成型用材料、由其获得的成形制品以及该成形制品的制造方法
【专利摘要】提供：一种具有优异的物理性质和优异的表面外观的碳纤维增强的聚碳酸酯的成形制品；一种不会使制造成本增加的简单的制造该成形制品的方法；以及使该制造方法成为可能的成型用材料。该成型用材料包含：易浸渍的碳纤维束，该易浸渍的碳纤维束包含100质量份碳纤维和3至15质量份的至少一种浸渍助剂，该至少一种浸渍助剂满足特定条件；以及以50至2000质量份的量粘附到碳纤维束的聚碳酸酯。
【专利说明】成型用材料、由其获得的成形制品以及该成形制品的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种包含易浸溃的碳纤维束和粘附到该碳纤维束的聚碳酸酯的成型用材料，由该成型用材料获得的具有优异的机械性能的成形制品，以及该成形制品的制造方法。
【背景技术】
[0002]已知的用于获得具有高强度并且脆性断裂倾向于被抑制的树脂材料的技术为:利用碳纤维增强树脂，以获得复合材料。尤其是，利用碳纤维来增强作为基质树脂的热塑性树脂而获得的复合材料(该复合材料也被称作碳纤维增强的热塑性树脂，并且以下经常简称为CFRTP)在可加工性和再循环适合性方面是优异的并且被期望用于各种领域。
[0003]作为制造包含碳纤维和热塑性树脂的复合材料的方法，已知以粘度相对高的熔融状态的热塑性树脂浸溃碳纤维束、以获得复合材料的方法。在该制造方法中，为了避免由于不充分浸溃而导致成型件的强度降低的麻烦，在通过升高环境温度来降低热塑性树脂的熔融粘度的条件下，在过高的压力下，长时间执行以热塑性树脂对碳纤维束的浸溃处理是必需的。在如此的高压长时间的浸溃处理中，一直存在例如增加制造成本的问题。
[0004]作为促进将热塑性树脂浸溃到碳纤维束中的技术，公开了以下方法:将碳纤维与热塑性树脂纤维缠绕以制成纤维束，并向其施加热和压力以熔化热塑性树脂，以便促进浸溃的方法(专利文献I);先以低分子量的熔融树脂浸溃碳纤维束，然后再以高分子量的热塑性树脂浸溃的方法(专利文献2);以及在熔融树脂浴中对碳纤维进行开纤并以该熔融树脂浸溃的方法(专利文献3)等。此外，专利文献4描述了促进将热塑性树脂浸溃到碳纤维自身的方法，该方法用于将碳纤维的上浆剂调整为与树脂的润湿性良好的上浆剂。
[0005]如上所述，在传统的制造方法中，为了以热塑性树脂充分地浸溃增强纤维束，必需在特殊条件下执行单独的浸溃步骤。因此，传统的方法还不能以如此低的制造成本提供具有优异的性能和外观的CFRTP制品，这些制品越来越多的用于各种用途，且不充分地满足每种CFRTP领域的期望。尤其是，关于将聚碳酸酯用作热塑性树脂的CFRTP，由于聚碳酸酯是熔融粘度特别高的树脂，所以在传统制造方法中倾向于出现涉及浸溃难度的问题，并且期望立即解决该问题。
[0006]引用列表
[0007]专利文献
[0008]专利文献I JP-A-3-121146
[0009]专利文献2 JP-A-3-181528
[0010]专利文献3 JP-A-5-112657
[0011]专利文献4 JP-A-6-166961
【发明内容】
[0012]本发明要解决的问题
[0013]本发明的目的是提供:一种聚碳酸酯的碳纤维增强的成形制品，该成形制品具有优异的性能和优异的外观；一种通过不会招致制造成本增加的简单加工来制造该成形制品的方法；以及使该制造方法成为可能的成型用材料。
[0014]解决问题的手段
[0015]在用于解决上述传统问题的调查中，本发明人发现包含特定化合物的碳纤维束(以下，该纤维束被称作易浸溃的碳纤维束)非常容易以塑化的聚碳酸酯进行浸溃。此外，本发明人发现了以下令人惊讶的现象:当将聚碳酸酯粘附到易浸溃的碳纤维束以获得成型用材料并且使该成型用材料在聚碳酸酯的塑炼温度条件下存在于成型模具时，在分散该碳纤维束的同时该聚碳酸酯浸溃到易浸溃的碳纤维束中并且于模具内铺展该碳纤维束。本发明人由此发现在不进行任何与传统技术一样的、在独立步骤中以热塑性树脂浸溃增强纤维的处理的情况下，能够制造具有优异的性能和优异的外观的复合材料的成形制品，并完成了本发明。本发明的要点如下所示。
[0016]1.一种成型用材料，其特征在于包含:易浸溃的碳纤维束，该易浸溃的碳纤维束包含碳纤维和以100质量份所述碳纤维计3至15质量份的量的至少一种浸溃助剂，该至少一种浸溃助剂满足以下条件I和2 ;以及以100质量份所述碳纤维束计50至2，000质量份的量的聚碳酸酯，该聚碳酸酯粘附到所述易浸溃的碳纤维束。
[0017].条件1:300°C下的液体粘度为1Pa.s以下，
[0018].条件2:玻璃化转变温度降低率(Λ Tg)大于2 [°C /% ]，该玻璃化转变温度降低率(ATg)由下式(A)定义，该式(A)包括通过添加以100质量份所述聚碳酸酯计I质量份的量的浸溃助剂而获得的树脂组合物的玻璃化转变温度Tg1 [°C ]、所述聚碳酸酯的玻璃化转变温度TgQ[°C ]以及所述浸溃助剂的含量)。
[0019]玻璃化转变温度降低率(ATg) [°C /% ] = [(Tg0[°C ])-(Tgl[°C ])]/(浸溃助剂的含量[%]) (A)
[0020]其中，所述浸溃助剂的含量[% ]由下式(B)定义。
[0021]浸溃助剂的含量[% ] = 100X (浸溃助剂的量[质量份])/(聚碳酸酯的量[质量份]) (B)
[0022]2.如上所述的成型用材料，其中，所述浸溃助剂是选自由磷酸酯和脂肪族羟基羧酸系聚酯组成的组中的至少一种浸溃助剂。
[0023]3.如上所述的成型用材料，其特征在于，所述磷酸酯为在常压下沸点为340°C以上且在氮气气氛下在300°C下加热减量为2% /min以下的芳香族磷酸酯。
[0024]4.如上所述的成型用材料，其特征在于，所述芳香族磷酸酯由以下通式(I)表示:
[0025]
【权利要求】
1.一种成型用材料，包含: 易浸溃的碳纤维束，该易浸溃的碳纤维束包含碳纤维和以100质量份所述碳纤维计3至15质量份的量的至少一种浸溃助剂，该至少一种浸溃助剂满足以下条件I和2 ;以及聚碳酸酯，该聚碳酸酯的量为以100质量份所述碳纤维计50至2，000质量份，并且该聚碳酸酯粘附到所述易浸溃的碳纤维束: 条件1:300°C下的液体粘度为1Pa.s以下 条件2:玻璃化转变温度降低率(ATg)大于2[°C /% ]，该玻璃化转变温度降低率(ATg)由下式(A)定义，该式(A)包括通过加入以100质量份的所述聚碳酸酯计I质量份的量的所述浸溃助剂而获得的树脂组合物的玻璃化转变温度Tgl[°C ]、所述聚碳酸酯的玻璃化转变温度TgQ[°C ]以及所述浸溃助剂的含量): 玻璃化转变温度降低率(ATg) [°C/%] = [(TgQ[°C ])_(Tgl[°C ])]/(浸溃助剂的含量[%])(A) 其中，所述浸溃助剂的含量[% ]由下式(B)定义: 浸溃助剂的含量[%] = 100X (浸溃助剂的量[质量份])/(聚碳酸酯的量[质量份]) (B).
2.根据权利要求1所述的成型用材料， 其中，所述浸溃助剂为选自由磷酸酯和脂肪族羟基羧酸系聚酯所组成的组中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的成型用材料， 其中，所述磷酸酯为在常压下沸点为340°C以上且在氮气气氛下在300°C下的加热减量为2% /min以下的芳香族磷酸酯。
4.根据权利要求3所述的成型用材料， 其中，所述芳香族磷酸酯由以下通式(I)表示:
其中，在通式⑴中，R1至R12各自独立地表示氢原子或具有I至4个碳原子的烷基， X 为结合键、-CH2-、-C (CH3) 2_> _S-、-SO2-、-O-、-CO-或-N = N-， η为O或I的整数,并且 m为O至5的整数。
5.根据权利要求2所述的成型用材料， 其中，所述脂肪族羟基羧酸系聚酯是选自由ε -己内酯、δ -己内酯、β -丙内酯、Y-丁内酯、S-戊内酯、Y-戊内酯和庚醇内酯的均聚物、以及这些单体中的两种以上的共聚物组成的组中的至少一种，所述均聚物的重均分子量为3，000至50，000，所述共聚物的重均分子量为3，000至50，000。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的成型用材料， 其中，该成型用材料具有芯/鞘结构，在该芯/鞘结构中，所述易浸溃的碳纤维束为芯组分，并且所述聚碳酸酯为鞘组分。
7.根据权利要求1至6任意一项所述的成型用材料， 其中，所述成型用材料为粒料形式。
8.根据权利要求7所述的成型用材料， 其中，所述粒料的纵向长度为3至10mm。
9.一种成形制品，该成形制品由根据权利要求1至8任意一项所述的成型用材料获得。
10.根据权利要求10所述的成形制品， 其中，来自于所述易浸溃的碳纤维束的所述碳纤维以平均纤维长度为0.3mm以上的状态分散。
11.根据权利要求9或10所述的成形制品， 其中，通过根据IS0527对4mm的哑铃测试片进行检测而确定的所述成型用材料的碳纤维含量(质量％ ) 与拉伸强度具有满足下式(C)的关系: [碳纤维的含量(质量％ ) ] X 3+90〈[拉伸强度(MPa) ] (C)。
12.一种用于制造根据权利要求9至11所述的成形制品的方法， 该方法包括: 使所述成型用材料在所述聚碳酸酯的塑化温度以上的条件下存在于模具中、以将所述聚碳酸酯浸溃到所述成型用材料中的所述易浸溃的碳纤维束中； 在分解并分散所述易浸溃的碳纤维束中的所述碳纤维束的同时对所述成型用材料进行成型；并且然后 冷却所述成型的材料。
【文档编号】C08K7/06GK104169340SQ201380014471
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2013年3月12日 优先权日:2012年3月14日
【发明者】横沟穂高, 松田猛, 伊藤隆, 古川一光 申请人:帝人株式会社