纤维增强热塑性树脂成型材料及纤维增强热塑性树脂成型品的制作方法

文档序号:11108099阅读:908来源:国知局
纤维增强热塑性树脂成型材料及纤维增强热塑性树脂成型品的制造方法与工艺

本发明涉及纤维增强热塑性树脂成型品及纤维增强热塑性树脂成型材料。更详细而言,涉及能够呈现优异的耐冲击特性的纤维增强热塑性树脂成型品、和适用于所述纤维增强热塑性树脂成型品的纤维增强热塑性树脂成型材料。



背景技术:

包含增强纤维和热塑性树脂的成型品,由于轻质且具有优异的力学特性,所以被广泛用于体育用品用途、航空航天用途和一般产业用途等。用于这些成型品的增强纤维根据其用途以各种方式来增强成型品。作为这样的增强纤维,使用铝纤维、不锈钢纤维等金属纤维、芳族聚酰胺纤维、PBO(聚对苯撑苯并噁唑)纤维等有机纤维、碳化硅纤维等无机纤维或碳纤维等。从比强度、比刚性及轻质性的均衡性的观点考虑,碳纤维是合适的,其中,优选使用聚丙烯腈(PAN)系碳纤维。

由于碳纤维具有优异的比强度和比刚性,因此,被碳纤维增强了的成型品具有优异的机械特性。然而,在上述用途中,伴随着对于轻质化、薄型化的要求的进一步提高,需要进一步提高力学特性。

作为纤维分散性优异的成型材料,例如,提出了复合增强纤维束与热塑性树脂粘合而成的成型材料(例如,参见专利文献1)。另外,作为机械强度、尤其是冲击特性优异的纤维增强热塑性树脂组合物,提出了由聚碳酸酯系树脂、含有橡胶的苯乙烯系树脂、酸改性烯烃化合物和碳纤维构成的聚碳酸酯系树脂组合物(例如,参见专利文献2)、在含有纤维的芳香族聚碳酸酯树脂组合物中配合烯烃系蜡和复合橡胶系接枝共聚物而成的纤维增强热塑性树脂组合物(例如,参见专利文献3)等。此外,另一方面,作为金属腐蚀性小、导热特性优异的热塑性树脂组合物,提出了含有热塑性树脂和润滑剂等的热塑性树脂组合物(例如,参见专利文献4)、包含热塑性树脂和纤维状填充材料的导热性树脂材料(例如,参见专利文献5)等。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2012-56232号公报

专利文献2:日本特开2008-38003号公报

专利文献3:日本特开平7-238213号公报

专利文献4:日本特开2007-31611号公报

专利文献5:国际公开第2007/116973号



技术实现要素:

然而,在专利文献1~5中公开的任一种技术中,均存在成型品的冲击强度不充分的课题。鉴于现有技术存在的课题,本发明的目的在于提供成型品受到冲击时的增强纤维的折损被抑制、具有优异的冲击强度的纤维增强热塑性树脂成型品。

为解决上述课题,本发明包含以下的构成。

(1)纤维增强热塑性树脂成型材料,其包含热塑性树脂[A]、200℃时的熔体粘度比热塑性树脂[A]低的树脂[D]含浸增强纤维[B]而成的树脂含浸增强纤维束[E]、200℃时的熔体粘度比热塑性树脂[A]低、并且与所述热塑性树脂[A]的SP值之差为1.0以上的增强纤维改性成分[C],相对于热塑性树脂[A]、增强纤维[B]和增强纤维改性成分[C]的总量100重量份而言,所述纤维增强热塑性树脂成型材料包含50~98.9重量份的热塑性树脂[A]、1~40重量份的增强纤维[B]、0.1~10重量份的增强纤维改性成分[C]、0.2~12重量份的树脂[D],其中,所述树脂含浸增强纤维束[E]被含有所述热塑性树脂[A]和增强纤维改性成分[C]的树脂组合物被覆。

(2)纤维增强热塑性树脂成型材料,其包含热塑性树脂[A]、和200℃时的熔体粘度比热塑性树脂[A]低、并且与所述热塑性树脂[A]的SP值之差为1.0以上的增强纤维改性成分[C]含浸增强纤维[B]而成的树脂含浸增强纤维束[E],相对于热塑性树脂[A]、增强纤维[B]和增强纤维改性成分[C]的总量100重量份而言,所述纤维增强热塑性树脂成型材料包含50~98.9重量份的热塑性树脂[A]、1~40重量份的增强纤维[B]、0.1~10重量份的增强纤维改性成分[C],其中,所述树脂含浸增强纤维束[E]被含有所述热塑性树脂[A]的树脂组合物被覆。

(3)纤维增强热塑性树脂成型品,其包含热塑性树脂[A]和增强纤维[B],其中,以2.9m/sec的冲击速度破坏时,来自成型品断裂面的增强纤维的露出部位的数均长度为0.1mm以上。

(4)纤维增强热塑性树脂成型品,其包含热塑性树脂[A]、增强纤维[B]、和200℃时的熔体粘度比热塑性树脂[A]低、并且与热塑性树脂[A]的SP值之差为1.0以上的增强纤维改性成分[C],相对于热塑性树脂[A]、增强纤维[B]和增强纤维改性成分[C]的总量100重量份而言,所述纤维增强热塑性树脂成型品包含50~98.9重量份的热塑性树脂[A]、1~40重量份的增强纤维[B]、0.1~10重量份的增强纤维改性成分[C],其中,增强纤维[B]的重均纤维长度(Lw)为0.3~4mm。

对于本发明的纤维增强热塑性树脂成型品而言,由于成型品受到冲击时的增强纤维的折损被抑制,所以耐冲击特性优异。增强纤维具有导电性时,成型品的电磁波屏蔽性飞跃性提高。本发明的纤维增强热塑性树脂成型品对于电气·电子设备、OA设备、家用电器、汽车等部件、内部构件和壳体等各种部件和构件而言十分有用。

附图说明

图1是表示增强纤维改性成分[C]向增强纤维[B]表面的附着状态的示意图。

图2是表示附着于增强纤维[B]表面的增强纤维改性成分[C]的皮膜厚度的示意图。

图3是表示本发明的成型材料的优选纵截面形态的一例的简图。

图4是表示本发明的成型材料的优选横截面形态的一例的简图。

图5是表示本发明的成型材料的优选横截面形态的一例的简图。

图6是表示本发明的树脂含浸增强纤维束[E]的横截面形态的一例的简图。

具体实施方式

本发明的纤维增强热塑性树脂成型品(以下,有时记载为“成型品”)包含热塑性树脂[A]和增强纤维[B]。对于成型品而言,优选还包含200℃时的熔体粘度比热塑性树脂[A]低的增强纤维改性成分[C]。

对于成型品而言,以2.9m/sec的冲击速度破坏时,优选从成型品断裂面露出的增强纤维[B]的露出部位的数均长度(有时记为“露出纤维长度(LB)”)为0.1mm以上。露出纤维长度(LB)是表示对成型品施加冲击时,增强纤维[B]从成型品断裂面中不断裂地被拉拔的程度的指标。若LB为0.1mm以上,则通过增强纤维[B]的拉拔能够增大能量吸收量,因此成型品的冲击强度提高。LB更优选为0.2mm以上,进一步优选为0.3mm以上。需要说明的是,来自成型品断裂面的露出纤维长度(LB)受到冲击速度的影响,在本发明中,着眼于冲击速度为2.9m/sec时的露出纤维长度(LB)。

本发明中,露出纤维长度(LB)的测定可以通过以下方法进行。首先,对成型品施加冲击速度为2.9m/sec的冲击,破坏成型品。接着,利用光学显微镜(50~1000倍)观察被破坏的成型品的断裂面。测量从成型品断裂面露出的增强纤维[B]中随机选择的1000根增强纤维[B]的长度,将其算术平均值(number-averaged value)作为露出纤维长度(LB)。需要说明的是,在成型品的断裂面不是平面的情况下,针对选择的每根增强纤维[B]确定断裂面,算出露出纤维长度(LB)。

为了使成型品中的露出纤维长度(LB)为上述范围,优选使用后述的本发明的纤维增强热塑性树脂成型材料。若使用本发明的纤维增强热塑性树脂成型材料,则如后述那样能够抑制注射成型时的增强纤维[B]的纤维折损。另外,为了使成型品中的露出纤维长度(LB)为上述范围,也优选将断裂伸长率高的纤维用作增强纤维[B]、调节成型条件等。作为成型条件,例如,在注射成型的情况下,可举出背压、保压压力(holding pressure)等压力条件,注射时间、保压时间等时间条件,料筒温度(cylinder temperature)、模具温度等温度条件等。

成型品中,存在于成型品内部的增强纤维[B]的重均纤维长度(Lw)优选为0.1~4mm。对成型品施加冲击时,在成型品内部发生的裂纹(crack)一边发展,一边绕过增强纤维、或者使增强纤维与热塑性树脂的界面剥离、或者拉拔增强纤维或使其断裂。此时,由于增强纤维的断裂或拉拔导致的能量吸收大,因此,可以认为在裂纹发展时增强纤维的断裂或拉拔越容易发生,则成型品的冲击强度越高。存在于成型品内部的增强纤维越长,则在裂纹发展时越难绕过增强纤维,因此增强纤维的断裂、拉拔越容易发生,并且拉拔时的摩擦越变大,从这一点考虑,越能够提高成型品的冲击强度。若存在于成型品内部的增强纤维[B]的重均纤维长度(Lw)为0.1mm以上,则成型品的冲击强度进一步提高。Lw优选为0.3mm以上,更优选为0.5mm以上。另一方面,若重均纤维长度(Lw)为4mm以下,则增强纤维[B]彼此的单丝之间的缠结被抑制,增强纤维[B]的分散性进一步提高,从而使成型品的冲击强度进一步提高。Lw更优选为2.5mm以下。此处,所谓“重均纤维长度”,并非是单纯地取算术平均值,而是指利用将重均分子量的计算方法应用于纤维长度的计算、并考虑了纤维长度的影响而得到的下式算出的平均纤维长度。需要注意的是,下式适用于增强纤维[B]的纤维直径和密度恒定的情况。

重均纤维长度=∑(Mi2×Ni)/∑(Mi×Ni)

Mi:纤维长度(mm)

Ni:纤维长度Mi的增强纤维的根数。

上述重均纤维长度可利用以下方法进行测定。将成型品以夹持在玻璃板之间的状态设置于设定为200~300℃的热台(hot stage)上,进行加热熔融,得到增强纤维[B]均匀分散的膜。利用光学显微镜(50~200倍)观察该膜。测量随机选择的1000根增强纤维[B]的纤维长度,利用上式算出重均纤维长度(Lw)。

需要说明的是,成型品中的增强纤维[B]的重均纤维长度(Lw)可以根据例如后述的增强纤维[B]的种类、成型条件等进行调节。作为成型条件,例如,在注射成型的情况下,可举出背压、保压压力等压力条件,注射时间、保压时间等时间条件,料筒温度、模具温度等温度条件等。

接着,对成型品的构成成分进行详细记载。

对于热塑性树脂[A]而言,成型温度(熔融温度)优选为200~450℃。具体而言,可举出聚烯烃树脂、聚苯乙烯树脂、聚酰胺树脂、卤代乙烯基树脂、聚缩醛树脂、饱和聚酯树脂、聚碳酸酯树脂、聚芳砜树脂、聚芳酮树脂、聚芳撑醚树脂、聚芳硫醚树脂、聚芳醚酮树脂、聚醚砜树脂、聚芳硫醚砜树脂、聚芳酯树脂、液晶聚酯、含氟树脂等。它们均相当于电绝缘体。可使用2种以上的上述树脂。这些树脂的末端基团可以被封端或改性。

上述热塑性树脂中,用于电气·电子设备、汽车部件的用途时,更优选选自轻质且力学特性、成型性的均衡性优异的聚烯烃树脂、聚酰胺树脂、聚碳酸酯树脂和聚芳硫醚树脂的树脂。作为聚烯烃树脂,优选聚丙烯树脂。

聚丙烯树脂可以是未改性的聚丙烯树脂,也可以是改性的聚丙烯树脂。

作为未改性的聚丙烯树脂,具体而言,可举出丙烯的均聚物、丙烯与选自α-烯烃、共轭二烯、非共轭二烯和其他的热塑性单体中的至少1种单体的共聚物等。作为共聚物,可举出无规共聚物或嵌段共聚物。作为α-烯烃,例如,可举出乙烯、1-丁烯、3-甲基-1-丁烯、4-甲基-1-戊烯、3-甲基-1-戊烯、4-甲基-1-己烯、4,4-二甲基-1-己烯、1-壬烯、1-辛烯、1-庚烯、1-己烯、1-癸烯、1-十一烯、1-十二烯等除丙烯以外的碳原子数为2~12的α-烯烃等。作为共轭二烯或非共轭二烯,例如,可举出丁二烯、乙叉降冰片烯、二环戊二烯、1,5-己二烯等。可使用上述中的2种以上。例如,作为优选例子,可举出聚丙烯、乙烯·丙烯共聚物、丙烯·1-丁烯共聚物、乙烯·丙烯·1-丁烯共聚物等。从提高成型品的刚性的观点考虑,优选丙烯的均聚物。从进一步提高成型品的冲击强度的观点考虑,优选丙烯与选自α-烯烃、共轭二烯和非共轭二烯等中的至少1种单体的无规共聚物或嵌段共聚物。

另外,作为改性聚丙烯树脂,优选酸改性聚丙烯树脂,更优选具有与聚合物链键合的羧酸及/或羧酸盐基团的酸改性聚丙烯树脂。上述酸改性聚丙烯树脂可以利用各种方法获得。例如,可以通过将具有经中和或未中和的羧酸基的单体、及/或具有经皂化或未皂化的羧酸酯基的单体与未改性的聚丙烯树脂进行接枝聚合而获得。

此处,作为具有经中和或未中和的羧酸基的单体、或具有经皂化或未皂化的羧酸酯基的单体,例如,可举出烯键式不饱和羧酸、其酸酐、烯键式不饱和羧酸酯等。

作为烯键式不饱和羧酸,可示例(甲基)丙烯酸、马来酸、富马酸、四氢邻苯二甲酸、衣康酸、柠康酸、丁烯酸、异丁烯酸等。作为其酸酐,可示例纳迪克酸TM(内顺-双环[2.2.1]庚-5-烯-2,3-二甲酸)、马来酸酐、柠康酸酐等。

作为烯键式不饱和羧酸酯,例如,可举出(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸异丁酯、(甲基)丙烯酸叔丁酯、(甲基)丙烯酸正戊酯、(甲基)丙烯酸异戊酯、(甲基)丙烯酸正己酯、(甲基)丙烯酸-2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸辛酯、(甲基)丙烯酸癸酯、(甲基)丙烯酸十二烷基酯、(甲基)丙烯酸十八烷基酯、(甲基)丙烯酸硬脂醇酯、(甲基)丙烯酸十三烷基酯、(甲基)丙烯酸月桂酰基酯、(甲基)丙烯酸环己酯、(甲基)丙烯酸苄酯、(甲基)丙烯酸苯酯、(甲基)丙烯酸异冰片酯、(甲基)丙烯酸二环戊基酯、(甲基)丙烯酸二环戊烯基酯、(甲基)丙烯酸二甲基氨基乙酯、(甲基)丙烯酸二乙基氨基乙酯等(甲基)丙烯酸酯类,丙烯酸羟基乙酯、(甲基)丙烯酸-2-羟基乙酯、(甲基)丙烯酸-2-羟基丙酯、丙烯酸-4-羟基丁酯、内酯改性(甲基)丙烯酸羟基乙酯、丙烯酸-2-羟基-3-苯氧基丙酯等含有羟基的(甲基)丙烯酸酯类,(甲基)丙烯酸缩水甘油酯、(甲基)丙烯酸甲基缩水甘油酯等含有环氧基的(甲基)丙烯酸酯类,(甲基)丙烯酸-N,N-二甲基氨基乙酯、(甲基)丙烯酸-N,N-二乙基氨基乙酯、(甲基)丙烯酸N,N-二甲基氨基丙酯、(甲基)丙烯酸-N,N-二丙基氨基乙酯、(甲基)丙烯酸-N,N-二丁基氨基乙酯、(甲基)丙烯酸-N,N-二羟乙基氨基乙酯等(甲基)丙烯酸氨基烷基酯类等。

可使用上述中的2种以上。其中,优选烯键式不饱和羧酸酐类,更优选马来酸酐。

为了提高成型品的力学特性,优选同时使用未改性聚丙烯树脂和改性聚丙烯树脂。尤其是从阻燃性和力学特性的均衡性的观点考虑,优选以未改性聚丙烯树脂与改性聚丙烯树脂的重量比成为95/5~75/25的方式使用。更优选为95/5~80/20、进一步优选为90/10~80/20。

所谓聚酰胺树脂,是以氨基酸、内酰胺、或者二胺和二羧酸作为主要原料的树脂。作为其主要原料,例如,可举出6-氨基己酸、11-氨基十一烷酸、12-氨基十二烷酸、对氨基甲基苯甲酸等氨基酸;ε-己内酰胺、ω-月桂内酰胺等内酰胺;1,4-丁二胺、1,6-己二胺、2-甲基戊二胺、壬二胺、1,11-十一烷二胺、1,12-十二烷二胺、2,2,4-/2,4,4-三甲基己二胺、5-甲基壬二胺等脂肪族二胺;间苯二甲胺、对苯二甲胺等芳香族二胺;1,3-双(氨基甲基)环己烷、1,4-双(氨基甲基)环己烷、1-氨基-3-氨基甲基-3,5,5-三甲基环己烷、双(4-氨基环己基)甲烷、双(3-甲基-4-氨基环己基)甲烷、2,2-双(4-氨基环己基)丙烷、双(氨基丙基)哌嗪、氨基乙基哌嗪等脂环族二胺;己二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十二烷二酸等脂肪族二羧酸;对苯二甲酸、间苯二甲酸、2-氯对苯二甲酸、2-甲基对苯二甲酸、5-甲基间苯二甲酸、间苯二甲酸-5-磺酸钠、六氢化对苯二甲酸、六氢化间苯二甲酸等芳香族二羧酸;1,4-环己烷二甲酸、1,3-环己烷二甲酸、1,2-环己烷二甲酸等脂环族二羧酸等。可使用上述中的2种以上。

从耐热性、强度优异的观点考虑,具有200℃以上的熔点的聚酰胺树脂特别有用。作为其具体例,可举出聚己酰胺(尼龙6)、聚己二酰己二胺(尼龙66)、聚己酰胺/聚己二酰己二胺共聚物(尼龙6/66)、聚己二酰丁二胺(尼龙46)、聚癸二酰己二胺(尼龙610)、聚十二烷二酰己二胺(尼龙612)、聚对苯二甲酰己二胺/聚己酰胺共聚物(尼龙6T/6)、聚己二酰己二胺/聚对苯二甲酰己二胺共聚物(尼龙66/6T)、聚十二酰胺/聚对苯二甲酰己二胺共聚物(尼龙12/6T)、聚己二酰己二胺/聚间苯二甲酰己二胺共聚物(尼龙66/6I)、聚己二酰己二胺/聚对苯二甲酰己二胺/聚间苯二甲酰己二胺共聚物(尼龙66/6T/6I)、聚己二酰己二胺/聚间苯二甲酰己二胺/聚己酰胺共聚物(尼龙66/6I/6)、聚对苯二甲酰己二胺/聚间苯二甲酰己二胺共聚物(尼龙6T/6I)、聚对苯二甲酰己二胺/聚十二酰胺共聚物(尼龙6T/12)、聚对苯二甲酰己二胺/聚对苯二甲酰-2-甲基戊二胺(poly(2-methylpentamethylene)terephthalamide)共聚物(尼龙6T/M5T)、聚己二酰间苯二甲胺(尼龙MXD6)、聚对苯二甲酰壬二胺(尼龙9T)以及它们的共聚物等。可使用上述中的2种以上。

聚酰胺树脂的聚合度没有特别限制,但从成型时的流动性优异、能够容易地得到薄的成型品的观点考虑,将0.25g聚酰胺树脂溶解于25ml 98%浓硫酸中而得到的溶液于25℃测得的硫酸相对粘度ηr优选为1.5~5.0的范围,更优选为2.0~3.5的范围。此处,硫酸相对粘度ηr表示在25℃的恒温槽内使用奥斯特瓦尔德粘度计测得的树脂浓度为1g/100ml的98%硫酸溶液的流下速度与同样地测得的98%硫酸的流下速度之比。

所谓聚碳酸酯树脂,是使二元酚类与碳酸酯前体反应而得到的树脂。可以是使用2种以上的二元酚类或2种以上的碳酸酯前体而得到的共聚物。作为反应方法之一例,可举出界面聚合法、熔融酯交换法、碳酸酯预聚物的固相酯交换法以及环状碳酸酯化合物的开环聚合法等。例如,可使用日本特开2002-129027号公报中记载的已知的聚碳酸酯树脂。

作为二元酚类,例如,可举出1,1-双(4-羟基苯基)-3,3,5-三甲基环己烷、双(4-羟基苯基)烷烃(双酚A等)、2,2-双{(4-羟基-3-甲基)苯基}丙烷、α,α’-双(4-羟基苯基)间二异丙基苯、9,9-双(4-羟基-3-甲基苯基)芴等。可使用上述中的2种以上。其中,优选双酚A,其能够获得冲击强度更优异的聚碳酸酯树脂。另一方面,使用双酚A与其他二元酚类而得到的共聚物在高耐热性或低吸水率的方面优异。

作为碳酸酯前体,例如,可举出碳酰卤、碳酸二酯或卤代甲酸酯等。具体而言,可举出碳酰氯、碳酸二苯酯或二元酚类的二卤代甲酸酯等。

由上述二元酚类和碳酸酯前体制造聚碳酸酯树脂时,可以根据需要使用催化剂、封端剂、用于防止二元酚类氧化的抗氧化剂等。

另外,聚碳酸酯树脂也可以是:三官能以上的多官能性芳香族化合物共聚而得到的支链状聚碳酸酯树脂、将芳香族或脂肪族(包含脂环族)的二官能性羧酸共聚而得到的聚酯碳酸酯树脂、将二官能性脂肪族醇(包含脂环族)共聚而得到的共聚聚碳酸酯树脂、同时共聚有二官能性羧酸和二官能性脂肪族醇的聚酯碳酸酯树脂。此外,可使用上述聚碳酸酯树脂中的2种以上。

聚碳酸酯树脂的分子量没有限定,优选粘均分子量为10,000~50,000。若粘均分子量为10,000以上,则能够进一步提高成型品的强度。粘均分子量更优选为15,000以上,进一步优选为18,000以上。另一方面,若粘均分子量为50,000以下,则成型加工性提高。粘均分子量更优选为40,000以下,进一步优选为30,000以下。使用2种以上的聚碳酸酯树脂时,优选至少1种聚碳酸酯树脂的粘均分子量在上述范围内。该情况下,作为其他聚碳酸酯树脂,优选使用粘均分子量大于50,000、优选大于80,000的聚碳酸酯树脂。所述聚碳酸酯树脂的熵弹性高,在合并使用气体辅助成型等时是有利的,除此以外,还能发挥由高熵弹性带来的特性(抗滴落(anti-drip)特性、垂伸(draw down)特性和喷射(jetting)改良等对熔融特性进行改良的特性)。

聚碳酸酯树脂的粘均分子量(M)如下求出:将0.7g聚碳酸酯树脂溶解于100ml二氯甲烷中得到溶液,将由该溶液于20℃求出的比粘度(ηsp)代入下式从而求出。

ηsp/C=[η]+0.45×[η]2(其中,[η]为特性粘度)

[η]=1.23×10-4×M0.83

C=0.7。

聚碳酸酯树脂的熔体粘度没有限定,但优选200℃时的熔体粘度为10~25000Pa·s。若200℃时的熔体粘度为10Pa·s以上,则能够进一步提高成型品的强度。熔体粘度更优选为20Pa·s以上,进一步优选为50Pa·s以上。另一方面,若200℃时的熔体粘度为25,000Pa·s以下,则成型加工性提高。熔体粘度更优选为20,000Pa·s以下,进一步优选为15,000Pa·s以下。

作为聚碳酸酯树脂,也可使用Mitsubishi Engineering-Plastics公司制“Iupilon”(注册商标)、“NOVAREX”(注册商标)、帝人化成(株)制“Panlite”(注册商标)、出光石油化学(株)制“TARFLON”(注册商标)等市售的制品。

作为聚芳硫醚树脂,例如,可举出聚苯硫醚(PPS)树脂、聚苯硫醚砜树脂、聚苯硫醚酮树脂、它们的无规共聚物或嵌段共聚物等。可使用上述中的2种以上。其中,特别优选使用聚苯硫醚树脂。

对于聚芳硫醚树脂而言,例如,可以通过日本特公昭45-3368号公报中记载的获得分子量较小的聚合物的方法、日本特公昭52-12240号公报、日本特开昭61-7332号公报中记载的获得分子量较大的聚合物的方法等任意的方法进行制造。

对于得到的聚芳硫醚树脂,可以实施通过在空气中加热进行的交联/高分子量化、在氮等非活性气体的气氛下或减压下的热处理、利用有机溶剂、热水、酸水溶液等的洗涤、利用酸酐、胺、异氰酸酯、含有官能团的二硫化物化合物等含有官能团的化合物进行活性化等各种处理。

作为通过加热聚芳硫醚树脂进行交联/高分子量化的方法,例如,可以列举在空气、氧等氧化性气体气氛下或在所述氧化性气体与氮、氩等非活性气体的混合气体气氛下,在加热容器中于规定的温度进行加热直到得到希望的熔体粘度的方法。加热处理温度优选为200~270℃的范围,加热处理时间优选为2~50小时的范围。通过调节处理温度和处理时间,可以将得到的聚合物的粘度调节为希望的范围。作为加热处理装置,可举出通常的热风干燥机、旋转式或装有搅拌桨的加热装置等。从效率良好、更均匀地进行加热处理的观点考虑,优选使用旋转式或装有搅拌桨的加热装置。

在氮等非活性气体气氛下或减压条件下对聚芳硫醚树脂进行热处理时,加热处理温度优选为200~270℃的范围,加热处理时间优选为2~50小时的范围。在减压下处理时,压力优选为7,000Nm-2以下。作为加热处理装置,可举出通常的热风干燥机、旋转式或装有搅拌桨的加热装置等。从效率良好、更均匀地进行加热处理的观点考虑,优选使用旋转式或装有搅拌桨的加热装置。

用有机溶剂清洗聚芳硫醚树脂时,作为有机溶剂,例如,可举出N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺等含氮极性溶剂;二甲基亚砜、二甲基砜等亚砜·砜系溶剂;丙酮、甲基乙基酮、二乙基甲酮、苯乙酮等酮系溶剂;二甲醚、二丙醚、四氢呋喃等醚系溶剂;氯仿、二氯甲烷、三氯乙烯、二氯乙烯、二氯乙烷、四氯乙烷、氯苯等卤素系溶剂;甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、乙二醇、丙二醇、苯酚、甲酚、聚乙二醇等醇系或酚系溶剂;苯、甲苯、二甲苯等芳香族烃系溶剂等。可使用上述中的2种以上。这些有机溶剂中,优选使用N-甲基吡咯烷酮、丙酮、二甲基甲酰胺和氯仿等。作为利用有机溶剂进行洗涤的方法,例如,可举出将聚芳硫醚树脂浸渍在有机溶剂中的方法等。根据需要,也可以适当搅拌或加热。在有机溶剂中清洗聚芳硫醚树脂时的清洗温度优选为常温~150℃。需要说明的是,优选将实施过有机溶剂清洗的聚芳硫醚树脂用水或温水清洗数次,以除去残留的有机溶剂。

用热水清洗聚芳硫醚树脂时,为了呈现基于热水清洗的聚芳硫醚树脂的理想的化学改性的效果,所使用的水优选为蒸馏水或去离子水。对于热水清洗而言,通常,在规定量的水中投入规定量的聚芳硫醚树脂,通过于常压或在压力容器内进行加热、搅拌来进行。关于聚芳硫醚树脂与水的比例,优选相对于1升水而言,聚芳硫醚树脂为200g以下的浴比。

作为对聚芳硫醚树脂进行酸处理的方法,例如,可举出将聚芳硫醚树脂浸渍在酸或酸的水溶液中的方法等。根据需要,也可以适当搅拌或加热。作为酸,例如,可举出甲酸、乙酸、丙酸、丁酸等脂肪族饱和单羧酸;一氯乙酸、二氯乙酸等卤素取代脂肪族饱和羧酸、丙烯酸、丁烯酸等脂肪族不饱和单羧酸;苯甲酸、水杨酸等芳香族羧酸;草酸、丙二酸、琥珀酸、邻苯二甲酸、富马酸等二羧酸;以及硫酸、磷酸、盐酸、碳酸、硅酸等无机酸性化合物等。上述酸中,优选使用乙酸或盐酸。优选将实施过酸处理的聚芳硫醚树脂用水或温水清洗数次,以除去残留的酸或盐等。用于清洗的水优选为蒸馏水或去离子水。

对于聚芳硫醚树脂的熔体粘度而言,在310℃、剪切速率1000/秒的条件下优选为80Pa·s以下,更优选为20Pa·s以下。对于熔体粘度的下限没有特别限制,优选为5Pa·s以上。可以合用熔体粘度不同的2种以上的聚芳硫醚树脂。需要说明的是,熔体粘度可使用Capilograph(东洋精机(株)公司制)装置、以模长10mm、模孔直径0.5~1.0mm的条件进行测定。

作为聚芳硫醚树脂,也可使用东丽(株)制“TORELINA”(注册商标)、DIC(株)制“DIC.PPS”(注册商标)、Polyplastic(株)制“DURAFIDE”(注册商标)等市售制品。

作为本发明的增强纤维[B],没有特别限定,例如,可举出碳纤维、玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维等有机纤维、氧化铝纤维、碳化硅纤维、硼纤维、金属纤维等高强度高弹性模量纤维。可使用上述中的2种以上。

增强纤维[B]是能够利用对于热塑性树脂[A]的纤维增强效果来提高成型品的力学特性的纤维。此外,在增强纤维具有导电性、导热特性等固有特性的情况下,能够将热塑性树脂[A]单体所无法实现的上述性质赋予至成型品。从力学特性的进一步提高、和成型品的轻质化效果的观点考虑,增强纤维中优选PAN系碳纤维、沥青系碳纤维、人造丝系碳纤维等碳纤维。从得到的成型品的强度与弹性模量的均衡性的观点考虑,进一步优选PAN系碳纤维。此外,出于赋予导电性的目的,也优选使用被覆有镍、铜、镱等金属的增强纤维。

此外,作为碳纤维,利用X射线光电子能谱法测定的、纤维表面的氧(O)与碳(C)的原子数之比、即表面氧浓度比[O/C]优选为0.05~0.5。通过使表面氧浓度比为0.05以上,能够在碳纤维表面上确保充分的官能团量,从而能够获得与热塑性树脂[A]的更牢固的粘合,因此,能够进一步提高成型品的强度。表面氧浓度比更优选为0.08以上,进一步优选为0.1以上。另一方面,表面氧浓度比的上限没有特别限制,但从碳纤维的操作性与生产率的均衡性考虑,通常优选为0.5以下,更优选为0.4以下,进一步优选为0.3以下。

碳纤维的表面氧浓度比利用X射线光电子能谱法按如下步骤求出。首先,在碳纤维表面上附着有上浆剂等时,用溶剂除去附着在碳纤维表面的上浆剂等。将碳纤维束切成20mm,铺展排列在铜制的试样支承台上,制成测定试样。将测定试样安置在X射线光电子能谱法装置的试样室中,将试样室中保持为1×10-8Torr,使用AlKα1、2作为X射线源,实施测定。作为伴随着测定时的带电而产生的峰的校正值,将C1s的主峰的动能值(K.E.)设置为1202eV。在K.E.为1191~1205eV的范围内画出直线基线,由此求出C1s峰面积。在K.E.为947~959eV的范围内画出直线基线,由此求出O1s峰面积。

此处,所谓表面氧浓度比,是使用装置固有的灵敏度校正值、由上述O1s峰面积与C1s峰面积之比以原子数比的形式算出的。作为X射线光电子能谱法装置,使用国际电气社制Model ES-200时,将灵敏度校正值设为1.74。

作为将表面氧浓度比[O/C]调节为0.05~0.5的方法,没有特别限定,例如,可举出电解氧化处理、试剂氧化处理和气相氧化处理等方法。其中,优选电解氧化处理。

另外,增强纤维[B]的平均纤维直径没有特别限定,从成型品的力学特性和表面外观的观点考虑,优选为1~20μm,更优选为3~15μm。制成增强纤维束时的单纤维数没有特别限制,优选为100~350,000根,从生产率的观点考虑,更优选为20,000~100,000根。

出于提高增强纤维[B]与作为基体树脂的热塑性树脂[A]的粘合性等目的,也可以对增强纤维[B]进行表面处理。作为表面处理的方法,例如,可举出电解处理、臭氧处理、紫外线处理等。

出于防止增强纤维[B]起毛、提高增强纤维[B]与作为基体树脂的热塑性树脂[A]的粘合性等目的,也可以用上浆剂被覆增强纤维。尤其是在碳纤维的情况下,通过赋予上浆剂,能够提高与热塑性树脂[A]的粘合性和成型品的特性。

作为上浆剂,例如,可举出环氧树脂、酚醛树脂、聚乙二醇、聚氨酯、聚酯、乳化剂或表面活性剂等。可使用上述中的2种以上。上浆剂优选为水溶性或水分散性。作为增强纤维[B]使用碳纤维的情况下,优选与碳纤维的润湿性优异的环氧树脂,更优选多官能环氧树脂。

作为多官能环氧树脂,可举出双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、脂肪族环氧树脂、苯酚Novolacs型环氧树脂等。其中,优选容易发挥与基体树脂的粘合性的脂肪族环氧树脂。脂肪族环氧树脂具有柔软的骨架,所以容易形成交联密度高且韧性高的结构,使碳纤维与基体树脂不易剥离,因此能够进一步提高成型品的强度。

作为多官能的脂肪族环氧树脂,例如,可举出二缩水甘油基醚化合物、多缩水甘油基醚化合物等。作为二缩水甘油基醚化合物,可举出乙二醇二缩水甘油基醚、聚乙二醇二缩水甘油基醚、丙二醇二缩水甘油基醚、聚丙二醇二缩水甘油基醚、1,4-丁二醇二缩水甘油基醚、新戊二醇二缩水甘油基醚、聚丁二醇二缩水甘油基醚、聚亚烷基二醇二缩水甘油基醚等。此外,作为多缩水甘油基醚化合物,可举出甘油多缩水甘油基醚、二甘油多缩水甘油基醚、聚甘油多缩水甘油基醚、山梨糖醇多缩水甘油基醚、阿拉伯糖醇多缩水甘油基醚、三羟甲基丙烷多缩水甘油基醚、三羟甲基丙烷缩水甘油基醚、季戊四醇多缩水甘油基醚、脂肪族多元醇的多缩水甘油基醚等。

脂肪族环氧树脂中,优选3官能以上的脂肪族环氧树脂,更优选反应性高、具有3个以上的缩水甘油基的脂肪族多缩水甘油基醚化合物。脂肪族的多缩水甘油基醚化合物的柔软性、交联密度和与基体树脂的相容性的均衡性良好,能够进一步提高粘合性。其中,进一步优选甘油多缩水甘油基醚、二甘油多缩水甘油基醚、多甘油多缩水甘油基醚、聚乙二醇缩水甘油基醚或聚丙二醇缩水甘油基醚。

对于上浆剂的附着量而言,在包含上浆剂和增强纤维[B]的增强纤维束100重量%中,优选为0.01~10重量%。若上浆剂附着量为0.01重量%以上,则能够进一步提高与热塑性树脂[A]的粘合性。更优选为0.05重量%以上,进一步优选为0.1重量%以上。另一方面,若上浆剂附着量为10重量%以下,则能够以较高的水平维持热塑性树脂[A]的物性。更优选为5重量%以下,进一步优选为2重量%以下。

作为上浆剂的赋予手段,没有特别限定,例如,可举出下述方法:制备上浆剂溶解或分散于溶剂(包含分散的情况下的分散介质)中而得到的上浆处理液,对于增强纤维赋予该上浆处理液后,使溶剂干燥·气化,除去溶剂。作为对于增强纤维赋予上浆处理液的方法,例如,可举出经由辊将增强纤维浸渍在上浆处理液中的方法、使增强纤维与附着有上浆处理液的辊接触的方法、将上浆处理液制成雾状并吹喷至增强纤维的方法等。另外,上浆处理液的赋予方法为分批式和连续式均可,但优选生产率良好、可减小偏差的连续式。此时,为了使上浆剂对于增强纤维的附着量在适当范围内并且均匀,优选对上浆处理液浓度、温度、丝条张力等进行调节。另外,更优选在赋予上浆处理液时,利用超声波使增强纤维振动。

干燥温度和干燥时间应当根据上浆剂的附着量进行调节。从缩短完全除去用于上浆处理液的溶剂和干燥所需要的时间、另一方面防止上浆剂的热劣化、防止经过上浆处理的增强纤维[B]变硬而导致纤维束的铺展性恶化的观点考虑,干燥温度优选为150℃以上且350℃以下,更优选为180℃以上且250℃以下。

作为用于上浆处理液的溶剂,例如,可举出水、甲醇、乙醇、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、丙酮等,从操作容易和防灾的观点考虑,优选为水。因此,在将不溶或难溶于水的化合物用作上浆剂时,优选添加乳化剂、表面活性剂而将其制成水性分散液进行使用。具体而言,作为乳化剂或表面活性剂,可使用苯乙烯-马来酸酐共聚物、烯烃-马来酸酐共聚物、萘磺酸盐的甲醛缩合物、聚丙烯酸钠等阴离子型乳化剂;聚乙烯亚胺、聚乙烯基咪唑啉等阳离子型乳化剂;壬基酚环氧乙烷加成物、聚乙烯醇;聚氧乙烯醚酯共聚物、脱水山梨糖醇酯环氧乙烷加成物等非离子型乳化剂等。相互作用小的非离子型乳化剂不易损害上浆剂所含有的官能团的粘合效果,因此优选。

对于成型品而言,优选还包含200℃时的熔体粘度比热塑性树脂[A]低的增强纤维改性成分[C]。对于增强纤维改性成分[C]而言,在成型时,例如在注射成型的情况下,较之热塑性树脂[A]而言更容易在料筒内流动。另外,如后述的那样,通过选择增强纤维改性成分[C]和、热塑性树脂[A]及/或增强纤维[B]的组合,可以使增强纤维改性成分[C]与增强纤维[B]的亲和性高于与热塑性树脂[A]的亲和性,从而能够在成型材料中使增强纤维改性成分[C]局部存在于增强纤维[B]附近。因此,在成型材料中,可以使容易流动的增强纤维改性成分[C]存在于增强纤维[B]与热塑性树脂[A]之间,从而能够抑制由于注射成型时的料筒内的剪切应力导致的增强纤维[B]的纤维折损。另外,通过使增强纤维改性成分[C]存在于增强纤维[B]与热塑性树脂[A]之间,在成型品断裂时,相较于增强纤维[B]的断裂而言,增强纤维[B]的拉拔优先发生,从而能够抑制裂纹向增强纤维[B]发展。结果,能够进一步提高成型品的冲击强度。需要说明的是,成型温度通常为200~450℃,其根据热塑性树脂[A]的种类适当设定,而本发明中,作为成型时的增强纤维改性成分[C]的流动性的指标,着眼于200℃时的熔体粘度。

作为增强纤维改性成分[C],只要是200℃时的熔体粘度比热塑性树脂[A]低的化合物则没有特别限定,作为容易存在于增强纤维[B]与热塑性树脂[A]之间的成分,优选使用润滑剂。

作为润滑剂,例如,可举出矿物油、合成油、高级脂肪酸、高级脂肪酸金属盐、高级脂肪酸酯、高级脂肪酸酰胺、高级醇、聚有机硅氧烷、合成蜡、聚亚烷基二醇、含氟脂肪酸酯、氟油等。此处,所谓“高级”,是指碳原子数为8以上。可使用上述中的2种以上。具体而言,作为高级脂肪酸,可举出癸酸、辛酸、月桂酸、椰子酸(coconut acid)、肉豆蔻酸、硬脂酸、油酸等。作为高级脂肪酸金属盐,可举出上述高级脂肪酸的锌盐、钙盐等。作为高级脂肪酸酯,可举出硬脂酸单甘油酯、脱水山梨糖醇单硬脂酸酯、山梨糖醇单棕榈酸酯(sorbin mono palmitate)等。作为高级脂肪酸酰胺,可举出芥酸酰胺、硬脂酸酰胺、乙撑双硬脂酸酰胺、棕榈酸酰胺、油酸酰胺、椰油酸酰胺等。作为高级醇,可举出辛醇、癸醇、十二烷醇、肉豆蔻醇、硬脂醇、鲸蜡醇等。作为聚有机硅氧烷,可举出硅油、硅橡胶等。作为合成蜡,可举出石蜡、烯烃系蜡、酮蜡、酯蜡等。作为聚亚烷基二醇,可举出硬脂酸蜡等。作为氟油,可举出三氟氯乙烯、聚六氟丙二醇等。上述化合物中,优选烯烃系蜡或聚有机硅氧烷。烯烃系蜡、聚有机硅氧烷的耐热性高,即使经过熔融混炼、成型的工序也容易残留在成型材料、成型品中,因此,能够进一步提高增强纤维[B]的折损抑制效果,从而进一步提高冲击强度。

作为烯烃系蜡,优选聚烯烃蜡,更优选聚乙烯蜡及/或1-烯烃聚合物(包含α-烯烃的聚合物)蜡。作为聚乙烯蜡,可使用当前广为人知的蜡,例如,可举出将乙烯在高温高压下聚合而得到的蜡、将聚乙烯热分解而得到的蜡、从聚乙烯中分离纯化低分子量成分而得到的蜡等。也可以用各种官能团将烯烃系蜡改性。

作为聚有机硅氧烷,优选硅油。作为硅油,可举出二甲基硅油、甲基苯基硅油、甲基含氢硅油、环状二甲基硅油、聚醚改性硅油、高级脂肪酸酯改性硅油等。从操作性的观点考虑,硅油的20℃时的运动粘度优选为1×10-2m2/s以下。也可以用各种官能团将聚有机硅氧烷改性。

增强纤维改性成分[C]的SP值与热塑性树脂[A]的SP值之差优选为1.0以上,更优选为2.5以上,最优选为3.0以上。所谓SP值,是指溶解度参数,已知2种成分的SP值之差越小则溶解度越大。此外,优选增强纤维改性成分[C]与增强纤维[B]表面(在增强纤维[B]表面上附着有上浆剂的情况下,为上浆剂)的SP值之差小于增强纤维改性成分[C]与热塑性树脂[A]的SP值之差。另外,增强纤维改性成分[C]与增强纤维[B]表面的SP值之差优选为1.0以下。由此,能够使增强纤维改性成分[C]与增强纤维[B]表面的亲和性高于增强纤维改性成分[C]与热塑性树脂[A]的亲和性。由此,如前所述,在成型材料中,能够使增强纤维改性成分[C]局部存在于增强纤维[B]附近,抑制由于成型时的剪切应力导致的增强纤维[B]的纤维折损、受到冲击时的裂纹向增强纤维[B]的发展,从而能够进一步提高成型品的冲击强度。因此,优选以使增强纤维改性成分[C]与热塑性树脂[A]的SP值之差及增强纤维改性成分[C]与增强纤维[B]表面(在增强纤维[B]附着有上浆剂的情况下,为上浆剂)的SP值之差成为上述的范围的方式选择增强纤维改性成分[C]。

需要说明的是,已知有多种SP值的测定方法,本发明中,使用利用Fedors的方法求出的SP值(参见SP值基础·应用和计算,2005年3月31日第1版,发行者:谷口彰敏,发行:株式会社情报机构,66~67页)(SP値基礎·応用と計算、2005年3月31日第1版、発行者谷口彰敏、発行株式会社情報機構、66~67頁参照)。

作为增强纤维改性成分[C],优选具有与热塑性树脂[A]成分的亲和性低的结构、且具有能够与增强纤维[B]表面反应的官能团的成分,例如,可举出用各种官能团修饰了的润滑剂等。作为所述官能团,例如,可举出羧基、羧酸酐基、环氧基、噁唑啉基、异氰酸酯基、酯基、氨基、烷氧基甲硅烷基等。

作为利用上述官能团修饰润滑剂的方法,例如,可举出:(1)使润滑剂与具有上述的官能团和与润滑剂有反应性的官能团的化合物反应的方法;(2)在合成润滑剂时与具有上述的官能团的化合物共聚的方法;(3)在加热条件下将润滑剂、具有官能团的化合物和自由基引发剂混合并使其反应的方法;和(4)通过使润滑剂热氧化从而进行修饰的方法等。

作为增强纤维改性成分[C],更优选具有羧基及/或羧酸酐基的聚烯烃蜡。其中,进一步优选马来酸酐与α-烯烃的共聚物。进行共聚的α-烯烃的碳原子数的平均值优选为10~60,更优选为16~60、进一步优选为25~55。

作为将羧基或羧酸酐基导入聚烯烃蜡的方法,例如,可举出在加热条件下、在自由基引发剂的存在下或不存在下混合马来酸、马来酸酐等化合物和、聚乙烯、1-烯烃(包含α-烯烃)的聚合物、1-烯烃(包含α-烯烃)与乙烯的共聚物等聚合物并使其反应的方法;在将乙烯、丙烯、碳原子数为4以上的1-烯烃(包含α-烯烃)等进行聚合时将马来酸、马来酸酐进行共聚的方法等。作为共聚的方法,可举出熔融聚合法、本体聚合法等。从热负荷少、容易调节官能团量的观点考虑,更优选后一种方法。

增强纤维改性成分[C]中的官能团量优选为0.05meq/g以上。通过具有0.05meq/g以上的官能团,能够提高与增强纤维[B]的亲和性,进一步提高成型品的冲击强度。官能团量更优选为0.1meq/g以上,进一步优选为0.5meq/g以上。另一方面,官能团量的上限没有特别限定,一般而言为10meq/g以下。此处,所谓1eq(1当量),是指每1g润滑剂中,例如羧基的情况下存在1摩尔的羧基,为羧酸酐基的情况下,存在0.5摩尔的羧酸酐基。

增强纤维改性成分[C]的200℃时的熔体粘度只要低于热塑性树脂[A]的200℃时的熔体粘度则没有特别限定,增强纤维改性成分[C]与热塑性树脂[A]的200℃时的熔体粘度之差优选为10Pa·s以上。若熔体粘度之差为10Pa·s以上,则在成型材料中,增强纤维改性成分[C]更容易局部存在于增强纤维[B]表面。熔体粘度之差更优选为100Pa·s以上,进一步优选为1000Pa·s以上。需要说明的是,对于热塑性树脂[A]和增强纤维改性成分[C]的熔体粘度,可利用粘弹性测定器,使用40mm的平行板,在0.5Hz、200℃的条件下进行测定而求出。

增强纤维改性成分[C]的200℃时的熔体粘度优选为0.01~50Pa·s。若200℃时的熔体粘度为0.01Pa·s以上,则能够进一步抑制以增强纤维改性成分[C]作为起点的破坏,进一步提高成型品的冲击强度。200℃时的熔体粘度更优选为0.03Pa·s以上。另一方面,若200℃时的熔体粘度为50Pa·s以下,则在成型时增强纤维改性成分[C]容易移动,增强纤维改性成分[C]更容易局部存在于增强纤维[B]的表面,因此,能够进一步提高成型品的冲击强度。200℃时的熔体粘度更优选为40Pa·s以下,进一步优选为30Pa·s以下。作为熔体粘度在上述范围内的增强纤维改性成分[C],例如,具有羧基及/或羧酸酐基的聚烯烃蜡的情况下,可以通过从市售的具有各种熔体粘度的蜡中选择具有希望的熔体粘度的成分而得到。

增强纤维改性成分[C]的重均分子量优选为500~40,000。若重均分子量为500以上,则与热塑性树脂[A]的混炼性优异,成型性优异。重均分子量更优选为2,000以上。另一方面,若重均分子量为40,000以下,则在注射成型时更容易向增强纤维[B]含浸。需要说明的是,增强纤维改性成分[C]的重均分子量的测定可使用凝胶渗透色谱法(GPC)进行测定。

另外,优选在存在于成型品内的增强纤维[B]表面(以下,有时记载为“纤维表面”)上附着有10~90%的增强纤维改性成分[C]。通过使增强纤维改性成分[C]向纤维表面的附着率为10%以上,在对成型品施加冲击时,在成型品内发生的裂纹不直接朝向增强纤维[B]发展,而是在增强纤维改性成分[C]表面发展。此时,由于热塑性树脂[A]与增强纤维改性成分[C]的亲和性低,因此发生界面剥离,裂纹绕过增强纤维[B]。结果,能够进一步提高成型品的冲击强度。附着率更优选为30%以上,进一步优选为60%以上。另一方面,通过使增强纤维改性成分[C]向纤维表面的附着率为90%以下,还能够维持存在于增强纤维[B]表面的偶联剂的效果,从而能够维持热塑性树脂[A]与增强纤维[B]的适度的界面粘合。结果,能够进一步提高成型品的冲击强度和弯曲强度。附着率更优选为85%以下。需要说明的是,通过以使热塑性树脂[A]与增强纤维改性成分[C]的亲和性适度降低的方式选择热塑性树脂[A]和增强纤维改性成分[C],使增强纤维改性成分[C]优先地局部存在于纤维表面,由此可以将[C]向纤维表面的附着率调节为上述范围。

纤维表面的增强纤维改性成分[C]的附着率可以利用透射电子显微镜(TEM)进行观察。切出相对于成型品中的增强纤维[B]的纤维长度方向而言的垂直截面,以40000倍的倍率进行TEM观察。图1示出了表示利用TEM观察到的、增强纤维改性成分[C]向增强纤维[B]的附着状态的示意图。图1中,符号2表示增强纤维[B],符号3表示增强纤维改性成分[C]。

上述的增强纤维改性成分[C]的附着率可利用如下方法进行测定。从上述的TEM观察图像中随机选择5根增强纤维[B]。测定选择的增强纤维[B](2)的直径、存在于增强纤维[B]的圆周表面的增强纤维改性成分[C](3)的端部距离(LcI)。此处,所谓端部距离,表示与增强纤维[B]圆周表面平行的方向上的增强纤维改性成分[C]的长度。分别测定存在于增强纤维[B]圆周表面上的增强纤维改性成分[C]的端部距离,由下式(1)算出附着率[%]。此时,增强纤维改性成分[C]没有空隙地覆盖增强纤维[B]整个表面的情况下,将附着率设为100%。针对随机选择的5根增强纤维[B]测定附着率,算出其算术平均值。

增强纤维改性成分附着率[%]={由TEM截面观察检测到的、增强纤维改性成分[C]的各端部距离(LcI)的总和/[相对于纤维长度方向的垂直截面中的增强纤维[B]的直径(D)×圆周率(π)]}×100(1)。

另外,在成型品中,附着于纤维表面的增强纤维改性成分[C]的皮膜厚度优选为5~20nm。通过使附着于纤维表面的增强纤维改性成分[C]的皮膜厚度为5nm以上,对成型品施加冲击时,在成型品内产生的裂纹不直接朝向增强纤维[B]发展,而是在增强纤维改性成分[C]表面发展。此时,由于热塑性树脂[A]与增强纤维改性成分[C]的亲和性低,因此发生界面剥离,裂纹绕过增强纤维[B]。结果,能够进一步提高成型品的冲击强度。另一方面,通过使向纤维表面附着的增强纤维改性成分[C]的皮膜厚度为20nm以下,还能够维持存在于增强纤维[B]表面的偶联剂的效果,从而能够维持热塑性树脂[A]与增强纤维[B]的适度的界面粘合。结果,能够进一步提高成型品的冲击强度。需要说明的是,通过使增强纤维改性成分[C]的配合量为后述的优选范围、以使热塑性树脂[A]与增强纤维改性成分[C]的亲和性适度降低的方式选择热塑性树脂[A]和增强纤维改性成分[C],使增强纤维改性成分[C]优先地局部存在于纤维表面,由此可以将附着于纤维表面的增强纤维改性成分[C]的皮膜厚度调节为上述范围。

增强纤维改性成分[C]的皮膜厚度可以利用透射电子显微镜(TEM)进行观察。切出相对于成型品中的增强纤维[B]的纤维长度方向而言的垂直截面,以40000倍的倍率进行TEM观察。图2示出了表示利用TEM观察到的、附着在增强纤维[B]表面的增强纤维改性成分[C]的皮膜厚度的示意图。图2中,符号2表示增强纤维[B],符号3表示增强纤维改性成分[C]。

上述的增强纤维改性成分[C]的皮膜厚度可以利用以下方法进行测定。从上述的TEM观察图像中随机选择5根增强纤维[B]。测定存在于选择的增强纤维[B]的圆周表面的增强纤维改性成分[C](3)的最大膜厚(LcII)。针对随机选择的5根增强纤维[B]测定最大膜厚(LcII),算出其算术平均值。

对于成型品而言,优选相对于热塑性树脂[A]、增强纤维[B]和增强纤维改性成分[C]的总量100重量份而言,包含50~98.9重量份的热塑性树脂[A]、1~40重量份增强纤维[B]、0.1~10重量份的增强纤维改性成分[C]。通过使成型品包含1重量份以上的增强纤维[B],能够进一步提高冲击强度、弯曲强度,通过包含40重量份以下,能够提高增强纤维[B]的分散性,进一步提高冲击强度。另外,通过包含0.1~10重量份的增强纤维改性成分[C],可以容易地将增强纤维改性成分[C]的附着率、皮膜厚度调节为上述的优选范围。更优选包含0.5重量份以上的增强纤维改性成分[C],进一步优选包含1重量份以上。另一方面,更优选包含7重量份以下的增强纤维改性成分[C],进一步优选包含5重量份以下。

对于成型品而言,在不损害本发明目的的范围内,还可以含有其他成分。作为其他的成分,没有特别限定,例如,可举出与上述热塑性树脂[A]不同的热塑性树脂、热固性树脂、阻燃剂、导电性赋予剂、晶核剂、紫外线吸收剂、抗氧化剂、减振剂、抗菌剂、防虫剂、防臭剂、防着色剂、热稳定剂、脱模剂、抗静电剂、增塑剂、着色剂、颜料、染料、发泡剂、制泡剂、偶联剂等。可使用上述中的2种以上。含有弹性体、橡胶成分的情况下,能够进一步提高冲击强度。另外,含有与热塑性树脂[A]不同的热塑性树脂(以下,有时称为热塑性树脂[F])的情况下,能够进一步提高增强纤维[B]的折损抑制效果,从而进一步提高成型品的力学特性,例如弯曲强度、冲击强度。含有导热填充材料[G]的情况下,能够提高成型品的热导率。

作为热塑性树脂[F],从进一步提高增强纤维[B]的折损抑制效果的观点考虑,优选苯乙烯系树脂。所谓苯乙烯系树脂,是含有芳香族乙烯基系单体作为聚合成分的树脂,也可以是芳香族乙烯基系单体与、能够与其共聚的其他的成分形成的共聚物。作为其他的成分,例如,可举出芳香族以外的乙烯基系单体、橡胶成分等。另外,作为共聚的方式没有特别限制,例如,可举出无规共聚、交替共聚、嵌段共聚、接枝共聚等。也可以合用上述中的2种以上。另外,作为苯乙烯系树脂的形态,可以是单一的苯乙烯系树脂,也可以是其他的成分及苯乙烯系树脂形成所谓核-壳结构而得到的树脂。

作为芳香族乙烯基系单体的具体例,例如,可举出苯乙烯、α-甲基苯乙烯、对甲基苯乙烯、乙烯基甲苯、叔丁基苯乙烯、邻乙基苯乙烯、邻氯苯乙烯、和邻/对二氯苯乙烯等。可使用上述中的2种以上。特别优选使用苯乙烯、α-甲基苯乙烯。

另外,优选使芳香族乙烯基系单体和能够与其共聚的其他的乙烯基系单体进行共聚。通过选择共聚成分,能够进一步提高耐化学药品性、耐热性、冲击强度等希望的特性。作为能够共聚的其他的乙烯基系单体,例如,可举出丙烯腈、甲基丙烯腈、乙基丙烯腈、(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸正丙酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸叔丁酯、(甲基)丙烯酸正己酯、(甲基)丙烯酸氯甲酯、(甲基)丙烯酸缩水甘油酯、马来酸酐、衣康酸酐、N-甲基马来酰亚胺、N-乙基马来酰亚胺、N-环己基马来酰亚胺、N-苯基马来酰亚胺等。可使用上述中的2种以上。特别优选使用丙烯腈。

对于苯乙烯系树脂而言,进一步优选包含作为芳香族乙烯基系单体和能够与其共聚的橡胶成分形成的共聚物的、橡胶改性苯乙烯系树脂。由橡胶成分构成的软链段在成型时缓和对于增强纤维[B]施加的外力,因此可以期待更大的纤维折损抑制效果,从而能够进一步提高成型品的弯曲强度和冲击强度。

作为橡胶成分,例如,可举出聚丁二烯橡胶、苯乙烯-丁二烯共聚物、氢化苯乙烯-丁二烯橡胶、丙烯腈-丁二烯共聚物、丙烯酸丁酯-丁二烯共聚物、和异戊二烯橡胶等。可使用上述中的2种以上。其中,优选聚丁二烯、苯乙烯-丁二烯共聚物等二烯系橡胶。

作为上述苯乙烯系树脂,例如,可举出聚苯乙烯(PS)树脂、高抗冲聚苯乙烯(HIPS)树脂、苯乙烯-丙烯腈共聚物(AS树脂)、改性AS树脂、丙烯腈-丙烯酸酯-苯乙烯共聚物(AAS树脂)、丙烯腈-乙烯-苯乙烯共聚物(AES树脂)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS树脂)、甲基丙烯酸酯-丁二烯-苯乙烯共聚物(MBS树脂)、苯乙烯-丁二烯共聚物(SBR树脂)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SBS树脂)、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯共聚物(SEBS树脂)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯共聚物(SIS树脂)等。从进一步提高增强纤维[B]的折损抑制效果、进一步提高成型品的冲击强度的观点考虑,优选作为橡胶改性苯乙烯系树脂的MBS树脂、SBS树脂或SEBS树脂,更优选SEBS树脂。

此处,SEBS树脂没有特别限定,更优选使苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物氢化而成的氢化嵌段共聚物。作为优选的SEBS树脂,就市售的制品而言,可举出Asahi Kasei Chemicals Ltd.制“Tuftec”(注册商标)、(株)Kuraray制“SEPTON”(注册商标)、Kraton Polymers Japan(株)制“KRATON”(注册商标)等。

另外,相对于成分[A]~[C]的总量100重量份而言,成型品中的热塑性树脂[F]的含量优选为0.5~10重量份。通过使热塑性树脂[F]的含量为0.5重量份以上,能够进一步提高成型品的冲击强度。热塑性树脂[F]的含量优选为1重量份以上,更优选为2重量份以上。另一方面,通过使热塑性树脂[F]的含量为10重量份以下,成型品的刚性提高,能够进一步提高弯曲强度、弯曲弹性。热塑性树脂[F]的含量更优选为7重量份以下,进一步优选为5重量份以下。

作为导热填充材料[G],选择上述增强纤维[B]以外的、具有导热特性的填充材料。作为填充材料的形状,可举出板状、鳞片状、粒状、不规则形状、破碎品等非纤维状形状。作为具体例,可举出云母、滑石、高岭土、二氧化硅、碳酸钙、玻璃珠、玻璃薄片、玻璃微球、粘土、二硫化钼、硅灰石、聚磷酸钙、石墨、金属粉、金属薄片、金属带(metal ribbon)、金属氧化物(氧化铝、氧化锌、氧化钛等)、碳粉末、石墨、碳薄片、鳞片状碳、碳纳米管等。可以含有上述中的2种以上。需要说明的是,作为构成金属粉、金属薄片、金属带的金属的具体例,可列举银、镍、铜、锌、铝、不锈钢、铁、黄铜、铬、锡等。

其中,从进一步提高成型品的热导率的观点考虑,热导率优选为20W/mK以上。作为热导率为20W/mK以上的导热填充材料[G],例如,可举出金属粉、金属薄片、金属带;氧化铍、氧化铝、氧化锌、氧化镁等金属氧化物;氮化铝、氮化硼、氮化硅等金属氮化物;被这些导热性物质被覆了的各种无机填充材料、碳粉末、石墨;或石墨化度较高的碳薄片、鳞片状碳、和碳纳米管等。需要说明的是,导热填充材料[G]的热导率原则上指用激光闪射法测得的值,但在由碳系的材料构成的导热填充材料等无法利用激光闪射法直接测定的情况下,为利用能够测定的方法、例如稳态法(steady-state method)在流动方向测得的热导率的值。利用稳态法的热导率的测定可以如下进行:从ISO型哑铃形试验片中切出20mm×20mm×4mm厚的试验片,使用ULVAC-RIKO制GH-1S,测定80℃时的厚度方向的热导率。由此,可以测定成型品的厚度方向、即相对于成型时的树脂的流动而言的垂直方向的热导率。另外,从上述ISO型哑铃形试验片中切出5片20mm×4mm×4mm厚的试验片,与流动方向垂直地将5片试验片横向排列,使用ULVAC-RIKO制GH-1S,测定80℃时的热导率,由此可以测定成型时的树脂的流动方向的热导率。

在热导率为20W/mK以上的导热性填充材料中,从成型品的轻质化的观点考虑,优选氧化铝、氧化锌、氮化铝、氮化硼、氮化硅、碳粉末、石墨、碳薄片、鳞片状碳和碳纳米管等。其中,更优选导热特性更优异、比较廉价的石墨。

石墨发挥提高成型品的热导率的效果。此外,有趣的是,通过含有石墨,可以使成型品中的增强纤维[B]的露出纤维长度(LB)和重均纤维长度(LW)进一步增长,能够进一步提高成型品的弯曲强度、弯曲弹性模量等机械特性。对于其理由尚无法断定,但可以推测,通过使石墨存在于增强纤维[B]的周围,在成型时,石墨受到剪切力而使剪切力分散,从而抑制了增强纤维[B]的折损,能够使增强纤维[B]的露出纤维长度(LB)和重均纤维长度(LW)进一步增长。

作为石墨,没有特别限定,可举出天然石墨、各种人工石墨等。作为天然石墨,例如,可举出土状石墨、块状石墨、鳞片状石墨等。所谓人工石墨,是通过将无定形碳进行热处理从而人工地使不规则排列的微小石墨结晶进行取向而得到的,除了用于常规碳材料的人工石墨以外,可举出凝析石墨(Kish Graphite)、分解石墨、热分解石墨等。用于常规碳材料的人工石墨以石油焦炭、煤系沥青焦炭作为主要原料,可以通过石墨化处理制造。上述石墨中,从进一步提高冲击特性和导热特性的观点考虑,优选鳞片状石墨。

另外,成型品中的石墨的粒径优选为10~100μm。通过使成型品中含有的石墨的粒径为10μm以上,可以高效地形成导热的通路,从而能够进一步提高热导率。另一方面,通过使成型品中含有的石墨的粒径为100μm以下,能够提高成型品的外观。

此处,所谓石墨的粒径,是指以200~2000倍的倍率拍摄成型品的截面,从在照片上观察到的粒径较大的石墨中选择50个,测定50个的粒径而得到的平均值。需要说明的是,在照片上观察到的石墨并非圆形时,测定最大直径作为粒径。

需要说明的是,作为用于使成型品中的石墨的粒径为上述范围的方法,例如,可举出将石墨的粒径在后述优选范围内的纤维增强热塑性树脂成型材料进行成型的方法等。

另外,相对于成分[A]~[C]的总量100重量份而言,成型品中的导热填充材料[G]的含量优选为1~40重量份。若导热填充材料[G]的含量为1重量份以上,则能够进一步提高成型品的热导率、弯曲强度和弯曲弹性模量。导热填充材料[G]的含量优选为3重量份以上,更优选为5重量份以上。另一方面,若导热填充材料[G]的含量为40重量份以下,则能够适度地抑制成型品的刚性,进一步提高弯曲强度。导热填充材料[G]的含量更优选为35重量份以下,进一步优选为30重量份以下。

接下来,对本发明的纤维增强热塑性树脂成型材料(以下,有时记载为“成型材料”)进行详细说明。需要说明的是,本发明中所谓“成型材料”,意思是在通过注射成型等成型为成型品时使用的原材料。

对于成型材料而言,优选树脂含浸增强纤维束[E]具有被热塑性树脂[A]被覆的结构。此处,所谓“被覆的结构”,是指热塑性树脂[A]配置在树脂含浸增强纤维[E]的表面、两者粘合的结构。另外,所谓树脂含浸增强纤维束[E],是增强纤维改性成分[C]及/或后述的树脂[D]含浸增强纤维[B]的束而成的。

本发明的成型材料的第一方案包含热塑性树脂[A]、和树脂含浸增强纤维束[E](其是增强纤维改性成分[C]含浸增强纤维[B]束而成的),其中,上述树脂含浸增强纤维束[E]被上述热塑性树脂[A]或含有上述热塑性树脂[A]的树脂组合物被覆。本发明的成型材料的第二方案包含热塑性树脂[A]、和200℃时的熔体粘度比热塑性树脂[A]低的树脂[D]含浸增强纤维[B]而成的树脂含浸增强纤维束[E]、增强纤维改性成分[C],其中,上述树脂含浸增强纤维束[E]被含有上述热塑性树脂[A]和上述增强纤维改性成分[C]的树脂组合物被覆。在第一方案中,优选相对于热塑性树脂[A]、增强纤维[B]和增强纤维改性成分[C]的总量100重量份而言,包含50~98.9重量份的热塑性树脂[A]、1~40重量份的增强纤维[B]、0.1~10重量份的增强纤维改性成分[C]。在第二方案中,优选相对于热塑性树脂[A]、增强纤维[B]和增强纤维改性成分[C]的总量100重量份而言,包含50~98.9重量份的热塑性树脂[A]、1~40重量份的增强纤维[B]、0.1~10重量份的增强纤维改性成分[C]、0.2~12重量份的树脂[D]。通过包含0.2~12重量份的树脂[D],在注射成型时,能够进一步提高增强纤维[B]向热塑性树脂[A]内的分散性。通过使成型材料包含1重量份以上的增强纤维[B],能够进一步提高冲击强度、弯曲强度。另外,通过包含40重量份以下的增强纤维[B],能够提高增强纤维[B]的分散性,进一步提高冲击强度。更优选包含3重量份以上的增强纤维[B],进一步优选包含5重量份以上。另一方面,优选包含30重量份以下的增强纤维[B],进一步优选包含20重量份以下。另外,通过包含0.1~10重量份的增强纤维改性成分[C],可以容易地将增强纤维改性成分[C]的附着率、皮膜厚度调节为上述的优选范围。更优选包含0.5重量份以上的增强纤维改性成分[C],进一步优选包含1重量份以上。另一方面,更优选包含7重量份以下的增强纤维改性成分[C],进一步优选包含5重量份以下。

图3是表示本发明的成型材料的优选纵截面形态的一例的简图。需要说明的是,所谓纵截面,在圆筒状的成型材料的情况下,指包含圆筒的轴心方向的面上的截面。图3中,符号1表示热塑性树脂[A],符号4(黑色部分)表示增强纤维[B],符号5(白色部分)表示增强纤维改性成分[C]及/或后述树脂[D],符号6表示树脂含浸增强纤维束[E]。对于图3所示的成型材料而言,增强纤维[B](4)的各单纤维与成型材料的轴心方向基本平行地排列,增强纤维[B](4)的长度与成型材料的长度实质上相同。

此处,所谓“基本平行地排列”,表示增强纤维[B]的长轴的轴线与成型材料的长轴的轴线指向相同方向的状态。轴线之间形成的角度优选为20°以下,更优选为10°以下,进一步优选为5°以下。另外,所谓“长度实质上相同”,表示在成型材料内部,增强纤维[B]并未被特意切断、或实质上不含有明显短于成型材料全长的增强纤维[B]。关于比成型材料全长短的增强纤维[B]的量没有特别限定,但在全部增强纤维[B]中,长度为成型材料全长的50%以下的增强纤维[B]的含量优选为30质量%以下,更优选为20质量%以下。通过使增强纤维[B]具有与成型材料实质上相同的长度,能够使得到的成型品中的增强纤维长度增长,进一步提高成型品的冲击强度。增强纤维[B]和成型材料的长度各自优选为10mm以下,更优选为8mm以下。增强纤维[B]和成型材料的长度各自优选为3mm以上,更优选为5mm以上。对于成型材料而言,优选在长度方向上保持基本相同的截面形状,且连续。

对于成型材料的截面形态而言,只要是树脂含浸增强纤维束[E]被热塑性树脂[A]被覆的结构则不限于图中所示的形态,但优选如图3的纵截面形态所示的那样,树脂含浸增强纤维束[E]成为芯材,被热塑性树脂[A]夹持着配置成层状的结构。另外,优选如图4的横截面形态所示的那样,配置成以树脂含浸增强纤维束[E]作为芯结构、其周围被热塑性树脂[A]被覆的芯鞘结构。另外,如图5所示的那样,以热塑性树脂[A]被覆多个树脂含浸增强纤维束[E]的方式进行配置的情况下,希望树脂含浸增强纤维束[E]的数量为约2~6。

热塑性树脂[A]可以在树脂含浸增强纤维束[E]与热塑性树脂[A]的边界附近部分地进入到树脂含浸增强纤维束[E]的一部分中,成为含浸在构成树脂含浸增强纤维束[E]的增强纤维改性成分[C]及/或树脂[D]中的状态。

作为热塑性树脂[A]、增强纤维[B]和增强纤维改性成分[C],可以使用之前列举的成分。另外,上述各成分在成型材料中的作用效果正如上文所说明的那样。

另外,对于成型材料而言,优选在存在于成型材料内的增强纤维[B]表面的至少一部分上附着有增强纤维改性成分[C]。

树脂[D]是200℃时的熔体粘度比热塑性树脂[A]低、与上述的增强纤维改性成分[C]不同的化合物。树脂[D]与增强纤维[B]一同形成树脂含浸增强纤维束[E],在成型时有助于使热塑性树脂[A]含浸增强纤维[B],另外,有助于使增强纤维[B]在热塑性树脂[A]中分散,即具有所谓含浸助剂兼分散助剂的作用。

树脂[D]的200℃时的熔体粘度优选为0.01~10Pa·s。若200℃时的熔体粘度为0.01Pa·s以上,则能够进一步抑制以树脂[D]作为起点的破坏,进一步提高成型品的冲击强度。熔体粘度更优选为0.05Pa·s以上,进一步优选为0.1Pa·s以上。另一方面,若200℃时的熔体粘度为10Pa·s以下,则容易使树脂[D]含浸到增强纤维[B]的内部。因此,将成型材料成型时,能够进一步提高增强纤维[B]的分散性。熔体粘度更优选为5Pa·s以下,进一步优选为2Pa·s以下。此处,对于树脂[D]在200℃时的熔体粘度,可使用40mm的平行板,以0.5Hz利用粘弹性测定器进行测定。

作为树脂[D],优选与热塑性树脂[A]的亲和性高的树脂。通过选择与热塑性树脂[A]的亲和性高的树脂[D],在成型材料的制造时、成型时,与热塑性树脂[A]效率良好地相容,因此能够进一步提高增强纤维[B]的分散性。

树脂[D]根据与作为基体树脂的热塑性树脂[A]的组合而适当选择。例如,若成型温度为150~270℃的范围则适合使用萜烯树脂,若成型温度为270~320℃的范围,则适合使用环氧树脂。具体而言,热塑性树脂[A]为聚丙烯树脂的情况下,树脂[D]优选为萜烯树脂。热塑性树脂[A]为聚碳酸酯树脂、聚芳硫醚树脂的情况下,树脂[D]优选为环氧树脂。热塑性树脂[A]为聚酰胺树脂的情况下,树脂[D]优选为萜酚树脂。

需要说明的是,如后述,在使树脂[D]含浸增强纤维[B]而得到树脂含浸增强纤维束[E]时,供给树脂[D]时的熔融温度(熔融浴内的温度)优选为100~300℃。因此,在本发明中,作为树脂[D]向增强纤维[B]的含浸性的指标,着眼于树脂[D]的200℃时的熔体粘度。若200℃时的熔体粘度为上述的优选范围,则在该优选的熔融温度范围中,向增强纤维[B]的含浸性优异,因此增强纤维[B]的分散性进一步提高,能够进一步提高成型品的冲击强度。

树脂[D]于200℃加热2小时后的熔体粘度变化率优选为2%以下。此处,熔体粘度变化率利用下式(2)求出。

(熔体粘度变化率[%])={|(于200℃加热2小时后的200℃时的熔体粘度-于200℃加热2小时前的200℃时的熔体粘度)|/(于200℃加热2小时前的200℃时的熔体粘度)}×100(2)。

如后述,在使树脂[D]含浸增强纤维[B]而形成树脂含浸增强纤维束[E]时,供给树脂[D]时的熔融温度(熔融浴内的温度)优选为100~300℃。因此,通过使该熔体粘度变化率为2%以下,即使在长时间地制造树脂含浸增强纤维束[E]的情况下,也能够抑制含浸不均等,确保树脂含浸增强纤维束[E]的稳定制造。熔体粘度变化率更优选为1.5%以下,进一步优选为1.3%以下。

需要说明的是,树脂[D]的熔体粘度变化率可以利用如下方法求出。首先,使用40mm的平行板,以0.5Hz利用粘弹性测定器测定200℃时的熔融粘度。然后,将树脂[D]在200℃的热风干燥机中静置2小时后,同样地测定200℃时的熔体粘度,利用上述式(2)算出熔体粘度变化率。

另外,对于树脂[D]而言,在以10℃/分钟进行升温(空气中)的条件下测得的在成型温度时的加热减量优选为5重量%以下。若所述加热减量为5重量%以下,则能够抑制含浸时分解气体的产生,并能够抑制在树脂含浸增强纤维束[E]内部产生空隙。另外,能够抑制成型时的挥发,从而抑制由成型品内部的挥发成分导致的缺陷。更优选为3重量%以下。

需要说明的是,本发明中所谓“加热减量”,表示将加热前的树脂[D]的重量设为100%、在上述加热条件下的加热后的树脂[D]的重量减量率,可以利用下式(3)求出。需要说明的是,加热前后的重量可以如下求出:使用白金试样盘,在空气气氛下,以升温速度10℃/分钟的条件利用热重分析(TGA)测定在成型温度时的重量从而求出。

(加热减量)[重量%]={(加热前重量-加热后重量)/加热前重量}×100 (3)。

使上述增强纤维改性成分[C]及/或上述树脂[D]熔融含浸上述增强纤维束[B],得到树脂含浸增强纤维[E]。

作为树脂[D]而优选使用的环氧树脂为下述树脂:所述树脂是具有2个以上环氧基的化合物,实质上不含固化剂,即使进行加热也不发生由所谓的三维交联引起的固化。若环氧树脂具有缩水甘油基,则容易与增强纤维[B]进行相互作用,容易与树脂含浸增强纤维束[E]相容,从而容易含浸,故优选。另外,能够进一步提高成型加工时的增强纤维[B]的分散性。

此处,作为具有缩水甘油基的化合物,例如,可举出缩水甘油醚型环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂、脂环式环氧树脂等。可使用2种以上的上述化合物。

作为缩水甘油醚型环氧树脂,例如,可举出双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚AD型环氧树脂、卤代双酚A型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、间苯二酚型环氧树脂、氢化双酚A型环氧树脂、苯酚Novolacs型环氧树脂、甲酚Novolacs型环氧树脂、具有醚键的脂肪族环氧树脂、萘型环氧树脂、联苯型环氧树脂、联苯芳烷基型环氧树脂、二环戊二烯型环氧树脂等。

作为缩水甘油酯型环氧树脂,例如,可举出六氢邻苯二甲酸缩水甘油酯、二聚酸二缩水甘油酯等。

作为缩水甘油胺型环氧树脂,例如,可举出异氰脲酸三缩水甘油酯、四缩水甘油基二氨基二苯基甲烷、四缩水甘油基间苯二甲胺、氨基苯酚型环氧树脂等。

作为脂环式环氧树脂,例如,可举出3,4-环氧基-6-甲基环己基甲基甲酸酯、3,4-环氧基环己基甲基甲酸酯等。

其中,因为粘度和耐热性的均衡性优异,优选缩水甘油醚型环氧树脂,更优选双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂。

另外,用作树脂[D]的环氧树脂的数均分子量优选为200~5000。若环氧树脂的数均分子量为200以上,则能够进一步提高成型品的力学特性。数均分子量更优选为800以上,进一步优选为1000以上。另一方面,若环氧树脂的数均分子量为5000以下,则向增强纤维[B]的含浸性优异,能够进一步提高增强纤维[B]的分散性。数均分子量更优选为4000以下,进一步优选为3000以下。需要说明的是,环氧树脂的数均分子量可以采用凝胶渗透色谱法(GPC)进行测定。

另外,作为萜烯树脂,例如,可举出如下化合物:于有机溶剂中,在弗瑞德-克莱福特(Friedel-Crafts)型催化剂的存在下,将萜烯单体根据需要与芳香族单体等聚合而得到的均聚物或共聚物等。

作为萜烯单体,例如,可举出α-蒎烯、β-蒎烯、二戊烯、d-苧烯、香叶烯、别罗勒烯、罗勒烯、α-水芹烯、α-萜品烯、γ-萜品烯、异松油烯、1,8-桉树脑、1,4-桉树脑、α-松油醇、β-松油醇、γ-松油醇、桧烯、对薄荷二烯类、蒈烯类等单环式单萜烯等。此外,作为芳香族单体,例如,可举出苯乙烯、α-甲基苯乙烯等。

其中,选自α-蒎烯、β-蒎烯、二戊烯和d-苧烯中的萜烯单体与热塑性树脂[A]的相容性优异,故优选。此外,更优选上述萜烯单体的均聚物。此外,对这些萜烯树脂进行氢化处理而得到的氢化萜烯树脂与热塑性树脂[A]、特别是聚丙烯树脂的相容性更优异,故优选。

另外,萜烯树脂的玻璃化转变温度没有特别限定,优选为30~100℃。若玻璃化转变温度为30℃以上,则在成型加工时树脂[D]的操作性优异。另外,若玻璃化转变温度为100℃以下,则能够适度抑制成型加工时的树脂[D]的流动性,提高成型性。

另外,萜烯树脂的数均分子量优选为200~5000。若数均分子量为200以上,则能够进一步提高成型品的弯曲强度和拉伸强度。另外,若数均分子量为5000以下,则由于萜烯树脂的粘度适度地低,所以含浸性优异,能够进一步提高成型品中的增强纤维[B]的分散性。需要说明的是,萜烯树脂的数均分子量可以采用凝胶渗透色谱法(GPC)进行测定。

萜酚树脂是利用催化剂使萜烯单体与酚类反应而得到的。此处,作为酚类,优选使用在酚的苯环上具有1~3个烷基、卤原子及/或羟基的酚类。作为其具体例,可举出甲酚、二甲酚、乙基苯酚、丁基苯酚、叔丁基苯酚、壬基苯酚、3,4,5-三甲基苯酚、氯苯酚、溴苯酚、氯甲酚、氢醌、间苯二酚、地衣酚等。可使用上述中的2种以上。其中,优选苯酚和甲酚。

另外,萜酚树脂的数均分子量优选为200~5,000。若数均分子量为200以上,则能够进一步提高成型品的弯曲强度和拉伸强度。另外,若数均分子量为5,000以下,则由于萜酚树脂的粘度适度地低,所以含浸性优异,能够进一步提高成型品中的增强纤维[B]的分散性。需要说明的是,萜酚树脂的数均分子量可以采用凝胶渗透色谱法(GPC)进行测定。

使增强纤维改性成分[C]及/或树脂[D]含浸增强纤维[B]而得到树脂含浸增强纤维[E]的方法没有特别限定,例如,树脂[D]含浸的情况下,可举出包括下述工序的方法等:对增强纤维[B]供给树脂[D]、使树脂[D]与增强纤维[B]接触的工序(工序(I));和加热通过工序(I)得到的、与树脂[D]接触了的状态的增强纤维[B]而使树脂[D]含浸增强纤维[B]的工序(工序(II))。以下,以树脂[D]含浸的情况作为例子进行说明,增强纤维改性成分[C]含浸的情况也相同。

上述工序(I)中,供给树脂[D]并使其与增强纤维[B]接触的方法没有特别限定,例如,可使用对于增强纤维赋予油剂、上浆剂、基体树脂等时使用的任意方法。其中,优选使用浸渍(dipping)或涂布。

此处,所谓浸渍,是指用泵将树脂[D]供给至熔融浴,使增强纤维[B]从该熔融浴内通过的方法。通过将增强纤维[B]浸入树脂[D]的熔融浴中,能够可靠地使树脂[D]含浸增强纤维[B]。另外,所谓涂布,是指使用例如反向旋转辊法、正向旋转辊法(normal rotating roll method)、吻式辊法、喷雾法、帘式法等涂布手段在增强纤维[B]上涂布树脂[D]的方法。此处,所谓反向旋转辊法、正向旋转辊法、吻式辊法,是指用泵将熔融的树脂[D]供给至辊,使增强纤维[B]与所述辊接触,由此在增强纤维[B]上涂布树脂[D]的熔融物的方法。此外,反向旋转辊法是2根辊沿彼此相反的方向旋转、涂布树脂[D]的方法,正向旋转辊法是2根辊沿相同方向旋转、涂布树脂[D]的方法。通常,反向旋转辊法和正向旋转辊法中,使用进一步设置辊,用辊夹持增强纤维[B]从而使树脂[D]可靠地含浸的方法。另一方面,吻式辊法是仅通过使增强纤维[B]与辊接触来使树脂[D]含浸的方法。因此,吻式辊法优选在粘度较低的情况下使用。使用任一种辊方法均能够通过使增强纤维[B]一边与辊接触一边行进,从而使每单位长度的增强纤维被规定量的树脂[D]含浸。喷雾法是利用喷雾的原理,将熔融的树脂[D]制成雾状对增强纤维[B]进行吹喷的方法。帘式法是通过使熔融的树脂[D]从细孔自然滴落、或从熔融槽中溢出(overflow)并在增强纤维[B]上涂布的方法。帘式法容易调节涂布所需要的量,因此可以减少树脂[D]的损失。

上述的工序中,供给树脂[D]时的熔融温度(熔融浴内的温度)优选为100~300℃。若熔融温度为100℃以上,则能够适度地抑制树脂[D]的粘度,抑制含浸不均。更优选150℃以上。另一方面,若熔融温度为300℃以下,则即使在长时间地制造时,也能够抑制树脂[D]的热分解。更优选250℃以下。通过在100~300℃的熔融状态下与增强纤维[B]接触,能够稳定地供给树脂[D]。

接着,说明对在工序(I)中得到的、与树脂[D]接触了的状态的增强纤维[B]进行加热而使树脂[D]含浸增强纤维[B]的工序(工序(II))。具体而言,所述工序中,通过于树脂[D]熔融的温度,用辊、棒对与树脂[D]接触了的状态的增强纤维[B]施加张力、重复加宽和集束、施加压力、振动等操作,使树脂[D]含浸到增强纤维[B]的内部。作为更具体的例子,可举出使增强纤维[B]以与经过加热的复数的辊、棒的表面接触的方式从其中通过来进行加宽等的方法。其中,优选使用利用拉伸喷嘴、拉伸辊、辊压机、双带压力机进行含浸的方法。此处,所谓拉伸喷嘴,是指喷嘴直径朝向行进方向变窄的喷嘴,其一边使增强纤维[B]集束,一边刮取多余地附着的树脂[D],同时促进含浸。另外,所谓拉伸辊,是通过用辊对增强纤维[B]施加张力,从而在刮取多余地附着的树脂[D]的同时促进含浸的辊。另外,辊压机是在利用2个辊之间的压力连续地除去增强纤维[B]内部的空气的同时促进含浸的装置,所谓双带压力机,是通过从增强纤维[B]的上下经由带进行加压来促进含浸的装置。

工序(II)中,优选在增强纤维[B]中含浸供给量的80~100重量%的树脂[D]。若含浸量为80重量%以上,则能够抑制工序(II)中由树脂[D]引起的挥发成分的产生,从而抑制树脂含浸增强纤维[E]内部的空隙的产生。从经济性和生产率的观点考虑,相对于供给量而言的含浸量越高则越理想。含浸量更优选为85~100重量%,进一步优选为90~100重量%。

另外,工序(II)中,树脂[D]的最高温度优选为150~400℃。若最高温度为150℃以上,则树脂[D]充分地熔融,能够更高效地含浸。最高温度更优选为180℃以上,进一步优选为200℃以上。另一方面,若最高温度为400℃以下,则能够抑制树脂[D]的分解反应等不利的副反应。最高温度更优选为380℃以下,进一步优选为350℃以下。

作为工序(II)中的加热方法,没有特别限定,具体而言,可以列举使用加热的腔室的方法、使用热辊同时进行加热和加压的方法等。

另外,从抑制树脂[D]的交联反应、分解反应等不利的副反应的发生的观点考虑,优选在非氧化性气氛下进行加热。此处,所谓非氧化性气氛,是指氧浓度为5体积%以下、优选为2体积%以下、进一步优选不含有氧的气氛、即氮、氦、氩等非活性气体气氛。特别地,从经济性和操作的容易性的方面考虑,优选氮气氛。

另外,在上述工序(I)、(II)的前阶段,可以预先将增强纤维[B]束开纤。所谓开纤是使集束而成的增强纤维束进行分纤的操作,可以期待进一步提高树脂[D]的含浸性的效果。通过开纤,增强纤维束的厚度变薄。将开纤前的增强纤维束的宽度设为b1(mm)、厚度设为a1(μm)、开纤后的增强纤维束的宽度设为b2(mm)、厚度设为a2(μm)时,开纤比=(b2/a2)/(b1/a1)优选为2.0以上,进一步优选为2.5以上。

作为增强纤维束的开纤方法,没有特别限制,例如可以利用下述方法:使其交替地通过凹辊和凸辊的方法;使用太鼓型辊的方法;对于轴向振动施加张力波动的方法;利用垂直地往复运动的2个摩擦体使增强纤维束的张力波动的方法;对增强纤维束吹喷空气的方法等。

图6是表示树脂含浸增强纤维束[E]的横截面形态的一例的简图。需要说明的是,所谓横截面,是指与树脂含浸增强纤维束[E]的轴心方向垂直的面上的截面。在增强纤维[B]2的各单纤维1之间,充满了增强纤维改性成分[C]或/和树脂[D]5。即,成为在增强纤维改性成分[C]及/或树脂[D]的海中,增强纤维[B]的各单纤维以岛状分散的状态。

通过用热塑性树脂[A]或含有热塑性树脂[A]的树脂组合物被覆上述树脂含浸增强纤维束[E],由此可以得到本发明的成型材料。作为得到这样的结构的方法,优选将熔融的含有热塑性树脂[A]的树脂组合物以与树脂含浸增强纤维束[E]接触的方式进行配置、冷却·固化的方法。关于其手法,没有特别限定,具体而言,可举出使用挤出机和电线被覆法用的涂布模,以在树脂含浸增强纤维束[E]的周围连续地被覆含有热塑性树脂[A]的树脂组合物的方式进行配置的方法;使用挤出机和T模,从用辊等进行了扁平化的树脂含浸增强纤维束[E]的单面或两面来配置熔融并呈膜状的含有热塑性树脂[A]的树脂组合物,用辊等将其一体化的方法等。

成型材料不需要必须由单一的成型材料构成,也可以是2种以上的成型材料的组合。将2种以上的成型材料进行组合的情况下,作为其制造方法,可举出将以下成分以各成分的含量成为上述范围的方式进行干混的方法:(i)包含热塑性树脂[A]、和增强纤维改性成分[C]含浸增强纤维[B]而成的树脂含浸增强纤维束[E]的成型材料(混合成分1),以及,(ii)由将热塑性树脂[A]与增强纤维改性成分[C]熔融混炼而成的树脂组合物形成的成型材料(混合成分2)。此处,混合成分1与混合成分2的混合比率(混合成分1/混合成分2)优选为75/25~25/75(重量比),更优选为70/30~30/70,进一步优选为67/33~33/67。在上述混合比率中,优选以使各成分的含量成为上述优选范围的方式调节混合成分1和混合成分2的组成。

对于成型材料而言,在不损害本发明的目的的范围内,除了上述成分[A]~[C]、和根据需要而添加的树脂[D]以外,也可以含有其他的成分。作为其他的成分,例如,可举出上述热塑性树脂[F]、上述导热填充材料[G]等。通过含有热塑性树脂[F],能够进一步提高成型品的力学特性,例如弯曲强度、冲击强度。另外,通过含有导热填充材料[G],能够提高成型品的热导率。

作为热塑性树脂[F],可使用前文列举的树脂。其中,从进一步提高成型品的冲击强度的观点考虑,优选作为橡胶改性苯乙烯系树脂的MBS树脂、SBS树脂、SEBS树脂,更优选SEBS树脂。

相对于成分[A]~[C]的总量100重量份而言,成型材料中的热塑性树脂[F]的含量优选为0.5~10重量份。通过使热塑性树脂[F]的含量为0.5重量份以上,能够进一步提高成型品的冲击强度。优选1重量份以上,更优选2重量份以上。另一方面,通过使热塑性树脂[F]的含量为10重量份以下,成型品的刚性提高,能够进一步提高弯曲强度、弯曲弹性。含量更优选为7重量份以下,进一步优选为5重量份以下。

作为导热填充材料[G],可使用前文列举的材料。其中,优选石墨。通过含有石墨,能够使成型品中的增强纤维[B]的露出纤维长度(LB)和重均纤维长度(LW)进一步增长,进一步提高成型品的弯曲强度、弯曲弹性模量等机械特性。此外,能够提高成型品的厚度方向的热导率。

成型材料中的石墨的粒径优选为50~500μm。若成型材料中的石墨的粒径为50μm以上,则能够进一步抑制增强纤维[B]的折损。石墨的粒径更优选为60μm以上,进一步优选为70μm以上。另一方面,若成型材料中的石墨的粒径为500μm以下,则能够提高其在成型品中的分散性,提高外观。石墨的粒径更优选为400μm以下,进一步优选为300μm以下。另外,通过使成型材料中的石墨的粒径为上述的优选范围,能够容易地将成型品中的石墨的粒径调节为上述的优选范围。

成型材料中,相对于热塑性树脂[A]、增强纤维[B]和增强纤维改性成分[C]的总量100重量份而言,导热填充材料[G]的含量优选为1~40重量份。若导热填充材料[G]的含量为1重量份以上,则能够进一步提高成型品的热导率、弯曲强度和弯曲弹性模量。含量优选为3重量份以上,更优选为5重量份以上。另一方面,若导热填充材料[G]的含量为40重量份以下,则能够适度地抑制成型品的刚性,进一步提高弯曲强度。含量更优选为35重量份以下,进一步优选为30重量份以下。

将本发明的成型材料利用例如注射成型、加压成型等方法成型,制成成型品。从成型材料的操作性的观点考虑,优选树脂含浸增强纤维束[E]和热塑性树脂[A]持续粘合而不分离,保持如上述那样的形状直到实施成型为止。树脂含浸增强纤维束[E]与热塑性树脂[A]的形状(大小、纵横比)、比重和质量完全不同,因此,在树脂含浸增强纤维束[E]与热塑性树脂[A]分离的情况下,其在直到成型为止的材料的运输、操作时和成型工序中的材料转送时等情况下进行分级,有时会使成型品的力学特性产生偏差,或流动性低下而引发模具堵塞,或在成型工序中发生粘连。若成型材料为图4中列举的那样的芯鞘结构,则热塑性树脂[A]约束树脂含浸增强纤维束[E],能够实现更牢固的复合化,故优选。

本发明的成型材料可以是连续的,也可以被切断成一定的长度。成型材料的长度优选为1~50mm的范围,通过调节为所述长度,能够充分地提高成型时的流动性和操作性。作为这样切断成合适的长度的成型材料的特别优选的形态,可以列举注射成型用的长纤维粒料。

另外,根据成型方法,本发明的成型材料也可以以连续且长尺寸的形式进行使用。例如,作为热塑性纱线预浸料坯,可以一边加热一边在心轴上卷绕,得到辊状成型品。作为这样的成型品的例子,可举出液化天然气罐等。另外,也可以将复数根本发明的成型材料以连续且长尺寸的形式单向拉齐并进行加热·熔融,由此制作单向热塑性预浸料坯。这样的预浸料坯可以适用于例如汽车构件等要求轻质性、高强度、弹性模量和耐冲击特性的领域。

通过将本发明的成型材料成型,能够得到成型品。作为成型方法,没有特别限制,可举出注射成型、高压釜成型、加压成型、长丝缠绕成型、冲压成型等生产率优异的成型方法。也可以将上述方法组合使用。另外,也可以应用嵌件成型(insert molding)、基体上注塑成型(outsert molding)等一体化成型。此外,在成型后,也可以灵活应用利用加热的矫正处理、热熔接、振动熔接、超声波熔接等生产率优异的粘合工艺方法。其中,优选使用模具的成型方法。尤其是通过使用注射成型机的成型方法,可以连续地得到稳定的成型品。作为注射成型的条件,没有特别规定,例如,优选以下条件:注射时间:0.5秒~10秒,更优选为2秒~10秒;背压:0.1MPa~15MPa,更优选为2~10MPa,进一步优选为2MPa~8MPa;保压压力:1MPa~50MPa,更优选为1MPa~30MPa;保压时间:1秒~20秒,更优选为5秒~20秒;料筒温度:200℃~320℃;模具温度:20℃~100℃。此处,料筒温度是指注射成型机的将成型材料加热熔融的部分的温度,模具温度是指用于制成规定形状的注入树脂的模具的温度。通过适当选择这些条件、特别是注射时间、背压和模具温度,可以将成型品中的增强纤维[B]的露出纤维长度(LB)和重均纤维长度(LW)调节为上述的优选范围。

作为本发明的成型品的用途,例如,可举出仪表盘、车门防撞梁、下盖板(underside covers)、灯罩、踏板护罩、散热器支架、备胎罩、前端(front end)等各种组件;气缸头盖、滚动轴承保持架、进气歧管、踏脚板等汽车部件·构件和外板;起落架舱(landing gear pod)、翼梢小翼、扰流器、翼缘(edge)、方向舵、整流罩、翼肋等航空机相关部件·构件和外板;打桩锤、扳手等工具类;电话、传真、VTR、复印机、电视、微波炉、音响设备、盥洗用品、Laser Disc(注册商标)、冰箱、空调等家庭·办公电气制品部件;个人电脑、数码相机、手机等的壳体、在个人电脑的内部支承键盘的构件即键盘支承体等电气·电子设备用构件等。作为增强纤维[B],使用具有导电性的碳纤维的情况下,由于被赋予了电磁波屏蔽性,所以可以更优选用于电气·电子设备用构件。

实施例

以下,通过实施例对本发明进行详细说明,但本发明不限于下述实施例。首先,对各种特性的评价方法进行说明。

(1)熔体粘度

针对各实施例和比较例中使用的热塑性树脂[A]、增强纤维改性成分[C]、树脂[D],使用40mm的平行板,以0.5Hz利用粘弹性测定器测定200℃时的熔体粘度。另外,将树脂[D]在200℃的热风干燥机中静置2小时后,同样地测定200℃时的熔体粘度。

(2)成型品断裂面的增强纤维[B]的露出纤维长度

在由各实施例和比较例得到的80mm×10mm×4mm厚的试验片上,按照ISO 2818:1994,实施缺口角度为45°、深度为2mm的缺口加工。在施加了缺口加工的试验片上,按照ISO179-1:2010,使用1.0J的冲击锤,施加冲击速度为2.9m/sec的冲击进行破坏。利用光学显微镜(50~1000倍)观察被破坏的试验片的断裂面。测量从成型品断裂面露出的增强纤维[B]中随机选择的1000根增强纤维[B]的长度,将其算术平均值作为露出纤维长度(LB)。需要说明的是,成型品的断裂面不是平面的情况下,针对选择的每根增强纤维[B]确定断裂面,算出露出纤维长度(LB)。

(3)成型品中的增强纤维[B]的重均纤维长度

在由各实施例和比较例得到的80mm×10mm×4mm厚的试验片上,按照ISO 2818:1994,实施缺口角度为45°、深度为2mm的缺口加工。在施加了缺口加工的试验片上,按照ISO179-1:2010,使用1.0J的冲击锤,施加冲击进行破坏。将破坏的试验片以夹持在玻璃板之间的状态设置于设定为200~300℃的热台上,进行加热,得到增强纤维[B]均匀分散的膜。利用光学显微镜(50~200倍)观察增强纤维[B]均匀分散了的膜。测量随机选择的1000根增强纤维[B]的纤维长度。由于各实施例中均使用了共通的增强纤维,所以增强纤维的密度和直径相同,因此,利用下式算出重均纤维长度(LW)。

重均纤维长度=∑(Mi2×Ni)/∑(Mi×Ni)

Mi:纤维长度(mm)

Ni:纤维长度Mi的纤维的根数。

(4)成型品中的增强纤维改性成分[C]向纤维表面的附着率

在由各实施例和比较例得到的80mm×10mm×4mm厚的试验片上,按照ISO 2818:1994,实施缺口角度为45°、深度为2mm的缺口加工。对于施加了缺口加工的试验片,按照ISO179-1:2010,使用1.0J的冲击锤进行破坏后,从试验片中切出相对于增强纤维[B]的纤维长度方向而言的垂直截面,以40000倍的倍率进行TEM观察。从TEM观察图像中随机选择5根增强纤维[B],测定增强纤维[B]的直径、和存在于增强纤维[B]的圆周表面的增强纤维改性成分[C]的端部距离(LcI)。此处,所谓端部距离(LcI)如图1所示,表示与增强纤维[B]圆周表面平行的方向上的增强纤维改性成分[C]的长度。分别测定存在于增强纤维[B]圆周表面上的增强纤维改性成分[C]的端部距离,由下式(1)算出附着率[%]。此时,在增强纤维改性成分[C]没有空隙地覆盖了增强纤维[B]整个表面的情况下,附着率为100%。针对随机选择的5根增强纤维[B]测定附着率,算出其算术平均值。

增强纤维改性成分附着率[%]={由TEM截面观察检测到的、增强纤维改性成分[C]的各端部距离(LcI)的总和/[相对于纤维长度方向的垂直截面中的增强纤维[B]的直径(D)×圆周率(π)]}×100(1)。

(5)成型品中的附着在纤维表面的增强纤维改性成分[C]的皮膜厚度

在由各实施例和比较例得到的80mm×10mm×4mm厚的试验片上,按照ISO 2818:1994,实施缺口角度为45°、深度为2mm的缺口加工。对于施加了缺口加工的试验片,按照ISO179-1:2010,使用1.0J的冲击锤进行破坏后,从试验片中切出相对于增强纤维[B]的纤维长度方向而言的垂直截面,以40000倍的倍率进行TEM观察。从TEM观察图像中随机选择5根增强纤维[B],如图2所示的那样,测定存在于增强纤维[B]的圆周表面的增强纤维改性成分[C]的最大膜厚(LcII)。针对随机选择的5根增强纤维[B]测定最大膜厚(LcII),算出其算术平均值。

(6)成型品的纤维分散性

通过目视计数存在于由各实施例和比较例得到的、80mm×80mm×3mm厚的试验片的内外各面上的未分散的增强纤维束的个数。针对50片试验片,求出未分散的增强纤维束的总个数,按照以下标准判定纤维分散性。将A、B视为合格。

A:未分散的增强纤维束小于1个

B:未分散的增强纤维束为1个以上且小于10个

C:未分散的增强纤维束为10个以上。

(7)成型品的弯曲强度和弯曲弹性模量

针对由各实施例和比较例得到的ISO型哑铃状试验片,按照ISO178,使用3点弯曲试验夹具(压头半径为5mm),将支点距离设定为64mm,在试验速度2mm/分钟的试验条件下测定弯曲强度和弯曲弹性模量。作为试验机,使用“Instron”(注册商标)万能试验机5566型(Instron公司制)。

(8)成型品的冲击强度

在由各实施例和比较例得到的80mm×10mm×4mm厚的试验片上,按照ISO 2818:1994,实施缺口角度为45°、深度为2mm的缺口加工。对于实施了缺口加工的试验片,按照ISO179-1:2010,使用1.0J的冲击锤,测定带有缺口的夏比冲击强度。

(9)成型品的热导率测定

从由各实施例和比较例得到的ISO型哑铃形试验片中切出20mm×20mm×4mm厚的试验片,使用ULVAC-RIKO制GH-1S,测定80℃时的试验片的厚度方向的热导率。另外,从上述ISO型哑铃形试验片中切出5片20mm×4mm×4mm厚的试验片,与成型时的树脂的流动方向垂直地将5片试验片横向排列,使用ULVAC-RIKO制GH-1S,测定80℃时的流动方向的热导率。

(参考例1)碳纤维的制作

将以聚丙烯腈为主要成分的共聚物用作原料,经过纺丝、烧结处理和表面氧化处理各工序,得到总单丝数为24,000根、单纤维直径为7μm、每单位长度的质量为1.6g/m、比重为1.8g/cm3、表面氧浓度[O/C]为0.12的均匀碳纤维[B-1]。该碳纤维的线束拉伸强度为4880MPa、线束拉伸弹性模量为225GPa。

此处,关于表面氧浓度比,使用经过表面氧化处理后的碳纤维,利用X射线光电子能谱法按如下步骤求出。首先,将碳纤维束切成20mm,铺展排列在铜制的试样支承台上,制成测定试样。将测定试样设置在X射线光电子能谱法装置的试样室中后,将试样室中保持为1×10-8Torr,使用AlKα1、2作为X射线源,进行测定。作为伴随着测定时的带电而产生的峰的校正值,将C1s的主峰的动能值(K.E.)设置为1202eV。在K.E.为1191~1205eV的范围内画出直线基线,由此求出C1s峰面积。在K.E.为947~959eV的范围内画出直线基线,由此求出O1s峰面积。使用装置固有的灵敏度校正值,由O1s峰面积与C1s峰面积之比以原子数比的形式算出表面氧浓度[O/C]。作为X射线光电子能谱法装置,使用国际电气公司制Model ES-200,将灵敏度校正值设为1.74。

接着,作为上浆剂,使聚甘油多缩水甘油基醚(环氧当量:140g/eq)以成为2重量%的方式溶解于水,制备上浆处理液。利用浸渍法,以使附着量成为1.0重量%的方式对上述碳纤维赋予上述上浆剂,于230℃进行干燥,得到碳纤维[B-1]的束。由此得到的碳纤维的上浆剂附着量为1.0重量%。另外,计算上浆剂的SP值,结果为10。

(参考例2)树脂含浸增强纤维束[E]的制作

在加热至涂布温度150℃的辊上将各实施例和比较例中所示的环氧树脂[D-1]加热熔融,形成液态的被膜。为了在辊上形成厚度恒定的被膜,使用了反向旋转辊。使由参考例1得到的连续的碳纤维[B-1]束一边与该辊接触一边在辊上通过,使环氧树脂[D-1]附着。接着,在氮气氛下,在加热至温度250℃的腔室内,使附着有环氧树脂的碳纤维束从5组直径为50mm的辊压机之间通过。通过该操作,使环氧树脂[D-1]含浸到碳纤维束的内部,得到树脂含浸增强纤维束[E-1]。

(参考例3)热塑性树脂组合物的制作

使用JSW制TEX-30α型双螺杆挤出机(螺杆直径为30mm,模直径为5mm,机筒温度为290℃,螺杆旋转数为150rpm),从主料斗供给将各实施例和比较例中所示的热塑性树脂[A]、增强纤维改性成分[C]、热塑性树脂[F]、导热填充材料[G]以成为各实施例和比较例中所示的组成比的方式进行干混而成的混合物,一边通过下流的真空通气口(vent)进行脱气,一边熔融混炼。将熔融树脂组合物从模口排出,将得到的线束冷却后,用切割器切断,得到热塑性树脂组合物的粒料。

各实施例和比较例所使用的原料如下所示。

热塑性树脂[A-1]

使用了聚碳酸酯树脂(帝人化成(株)制,“Panlite(注册商标)”L-1225L)。利用上述(1)中记载的方法测定200℃时的熔体粘度,结果为14000Pa·s。

热塑性树脂[A-2]

使用了聚酰胺6树脂(东丽(株)制,“Amilan(注册商标)”CM1001)。利用上述(1)中记载的方法测定200℃时的熔体粘度,结果为1000Pa·s。

热塑性树脂[A-3]

使用将聚丙烯树脂(Prime Polymer(株)制“Prime Polypro(注册商标)”J137G)和马来酸改性聚丙烯树脂(三井化学(株)制“ADMER”(注册商标)QE840)(PP)以85/15的重量比进行混合制粒而得到的混合物。利用上述(1)中记载的方法测定200℃时的熔体粘度,结果为50Pa·s。

增强纤维改性成分[C-1]

使用了具有羧基的烯烃系蜡(三菱化学(株)制“DIACARNA”(注册商标)30)。将其投入涂布有含浸助剂的装置内的罐内,将罐内的温度设定为200℃,加热1小时使其成为熔融状态。利用上述(1)中记载的方法测定此时的200℃时的熔体粘度,结果为0.03Pa·s。另外,利用GPC测得的重均分子量为9,000。本发明涉及的GPC的测定方法实施如下。

使用机型:Waters公司制“150C”测定温度:140℃溶剂:邻二氯苯(ODCB)色谱柱:“AD806M/S”(3根)流速:1.0ml/分钟分子量标准物质:标准聚苯乙烯

增强纤维改性成分[C-2]

使用了用官能团改性了的烯烃化合物(三洋化成(株)制“Umex”(注册商标)1010)。将其投入涂布有含浸助剂的装置内的罐内,将罐内的温度设定为200℃,加热1小时使其成为熔融状态。利用上述(1)中记载的方法测定此时的200℃时的熔体粘度,结果为20Pa·s。另外,在与(C-1)同样的测定条件下,利用GPC测得的重均分子量为30,000。

增强纤维改性成分[C-3]

使用了水溶性尼龙(东丽(株)制“AQ-NYLON”(注册商标)P70)。将其投入涂布有含浸助剂的装置内的罐内,将罐内的温度设定为200℃,加热1小时使其成为熔融状态。利用上述(1)中记载的方法测定此时的200℃时的熔体粘度,结果为20Pa·s。另外,利用GPC测得的重均分子量为1,000。需要说明的是,重均分子量为1,000以下的成分含量的测定实施如下。

使用机型:Tosoh公司制“HLC-8320GPC”测定温度:40℃溶剂:六氟异丙醇(HFIP)(三氟乙酸钠浓度为10mmol/l)色谱柱:“TSKgel SuperHM-H”(2根)流速:0.3ml/分钟分子量标准物质:聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)

树脂[D-1]

使用了固态的双酚A型环氧树脂(三菱化学(株)制“jER”(注册商标)1004AF,软化点为97℃)。将其投入涂布有含浸助剂的装置内的罐内,将罐内的温度设定为200℃,加热1小时使其成为熔融状态。利用上述(1)中记载的方法测定此时的200℃时的熔体粘度,结果为1Pa·s。另外,算出了熔体粘度变化率,结果为1.1%。

热塑性树脂[F-1]

使用了Asahi Kasei Chemicals Ltd.制氢化苯乙烯·丁二烯嵌段共聚物(SEBS树脂)“Tuftec”(注册商标)M1943。

导热填充材料[G-1]

使用了(株)中越石墨工业所制鳞片状石墨CFW-50A。

(实施例1)

将按照参考例2、在碳纤维[B-1]中含浸树脂[D-1]而得到的树脂含浸增强纤维束[E-1]送入设置于日本制钢所(株)TEX-30α型双螺杆挤出机(螺杆直径为30mm,L/D=32)前端的电线被覆法用的涂布模中。另一方面,从TEX-30α型双螺杆挤出机的主料斗供给按照参考例3制作的、含有热塑性树脂[A-1]和增强纤维改性成分[C-1]的树脂组合物进行熔融混炼,使其在熔融的状态下排出至上述模内,以被覆树脂含浸增强纤维束[E-1]的周围的方式连续地配置。此时,调节树脂组合物的排出量,使相对于热塑性树脂[A]、增强纤维[B]和增强纤维改性成分[C]的总量100重量份而言,热塑性树脂[A]、增强纤维[B]、增强纤维改性成分[C]和树脂[D]成为表1记载的配合量。将得到的连续状的成型材料冷却后,用切割器切断,得到长度为7mm的长纤维颗粒状的树脂成型材料。

使用住友重机械工业社制SE75DUZ-C250型注射成型机,通过将得到的长纤维颗粒状的成型材料以注射时间:10秒、螺杆旋转数:100rpm、背压力:10MPa、保压时间:10秒、料筒温度:300℃、模具温度:100℃的条件进行注射成型,由此制作ISO型拉伸哑铃形试验片、80mm×80mm×3mm厚的试验片和80mm×10mm×4mm厚的试验片(成型品)。此处,所谓料筒温度表示注射成型机的将成型材料加热熔融的部分的温度,所谓模具温度表示注入成型材料以制成规定形状的模具的温度。将得到的试验片(成型品)在已调节为温度23℃、50%RH的恒温恒湿室中静置24小时后,利用上述的方法进行评价。将评价结果示于表1。

(实施例2)

相对于成分[A]~[C]的总量100重量份而言,使增强纤维改性成分[C-1]为0.5重量份、热塑性树脂[A-1]为89.5重量份,除此以外,与实施例1同样地操作,制作成型品并进行评价。将评价结果示于表1。

(实施例3)

相对于成分[A]~[C]的总量100重量份而言,使增强纤维改性成分[C-1]为5.0重量份、热塑性树脂[A-1]为85.0重量份,除此以外,与实施例1同样地操作,制作成型品并进行评价。将评价结果示于表1。

(实施例4)

除了将成型时的螺杆旋转数变更为200rpm以外,与实施例1同样地操作,制作成型品并进行评价。将评价结果示于表1。

(实施例5)

除了将增强纤维改性成分[C-1]变更为[C-2]以外,与实施例1同样地操作,制作成型品并进行评价。将评价结果示于表1。

(实施例6)

相对于成分[A]~[C]的总量100重量份而言,使增强纤维改性成分[C-1]为15重量份、热塑性树脂[A-1]为75.0重量份,将成型时的背压力设为30MPa,除此以外,与实施例1同样地操作,制作成型品并进行评价。将评价结果示于表1。

(实施例7)

相对于成分[A]~[C]的总量100重量份而言,使热塑性树脂[F-1]为2.0重量份,除此以外,与实施例1同样地操作,制作成型品并进行评价。将评价结果示于表1。另外,测定了热导率,结果,厚度方向的热导率为0.4W/m·K,流动方向的热导率为1.0W/m·K。

(实施例8)

相对于成分[A]~[C]的总量100重量份而言,使树脂[D-1]为0重量份,除此以外,与实施例1同样地操作,制作成型品并进行评价。将评价结果示于表1。

(实施例9)

相对于成分[A]~[C]的总量100重量份而言,使增强纤维改性成分[C-1]为0重量份、热塑性树脂[A-1]为90.0重量份,将背压力设为1MPa,除此以外,与实施例1同样地操作,制作成型品并进行评价。将评价结果示于表1。

(实施例10)

相对于成分[A]~[C]的总量100重量份而言,使导热填充材料[G-1]为25.0重量份,除此以外,与实施例7同样地操作,制作成型品并进行评价。将评价结果示于表1。另外,测定了热导率,结果,厚度方向的热导率为1.1W/m·K,流动方向的热导率为3.5W/m·K。

(实施例11)

将按照参考例2、在碳纤维[B-1]中含浸树脂[D-1]而得到的树脂含浸增强纤维束[E-1]送入设置于日本制钢所(株)TEX-30α型双螺杆挤出机(螺杆直径为30mm,L/D=32)前端的电线被覆法用的涂布模中。另一方面,从TEX-30α型双螺杆挤出机的主料斗供给按照参考例3制作的、含有热塑性树脂[A-1]和增强纤维改性成分[C-1]的树脂组合物进行熔融混炼,使其在熔融的状态下排出至模内,以被覆树脂含浸增强纤维束[E-1]的周围的方式连续地配置。此时,调节树脂组合物的排出量,使相对于热塑性树脂[A]、增强纤维[B]和增强纤维改性成分[C]的总量100重量份而言,热塑性树脂[A-1]为74.0重量份、增强纤维[B-1]为20.0重量份、增强纤维改性成分[C-1]为3.0重量份。将得到的连续状的成型材料冷却后,用切割器切断,得到长度为7mm的长纤维粒料(X-1)。

接着,按照参考例3,得到包含43.0重量份的热塑性树脂[A-1]、3.0重量份的增强纤维改性成分[C-1]、4重量份的热塑性树脂[F-1]、50重量份的导热填充材料[G-1]的树脂成型材料(Y-1)。

将由上述得到的长纤维粒料(X-1)和树脂成型材料(Y-1)以相对于(X-1)和(Y-1)的总量100重量份而言,(X-1)为50.0重量份、(Y-1)为50.0重量份的方式进行干混,制作成型材料。对于得到的成型材料,与实施例1同样地操作,制作成型品并进行评价。将评价结果示于表1。另外,测定了热导率,结果,厚度方向的热导率为1.0W/m·K,流动方向的热导率为3.2W/m·K。

(实施例12)

除了将热塑性树脂[A-1]变更为[A-2]以外,与实施例8同样地操作,制作成型品并进行评价。将评价结果示于表1。

(实施例13)

除了将热塑性树脂[A-1]变更为[A-3]、将增强纤维改性成分[C-1]变更为[C-3]以外,与实施例8同样地操作,制作成型品并进行评价。将评价结果示于表1。

(比较例1)

相对于成分[A]~[C]的总量100重量份而言,使增强纤维改性成分[C-1]为0重量份、热塑性树脂[A-1]为90.0重量份,除此以外,与实施例1同样地操作,制作成型品并进行评价。将评价结果示于表2。

(比较例2)

除了将增强纤维改性成分变更为[C-3]以外,与实施例1同样地操作,制作成型品并进行评价。将评价结果示于表2。

(比较例3)

相对于成分[A]~[C]的总量100重量份而言,使增强纤维[B-1]为0.5重量份、热塑性树脂[A-1]为96.5重量份,并且,将背压力变更为50MPa,除此以外,与实施例1同样地操作,制作成型品并进行评价。将评价结果示于表2。

(比较例4)

相对于成分[A]~[C]的总量100重量份而言,使增强纤维[B-1]为50重量份、热塑性树脂[A-1]为47.0重量份,除此以外,与实施例1同样地操作,制作成型品并进行评价。将评价结果示于表2。

(比较例5)

相对于成分[A]~[C]的总量100重量份而言,使增强纤维改性成分[C-1]为0重量份、热塑性树脂[F-1]为2.0重量份、热塑性树脂[A-1]为90.0重量份,除此以外,与实施例1同样地操作,制作成型品并进行评价。将评价结果示于表2。

(比较例6)

将在上述所示的增强纤维(B-1)束中以表2所示的比例含浸树脂(D-1)而得到的树脂含浸纤维束(E)、和热塑性树脂(A-1)供给至日本制钢所(株)TEX-30α型双螺杆挤出机(螺杆直径为30mm,L/D=32),以200rpm的螺杆旋转速度进行熔融混炼。将从模前端排出的线束冷却固化后,用切割器切断为长度为7mm的粒料,制作含有纤维的熔融混炼粒料。此时,以使相对于成分(A)~(C)的总量100重量份而言,热塑性树脂(A-1)为87.0重量份、增强纤维(B)为10重量份、增强纤维改性成分(C-1)为3.0重量份的方式进行调节。

使用住友重机械工业社制SE75DUZ-C250型注射成型机,将得到的含有纤维的熔融混炼粒料以注射时间:10秒、背压力:10MPa、保压时间:10秒、料筒温度:300℃、模具温度:100℃的条件注射成型,制作ISO型拉伸哑铃形试验片、80mm×80mm×3mm厚的试验片和80mm×10mm×4mm厚的试验片。此处,所谓料筒温度表示注射成型机的将成型材料加热熔融的部分的温度,所谓模具温度表示注入成型材料以制成规定形状的模具的温度。将得到的试验片在已调节为温度23℃、50%RH的恒温恒湿室中静置24小时后,利用上述的方法进行评价。将评价结果示于表2。

实施例1~13中的任一种材料均呈现出优异的分散性和冲击强度。对于配合了热塑性树脂[F]的实施例7而言,在与实施例1的比较中,确认到冲击强度的提高效果。另外,对于配合了导热填充材料[G]的实施例10而言,在与实施例7的比较中,呈现出优异的导热特性和弯曲特性。

另一方面,对于不含有增强纤维改性成分[C]的比较例1而言,增强纤维[B]的露出纤维长度和重均纤维长度短,冲击强度低。同样,对于使用了与热塑性树脂[A]的SP值之差小的增强纤维改性成分[C]的比较例2而言,增强纤维[B]的露出纤维长度和重均纤维长度短,冲击强度低。另外,对于增强纤维[B]的配合量少、并且注射成型时的背压力高的比较例3而言,增强纤维[B]的重均纤维长度和露出纤维长度短,由增强纤维[B]带来的增强效果弱,冲击强度低。另外,对于增强纤维[B]的配合量多的比较例4而言,在注射成型时纤维的交织增加,增强纤维[B]的重均纤维长度和露出纤维长度短,冲击强度低。对于不含有增强纤维改性成分[C]、而是配合了热塑性树脂[F]的比较例5而言,露出纤维长度短,冲击强度低。对于使用了通过熔融混炼制作的成型材料的比较例6而言,成型品内的增强纤维[B]的重均纤维长度短,因此露出纤维长度也短,冲击强度降低。

产业上的可利用性

本发明的纤维增强热塑性树脂成型品具有优异的冲击强度,因此可以应用于各种用途。尤其适合电气·电子设备、OA设备、家电设备、汽车的部件·内部构件和壳体等各种部件·构件。

附图标记说明

1 热塑性树脂[A]

2 增强纤维[B]

3 增强纤维改性成分[C]

4 (黑色部分)增强纤维[B]

5 (白色部分)增强纤维改性成分[C]及/或树脂[D]

6 树脂含浸增强纤维束[E]

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