成型用材料,由該成型用材料獲得的成形制品以及該成形制品的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種具有優(yōu)異的物理性質(zhì)和外觀的碳纖維增強(qiáng)的熱塑性聚酰胺的成形制品；不會(huì)導(dǎo)致制造成本上升的制造該成形制品的簡(jiǎn)單方法；以及使該制造方法能夠?qū)崿F(xiàn)的成型用材料。一種成型用材料，包含：易浸漬的碳纖維束，該易浸漬的碳纖維束包含碳纖維和以100質(zhì)量份碳纖維計(jì)3至15質(zhì)量份的量的至少一種浸漬助劑，該至少一種浸漬助劑滿足特定條件，其中，50至2,000份的量的熱塑性聚酰胺粘附到該易浸漬的碳纖維束。
【專利說(shuō)明】成型用材料，由該成型用材料獲得的成形制品以及該成形 制品的制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種其中熱塑性聚酰胺粘附至易浸漬的碳纖維束的成型用材料，一種 由該成型用材料獲得的機(jī)械性質(zhì)優(yōu)異的成形制品，以及該成形制品的制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 已知的用于獲得具有高強(qiáng)度并且脆性斷裂傾向于被抑制的樹脂材料的技術(shù)是利 用碳纖維來(lái)增強(qiáng)樹脂以獲得復(fù)合材料。尤其是，利用碳纖維來(lái)增強(qiáng)作為基質(zhì)樹脂的熱塑性 樹脂而獲得的復(fù)合材料（該復(fù)合材料也被稱作"碳纖維增強(qiáng)的熱塑性樹脂"，并且以下經(jīng)常 簡(jiǎn)稱為"CFRTP"）在可加工性和再循環(huán)適合性方面是優(yōu)異的并且被期望用于各種領(lǐng)域。
[0003] 作為制造包含碳纖維和熱塑性樹脂的復(fù)合材料的方法，已知以粘度相對(duì)高的熔融 狀態(tài)的熱塑性樹脂浸漬碳纖維束以獲得復(fù)合材料的方法。在該制造方法中，為了避免由于 不充分浸漬而導(dǎo)致成型件的強(qiáng)度降低的麻煩，在通過(guò)升高環(huán)境溫度來(lái)降低熱塑性樹脂的熔 融粘度的條件下，在過(guò)高的壓力下，長(zhǎng)時(shí)間執(zhí)行以熱塑性樹脂對(duì)碳纖維束的浸漬處理是必 需的。在如此的高壓長(zhǎng)時(shí)間的浸漬處理中，一直存在例如增加制造成本的問(wèn)題。
[0004] 作為促進(jìn)將熱塑性樹脂浸漬到碳纖維束中的技術(shù)，公開了以下方法：將碳纖維與 熱塑性樹脂纖維纏繞以制成纖維束，并向其施加熱和壓力以熔化熱塑性樹脂，以便促進(jìn)浸 漬的方法（專利文獻(xiàn)1);先以低分子量的熔融樹脂浸漬碳纖維束，然后再以高分子量的熱 塑性樹脂浸漬該碳纖維束的方法（專利文獻(xiàn)2);以及在熔融樹脂浴中對(duì)碳纖維進(jìn)行開纖并 以該熔融樹脂浸漬碳纖維的方法（專利文獻(xiàn)3)等。此外，專利文獻(xiàn)4描述了促進(jìn)將熱塑性 樹脂浸漬到碳纖維自身的方法，該方法用于將碳纖維的上漿劑調(diào)整為與樹脂的潤(rùn)濕性良好 的上漿劑。
[0005] 如上所述，在傳統(tǒng)的制造方法中，為了以熱塑性樹脂充分地浸漬增強(qiáng)纖維束，必須 在特殊條件下執(zhí)行單獨(dú)的浸漬步驟。因此，傳統(tǒng)方法仍然不能以促進(jìn)CFRTP制品在各種應(yīng) 用中增加使用的低成本提供具有優(yōu)異的性能和外觀的CFRTP制品（成形制品），并且無(wú)法充 分地滿足每個(gè)領(lǐng)域?qū)FRTP的期望。尤其是，對(duì)于將熱塑性聚酰胺（以下有時(shí)簡(jiǎn)稱為"PA"） 用作熱塑性樹脂的CFRTP，期望其能夠應(yīng)用于諸如汽車部件的各種功能性部件，并且渴望上 述問(wèn)題的及時(shí)的解決方案。
[0006] 引用列表
[0007] 專利文獻(xiàn)
[0008] 專利文獻(xiàn)IJP-A-3-121146
[0009] 專利文獻(xiàn) 2 JP-A-3-181528
[0010] 專利文獻(xiàn) 3 JP-A-5-112657
[0011] 專利文獻(xiàn) 4 JP-A-6-166961


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明要解決的問(wèn)題
[0013] 本發(fā)明的目的是提供一種具有優(yōu)異的性能和優(yōu)異的外觀的熱塑性聚酰胺的碳纖 維增強(qiáng)成形制品，一種不會(huì)引起制造成本上升的以簡(jiǎn)單步驟制造該成形制品的方法，以及 一種使該制造方法能夠?qū)崿F(xiàn)的成型用材料。
[0014] 解決問(wèn)題的手段
[0015] 在用于解決上述傳統(tǒng)問(wèn)題的調(diào)查中，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)包含特定化合物的碳纖維束 (以下，該纖維束被稱作"易浸漬的碳纖維束"）非常容易以塑煉的熱塑性聚酰胺進(jìn)行浸漬。 此外，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了以下令人驚訝的現(xiàn)象：當(dāng)將熱塑性聚酰胺粘附到易浸漬的碳纖維束 以獲得成型用材料并且使該成型用材料在熱塑性聚酰胺的塑煉溫度條件下存在于成型模 具內(nèi)時(shí)，在分散該碳纖維束的同時(shí)該熱塑性聚酰胺浸漬到易浸漬的碳纖維束中并且于模具 內(nèi)鋪展。本發(fā)明人由此發(fā)現(xiàn)在不進(jìn)行任何與傳統(tǒng)技術(shù)一樣的在獨(dú)立步驟中以熱塑性樹脂 浸漬增強(qiáng)纖維的處理的情況下，能夠制造具有優(yōu)異的性能和優(yōu)異外觀的復(fù)合材料的成形制 品，并完成了本發(fā)明。本發(fā)明的要點(diǎn)如下所示。
[0016] [1]一種成型用材料,包含：
[0017] 易浸漬的碳纖維束，該易浸漬的碳纖維束包含碳纖維和以100質(zhì)量份所述碳纖維 計(jì)3至15質(zhì)量份的量的至少一種浸漬助劑，該至少一種浸漬助劑滿足以下條件1至3 ;以 及
[0018] 熱塑性聚酰胺，以100質(zhì)量份所述碳纖維計(jì)，該熱塑性聚酰胺的量為50至2000質(zhì) 量份，并且該熱塑性聚酰胺粘附到所述易浸漬的碳纖維束：
[0019] 條件I :280°C下的液體粘度為IOPa·S以下；
[0020]條件2:玻璃化轉(zhuǎn)變溫度降低率（ATg)大于0.2(°C/%)，該玻璃化轉(zhuǎn)變溫度 降低率（ATg)由下式（A)定義，該式（A)包括通過(guò)加入以100質(zhì)量份的所述熱塑性聚酰 胺計(jì)1質(zhì)量份至100質(zhì)量份的量的所述浸漬助劑而獲得的樹脂組合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度 Tg1CC)、所述熱塑性聚酰胺的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度TgtlCC)以及所述浸漬助劑的含量:
[0021] 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度降低率（ATg)(°C/%) = ((TgtlCC))-(Tg1CC)v(浸漬助劑的 含量（％)) ㈧
[0022] 其中，所述所述浸漬助劑的含量（％)由下式（B)定義：
[0023] 浸漬助劑的含量（％)=100X(浸漬助劑的量（質(zhì)量份）V(熱塑性聚酰胺的量 (質(zhì)量份））（B);以及
[0024] 條件3 :常壓下的沸點(diǎn)為340°C以上且在氮?dú)鈿夥罩?00°C下的加熱減量為2% / 分鐘以下。
[0025] [2]根據(jù)[1]所述的成型用材料，其中，所述浸漬助劑為對(duì)羥基苯甲酸烴基酯，并 且所述烴基酯中的烴基具有14個(gè)以上的碳原子。
[0026] [3]根據(jù)[2]所述的成型用材料，其中，所述為對(duì)羥基苯甲酸烴基酯由式⑴表 示：
[0027]

【權(quán)利要求】
1. 一種成型用材料，包含： 易浸潰的碳纖維束，該易浸潰的碳纖維束包含碳纖維和W 100質(zhì)量份所述碳纖維計(jì)3 至15質(zhì)量份的量的至少一種浸潰助劑，該至少一種浸潰助劑滿足W下條件1至3 ; W及 熱塑性聚醜胺，W 100質(zhì)量份所述碳纖維計(jì)，該熱塑性聚醜胺的量為50至2000質(zhì)量 份，并且該熱塑性聚醜胺粘附到所述易浸潰的碳纖維束： 條件1 ;28(TC下的液體粘度為10化.S W下； 條件2 ;玻璃化轉(zhuǎn)變溫度降低率（A Tg)大于0. 2 CC /% )，該玻璃化轉(zhuǎn)變溫度降低率 (A Tg)由下式（A)定義，該式（A)包括通過(guò)加入W 100質(zhì)量份的所述熱塑性聚醜胺計(jì)1質(zhì) 量份至100質(zhì)量份的量的所述浸潰助劑而獲得的樹脂組合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tgi CC )、 所述熱塑性聚醜胺的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg"rC ) W及所述浸潰助劑的含量（％ ): 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度降低率（ATg)^c/%) = ((Tg。^c))-(Tgl^c))パ浸潰助劑的含量 (%)) (A) 其中，所述所述浸潰助劑的含量（％)由下式炬）定義： 浸潰助劑的含量（％) = 100X(浸潰助劑的量（質(zhì)量份））/(熱塑性聚醜胺的量（質(zhì) 量份））做擬及 條件3 ;常壓下的沸點(diǎn)為34(TCW上且在氮?dú)鈿夥罩?0(TC下的加熱減量為2% /分鐘 W下。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的成型用材料， 其中，所述浸潰助劑為對(duì)輕基苯甲酸姪基醋，并且 所述姪基醋中的姪基具有14個(gè)W上的碳原子。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的成型用材料， 其中，所述對(duì)輕基苯甲酸姪基醋由式（1)表示：
其中，n為4至7的整數(shù)，并且 j為6至9的整數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的成型用材料， 其中，所述熱塑性聚醜胺的烙點(diǎn)為250至30(TC。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)所述的成型用材料， 所述成型用材料具有芯-銷結(jié)構(gòu)，在該芯-銷結(jié)構(gòu)中，所述易浸潰的碳纖維束為芯組 分，并且所述熱塑性聚醜胺為銷組分。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5任意一項(xiàng)所述的成型用材料， 其中，所述成型用材料的形式為粒料。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的成型用材料，
其中，所述粒料的縱向長(zhǎng)度為3至10mm。
8. -種成形制品，該成形制品由根據(jù)權(quán)利要求1至7任意一項(xiàng)所述的成型用材料獲得。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的成形制品， 其中，來(lái)自于所述易浸潰的碳纖維束的碳纖維W平均纖維長(zhǎng)度為0. 3mm W上的狀態(tài)分 散。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的成形制品， 其中，碳纖維含有率（質(zhì)量％ )和通過(guò)根據(jù)ISO 527標(biāo)準(zhǔn)對(duì)4mm的啞鈴測(cè)試片進(jìn)行檢 測(cè)而確定的所述成型用材料的拉伸強(qiáng)度具有滿足下式（C)的關(guān)系： 碳纖維的含有率（質(zhì)量％ ) X4+100 <拉伸強(qiáng)度（MPa) (C)。
11. 一種用于制造根據(jù)權(quán)利要求8至10任意一項(xiàng)所述的成形制品的方法，該方法包 括： 在所述熱塑性聚醜胺的塑煉溫度W上的條件下將所述成型用材料放置在模具中、W將 所述熱塑性聚醜胺浸潰到所述成型用材料中的所述易浸潰的碳纖維束中； 在分解并分散所述易浸潰的碳纖維束中的所述碳纖維束同時(shí)對(duì)所述成型用材料進(jìn)行 成型；W及然后 冷卻成型的材料。
【文檔編號(hào)】C08L77/00GK104428351SQ201380035938
【公開日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2013年7月1日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月5日
【發(fā)明者】松田猛, 橫溝穂高, 古川一光 申請(qǐng)人:帝人株式會(huì)社