成型用材料,由该成型用材料获得的成形制品以及该成形制品的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种具有优异的物理性质和外观的碳纤维增强的热塑性聚酰胺的成形制品；不会导致制造成本上升的制造该成形制品的简单方法；以及使该制造方法能够实现的成型用材料。一种成型用材料，包含：易浸渍的碳纤维束，该易浸渍的碳纤维束包含碳纤维和以100质量份碳纤维计3至15质量份的量的至少一种浸渍助剂，该至少一种浸渍助剂满足特定条件，其中，50至2,000份的量的热塑性聚酰胺粘附到该易浸渍的碳纤维束。
【专利说明】成型用材料，由该成型用材料获得的成形制品以及该成形 制品的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种其中热塑性聚酰胺粘附至易浸渍的碳纤维束的成型用材料，一种 由该成型用材料获得的机械性质优异的成形制品，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是利 用碳纤维来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渍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 不充分浸渍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渍处理是必 需的。在如此的高压长时间的浸渍处理中，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渍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 渍的方法（专利文献1);先以低分子量的熔融树脂浸渍碳纤维束，然后再以高分子量的热 塑性树脂浸渍该碳纤维束的方法（专利文献2);以及在熔融树脂浴中对碳纤维进行开纤并 以该熔融树脂浸渍碳纤维的方法（专利文献3)等。此外，专利文献4描述了促进将热塑性 树脂浸渍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渍增强纤维束，必须 在特殊条件下执行单独的浸渍步骤。因此，传统方法仍然不能以促进CFRTP制品在各种应 用中增加使用的低成本提供具有优异的性能和外观的CFRTP制品（成形制品），并且无法充 分地满足每个领域对CFRTP的期望。尤其是，对于将热塑性聚酰胺（以下有时简称为"PA"） 用作热塑性树脂的CFRTP，期望其能够应用于诸如汽车部件的各种功能性部件，并且渴望上 述问题的及时的解决方案。
[0006] 引用列表
[0007] 专利文献
[0008] 专利文献IJP-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具有优异的性能和优异的外观的热塑性聚酰胺的碳纤 维增强成形制品，一种不会引起制造成本上升的以简单步骤制造该成形制品的方法，以及 一种使该制造方法能够实现的成型用材料。
[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"易浸渍的碳纤维束"）非常容易以塑炼的热塑性聚酰胺进行浸渍。 此外，本发明人发现了以下令人惊讶的现象：当将热塑性聚酰胺粘附到易浸渍的碳纤维束 以获得成型用材料并且使该成型用材料在热塑性聚酰胺的塑炼温度条件下存在于成型模 具内时，在分散该碳纤维束的同时该热塑性聚酰胺浸渍到易浸渍的碳纤维束中并且于模具 内铺展。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 浸渍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,包含：
[0017] 易浸渍的碳纤维束，该易浸渍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渍助剂，该至少一种浸渍助剂满足以下条件1至3 ;以 及
[0018] 热塑性聚酰胺，以100质量份所述碳纤维计，该热塑性聚酰胺的量为50至2000质 量份，并且该热塑性聚酰胺粘附到所述易浸渍的碳纤维束：
[0019] 条件I :280°C下的液体粘度为IOPa·S以下；
[0020]条件2:玻璃化转变温度降低率（ATg)大于0.2(°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质量份的所述热塑性聚酰 胺计1质量份至100质量份的量的所述浸渍助剂而获得的树脂组合物的玻璃化转变温度 Tg1CC)、所述热塑性聚酰胺的玻璃化转变温度TgtlCC)以及所述浸渍助剂的含量:
[0021] 玻璃化转变温度降低率（ATg)(°C/%) = ((TgtlCC))-(Tg1CC)v(浸渍助剂的 含量（％)) ㈧
[0022] 其中，所述所述浸渍助剂的含量（％)由下式（B)定义：
[0023] 浸渍助剂的含量（％)=100X(浸渍助剂的量（质量份）V(热塑性聚酰胺的量 (质量份））（B);以及
[0024] 条件3 :常压下的沸点为340°C以上且在氮气气氛中300°C下的加热减量为2% / 分钟以下。
[0025] [2]根据[1]所述的成型用材料，其中，所述浸渍助剂为对羟基苯甲酸烃基酯，并 且所述烃基酯中的烃基具有14个以上的碳原子。
[0026] [3]根据[2]所述的成型用材料，其中，所述为对羟基苯甲酸烃基酯由式⑴表 示：
[0027]
【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W 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W下条件1至3 ; W及 热塑性聚醜胺，W 100质量份所述碳纤维计，该热塑性聚醜胺的量为50至2000质量 份，并且该热塑性聚醜胺粘附到所述易浸溃的碳纤维束： 条件1 ;28(TC下的液体粘度为10化.S W下； 条件2 ;玻璃化转变温度降低率（A Tg)大于0. 2 CC /% )，该玻璃化转变温度降低率 (A Tg)由下式（A)定义，该式（A)包括通过加入W 100质量份的所述热塑性聚醜胺计1质 量份至100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Tgi CC )、 所述热塑性聚醜胺的玻璃化转变温度Tg"rC ) W及所述浸溃助剂的含量（％ ): 玻璃化转变温度降低率（ATg)^c/%) = ((Tg。^c))-(Tgl^c))パ浸溃助剂的含量 (%)) (A) 其中，所述所述浸溃助剂的含量（％)由下式炬）定义： 浸溃助剂的含量（％) = 100X(浸溃助剂的量（质量份））/(热塑性聚醜胺的量（质 量份））做拟及 条件3 ;常压下的沸点为34(TCW上且在氮气气氛中30(TC下的加热减量为2% /分钟 W下。
2. 根据权利要求1所述的成型用材料， 其中，所述浸溃助剂为对轻基苯甲酸姪基醋，并且 所述姪基醋中的姪基具有14个W上的碳原子。
3. 根据权利要求2所述的成型用材料， 其中，所述对轻基苯甲酸姪基醋由式（1)表示：
其中，n为4至7的整数，并且 j为6至9的整数。
4. 根据权利要求1所述的成型用材料， 其中，所述热塑性聚醜胺的烙点为250至30(TC。
5. 根据权利要求1至4任意一项所述的成型用材料， 所述成型用材料具有芯-銷结构，在该芯-銷结构中，所述易浸溃的碳纤维束为芯组 分，并且所述热塑性聚醜胺为銷组分。
6. 根据权利要求1至5任意一项所述的成型用材料， 其中，所述成型用材料的形式为粒料。
7. 根据权利要求6所述的成型用材料，
其中，所述粒料的纵向长度为3至10mm。
8. -种成形制品，该成形制品由根据权利要求1至7任意一项所述的成型用材料获得。
9. 根据权利要求8所述的成形制品， 其中，来自于所述易浸溃的碳纤维束的碳纤维W平均纤维长度为0. 3mm W上的状态分 散。
10. 根据权利要求8或9所述的成形制品， 其中，碳纤维含有率（质量％ )和通过根据ISO 527标准对4mm的哑铃测试片进行检 测而确定的所述成型用材料的拉伸强度具有满足下式（C)的关系： 碳纤维的含有率（质量％ ) X4+100 <拉伸强度（MPa) (C)。
11. 一种用于制造根据权利要求8至10任意一项所述的成形制品的方法，该方法包 括： 在所述热塑性聚醜胺的塑炼温度W上的条件下将所述成型用材料放置在模具中、W将 所述热塑性聚醜胺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同时对所述成型用材料进行 成型；W及然后 冷却成型的材料。
【文档编号】C08L77/00GK104428351SQ201380035938
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年7月1日 优先权日:2012年7月5日
【发明者】松田猛, 横沟穂高, 古川一光 申请人:帝人株式会社