成型用材料、由其獲得的成形制品以及該成形制品的制造方法
【專利摘要】提供：一種具有優(yōu)異的物理性質(zhì)和優(yōu)異的表面外觀的碳纖維增強(qiáng)的聚碳酸酯的成形制品；一種不會(huì)使制造成本增加的簡(jiǎn)單的制造該成形制品的方法；以及使該制造方法成為可能的成型用材料。該成型用材料包含：易浸漬的碳纖維束，該易浸漬的碳纖維束包含100質(zhì)量份碳纖維和3至15質(zhì)量份的至少一種浸漬助劑，該至少一種浸漬助劑滿足特定條件；以及以50至2000質(zhì)量份的量粘附到碳纖維束的聚碳酸酯。
【專利說(shuō)明】成型用材料、由其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)明涉及一種包含易浸潰的碳纖維束和粘附到該碳纖維束的聚碳酸酯的成型用材料，由該成型用材料獲得的具有優(yōu)異的機(jī)械性能的成形制品，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)為:利用碳纖維增強(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)的熱塑性樹脂浸潰碳纖維束、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潰而導(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)碳纖維束的浸潰處理是必需的。在如此的高壓長(zhǎng)時(shí)間的浸潰處理中，一直存在例如增加制造成本的問(wèn)題。
[0004]作為促進(jìn)將熱塑性樹脂浸潰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)浸潰的方法(專利文獻(xiàn)I);先以低分子量的熔融樹脂浸潰碳纖維束，然后再以高分子量的熱塑性樹脂浸潰的方法(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潰的方法(專利文獻(xiàn)3)等。此外，專利文獻(xiàn)4描述了促進(jìn)將熱塑性樹脂浸潰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潰增強(qiáng)纖維束，必需在特殊條件下執(zhí)行單獨(dú)的浸潰步驟。因此，傳統(tǒng)的方法還不能以如此低的制造成本提供具有優(yōu)異的性能和外觀的CFRTP制品，這些制品越來(lái)越多的用于各種用途，且不充分地滿足每種CFRTP領(lǐng)域的期望。尤其是，關(guān)于將聚碳酸酯用作熱塑性樹脂的CFRTP，由于聚碳酸酯是熔融粘度特別高的樹脂，所以在傳統(tǒng)制造方法中傾向于出現(xiàn)涉及浸潰難度的問(wèn)題，并且期望立即解決該問(wèn)題。
[0006]引用列表
[0007]專利文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)I JP-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:一種聚碳酸酯的碳纖維增強(qiáng)的成形制品，該成形制品具有優(yōu)異的性能和優(yōu)異的外觀；一種通過(guò)不會(huì)招致制造成本增加的簡(jiǎn)單加工來(lái)制造該成形制品的方法；以及使該制造方法成為可能的成型用材料。
[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潰的碳纖維束)非常容易以塑化的聚碳酸酯進(jìn)行浸潰。此外，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了以下令人驚訝的現(xiàn)象:當(dāng)將聚碳酸酯粘附到易浸潰的碳纖維束以獲得成型用材料并且使該成型用材料在聚碳酸酯的塑煉溫度條件下存在于成型模具時(shí)，在分散該碳纖維束的同時(shí)該聚碳酸酯浸潰到易浸潰的碳纖維束中并且于模具內(nèi)鋪展該碳纖維束。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潰增強(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)異的外觀的復(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，其特征在于包含: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潰助劑，該至少一種浸潰助劑滿足以下條件I和2 ;以及以100質(zhì)量份所述碳纖維束計(jì)50至2，000質(zhì)量份的量的聚碳酸酯，該聚碳酸酯粘附到所述易浸潰的碳纖維束。
[0017].條件1:300°C下的液體粘度為1Pa.s以下，
[0018].條件2:玻璃化轉(zhuǎn)變溫度降低率(Λ Tg)大于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)添加以100質(zhì)量份所述聚碳酸酯計(jì)I質(zhì)量份的量的浸潰助劑而獲得的樹脂組合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg1 [°C ]、所述聚碳酸酯的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度TgQ[°C ]以及所述浸潰助劑的含量)。
[0019]玻璃化轉(zhuǎn)變溫度降低率(ATg) [°C /% ] = [(Tg0[°C ])-(Tgl[°C ])]/(浸潰助劑的含量[%]) (A)
[0020]其中，所述浸潰助劑的含量[% ]由下式(B)定義。
[0021]浸潰助劑的含量[% ] = 100X (浸潰助劑的量[質(zhì)量份])/(聚碳酸酯的量[質(zhì)量份]) (B)
[0022]2.如上所述的成型用材料，其中，所述浸潰助劑是選自由磷酸酯和脂肪族羥基羧酸系聚酯組成的組中的至少一種浸潰助劑。
[0023]3.如上所述的成型用材料，其特征在于，所述磷酸酯為在常壓下沸點(diǎn)為340°C以上且在氮?dú)鈿夥障略?00°C下加熱減量為2% /min以下的芳香族磷酸酯。
[0024]4.如上所述的成型用材料，其特征在于，所述芳香族磷酸酯由以下通式(I)表示:
[0025]

【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潰助劑，該至少一種浸潰助劑滿足以下條件I和2 ;以及聚碳酸酯，該聚碳酸酯的量為以100質(zhì)量份所述碳纖維計(jì)50至2，000質(zhì)量份，并且該聚碳酸酯粘附到所述易浸潰的碳纖維束: 條件1:300°C下的液體粘度為1Pa.s以下 條件2:玻璃化轉(zhuǎn)變溫度降低率(ATg)大于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)量份的所述聚碳酸酯計(jì)I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Tgl[°C ]、所述聚碳酸酯的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度TgQ[°C ]以及所述浸潰助劑的含量): 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度降低率(ATg) [°C/%] = [(TgQ[°C ])_(Tgl[°C ])]/(浸潰助劑的含量[%])(A) 其中，所述浸潰助劑的含量[% ]由下式(B)定義: 浸潰助劑的含量[%] = 100X (浸潰助劑的量[質(zhì)量份])/(聚碳酸酯的量[質(zhì)量份]) (B).
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成型用材料， 其中，所述浸潰助劑為選自由磷酸酯和脂肪族羥基羧酸系聚酯所組成的組中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的成型用材料， 其中，所述磷酸酯為在常壓下沸點(diǎn)為340°C以上且在氮?dú)鈿夥障略?00°C下的加熱減量為2% /min以下的芳香族磷酸酯。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的成型用材料， 其中，所述芳香族磷酸酯由以下通式(I)表示:
其中，在通式⑴中，R1至R12各自獨(dú)立地表示氫原子或具有I至4個(gè)碳原子的烷基， X 為結(jié)合鍵、-CH2-、-C (CH3) 2_> _S-、-SO2-、-O-、-CO-或-N = N-， η為O或I的整數(shù),并且 m為O至5的整數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的成型用材料， 其中，所述脂肪族羥基羧酸系聚酯是選自由ε -己內(nèi)酯、δ -己內(nèi)酯、β -丙內(nèi)酯、Y-丁內(nèi)酯、S-戊內(nèi)酯、Y-戊內(nèi)酯和庚醇內(nèi)酯的均聚物、以及這些單體中的兩種以上的共聚物組成的組中的至少一種，所述均聚物的重均分子量為3，000至50，000，所述共聚物的重均分子量為3，000至50，000。
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，該成型用材料具有芯/鞘結(jié)構(gòu)，在該芯/鞘結(jié)構(gòu)中，所述易浸潰的碳纖維束為芯組分，并且所述聚碳酸酯為鞘組分。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任意一項(xiàng)所述的成型用材料， 其中，所述成型用材料為粒料形式。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的成型用材料， 其中，所述粒料的縱向長(zhǎng)度為3至10mm。
9.一種成形制品，該成形制品由根據(jù)權(quán)利要求1至8任意一項(xiàng)所述的成型用材料獲得。
10.根據(jù)權(quán)利要求10所述的成形制品， 其中，來(lái)自于所述易浸潰的碳纖維束的所述碳纖維以平均纖維長(zhǎng)度為0.3mm以上的狀態(tài)分散。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的成形制品， 其中，通過(guò)根據(jù)IS0527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碳纖維含量(質(zhì)量％ ) 與拉伸強(qiáng)度具有滿足下式(C)的關(guān)系: [碳纖維的含量(質(zhì)量％ ) ] X 3+90〈[拉伸強(qiáng)度(MPa) ] (C)。
12.一種用于制造根據(jù)權(quán)利要求9至11所述的成形制品的方法， 該方法包括: 使所述成型用材料在所述聚碳酸酯的塑化溫度以上的條件下存在于模具中、以將所述聚碳酸酯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的同時(shí)對(duì)所述成型用材料進(jìn)行成型；并且然后 冷卻所述成型的材料。
【文檔編號(hào)】C08K7/06GK104169340SQ201380014471
【公開日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2013年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月14日
【發(fā)明者】橫溝穂高, 松田猛, 伊藤隆, 古川一光 申請(qǐng)人:帝人株式會(huì)社