WO2024085232A1 - 繊維強化樹脂複合材料及びそれを用いた成形体 - Google Patents

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WO2024085232A1
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composite material
reinforced resin
resin composite
thermoplastic resin
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聖 喜多
文治 佐藤
純 松井
信暁 ▲高▼田
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三菱ケミカル株式会社
三菱ケミカルアドバンスドマテリアルズ株式会社
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    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/18Layered products comprising a layer of synthetic resin characterised by the use of special additives
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B32B5/00Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material

Definitions

  • the present invention relates to a fiber-reinforced resin composite material and a molded body using the same.
  • thermosetting materials have high flame retardancy and are common as composite materials, but in terms of recyclability, thermoplastic resin materials are advantageous.
  • Patent Document 1 proposes adding a brominated flame retardant or an antimony oxide compound to a carbon fiber reinforced polypropylene resin, but the additives used therein have a problem in terms of their persistence in living organisms.
  • Patent Document 2 proposes a flame-retardant polyolefin-based composition in which a polyolefin-based resin contains a (poly)phosphate compound, as a technology for making polypropylene-based resin flame-retardant while taking into consideration bioretention.
  • Patent Document 3 proposes a flame-retardant resin composition comprising a polypropylene resin, long glass fibers, and a phosphate compound.
  • the present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a fiber-reinforced resin composite material that combines high flame retardancy and strength against shock waves.
  • thermoplastic resin composition containing a phosphorus-based flame retardant and a fiber-reinforced resin composite material containing a specific inorganic fiber material can solve the above problems. Based on these findings, the present invention was completed. That is, the present invention provides the following [1] to [15].
  • thermoplastic resin composition (X) comprises a thermoplastic resin and a phosphorus-based flame retardant
  • the phosphorus-based flame retardant comprises an intumescent flame retardant
  • the inorganic fiber material (Y) has an elongation at maximum load of 5% or less.
  • thermoplastic resin composition (X) The fiber reinforced resin composite material according to any one of [1] to [3] above, wherein the total weight ratio of the thermoplastic resin composition (X) to the inorganic fiber material (Y) is 60/40 to 30/70.
  • thermoplastic resin composition (X) further contains a dispersant.
  • the inorganic fiber constituting the inorganic fiber material (Y) includes at least one selected from glass fibers, ceramic fibers, metal fibers and metal oxide fibers. [1] to [8].
  • thermoplastic resin constituting the thermoplastic resin composition (X) contains a polypropylene-based resin, and the content of the polypropylene-based resin is 15 to 80 mass% based on the total weight.
  • any of the above fiber-reinforced resin composite material is 1 to 30 mass% based on the total weight.
  • the present invention provides a fiber-reinforced resin composite material that combines high flame resistance and strength against shock waves.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing one embodiment of a fiber-reinforced resin composite material of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a method for producing a fiber-reinforced resin composite material of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a method for producing a fiber-reinforced resin composite material according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a method for producing a fiber-reinforced resin composite material of Example 2.
  • the present invention relates to a fiber-reinforced resin composite material containing a thermoplastic resin composition (X) and an inorganic fiber material (Y).
  • the thermoplastic resin composition (X) in the composite material of the present invention contains a thermoplastic resin and an intumescent flame retardant, which is a phosphorus-based flame retardant.
  • the inorganic fiber material (Y) is characterized in that it has an elongation of 5% or less at maximum load.
  • the inorganic fiber material (Y) used in the fiber-reinforced resin composite material of the present invention is an inorganic fiber organization in which a plurality of inorganic fibers are aggregated to maintain a fixed or amorphous organization form.
  • the inorganic fiber material (Y) By having the inorganic fiber material (Y) have an elongation at maximum load of 5% or less, it is possible to ensure flame-proofing properties and strength against shock waves when forming a fiber-reinforced resin composite material together with the thermoplastic resin composition (X). This is because the inorganic fiber material (Y) having an elongation at maximum load of 5% or less is appropriately impregnated with the thermoplastic resin composition (X) to be integrated, thereby improving mechanical strength, and the phosphorus-based flame retardant contained in the thermoplastic resin composition (X) forms dense char in the gaps in the fiber organization of the inorganic fiber material (Y), thereby simultaneously exerting flame-proofing properties and strength against shock waves when exposed to flame.
  • the elongation at maximum load of the inorganic fiber material (Y) may be 4% or less, 3% or less, or 2% or less from the viewpoint of improving flame barrier properties and strength against shock waves, while it is preferably 0.1% or more from the viewpoint of facilitating moldability.
  • the composite material of the present invention can be a laminate of two or more layers including at least one layer (A) in which the ratio of the weight of thermoplastic resin composition (X) to the weight of inorganic fiber material (Y) per unit area is relatively large, and one layer (B) in which the ratio of the weight of thermoplastic resin composition (X) to the weight of inorganic fiber material (Y) per unit area is relatively small.
  • A the ratio of the weight of thermoplastic resin composition (X) to the weight of inorganic fiber material (Y) per unit area
  • B the ratio of the weight of thermoplastic resin composition (X) to the weight of inorganic fiber material (Y) per unit area is relatively small.
  • one embodiment of the fiber-reinforced resin composite material of the present invention includes at least one layer (A) (11 in Fig. 1) in which the ratio of the weight of the thermoplastic resin composition (X) to the weight of the inorganic fiber material (Y) per unit area is relatively large, and at least one layer (B) (12 in Fig. 1) in which the ratio of the weight of the thermoplastic resin composition (X) to the weight of the inorganic fiber material (Y) per unit area is relatively small, as shown in Fig. 1.
  • Such a layer structure can be achieved, for example, by using a sheet made of an inorganic fiber material (Y) and a sheet made of a thermoplastic resin composition (X). That is, as shown in FIG. 2, a laminate 20 is prepared in which a sheet 22 made of an inorganic fiber material (Y) is sandwiched between two sheets 21 made of a thermoplastic resin composition (X), and the laminate is obtained by pressing the laminate from above and below at a constant temperature and pressure.
  • the thermoplastic resin composition (X) melts and is impregnated into the sheet 22 made of an inorganic fiber material (Y).
  • a fiber-reinforced resin composite material 10 which is one embodiment of the present invention, having a layer (B) (12 in FIG.
  • the layer (A) and the layer (B) are formed as separate layers because when the thermoplastic resin composition (X) is not completely impregnated into the inorganic fiber material (Y) having an elongation of 5% or less at maximum load, a layer mainly composed of the thermoplastic resin composition (X) is formed.
  • thermoplastic resin composition (X) into the inorganic fiber material (Y)
  • a fiber-reinforced resin composite material having a laminate structure in which the layer (A) and the layer (B) are separated as described above, or a fiber-reinforced resin composite material consisting of a single uniform layer without having separate layers such as the layer (A) and the layer (B).
  • the thickness ratio of the layer (A) to the layer (B) is preferably in the range of 1/99 to 50/50.
  • the degree of impregnation of the thermoplastic resin composition (X) into the inorganic fiber material (Y) can be controlled within a suitable range, and a fiber-reinforced resin composite material having high flame retardancy, combustion resistance, and strength against shock waves can be obtained.
  • the thickness ratio of the layer (A) to the layer (B) is more preferably in the range of 2/98 to 40/60, and even more preferably in the range of 5/95 to 30/70.
  • the weight ratio of the thermoplastic resin composition (X) to the inorganic fiber material (Y) in the entire fiber reinforced resin composite material is preferably in the range of 70/30 to 20/80.
  • the thermoplastic resin composition (X) imparts high flame retardancy and combustion resistance to the fiber reinforced resin composite material of the present invention, and the inorganic fiber material (Y) imparts strength against shock waves to the fiber reinforced resin composite material of the present invention, and the balance between these is important. Therefore, when X/Y is in the above range, a fiber-reinforced resin composite material having high flame retardancy, combustion resistance, and strength against shock waves can be obtained.
  • X/Y is more preferably in the range of 70/30 to 30/70, even more preferably in the range of 65/35 to 30/70, even more preferably in the range of 60/40 to 30/70, and particularly preferably in the range of 60/40 to 35/65.
  • X/Y is more preferably in the range of 70/30 to 30/70, even more preferably in the range of 65/35 to 30/70, even more preferably in the range of 60/40 to 30/70, and particularly preferably in the range of 60/40 to 35/65.
  • thermoplastic resin composition (X) contains at least (a) a thermoplastic resin and (b) an intumescent flame retardant which is a phosphorus-based flame retardant.
  • an intumescent flame retardant which is a phosphorus-based flame retardant.
  • thermoplastic resin used in the present invention is not particularly limited, and examples thereof include polyolefin resin, polycarbonate resin, polyester resin, acrylonitrile styrene resin, ABS resin, polyamide resin, modified polyphenylene oxide, etc. These may be used alone or in combination of two or more.
  • the (a) thermoplastic resin may be a composite resin of two or more of the above thermoplastic resins.
  • the polyolefin resin is not particularly limited, and examples thereof include the resins described below.
  • the polyester resin is not particularly limited, and examples thereof include polybutylene terephthalate.
  • the polyamide resin is not particularly limited, and examples thereof include nylon 66 and nylon 6.
  • the present invention is particularly useful when the thermoplastic resin (a) contains at least a polyolefin resin.
  • the term "polyolefin resin” refers to a resin in which the proportion of olefin units or cycloolefin units is 90 mol % or more relative to 100 mol % of all structural units constituting the resin.
  • the proportion of olefin units or cycloolefin units relative to 100 mol % of all structural units constituting the polyolefin resin is preferably 95 mol % or more, and particularly preferably 98 mol % or more.
  • polyolefin resins examples include ⁇ -olefin polymers such as polyethylene, polypropylene, polybutene, poly(3-methyl-1-butene), poly(3-methyl-1-pentene), and poly(4-methyl-1-pentene); ⁇ -olefin copolymers such as ethylene-propylene block or random copolymers, ⁇ -olefin-propylene block or random copolymers having 4 or more carbon atoms, ethylene-methyl methacrylate copolymers, and ethylene-vinyl acetate copolymers; and cycloolefin polymers such as polycyclohexene and polycyclopentene.
  • ⁇ -olefin polymers such as polyethylene, polypropylene, polybutene, poly(3-methyl-1-butene), poly(3-methyl-1-pentene), and poly(4-methyl-1-pentene
  • ⁇ -olefin copolymers such as ethylene-propy
  • polyethylene examples include low-density polyethylene, linear low-density polyethylene, and high-density polyethylene.
  • polypropylene examples include isotactic polypropylene, syndiotactic polypropylene, hemiisotactic polypropylene, and stereoblock polypropylene.
  • examples of the ⁇ -olefins having 4 or more carbon atoms include butene, 3-methyl-1-butene, 3-methyl-1-pentene, and 4-methyl-1-pentene.
  • the melt flow rate (hereinafter sometimes abbreviated as MFR) of the thermoplastic resin (a) used in the present invention is preferably 40 to 500 g/10 min. If the MFR is 40 g/10 min or more, for example, no defects will occur when the fiber reinforced resin composite material is stamped and the processability will not decrease. Also, if it is 500 g/10 min or less, no burrs will occur in the production of the fiber reinforced resin composite material (sheet). From the above viewpoints, the MFR is preferably 50 to 400 g/10 min, more preferably 60 to 400 g/10 min, and more preferably 70 to 300 g/10 min.
  • the MFR of the (a) thermoplastic resin can be adjusted, for example, by controlling the hydrogen concentration during polymerization.
  • the MFR is a value measured in accordance with JIS K7210.
  • the content of the thermoplastic resin (a) in the fiber reinforced resin composite material of the present invention is not particularly limited, but is preferably 15 to 80% by mass. When the content of the thermoplastic resin is 15% by mass or more, the molding processability is particularly good, and the molding of the fiber reinforced resin composite material is easy. On the other hand, when the content of the thermoplastic resin is 80% by mass or less, sufficient amounts of the flame retardant, dispersant, and inorganic fiber can be contained, and good flame resistance can be obtained. From the above viewpoints, the content of the thermoplastic resin in the fiber reinforced resin composite material is preferably 35 to 70% by mass, and more preferably 40 to 60% by mass.
  • the (a) thermoplastic resin used in the fiber-reinforced resin composite material of the present invention preferably contains a polypropylene-based resin.
  • the polypropylene-based resin include a propylene homopolymer and a propylene- ⁇ -olefin copolymer.
  • the propylene- ⁇ -olefin copolymer may be either a random copolymer or a block copolymer.
  • ⁇ -Olefin examples include ethylene, 1-butene, 2-methyl-1-propene, 1-pentene, 2-methyl-1-butene, 3-methyl-1-butene, 1-hexene, 2-ethyl-1-butene, 2,3-dimethyl-1-butene, 2-methyl-1-pentene, 3-methyl-1-pentene, 4-methyl-1-pentene, 3,3-dimethyl-1-butene, 1-heptene, methyl-1-hexene, dimethyl-1-pentene, ethyl-1-pentene, trimethyl-1-butene, and 1-octene.
  • ethylene or 1-butene which have a large effect, are preferable, and ethylene is most preferable.
  • (Propylene-ethylene random copolymer) In the case of a random copolymer of propylene and ethylene, it preferably contains 90 to 99.5 mass %, more preferably 92 to 99 mass %, of propylene units and preferably 0.5 to 10 mass %, more preferably 1 to 8 mass %, of ethylene units. When the ethylene units are equal to or more than the lower limit, sufficient impact strength of the fiber reinforced resin composite material is obtained, and when the ethylene units are equal to or less than the upper limit, sufficient rigidity is maintained.
  • the contents of propylene units and ethylene units in the random copolymer of propylene and ethylene can be adjusted by controlling the composition ratio of propylene and ethylene during polymerization of the random copolymer of propylene and ethylene.
  • the propylene content of the random copolymer of propylene and ethylene is a value measured using a cross fractionation device, FT-IR, or the like, and the measurement conditions and the like may be, for example, those described in JP-A-2008-189893.
  • the MFR (230°C, 2.16 kg load) of the polypropylene resin (a-1) used in the present invention is preferably 40 to 500 g/10 min. If the MFR is 40 g/10 min or more, no chipping occurs when obtaining a molded body by stamping molding or the like, and the processability does not decrease. Also, if the MFR is 500 g/10 min or less, no burrs are generated in the production of a fiber-reinforced resin composite material. From the above viewpoints, the MFR is preferably 50 to 400 g/10 min, more preferably 60 to 400 g/10 min, and more preferably 70 to 300 g/10 min.
  • the MFR of the (a-1) polypropylene resin (propylene homopolymer) can be adjusted by controlling the hydrogen concentration during polymerization. The MFR is a value measured in accordance with JIS K7210.
  • the content of the polypropylene resin (a-1) in the fiber reinforced resin composite material of the present invention is not particularly limited, but is preferably 15 to 80% by mass. When the content of the polypropylene resin is 15% by mass or more, the molding processability is sufficient, and molding of the molded body is easy. On the other hand, when the content of the polypropylene resin is 80% by mass or less, the content of the flame retardant, dispersant, and inorganic fiber is sufficient, and sufficient flame shielding properties are obtained. From the above viewpoints, the content of the polypropylene resin in the fiber reinforced resin composite material is more preferably 35 to 70% by mass, and even more preferably 40 to 60% by mass.
  • the fiber-reinforced resin composite material of the present invention may further contain a modified polyolefin resin in addition to the polypropylene resin.
  • the modified polyolefin resin include acid-modified polyolefin resins and hydroxy-modified polyolefin resins, and these may be used alone or in combination.
  • the types of acid-modified polyolefin resins and hydroxy-modified polyolefin resins used as the modified polyolefin resins are not particularly limited, and may be any of the conventionally known resins.
  • acid-modified polyolefin resin examples include those obtained by graft copolymerizing polyolefins such as polyethylene, polypropylene, ethylene- ⁇ -olefin copolymers, ethylene- ⁇ -olefin-non-conjugated diene compound copolymers (such as EPDM), and ethylene-aromatic monovinyl compound-conjugated diene compound copolymer elastomers with unsaturated carboxylic acids such as maleic acid or maleic anhydride, thereby chemically modifying the polyolefins.
  • polyolefins such as polyethylene, polypropylene, ethylene- ⁇ -olefin copolymers, ethylene- ⁇ -olefin-non-conjugated diene compound copolymers (such as EPDM), and ethylene-aromatic monovinyl compound-conjugated diene compound copolymer elastomers with unsaturated carboxylic acids such as maleic acid
  • the graft copolymerization is carried out, for example, by reacting the polyolefin with an unsaturated carboxylic acid in a suitable solvent using a radical generator such as benzoyl peroxide.
  • a radical generator such as benzoyl peroxide.
  • the unsaturated carboxylic acid or its derivative component can also be introduced into the polymer chain by random or block copolymerization with a polyolefin monomer.
  • unsaturated carboxylic acids used for modification include compounds having a carboxyl group, such as maleic acid, fumaric acid, itaconic acid, acrylic acid, and methacrylic acid, and a polymerizable double bond into which a functional group, such as a hydroxyl group or an amino group, has been introduced as necessary.
  • Derivatives of unsaturated carboxylic acids include their acid anhydrides, esters, amides, imides, metal salts, etc., and specific examples thereof include maleic anhydride, itaconic anhydride, methyl acrylate, ethyl acrylate, butyl acrylate, methyl methacrylate, etc. Of these, maleic anhydride is preferred.
  • Preferred acid-modified polyolefin resins include those modified by graft polymerization of maleic anhydride to an olefin polymer having ethylene and/or propylene as the main polymer unit, and those modified by copolymerization of an olefin mainly consisting of ethylene and/or propylene with maleic anhydride.
  • Specific examples include a combination of polyethylene/maleic anhydride grafted ethylene-butene-1 copolymer, or a combination of polypropylene/maleic anhydride grafted polypropylene.
  • the hydroxy-modified polyolefin resin is a modified polyolefin resin containing a hydroxyl group.
  • the hydroxy-modified polyolefin resin may have a hydroxyl group at an appropriate site, for example, at the end of the main chain or on a side chain.
  • olefin resin constituting the hydroxy-modified polyolefin resin examples include homopolymers or copolymers of ⁇ -olefins such as ethylene, propylene, butene, 4-methylpentene-1, hexene, octene, nonene, decene, and dodecene, and copolymers of the above-mentioned ⁇ -olefins with copolymerizable monomers.
  • hydroxy-modified polyolefin resins examples include hydroxy-modified polyethylene resins such as low-, medium- or high-density polyethylene, linear low-density polyethylene, ultra-high molecular weight polyethylene, ethylene-(meth)acrylic acid ester copolymers, and ethylene-vinyl acetate copolymers; and hydroxy-modified polypropylene resins such as polypropylene homopolymers such as isotactic polypropylene, random copolymers of propylene and ⁇ -olefins (e.g., ethylene, butene, hexane, etc.), propylene- ⁇ -olefin block copolymers, and hydroxy-modified poly(4-methylpentene-1).
  • hydroxy-modified polyethylene resins such as low-, medium- or high-density polyethylene, linear low-density polyethylene, ultra-high molecular weight polyethylene, ethylene-(meth)acrylic acid ester
  • the fiber-reinforced resin composite material of the present invention contains (b) a phosphorus-based flame retardant.
  • the phosphorus-based flame retardant is preferred from the viewpoint of improving flame-shielding properties, not remaining in living organisms, and having excellent flame retardancy.
  • the fiber-reinforced resin composite material of the present invention contains an intumescent flame retardant as the phosphorus-based flame retardant.
  • Intumescent flame retardants are flame retardants that suppress the combustion of materials by forming a surface expansion layer (intemescent) that prevents the diffusion of radiant heat from the combustion source and combustion gases and smoke from the burning material to the outside.
  • intumescent flame retardants include salts of (poly)phosphoric acid and nitrogen compounds.
  • nitrogen compounds include ammonia, melamine, piperazine, and other nitrogen compounds described below. Specific examples include ammonium salts and amine salts of (poly)phosphoric acids such as ammonium polyphosphate, melamine polyphosphate, piperazine polyphosphate, ammonium pyrophosphate, melamine pyrophosphate, piperazine pyrophosphate, etc. Among these, it is particularly preferable to contain a compound having a melamine structure or a piperazine structure. Examples of the nitrogen compounds include ammonia, melamine, piperazine, and other nitrogen compounds.
  • nitrogen compounds include, for example, N,N,N',N'-tetramethyldiaminomethane, ethylenediamine, N,N'-dimethylethylenediamine, N,N'-diethylethylenediamine, N,N-dimethylethylenediamine, N,N-diethylethylenediamine, N,N,N',N'-tetramethylethylenediamine, N,N,N',N'-diethylethylenediamine, diamine, 1,2-propanediamine, 1,3-propanediamine, tetramethylenediamine, pentamethylenediamine, hexamethylenediamine, 1,7-diaminoheptane, 1,8-diaminooctane, 1,9-diaminononane, 1,10-diaminodecane, trans-2,5-dimethylpiperazine, 1,4-bis(2-aminoethyl)piperazine, 1,
  • the intumescent flame retardant is a salt of (poly)phosphoric acid and a nitrogen compound, which forms a surface expansion layer (intemescent) that is a foamed char when the resin composition is burned.
  • a surface expansion layer (intemescent) that is a foamed char when the resin composition is burned.
  • the formation of the surface expansion layer suppresses the diffusion and heat transfer of decomposition products, resulting in excellent flame retardancy.
  • Commercially available intumescent flame retardants include Adeka STAB FP-2100J, FP-2200, and FP-2500S (manufactured by ADEKA CORPORATION).
  • the intumescent flame retardant is essential, but other flame retardants may be used in combination.
  • flame retardants include phosphorus-based flame retardants other than intumescent flame retardants (hereinafter, sometimes referred to as "other phosphorus-based flame retardants"), bromine-based flame retardants, and antimony-based flame retardants.
  • the phosphorus-based flame retardant is a phosphorus compound, i.e., a compound containing a phosphorus atom in the molecule, and exerts a flame retardant effect by forming char when the resin composition is burned.
  • the phosphorus-based flame retardant may be a known one, and examples thereof include (poly)phosphates, (poly)phosphate esters, etc.
  • (poly)phosphates refers to phosphates or polyphosphates
  • (poly)phosphate esters” refers to phosphate esters or polyphosphate esters.
  • the phosphorus-based flame retardant is preferably solid at 80°C.
  • (poly)phosphates are preferred in terms of flame retardancy.
  • examples of (poly)phosphates include ammonium polyphosphate, melamine polyphosphate, piperazine polyphosphate, piperazine orthophosphate, melamine pyrophosphate, piperazine pyrophosphate, melamine polyphosphate, and melamine orthophosphate.
  • Other phosphorus-based flame retardants include calcium phosphate and magnesium phosphate.
  • compounds in which melamine or piperazine is replaced with other nitrogen compounds can also be used. These (poly)phosphates may be used alone or in combination of two or more.
  • bromine-based flame retardants examples include decabromodiphenyl ether, tetrabromobisphenol A, tetrabromobisphenol S, 1,2-bis(2',3',4',5',6'-pentabromophenyl)ethane, 1,2-bis(2,4,6-tribromophenoxy)ethane, 2,4,6-tris(2,4,6-tribromophenoxy)-1,3,5-triazine, 2,6-dibromophenol, 2,4-dibromophenol,
  • polybrominated polystyrene examples include brominated polystyrene, ethylene bistetrabromophthalimide, hexabromocyclododecane, hexabromobenzene, pentabromobenzyl acrylate, 2,2-bis[4'(2'',3''-dibromopropoxy)-3',5'-dibrom
  • antimony-based flame retardant examples include antimony trioxide, antimony tetroxide, antimony pentoxide, sodium pyroantimonate, antimony trichloride, antimony trisulfide, antimony oxychloride, antimony perchloropentane dichloride, and potassium antimonate, with antimony trioxide and antimony pentoxide being particularly preferred.
  • halogen-free flame retardants are preferred from the environmental standpoint.
  • the flame retardants may be used alone or in combination of two or more.
  • the content of the phosphorus-based flame retardant (including the intumescent flame retardant) in the fiber reinforced resin composite material of the present invention is not particularly limited, but is preferably in the range of 1 to 30% by mass as the content in the thermoplastic resin composition (X).
  • the content is 1% by mass or more, good flame retardancy can be imparted to the fiber reinforced resin composite material, and good flame shielding properties can be obtained.
  • the thermoplastic resin can be contained in a sufficient content ratio, so that the molding processability is better.
  • the content of the flame retardant in the thermoplastic resin composition (X) is more preferably in the range of 1 to 25% by mass, and even more preferably in the range of 3 to 20% by mass.
  • the (c) dispersant is not particularly limited as long as it can disperse the (b) phosphorus-based flame retardant in the (a) thermoplastic resin, but a polymer dispersant can be preferably used in terms of compatibility with the (a) thermoplastic resin.
  • a polymer dispersant capable of dispersing the (b) phosphorus-based flame retardant in the (a-1) polypropylene resin can be preferably used.
  • a polymer dispersant having a functional group is preferred, and from the viewpoint of dispersion stability, a polymer dispersant having a functional group such as a carboxyl group, a phosphoric acid group, a sulfonic acid group, a primary, secondary or tertiary amino group, a quaternary ammonium base, a group derived from a nitrogen-containing heterocycle such as pyridine, pyrimidine or pyrazine is preferred.
  • a polymer dispersant having a carboxyl group is preferred, and in particular, when a phosphorus-based flame retardant suitable as a flame retardant is used, a copolymer of an ⁇ -olefin and an unsaturated carboxylic acid is preferred.
  • a dispersant By using such a dispersant, the dispersibility of the phosphorus-based flame retardant can be improved, and the content of the flame retardant can be reduced.
  • the proportion of the ⁇ -olefin unit in the total of 100 mol % of the ⁇ -olefin unit and the unsaturated carboxylic acid unit is preferably 20 mol % or more and 80 mol % or less.
  • the ratio of the ⁇ -olefin units to the total amount of the ⁇ -olefin units and the unsaturated carboxylic acid units is more preferably 30 mol % or more, and more preferably 70 mol % or less. If the ratio of the ⁇ -olefins is equal to or more than the lower limit, (a) the compatibility with the polyolefin resin is better, and if it is equal to or less than the upper limit, (b) the compatibility with the phosphorus-based flame retardant is better.
  • the ⁇ -olefin is preferably an ⁇ -olefin having 5 or more carbon atoms, and more preferably an ⁇ -olefin having 10 to 80 carbon atoms. If the ⁇ -olefin has 5 or more carbon atoms, it tends to have better compatibility with the thermoplastic resin (a), and if it has 80 or less carbon atoms, it is advantageous in terms of raw material costs. From the above perspective, it is more preferable that the ⁇ -olefin has 12 to 70 carbon atoms, and especially preferably 18 to 60 carbon atoms.
  • examples of the unsaturated carboxylic acid include (meth)acrylic acid, maleic acid, methylmaleic acid, fumaric acid, methylfumaric acid, tetrahydrophthalic acid, itaconic acid, citraconic acid, crotonic acid, isocrotonic acid, glutaconic acid, norbornane-5-ene-2,3-dicarboxylic acid, and esters, anhydrides, imides, etc. of these unsaturated carboxylic acids.
  • (meth)acrylic acid refers to acrylic acid or methacrylic acid.
  • ester, anhydride or imide of an unsaturated carboxylic acid include (meth)acrylic acid esters such as methyl (meth)acrylate, ethyl (meth)acrylate, butyl (meth)acrylate, 2-ethylhexyl (meth)acrylate, and glycidyl (meth)acrylate; dicarboxylic acid anhydrides such as maleic anhydride, itaconic anhydride, citraconic anhydride, and 5-norbornene-2,3-dicarboxylic acid anhydride; maleimide compounds such as maleimide, N-ethylmaleimide, and N-phenylmaleimide. These may be used alone or in combination of two or more.
  • (meth)acrylic acid esters such as methyl (meth)acrylate, ethyl (meth)acrylate, butyl (meth)acrylate, 2-ethylhexyl (meth)acrylate, and glycidyl
  • esters and dicarboxylic anhydrides are preferred from the viewpoint of copolymerization reactivity, and among these, dicarboxylic anhydrides are preferred, with maleic anhydride being particularly preferred, from the viewpoint of compatibility with phosphorus-based flame retardants that are suitable as flame retardants.
  • the weight average molecular weight of the copolymer (c1) is preferably at least 2,000, more preferably at least 3,000, and on the other hand, is preferably at most 50,000, more preferably at most 30,000. When the weight average molecular weight of the copolymer (c1) is within the above range, the dispersibility of the phosphorus-based flame retardant (b) is more excellent.
  • the weight average molecular weight of the copolymer (c1) is a value calculated as standard polystyrene by dissolving the copolymer (c1) in tetrahydrofuran (THF) and measuring the result by gel permeation chromatography.
  • copolymers (c1) include Ricorb CE2 (Clariant Japan Co., Ltd.) and Diacalna 30M (Mitsubishi Chemical Co., Ltd.).
  • the content of the dispersant (c) relative to 100 parts by mass of the phosphorus-based flame retardant (b) in the thermoplastic resin composition (X) according to the present invention is in the range of more than 0 and not more than 25 parts by mass, and preferably in the range of 0.01 to 10 parts by mass. According to the study by the inventors, the flame-resistant properties of the fiber-reinforced resin composite material can be significantly improved by uniformly dispersing the phosphorus-based flame retardant in the inorganic fibers constituting the fiber-reinforced resin composite material with the thermoplastic resin as the matrix resin. Although the detailed mechanism is unclear, the inventors speculate as follows.
  • the char formed by the flame retardant coming into contact with the flame is fixed in the gaps between the inorganic fibers. Furthermore, the size of the char formed by expansion upon contact with the flame is restricted by the gaps between the inorganic fibers, so that the size of the char formed becomes uniform. It is believed that the combination of the char fixing effect of the inorganic fibers and the uniformity of the char size results in the formation of dense char, which significantly improves the flame-resistant properties of the fiber-reinforced resin composite material.
  • the inventors have found that the flame-resistant properties of the fiber-reinforced resin composite material can be significantly improved by controlling the content ratio of the dispersant to the flame retardant to be within a specific range, thereby controlling the flame retardant to be uniformly present in the resin between the inorganic fibers.
  • the content of the dispersant (c) is more than 0, the dispersibility of the phosphorus-based flame retardant (b) is sufficient, and sufficient flame-shielding properties can be imparted to the fiber-reinforced resin composite material.
  • the content is 25 parts by mass or less, the physical properties of the fiber-reinforced resin composite material are sufficient.
  • the content of the dispersant (c) is preferably 0.01 parts by mass or more, more preferably 0.1 parts by mass or more, even more preferably 1 part by mass or more, and particularly preferably 2 parts by mass or more.
  • the upper limit value is more preferably 20 parts by mass or less, even more preferably 15 parts by mass or less, even more preferably 10 parts by mass or less, even more preferably 5 parts by mass or less, and particularly preferably 3 parts by mass or less.
  • the ratio of the (c) dispersant to the total of 100 parts by mass of the (a) thermoplastic resin and the (b) phosphorus-based flame retardant is preferably 0.01 parts by mass or more, more preferably 0.05 parts by mass or more, and even more preferably 0.1 parts by mass or more. On the other hand, it is preferably 10 parts by mass or less, more preferably 5.0 parts by mass or less, even more preferably 2.0 parts by mass or less, more preferably 1.5 parts by mass or less, and even more preferably 1.0 parts by mass or less.
  • the ratio of the (c) dispersant is equal to or more than the lower limit, the (b) phosphorus-based flame retardant is better dispersed, and the flame retardancy and physical properties of the obtained fiber-reinforced resin composite material and the appearance of the obtained molded body are better. If the ratio of the (c) dispersant is equal to or less than the upper limit, the effect of the (c) dispersant on the flame retardancy of the fiber-reinforced resin composite material can be further suppressed.
  • the ratio of the dispersant (c) to the total of 100 parts by mass of the polyolefin resin and the phosphorus-based flame retardant (b) is preferably 0.01 parts by mass or more, more preferably 0.05 parts by mass or more, and even more preferably 0.1 parts by mass or more. On the other hand, it is preferably 10 parts by mass or less, more preferably 5.0 parts by mass or less, even more preferably 2.0 parts by mass or less, more preferably 1.5 parts by mass or less, and even more preferably 1.0 parts by mass or less.
  • the ratio of the (c) dispersant to 100 parts by mass of the inorganic fibers constituting the inorganic fiber woven fabric is preferably 0.01 parts by mass or more, more preferably 0.05 parts by mass or more, and even more preferably 0.1 parts by mass or more. On the other hand, it is preferably 10 parts by mass or less, more preferably 5.0 parts by mass or less, and even more preferably 2.0 parts by mass or less. If the ratio of the (c) dispersant is equal to or greater than the lower limit, the flame retardancy and physical properties of the obtained fiber reinforced resin composite material and the appearance of the obtained molded product are improved. If the ratio of the (c) dispersant is equal to or less than the upper limit, the effect of the (c) dispersant on the flame retardancy of the fiber reinforced resin composite material can be further suppressed.
  • the fiber-reinforced resin composite material of the present invention contains an inorganic fiber material (Y).
  • the inorganic fiber material (Y) is an inorganic fiber structure in which a plurality of inorganic fibers are aggregated and a fixed or amorphous structure form is maintained.
  • the inorganic fiber material (Y) has an elongation of 5% or less at a maximum load.
  • a specific example of an inorganic fiber material having such elongation at maximum load is an inorganic fiber woven fabric.
  • the inorganic fiber fabric is a fabric composed of warp and weft threads made of inorganic fibers.
  • the weave is not particularly limited and may be any of plain weave, twill weave, satin weave, etc. It is preferable that the gaps between the warp fiber bundles constituting the fabric and the gaps between the weft bundles are each 0.5 mm or less. When the gaps are 0.5 mm or less, high flame blocking properties are obtained.
  • the inorganic fibers constituting the inorganic fiber material (Y) various fibers can be used, for example, glass fibers, rock wool, metal oxide fibers such as alumina fibers and silica alumina fibers, potassium titanate fibers, calcium silicate (wollastonite) fibers, ceramic fibers such as ceramic fibers, carbon fibers, metal fibers, etc.
  • These inorganic fibers may be used alone or in combination of two or more.
  • at least one selected from glass fibers and alumina fibers is preferred from the viewpoints of flame resistance and processability.
  • the inorganic fibers may contain two or more inorganic fibers having different melting temperatures.
  • at least one of the fibers is preferably a glass fiber, and the other one or more is preferably a combination of one or more inorganic fibers selected from the group consisting of alumina fiber, silica fiber, alkaline earth silicate fiber (biosoluble), and carbon fiber.
  • alumina fiber silica fiber
  • alkaline earth silicate fiber biosoluble
  • carbon fiber By containing two or more inorganic fibers having different melting temperatures, it is possible to effectively prevent the deterioration of the flame-shielding function.
  • the inorganic fibers used in the present invention may be used in combination with a sizing agent or a surface treatment agent, such as compounds having a functional group, such as epoxy compounds, silane compounds, and titanate compounds.
  • the inorganic fibers preferably have an average fiber diameter of 3 to 25 ⁇ m, and an average fiber length of 0.1 mm or more, more preferably 1 mm or more, and even more preferably 5 mm or more.
  • the average fiber diameter and the average fiber length the preferred ranges vary depending on the type of inorganic material constituting the inorganic fibers, and specific preferred ranges will be described later.
  • the fiber diameter can be measured using a scanning electron microscope or the like, and the average fiber diameter can be obtained by, for example, measuring the fiber diameters of 10 randomly selected fibers and calculating the average value.
  • the fiber length can be measured using a ruler, calipers, or the like from an image enlarged by a microscope or the like as necessary, and the average fiber length can be obtained by, for example, measuring the fiber lengths of 10 randomly selected fibers and calculating the average value.
  • the content of the inorganic fiber material in the fiber reinforced resin composite material of the present invention is 1 to 80% by mass.
  • the content of the inorganic fiber material is 1% by mass or more, the strength, rigidity, and impact resistance of the fiber reinforced resin composite material are sufficient, and when it is 80% by mass or less, it is preferable in terms of production and processing of the fiber reinforced resin composite material.
  • the content of the inorganic fiber is 80% by mass or less, the specific gravity of the fiber reinforced resin composite material is lightened, and the weight reduction effect as a metal substitute is remarkable.
  • the content of the inorganic fiber material (Y) in the fiber reinforced resin composite material is more preferably 3 to 60 mass%, further preferably 10 to 50 mass%, and particularly preferably 30 to 45 mass%.
  • the glass fiber may be, for example, a long fiber having an average fiber length of 30 mm or more, or a fiber having a short average fiber length (chopped strand). From the viewpoints of flame retardancy, rigidity, impact resistance, etc., it is preferable to use glass fiber having a long average fiber length. More specifically, the average fiber length is preferably 5 mm or more. When the average fiber length is 5 mm or more, the strength and impact resistance of the fiber-reinforced resin composite material are good. From the above viewpoints, the average fiber length of the glass fiber is preferably 5 mm or more, and more preferably 30 mm or more.
  • the length of the pellets is the fiber length of the glass fibers, and is a maximum of about 20 mm.
  • the length of the glass fibers in the roving used for production is the maximum fiber length, which can be as long as 17,000 m (17 km), but when cut to fit the size of the fiber-reinforced resin composite material, the cut length is the maximum fiber length.
  • the average fiber diameter of the glass fibers is preferably in the range of 9 to 25 ⁇ m.
  • the average fiber diameter is 9 ⁇ m or more, the rigidity and impact resistance of the fiber-reinforced resin composite material are sufficient, while when the average fiber diameter is 25 ⁇ m or less, the strength of the fiber-reinforced resin composite material is good.
  • the average fiber diameter of the glass fibers is more preferably in the range of 10 to 15 ⁇ m.
  • the average fiber diameter and average fiber length of the glass fibers can be measured by the above-mentioned method.
  • the material of the glass fiber used in the present invention may be any of alkali-free glass, low-alkali glass, and alkali-containing glass, and any of the various compositions that have been used conventionally as glass fibers may be used.
  • Alumina fiber One of the inorganic fibers suitable for the fiber-reinforced resin composite material of the present invention is alumina fiber.
  • Alumina fiber is usually a fiber made of alumina and silica, and in the fiber-reinforced resin composite material of the present invention, the alumina/silica composition ratio (mass ratio) of the alumina fiber is preferably in the range of 65/35 to 98/2, which is called a mullite composition, or a high alumina composition, more preferably in the range of 70/30 to 95/5, and particularly preferably in the range of 70/30 to 74/26.
  • the average fiber diameter of the alumina fibers is preferably in the range of 3 to 25 ⁇ m, and it is preferable that the alumina fibers are substantially free of fibers with a fiber diameter of 3 ⁇ m or less.
  • substantially free of fibers with a fiber diameter of 3 ⁇ m or less means that the amount of fibers with a fiber diameter of 3 ⁇ m or less is 0.1 mass % or less of the total inorganic fiber mass.
  • the average fiber diameter of the alumina fibers is more preferably 5 to 8 ⁇ m.
  • the alumina fibers have an average fiber length of preferably 5 mm or more, more preferably 30 mm or more, and even more preferably 50 mm or more. Also, the average fiber length and average fiber diameter of the alumina fibers are preferably 3.0 x 10 mm or less, and more preferably 1.0 x 10 mm or less. When the average fiber length and average fiber diameter of the alumina fibers are within these ranges, the strength and impact resistance of the fiber-reinforced resin composite material are good.
  • Carbon fiber The suitable range for carbon fiber is similar to that for glass fiber.
  • any additive components can be blended into the fiber-reinforced resin composite material of the present invention for the purpose of further improving the effects of the present invention or imparting other effects, within a range that does not significantly impair the effects of the present invention.
  • the additives include colorants such as pigments, light stabilizers such as hindered amines, ultraviolet absorbers such as benzotriazoles, nucleating agents such as sorbitols, antioxidants such as phenols and phosphorus, antistatic agents such as nonionic surfactants, neutralizing agents such as inorganic compounds, antibacterial and antifungal agents such as thiazoles, flame retardants and flame retardant assistants such as halogen compounds and lignophenols, plasticizers, dispersants such as organic metal salts, lubricants such as fatty acid amides, metal deactivators such as nitrogen compounds, polyolefin resins other than the polypropylene resins, thermoplastic resins such as polyamide resins and polyester resins, and elastomers (rubber components) such as olefin elastomers and styrene elastomers. These optional components may be used in combination of two or more kinds.
  • Colorants such as inorganic or organic pigments are effective in imparting or improving the colored appearance, appearance, texture, commercial value, weather resistance, durability, etc. of polypropylene resin compositions and molded articles thereof.
  • inorganic pigments include carbon black such as furnace carbon and ketjen carbon; titanium oxide; iron oxide (e.g., red iron oxide); chromic acid (e.g., yellow lead); molybdic acid; selenide sulfide; and ferrocyanide.
  • organic pigments include azo pigments such as sparingly soluble azo lake, soluble azo lake, insoluble azo chelate, condensed azo chelate, and other azo chelates; phthalocyanine pigments such as phthalocyanine blue and phthalocyanine green; threne pigments such as anthraquinone, perinone, perylene, and thioindigo; dye lake; quinacridone; dioxazine; and isoindolinone.
  • azo pigments such as sparingly soluble azo lake, soluble azo lake, insoluble azo chelate, condensed azo chelate, and other azo chelates
  • phthalocyanine pigments such as phthalocyanine blue and phthalocyanine green
  • threne pigments such as anthraquinone, perinone, perylene, and thioindigo
  • dye lake quinacridone
  • dioxazine and isoindolinone.
  • Light stabilizers and ultraviolet absorbers for example, hindered amine compounds, benzotriazoles, benzophenones, and salicylates, are effective in imparting or improving the weather resistance, durability, and the like of polypropylene resin compositions and molded articles thereof, and are effective in further improving weather discoloration resistance.
  • hindered amine compound examples include a condensation product of dimethyl succinate and 1-(2-hydroxyethyl)-4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine; poly[[6-(1,1,3,3-tetramethylbutyl)imino-1,3,5-triazine-2,4-diyl][(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl)imino]hexamethylene[(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl)imino]]; tetrakis(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl)1,2,3,4-butane tetracarboxylate; tetrakis(1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidyl)1,2,3,4-butane tetracarboxylate; bis(1,2,2,6,6-pentamethoxy) 2-(2'-hydroxy-3'-t-butyl-5'-methylphenyl)
  • salicylate-based compounds examples include 4-t-butylphenyl salicylate; 2,4-di-t-butylphenyl 3',5'-di-t-butyl-4'-hydroxybenzoate; and the like.
  • the method of using the light stabilizer and the ultraviolet absorber in combination is preferable because it has a large effect of improving weather resistance, durability, weather discoloration resistance, and the like.
  • antioxidant for example, a phenol-based, phosphorus-based or sulfur-based antioxidant is effective in imparting or improving heat resistance, processing stability, heat aging resistance, etc. to a polypropylene resin composition and a molded article thereof.
  • antistatic agents such as nonionic and cationic antistatic agents are effective in imparting and improving antistatic properties to polypropylene resin compositions and molded articles thereof.
  • olefin-based elastomers examples include ethylene- ⁇ -olefin copolymer elastomers such as ethylene-propylene copolymer elastomer (EPR), ethylene-butene copolymer elastomer (EBR), ethylene-hexene copolymer elastomer (EHR), and ethylene-octene copolymer elastomer (EOR); ethylene- ⁇ -olefin-diene terpolymer elastomers such as ethylene-propylene-ethylidenenorbornene copolymer, ethylene-propylene-butadiene copolymer, and ethylene-propylene-isoprene copolymer; and styrene-butadiene-styrene triblock copolymer elastomer (SBS).
  • EPR ethylene-propylene copolymer elastomer
  • EBR ethylene-buten
  • styrene-based elastomer examples include styrene-based elastomers such as styrene-isoprene-styrene triblock copolymer elastomer (SIS), styrene-ethylene-butylene copolymer elastomer (SEB), styrene-ethylene-propylene copolymer elastomer (SEP), styrene-ethylene-butylene-styrene copolymer elastomer (SEBS), styrene-ethylene-butylene-ethylene copolymer elastomer (SEBC), hydrogenated styrene-butadiene elastomer (HSBR), styrene-ethylene-propylene-styrene copolymer elastomer (SEPS), styrene-ethylene-ethylene-propylene-styrene copolymer elastomer (S
  • EOR ethylene-octene copolymer elastomer
  • EBR ethylene-butene copolymer elastomer
  • thermoplastic resin composition (X) contains (a) a thermoplastic resin, a modified polyolefin resin added as needed, (b) a phosphorus-based flame retardant, and (c) a dispersant added as needed. In addition, optional additive components may be further blended.
  • a thermoplastic resin composition (X) described above when the thermoplastic resin (a) is a polypropylene resin (a-1), it may be particularly called a polypropylene resin composition (hereinafter, sometimes referred to as a "PP composition").
  • thermoplastic resin composition (X) or the PP composition can be produced by a conventionally known method, and can be produced by blending, mixing, and melt-kneading the above-mentioned components.
  • the mixing is carried out using a mixer such as a tumbler, a V blender, or a ribbon blender, and the melt kneading is carried out using equipment such as a single-screw extruder, a twin-screw extruder, a Banbury mixer, a roll mixer, a Brabender plastograph, or a kneader, and the materials are melt kneaded and granulated.
  • the fiber-reinforced resin composite material of the present invention is not particularly limited in its manufacturing method, but is preferably manufactured by impregnating a mat made of an inorganic fiber material (Y) (hereinafter sometimes referred to as "inorganic fiber mat (Y')") with the thermoplastic resin composition (X) or the PP composition.
  • Y inorganic fiber material
  • X thermoplastic resin composition
  • PP PP composition
  • thermoplastic resin sheet a sheet of the thermoplastic resin composition or the PP composition
  • PP sheet a method of laminating the thermoplastic resin sheet or the PP sheet on the inorganic fiber mat (Y'), heating and melting it to impregnate it, and the like.
  • thermoplastic resin sheet a method of laminating a thermoplastic resin sheet or a PP sheet on a mat made of an inorganic fiber material and heating and melting it is preferable.
  • the inorganic fiber mat is laminated between two thermoplastic resin sheets or PP sheets, and then the laminate is heated and pressurized, and then cooled and solidified to obtain the composite.
  • the thickness of the thermoplastic resin sheet or PP sheet is not particularly limited as long as it allows good impregnation of the inorganic fiber mat.
  • the form of the inorganic fiber material used in the manufacturing method of the fiber-reinforced resin composite material is not particularly limited, and various forms can be used, but it is preferable that the material is formed into a mat or sheet shape. More specifically, a fabric formed from glass fibers (hereinafter referred to as a "glass fiber fabric”) and a fabric formed from metal oxide fibers such as alumina fibers (hereinafter referred to as a "metal oxide fabric”) are preferred.
  • the basis weight (mass per unit area) of the inorganic fiber mat is not particularly limited and is appropriately determined depending on the application, but is preferably 300 g/m 2 or more, more preferably more than 800 g/m 2 , and more preferably more than 1500 g/m 2.
  • the basis weight of the inorganic fiber mat is not particularly limited, but is preferably 5000 g/m 2 or less, more preferably 4500 g/m 2 or less, even more preferably 4000 g/m 2 or less, and particularly preferably 3500 g/m 2 or less.
  • the thickness of the inorganic fiber mat according to the present invention is not particularly limited, but is preferably 4 mm or more, more preferably 5 mm or more, and even more preferably 6 mm or more.
  • the thickness of the inorganic fiber mat is preferably 40 mm or less, more preferably 35 mm or less, and particularly preferably 30 mm or less.
  • the heating temperature is preferably 170 to 300° C.
  • the heating temperature is 170° C. or higher, the flowability of the polypropylene resin is sufficient, and the inorganic fiber mat can be sufficiently impregnated with the PP composition, thereby obtaining a suitable fiber-reinforced resin composite material.
  • the heating temperature is 300° C. or lower, the thermoplastic resin composition or the PP composition does not deteriorate.
  • the pressure applied is preferably 0.1 to 1 MPa.
  • the inorganic fiber mat can be sufficiently impregnated with the thermoplastic resin composition or the PP composition, and a suitable fiber-reinforced resin composite material can be obtained.
  • the pressure applied is 1 MPa or less, the thermoplastic resin composition or the PP composition flows, and no burrs are generated.
  • the cooling temperature is not particularly limited as long as it is equal to or lower than the freezing point of the thermoplastic resin in the thermoplastic resin composition or the PP composition, but if the cooling temperature is equal to or lower than 80° C., the obtained fiber reinforced resin composite material will not be deformed when taken out. From the above viewpoints, the cooling temperature is preferably room temperature to 80° C.
  • Methods for obtaining a fiber-reinforced resin composite material by heating, pressurizing, and cooling the above-mentioned laminate include press molding the laminate in a mold equipped with a heating device, and lamination processing in which the laminate is heated and pressurized by passing it between two pairs of rollers equipped with a heating device.
  • lamination processing is preferable because it allows for continuous production and has good productivity.
  • the thickness of the fiber reinforced resin composite material of the present invention is usually 1 to 10 mm, preferably 2 to 5 mm.
  • the thickness of this fiber reinforced resin composite material is 1 mm or more, the fiber reinforced resin composite material is easy to produce, while when the thickness of the fiber reinforced resin composite material is 10 mm or less, long-term preheating is not required when processing the fiber reinforced resin composite material by stamping molding or the like, and good molding processability is obtained.
  • the fiber-reinforced resin composite material of the present invention can be molded into a desired shape by stamping molding in accordance with a conventional method, and a molded article made of the fiber-reinforced resin composite material can be obtained.
  • Examples of applications of the fiber-reinforced resin composite material of the present invention include various parts in the industrial field, such as automobile parts and electrical and electronic equipment parts.
  • it since it has excellent strength, rigidity, and electrical conductivity, as well as excellent processability, it can be suitably used in applications where these performances are required in a balanced manner and at a higher level, such as various housings and cases, such as battery cases.
  • the structure in the present invention is preferably a battery having a battery housing and a battery cell, and the battery is not particularly limited.
  • the battery include secondary batteries such as a lithium ion battery, a nickel-hydrogen battery, a lithium-sulfur battery, a nickel-cadmium battery, a nickel-iron battery, a nickel-zinc battery, a sodium-sulfur battery, a lead-acid battery, and an air battery.
  • a lithium ion battery is preferable, and the battery housing of the present invention is particularly suitable for use in suppressing thermal runaway of a lithium ion battery. That is, the battery housing of the present invention is preferably a battery housing for a lithium ion battery.
  • electric mobility refers to transportation equipment such as vehicles, ships, and airplanes that run on electricity as an energy source.
  • vehicles include hybrid cars in addition to electric vehicles (EVs).
  • EVs electric vehicles
  • the above-described battery housing and battery structures having battery cells of the present invention are highly safe and extremely useful for electric mobility using battery modules with high energy density to extend driving distance.
  • Air shot test (strength against shock waves) For the fiber-reinforced resin composite materials prepared in each of the Examples and Comparative Examples, a flame from a burner at 1200°C was applied to one surface in the same manner as in the evaluation of the flame barrier property described above, and after 15 minutes, air was blown at a pressure of 0.2 MPa to evaluate whether holes were penetrated or not.
  • the air blowing conditions are as follows: Discharge pressure: 0.2 MPa Discharge diameter: Inner diameter ⁇ 3.0mm Distance from sample to air nozzle: 35 mm Air blowing position: Burner flame contact area
  • Puncture test The fiber-reinforced resin composite material prepared in each example was heated at 1200°C for 15 minutes.
  • the maximum impact force and maximum impact energy when the test piece was punched, and the displacement at the maximum impact point were measured using a high-speed puncture impact tester Hydroshot (HITS-P10) manufactured by Shimadzu Corporation.
  • the striker diameter was 1/2 inch
  • the test piece support table was 50 mm
  • the test speed was 3 m/sec.
  • the area of the displacement-load curve obtained in this test was evaluated as the maximum impact energy of the test piece. The measurement was performed in an indoor environment with a temperature of 23 ⁇ 2°C and a humidity of 50 ⁇ 10%.
  • the fiber-reinforced resin composite material prepared in each Example was heated for 15 minutes at 1200° C.
  • the central part of the fiber-reinforced resin composite material (200 ⁇ 200 mm) after heating was pressed against the center of the material using an AUTOGRAPH “AG-10TA” (manufactured by Shimadzu Corporation) with a pressing tool of ⁇ 20 mm (tip R3 mm) to measure the penetration strength at a test speed of 20 mm/min.
  • Phosphorus-based flame retardant component b
  • Phosphorus-based flame retardant composition (ADEKA CORPORATION, Adeka STAB FP-2500S, containing 50 to 60 mass% piperazine pyrophosphate, 35 to 45 mass% melamine pyrophosphate, and 3 to 6 mass% zinc oxide based on the total mass of the phosphorus-based flame retardant composition)
  • Dispersant (component c) ⁇ -Olefin/maleic anhydride copolymer (Mitsubishi Chemical Corporation, Diacalna 30M, weight average molecular weight 7,800).
  • Glass Fiber Mat A glass fiber mat was used which was prepared by needle punching a swirl mat (basis weight 880 g/m 2 ) made from continuous glass fibers (fiber diameter 23 ⁇ m) of roving. Elongation at maximum load: 10% The elongation of the glass fiber mat at maximum load was measured by the following method. A sample piece of glass fiber fabric measuring 250 mm x 25 mm was prepared and measured using an AUTOGRAPH "AG-10TA" (manufactured by Shimadzu Corporation). Specifically, both ends of the sample were fixed with chucks, and the test was carried out in tension mode at a speed of 200 mm/min. The displacement and load values were measured, and the sample elongation (strain) at the maximum load was calculated.
  • Preparation Example 1 (Preparation of PP Composition) The above components a, b, and c were mixed in proportions of 68 mass %, 30 mass %, and 2 mass %, respectively, and melt-kneaded (230° C.) to prepare pellets of a polypropylene resin composition (PP composition).
  • Comparative Preparation Example 1 Pellets of a polypropylene resin composition (PP composition) were prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that the components b and c were not used.
  • Example 1 The pellets of the PP composition granulated in Preparation Example 1 were put into an extruder, melted, and then extruded into a sheet to obtain an extruded sheet-like PP sheet 21 (see FIG. 3).
  • the glass fiber fabric 22 was laminated on both sides so as to sandwich the PP sheet 21, to obtain a laminate.
  • the laminate was further laminated on both sides so that the PP sheet 21 was the outermost layer.
  • the laminate was heated and pressed at 230° C. for 6 minutes while applying a pressure of 0.3 MPa using a laminator, and then cooled and solidified to obtain a fiber-reinforced resin composite material (thickness: 1.5 mm) 10 (see FIG. 3).
  • the PP sheet 21 was partially impregnated with the glass fiber fabric 22, and a fiber-reinforced resin composite material having an integrated layer was obtained.
  • the results of the evaluation by the above method are shown in Table 1.
  • Example 2 The pellets of the PP composition granulated in Preparation Example 1 were put into an extruder, melted, and extruded into a sheet to obtain an extruded sheet-like PP sheet 21.
  • the PP sheet 21 was laminated on both sides so as to sandwich the glass fiber fabric 22, to obtain a laminate. Furthermore, the laminate was laminated on both sides with the glass fiber fabric 22' so as to sandwich the laminate. Finally, the PP sheet 21'' was laminated on the surface of the glass fiber fabric 22' on one side so as to become the outermost layer.
  • the laminate was heated and pressed at 230°C for 6 minutes while applying a pressure of 0.3 MPa using a laminator, and then cooled and solidified to obtain a fiber-reinforced resin composite material (thickness: 1.5 mm) 10 (see FIG. 4).
  • the PP sheet was partially impregnated with the glass mat fabric fibers, and a fiber-reinforced resin composite material having an integrated layer was obtained.
  • the fiber-reinforced resin composite material was cut and the cross section was polished. The cross section was observed with a Hirox microscope "KH-8700" (bright field, magnification: 50x, 140x).
  • a layer (A) in which the ratio of the weight of the thermoplastic resin composition (X) to the weight of the inorganic fiber material (Y) per unit area was relatively large, and a layer (B) in which the ratio of the weight of the thermoplastic resin composition (X) to the weight of the inorganic fiber material (Y) per unit area was relatively small were observed.
  • the glass fibers are clearly observed as white or gray circular or elliptical cross sections. For this reason, it is possible to distinguish between the layer (A) and the layer (B) by measuring the number of glass fibers observed in the cross section.
  • the thickness ratio of the layer (A) to the layer (B) was 17/83. The results of the evaluation by the above method are shown in Table 1.
  • Comparative Example 1 A fiber-reinforced resin composite material was obtained in the same manner as in Example 1, except that PP (Comparative Preparation Example 1) prepared by melting (230° C.) only the component a was used instead of the pellets of the PP composition prepared in Preparation Example 1. The results of evaluation by the above method are shown in Table 1.
  • Comparative Example 2 A fiber-reinforced resin composite material was obtained in the same manner as in Comparative Example 1, except that the glass fiber weight and resin weight ratio in Comparative Example 1 were changed as shown in Table 1. The results of evaluation by the above-mentioned method are shown in Table 1.
  • Comparative Example 3 The pellets of the PP composition granulated in Preparation Example 1 were put into an extruder, melted, and then extruded into a sheet to obtain an extruded sheet-like PP sheet 21. A glass fiber mat was laminated on both sides so as to sandwich the PP sheet 21 to obtain a laminate. The laminate was further laminated on both sides so that the PP sheet 21 was the outermost layer. Next, the laminate was heated and pressed at 230° C. for 4 minutes while applying a pressure of 0.3 MPa using a laminator, and then cooled and solidified to obtain a fiber-reinforced resin composite material (thickness: 1.5 mm).
  • the fiber reinforced resin composite material of the present invention has excellent flame barrier properties, and even after 15 minutes, the flame was blocked and did not spread to the back side. Similarly, in the air shot test, there was no penetration, proving the high strength of the fiber reinforced resin composite material of the present invention.
  • the sheet of Comparative Example 1 did not satisfy V-1 in the UL94 test, and was found to have poor flammability.
  • a comparison between Example 2 and Comparative Example 3 shows that the fiber-reinforced resin composite material of the present invention shows good results in the puncture test and autograph test, and thus has high impact strength and penetration strength after heating.
  • the fiber-reinforced resin composite material of the present invention has been confirmed to exhibit high flame-shielding properties, combustion resistance, and strength against shock waves. Therefore, it is useful as a material for various industrial parts that require high safety, such as aircraft, ships, automobile parts, electrical and electronic equipment parts, and building materials. In particular, it can be suitably used for various battery housings and cases that have traditionally been made of metal, and is expected to contribute to the safety of automobiles as well as improve energy efficiency and reduce CO2 emissions by reducing weight.
  • Fiber reinforced resin composite material 11 Layer (A) 12 Layer (B) 20 Laminate 21 PP sheet (sheet made of thermoplastic resin composition (X)) 21' PP sheet 21'' PP sheet 22 Glass fiber woven mat (sheet made of inorganic fiber material (Y)) 22' Woven Glass Mat

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Abstract

熱可塑性樹脂組成物(X)と、無機繊維材料(Y)を含む繊維強化樹脂複合材料であって、熱可塑性樹脂組成物(X)は、熱可塑性樹脂とリン系難燃剤を含み、前記リン系難燃剤がイントメッセント系難燃剤を含み、無機繊維材料(Y)は、最大荷重時の伸度が5%以下である、繊維強化樹脂複合材料である。 高い遮炎性、衝撃波に対する強度を兼ね備えた繊維強化樹脂複合材料を提供することができる。

Description

繊維強化樹脂複合材料及びそれを用いた成形体
 本発明は、繊維強化樹脂複合材料及びそれを用いた成形体に関する。
 近年、環境対策の一環として電気自動車やハイブリット自動車の研究開発が進められており、航続距離の向上を目指した高エネルギー密度のバッテリー開発と軽量化が盛んに進められている。このような高エネルギー密度のバッテリーは不慮の事故により発火する恐れがあり、乗客への安全対策としてそのハウジング材は高い遮炎性が必要なため、鉄などの金属材料と耐火材が併用されている場合が多い。
 しかしながら、金属材料は重くなる欠点があり、耐火材を併用する場合には加工性や部品点数増加によるコスト増が課題となっている。そこで、軽量化と遮炎性を両立する可能性を有する樹脂化が試みられている。現在、持続可能な社会に向け、二酸化炭素の抑制やリサイクル性が重要視されてきている。熱硬化系の材料は高い難燃性を有するものが多く、複合材としては一般的であるが、リサイクル性の面では熱可塑性の樹脂素材が有利となる。
 また、中国ではGB 38031-2020《電動自動車動力用バッテリーの安全要求》という安全規格が発表され、バッテリーの熱暴走の5分前に警告を発することが義務付けられているが、これは、バッテリーの発火後5分以上遮炎するハウジング材によっても達成できると考えられている。
 これらの課題に対し、例えば特許文献1では、炭素繊維強化ポリプロピレン樹脂に臭素系難燃剤や酸化アンチモン化合物を添加したものなどが提案されている。しかしながら、ここで使用される添加剤は生体残留性に問題がある。
 これに対し、生体残留性に配慮して、ポリプロピレン系樹脂を難燃化する技術として、特許文献2には、ポリオレフィン系樹脂に(ポリ)リン酸塩化合物を含有させた難燃性ポリオレフィン系組成物が提案されている。
 また、特許文献3には、ポリプロピレン樹脂にガラス長繊維とリン酸塩化合物を含有した難燃性樹脂組成物が提案されている。
特開2014-62189号公報 特開2013-119575号公報 特開2011-88970号公報
 高エネルギー密度のバッテリーの軽量化と遮炎性を両立する可能性を有する従来の繊維強化樹脂複合材料技術では、不十分な点が多い。具体的には、繊維強化樹脂複合材料を得るための材料となるスタンパブルシートがスタンプ成形時の流動性を保持できない、スタンプ成形後に十分な繊維強化樹脂複合材料の強度や剛性が得られないという問題がある。
 特に、高エネルギー密度のバッテリーにあっては、暴走した際に爆発に由来する衝撃波が発生する可能性があり、このような衝撃波に耐性を示す強度が必要とされる場合がある。
 本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、高い遮炎性、衝撃波に対する強度を兼ね備えた繊維強化樹脂複合材料を提供することを課題とする。
 本発明者らは、上記課題を解決するため、鋭意検討した結果、リン系難燃剤を含む熱可塑性樹脂組成物と特定の無機繊維材料を含む繊維強化樹脂複合材料が上記の課題を解決できることを見出し、これらの知見に基づき、本発明を完成するに至った。
 すなわち、本発明は、以下の[1]~[15]を提供する。
[1]熱可塑性樹脂組成物(X)と、無機繊維材料(Y)を含む繊維強化樹脂複合材料であって、熱可塑性樹脂組成物(X)は、熱可塑性樹脂とリン系難燃剤を含み、前記リン系難燃剤がイントメッセント系難燃剤を含み、無機繊維材料(Y)は、最大荷重時の伸度が5%以下である、繊維強化樹脂複合材料。
[2]単位面積当たりの無機繊維材料(Y)の重量に対する熱可塑性樹脂組成物(X)の重量の比率が相対的に大きい層(A)と、単位面積当たりの無機繊維材料(Y)の重量に対する熱可塑性樹脂組成物(X)の重量の比率が相対的に小さい層(B)とを、少なくとも1層ずつ備える、上記[1]に記載の繊維強化樹脂複合材料。
[3]前記熱可塑性樹脂組成物(X)と前記無機繊維材料(Y)の全体の重量比が70/30~30/70である、上記[1]又は[2]に記載の繊維強化樹脂複合材料。
[4]前記熱可塑性樹脂組成物(X)と前記無機繊維材料(Y)の全体の重量比が60/40~30/70である、上記[1]~[3]のいずれかに記載の繊維強化樹脂複合材料。
[5]前記層(A)と層(B)の厚み比が1/99~50/50である、上記[2]~[4]のいずれかに記載の繊維強化樹脂複合材料。
[6]前記熱可塑性樹脂組成物(X)が、さらに分散剤を含む、上記[1]~[5]のいずれかに記載の繊維強化樹脂複合材料。
[7]前記分散剤が、α-オレフィンと不飽和カルボン酸との共重合体を含む、上記[6]に記載の繊維強化樹脂複合材料。
[8]前記リン系難燃剤100質量部に対する分散剤の含有量が、0を超え25質量部以下である、上記[6]又は[7]に記載の繊維強化樹脂複合材料。
[9]前記無機繊維材料(Y)を構成する無機繊維が、ガラス繊維、セラミック繊維、金属繊維及び金属酸化物繊維から選ばれる少なくとも1種を含む、上記[1]~[8]のいずれかに記載の繊維強化樹脂複合材料。
[10]前記無機繊維材料(Y)が、無機繊維織物を含む、上記[1]~[9]のいずれかに記載の繊維強化樹脂複合材料。
[11]前記熱可塑性樹脂組成物(X)を構成する熱可塑性樹脂がポリプロピレン系樹脂を含み、ポリプロピレン系樹脂の含有量が全重量に対して15~80質量%である、上記[1]~[10]のいずれかに記載の繊維強化樹脂複合材料。
[12]前記リン系難燃剤の含有量が全重量に対して1~30質量%である、上記[1]~[11]のいずれかに記載の繊維強化樹脂複合材料。
[13]上記[1]~[12]のいずれかに記載の繊維強化樹脂複合材料をスタンピング成形してなる成形体。
[14]上記[1]~[12]のいずれかに記載の繊維強化樹脂複合材料を用いたハウジング又は筐体。
[15]上記[1]~[12]のいずれかに記載の繊維強化樹脂複合材料を用いたバッテリーハウジング。
 本発明によれば、高い遮炎性、及び衝撃波に対する強度を兼ね備えた繊維強化樹脂複合材料を提供することができる。
本発明の繊維強化樹脂複合材料の一態様を示す模式図である。 本発明の繊維強化樹脂複合材料の製造方法を示す模式図である。 実施例1の繊維強化樹脂複合材料の製造方法を示す模式図である。 実施例2の繊維強化樹脂複合材料の製造方法を示す模式図である。
 以下、本発明の実施の形態について詳細に説明するが、以下の説明は、本発明の実施態様の一例であり、本発明はこれらの内容に何ら限定されない。
[繊維強化樹脂複合材料]
 本発明は、熱可塑性樹脂組成物(X)と無機繊維材料(Y)を含む繊維強化樹脂複合材料に関する。本発明の複合材料における、熱可塑性樹脂組成物(X)は、熱可塑性樹脂とリン系難燃剤であるイントメッセント系難燃剤を含む。また、無機繊維材料(Y)は、最大荷重時の伸度が5%以下であることが特徴である。
 本発明の繊維強化樹脂複合材料に用いられる無機繊維材料(Y)は複数の無機繊維が集合して、一定の、又は不定形の組織形態が保持されている無機繊維の組織体である。無機繊維材料(Y)の最大荷重時の伸度が5%以下であることで、熱可塑性樹脂組成物(X)とともに繊維強化樹脂複合材料を構成したときの遮炎性と衝撃波に対する強度を担保することができる。これは、最大荷重時の伸度が5%以下であるような無機繊維材料(Y)に適度に熱可塑性樹脂組成物(X)が含浸して一体化されることで、機械的な強度が向上するとともに、無機繊維材料(Y)の繊維組織の間隙中において、熱可塑性樹脂組成物(X)に含まれるリン系難燃剤が緻密なチャーを形成することで接炎時の遮炎性と衝撃波に対する強度が同時に発揮されるためと考えられる。
 無機繊維材料(Y)の最大荷重時の伸度は、遮炎性と衝撃波に対する強度を向上させる観点から、4%以下、又は3%以下、又は2%以下であり得る。一方、成形加工性が容易になるという観点から、0.1%以上であることが好ましい。
 本発明の複合材料は、好適な一態様では、単位面積当たりの無機繊維材料(Y)の重量に対する熱可塑性樹脂組成物(X)の重量の比率が相対的に大きい層(A)と、単位面積当たりの無機繊維材料(Y)の重量に対する熱可塑性樹脂組成物(X)の重量の比率が相対的に小さい層(B)とを、少なくとも1層ずつ備える2層以上の積層体であることができる。
 本発明の繊維強化樹脂複合材料の一態様の層構成について、図1を用いて説明する。
 本発明の繊維強化樹脂複合材料の一態様は、図1に示すように、単位面積当たりの無機繊維材料(Y)の重量に対する熱可塑性樹脂組成物(X)の重量の比率が相対的に大きい層(A)(図1中の11)と、単位面積当たりの無機繊維材料(Y)の重量に対する熱可塑性樹脂組成物(X)の重量の比率が相対的に小さい層(B)(図1中の12)とを、少なくとも1層ずつ備える。図1に示す例では、層(A)が2層あり、層(B)が1層であって、層(A)が層(B)を挟持する形態となっている。
 このような層構成は、例えば、無機繊維材料(Y)からなるシートと熱可塑性樹脂組成物(X)からなるシートを用いることで達成できる。すなわち、図2に示すように、無機繊維材料(Y)からなるシート22を2枚の熱可塑性樹脂組成物(X)からなるシート21で挟持した積層体20を準備し、これに上下から一定の温度、圧力で押圧することで得られる。熱可塑性樹脂組成物(X)は溶融し、無機繊維材料(Y)からなるシート22に含浸される。これを冷却、固化することで、2層の層(A)(図1中の11)で挟持された層(B)(図1中の12)を有する、本発明の一態様である繊維強化樹脂複合材料10が得られる。本発明の繊維強化樹脂複合材料において、前記の層(A)と層(B)が分離された層として形成されるのは、最大荷重時の伸度が5%以下である無機繊維材料(Y)に対して、熱可塑性樹脂組成物(X)が完全には含浸されない場合に、熱可塑性樹脂組成物(X)を主成分とする層が形成されるためである。したがって、無機繊維材料(Y)に対する熱可塑性樹脂組成物(X)の含浸性を調整することで、前記のように層(A)と層(B)が分離された積層体構造を有する繊維強化樹脂複合材料とすることもでき、また、層(A)と層(B)のような分離された層を有さず、均一な1つの層からなる繊維強化樹脂複合材料とすることもできる。
 前記層(A)と層(B)の厚み比は、1/99~50/50の範囲であることが好ましい。当該厚み比が上記範囲であると、無機繊維材料(Y)への熱可塑性樹脂組成物(X)の含浸の程度を好適範囲に制御することができ、高い遮炎性、耐燃焼性、及び衝撃波に対する強度を兼ね備えた繊維強化樹脂複合材料とすることができる。以上の観点から、層(A)と層(B)の厚み比は、2/98~40/60の範囲であることがより好ましく、5/95~30/70の範囲であることがさらに好ましい。
 また、繊維強化樹脂複合材料全体における、熱可塑性樹脂組成物(X)と無機繊維材料(Y)の重量比(以下「X/Y」と記載する。)は70/30~20/80の範囲であることが好ましい。熱可塑性樹脂組成物(X)は、本発明の繊維強化樹脂複合材料に高い遮炎性と耐燃焼性を付与するものであり、無機繊維材料(Y)は、本発明の繊維強化樹脂複合材料に衝撃波に対する強度を付与するものであって、これらのバランスが重要である。
 したがって、X/Yが上記範囲であると、高い遮炎性、耐燃焼性、及び衝撃波に対する強度を兼ね備えた繊維強化樹脂複合材料を得ることができる。以上の観点から、X/Yは70/30~30/70の範囲であることがより好ましく、65/35~30/70の範囲であることがさらに好ましく、60/40~30/70の範囲であることがよりさらに好ましく、60/40~35/65の範囲であることが特に好ましい。
 以下、本発明において用いられる各成分、得られる繊維強化樹脂複合材料について、詳細に説明する。
[熱可塑性樹脂組成物(X)]
 本発明に係る熱可塑性樹脂組成物(X)は、(a)熱可塑性樹脂と(b)リン系難燃剤であるイントメッセント系難燃剤を少なくとも含む。以下、(a)熱可塑性樹脂及び(b)リン系難燃剤(イントメッセント系難燃剤を含む)について詳述する。
<(a)熱可塑性樹脂>
 本発明に用いられる熱可塑性樹脂としては、特段の制限はなく、ポリオレフィン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、アクリロニトリルスチレン樹脂、ABS樹脂、ポリアミド樹脂、変性ポリフェニレンオキサイド等が挙げられる。なお、これらは1種を使用してもよいし、2種以上を使用してもよい。例えば(a)熱可塑性樹脂が、上記のうち2種以上の熱可塑性樹脂の複合樹脂であってもよい。
 ポリオレフィン樹脂としては、特段の制限はなく、後述の樹脂が挙げられる。ポリエステル樹脂としては、特段の制限はなく、例えば、ポリブチレンテレフタレートが挙げられる。ポリアミド樹脂としては、特段の制限はなく、例えば、ナイロン66、ナイロン6が挙げられる。
 なかでも、本発明は特に、(a)熱可塑性樹脂として少なくともポリオレフィン樹脂を含む場合に特に有用である。なお、本発明において「ポリオレフィン樹脂」とは、樹脂を構成する全ての構成単位100mol%に対し、オレフィン単位又はシクロオレフィン単位が占める割合が90mol%以上である樹脂を意味する。
 ポリオレフィン樹脂を構成する全ての構成単位100mol%に対し、オレフィン単位又はシクロオレフィン単位が占める割合は、95mol%以上が好ましく、98mol%以上が特に好ましい。
 ポリオレフィン樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリ(3-メチル-1-ブテン)、ポリ(3-メチル-1-ペンテン)、ポリ(4-メチル-1-ペンテン)等のα-オレフィン重合体;エチレン-プロピレンブロック又はランダム共重合体、炭素原子数4以上のα-オレフィン-プロピレンブロック又はランダム共重合体、エチレン-メチルメタクリレート共重合体、エチレン-酢酸ビニル共重合体等のα-オレフィン共重合体;ポリシクロヘキセン、ポリシクロペンテン等のシクロオレフィン重合体等が挙げられる。ポリエチレンとしては、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン等が挙げられる。ポリプロピレンとしては、アイソタクチックポリプロピレン、シンジオタクチックポリプロピレン、ヘミアイソタクチックポリプロピレン、ステレオブロックポリプロピレン等が挙げられる。炭素原子数4以上のα-オレフィン-プロピレンブロック又はランダム共重合体において、炭素原子数4以上のα-オレフィンとしては、ブテン、3-メチル-1-ブテン、3-メチル-1-ペンテン、4-メチル-1-ペンテン等が挙げられる。これらのポリオレフィン樹脂は1種を単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい。
 上記オレフィン樹脂のうち、特にポリプロピレン樹脂(以下「PP樹脂」と記載することがある。)が好ましい。
(メルトフローレート(MFR))
 本発明に用いられる(a)熱可塑性樹脂のメルトフローレート(以下、MFRと略記することがある)(230℃、2.16kg荷重)は、40~500g/10分であることが好ましい。MFRが40g/10分以上であると、例えば、繊維強化樹脂複合材料をスタンピング成形した際に欠損が生じず、加工性が低下することがない。また、500g/10分以下であると、繊維強化樹脂複合材料(シート)の製造において、バリを生じることがない。以上の観点から、MFRは、好ましくは50~400g/10分、より好ましくは60~400g/10分、より好ましくは70~300g/10分である。
 (a)熱可塑性樹脂は、例えば、重合時の水素濃度等を制御することにより、MFRを調整することができる。
 なお、MFRは、JIS K7210に準拠して測定した値である。
((a)熱可塑性樹脂の含有量)
 本発明の繊維強化樹脂複合材料における(a)熱可塑性樹脂の含有量は、特に限定されないが、好ましくは、15~80質量%である。熱可塑性樹脂の含有量が15質量%以上であると成形加工性が特に良好となり、繊維強化樹脂複合材料の成形が容易となる。一方、80質量%以下であると、難燃剤、分散剤及び無機繊維を十分な量含有でき、良好な遮炎性を得ることができる。以上の観点から、繊維強化樹脂複合材料における熱可塑性樹脂の含有量は35~70質量%であることが好ましく、40~60質量%であることがより好ましい。
<(a-1)ポリプロピレン系樹脂>
 本発明の繊維強化樹脂複合材料に用いられる(a)熱可塑性樹脂として、ポリプロピレン系樹脂を含むことが好ましい。ポリプロピレン系樹脂としては、プロピレン単独重合体、又はプロピレン-α-オレフィン共重合体が挙げられる。ここでプロピレン-α-オレフィン共重合体は、ランダム共重合体及びブロック共重合体のいずれであってもよい。
(α-オレフィン)
 上記共重合体を構成するα-オレフィンとしては、例えば、エチレン、1-ブテン、2-メチル-1-プロペン、1-ペンテン、2-メチル-1-ブテン、3-メチル-1-ブテン、1-ヘキセン、2-エチル-1-ブテン、2,3-ジメチル-1-ブテン、2-メチル-1-ペンテン、3-メチル-1-ペンテン、4-メチル-1-ペンテン、3,3-ジメチル-1-ブテン、1-ヘプテン、メチル-1-ヘキセン、ジメチル-1-ペンテン、エチル-1-ペンテン、トリメチル-1-ブテン、1-オクテン等を挙げることができる。これらは、1種を用いてプロピレンと共重合してもよく、また、2種以上を用いてプロピレンと共重合してもよい。中でも、繊維強化樹脂複合材料の耐衝撃強度の向上という観点からは、その効果が大きいエチレン又は1-ブテンであるのが好ましく、最も好ましいのはエチレンである。
(プロピレン-エチレンランダム共重合体)
 プロピレンとエチレンのランダム共重合体の場合、好ましくはプロピレン単位を90~99.5質量%、さらに好ましくは92~99質量%、エチレン単位を好ましくは0.5~10質量%、さらに好ましくは1~8質量%含んでなるものである。エチレン単位が上記下限値以上であると、繊維強化樹脂複合材料の十分な耐衝撃強度が得られ、また、上記上限値以下であると、十分な剛性が維持される。
 プロピレンとエチレンのランダム共重合体におけるプロピレン単位とエチレン単位の含量は、プロピレンとエチレンのランダム共重合体の重合時のプロピレンとエチレンの組成比を、制御することにより、調整することができる。
 また、プロピレンとエチレンのランダム共重合体のプロピレン含量は、クロス分別装置やFT-IR等を用いて測定される値であり、その測定条件等は、例えば、特開2008-189893号公報に記載されている方法を使用すればよい。
(メルトフローレート(MFR))
 本発明に用いられる(a-1)ポリプロピレン系樹脂のMFR(230℃、2.16kg荷重)は、40~500g/10分であることが好ましい。MFRが40g/10分以上であると、スタンピング成形等により成形体を得る際に欠損が生じず、加工性が低下することがない。また、500g/10分以下であると、繊維強化樹脂複合材料の製造において、バリを生じることがない。以上の観点から、MFRは、好ましくは50~400g/10分、より好ましくは60~400g/10分、より好ましくは70~300g/10分である。
 (a-1)ポリプロピレン系樹脂(プロピレン単独重合体)は、重合時の水素濃度等を制御することにより、MFRを調整することができる。
 なお、MFRは、JIS K7210に準拠して測定した値である。
((a-1)ポリプロピレン系樹脂の含有量)
 本発明の繊維強化樹脂複合材料における(a-1)ポリプロピレン系樹脂の含有量は、特に限定されないが、好ましくは、15~80質量%である。ポリプロピレン系樹脂の含有量が15質量%以上であると成形加工性が十分となり、成形体の成形が容易となる。一方、80質量%以下であると、難燃剤、分散剤及び無機繊維の含有量が十分となり、十分な遮炎性が得られる。以上の観点から、繊維強化樹脂複合材料におけるポリプロピレン系樹脂の含有量は35~70質量%であることがより好ましく、40~60質量%であることがさらに好ましい。
<変性ポリオレフィン系樹脂>
 本発明の繊維強化樹脂複合材料は、上記ポリプロピレン系樹脂に加えて、さらに変性ポリオレフィン系樹脂を含むことができる。変性ポリオレフィン系樹脂としては、具体的には、酸変性ポリオレフィン系樹脂及びヒドロキシ変性ポリオレフィン系樹脂が挙げられ、これらはそれぞれ単独で、又は両者を併用することもできる。
 なお、変性ポリオレフィン系樹脂として用いる、酸変性ポリオレフィン系樹脂及びヒドロキシ変性ポリオレフィン系樹脂の種類としては、特に制限はなく、従来公知のものであってもよい。
(酸変性ポリオレフィン系樹脂)
 酸変性ポリオレフィン系樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン-α-オレフィン共重合体、エチレン-α-オレフィン-非共役ジエン化合物共重合体(EPDMなど)、エチレン-芳香族モノビニル化合物-共役ジエン化合物共重合エラストマーなどのポリオレフィンを、マレイン酸又は無水マレイン酸等の不飽和カルボン酸を用いてグラフト共重合し、化学変性したものが挙げられる。
 このグラフト共重合は、例えば、上記ポリオレフィンを適当な溶媒中で、ベンゾイルパーオキシドなどのラジカル発生剤を用いて、不飽和カルボン酸と反応させることにより行われる。また、不飽和カルボン酸又はその誘導体の成分は、ポリオレフィン用モノマーとのランダム又はブロック共重合によりポリマー鎖中に導入することもできる。
 変性のために使用される不飽和カルボン酸としては、例えば、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、アクリル酸、メタクリル酸等のカルボキシル基、及び必要に応じてヒドロキシル基やアミノ基などの官能基が導入された重合性二重結合を有する化合物が挙げられる。
 また、不飽和カルボン酸の誘導体としては、これらの酸無水物、エステル、アミド、イミド、金属塩等があり、その具体例としては、無水マレイン酸、無水イタコン酸、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、メタクリル酸メチル等を挙げることができる。これらのうち、好ましくは無水マレイン酸である。
 好ましい酸変性ポリオレフィン系樹脂としては、エチレン及び/又はプロピレンを主たるポリマー構成単位とするオレフィン系重合体に、無水マレイン酸をグラフト重合することにより変性したもの、エチレン及び/又はプロピレンを主体とするオレフィンと無水マレイン酸とを共重合することにより変性したものなどが挙げられる。具体的には、ポリエチレン/無水マレイン酸グラフトエチレン・ブテン-1共重合体の組み合わせ、又はポリプロピレン/無水マレイン酸グラフトポリプロピレンの組み合わせなどが挙げられる。
(ヒドロキシ変性ポリオレフィン系樹脂)
 ヒドロキシ変性ポリオレフィン系樹脂は、ヒドロキシル基を含有する変性ポリオレフィン系樹脂である。ヒドロキシ変性ポリオレフィン系樹脂は、ヒドロキシル基を適当な部位、例えば、主鎖の末端や側鎖に有していてもよい。
 ヒドロキシ変性ポリオレフィン系樹脂を構成するオレフィン系樹脂としては、例えば、エチレン、プロピレン、ブテン、4-メチルペンテン-1、ヘキセン、オクテン、ノネン、デセン、ドデセンなどのα-オレフィンの単独又は共重合体、前記α-オレフィンと共重合性単量体との共重合体などが例示できる。
 好ましいヒドロキシ変性ポリオレフィン系樹脂としては、例えば、低密度、中密度又は高密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン、エチレン-(メタ)アクリル酸エステル共重合体、エチレン-酢酸ビニル共重合体などのヒドロキシ変性ポリエチレン系樹脂、例えば、アイソタクチックポリプロピレンなどのポリプロピレンホモポリマー、プロピレンとα-オレフィン(例えば、エチレン、ブテン、ヘキサンなど)とのランダム共重合体、プロピレン-α-オレフィンブロック共重合体など、ヒドロキシ変性ポリ(4-メチルペンテン-1)などのヒドロキシ変性ポリプロピレン系樹脂が例示できる。
<(b)リン系難燃剤>
 本発明の繊維強化樹脂複合材料は(b)リン系難燃剤を含有する。リン系難燃剤は遮炎性向上の観点、生体残留性がなく、優れた難燃性を有する点から、好ましい。
 また、本発明の繊維強化樹脂複合材料は、遮炎性向上の観点から、前記リン系難燃剤としてイントメッセント系難燃剤を含む。
 イントメッセント系難燃剤は、燃焼源からの輻射熱や、燃焼物から外部へ燃焼ガスや煙などの拡散を防ぐ表面膨張層(イントメッセント)を形成することにより、材料の燃焼を抑制させる難燃剤である。イントメッセント系難燃剤としては、(ポリ)リン酸と窒素化合物との塩が挙げられる。窒素化合物としては、アンモニア、メラミン、ピペラジン、後述する他の窒素化合物等が挙げられる。
 具体的には、ポリリン酸アンモニウム、ポリリン酸メラミン、ポリリン酸ピペラジン、ピロリン酸アンモニウム、ピロリン酸メラミン、ピロリン酸ピペラジン等の(ポリ)リン酸のアンモニウム塩やアミン塩が挙げられる。これらのうち、メラミン構造又はピペラジン構造を有する化合物を含むことが特に好ましい。
 また、窒素化合物としては、アンモニア、メラミン、ピペラジン、その他の窒素化合物等が挙げられ、他の窒素化合物としては、例えば、N,N,N’,N’-テトラメチルジアミノメタン、エチレンジアミン、N,N’-ジメチルエチレンジアミン、N,N’-ジエチルエチレンジアミン、N,N-ジメチルエチレンジアミン、N,N-ジエチルエチレンジアミン、N,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン、N,N,N’,N’-ジエチルエチレンジアミン、1,2-プロパンジアミン、1,3-プロパンジアミン、テトラメチレンジアミン、ペンタメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、1,7-ジアミノへプタン、1,8-ジアミノオクタン、1,9-ジアミノノナン、1,10-ジアミノデカン、trans-2,5-ジメチルピペラジン、1,4-ビス(2-アミノエチル)ピペラジン、1,4-ビス(3-アミノプロピル)ピペラジン、アセトグアナミン、ベンゾグアナミン、アクリルグアナミン、2,4-ジアミノ-6-ノニル-1,3,5-トリアジン、2,4-ジアミノ-6-ハイドロキシ-1,3,5-トリアジン、2-アミノ-4,6-ジハイドロキシ-1,3,5-トリアジン、2,4-ジアミノ-6-メトキシ-1,3,5-トリアジン、2,4-ジアミノ-6-エトキシ-1,3,5-トリアジン、2,4-ジアミノ-6-プロポキシ-1,3,5-トリアジン、2,4-ジアミノ-6-イソプロポキシ-1,3,5-トリアジン、2,4-ジアミノ-6-メルカプト-1,3,5-トリアジン、2-アミノ-4,6-ジメルカプト-1,3,5-トリアジン、アンメリン、ベンズグアナミン、アセトグアナミン、フタロジグアナミン、メラミンシアヌレ-ト、ブチレンジグアナミン、ノルボルネンジグアナミン、メチレンジグアナミン、エチレンジメラミン、トリメチレンジメラミン、テトラメチレンジメラミン、ヘキサメチレンジメラミン、1,3-ヘキシレンジメラミン等が挙げられる。
 イントメッセント系難燃剤は、(ポリ)リン酸と窒素化合物との塩であり、樹脂組成物の燃焼時に、発泡したチャーである表面膨張層(イントメッセント)を形成させる。表面膨張層が形成されることで、分解生成物の拡散や伝熱が抑制され、優れた難燃性が発現する。
 イントメッセント系難燃剤の市販品としては、アデカスタブFP-2100J、FP-2200、FP-2500S((株)ADEKA製)等が挙げられる。
 なお、本発明では、イントメッセント系難燃剤を必須とするが、その他の難燃剤を併用してもよく、具体的には、イントメッセント系難燃剤以外のリン系難燃剤(以下「その他のリン系難燃剤」と記載することがある。)、臭素系難燃剤、アンチモン系難燃剤等が挙げられる。
(その他のリン系難燃剤)
 リン系難燃剤は、リン化合物、すなわち分子中にリン原子を含む化合物である。リン系難燃剤は、樹脂組成物の燃焼時にチャーを形成させることで難燃効果を発揮する。
 リン系難燃剤としては、公知のものであってよく、例えば(ポリ)リン酸塩、(ポリ)リン酸エステル等が挙げられる。ここで、「(ポリ)リン酸塩」は、リン酸塩又はポリリン酸塩を示し、「(ポリ)リン酸エステル」は、リン酸エステル又はポリリン酸エステルを示す。
 なお、リン系難燃剤は、80℃において固体であることが好ましい。
 リン系難燃剤としては、難燃性の点で、(ポリ)リン酸塩が好ましい。
 (ポリ)リン酸塩としては、例えば、ポリリン酸アンモニウム塩、ポリリン酸メラミン塩、ポリリン酸ピペラジン塩、オルトリン酸ピペラジン塩、ピロリン酸メラミン塩、ピロリン酸ピペラジン塩、ポリリン酸メラミン塩、オルトリン酸メラミン塩が挙げられ、その他リン系難燃剤として、リン酸カルシウム、リン酸マグネシウム等が挙げられる。
 また、上記例示において、メラミン又はピペラジンを他の窒素化合物に置き換えた化合物も同様に使用できる。これらの(ポリ)リン酸塩は1種を単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい。
(臭素系難燃剤)
 臭素系難燃剤としては、例えば、デカブロモジフェニルエーテル、テトラブロモビスフェノールA、テトラブロモビスフェノールS、1,2-ビス(2’,3’,4’,5’,6’-ペンタブロモフェニル)エタン、1,2-ビス(2,4,6-トリブロモフェノキシ)エタン、2,4,6-トリス(2,4,6-トリブロモフェノキシ)-1,3,5-トリアジン、2,6-ジブロモフェノール、2,4-ジブロモフェノール、臭素化ポリスチレン、エチレンビステトラブロモフタルイミド、ヘキサブロモシクロドデカン、ヘキサブロモベンゼン、ペンタブロモベンジルアクリレート、2,2-ビス[4’(2’’,3’’-ジブロモプロポキシ)-3’,5’-ジブロモフェニル]-プロパン、ビス[3,5-ジブロモ-4-(2,3-ジブロモプロポキシ)フェニル]スルホン、トリス(2,3-ジブロモプロピル)イソシアヌレートなどが挙げられる。
(アンチモン系難燃剤)
 アンチモン系難燃剤としては、三酸化アンチモン、四酸化アンチモン、五酸化アンチモン、ピロアンチモン酸ナトリウム、三塩化アンチモン、三硫化アンチモン、オキシ塩化アンチモン、二塩化アンチモンパークロロペンタン及びアンチモン酸カリウム等を挙げることができ、特に三酸化アンチモン、五酸化アンチモンが好ましい。
 上記難燃剤のうち、環境性の点から、ノンハロゲン系難燃剤が好ましい。
 なお、上記難燃剤は、1種を単独で使用することができ、又は2種以上を併用することもできる。
((b)リン系難燃剤の含有量)
 本発明の繊維強化樹脂複合材料におけるリン系難燃剤(イントメッセント系難燃剤を含む)の含有量は特に限定されないが、熱可塑性樹脂組成物(X)中の含有量として、好ましくは1~30質量%の範囲である。1質量%以上であると、繊維強化樹脂複合材料に良好な難燃性を付与でき、良好な遮炎性が得られる。一方、リン系難燃剤が30質量%以下であると、熱可塑性樹脂を十分な含有比で含むことができるので、成形加工性がより良好となる。以上の観点から、熱可塑性樹脂組成物(X)中の難燃剤の含有量は1~25質量%の範囲がより好ましく、3~20質量%の範囲がさらに好ましい。
<(c)分散剤>
 (c)分散剤としては、(b)リン系難燃剤を(a)熱可塑性樹脂中に分散させることができればよく、特に限定されないが、(a)熱可塑性樹脂との相溶性の点で、高分子分散剤を好適に使用することができる。好ましくは、(b)リン系難燃剤を(a-1)ポリプロピレン系樹脂中に分散させることができるものを好適に用いることができる。高分子分散剤としては、官能基を有する高分子分散剤が好ましく、分散安定性の面からカルボキシル基、リン酸基、スルホン酸基、一級、二級又は三級アミノ基、四級アンモニウム塩基、ピリジン、ピリミジン、ピラジン等の含窒素ヘテロ環由来の基、等の官能基を有する高分子分散剤が好ましい。
 本発明においては、カルボキシル基を有する高分子分散剤が好ましく、特に、難燃剤として好適なリン系難燃剤を用いる場合には、α-オレフィンと不飽和カルボン酸との共重合体が好ましい。当該分散剤を用いることで、リン系難燃剤の分散性を向上させることができ、難燃剤の含有量を低減させることができる。
(α-オレフィンと不飽和カルボン酸との共重合体)
 本発明に係る「α-オレフィンと不飽和カルボン酸との共重合体」(以下、「共重合体(c1)」と記載する。)における、α-オレフィン単位と不飽和カルボン酸単位は、その合計100mol%のうちα-オレフィン単位の割合が20mol%以上80mol%以下であることが好ましい。
 共重合体(c1)において、α-オレフィン単位と不飽和カルボン酸単位との合計量に対するα-オレフィン単位の割合は、30mol%以上であることがより好ましく、一方、70mol%以下であることがより好ましい。α-オレフィンの割合が前記下限値以上であれば、(a)ポリオレフィン系樹脂との相溶性がより優れたものとなり、前記上限値以下であれば、(b)リン系難燃剤との相溶性がより優れたものとなる。
 共重合体(c1)において、α-オレフィンとしては、炭素原子数5以上のα-オレフィンが好ましく、炭素原子数10以上80以下のα-オレフィンがより好ましい。α-オレフィンの炭素原子数が5以上であれば、(a)熱可塑性樹脂との相溶性がより良好となる傾向があり、80以下であれば、原料コストの点で有利である。以上の観点から、α-オレフィンの炭素原子数は12以上70以下であることがさらに好ましく、18以上60以下であることが特に好ましい。
 また、共重合体(c1)において、不飽和カルボン酸としては、例えば、(メタ)アクリル酸、マレイン酸、メチルマレイン酸、フマル酸、メチルフマル酸、テトラヒドロフタル酸、イタコン酸、シトラコン酸、クロトン酸、イソクロトン酸、グルタコン酸、ノルボルナン-5-エン-2,3-ジカルボン酸、及びこれらの不飽和カルボン酸のエステル、無水物、イミド等が挙げられる。なお、「(メタ)アクリル酸」はアクリル酸又はメタクリル酸を示すものである。
 不飽和カルボン酸のエステル、無水物又はイミドの具体例としては、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸2-エチルへキシル、(メタ)アクリル酸グリシジル等の(メタ)アクリル酸エステル;無水マレイン酸、無水イタコン酸、無水シトラコン酸、5-ノルボルネン-2,3-ジカルボン酸無水物等のジカルボン酸無水物;マレイミド、N-エチルマレイミド、N-フェニルマレイミド等のマレイミド化合物等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい。
 上記の中では、共重合反応性の点から、エステルやジカルボン酸無水物が好ましい。中でも、難燃剤として好適なリン系難燃剤との相溶性の点から、ジカルボン酸無水物が好ましく、無水マレイン酸が特に好ましい。
 共重合体(c1)の重量平均分子量は、2,000以上が好ましく、3,000以上がより好ましく、一方、50,000以下が好ましく、30,000以下がより好ましい。共重合体(c1)の重量平均分子量が上記範囲内であれば、(b)リン系難燃剤の分散性がより優れたものとなる。
 なお、共重合体(c1)の重量平均分子量は、共重合体(c1)をテトラヒドロフラン(THF)に溶解し、ゲルパーミエーションクロマトグラフィにより測定される標準ポリスチレン換算の値である。
 共重合体(c1)の市販品としては、リコルブCE2(クラリアントジャパン(株)製)、ダイヤカルナ30M(三菱ケミカル(株)製)が挙げられる。
 本発明に係る熱可塑性樹脂組成物(X)中の(b)リン系難燃剤100質量部に対する(c)分散剤の含有量は、0を超え、25質量部以下の範囲であり、好適には0.01~10質量部の範囲である。
 本発明者らの検討によれば、繊維強化樹脂複合材料を構成する無機繊維中に熱可塑性樹脂をマトリクス樹脂としてリン系難燃剤が均一に分散して存在することで、繊維強化樹脂複合材料の遮炎性が顕著に向上しうる。詳細なメカニズムは不明だが、本発明者らは以下のように推測している。すなわち、無機繊維間の樹脂に難燃剤が均一に分散されている場合、難燃剤が接炎することにより形成されるチャーが無機繊維の間隙に固定される。さらに、無機繊維の間隙により、接炎時に膨張して形成されるチャーの大きさが制限されることで、形成されるチャーの大きさが均一になる。無機繊維によるチャーの固定効果とチャーの大きさの均一化が組み合わされることにより、緻密なチャーが形成され、繊維強化樹脂複合材料の遮炎性が著しく向上するものと考えている。本発明者らは、これらの知見に基づき、難燃剤に対する分散剤の含有量の比を特定の範囲とすることで、無機繊維間の樹脂中に難燃剤が均一に存在するように制御し、繊維強化樹脂複合材料の遮炎性を顕著に向上しうることを見出した。
 以上の理由から、(c)分散剤の含有量が0超であると、(b)リン系難燃剤の分散性が十分となり、繊維強化樹脂複合材料に十分な遮炎性を付与することができる。一方、25質量部以下であると繊維強化樹脂複合材料の物性が十分となる。同様の観点から、(c)分散剤の含有量は、0.01質量部以上が好ましく、0.1質量部以上がより好ましく、1質量部以上がさらに好ましく、2質量部以上が特に好ましい。一方、上限値については、20質量部以下がより好ましく、15質量部以下がさらに好ましく、10質量部以下がさらにより好ましく、5質量部以下がさらに好ましく、3質量部以下が特に好ましい。
 また、(a)熱可塑性樹脂及び(b)リン系難燃剤の合計100質量部に対する(c)分散剤の割合は、0.01質量部以上であることが好ましく、0.05質量部以上であることがより好ましく、0.1質量部以上であることがさらに好ましい。一方、10質量部以下が好ましく、5.0質量部以下がより好ましく、2.0質量部以下であることがさらに好ましく、1.5質量部以下であることがより好ましく、1.0質量部以下であることがさらに好ましい。(c)分散剤の割合が前記下限値以上であれば、(b)リン系難燃剤がより良好に分散し、得られる繊維強化樹脂複合材料の遮炎性や物性、得られる成形体の外観がより良好となる。(c)分散剤の割合が前記上限値以下であれば、(c)分散剤による繊維強化樹脂複合材料の遮炎性への影響をより抑制できる。特に、ポリオレフィン系樹脂及び(b)リン系難燃剤の合計100質量部に対する(c)分散剤の割合は、0.01質量部以上であることが好ましく、0.05質量部以上であることがより好ましく、0.1質量部以上であることがさらに好ましい。一方、10質量部以下が好ましく、5.0質量部以下がより好ましく、2.0質量部以下であることがさらに好ましく、1.5質量部以下であることがより好ましく、1.0質量部以下であることがさらに好ましい。
 また、以下に詳述する無機繊維材料(Y)である無機繊維織物に対しては、無機繊維織物を構成する無機繊維100質量部に対する(c)分散剤の割合が、0.01質量部以上であることが好ましく、0.05質量部以上であることがより好ましく、0.1質量部以上であることがさらに好ましい。一方、10質量部以下が好ましく、5.0質量部以下がより好ましく、2.0質量部以下であることがさらに好ましい。(c)分散剤の割合が前記下限値以上であれば、得られる繊維強化樹脂複合材料の遮炎性や物性、得られる成形体の外観がより良好となる。(c)分散剤の割合が前記上限値以下であれば、(c)分散剤による繊維強化樹脂複合材料の遮炎性への影響をより抑制できる。
<無機繊維材料(Y)>
 本発明の繊維強化樹脂複合材料は、無機繊維材料(Y)を含有する。無機繊維材料(Y)は複数の無機繊維が集合して、一定の、又は不定形の組織形態が保持されている無機繊維の組織体である。また、無機繊維材料(Y)は、最大荷重時の伸度が5%以下である。
 このような最大荷重時の伸度を有する無機繊維材料の具体例としては、無機繊維織物が挙げられる。
 無機繊維織物は、無機繊維からなる縦糸及び横糸から構成される織物である。織物組織としては、特に限定されるものではなく、平織、斜文織、朱子織などいずれであってもよい。該織物は、織物を構成する縦糸の繊維束間の隙間及び横糸束間の隙間が、それぞれ0.5mm以下であることが好ましい。該隙間が0.5mm以下であると、高い遮炎性が得られる。
 無機繊維材料(Y)を構成する無機繊維としては、種々の繊維を用いることができ、例えば、ガラス繊維、ロックウール、アルミナ繊維、シリカアルミナ繊維等の金属酸化物繊維、チタン酸カリウム繊維、ケイ酸カルシウム(ワラストナイト)繊維、セラミックファイバー等のセラミック繊維、炭素繊維、金属繊維等が挙げられる。これらの無機繊維は、1種単独でも2種以上を組み合わせて使用してもよい。
 上記無機繊維のうち、遮炎性、加工性の観点から、ガラス繊維及びアルミナ繊維から選ばれる少なくとも1種が好ましい。
 上記無機繊維として、溶融温度の異なる2種以上の無機繊維を含むことができる。溶融温度の異なる2種以上の無機繊維の組合せとしては、少なくとも1種はガラス繊維であり、他の1種以上は、アルミナ繊維、シリカ繊維、アルカリアースシリケート繊維(生体溶解性)、及び炭素繊維からなる群より選ばれる1種以上の無機繊維の組合せであることが好ましい。溶融温度の異なる2種以上の無機繊維を含むことで、遮炎性の機能低下を効果的に防ぐことができる。
 また、本発明で使用する無機繊維は、収束剤又は表面処理剤と組み合わせて使用してもよい。このような収束剤又は表面処理剤としては、例えば、エポキシ系化合物、シラン系化合物、チタネート系化合物等の官能基を有する化合物が挙げられる。
 無機繊維の平均繊維径としては、3~25μmであることが好ましい。また、平均繊維長としては、0.1mm以上であることが好ましく、1mm以上であることがより好ましく、5mm以上であることがさらに好ましい。
 なお、平均繊維径及び平均繊維長については、無機繊維を構成する無機材料の種類によって、好適範囲が異なるため、具体的な好適範囲については、後述する。
 また、繊維径は走査型電子顕微鏡などを用いて測定することができ、平均繊維径は、例えばランダムに10本の繊維の繊維径を測定し、平均値を計算することにより得ることができる。また、繊維長は必要に応じて顕微鏡等で拡大した画像から、定規、ノギス等を用いて測定することができ、平均繊維長は、例えばランダムに10本の繊維の繊維長を測定し、平均値を計算することにより得ることができる。
 本発明の繊維強化樹脂複合材料における無機繊維材料の含有量は、1~80質量%である。無機繊維材料の含有量が1質量%以上であると、繊維強化樹脂複合材料の強度、剛性、及び耐衝撃性が十分であり、80質量%以下であると、繊維強化樹脂複合材料の製造や加工の点で好ましい。また、無機繊維の含有量が80質量%以下であると繊維強化樹脂複合材料の比重が軽くなり金属代替としての軽量化効果が顕著となる。
 以上の観点から、繊維強化樹脂複合材料における無機繊維材料(Y)の含有量は3~60質量%であることがより好ましく、10~50質量%であることがさらに好ましく、30~45質量%であることが特に好ましい。
(ガラス繊維)
 本発明の繊維強化樹脂複合材料に好適な無機繊維の一つとして、ガラス繊維が挙げられる。ガラス繊維としては、例えば、平均繊維長が30mm以上の長い繊維であってもよいし、平均繊維長が短い繊維(チョップドストランド)であってもよいが、遮炎性、剛性、耐衝撃性等の観点から、平均繊維長が長いガラス繊維を用いることが好ましい。
 より具体的には、平均繊維長としては、5mm以上であることが好ましい。平均繊維長が5mm以上であると、繊維強化樹脂複合材料の強度及び耐衝撃性が良好となる。以上の観点から、ガラス繊維の平均繊維長は5mm以上であることが好ましく、30mm以上であることがさらに好ましい。
 なお、ガラス繊維の平均繊維長の上限には、特に制限はなく、例えば、ガラス繊維を用いてプルトリュージョン法によって製造したペレットを使用する場合には、そのペレットの長さがガラス繊維の繊維長となるので、最大で20mm程度となる。また、ガラス長繊維を使用したスワールマット系では、製造に使用したロービングにおけるガラス繊維の長さが最大繊維長となるので、17000m(17km)程度にもなるが、繊維強化樹脂複合材料の大きさに合わせて、カットした場合は、カットした長さが最大繊維長となる。
 また、ガラス繊維の平均繊維径は、9~25μmの範囲であることが好ましい。平均繊維径が9μm以上であると、繊維強化樹脂複合材料の剛性及び耐衝撃性が十分となり、一方、平均繊維径が25μm以下であると、繊維強化樹脂複合材料の強度が良好となる。以上の観点から、ガラス繊維の平均繊維径は、10~15μmの範囲であることがさらに好ましい。
 なお、ガラス繊維の平均繊維径及び平均繊維長については、上記方法により、測定することができる。
 本発明に用いられるガラス繊維の材質については、特別な制限はなく、無アルカリガラス、低アルカリガラス、含アルカリガラスのいずれでもよく、従来からガラス繊維として、使用されている各種の組成のものを使用することができる。
(アルミナ繊維)
 本発明の繊維強化樹脂複合材料に好適な無機繊維の一つとしてアルミナ繊維が挙げられる。アルミナ繊維は、通常アルミナとシリカからなる繊維であり、本発明の繊維強化樹脂複合材料においては、アルミナ繊維のアルミナ/シリカの組成比(質量比)は65/35~98/2のムライト組成、又はハイアルミナ組成と呼ばれる範囲にあることが好ましく、さらに好ましくは70/30~95/5、特に好ましくは70/30~74/26の範囲である。
 アルミナ繊維の平均繊維径としては、3~25μmの範囲が好ましく、繊維径3μm以下の繊維を実質的に含まないものが好ましい。ここで繊維径3μm以下の繊維を実質的に含まないとは、繊維径3μm以下の繊維が、全無機繊維質量の0.1質量%以下であることを表す。
 また、アルミナ繊維の平均繊維径は、5~8μmであることがより好ましい。無機繊維の平均繊維径が太すぎると、マット状無機繊維集合体層の反発力や靭性が低下し、逆に細すぎても空気中に浮遊する発塵量が多くなり、また繊維径3μm以下の無機繊維が含有される確率が高くなる。
 アルミナ繊維は、平均繊維長が好ましくは5mm以上、より好ましくは30mm以上、更に好ましくは50mm以上の繊維である。また、好ましくは3.0×10mm以下、より好ましくは1.0×10mm以下の繊維である。アルミナ繊維の平均繊維長及び平均繊維径がこの範囲であれば、繊維強化樹脂複合材料の強度及び耐衝撃性が良好となる。
(炭素繊維)
 炭素繊維もガラス繊維と好適な範囲は同等である。
<任意添加成分>
 本発明の繊維強化樹脂複合材料には、上記成分に加えて、本発明の効果を著しく損なわない範囲で、発明の効果を一層向上させるなど、他の効果を付与する等の目的のため、任意の添加成分を配合することができる。
 具体的には、顔料などの着色剤、ヒンダードアミン系などの光安定剤、ベンゾトリアゾール系などの紫外線吸収剤、ソルビトール系などの造核剤、フェノール系、リン系などの酸化防止剤、非イオン系界面活性剤などの帯電防止剤、無機化合物などの中和剤、チアゾール系などの抗菌・防黴剤、ハロゲン化合物やリグノフェノールなどの難燃剤・難燃助剤、可塑剤、有機金属塩系などの分散剤、脂肪酸アミド系などの滑剤、窒素化合物などの金属不活性剤、前記ポリプロピレン系樹脂以外のポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂やポリエステル樹脂などの熱可塑性樹脂、オレフィン系エラストマー及びスチレン系エラストマーなどのエラストマー(ゴム成分)等を挙げることができる。
 これらの任意添加成分は、2種以上を併用してもよい。
 着色剤として、例えば、無機系や有機系の顔料などは、ポリプロピレン系樹脂組成物及びその成形体の、着色外観、見映え、風合い、商品価値、耐候性や耐久性などの付与、向上などに有効である。
 具体例として、無機系顔料としては、ファーネスカーボン、ケッチェンカーボンなどのカーボンブラック;酸化チタン;酸化鉄(ベンガラ等);クロム酸(黄鉛など); モリブデン酸;硫化セレン化物;フェロシアン化物などが挙げられ、有機系顔料としては、難溶性アゾレーキ、可溶性アゾレーキ、不溶性アゾキレート;縮合性アゾキレート;その他のアゾキレートなどのアゾ系顔料;フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーンなどのフタロシアニン系顔料;アントラキノン、ペリノン、ペリレン、チオインジゴなどのスレン系顔料;染料レーキ;キナクリドン系;ジオキサジン系;イソインドリノン系などが挙げられる。また、メタリック調やパール調にするには、アルミフレーク;パール顔料を含有させることができる。また、染料を含有させることもできる。
 光安定剤や紫外線吸収剤として、例えば、ヒンダードアミン化合物、ベンゾトリアゾール系、ベンゾフェノン系やサリシレート系などは、ポリプロピレン系樹脂組成物及びその成形体の耐候性や耐久性などの付与、向上に有効であり、耐候変色性の一層の向上に有効である。
 具体例としては、ヒンダードアミン化合物として、コハク酸ジメチルと1-(2-ヒドロキシエチル)-4-ヒドロキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジンとの縮合物;ポリ〔〔6-(1,1,3,3-テトラメチルブチル)イミノ-1,3,5-トリアジン-2,4-ジイル〕〔(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)イミノ〕ヘキサメチレン〔(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)イミノ〕〕;テトラキス(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)1,2,3,4-ブタンテトラカルボキシレート;テトラキス(1,2,2,6,6-ペンタメチル-4-ピペリジル)1,2,3,4-ブタンテトラカルボキシレート;ビス(1,2,2,6,6-ペンタメチル-4-ピペリジル)セバケート;ビス-2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジルセバケートなどが挙げられ、ベンゾトリアゾール系としては、2-(2’-ヒドロキシ-3’,5’-ジ-t-ブチルフェニル)-5-クロロベンゾトリアゾール;2-(2’-ヒドロキシ-3’-t-ブチル-5’-メチルフェニル)-5-クロロベンゾトリアゾールなどが挙げられ、ベンゾフェノン系としては、2-ヒドロキシ-4-メトキシベンゾフェノン;2-ヒドロキシ-4-n-オクトキシベンゾフェノンなどが挙げられ、サリシレート系としては、4-t-ブチルフェニルサリシレート;2,4-ジ-t-ブチルフェニル3’,5’-ジ-t-ブチル-4’-ヒドロキシベンゾエートなどが挙げられる。
 ここで、前記光安定剤と紫外線吸収剤とを併用する方法は、耐候性、耐久性、耐候変色性などの向上効果が大きく好ましい。
 酸化防止剤として、例えば、フェノール系、リン系やイオウ系の酸化防止剤などは、ポリプロピレン系樹脂組成物及びその成形体の、耐熱安定性、加工安定性、耐熱老化性などの付与、向上などに有効である。
 また、帯電防止剤として、例えば、非イオン系やカチオン系などの帯電防止剤は、ポリプロピレン系樹脂組成物及びその成形体の帯電防止性の付与、向上に有効である。
 オレフィン系エラストマーとしては、例えば、エチレン・プロピレン共重合体エラストマー(EPR)、エチレン・ブテン共重合体エラストマー(EBR)、エチレン・ヘキセン共重合体エラストマー(EHR)、エチレン・オクテン共重合体エラストマー(EOR)などのエチレン・α-オレフィン共重合体エラストマー;エチレン・プロピレン・エチリデンノルボルネン共重合体、エチレン・プロピレン・ブタジエン共重合体、エチレン・プロピレン・イソプレン共重合体などのエチレン・α-オレフィン・ジエン三元共重合体エラストマー、スチレン・ブタジエン・スチレントリブロック共重合体エラストマー(SBS)などを挙げることができる。
 また、スチレン系エラストマーとしては、例えば、スチレン・イソプレン・スチレントリブロック共重合体エラストマー(SIS)、スチレン- エチレン・ブチレン共重合体エラストマー(SEB)、スチレン-エチレン・プロピレン共重合体エラストマー(SEP)、スチレン-エチレン・ブチレン-スチレン共重合体エラストマー(SEBS)、スチレン-エチレン・ブチレン-エチレン共重合体エラストマー(SEBC)、水添スチレン・ブタジエンエラストマー(HSBR)、スチレン-エチレン・プロピレン-スチレン共重合体エラストマー(SEPS)、スチレン-エチレン・エチレン・プロピレン-スチレン共重合体エラストマー(SEEPS)、スチレン-ブタジエン・ブチレン-スチレン共重合体エラストマー(SBBS)、部分水添スチレン-イソプレン-スチレン共重合体エラストマー、部分水添スチレン-イソプレン・ブタジエン-スチレン共重合体エラストマーなどのスチレン系エラストマー、さらにエチレン-エチレン・ブチレン-エチレン共重合体エラストマー(CEBC)などの水添ポリマー系エラストマーなどを挙げることができる。
 中でも、エチレン・オクテン共重合体エラストマー(EOR)及び/又はエチレン・ブテン共重合体エラストマー(EBR)を使用すると、本発明のポリプロピレン系樹脂組成物やその成形体において、適度の柔軟性などが付与し易く、耐衝撃性が優れる傾向にあるなどの点から好ましい。
<熱可塑性樹脂組成物(X)の製造方法>
 本発明に係る熱可塑性樹脂組成物(X)は、上述のように、(a)熱可塑性樹脂、必要に応じて加えられる変性ポリオレフィン系樹脂、(b)リン系難燃剤、必要に応じて加えられる(c)分散剤を含有するものである。また、さらに任意添加成分が配合されていてもよい。前記の熱可塑性樹脂組成物(X)において、(a)熱可塑性樹脂が(a-1)ポリプロピレン系樹脂である場合には、特にポリプロピレン系樹脂組成物(以下「PP組成物」と記載することがある。)と呼称する場合がある。
 熱可塑性樹脂組成物(X)、又はPP組成物の製造方法としては、従来公知の方法を用いることができ、上記成分を配合して混合、溶融混練することにより製造することができる。
 混合は、タンブラー、Vブレンダー、リボンブレンダー等の混合器を用いて行われ、溶融混練は、一軸押出機、二軸押出機、バンバリーミキサー、ロールミキサー、ブラベンダープラストグラフ、ニーダー等の機器を用い、溶融混練され、造粒される。
<繊維強化樹脂複合材料の製造方法>
 本発明の繊維強化樹脂複合材料は、その製造方法は特に限定されないが、好適には、無機繊維材料(Y)からなるマット(以下「無機繊維マット(Y’)」と記載することがある。)に上記熱可塑性樹脂組成物(X)又はPP組成物を含浸させて製造することが好ましい。含浸の方法としては、無機繊維マット(Y’)に熱可塑性樹脂組成物又はPP組成物を塗布する方法、熱可塑性樹脂組成物又はPP組成物のシート(以下「熱可塑性樹脂シート」又は「PPシート」と記載することがある。)を作製しておき、該熱可塑性樹脂シート又はPPシートを無機繊維マット(Y’)に積層し、加熱、溶融させて含浸させる方法等がある。
 本発明では、繊維強化樹脂複合材料の繊維への含浸性の観点から、熱可塑性樹脂シート又はPPシートを無機繊維材料からなるマットに積層し、加熱、溶融させる方法が好ましい。特に、無機繊維マットが2つの熱可塑性樹脂シート又はPPシートの間になるように積層され、その後、該積層体を加熱及び加圧し、ついで冷却固化することで得ることができる。
 ここで熱可塑性樹脂シート又はPPシートの厚みとしては、無機繊維マットへの含浸が良好に行える範囲であれば特に制限はない。
(無機繊維マット(Y’))
 繊維強化樹脂複合材料の製造方法において用いられる無機繊維材料の形態としては、特に制限はなく、様々な形態のものを使用することができるが、マット状ないしはシート状に形成しているものが好ましい。
 より具体的には、ガラス繊維により形成される織物(以下、「ガラス繊維織物」と記載する。)、アルミナ繊維に代表される金属酸化物繊維により形成される織物(以下、「金属酸化物織物」と記載する。)が好ましい。
 当該無機繊維マットの坪量(単位面積当りの質量)は、特段の制限はなく、用途に応じて適宜決定されるが、好ましくは300g/m以上、より好ましくは800g/m超、より好ましくは1500g/m超である。また、当該無機繊維マットの坪量は、特段の制限はないが、好ましくは5000g/m以下、より好ましくは4500g/m以下、さらに好ましくは4000g/m以下、特に好ましくは3500g/m以下である。
 本発明に係る無機繊維マットの厚みは、特段の制限はないが、好ましくは4mm以上、より好ましくは5mm以上、さらに好ましくは6mm以上である。また、当該無機繊維マットの厚みは、好ましくは40mm以下、さらに好ましくは35mm以下、特に好ましくは30mm以下である。
 熱可塑性樹脂シート又はPPシートを無機繊維マットに積層し、加熱、溶融させる方法において、加熱温度は170~300℃であることが好ましい。加熱温度が170℃以上であると、ポリプロピレン系樹脂の流動性が十分であり、無機繊維マットにPP組成物を十分に含浸させることができ、好適な繊維強化樹脂複合材料が得られる。一方、加熱温度が300℃以下であると、熱可塑性樹脂組成物又はPP組成物が劣化することがない。
 さらに、加圧圧力としては0.1~1MPaであることが好ましい。加圧圧力が0.1MPa以上であると、無機繊維マットに熱可塑性樹脂組成物又はPP組成物を十分に含浸させることができ、好適な繊維強化樹脂複合材料が得られる。一方、1MPa以下とすることで、熱可塑性樹脂組成物又はPP組成物が流動し、バリが生じることがない。
 また、冷却時の温度としては、熱可塑性樹脂組成物又はPP組成物中の熱可塑性樹脂の凝固点以下であれば、特に制限されないが、冷却温度が80℃以下であると、得られた繊維強化樹脂複合材料を取り出す際に変形することがない。以上の観点から、冷却温度は、室温~80℃であることが好ましい。
 上記の積層体を加熱及び加圧、冷却して、繊維強化樹脂複合材料を得る方法としては、加熱装置の付いた金型内で積層体をプレス成形する方法、及び、積層体を加熱装置の付いた2対のローラーの間を通して加熱と加圧を行うラミネート加工などがあり、特に、ラミネート加工は、連続生産が行えるため、生産性が良く、好ましい。
<繊維強化樹脂複合材料の厚み>
 本発明の繊維強化樹脂複合材料の厚みは、通常1~10mm、好ましくは2~5mmである。この繊維強化樹脂複合材料の厚みが1mm以上であると、繊維強化樹脂複合材料の製造が容易であり、一方、繊維強化樹脂複合材料の厚みが10mm以下であれば繊維強化樹脂複合材料をスタンピング成形などで加工する際に、長時間の予備加熱が必要とならず、良好な成形加工性が得られる。
<成形体>
 本発明の繊維強化樹脂複合材料は、常法に従いスタンピング成形することで、所望の形状に成形することができ、繊維強化樹脂複合材料からなる成形体を得ることができる。
(用途)
 本発明の繊維強化樹脂複合材料の用途としては、例えば、自動車部品や電気電子機器部品などの工業分野の各種部品等が挙げられる。とりわけ強度と剛性、導電性に優れ、かつ、加工性にも優れるため、これらの性能をバランスよく、より高度に必要とされる用途、例えば、バッテリーケースなどの各種ハウジングや筐体に、好適に用いることができる。
[構造体]
 本発明における構造体としては、バッテリーハウジング、及びバッテリーセルを有するバッテリーが好ましく、バッテリーとしては、特に限定されない。例えば、リチウムイオンバッテリー、ニッケル・水素電池、リチウム・硫黄電池、ニッケル・カドミウム電池、ニッケル・鉄電池、ニッケル・亜鉛電池、ナトリウム・硫黄電池、鉛蓄電池、空気電池等の二次電池が挙げられる。これらの中では、リチウムイオンバッテリーであることが好ましく、特には、本発明のバッテリーハウジングは、リチウムイオン電池の熱暴走を抑制するために好適に用いられる。すなわち、本発明のバッテリーハウジングは、リチウムイオン電池のバッテリーハウジングであることが好ましい。
[電動モビリティ]
 本発明における電動モビリティとは、電気をエネルギー源として稼働する車両や船舶、飛行機等の輸送機器をさす。なお、車両については、電動自動車(EV)に加えて、ハイブリッドカーも含まれる。
 上述した本発明のバッテリーハウジング、及びバッテリーセルを有するバッテリー等の構造体は、安全性が高く、走行距離を伸ばすために、エネルギー密度を高くしたバッテリーモジュールを用いた電動モビリティ用として、非常に有用である。
 以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
1.遮炎性の評価
 各実施例及び比較例にて調製した繊維強化樹脂複合材料について、一方の表面から、1300℃のバーナーの炎をあて、15分間の後に炎が貫通するか否かで評価した。バーナーの火口からサンプルまでの距離は160mmとし、火炎面表面が1200℃となるように設定した。火炎面温度は熱電対温度計で確認した。
2.エアショット試験(衝撃波に対する強度)
 各実施例及び比較例にて調製した繊維強化樹脂複合材料について、上記遮炎性の評価と同様に一方の表面から、1200℃のバーナーの炎をあて、15分間の後に圧力0.2MPaでエアーを吹き付け、孔が貫通するか否かで評価した。
 なお、エアーの吹き付け条件は下記の通りである。
  吐出圧:0.2MPa
  吐出径:内径 φ3.0mm
  サンプルからエアーノズルまでの距離:35mm
  エアー吹き付け位置:バーナーの接炎部分
3.燃焼性の評価
 各実施例及び比較例にて調製した繊維強化樹脂複合材料について、UL94 50W(20mm)垂直燃焼試験に基づき、難燃性の評価を行った。評価はV-1を達成したか否かで判定した。
4.パンクチャー試験
 各実施例にて調製した繊維強化樹脂複合材料を1200℃で15分間加熱した。加熱後の繊維強化複合材料について、島津製作所製の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、試験片を打ち抜いた際の最大衝撃力と最大衝撃力エネルギー、および最大衝撃点での変位を測定した。ストライカー径は1/2インチ、試験片支持台は50mm、試験速度は3m/秒とした。この試験で得られた変位-荷重曲線の面積を試験片の最大衝撃力エネルギーとして評価した。測定は温度が23±2℃、湿度が50±10%の室内環境で行った。
5.オートグラフ試験
 各実施例にて調製した繊維強化樹脂複合材料を1200℃で15分間加熱した。加熱後の繊維強化樹脂複合材料(200×200mm)の中央部をφ20mm(先端R3mm)の押し治具にてAUTOGRAPH 「AG-10TA」(島津製作所製)を用いてテストスピード20mm/minの条件で貫通強度を測定した。
(使用した材料)
1.ポリプロピレン系樹脂(a成分)
 日本ポリプロ(株)製、「ノバテックPP SA06GA」(メルトフローレート:60g/10分)を用いた。
2.リン系難燃剤(b成分)
 リン系難燃剤組成物((株)ADEKA製、アデカスタブFP-2500S、リン系難燃剤組成物の総質量に対し、ピロリン酸ピベラジンを50~60質量%、ピロリン酸メラミンを35~45質量%、酸化亜鉛を3~6質量%含有)
3.分散剤(c成分)
 α-オレフィン・無水マレイン酸共重合体(三菱ケミカル(株)製、ダイヤカルナ30M、重量平均分子量7,800)。
4.ガラス繊維織物((Y)成分)
 ガラス繊維織物(目付600g/m)、最大荷重時の伸度:1.0%
 ガラス繊維織物は、下記の方法で、最大荷重時の伸度を測定した。
 250mm×25mmのガラス繊維織物のサンプル片を作成した。AUTOGRAPH 「AG-10TA」(島津製作所製)を用いて、サンプルの両端をチャックで固定した。引張モードにて200mm/minの速度で試験を実施した。変位量と荷重値を測定し、最大荷重時のサンプル伸度(歪み量)を算出した。
5.ガラス繊維マット
 ロービングの連続したガラス繊維(繊維径23μm)から製造されたスワール(渦巻状)マット(坪量880g/m)をニードルパンチしたガラス繊維マットを使用した。
 最大荷重時の伸度:10%
 ガラス繊維マットは、下記の方法で、最大荷重時の伸度を測定した。
 250mm×25mmのガラス繊維織物のサンプル片を作成し、AUTOGRAPH 「AG-10TA」(島津製作所製)を用いて測定した。具体的には、サンプルの両端をチャックで固定し、引張モードにて200mm/minの速度で試験を実施した。変位量と荷重値を測定し、最大荷重時のサンプル伸度(歪み量)を算出した。
調製例1(PP組成物の調製)
 上記a成分、b成分、及びc成分をそれぞれ68質量%、30質量%、及び2質量%の割合で混合し、溶融混練(230℃)して、ポリプロピレン系樹脂組成物(PP組成物)のペレットを調製した。
比較調製例1
 調製例1において、b成分及びc成分を用いないこと以外は、調製例1と同様にして、ポリプロピレン系樹脂組成物(PP組成物)のペレットを調製した。
実施例1
 調製例1にて造粒したPP組成物のペレットを押出機に入れて、溶融した後、シート状に押出し成形して、押出されたシート状PPシート21を得た(図3参照)。PPシート21を挟み込むように両面にガラス繊維織物22を積層して、積層物とした。さらに積層物を挟み込むように、両面にPPシート21が最外層となるように積層した。次いで、ラミネーターを用いて0.3MPaの圧力をかけながら、230℃で6分間、加熱及び加圧し、次いで、冷却固化させることで、繊維強化樹脂複合材料(厚み;1.5mm)10を得た(図3参照)。PPシート21はその一部がガラス繊維織物22に含浸され、一体化した層を有する繊維強化樹脂複合材料が得られた。PPシート21とガラス繊維織物22の重量比は、PPシート:ガラス繊維織物=1:1であった。上記方法により評価した結果を表1に示す。
実施例2
 調製例1にて造粒したPP組成物のペレットを押出機に入れて、溶融した後、シート状に押出し成形して、押出されたシート状PPシート21を得た。ガラス繊維織物22を挟み込むように両面にPPシート21を積層して、積層物とした。さらに該積層物を挟み込むように、両面をガラス繊維織物22’で積層した。最後に、片側のガラス繊維織物22’の表面に、PPシート21’’を最外層となるように積層した。次いで、ラミネーターを用いて0.3MPaの圧力をかけながら、230℃で6分間、加熱及び加圧し、次いで、冷却固化させることで、繊維強化樹脂複合材料(厚み;1.5mm)10を得た(図4参照)。PPシートはその一部がガラスマット織物繊維に含浸され、一体化した層を有する繊維強化樹脂複合材料が得られた。PPシートとガラス繊維織物の重量比は、PPシート:ガラス繊維織物=1:2であった。繊維強化樹脂複合材料を切断し、断面を研磨したサンプルについて、ハイロックス製マイクロスコープ「KH-8700」(明視野、倍率:50倍、140倍)で断面を観察したところ、単位面積当たりの無機繊維材料(Y)の重量に対する熱可塑性樹脂組成物(X)の重量の比率が相対的に大きい層(A)と、単位面積当たりの無機繊維材料(Y)の重量に対する熱可塑性樹脂組成物(X)の重量の比率が相対的に小さい層(B)が観察された。なお、前記のサンプル断面の顕微鏡画像において、ガラス繊維はその断面が白色又は灰色の円形又は楕円形として明瞭に観察される。このため、断面において観察されるガラス繊維の個数の計測によって、層(A)と層(B)とを区別することが可能である。層(A)と層(B)の厚み比は17/83であった。上記方法により評価した結果を表1に示す。
比較例1
 実施例1において、調製例1にて造粒したPP組成物のペレットに代えて、上記a成分のみを溶融(230℃)して、造粒したPP(比較調製例1)を用いたこと以外は実施例1同様にして、繊維強化樹脂複合材料を得た。上記方法により評価した結果を表1に示す。
比較例2
 比較例1において、ガラス繊維重量と樹脂重量比を表1に記載するように変更した以外は比較例1と同様にして、繊維強化樹脂複合材料を得た。上記方法により評価した結果を表1に示す。
比較例3
 調製例1にて造粒したPP組成物のペレットを押出機に入れて、溶融した後、シート状に押出し成形して、押出されたシート状PPシート21を得た。PPシート21を挟み込むように両面にガラス繊維マットを積層して、積層物とした。さらに積層物を挟み込むように、両面にPPシート21が最外層となるように積層した。次いで、ラミネーターを用いて0.3MPaの圧力をかけながら、230℃で4分間、加熱及び加圧し、次いで、冷却固化させることで、繊維強化樹脂複合材料(厚み;1.5mm)を得た。PPシート21はその一部がガラス繊維マットに含浸され、一体化した層を有する繊維強化樹脂複合材料が得られた。PPシート21とガラス繊維マットの重量比は、PPシート:ガラス繊維マット=65:35であった。上記方法により評価した結果を表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 実施例1に示されるように、本発明の繊維強化樹脂複合材料は遮炎性に優れ、15分経過時点でも炎が遮断され、裏面に燃え広がることがなかった。また、エアショト試験においても、同様に貫通することがなく、本発明の繊維強化樹脂複合材料の強度が高いことが実証された。
 一方、比較例1のシートは、UL94試験において、V-1を満足せず、燃焼性に劣るものであることがわかる。また、比較例2のシートでは67秒で火炎が裏面に貫通した。遮炎試験で貫通したため、エアショット試験は評価することができなかった。
 さらに、実施例2と比較例3との比較から、本発明の繊維強化樹脂複合材料はパンクチャー試験及びオートグラフ試験で良好な結果を示すことから、加熱後の衝撃強度及び貫通強度のいずれも高いことがわかる。
 本発明の繊維強化樹脂複合材料は、高い遮炎性、耐燃焼性、及び衝撃波に対する強度を示すことが確認された。したがって、航空機、船舶、自動車部品や電気電子機器部品、建築材など高い安全性が求められる各種工業部品の材料として有用である。とりわけ従来から金属が使用されていたバッテリーの各種ハウジングや筐体に、好適に用いることができ、自動車の安全性に貢献すると共に軽量化によるエネルギー効率の向上やCO排出量削減などが期待される。
10 繊維強化樹脂複合材料
11 層(A)
12 層(B)
20 積層体
21 PPシート(熱可塑性樹脂組成物(X)からなるシート)
21’ PPシート
21’’ PPシート
22 ガラス繊維織物マット(無機繊維材料(Y)からなるシート)
22’ ガラス繊維織物マット

Claims (15)

  1.  熱可塑性樹脂組成物(X)と、無機繊維材料(Y)を含む繊維強化樹脂複合材料であって、
     熱可塑性樹脂組成物(X)は、熱可塑性樹脂とリン系難燃剤を含み、
     前記リン系難燃剤がイントメッセント系難燃剤を含み、
     無機繊維材料(Y)は、最大荷重時の伸度が5%以下である、繊維強化樹脂複合材料。
  2.  単位面積当たりの無機繊維材料(Y)の重量に対する熱可塑性樹脂組成物(X)の重量の比率が相対的に大きい層(A)と、単位面積当たりの無機繊維材料(Y)の重量に対する熱可塑性樹脂組成物(X)の重量の比率が相対的に小さい層(B)とを、少なくとも1層ずつ備える、請求項1に記載の繊維強化樹脂複合材料。
  3.  前記熱可塑性樹脂組成物(X)と前記無機繊維材料(Y)の全体の重量比が70/30~30/70である、請求項1に記載の繊維強化樹脂複合材料。
  4.  前記熱可塑性樹脂組成物(X)と前記無機繊維材料(Y)の全体の重量比が60/40~30/70である、請求項1に記載の繊維強化樹脂複合材料。
  5.  前記層(A)と層(B)の厚み比が1/99~50/50である、請求項2に記載の繊維強化樹脂複合材料。
  6.  前記熱可塑性樹脂組成物(X)が、さらに分散剤を含む、請求項1に記載の繊維強化樹脂複合材料。
  7.  前記分散剤が、α-オレフィンと不飽和カルボン酸との共重合体を含む、請求項6に記載の繊維強化樹脂複合材料。
  8.  前記リン系難燃剤100質量部に対する分散剤の含有量が、0を超え25質量部以下である、請求項6に記載の繊維強化樹脂複合材料。
  9.  前記無機繊維材料(Y)を構成する無機繊維が、ガラス繊維、セラミック繊維、金属繊維及び金属酸化物繊維から選ばれる少なくとも1種を含む、請求項1に記載の繊維強化樹脂複合材料。
  10.  前記無機繊維材料(Y)が、無機繊維織物を含む、請求項1に記載の繊維強化樹脂複合材料。
  11.  前記熱可塑性樹脂組成物(X)を構成する熱可塑性樹脂がポリプロピレン系樹脂を含み、ポリプロピレン系樹脂の含有量が全重量に対して15~80質量%である、請求項1に記載の繊維強化樹脂複合材料。
  12.  前記リン系難燃剤の含有量が全重量に対して1~30質量%である、請求項1に記載の繊維強化樹脂複合材料。
  13.  請求項1~12のいずれか1項に記載の繊維強化樹脂複合材料をスタンピング成形してなる成形体。
  14.  請求項1~12のいずれか1項に記載の繊維強化樹脂複合材料を用いたハウジング又は筐体。
  15.  請求項1~12のいずれか1項に記載の繊維強化樹脂複合材料を用いたバッテリーハウジング。
     
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1807497A (zh) * 2006-02-08 2006-07-26 华东理工大学 膨胀型阻燃玻璃纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法
JP2016120662A (ja) * 2014-12-25 2016-07-07 日本ポリプロ株式会社 炭素繊維を含有するポリプロピレン系樹脂層とガラス繊維マット層とを有するスタンパブルシート及びそれを成形してなる成形体

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1807497A (zh) * 2006-02-08 2006-07-26 华东理工大学 膨胀型阻燃玻璃纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法
JP2016120662A (ja) * 2014-12-25 2016-07-07 日本ポリプロ株式会社 炭素繊維を含有するポリプロピレン系樹脂層とガラス繊維マット層とを有するスタンパブルシート及びそれを成形してなる成形体

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