纖維強化熱塑性樹脂部件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及纖維強化熱塑性樹脂部件。在纖維強化熱塑性樹脂部件中，在使熱塑性樹脂(3)含浸于連續(xù)纖維(2)而形成的纖維強化熱塑性樹脂部件(1)的表面，設(shè)置有由分子量比上述熱塑性樹脂(3)大的熱塑性樹脂(4)構(gòu)成的表層(5)。
【專利說明】纖維強化熱塑性樹脂部件
[0001 ] 本申請主張于2015年2月12日提出的日本專利申請2015-025415號的優(yōu)先權(quán)，并在此引用其全部內(nèi)容。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及纖維強化熱塑性樹脂部件。
【背景技術(shù)】
[0003]近年來，正在研究向汽車部件等應(yīng)用由利用碳纖維對熱塑性樹脂進行強化而給予高韌性的碳纖維強化熱塑性樹脂(CFRTP:Carbon Fiber Reinforced Thermo Plastics)等纖維強化熱塑性樹脂構(gòu)成的部件。
[0004]上述纖維強化熱塑性樹脂部件例如一般通過將碳纖維等構(gòu)成的片狀的連續(xù)纖維和聚酰胺(PA)等熱塑性樹脂的薄片分別層疊必要的張數(shù)，并在熱塑性樹脂的熔融溫度以上溫?zé)釠_壓成形，溫?zé)釢L壓成形等，從而使上述熱塑性樹脂熔融而含浸于連續(xù)纖維中并且使整體一體化來制造。
[0005]但是，熱塑性樹脂即使在熔融時，因為與液狀的熱固化性樹脂相比粘度高所以難以連續(xù)含浸于纖維中，有容易產(chǎn)生成為強度降低的原因的缺陷(空隙)等這一問題。
[0006]因此在現(xiàn)狀下，一般盡可能地含浸于低分子量且流動性大的熱塑性樹脂，因此雖然能夠使缺陷等變少而能夠提高纖維強化熱塑性樹脂部件的強度，反之也犧牲了應(yīng)該作為該纖維強化熱塑性樹脂部件的強韌性的韌性，特別是有可能導(dǎo)致對滑動特性等有益的表面耐磨損性不足。
[0007]在日本特開平8-20021號公報中，公開了將熱塑性樹脂的粉末和預(yù)先由同種的熱塑性樹脂覆蓋的不連續(xù)纖維在氣流中混合之后通過溫?zé)釠_壓成形而使熱塑性樹脂熔融、一體化來制造纖維強化熱塑性樹脂部件。
[0008]在日本特開2001-201966號公報中，公開了向分散至氣流中的不連續(xù)纖維噴涂并混合界面活性劑，接著噴涂并混合彈性體的稀釋溶液，進而使其干燥之后與熱塑性樹脂熔融、混煉并通過注射成形等制造纖維強化熱塑性樹脂部件。
[0009]上述任一制造方法都能夠制造缺陷等少且熱塑性樹脂均勻充填的纖維強化熱塑性樹脂部件。
[0010]但是無論在任何情況下，因為需要使不連續(xù)纖維分散至氣流中并與熱塑性樹脂等混合的工序所以制造工序變多，從而纖維強化熱塑性樹脂部件的生產(chǎn)性降低，并且因為能夠使用的纖維被限于能夠分散至氣流中的短的不連續(xù)纖維，所以有纖維強化熱塑性樹脂部件的強化變得不充分的可能性。
[0011]在日本特開2003-82117號公報中，使第一樹脂不連續(xù)地附著于片狀的連續(xù)纖維，或者使在第一樹脂的熔融溫度下不熔融的第二樹脂經(jīng)由第一樹脂不連續(xù)地附著而形成的基材彼此，通過上述第一或者第二樹脂相互粘合來制成半成品，再含浸于第三樹脂而制成纖維強化樹脂部件。但是在日本特開2003-82117號公報公開的技術(shù)中，第三樹脂被限定于液狀的熱固化性樹脂。
[0012]作為第三樹脂若要替代上述熱固化性樹脂采用熱塑性樹脂，則依然必須選擇流動性大且分子量小的熱塑性樹脂，并且韌性、耐磨性的不足未被消除。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的目的之一是提供一種纖維強化熱塑性樹脂部件，能夠通過通常的溫?zé)釠_壓成形等生產(chǎn)性良好地制造，并且熱塑性樹脂良好地含浸于連續(xù)纖維中而缺陷等少并具有高強度，并且，與現(xiàn)狀相比韌性、特別是對滑動特性等有益的表面的耐磨性也優(yōu)異。
[0014]作為本發(fā)明的一個方式的纖維強化熱塑性樹脂部件，通過使熱塑性樹脂含浸于連續(xù)纖維而形成，在其表面具備由分子量比上述內(nèi)部的熱塑性樹脂大的熱塑性樹脂構(gòu)成的表層。
[0015]根據(jù)上述方式的纖維強化熱塑性樹脂部件，通過利用通常的溫?zé)釠_壓成形等使熱塑性樹脂含浸于連續(xù)纖維，能夠生產(chǎn)性良好地制造纖維強化熱塑性樹脂部件。
[0016]作為含浸于連續(xù)纖維并構(gòu)成纖維強化熱塑性樹脂部件的內(nèi)部的熱塑性樹脂，選擇性地使用流動性大且分子量小，因而容易含浸于連續(xù)纖維中的熱塑性樹脂，從而能夠抑制在上述內(nèi)部產(chǎn)生缺陷等。
[0017]因此，與作為強化纖維而使用連續(xù)纖維相互輔助，能夠提高纖維強化熱塑性樹脂部件的強度。
[0018]而且，利用分子量比上述熱塑性樹脂大的熱塑性樹脂形成纖維強化熱塑性樹脂部件的表層，與現(xiàn)狀相比能夠提高該纖維強化熱塑性樹脂部件的韌性、特別是對滑動特性等有益的表面的耐磨性。
[0019]因為上述表層是向纖維強化熱塑性樹脂部件施加彎曲應(yīng)力時最被施加拉伸或者壓縮的應(yīng)力的位置，通過利用如上述那樣韌性高、分子量大的熱塑性樹脂形成該表層，能夠提高該纖維強化熱塑性樹脂部件相對于彎曲應(yīng)力的耐性、即彎曲物理性質(zhì)。
[0020]在上述方式的纖維強化熱塑性樹脂部件中，優(yōu)選，上述內(nèi)部的熱塑性樹脂的數(shù)均分子量Mn是50000以下。
[0021]根據(jù)上述方式的纖維強化熱塑性樹脂部件，作為上述內(nèi)部的熱塑性樹脂選擇使用數(shù)均分子量Mn50000以下的流動性大且分子量小的材料，能夠如上述那樣進一步良好地抑制在內(nèi)部產(chǎn)生缺陷等。
[0022]在上述方式的纖維強化熱塑性樹脂部件中，優(yōu)選，構(gòu)成為上述表層的厚度為ΙΟΟμπι以下。
[0023]根據(jù)上述方式的纖維強化熱塑性樹脂部件，通過將上述表層的厚度設(shè)為ΙΟΟμπι以下，通過盡可能地縮短形成該表層的分子量大因而流動性小難以含浸于連續(xù)纖維的熱塑性樹脂向該連續(xù)纖維的含浸于距離，從而能夠良好地抑制在表層的附近產(chǎn)生缺陷等。
[0024]在上述方式的纖維強化熱塑性樹脂部件中，優(yōu)選，構(gòu)成為上述表層由與上述內(nèi)部的熱塑性樹脂同種并且分子量大的熱塑性樹脂構(gòu)成。
[0025]根據(jù)上述方式的纖維強化熱塑性樹脂部件，作為形成上述表層的熱塑性樹脂，由于選擇使用與上述內(nèi)部的熱塑性樹脂同種并且分子量大的樹脂，從而能夠提高該表層與纖維強化熱塑性樹脂部件的一體性、緊貼性并且能夠進一步良好地抑制該剝離。
[0026]另外，熱塑性樹脂的數(shù)均分子量用如下值表示，S卩:根據(jù)通過使用東曹(株)制的TSKgel(登錄商標)SuperHM-M作為柱的GPC法測定的結(jié)果進行聚苯乙烯換算而得的值。
【附圖說明】
[0027]圖1是將本發(fā)明的纖維強化熱塑性樹脂部件的實施方式的一個例子的內(nèi)部放大的剖視圖。
[0028]圖2是對制造圖1的例子的纖維強化熱塑性樹脂部件的工序的一個例子進行說明的立體圖。
[0029]圖3是表示利用溫?zé)釠_壓成形使數(shù)均分子量Mn大約為20000的PA66含浸于由碳纖維構(gòu)成的片狀的連續(xù)纖維的剖面的實體顯微鏡照片。
[°03°]圖4是表不利用溫?zé)釠_壓成形使數(shù)均分子量Mn大約為40000的PA66含浸于由碳纖維構(gòu)成的片狀的連續(xù)纖維的剖面的實體顯微鏡照片。
[0031 ]圖5是表不利用溫?zé)釠_壓成形使數(shù)均分子量Mn大約為60000的PA66含浸于由碳纖維構(gòu)成的片狀的連續(xù)纖維的剖面的實體顯微鏡照片。
[0032]圖6是表示熱塑性樹脂作為的PA66的數(shù)均分子量Mn與耐磨性的關(guān)系的圖。
【具體實施方式】
[0033]通過以下參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、構(gòu)件、過程、步驟、特性及優(yōu)點會變得更加清楚，其中，附圖標記表示本發(fā)明的要素。
[0034]圖1是將本發(fā)明的纖維強化熱塑性樹脂部件的實施方式的一個例子的內(nèi)部放大的剖視圖。另外，圖2是對制造圖1的例子的纖維強化熱塑性樹脂部件的工序的一個例子進行說明的立體圖。
[0035]參照圖1，該例的纖維強化熱塑性樹脂部件I是將多層(圖中是4層)的片狀的連續(xù)纖維2通過含浸于該連續(xù)纖維2中的熱塑性樹脂3—體化而形成，并在其兩面具備由分子量比內(nèi)部的熱塑性樹脂3大的熱塑性樹脂4構(gòu)成的表層5。
[0036]根據(jù)上述例的纖維強化熱塑性樹脂部件1，作為含浸于連續(xù)纖維2而構(gòu)成其內(nèi)部的熱塑性樹脂3，選擇使用流動性大、分子量小因此容易含浸于連續(xù)纖維2中的熱塑性樹脂，從而能夠抑制在上述內(nèi)部產(chǎn)生缺陷等。
[0037]因此，能夠與作為強化纖維使用連續(xù)纖維2相互輔助而提高纖維強化熱塑性樹脂部件I的強度。
[0038]另外，通過分子量比上述內(nèi)部的熱塑性樹脂3大的熱塑性樹脂4形成纖維強化熱塑性樹脂部件I的表層5，與現(xiàn)狀相比能夠提高該纖維強化熱塑性樹脂部件I的韌性、特別是對滑動特性等有益的表面的耐磨性。
[0039]另外，因為上述表層5是彎曲應(yīng)力施加于纖維強化熱塑性樹脂部件I時最施加拉伸或者壓縮的應(yīng)力的位置，所以通過由上述那樣韌性高、分子量大的熱塑性樹脂4形成該表層5，從而還能夠提高該纖維強化熱塑性樹脂部件I的彎曲物理性質(zhì)。
[0040]并且，參照圖2，上述例的纖維強化熱塑性樹脂部件I通過利用通常的溫?zé)釠_壓成形等使熱塑性樹脂含浸于連續(xù)纖維，從而能夠生產(chǎn)性良好地制造。
[0041]S卩，多層片狀的連續(xù)纖維2和含浸于該連續(xù)纖維2中的成為熱塑性樹脂3的基體的熱塑性樹脂的薄片3'交互層疊多層，在其最上層和最下層分別層疊成為表層5的基體的熱塑性樹脂4的薄片4'。
[0042]接下來，對上述層疊體的整體實施溫?zé)釠_壓成形、溫?zé)釢L壓成形等，則兩熱塑性樹月旨3、4被熔融并含浸于連續(xù)纖維2中，整體被一體化，從而制造出圖1的例子的纖維強化熱塑性樹脂部件I，其中，溫?zé)釠_壓成形、溫?zé)釢L壓成形等中，一邊加熱至熱塑性樹脂3、4的熔點以上的溫度一邊沿圖中白箭頭所示的層疊方向加壓含浸于。
[0043]作為熱塑性樹脂3、4例如能夠使用？46、？411、？412、？446、？466、？4612、？々610、PA6T、PA9T、PA61、PAMXD6等聚酰胺、聚苯硫醚、熱塑性聚氨基甲酸乙酯、熱塑性聚酰亞胺、聚醚醚酮等熱塑性樹脂的I種或者2種以上。
[0044]特別是若兼顧考慮纖維強化熱塑性樹脂部件I的強度與通用性則優(yōu)選聚酰胺。
[0045]另外，作為熱塑性樹脂3、4優(yōu)選組合使用除了分子量不同以外同種的熱塑性樹脂。例如在作為熱塑性樹脂3使用聚酰胺的情況下，作為熱塑性樹脂4可以組合使用分子量更大的聚酰胺。
[0046]由此，能夠通過上述的溫?zé)釠_壓成形等使兩熱塑性樹脂3、4在其界面良好熔融、一體化，能夠提高表層5與纖維強化熱塑性樹脂部件I 一體性、緊貼性，并更好地抑制該表層5在施加有應(yīng)力時的剝離。
[0047]因此，能夠進一步提高纖維強化熱塑性樹脂部件I的表面的耐磨性，能夠抑制向纖維強化熱塑性樹脂部件I施加彎曲應(yīng)力時的剝離并進一步提高彎曲物理性質(zhì)。
[0048]對于形成纖維強化熱塑性樹脂部件I的內(nèi)部的熱塑性樹脂3，為了在通過溫?zé)釠_壓成形等熔融時盡可能地低粘度化，并均勻順利并不產(chǎn)生缺陷地含浸于連續(xù)纖維2中，優(yōu)選數(shù)均分子量Mn為50000以下。
[0049]對于熱塑性樹脂3的數(shù)均分子量Mn優(yōu)選該范圍，例如也能夠從下述的試驗結(jié)果明確。
[0050]S卩，圖3?圖5分別是表示在相同條件下通過溫?zé)釠_壓成形向碳纖維構(gòu)成的片狀的連續(xù)纖維含浸于數(shù)均分子量Mn大約20000(圖3)、大約40000(圖4)以及大約60000(圖5)的PA66的剖面的實體顯微鏡照片。
[0051]具體而言，將由沿一個方向配向多個碳纖維而形成的纖維束構(gòu)成的片狀的連續(xù)纖維〔UD(Uni Direct1n)材〕，以與上述碳纖維的配向方向正交、并且在期間夾著具有上述任一個數(shù)均分子量Mn的PA66的薄片的狀態(tài)交互層疊多層，通過溫?zé)釠_壓成形一體化后沿厚度方向切片所得的剖面，使用實體顯微鏡拍攝該剖面。
[0052]在各圖中，縱向的白色的線的集合表示沿同方向配向的碳纖維束的剖面，其間的小的白色的圓的集合表示沿著與上述正交的方向配向的碳纖維的束的剖面，灰色表示PA66，并且黑色表示缺陷。
[0053]若比較上述各圖，則能夠判斷:在圖5中能夠看見多個大缺陷，并且PA66沒有含浸于含浸于碳纖維的束內(nèi)而形成獨立的厚度大的層，與此相對，在圖3、圖4中幾乎看不見缺陷、PA66的獨立的層，PA66沒有縫隙地含浸于碳纖維之間。
[0054]而且因此，能夠確認為了通過溫?zé)釠_壓成形等在熔融時盡可能地低粘度化，順利且不產(chǎn)生缺陷地均勻含浸于連續(xù)纖維中，優(yōu)選PA66等的熱塑性樹脂的數(shù)均分子量Mn為50000以下。
[0055]另外，若考慮進一步提高上述效果，則優(yōu)選熱塑性樹脂3的數(shù)均分子量Mn的上述的范圍是30000以下，特別優(yōu)選為10000以下。
[0056]另外，若考慮給予纖維強化熱塑性樹脂部件I適度的強度，則優(yōu)選熱塑性樹脂3的數(shù)均分子量Mn的上述的范圍為2000以上，特別優(yōu)選為5000以上。
[0057]另外，熱塑性樹脂3不使分子量恒定，而以越靠近表層5的位置分子量越大的方式使分子量分布具有傾斜。由此越靠近表層5越提高韌性，能夠進一步提高纖維強化熱塑性樹脂部件I的彎曲物理性質(zhì)。但是有越是纖維強化熱塑性樹脂部件I的內(nèi)部越難以含浸于熱塑性樹脂3的趨勢，所以也考慮該情況優(yōu)選設(shè)定分子量分布的傾斜。
[0058]對于熱塑性樹脂3的分子量分布具有傾斜，例如在圖2的制造方法的情況下，作為薄片3'，可以選擇使用越是厚度方向的內(nèi)側(cè)分子量越小、越靠近表層5分子量越大的材料。
[0059]形成表層5的熱塑性樹脂4如前述那樣為了提高纖維強化熱塑性樹脂部件I的表面的耐磨性，有分子量比上述熱塑性樹脂3大的必要。
[0060]熱塑性樹脂的分子量與耐磨性的關(guān)系例如從圖6的結(jié)果明確的那樣。圖6是表示熱塑性樹脂作為的PA66的數(shù)均分子量Mn與耐磨性的關(guān)系的圖。
[0061]耐磨性的評價采用鈴木式摩擦摩耗試驗，使用由數(shù)均分子量Mn不同的PA66制成的同試驗用的試件。而且將根據(jù)使用各試件使用在一定條件下實施了摩擦磨損試驗的結(jié)果求出的耐磨性，在圖中用將數(shù)均分子量Mn設(shè)為8000的PA66的耐磨性設(shè)為I時的相對值表示。
[0062]根據(jù)圖判斷作為熱塑性樹脂的PA66的數(shù)均分子量Mn越大越能夠提高耐磨性。
[0063]在與具有前面的分子量范圍的熱塑性樹脂3組合的情況下，為了盡可能有效地提高纖維強化熱塑性樹脂部件I的耐磨性，優(yōu)選熱塑性樹脂4的數(shù)均分子量Mn是10000以上，特別是15000以上，另外并且優(yōu)選是比熱塑性樹脂3的數(shù)均分子量Mn大的范圍。
[0064]另外，熱塑性樹脂4的數(shù)均分子量Mn為了在利用溫?zé)釠_壓成形等熔融時盡可能地低粘度化，并順利地并且不產(chǎn)生缺陷均勻地含浸于連續(xù)纖維2中，與內(nèi)部的熱塑性樹脂3良好熔融、一體化，優(yōu)選55000以下，特別優(yōu)選50000以下。
[0065]另外，優(yōu)選熱塑性樹脂4構(gòu)成的表層5的厚度為ΙΟΟμπι以下。
[0066]形成厚度超過該范圍的表層5必須使熱塑性樹脂4含浸于連續(xù)纖維2的內(nèi)部深處，但是，因為該熱塑性樹脂4與內(nèi)部的熱塑性樹脂3相比流動性低難以含浸于連續(xù)纖維所以有含浸于距離越長越容易產(chǎn)生缺陷等的可能性。
[0067]相對于此，若將表層5的厚度設(shè)為ΙΟΟμπι以下的話，盡可能地縮短上述熱塑性樹脂4向連續(xù)纖維2的含浸于距離，特別能夠良好地抑制在該表層5的附近產(chǎn)生缺陷等。
[0068]另外，表層5的厚度的下限能夠設(shè)定為任意值。即，能夠設(shè)定為與形成表層5的熱塑性樹脂4的分子量、基于其的耐磨性、以及對纖維強化熱塑性樹脂部件I求出的耐磨性即允許的摩耗量等對應(yīng)的任意厚度。
[0069]調(diào)整表層5的厚度時，只要變更成為其基體的熱塑性樹脂4的薄片4'的厚度即可。另外，因此，考慮薄片4'的處置性、乃至提高通過圖2的方法制造纖維強化熱塑性樹脂部件I時的作業(yè)性、提高生產(chǎn)性等，表層5的厚度在上述的范圍中也優(yōu)選20μπι以上、特別優(yōu)選40μπι以上。
[0070]作為片狀的連續(xù)纖維例如能夠例舉碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維等的薄片。
[0071]另外，作為連續(xù)纖維的形態(tài)，可以是使該連續(xù)纖維沿一個方向配向而得的UD材，也可以是編織連續(xù)纖維而得的布料。作為布料的織法能夠例舉平織法、綾織法(綾織)、緞紋織法、紗羅織法、仿紗羅織法、斜紋織法等一般公知的織法，只要是能夠含浸于樹脂的織法的話并不限于這些。
[0072]特別優(yōu)選碳纖維的UD材。雙層以上的UD材可以如前述那樣使連續(xù)纖維交互地正交層疊，也可以使層疊的全部UD材的連續(xù)纖維的配向方向不重疊地隨機配向?qū)盈B。
[0073]本發(fā)明并不限定于上述的實施方式。
[0074]例如纖維強化熱塑性樹脂部件并不限定于平板狀，利用使用了具有規(guī)定的立體形狀的金屬模的溫?zé)釠_壓成形等，也能夠形成半筒狀等任意立體形狀。
[0075]另外，表層不在纖維強化熱塑性樹脂部件的兩面，而僅在要求耐磨性等的一面形成也可以。
[0076]上述本發(fā)明的纖維強化熱塑性樹脂部件除了如上述那樣具有高強度之外，由于表面的耐磨性、彎曲物理性質(zhì)也優(yōu)異，因而例如能夠置換以往金屬制的架殼等汽車部件等的各種機械部件，有能夠?qū)崿F(xiàn)這些部件的輕型化、進一步的高剛性化、或者是高功能化等的可能性。
[0077]另外，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)除了汽車部件之外，例如也能夠應(yīng)用于在鐵道車輛、船舶、航空器等的部件、工作機械部件等各種領(lǐng)域被使用的部件。
【主權(quán)項】
1.一種纖維強化熱塑性樹脂部件，其特征在于， 通過使熱塑性樹脂含浸于連續(xù)纖維而形成，并在其表面具備由分子量比所述連續(xù)纖維內(nèi)部的熱塑性樹脂大的熱塑性樹脂構(gòu)成的表層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維強化熱塑性樹脂部件，其特征在于， 所述內(nèi)部的熱塑性樹脂的數(shù)均分子量Mn為50000以下。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維強化熱塑性樹脂部件，其特征在于， 所述表層的厚度是ΙΟΟμπι以下。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的纖維強化熱塑性樹脂部件，其特征在于， 所述表層的厚度是ΙΟΟμπι以下。5.根據(jù)權(quán)利要求1?4中任一項所述的纖維強化熱塑性樹脂部件，其特征在于， 所述表層由與所述內(nèi)部的熱塑性樹脂同種并且分子量大的熱塑性樹脂構(gòu)成。
【文檔編號】C08L77/06GK105885400SQ201610079804
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年2月4日
【發(fā)明人】馬場紀行
【申請人】株式會社捷太格特