层叠基材及其制造方法与流程

文档序号:17578431发布日期:2019-05-03 20:42阅读:144来源:国知局
层叠基材及其制造方法与流程

本发明涉及层叠基材及其制造方法。

本申请基于2016年9月14日在日本提出申请的特愿2016-179491号和2016年9月14日在日本提出申请的特愿2016-179492号主张优先权,在此引用其内容。



背景技术:

近年来,为了建设可持续型社会,从保护环境、节省能源的观点出发,在汽车、铁路、航空等运输设备、机器人、电子设备、家具、建材等领域,期望这些制品的轻质化。

像非专利文献1那样,据说能够轻质化、降低成本的层叠结构已经作为用于使材料复合化的方法而应用于广泛的领域。广泛使用这样的层叠结构的背景是,作为利用各材料的特性的方法,是容易层叠成型且生产率优异的制造方法。基本的层叠结构有三明治结构、混合结构那样的结构,通过在力矩(moment)小的位置选择轻质材料来发挥其效果。

此外,作为增强纤维所用材料的纤维增强树脂复合材料与金属材料相比,比强度、比刚度优异,因而能够有助于轻质化。因此,使用碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维等作为增强纤维的纤维增强复合材料利用其高比强度、比弹性模量而广泛用于飞机、汽车等的结构材料、网球拍、高尔夫球杆、钓竿等一般产业、运动用途等。

作为它们中使用的增强纤维的形态,有使用连续纤维制作的织物、纤维在1个方向上拉齐而得的ud片、使用切断的纤维制作的无规垫、无纺布。

纤维树脂复合材料有以热固性树脂为基质的复合材料,作为适合于三维形状等复杂形状的成型方法,可列举由smc形成的基材。smc是使含浸有热固性树脂的称为短切原丝的纤维结构体在成型模具内配置成片状,然后加热、加压从而使塑料成型,smc的流动性较高,因此能够形成复杂的立体结构。以往,作为纤维增强复合材料的基质树脂,主要使用的是上述那样的热固性树脂,但近年来,从成本、成型的迅速性和容易性、以及使用后的可再利用性等观点出发,以热塑性树脂为基质的纤维增强复合材料受到了关注(专利文献1)。

纤维树脂复合材料中有以热塑性树脂为基质的复合材料,与热固性同样,有流动性,是适合于三维形状等复杂形状的成型方法。此外加工性也良好,因此能够反复成型。可是,对纤维增强复合材料的局部赋予功能性的情况下,难以在目标位置保持一定量的纤维。

热塑性树脂通常比热固性树脂粘度高,因此存在在纤维基材中含浸树脂的时间长、结果成型前的生产节拍变长的课题。

专利文献2中,作为解决这些课题的方法,记载了热塑冲压成型。这是下述成型方法:将预先含浸了热塑性树脂的短切纤维加热至熔点以上,将其投入至模具内的一部分后,立即关闭模具,通过使纤维和树脂在模具内流动来得到制品形状,然后冷却、成型。可是,为了使纤维和树脂在模具内流动,存在难以制作薄壁的物品、纤维取向混乱、难以控制等问题。此外,作为提高含浸性的方法,通过均匀分散成短纤维状,能够防止在纤维的束与束的间隙产生富树脂部,或者防止树脂无法在纤维束内含浸而形成未含浸部分。可是,却存在无法增加纤维长度、进而如果提高纤维体积含量则成型体内部产生空洞因此导致机械特性降低的问题(专利文献3)。

通过设为预先将增强纤维和热塑性树脂在一定的条件下混合而成的基材,能够容易地含浸热塑性基质树脂,并且是均匀且操作性、立体成型性优异的塑料用基材(混抄垫(混抄マット))(专利文献4)。可是,增强纤维通常定价比树脂价格高,因此,考虑到成本等,在整个部件中使用增强纤维时效率不高。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开平8-118379号公报

专利文献2:日本特许第416109号公报

专利文献3:wo2007/097436号公报

专利文献4:日本特开2014-50982号公报

非专利文献

非专利文献1:工业材料2004年12月号p76~80



技术实现要素:

发明所要解决的课题

本发明是为了解决上述课题而做出的,因此其目的在于,提供一种具有成型时的优异流动性并且还充分确保了混抄垫带来的增强效果的可部分增强的层叠体。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题,本发明人等进行了深入研究,结果发现,通过使用在构成碳纤维增强树脂基材的树脂的熔点+15~20℃时具有一定的伸长率的碳纤维增强树脂基材,能够解决上述课题,从而完成了本发明。即,本发明的要点存在于以下的[1]~[15]。

[1]一种层叠基材,其为将含有碳纤维和热塑性树脂纤维的碳纤维增强树脂基材(a)、与含有玻璃纤维和热塑性树脂的玻璃纤维增强树脂基材(b)层叠而得的层叠基材,前述碳纤维增强树脂基材(a)中前述碳纤维的含量相对于前述碳纤维增强树脂基材(a)的总质量为20质量%以上且低于100质量%,

前述碳纤维增强树脂基材(a)在构成前述热塑性树脂纤维的树脂的熔点+20℃时的md方向最大负载点的伸长率为20~150%,且td方向最大负载点的伸长率为20~150%,且拉伸应力为1.0×10-3~1.0×10-1mpa。

[2]一种层叠基材,含有碳纤维和热塑性树脂的碳纤维增强树脂基材(a)与含有玻璃纤维和热塑性树脂的玻璃纤维增强树脂基材(b)之间的邻接面是粘接的,通过下述均一性试验方法1-1得到的偏差(1)的平均值为5%以下,通过下述均一性试验方法1-2得到的偏差(2)的平均值为8%以下。

(均一性试验方法1-1)

1.将包含碳纤维增强树脂基材(a)和玻璃纤维增强树脂基材(b)的层叠基材相对于平面方向垂直地切断,对其截面进行拍照。

2.从得到的截面照片,提取3处与碳纤维增强树脂基材(a)和玻璃纤维增强树脂基材(b)的基准面邻接的碳纤维增强树脂基材(a)侧的、相当于碳纤维增强树脂基材(a)厚度的50%见方的部分1。

3.分别求出部分1中碳纤维所占的面积比例(%),算出3处的平均值(%)。

4.算出前述平均值(%)与各部分1的碳纤维所占的面积比例(%)之差,作为偏差(1)。

(均一性试验方法1-2)

1.将包含碳纤维增强树脂基材(a)和玻璃纤维增强树脂基材(b)的层叠基材相对于平面方向垂直地切断,对其截面进行拍照。

2.从得到的截面照片,提取与碳纤维增强树脂基材(a)和玻璃纤维增强树脂基材(b)的基准面邻接的碳纤维增强树脂基材(a)侧的、相当于碳纤维增强树脂基材(a)厚度的50%见方的部分1。

3.将部分1均等分割为9个块,算出分割成的各块中碳纤维所占的面积比例(%)。

4.根据各块中碳纤维所占的面积比例(%),算出前述9等分的块的碳纤维所占面积比例的平均值(%)。

5.算出前述平均值(%)与各块的碳纤维所占的面积比例(%)之差,作为偏差(2)。

[3]根据[2]所述的层叠基材,前述玻璃纤维增强树脂基材(b)中前述玻璃纤维的含有率相对于前述玻璃纤维增强树脂基材(b)的总质量为大于0质量%且低于60质量%,通过下述均一性试验方法2-1得到的偏差(3)的平均值为10%以下,通过下述均一性试验方法2-2得到的偏差(4)的平均值为10%以下。

(均一性试验方法2-1)

1.将包含碳纤维增强树脂基材(a)和玻璃纤维增强树脂基材(b)的层叠基材相对于平面方向垂直地切断,对其截面进行拍照。

2.从得到的截面照片,提取3处与碳纤维增强树脂基材(a)和玻璃纤维增强树脂基材(b)的基准面邻接的玻璃纤维增强树脂基材(b)侧的、相当于1.0mm×1.0mm的部分2。

3.分别求出部分2中玻璃纤维所占的面积比例(%),算出3处的平均值(%)。

4.求出前述平均值(%)与各部分2中玻璃纤维所占的面积比例(%)之差,作为偏差(3)。

(均一性试验方法2-2)

1.将包含碳纤维增强树脂基材(a)和玻璃纤维增强树脂基材(b)的层叠基材相对于平面方向垂直地切断,对其截面进行拍照。

2.从得到的截面照片,提取与碳纤维增强树脂基材(a)和玻璃纤维增强树脂基材(b)的基准面邻接的玻璃纤维增强树脂基材(b)侧的、相当于1.0mm×1.0mm的部分2。

3.将部分2均等分割为9个块,算出分割成的各块中玻璃纤维所占的面积比例(%)。

4.根据各块中玻璃纤维所占的面积比例(%),算出前述9等分的块的玻璃纤维所占面积比例的平均值(%)。

5.求出前述平均值(%)与各块的玻璃纤维所占的面积比例(%)之差,作为偏差(4)。

[4]根据[2]或[3]所述的层叠基材,通过下述界面高低差测定试验得到的界面高低差为2.0×10-3~1.5mm。

(基准面高低差测定试验)

1.将包含碳纤维增强树脂基材(a)和玻璃纤维增强树脂基材(b)的层叠基材相对于平面方向垂直地切断。

2.在距离切断的层叠体横向的中心左右25mm的范围内,测定从碳纤维增强树脂基材(a)的外表面、至距离碳纤维增强树脂基材(a)的外表面最近的基准面部分和最远的基准面部分之间的距离。

3.求出得到的测定值之差,作为基准面高低差。

[5]根据[1]所述的层叠基材,前述碳纤维增强树脂基材(a)中前述热塑性树脂纤维的平均纤维直径为20~100μm。

[6]根据[1]~[5]中任一项所述的层叠基材,前述玻璃纤维增强树脂基材(b)中玻璃纤维的平均纤维长度为5mm以上。

[7]根据[1]或[5]所述的层叠基材,前述玻璃纤维增强树脂基材(b)中的前述热塑性树脂和前述碳纤维增强树脂基材(a)中的构成前述热塑性树脂纤维的树脂为聚丙烯,在前述聚丙烯的熔点+20℃时前述碳纤维增强树脂基材(a)的md方向最大负载点的伸长率为100~150%,td方向最大负载点的伸长率为100~150%。

[8]根据[1]或[5]中任一项所述的层叠基材,前述玻璃纤维增强树脂基材(b)中的前述热塑性树脂和前述碳纤维增强树脂基材(a)的构成前述热塑性树脂纤维的树脂为聚酰胺,在前述聚酰胺的熔点+20℃时前述碳纤维增强树脂基材(a)的md方向最大负载点的伸长率为20~150%。

[9]根据[1]、[5]、[7]、[8]中任一项所述的层叠基材,下述试验中前述碳纤维增强树脂基材(a)的面积增加率δ低于5.0%。

(面积增加率评价试验)

将前述玻璃纤维增强树脂基材(b)和前述碳纤维增强树脂基材(a)切出12cm×12cm。

将切出的玻璃纤维增强树脂基材(b)在215℃预热13分钟,接下来,将切出的碳纤维增强树脂基材(a)按照玻璃纤维增强树脂基材(b)和碳纤维增强树脂基材(a)在平面观察时一致的方式进行层叠。

将得到的层叠体以玻璃纤维增强树脂基材(b)为下表面的方式置于设有20cm×20cm的金属框架的加压机中央,在碳纤维增强树脂基材(a)的树脂的熔点+20℃、5mpa条件下加压10分钟。

测定加压后的碳纤维增强树脂基材(a)的面积(即碳纤维增强树脂基材(a)的面积)作为试样(α)面积。

通过下述式算出碳纤维增强树脂基材(a)的面积增加率δ。

δ={(试样(α)面积-试样(β)面积)/试验片的面积}×100

试样(β)面积:试验片加压前的面积=144cm2

试验片的面积=144cm2

[10]根据[1]、[5]、[7]、[8]、[9]中任一项所述的层叠基材,对前述碳纤维增强树脂基材(a)施加3mpa的压力后,去掉压力时的厚度为施加3mpa加压前的厚度的40%以上95%以下。

[11]根据[1]、[5]、[7]、[8]、[9]、[10]中任一项所述的层叠基材,前述碳纤维增强树脂基材(a)的每平方米克重为100g/m2~800g/m2

[12]根据[1]、[5]、[7]、[8]、[9]、[10]、[11]中任一项所述的层叠基材,前述纤维增强树脂基材(a)中碳纤维的平均纤维长度为10~150mm。

[13]一种碳纤维增强树脂基材,其为用于增强玻璃纤维增强树脂基材的碳纤维增强树脂基材,含有碳纤维和热塑性树脂纤维,碳纤维的含量相对于碳纤维增强树脂基材的总质量为20质量%以上且低于100质量%,在构成前述热塑性树脂纤维的树脂的熔点+20℃时的md方向最大负载点的伸长率为20~150%,且td方向最大负载点的伸长率为20~150%,且拉伸应力为1.0×10-3~1.0×10-1mpa。

[14]由[1]、[5]、[7]、[8]、[9]、[10]、[11]、[12]中任一项所述的层叠基材的制造方法,包括:将前述碳纤维增强树脂基材(a)和前述玻璃纤维增强树脂基材(b)层叠,以及在120~250℃、1~10mpa的条件下加热加压而一体化。

[15]一种碳纤维增强树脂基材,其为含有碳纤维和热塑性树脂纤维的碳纤维增强树脂基材,前述碳纤维增强树脂基材中前述碳纤维的含量相对于前述碳纤维增强树脂基材的总质量为20质量%以上且低于100质量%,在构成前述热塑性树脂纤维的树脂的熔点+20℃时的md方向最大负载点的伸长率为20~150%,且td方向最大负载点的伸长率为20~150%,且拉伸应力为1.0×10-3~1.0×10-1mpa。

发明的效果

本发明的层叠基材具有成型时的优异流动性,因而能够简便地制作复杂立体形状的成型体,且通过使2种以上纤维树脂复合材料层叠,能够有效地赋予机械特性、增强效果,因此产业价值高。

附图说明

图1为显示本发明的层叠基材的构成例的图。

图2为表示面积增加率评价试验的图。

图3为表示面积增加率评价试验的图。

图4为表示均一性试验方法1-1的部分1的图。

图5为表示均一性试验方法1-2的分割为9块的图。

图6为表示均一性试验方法2-1的部分2的图。

图7为表示均一性试验方法1-2的分割成9块的图。

图8a为表示基准面的图。

图8b为表示基准面的图。

图8c为表示基准面的图。

图9为表示界面高低差测定试验的图。

图10为形状可成型性的评价所用模具的图。

具体实施方式

以下,进一步详细地对本发明进行说明。

如图1所示,本发明的层叠基材是将含有碳纤维和热塑性树脂纤维的碳纤维增强树脂基材(a)、与含有玻璃纤维和热塑性树脂的玻璃纤维增强树脂基材(b)层叠而得的层叠基材,前述碳纤维增强树脂基材(a)中碳纤维的含量相对于碳纤维增强树脂基材(a)的总质量为20质量%以上且低于100质量%。进一步,前述碳纤维增强树脂基材(a)在构成前述热塑性树脂纤维的树脂的熔点+20℃时的md方向最大负载点的伸长率为20~150%,且td方向最大负载点的伸长率为20~150%,且拉伸应力为1.0×10-3~1.0×10-1mpa。

本发明中的“含有碳纤维和热塑性树脂的碳纤维增强树脂基材(a)与含有玻璃纤维和热塑性树脂的玻璃纤维增强树脂基材(b)之间的邻接面粘接的层叠基材”是通过将前述碳纤维增强树脂基材(a)和前述玻璃纤维增强树脂基材(b)层叠、加热加压而一体化来获得。从增强效果的观点出发,优选碳纤维增强树脂基材(a)与玻璃纤维增强树脂基材(b)是粘接的。优选在碳纤维增强树脂基材(a)上直接层叠玻璃纤维增强树脂基材(b)。碳纤维增强树脂基材(a)与玻璃纤维增强树脂基材(b)之间可以具有粘接层。

其中,碳纤维增强树脂基材(a)或碳纤维增强树脂基材(a)可以覆盖玻璃纤维增强树脂基材(b)的整个一面或两面,从成本的观点出发,减少碳纤维增强树脂基材(a)、碳纤维增强树脂基材(a)的使用量的情况下,在使层叠基材成型时,可以以碳纤维增强树脂基材(a)或碳纤维增强树脂基材(a)存在于要求强度的部分的方式部分地配置。

<碳纤维增强树脂基材(a)>

本发明中的碳纤维增强树脂基材(a)包含碳纤维和热塑性树脂纤维,碳纤维增强树脂基材(a)中碳纤维的含量相对于碳纤维增强树脂基材(a)的总质量为20质量%以上且低于100质量%,优选为50质量%以上90质量%以下,更优选为60质量%以上80质量%以下。若碳纤维的含量过低则碳纤维的分散性增加,难以获得增强效果。此外,若过高则基质树脂的含浸性降低,无法获得增强效果、形状可成型性变差。

此外,碳纤维增强树脂基材(a)在碳纤维增强树脂基材(a)中的构成热塑性树脂纤维的树脂的熔点+20℃时的md方向最大负载点的伸长率为20~150%。若前述伸长率过低则可成型性降低,若过高则分散性增加,因此,优选为30%以上,优选为120%以下,更优选为100%以下。具体地,md方向最大负载点的伸长率优选为30~120%,更优选为30~100%。其中,树脂为聚丙烯的情况下,md方向最大负载点的伸长率优选为100~150%。树脂为聚酰胺的情况下,md方向最大负载点的伸长率优选为20~150%。

进一步,碳纤维增强树脂基材(a)在碳纤维增强树脂基材(a)中的构成热塑性树脂纤维的树脂的熔点+20℃时的td方向最大负载点的伸长率为20~150%。若前述伸长率过低则可成型性降低,若过高则分散性增加,因此,优选为30%以上,优选为120%以下,更优选为100%以下。具体地,td方向最大负载点的伸长率优选为30~120%,更优选为30~100%。其中,树脂为聚丙烯的情况下,td方向最大负载点的伸长率优选为100~150%。

上述md方向和td方向最大负载点的伸长率基于iso9073-3测定。详细的实验条件在实施例栏中进行说明,本发明中的md方向最大负载点的伸长率和td方向最大负载点的伸长率是通过实施例栏记载的详细的实验条件求出的值。

此外,进一步地,本发明的碳纤维增强树脂基材(a)在碳纤维增强树脂基材(a)中的构成热塑性树脂纤维的树脂的熔点+20℃时的拉伸应力为1.0×10-3~1.0×10-1pa。若前述拉伸应力过低则分散性增加,若过高则可成型性降低,因此,优选为5.0×10-3pa以上,更优选为7.0×10-3pa以上,优选为9.0×10-2pa以下,更优选为7.0×10-2pa以下。具体地,优选为5.0×10-3~9.0×10-2pa,更优选为7.0×10-3~9.0×10-2pa。

上述拉伸应力的测定方法基于iso9073-3测定。详细的实验条件在下文中进行说明,本发明中的“在碳纤维增强树脂基材(a)中的构成热塑性树脂纤维的树脂的熔点+20℃时的拉伸应力”是通过实施例栏记载的详细的实验条件求出的值。

碳纤维增强树脂基材(a)中的构成热塑性树脂纤维的树脂为熔点160℃的聚丙烯的情况下,测定前述md方向最大负载点的伸长率、td方向最大负载点的伸长率和拉伸强度时的温度为180℃。

从部分增强效果的观点出发,本发明中的碳纤维增强树脂基材(a)在下述面积增加率评价试验中的面积增加率δ优选低于5.0%。若前述面积增加率δ过高则无法控制纤维的流动性,难以获得部分增强效果,因此,更优选为3.0%以下。面积增加率δ可以为0%,也可以为0%以上。

(面积增加率评价试验)

将前述玻璃纤维增强树脂基材(b)和前述碳纤维增强树脂基材(a)切出12cm×12cm。

将切出的玻璃纤维增强树脂基材(b)在215℃预热13分钟,接下来,将切出的碳纤维增强树脂基材(a)按照玻璃纤维增强树脂基材(b)和碳纤维增强树脂基材(a)在平面观察时一致的方式进行层叠(图2)。

将得到的层叠体以玻璃纤维增强树脂基材(b)为下表面的方式置于设有20cm×20cm的金属框架的加压机中央,在碳纤维增强树脂基材(a)的构成热塑性树脂纤维的树脂的熔点+20℃、5mpa的条件下加压10分钟(图3)。

测定加压后的碳纤维增强树脂基材(a)在平面观察时的面积作为试样(α)面积。

通过下述式算出碳纤维增强树脂基材(a)的面积增加率δ。

δ={(试样(α)面积-试样(β)面积)/试验片的面积}×100

上述式中,试样(β)面积为试验片加压前的面积,具体地,为144cm2。此外,具体地,试验片的面积也为144cm2

从形状可成型性、增强效果的观点出发,碳纤维增强树脂基材(a)优选具有缓冲性,对碳纤维增强树脂基材(a)施加3mpa的压力后,去掉压力时的厚度优选为施加3mpa加压前的厚度的40%以上95%以下。其中,本说明书,厚度可以用市售的电子游标卡尺来测定。

此外,碳纤维增强树脂基材(a)的每平方米克重优选为100g/m2~800g/m2。若每平方米克重过低则增强效果降低,若过高则给可成型性带来影响。碳纤维增强树脂基材(a)的每平方米克重更优选为200g/cm2以上,更优选为600g/cm2以下。

其中,本发明中使用的碳纤维增强树脂基材(a)的厚度没有特别限制,作为层叠并加热一体化前的厚度,一般为0.5mm至10mm。此外,处于层叠并加热一体化的层叠体的状态的碳纤维增强树脂基材(a)中,一般为0.1mm至2mm。

<碳纤维增强树脂基材(a)>

本发明中的碳纤维增强树脂基材(a)包含碳纤维和热塑性树脂,碳纤维增强树脂基材(a)中碳纤维的含量相对于碳纤维增强树脂基材(a)的总质量为20质量%以上且低于100质量%,优选为50质量%以上90质量%以下,更优选为60质量%以上80质量%以下。若碳纤维的含量过低则碳纤维的分散性增加,难以获得增强效果。此外,若过高则基质树脂的含浸性降低,无法获得增强效果、形状可成型性变差。

《碳纤维》

作为碳纤维没有特别限定,可列举聚丙烯腈(pan)系碳纤维、pitch系碳纤维等。

优选的碳纤维是,基于iso10618测定的原丝拉伸强度为1.0gpa以上9.0gpa以下、且原丝拉伸弹性模量为150gpa以上1000gpa以下的碳纤维。更优选的碳纤维是,基于iso10618测定的原丝拉伸强度为1.5gpa以上9.0gpa以下、且原丝拉伸弹性模量为200gpa以上1000gpa以下的碳纤维。

<树脂含浸原丝拉伸强度和树脂含浸原丝弹性模量>

含浸混合有120g(100质量份)carbide(株)制erl-4221、108g(90质量份)日本化药(株)kayahard(mcd)、3.6g(3质量份)n,n苄基二甲基胺和60g(50质量份)丙酮的树脂组合物,接下来,在130℃加热120分钟使其固化,得到树脂含浸原丝。使用得到的树脂含浸原丝,通过使用了碳纤维-树脂含浸纱试样的拉伸特性试验方法(基于iso10618)求出拉伸强度和拉伸弹性模量,分别作为树脂含浸原丝拉伸强度和树脂含浸原丝弹性模量。

若碳纤维的平均纤维长度过短则难以获得均质的碳纤维增强树脂基材(a)、碳纤维增强树脂基材(a),若过长则影响可成型性,因此,优选为10~150mm,更优选为30~80mm。

通常,碳纤维越长则可获得机械物性越优异的结构材料,但是,尤其在冲压成型时,流动性降低,因此难以获得复杂三维形状的结构材料。如果碳纤维的平均纤维长度在上限值以下,则赋形时可获得优异的流动性,碳纤维和基质树脂容易流动。因此,容易得到肋、毂等复杂三维形状的结构材料。此外,如果碳纤维的平均纤维长度为下限值以上,则能够制造机械物性优异的结构材料。

本说明书,平均纤维长度可以通过以下的方法测定。

(平均纤维长度的测定方法)

作为数均纤维长度的测定方法,例如有下述方法:通过烧除法(焼き飛ばし法)将纤维增强复合材料所含的树脂成分除去,对剩下的增强纤维进行过滤后,通过显微镜观察来测定;通过熔融法将纤维增强复合材料拉伸得很薄,对增强纤维进行透射观察来测定。测定是随机选出400根增强纤维,以光学显微镜测定其长度,最小单位1μm,由σli/400(li:测定而得的纤维长度(i=1,2,3,……,400))算出数均纤维长度。其中,通过烧除法等从纤维增强复合材料去除增强纤维的方法得到的结果不会产生特别的差异。

其中,成型品中的碳纤维的重均纤维长度例如可以通过成型条件等来调整。具体地,通过适当改变配置方法、配置尺寸等,能够将成型品中的碳纤维的平均纤维长度设于期望的范围。

若碳纤维的平均纤维直径过小则难以获得增强效果,若过大则纤维容易折断,无法获得增强效果,因此,优选为1~50μm,更优选为5~15μm。

本说明书中,平均纤维直径可以通过以下的方法测定。

(平均纤维直径的测定方法)

碳纤维的平均纤维直径可以使用光学显微镜、电子显微镜等容易地测定。例如,从基材的利用5,000倍电子显微镜得到的纤维截面照片选择任意400根碳纤维,测定其纤维直径,作为其简单平均值而求出。横截面的形状不为圆形、例如为椭圆径的情况下,将长径和短径的平均值作为纤维直径。

《热塑性树脂纤维》

构成热塑性树脂纤维的树脂没有特别限定,可列举聚酰胺树脂(尼龙6(熔点:220℃)、尼龙66(熔点:260℃)、尼龙12(熔点:175℃)、尼龙mxd6(熔点:237℃)等)、聚烯烃树脂(低密度聚乙烯(熔点:95~130℃)、高密度聚乙烯(熔点:120~140℃)、聚丙烯(熔点:165℃)等)、改性聚烯烃树脂(改性聚丙烯树脂(熔点:160~165℃)等)、聚酯树脂(聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯等)、聚碳酸酯树脂(玻璃化转变温度:145℃)、聚酰胺酰亚胺树脂、聚苯醚树脂、聚砜树脂、聚醚砜树脂、聚醚醚酮树脂、聚醚酰胺树脂、聚苯乙烯树脂、abs树脂、聚苯硫醚树脂、液晶聚酯树脂、丙烯腈与苯乙烯的共聚物、尼龙6与尼龙66的共聚物等热塑性树脂。

作为改性聚烯烃树脂,可列举例如用马来酸等酸对聚烯烃树脂改性而得的树脂等。

热塑性树脂可以单独使用1种,也可以并用2种以上,还可以将2种以上制成聚合物合金而使用。

作为热塑性树脂,从与碳纤维的粘接性、在碳纤维中的含浸性和热塑性树脂的原料成本各自的平衡方面出发,优选含有选自由聚烯烃树脂、改性聚丙烯树脂、聚酰胺树脂和聚碳酸酯树脂组成的组的至少1种。从可纺性的观点出发,特别优选的是聚丙烯、聚酰胺。

作为构成碳纤维增强树脂基材(a)的热塑性树脂纤维的构成树脂使用的热塑性树脂与作为玻璃纤维增强树脂基材(b)的构成树脂使用的热塑性树脂可以相同也可以不同,从粘接性的观点出发,优选使用同一种树脂。具体地,优选均为聚丙烯或均为聚酰胺,特别优选均为聚丙烯。

此外,构成碳纤维增强树脂基材(a)的热塑性树脂与作为玻璃纤维增强树脂基材(b)的构成树脂使用的热塑性树脂可以相同也可以不同,从粘接性的观点出发,优选使用同一种树脂。具体地,优选均为聚丙烯或均为聚酰胺,特别优选均为聚丙烯。

热塑性树脂纤维的平均纤维直径优选为20~150μm,更优选为30~70μm。热塑性树脂纤维的平均纤维长度优选为30mm以上,在低于30mm的情况下,在解纤工序、针刺工序中无法均匀地制作,不表现碳纤维增强树脂基材(a)的功能。

<玻璃纤维增强树脂基材(b)>

本发明中的玻璃纤维增强树脂基材(b)包含玻璃纤维和热塑性树脂。玻璃纤维增强树脂基材(b)中玻璃纤维的含有率相对于玻璃纤维增强树脂基材(b)的总质量优选为大于0质量%且低于60质量%,更优选为20质量%~50质量%,特别优选为30质量%~50质量%。若玻璃纤维的质量比过低则耐冲击性差,若过高则流动性、可成型性降低。

在玻璃纤维增强树脂基材(b)中的构成热塑性树脂纤维的树脂为熔点160℃的聚丙烯的情况下,测定前述md方向最大负载点的伸长率时的温度为180℃。

《玻璃纤维》

本发明中使用的玻璃纤维的平均纤维长度优选为1~100mm,更优选为3~70mm,进一步优选为5mm以上,进一步优选为5~50mm,特别优选为10~50mm,最优选为10~35mm。通常,玻璃纤维越长则可获得机械物性越优异的结构材料。

玻璃纤维的平均纤维直径优选为1~50μm,更优选为5~20μm。若平均纤维直径过小则难以获得耐冲击性,若过大则纤维容易折断因此耐冲击性表现得不充分。

《热塑性树脂》

作为构成玻璃纤维增强树脂基材(b)的热塑性树脂,可以使用与上述作为构成碳纤维增强树脂基材(a)的热塑性树脂纤维的树脂列举的树脂同样的树脂。

<层叠基材>

从不发生由于层叠不同种类的纤维树脂复合材料而发生的界面剥离的观点出发,本发明的层叠基材优选为:前述碳纤维增强树脂基材(a)与前述玻璃纤维增强树脂基材(b)之间的邻接面是粘接的,并且通过下述均一性试验方法1-1得到的偏差(1)的平均值为5%以下。偏差(1)的平均值优选为0以上。具体地,通过均一性试验方法1-1得到的偏差(1)的平均值优选为0~5%。通过下述均一性试验方法1-2得到的偏差(2)的平均值优选为8%以下。通过均一性试验方法1-2得到的偏差(2)的平均值优选为0以上。具体地,通过均一性试验方法1-2得到的偏差(2)的平均值优选为0~8%,更优选为0~5%。

如果有偏差(1)的平均值超过5%的情况或偏差(2)的平均值为8%以上,则产生界面处的不均,前述粘接界面的剥离强度下降。通过均一性试验方法1-1和1-2得到的全部偏差越小越好。此外,通过均一性试验方法1-2算出的9等分的块的碳纤维所占面积比例的标准偏差优选为5%以下。

(均一性试验方法1-1)

1.将包含碳纤维增强树脂基材(a)和玻璃纤维增强树脂基材(b)的层叠基材相对于平面方向垂直地切断,对其截面进行拍照。

2.从得到的截面照片,提取3处与碳纤维增强树脂基材(a)和玻璃纤维增强树脂基材(b)的基准面邻接的碳纤维增强树脂基材(a)侧的、相当于碳纤维增强树脂基材(a)厚度的50%见方的部分1。

3.分别求出部分1中碳纤维所占的面积比例(%),算出3处的平均值(%)。

4.算出前述平均值(%)与各部分1的碳纤维所占的面积比例(%)之差,作为偏差(1)。

上述均一性试验方法1-1中,可以通过实施下述1.~5.来进行。

1.将包含碳纤维增强树脂基材(a)和玻璃纤维增强树脂基材(b)的层叠基材相对于平面方向垂直地切断,对其截面进行拍照。截面的拍照例如可以使用sem(日本电子jsm-5600)在反射电子、加速电压15kv、倍率100倍的条件下拍照。

2.从得到的截面照片,提取3处与碳纤维增强树脂基材(a)和玻璃纤维增强树脂基材(b)的基准面邻接的碳纤维增强树脂基材(a)侧的、相当于碳纤维增强树脂基材(a)厚度的50%见方的部分1(图4)。

3.分别算出部分1中碳纤维所占的面积比例(%)。前述计算是由使用imagej装置实施了二值化处理的图像算出。此时的条件是,辉度类型:8bit,阈值:pixe150~250,面积:无穷大,圆度:0.0~1.0。

4.算出3处部分1中碳纤维所占的面积比例(%)的平均值(%)。

5.算出前述平均值(%)与各部分1的碳纤维所占的面积比例(%)之差,作为偏差(1)。

(均一性试验方法1-2)

1.将包含碳纤维增强树脂基材(a)和玻璃纤维增强树脂基材(b)的层叠基材相对于平面方向垂直地切断,对其截面进行拍照。

2.从得到的截面照片,提取与碳纤维增强树脂基材(a)和玻璃纤维增强树脂基材(b)的基准面邻接的碳纤维增强树脂基材(a)侧的、相当于碳纤维增强树脂基材(a)厚度的50%见方的部分1。

3.将部分1均匀地9等分,算出分割成的各块中碳纤维所占的面积比例(%)。

4.根据各块中碳纤维所占的面积比例(%),算出前述9等分的块的碳纤维所占面积比例的平均值(%)。

5.算出前述平均值(%)与各块的碳纤维所占的面积比例(%)之差,作为偏差(2)。

上述均一性试验方法1-2中,可以通过实施下述1.~5.来进行。

1.将包含碳纤维增强树脂基材(a)和玻璃纤维增强树脂基材(b)的层叠基材相对于平面方向垂直地切断,对其截面进行拍照。截面的拍照可以与均一性试验方法1-1同样地进行。

2.从得到的截面照片,提取与碳纤维增强树脂基材(a)和玻璃纤维增强树脂基材(b)的基准面邻接的碳纤维增强树脂基材(a)侧的、相当于碳纤维增强树脂基材(a)厚度的50%见方的部分1(图4)。

3.将部分1均匀地9等分(图5),算出分割成的各块中碳纤维所占的面积比例(%)。前述计算可以与均一性试验方法1-1同样地进行。

4.根据各块中碳纤维所占的面积比例(%),算出前述9等分的块的碳纤维所占面积比例的平均值(%)。

5.算出前述平均值(%)与各块的碳纤维所占的面积比例(%)之差,作为偏差(2)。

此外,进一步地,从不发生因层叠不同种类的纤维树脂复合材料而发生的界面剥离的观点出发,本申请发明的层叠基材与碳纤维增强树脂基材(a)同样地,优选前述玻璃纤维增强树脂基材(b)中玻璃纤维的含有率相对于玻璃纤维增强树脂基材(b)的总质量为大于0质量%且低于60质量%,并且通过下述均一性试验方法2-1得到的偏差(3)的平均值为10%以下,通过下述均一性试验方法2-2得到的偏差(4)的平均值为10%以下。通过均一性试验方法2-1得到的偏差(3)的平均值优选为0以上。具体地,通过均一性试验方法2-1得到的偏差(3)的平均值优选为0~10%。通过均一性试验方法2-2得到的偏差(4)的平均值优选为0以上。具体地,通过均一性试验方法2-2得到的偏差(4)的平均值优选为0~10%。

(均一性试验方法2-1)

1.将包含碳纤维增强树脂基材(a)和玻璃纤维增强树脂基材(b)的层叠基材相对于平面方向垂直地切断,对其截面进行拍照。

2.从得到的截面照片,提取3处与碳纤维增强树脂基材(a)和玻璃纤维增强树脂基材(b)的基准面邻接的玻璃纤维增强树脂基材(b)侧的、相当于1.0mm×1.0mm的部分2。

3.分别求出部分2中玻璃纤维所占的面积比例(%),算出3处的平均值(%)。

4.求出前述平均值(%)与各部分2中玻璃纤维所占的面积比例(%)之差,作为偏差(3)。

上述均一性试验方法2-1中,可以通过实施下述1.~5.来进行。

1.将包含碳纤维增强树脂基材(a)和玻璃纤维增强树脂基材(b)的层叠基材相对于平面方向垂直地切断,对其截面进行拍照。截面的拍照可以与均一性试验方法1-1同样地进行。

2.从得到的截面照片,提取3处与碳纤维增强树脂基材(a)和玻璃纤维增强树脂基材(b)的基准面邻接的玻璃纤维增强树脂基材(b)侧的、相当于1.0mm×1.0mm的部分2(图6)。

3.分别算出部分2中玻璃纤维所占的面积比例(%)。前述计算可以与均一性试验方法1-1同样地进行。

4.算出部分2的3处玻璃纤维所占面积比例的平均值(%)。

5.求出前述平均值(%)与各部分2的玻璃纤维所占的面积比例(%)之差,作为标准偏差(3)。

(均一性试验方法2-2)

1.将包含碳纤维增强树脂基材(a)和玻璃纤维增强树脂基材(b)的层叠基材相对于平面方向垂直地切断,对其截面进行拍照。

2.从得到的截面照片,提取与碳纤维增强树脂基材(a)和玻璃纤维增强树脂基材(b)的基准面邻接的玻璃纤维增强树脂基材(b)侧的、相当于1.0mm×1.0mm的部分2。

3.将部分2均匀地9等分,算出分割成的各块中玻璃纤维所占的面积比例(%)。

4.根据各块中玻璃纤维所占的面积比例(%),算出前述9等分的块的玻璃纤维所占面积比例的平均值(%)。

5.求出前述平均值(%)与各块的玻璃纤维所占的面积比例(%)之差,作为偏差(4)。

上述均一性试验方法2-2中,可以通过实施下述1.~5.来进行。

1.将包含碳纤维增强树脂基材(a)和玻璃纤维增强树脂基材(b)的层叠基材相对于平面方向垂直地切断,对其截面进行拍照。截面的拍照可以与均一性试验方法1同样地进行。

2.从得到的截面照片,提取与碳纤维增强树脂基材(a)和玻璃纤维增强树脂基材(b)的基准面邻接的玻璃纤维增强树脂基材(b)侧的、相当于1.0mm×1.0mm的部分2。

3.将部分2均匀地9等分(图7),算出分割成的各块中玻璃纤维所占的面积比例(%)。前述计算可以与均一性试验方法1-1同样地进行。

4.根据各块中玻璃纤维所占的面积比例(%),算出前述9等分的块的玻璃纤维所占面积比例的平均值(%)。

5.求出前述平均值(%)与各块的玻璃纤维所占的面积比例(%)之差,作为标准偏差(4)。

其中,本发明中,“碳纤维增强树脂基材(a)与玻璃纤维增强树脂基材(b)之间的邻接面是粘接的”表示碳纤维增强树脂基材(a)与玻璃纤维增强树脂基材(b)之间的整个邻接面是粘接的。如果未粘接的邻接面的面积比例为整个邻接面的20%以下,则也可以具有未粘接的邻接面。

此外,本发明中,“碳纤维增强树脂基材(a)与玻璃纤维增强树脂基材(b)的基准面”是,从位于距离碳纤维增强树脂基材(a)层的表面最远的位置的热塑性树脂纤维的位置水平引出的线(a线),从距离碳纤维增强树脂基材(a)层的表面最近的位置的玻璃纤维的位置水平引出的线(b线),以位于这两条线的中间位置的水平线为基准面。

例如,如图8a~8c那样,在层叠基材的截面中,引出a线和b线,在a线和b线中间引出水平线,以此为基准面。

“相当于碳纤维增强树脂基材(a)厚度的50%见方的部分”的意思是,由一条边的长度为碳纤维增强树脂基材(a)厚度的50%的正方形所围成的区域。

“与基准面邻接的部分”的意思是,由一条边与基准面重合的正方形所围成的区域。

本发明的层叠基材中,通过下述界面高低差测定试验得到的界面高低差优选为2.0×10-3~1.5mm。若前述外表面高低差过小则层叠界面的粘接性降低,剥离性增加,无法发挥三明治结构体的机械性能。此外,若过高则无法获得均等的性能,有时会引起局部的应力集中导致的强度降低。更优选为0.01mm以上、1.0mm以下。

(界面高低差测定试验)

1.将包含碳纤维增强树脂基材(a)和玻璃纤维增强树脂基材(b)的层叠基材相对于平面方向垂直地切断。

2.在距离切断的层叠基材横方向(截面)的中心左右25mm的范围内,测定从碳纤维增强树脂基材(a)的外表面、至距离碳纤维增强树脂基材(a)的外表面最近的界面部分以及最远的界面部分的距离。

3.求出得到的测定值之差,作为界面高低差(图9)。

上述界面高低差测定试验中,可以通过实施下述1.~3.来进行。

1.将包含碳纤维增强树脂基材(a)和玻璃纤维增强树脂基材(b)的层叠基材相对于平面方向垂直地切断,对其截面进行拍照。关于切断,例如可以使用精密切割机(池上精机ispp-1000)。截面的拍照例如可以使用sem(日本电子jsm-5600)在反射电子、加速电压15kv、倍率30倍的条件下拍照。

2.从得到的截面照片,在距离层叠基材横方向(截面)的中心左右25mm的范围内(即50mm的范围内),测定从碳纤维增强树脂基材(a)的外表面至最近的界面部分的距离(l1)、以及从碳纤维增强树脂基材(a)的外表面至最远的界面部分的距离(l2)(图9)。

3.将得到的测定值之差(l)作为界面高低差。

<碳纤维增强树脂基材(a)的制造方法>

本发明的碳纤维增强树脂基材(a)的制造方法没有特别限定,例如有下述方法:在由热塑性树脂纤维形成的棉花状或进行卷曲后的状态的材料中,将使碳纤维以一定长度对齐并切断而得的材料混合,在这种状态下投入切割机,解纤混合,得到网后,以交叉层方式使网重叠,通过针刺使其交织的方法等。

此外,作为得到上述网的方法,还有事先用解纤机进行解纤后再投入切割机的方法。

<玻璃纤维增强树脂基材(b)的制造方法>

对由连续涡旋状玻璃纤维原丝和/或短切玻璃纤维原丝构成的玻璃纤维层(c)的多个层与存在于前述多个玻璃纤维层(c)之间的热塑性树脂纤维无纺布层(d)的层叠体,从上下两面进行针刺处理,制作玻璃纤维复合垫。进一步,玻璃纤维增强树脂基材是,用挤出机使不是来自前述垫中的无纺布层(d)的热塑性树脂纤维(e)形成片状,同时将前述垫层叠于挤出的热塑性树脂片的两面,用加热加压装置辊加热并加压。构成无纺布层(d)的热塑性树脂纤维完全熔融、冷却固化,从而制作片状玻璃纤维增强树脂基材。

<层叠基材的制造方法>

本发明的层叠基材可以通过将前述碳纤维增强树脂基材(a)和玻璃纤维增强树脂基材(b)加热加压来制造。以预先在熔点+30℃加热的玻璃纤维增强树脂基材(b)为芯材,在其外层配置会成为碳纤维增强树脂基材(a)的碳纤维增强树脂基材(a),用能够加压加热的加压机在以下条件下加热并加压。然后冷却固化,得到层叠基材。

加热温度优选为熔点-50℃以上,更优选为熔点-20℃以上;优选为熔点+100℃以下,更优选为熔点+30℃以下。具体地,优选为熔点-50℃~熔点+100℃,更优选为熔点-20℃~熔点+50℃。更具体地,优选为120~250℃,更优选为150~230℃。若加热温度过低则碳纤维增强树脂基材(a)内的树脂含浸性降低,增强效果降低;此外若过高则发生树脂劣化,无法获得本来的性能。

若施加压力过低则可成型性降低,若过高则发生模具的损坏,因此优选为1mpa以上,更优选为3mpa以上;优选为15mpa以下,更优选为10mpa以下。具体地,优选为1~15mpa,更优选为1~15mpa,进一步优选为3~10mpa。

作为加热加压的装置,可列举具有加热、冷却功能的加压机等。

实施例

以下通过实施例具体地对本发明进行说明,但本发明不限于此。

<碳纤维增强树脂基材(a)在构成热塑性树脂纤维的树脂的熔点+20℃时的md方向和td方向最大负载点的伸长率的测定>

本发明中的“最大负载点的伸长率”通过基于iso9073-3的方法测定。从碳纤维增强树脂基材(a)取得宽度32.5mm、全长230mm的试验片,使用万能材料试验机(英斯特朗公司制,5982型),测定试验片断裂前最大负载时的伸长率。该伸长率是指最大负载时试验片的伸长(=(最大负载时的长度)-(握把间隔))相对于握把间隔的百分率。用n=4的试验片进行该伸长率的测定,将这些伸长率算术平均,以之作为最大负载点的伸长率。其中,测定在握把间隔130mm、拉伸试验速度65mm/min的条件下进行。本发明中的“md方向”是不产生不足时的流动方向,“td方向”是与“md方向”垂直的方向。

<碳纤维增强树脂基材(a)在构成热塑性树脂纤维的树脂的熔点+20℃时的拉伸应力的测定>

本发明中的“拉伸应力”通过基于iso9073-3的方法测定。从碳纤维增强树脂基材(a)取得宽度32.5mm、全长230mm的试验片,使用万能材料试验机(英斯特朗公司制,5982型),测定试验片断裂前的最大负载。用n=4的试验片进行该最大负载的测定,将这些最大负载算术平均,作为拉伸应力。其中,测定在握把间隔130mm、拉伸试验速度65mm/min的条件下进行。

<面积增加率的测定>

基于面积增加率评价试验,面积增加率δ通过以下的方法算出。

将前述玻璃纤维增强树脂基材(b)和前述碳纤维增强树脂基材(a)切出12cm×12cm。

将切出的玻璃纤维增强树脂基材(b)在215℃预热13分钟,接下来,将切出的碳纤维增强树脂基材(a)按照玻璃纤维增强树脂基材(b)和碳纤维增强树脂基材(a)在平面观察时一致的方式进行层叠。

将得到的层叠体以玻璃纤维增强树脂基材(b)为下表面的方式置于设有20cm×20cm的金属框架的加压机中央,在碳纤维增强树脂基材(a)的树脂的熔点+20℃、5mpa的条件下加压10分钟。

测定加压后的碳纤维增强树脂基材(a)的面积(即碳纤维增强树脂基材(a)的面积)作为试样(α)面积。

通过下述式算出碳纤维增强树脂基材(a)的面积增加率δ。

δ={(试样(α)面积-试样(β)面积)/试验片的面积}×100

上述式中,将加压后的碳纤维增强树脂基材(a)的面积(即碳纤维增强树脂基材(a)的面积)作为试样(α)面积,而试样(β)面积为试验片加压前的面积,具体地,为144cm2。此外,具体地,试验片的面积也为144cm2

前述面积由使用imagej装置实施了二值化处理的图像算出。此时的条件是,辉度类型:8bit,阈值:pixe150~250,面积:无穷大,圆度:0.0~1.0。

<理论弯曲弹性模量保持率的测定>

理论弯曲弹性模量保持率δe通过以下的方法算出。

δe=(e‘-e“)/e’

e‘=(1-α^3)×ef+α^3×ec

这里,e‘的意思是理论弹性模量,e“的意思是实测弹性模量,α的意思是层叠基材的厚度比率(=玻璃纤维增强树脂基材厚度/碳纤维增强树脂基材厚度),ef的意思是碳纤维增强树脂基材(a)的弹性模量,ec的意思是玻璃纤维增强树脂基材(b)的弹性模量。

<形状可成型性的评价>

形状可成型性评价中使用的试验片是,使用与层叠基材的制造方法同样的成型方法,对碳纤维增强树脂基材(a)和玻璃纤维增强树脂基材(b)加热加压,从而制作评价片。具体地,以预先在熔点+30℃加热的玻璃纤维增强树脂基材(b)为芯材,在其外层配置会成为碳纤维增强树脂基材(a)的碳纤维增强树脂基材(a),用能够加压加热的加压机加热并加压。然后冷却固化,得到层叠基材。此时,关于模具,使用图10的模具进行评价。

作为评价方法,通过以下那样的外观评价进行。成型后的碳纤维增强树脂基材(a)中产生了破裂、龟裂、断裂的情况下,将形状可成型性判断为不良。

<弯曲评价>

基于iso14125,制作弯曲试验用试验片(宽度15mm,厚度3mm,长度80mm),使用3点弯曲试验夹具(压头半径5mm),设定支点间距60mm,以试验速度2mm/分钟的试验条件测定弯曲弹性模量。作为试验机,使用万能拉伸压缩试验机50knmodel2050(intesco公司制)。

<压缩评价>

基于iso14126,制作压缩试验用试验片(宽度15mm,厚度3mm,长度80mm),使用压缩夹具,将耳(tab)间长度设为10mm,以试验速度1mm/分钟的试验条件实施压缩评价。作为试验机,使用万能拉伸压缩试验机50knmodel2050(intesco公司制)。

<短梁评价>

基于iso14130,制作短梁用试验片(宽度20mm,厚度4mm,长度40mm),使用3点弯曲试验夹具(压头半径5mm),设定支点间距8mm,以试验速度1mm/分钟的试验条件实施短梁试验。试验机使用万能拉伸压缩试验机50knmodel2050(intesco公司制)。

〔实施例1〕

[碳纤维增强树脂基材(a)的制造]

将未拉伸聚丙烯纤维切成平均纤维长度45mm,将pan系碳纤维(15k、平均纤维直径7μm)切成平均纤维长度60mm,将它们以按质量比为40:60的方式配合。将得到的配合物投入切割机,解纤混合,得到网后,以交叉层方式使网重叠,通过针刺使其交织,制造碳纤维增强树脂基材(a)(md拉伸伸长率:97%,td拉伸伸长率:61%,md拉伸应力:0.023mpa,td拉伸应力:0.054mpa)。

[玻璃纤维增强树脂基材(b)的制造]

使用跨骏塑料复合材料日本制玻璃纤维复合材料gmt(产品编号:p4038-bk31,vf20%,平均纤维直径13μm,平均纤维长度40mm以上)作为玻璃纤维增强树脂基材(b)。

[层叠基材和成型体的同时制造]

将上述玻璃纤维增强树脂基材(b)在设定温度设为215℃的温风循环式烘箱内加热13分钟,以之为芯材,在其表面和背面重合配置上述碳纤维增强树脂基材(a),迅速置于预先加热至160℃的模具中,在5mpa的压力下保持5分钟,冷却至80℃以下,得到由碳纤维增强树脂基材(a)和玻璃纤维增强树脂基材(b)之间的邻接面粘接的层叠基材构成的成型体。

〔实施例2〕

将碳纤维的混合比例设为70质量%,得到通过针刺使其交织的、每平方米克重600g/m2的碳纤维增强树脂基材(a),除了使用该基材以外,与实施例1同样地操作,得到层叠基材。

〔实施例3〕

将碳纤维的混合比例设为80质量%,得到通过针刺使其交织的、每平方米克重600g/m2的碳纤维增强树脂基材(a),除了使用该基材以外,与实施例1同样地操作,得到层叠基材。

〔实施例4〕

将上述作为玻璃纤维增强树脂基材(b)的gmt(与实施例1中使用的gmt同样的gmt)在设定温度设为215℃的温风循环式烘箱内加热13分钟,以之为芯材,在其表面和背面重合配置上述碳纤维增强树脂基材(a)(实施例1中使用的碳纤维增强树脂基材(a)),迅速置于预先加热至160℃的模具中,在5mpa的压力下保持5分钟,冷却至80℃以下,得到由碳纤维增强树脂基材(a)和玻璃纤维增强树脂基材(b)之间的邻接面粘接的层叠基材构成的成型体。

关于该成型体,通过均一性试验方法1-1得到的偏差(1)的平均值为0.075%,通过均一性试验方法1-2得到的偏差(2)的平均值为5.0%,进一步,通过均一性试验方法2-1得到的偏差(3)的平均值为4.3%,通过均一性试验方法2-2得到的偏差(4)的平均值为10.8%。

〔实施例5〕

将上述作为玻璃纤维增强树脂基材(b)的gmt(与实施例1中使用的gmt同样的gmt)在设定温度设为215℃的温风循环式烘箱内加热13分钟,以之为芯材,在其表面和背面重合配置上述碳纤维增强树脂基材(a)(实施例2中使用的碳纤维增强树脂基材(a)),迅速置于预先加热至160℃的模具中,在5mpa的压力下保持5分钟,冷却至80℃以下,得到由碳纤维增强树脂基材(a)和玻璃纤维增强树脂基材(b)之间的邻接面粘接的层叠基材构成的成型体。

关于该成型体,通过均一性试验方法1-1得到的偏差(1)的平均值为0.075%,通过均一性试验方法1-2得到的偏差(2)的平均值为3.6%,进一步通过均一性试验方法2-1得到的偏差(3)的平均值为4.7%,通过均一性试验方法2-2得到的偏差(4)的平均值为5.92%。

〔实施例6〕

将上述作为玻璃纤维增强树脂基材(b)的gmt(与实施例1中使用的gmt同样的gmt)在设定温度设为215℃的温风循环式烘箱内加热13分钟,以之为芯材,在其表面和背面重合配置上述碳纤维增强树脂基材(a)(实施例1中使用的同样的碳纤维增强树脂基材(a)),迅速置于预先加热至160℃的模具中,在5mpa的压力下保持5分钟,冷却至80℃以下,得到由碳纤维增强树脂基材(a)和玻璃纤维增强树脂基材(b)之间的邻接面粘接的层叠基材构成的成型体。

关于该成型体,通过均一性试验方法1-1得到的偏差(1)的平均值为2.9%,通过均一性试验方法1-2得到的偏差(2)的平均值为8.9%,进一步通过均一性试验方法2-1得到的偏差(3)的平均值为0.58%,通过均一性试验方法2-2得到的偏差(4)的平均值为3.5%。

〔实施例7〕

将上述作为玻璃纤维增强树脂基材(b)的gmt(与实施例1中使用的gmt同样的gmt,质量%为64质量%)在设定温度设为215℃的温风循环式烘箱内加热13分钟,以之为芯材,在其表面和背面重合配置上述碳纤维增强树脂基材(a)(实施例1中使用的同样的碳纤维增强树脂基材(a)),迅速置于预先加热至160℃的模具中,在5mpa的压力下保持5分钟,冷却至80℃以下,得到由碳纤维增强树脂基材(a)和玻璃纤维增强树脂基材(b)之间的邻接面粘接的层叠基材构成的成型体。

关于该成型体,通过均一性试验方法1-1得到的偏差(1)的平均值为0.95%,通过均一性试验方法1-2得到的偏差(2)的平均值为1.8%,进一步,通过均一性试验方法2-1得到的偏差(3)的平均值为6.7%,通过均一性试验方法2-2得到的偏差(4)的平均值为12.19%。

〔比较例1〕

配置在预先设定为215℃的温风循环式烘箱中加热了13分钟的gmt(与实施例1中使用的gmt同样的gmt),接下来在其上配置ud材(三菱丽阳公司制(产品编号:tr50s15l,cf51质量%,15k,平均纤维直径:7μm,每平方米克重145g/m2)),立即以5mpa的压力保持5分钟后,使模具冷却至80℃以下,得到层叠基材。

〔比较例2〕

使用ud狭缝材(三菱丽阳公司制tr50s15l,产品编号:cf51%,每平方米克重145g/m2)代替ud材,除此以外,与比较例1同样地操作,得到层叠基材。

〔比较例3〕

使用与比较例1同样的ud材、gmt,得到层叠基材。

该层叠基材中,通过均一性试验方法1-1得到的偏差(1)的平均值为1.2%,通过均一性试验方法1-2得到的偏差(2)的平均值为28.3%,进一步通过均一性试验方法2-1得到的偏差(3)的平均值为0.22%,通过均一性试验方法2-2得到的偏差(4)的平均值为11.3%。

[表1]

表1中,“-*”的意思是,md方向最大负载点的伸长率低,因此未测定td方向最大负载点的伸长率。

产业可利用性

本发明的层叠基材具有成型时的优异流动性,因而能够简便地制造复杂立体形状的成型体,且能够通过将2种以上的纤维树脂复合材料层叠而有效地赋予机械特性、增强效果,因此产业价值高。

符号说明

10:层叠基材;1:部分1;2:部分2;(a):碳纤维增强树脂基材(a);(b):玻璃纤维增强树脂基材(b);(a):试样(α)面积;(b):试样(β)面积。

当前第1页1 2 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1