夹层层合体、夹层结构体和使用了该夹层结构体的一体化成型品及它们的制造方法_4

文档序号:9354071阅读:来源:国知局
材、 织物基材、缝合(stitch)基材等。此外,对于增强纤维的种类而言,只要在不损害本发明的 特性的范围内即可,也没有特别限制。作为加压成型法,有所谓的热压成型,即,预先将成型 模升温至第二部件的成型温度以上,在经加热的成型模内配置第一部件,合模并加压,接着 在维持该状态的同时将成型模冷却,从而得到成型品的方法。还有所谓的冲压成型、加热及 冷却(heatandcool)成型等,S卩,将加热至成型温度以上的第二部件和第一部件配置在保 持为低于它们的固化温度的成型模中,合模并加压,接着在维持该状态的同时冷却,得到一 体化成型品的方法。这些加压成型方法中,从加快成型周期、提高生产率的观点考虑,优选 冲压成型、加热及冷却成型。
[0093] 作为通过本发明的夹层结构体及由其形成的一体化成型品提供的安装部件的用 途,例如可以举出"电脑、显示器、OA设备、手机、移动信息终端、PDA(电子记事本等移动信 息终端)、摄像机、光学仪器、音频设备、空调、照明仪器、娱乐用品、玩具用品、其他家电产品 等的外壳、托盘、底盘、内部装饰部件、或其箱体"等电气、电子设备部件,"各种构件、各种 框、各种铰接部、各种臂、各种车轮、各种车轮用轴承、各种梁","发动机罩(hood)、车顶、门、 汽车挡泥板、后行李箱盖、侧板、后围板、车身前部、车身底部、各种支柱、各种构件、各种框、 各种梁、各种支架、各种轨道、各种铰接部等的外板、或主体部件"、"减震器、减震器梁、分离 带、下盖、发动机罩(enginecover)、整流板、阻流板、车颈通风板、空气动力学套件等外部装 饰部件"、"仪表板、座椅框架、门饰板、支柱装饰、手柄、各种组件等内部装饰部件"、或"电动 机部件、CNG箱、汽油箱"等汽车、二轮车用结构部件,"其他、蓄电池座盘、前照灯支架、踏板 护罩、防护装置、灯光反射器、灯罩、防噪罩、备胎罩"等汽车、二轮车用部件,"起落架舱、小 翼、阻流板、边缘部、方向舵、升降舵、减振器、肋"等航空器用部件。从力学特性的观点考虑, 优选用于汽车内外装饰、电气?电子设备壳体、自行车、体育用品用结构材料、航空器内部装 饰材料、运输用箱体。其中,特别适合用于由复数个部件构成的组件构件。
[0094] 实施例
[0095] 以下,通过实施例进一步详细说明本发明。
[0096] (1)热塑性树脂(A、B)的使用下限温度(TAUTBl)
[0097] 对含浸在夹层层合体中的热塑性树脂(A)及热塑性树脂(B)的熔点或软化点 如下进行评价。首先,对于热塑性树脂(A)及热塑性树脂(B)中的结晶性树脂,按照JIS K7121 (1987)规定的"塑料的转变温度测定方法"测定熔点。将用于制作夹层层合体的片 材或无纺布在炉内温度被控制为50°C的真空干燥机中干燥24小时以上,然后将其切割成 较细的状态,准备试样。对于该试样,使用差示扫描量热仪(NETZSCH公司制,DSC200F3 Maia),得到基于上述标准的恪点。
[0098] 另一方面,对于热塑性树脂(A)及热塑性树脂(B)中的非晶性树脂,按照JIS K7206 (1999)规定的"塑料一热塑性塑料一维卡软化温度(VST)试验"的A50法测定软化 点。将用于制作夹层层合体的片材或无纺布的原料、即树脂颗粒在炉内温度被控制为50°C 的真空干燥机中干燥24小时以上,然后使用双螺杆混炼机?注塑机(DSMXplore公司制, MicroCompounderl5,12ml注塑成型机)进行成型。从得到的成型片上切出厚3. 2mm、长及 宽分别为12. 5mm的矩形板,将其作为试样。针对该试样,使用热变形温度测定机((株)东 洋精机制作所制,S3 -FH),得到基于上述标准的软化点。
[0099] 重复上述操作3次,算出得到的温度的平均值,作为热塑性树脂(A)及热塑性树脂 (B)的熔点或软化点。此处,对于熔点而言,将得到的温度视为热塑性树脂(A、B)的使用下 限温度TA1、TBirc);对于软化点而言,将(软化点+KKTC)的温度视为热塑性树脂(A、 B)的使用下限温度TAUTBl(°C)。
[0100] ⑵热塑性树脂(A、B)的使用上限温度(TA2、TB2)
[0101] 根据JISK7120 (1987)规定的"塑料的热重测定方法",测定含浸在夹层层合体中 的热塑性树脂(A)及热塑性树脂(B)的开始减量温度。将制作夹层层合体时使用的片材或 无纺布在炉内温度被控制为50°C的真空干燥机中干燥24小时以上,然后将其切割成较细 的状态,准备试样。针对该试样,使用热重测定装置(Bruker公司制,TG-DTA2020SA), 取得基于上述标准得到的热减量曲线。将取得的热减量曲线中确认到从基线的重量减少 1%重量的温度作为本实施例中的开始减量温度。重复上述操作3次,算出得到的开始减 量温度的平均值,作为热塑性树脂(A)及热塑性树脂(B)的开始减量温度。然后,将从开 始减量温度中减去50°C所得的温度视为热塑性树脂(A、B)在实用上的使用上限温度TA2、 TB2(°C) 〇
[0102] (3)夹层层合体中的增强纤维的比例Vf
[0103] 测定夹层层合体的质量Ws,然后将该夹层层合体在空气中于500°C加热30分钟, 使热塑性树脂成分灰化,测定残留的增强纤维的质量Wf,通过下式算出。
[0104] ?Vf(体积 % ) =(Wf/pfVIWf/pf+(Ws-Wf) /Pr}X100
[0105] Pf:增强纤维的密度(g/cm3)
[0106] Pr:热塑性树脂的密度(g/cm3)。
[0107] (4)夹层层合体或夹层结构体的界面层中的凹凸形状(Ry、Rz)
[0108] 从夹层层合体或夹层结构体中切出宽25mm的小片,包埋在环氧树脂中,然后 以片材厚度方向的垂直截面成为观察面的方式进行研磨,制作试样。用激光显微镜 (KEYENCE(株)制,VK- 9510)将该试样放大200倍,针对随机选定的10处(彼此的视野 不重复)进行拍摄。从拍摄的图像中,通过树脂的对比确认热塑性树脂(A)和热塑性树脂 (B)形成的界面层。对比不明显时,通过图像处理使深浅明确。即使如此也难以确认的情况 下,由仅使含浸在夹层层合体或夹层结构体中的热塑性树脂中TAl及TBl的任一低温的热 塑性树脂熔融或软化而得的夹层层合体或夹层结构体制作试样,对该试样再次进行拍摄, 确认界面层。对于上述拍摄的10个视野,分别测定各个视野中的凹凸界面中凹陷最大的凹 部和突出最大的凸部之间的垂直落差dmax、凹陷最小的凹部和突出最小的凸部之间的垂直 落差dmin。将由所述各视野得到的10个dmax中最大的值作为界面层中的凹凸形状的最大 高度Ry(ym)。另外,由上述得到的dmax及dmin通过下式算出界面层中的凹凸形状的平均 粗糙度Rz。
[0109] ?Rz(ym) =X(dimax+dimin)/2n
[0110] dimax:各视野中的最大垂直落差(i= 1、2、? ? ? 10) (ym)
[0111] dimin:各视野中的最小垂直落差(i= 1、2、? ? ? 10) (ym)
[0112] n:测定视野数
[0113] (5)夹层层合体或夹层结构体中的增强纤维的面外角度0z
[0114] 从夹层层合体或夹层结构体中切出宽25mm的小片,包埋在环氧树脂中,然后 以片材厚度方向的垂直截面成为观察面的方式进行研磨,制作试样。用激光显微镜 (KEYENCE(株)制,VK- 9510)将上述试样放大400倍,进行纤维截面形状的观察。将观 察图像在通用图像解析软件上展开,利用软件中所编入的程序提取观察图像中可见的各个 纤维截面,设置与该纤维截面内接的椭圆,对纤维截面的形状进行拟合(以下,称作纤维椭 圆)。进而,对于用纤维椭圆的长轴长度a/短轴长度P所表示的纵横比为20以上的纤维 椭圆,求出X轴方向与纤维椭圆的长轴方向所成的角。针对从夹层层合体或夹层结构体的 不同部位提取出的观察试样,重复上述操作,由此测定共600根增强纤维的面外角度,求出 该平均值作为面外角度9z。
[0115] (6)夹层层合体中的界面层的接合状态
[0116] 针对夹层层合体,参考JISK6850 (1999)规定的"粘接剂一刚性被粘材料的拉伸 剪切粘接强度试验法",利用剪切负荷破坏界面层,观察其破坏情况,由此进行夹层层合体 中的皮形成层和芯形成层的接合状态评价。对于本试验中的试验片而言,切出实施例中得 到的夹层层合体而使用。试验片示于图5。试验片25为在长度1的不同位置插入有缺口 26 (其从试验片两表面到达皮形成层的厚度h且宽度为w)的形状,在距所述皮形成层的中 央为长度b(6. 25_)的位置形成有皮形成层和芯形成层的接合部。准备5片所述试验片, 利用万能试验机(Instron公司制,万能试验机4201型)在拉伸方向上进行负载,由此施加 剪切负荷,将试验片破坏。接着,目视观察破坏后的试验片的被破坏一侧的面,由此进行接 合部的接合状态评价。
[0117] 接合状态评价按照皮形成层与芯形成层的接合的良好程度的顺序进行如下分类。 在本评价中,将凝集破坏及芯形成层破坏的情形判断为皮形成层与芯形成层的接合状态良 好。
[0118] ?凝集破坏:在皮形成层和芯形成层的界面附近发生破坏,并且在皮形成层及芯形 成层中的任一表层上附着有构成另一层的成分的状态。
[0119] ?芯形成层破坏:仅芯形成层发生破坏的状态。
[0120] ?整体破坏:皮形成层和芯形成层一并发生破坏的状态。
[0121] ?界面层破坏:在皮形成层和芯形成层的界面附近发生破坏,并且在皮形成层及芯 形成层中的任一表层上未附着有构成另一层的成分而发生剥离状态。
[0122] (7)夹层结构体中的界面层的接合状态
[0123] 针对夹层结构体,与(6)夹层层合体中的界面层的接合状态同样地,对其破坏情 况进行观察,由此进行夹层结构体中的皮层和芯层的接合状态评价。
[0124] 接合状态评价按照皮层和芯层的接合的良好程度的顺序进行如下分类。在本评价 中,将芯层破坏的情形判断为皮层和芯层的接合状态良好。
[0125] ?芯层破坏:在芯层的中央附近发生破坏的状态。
[0126] ?皮层破坏:仅皮层发生破坏的状态。
[0127] ?整体破坏:皮层和芯层一并发生破坏的状态。
[0128] (8) -体化成型品中的接合部的剪切强度T2
[0129] 针对一体化成型品,参考JISK6850 (1999)规定的"粘接剂一刚性被粘材料的拉 伸剪切粘接强度试验法",进行一体化成型品中的接合部的剪切强度T2的评价。对于本试 验中的试验片而言,切出实施例中得到的一体化成型品的平面部分而使用。将试验片示于 图9。试验片37为在长度1的不同位置插入有缺口 38 (其从试验片各表面到达第一部件的 厚度hi且宽度为w)及缺口 39 (其从试验片各表面到达第二部件的厚度h2且宽度为w)的 形状,在距所述试验片的中央为长度b(6. 25_)的位置形成有第一部件和第二部件的接合 部。准备5片上述试验片,用万能试验机(Instron公司制,万能试验机4201型)进行拉伸 试验。将通过试验得到的所有数据(n= 5)的平均值作为一体化成型品中的接合部的剪切 强度T2 (MPa)。
[0130][增强纤维I]
[0131] 由以聚丙烯腈为主成分的聚合物进行纺丝、烧成处理,得到总长丝数为12000根 的连续碳纤维。进而,对该连续碳纤维进行电解表面处理,在120°C的加热空气中干燥,得到 增强纤维I。该碳纤维的特性如下所示。
[0132]密度:1.80g/cm3
[0133] 单纤维直径:7ym
[0134]拉伸强度:4.9GPa
[0135] 拉伸弹性模量:230GPa
[0136][PP片材]
[0137] 使用由90质量%未改性聚丙稀树脂(PrimePolymer(株)制,"PrimePolypro"(注 册商标)J707G)和10质量%酸改性聚丙烯树脂(三井化学(株)制,"ADMER"(注册商标) QB510)形成的母料,制作单位面积重量为lOOg/m2的片材。得到的片材的特性示于表1。
[0138] [PA6 片材]
[0139] 制作由聚酰胺6树脂(东丽(株)制"Amilan"(注册商标)CM1021T)形成的单位 面积重量为124g/m2的树脂片材。得到的片材的特性示于表1。
[0140] [PA66 片材]
[0141] 制作由尼龙66树脂(东丽(株)制"Amilan"(注册商标)CM3006)形成的单位面 积重量为126g/m2的树脂片材。得到的片材的特性示于表1。
[0142][PC片材]
[0143]制作由聚碳酸酯树脂(MitsubishiEngineering-Plastics(株)制"Iupilon"(注 册商标)H- 4000)形成的单位面积重量为132g/m2的树脂片材。得到的片材的特性示于 表1。
[0144][PPS片材]
[0145] 制作由聚苯硫醚树脂(东丽(株)制"Torelina"(注册商标)M2888)形成的单位 面积重量为67g/m2的树脂无纺布。得到的片材的特性示于表1。
[0146][PPE片材]
[0147] 制作由改性聚苯醚树脂(SABIC(株)制"N0RYL"(注册商标)PPX7110)形成的单 位面积重量为100gAi2的片材。得到的片材的特性示于表1。
[0148] [5mm垫片]
[0149] 将增强纤维I切割成5_长,得到短切增强纤维。将短切增强纤维投入开棉机,得 到几乎不存在最初粗细的增强纤维束的、棉状的增强纤维聚集体。将该增强纤维聚集体投 入具有直径为600_的锡林的梳棉装置,形成由增强纤维形成的片状网状物。此时的锡林 的转速为320rpm,道夫的速度为13m/分钟。将该网状物重叠,得到增强纤维垫片(5mm垫 片)。得到的增强纤维垫片的特性示于表2。
[0150] [3mm垫片]
[0151] 用筒形切割机(cartridgecutter)将增强纤维I切割成3mm,得到短切增强纤维。 制作40升由水和表面活性剂(NacalaiTesque(株)制、聚氧乙稀月桂基醚(商品名))形 成的浓度为〇. 1重量%的分散介质,将所述分散介质投入抄制装置。抄制装置包括具有带 旋翼的搅拌机的上部抄制槽(容量3
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