夹层结构体、使用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:9731232阅读:来源:国知局
用树脂成分填塞。
[0084] 芯材的前体可如下制造,即,将热塑性树脂的膜、无纺布含浸在所述不连续增强纤 维垫片中。含浸热塑性树脂的膜、无纺布时的压力最好优选为〇.5MPa以上且30MPa以下,更 优选为IMPa以上且5MPa以下。若压力小于0.5MPa,则存在热塑性树脂未含浸在不连续增强 纤维垫片中的情况,另外,若大于30MPa,则难以调整芯材的前体的厚度。含浸热塑性树脂的 膜、无纺布时的温度优选为热塑性树脂的熔点或玻璃化温度以上的温度,更优选熔点或玻 璃化温度+l〇°C的温度以上,进一步优选熔点或玻璃化温度+20°C的温度以上。需要说明的 是,在含浸热塑性树脂的膜、无纺布时的温度与热塑性树脂的熔点或玻璃化温度相比温度 过高的情况下,有时会发生热塑性树脂的分解、劣化,因此,优选热塑性树脂的熔点或玻璃 化温度+150°C的温度以下。
[0085] 在上述条件下,作为用于实现使热塑性树脂的膜、无纺布含浸在不连续增强纤维 垫片中的方法的设备,可以适当地使用压缩成型机、双带式压力机。压缩成型机为分批式, 通过制成将加热用和冷却用的2台以上的机器并列而成的间歇式加压系统,能实现生产率 的提高。双带式压力机为连续式,由于可以容易地进行连续加工,所以连续生产率优异。
[0086] 本发明的夹层结构体的厚度优选为0.4mm以上且2mm以下,更优选为0.4mm以上且 Imm以下。通过使夹层结构体的厚度成为薄壁,也有轻质化的效果,但比0.4_薄的夹层结构 体有时刚性差。
[0087] 本发明的夹层结构体可通过包括以下工序[1]~[3]的方法适当地制造。
[0088] 工序[1]:在已加热至热塑性树脂熔融或软化的温度的状态下赋予压力,使热塑性 树脂含浸在用于芯材的增强纤维中,从而形成芯材的前体的工序;
[0089] 工序[2]:由连续的增强纤维和基体树脂进行皮材的成型的工序;
[0090] 工序[3]:在已加热的状态下调整芯材的前体的厚度以使芯材的前体按照规定的 膨胀倍率膨胀,从而形成芯材的工序。
[0091] 工序[1]是制作芯材的前体的工序,在已加热至热塑性树脂熔融或软化的温度、即 热塑性树脂的熔点或软化点以上的温度的状态下,对热塑性树脂和增强纤维赋予〇. 5MPa以 上且30MPa以下的压力,由此将热塑性树脂含浸在不连续的增强纤维中,制作芯材的前体。 之后,根据需要,冷却至低于热塑性树脂的熔点或软化点,在热塑性树脂未熔融也未软化的 状态下赋予〇.5MPa以上且30MPa以下的压力,制作芯材的前体。
[0092] 工序[2 ]是制作皮材的工序,例如,通过对在连续的增强纤维中含浸有基体树脂的 预浸料坯赋予〇. 3MPa以上且30MPa以下的压力来制作皮材。
[0093]工序[3]是使芯材的前体膨胀从而形成具有空隙的芯材的工序,在已加热的状态 下调整芯材的前体的厚度以使芯材的前体按照规定的膨胀倍率膨胀,从而制作芯材。此时, 因加热而导致热塑性树脂对不连续的增强纤维的结合力减弱,因此,增强纤维的残留应力 被解放,通过想要恢复到原始状态的回弹(spring back)而进行膨胀。通过进行膨胀,不仅 在芯材中形成空隙,通常还形成簇。
[0094]工序[3]中的膨胀倍率优选为1.1倍以上且8倍以下,更优选为1.5倍以上且4倍以 下。所述膨胀倍率小于1.1倍时,夹层结构体的轻质效果容易变小,大于8倍时,夹层结构体 的刚性容易变低。
[0095]进而,通过将本发明的夹层结构体与其他部件一体化从而制成一体化成型品,由 此能够有效利用其轻质化、刚性,故而优选。这种情况下,通过将由夹层结构体形成的第一 部件接合于由其他成型体形成的第二部件,能够得到一体化成型品。
[0096] 所述一体化的第二部件没有特别限制,例如可举出用具有连续性的增强纤维增强 了的单向(UD)预浸料坯、织物预浸料坯、用不连续的增强纤维增强了的玻璃垫片增强热塑 性塑料(GMT)、片状模塑料(sheet molding compound,SMC)、长纤维增强预浸料还等经纤维 增强过的成型基材,或者树脂片材、发泡体等非纤维增强成型基材。其中,从得到的成型体 的力学特性的观点考虑,优选经纤维增强过的成型基材,从提高成型体的增强效果的观点 考虑,可优选使用连续纤维增强预浸料坯,在成型体具有复杂形状时,可以优选使用赋型性 优异的不连续纤维增强预浸料坯。
[0097] 作为使第一部件和第二部件接合的手段,没有特别限定,例如有下述方法:(i )分 别将第一部件和第二部件预成型,将两者接合的方法,(ii)将第一部件预成型,在将第二部 件成型的同时将两者接合的方法。作为上述(i)的具体例,有下述方法:利用加压成型制作 第一部件,利用加压成型或注塑成型制作第二部件,对于所制作的各个部件,通过热板熔 接、振动熔接、超声波熔接、激光熔接、电阻熔接、感应加热熔接等已知的熔接手段进行接 合。另一方面,作为上述(ii)的具体例,有下述方法:利用加压成型制作第一部件,然后将其 嵌入注塑成型模具中,向模具中注射用于形成第二部件的材料,将第二部件成型,同时,利 用处于熔融或软化状态的材料的热量使第一部件的被粘面熔融或软化从而接合于第一部 件。另外,作为上述(ii)的另一个具体例,有下述方法:利用加压成型制作第一部件,然后将 其配置在加压成型模具内,在加压成型模具内配置用于形成第二部件的材料,进行加压成 型,由此以与上述相同的原理进行接合。从一体化成型品的量产性的观点考虑,优选采用 (ii)的方法,作为注塑成型,优选使用嵌件注塑成型、基体上注塑成型,另外,作为加压成 型,优选使用冲压(stamping)成型、加热及冷却(heat and cool)成型。
[0098] 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、传真机、微型光盘、手提式 MD、携带用收录机、PDA(电子记事本等移动信息终端)、摄像机、数码摄像机、光学仪器、音频 设备、空调、照明仪器、娱乐用品、玩具用品、其他家电产品等的壳体、托盘、底盘、内装构件、 或其箱体"等电气、电子设备构件,"支柱、面板、增强材料"等土木、建材用构件,"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、传动轴、车轮、齿轮箱等 悬挂构件、加速器、或转向构件","发动机罩(hood)、车顶、门、汽车挡泥板、后行李箱盖、侧 板、后围板、后围上盖板、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、或主体构件"、"减震器、减震器梁、分离带、下盖、发动 机罩(engine cover)、整流板、阻流板、车颈通风板、空气动力学套件等外装构件"、"仪表 板、座椅框架、门饰板、支柱装饰、手柄、各种组件等的内装构件"、或"电动机构件、CNG箱、汽 油箱、燃料栗、进气口、进气歧管、化油器主体、汽化器衬垫、各种配管、各种阀等燃料系、排 气系、或吸气系构件"等汽车、二轮车用结构构件,"其他、交流发电机终端、交流发电机连接 器、IC调节器、调光器用电位计底座(potentiometer bases)、发动机冷却水接合处、空调用 恒温器底座、暖气热风流量控制阀、散热器电动机用刷握、涡轮叶片、雨刮器电机相关构件、 分配器、起动器开关、起动继电器、风窗清洗器喷嘴、空调面板开关基板、燃料相关电磁阀用 线圈、蓄电池座盘、AT托架、前照灯支架、踏板护罩、防护装置、喇叭终端、步进马达转子、灯 座、灯光反射器、灯罩、制动活塞、防噪罩、备胎罩、螺线管、发动机滤油器、点火装置盒、防擦 板、仪表板(fascias)"等汽车、二轮车用构件,"起落架舱、小翼、阻流板、边缘部、方向舵、升 降舵、减振器、肋"等航空器用构件。从力学特性的观点考虑,优选用于汽车内部外部装饰、 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,尤其适合用于由复数个构件构成的组件部件。
[0099] 实施例
[0100]以下,利用实施例对本发明进行更具体地说明。实施例中使用的各种材料(连续的 增强纤维、基体树脂、不连续的增强纤维、热塑性树脂、发泡树脂芯材、注塑成型用树脂、 GMT)、及各种特性(芯材的弯曲弹性模量、芯材的体积比重、芯材的膨胀倍率、芯材中的簇的 最大长度的平均值、芯材中的不连续的增强纤维被热塑性树脂被覆的被覆率、芯材中的不 连续的增强纤维、热塑性树脂、空隙的体积含有率、芯材中的不连续的增强纤维向皮材的最 大贯穿距离、夹层结构体的刚性、夹层结构体的体积比重)的测定方法如下所示。在没有特 别说明的情况下,碳纤维的制作环境及各种特性的评价环境为温度25°C±2°C、相对湿度 50%的气氛。另外,本发明并不受这些实施例所限定。
[0101]〈连续的增强纤维〉
[0102] ?碳纤维A(对由99摩尔%的丙烯腈和1摩尔%的衣康酸形成的共聚物进行纺丝、 煅烧,得到总纤维数为12,000根、比重为1.8、线束拉伸强度为4.6GPa、线束拉伸弹性模量为 230GPa的碳纤维。接着,将浓度为0.05摩尔/升的硫酸水溶液作为电解质,以相对于每Ig碳 纤维为3库仑的电量对该碳纤维进行电解表面处理。然后对实施了上述电解表面处理的碳 纤维进行水洗,在150°C的温度的加热空气中进行干燥,得到作为原料的碳纤维。然后,将双 酸A型环氧树脂("jER"(注册商标)825(Japan Epoxy Resins Co.,Ltd.制))混合在丙酮中, 得到均匀溶解的约1质量%的丙酮溶液。使用该丙酮溶液,利用浸渍法涂布在经表面处理过 的碳纤维上,然后于210°C的温度进行180秒的热处理,得到上浆剂涂布碳纤维。上浆剂的附 着量以相对于100质量份的经表面处理过的碳纤维成为〇. 5质量份的方式进行调整。)。
[0103] ?碳纤维B(对由99摩尔%的丙烯腈和1摩尔%的衣康酸形成的共聚物进行纺丝、 煅烧,得到总纤维数为12,000根、比重为1.75、线束拉伸强度为4.4GPa、线束拉伸弹性模量 为380GPa的碳纤维。接着,将浓度为0.05摩尔/升的硫酸水溶液作为电解质,以相对于每Ig 碳纤维为110库仑的电量对该碳纤维进行电解表面处理。然后对实施了上述电解表面处理 的碳纤维进行水洗,在150°C的温度的加热空气中进行干燥,得到作为原料的碳纤维。然后, 将双酸A型环氧树脂("jER"(注册商标)825(Japan Epoxy Resins Co.,Ltd.制))混合在丙 酮中,得到均匀溶解的约1质量%的丙酮溶液。使用该丙酮溶液,利用浸渍法涂布在经表面 处理过的碳纤维上,然后于210°C的温度进行180秒的热处理,得到上浆剂涂布碳纤维。上浆 剂的附着量以相对于100质量份的经表面处理过的碳纤维成为0.5质量份的方式进行调 整。)。
[0104] ?碳纤维C(对由99摩尔%的丙烯腈和1摩尔%的衣康酸形成的共聚物进行纺丝、 煅烧,得到总纤维数为6,000根、比重为1.91、线束拉伸强度为4. lGPa、线束拉伸弹性模量为 540GPa的碳纤维。接着,将浓度为0.05摩尔/升的硫酸水溶液作为电解质,以相对于每Ig碳 纤维为5库仑的电量对该碳纤维进行电解表面处理。然后对实施了上述电解表面处理的碳 纤维进行水洗,在150°C的温度的加热空气中进行干燥,得到作为原料的碳纤维。然后,将双 酸A型环氧树脂("jER"(注册商标)825(Japan Epoxy Resins Co.,Ltd.制))混合在丙酮中, 得到均匀溶解的约1质量%的丙酮溶液。使用该丙酮溶液,利用浸渍法涂布在经表面处理过 的碳纤维上,然后于210°C的温度进行180秒的热处理,得到上浆剂涂布碳纤维。上浆剂的附 着量以相对于100质量份的经表面处理过的碳纤维成为〇. 5质量份的方式进行调整。)。
[0105] 〈基体树脂〉
[0106] ?环氧树脂A(使用35质量份的双酚F型环氧树脂("jER"(注册商标)4007P(Japan Epoxy Resins Co.,Ltd.制))、35质量份的三缩水甘
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