WO2016159340A1 - 複合材料、複合材料の製造方法および成形品の製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a composite material, a method for producing the composite material, and a method for producing a molded product using the composite material.
- FRP fiber-reinforced thermoplastic
- Patent Documents 1 to 4 fiber-reinforced thermoplastic
- FRP is widely used for various applications because it is lightweight and has high strength.
- a fiber-reinforced thermoplastic resin material in which fibers are impregnated with a thermoplastic resin is known.
- Such FRP is usually used as a prepreg in which a plurality of fiber reinforced thermoplastic resin materials in which fibers are impregnated with a thermoplastic resin are bonded by heating.
- Such a prepreg is further heated and processed into a shape corresponding to a desired application.
- the applicants of the present application have disclosed a mixed yarn in which the fiber component is composed of continuous thermoplastic resin fibers and continuous reinforcing fibers.
- the blended yarn in which the fiber component as described above is composed of continuous reinforcing fiber and continuous thermoplastic resin fiber is in the form of a yarn, so it would be beneficial if there was a material retained in the shape of a sheet or the like.
- the composite material in which the mixed yarn is shaped with some fibers may be deteriorated in appearance due to disturbance of continuous fibers and conspicuousness on the surface of the molded product when heat processing is performed.
- the object of the present invention is to provide a composite material that is excellent in appearance after heat processing. Moreover, it aims at providing the manufacturing method of a composite material, and the manufacturing method of a molded article.
- the above problems can be solved by adopting a resin fiber having a melting point higher than that of the resin contained in the mixed yarn as a fiber for retaining the mixed fiber.
- the present inventors have found that this can be solved and have completed the present invention.
- the above problem has been solved by the following means ⁇ 1>, preferably ⁇ 2> to ⁇ 18>.
- thermoplastic fiber (C) containing a continuous reinforcing fiber (A) and a continuous thermoplastic resin fiber (B), and a thermoplastic resin fiber (C) that retains the mixed fiber, the thermoplastic A composite material in which the melting point of the thermoplastic resin constituting the resin fiber (C) is 15 ° C. or more higher than the melting point of the thermoplastic resin constituting the continuous thermoplastic resin fiber (B).
- thermoplastic resin constituting the continuous thermoplastic resin fiber (B) is a polyamide resin.
- the thermoplastic resin constituting the continuous thermoplastic resin fiber (B) includes a structural unit derived from diamine and a structural unit derived from dicarboxylic acid, and 50 mol% or more of the structural unit derived from diamine is derived from xylylenediamine.
- the composite material according to ⁇ 1> which is a polyamide resin.
- ⁇ 4> The composite material according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 3>, wherein the thermoplastic resin constituting the thermoplastic resin fiber (C) is a polyamide resin.
- ⁇ 5> The composite yarn according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 4>, wherein the blended yarn is arranged on a base material and retained by stitching with the thermoplastic resin fiber (C). material.
- thermoplastic resin film (D) The composite material according to ⁇ 5>, wherein the base material is a thermoplastic resin film (D).
- the melting point of the thermoplastic resin constituting the thermoplastic resin film (D) is 15 ° C. or more higher than the melting point of the thermoplastic resin constituting the continuous thermoplastic resin fiber (B), ⁇ 6>
- ⁇ 8> The composite material according to ⁇ 6> or ⁇ 7>, wherein the thermoplastic resin film (D) includes a polyamide resin.
- thermoplastic resin film (D) includes a polyamide resin.
- the continuous reinforcing fiber (A) is at least one of carbon fiber, aramid fiber, and glass fiber.
- thermoplastic resin fiber (C) is 15 to 100 ° C. higher than the melting point of the thermoplastic resin constituting the continuous thermoplastic resin fiber (B), ⁇ 1> to The composite material according to any one of ⁇ 10>.
- a plurality of blended yarns are juxtaposed in layers in one direction, and on the layered blended yarns, the plurality of blended yarns are 10 ° to about the parallel direction of the blended yarns.
- ⁇ 1>- ⁇ 12> The composite material according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 12>, wherein the thermoplastic resin fibers (C) retain the shape of the layered mixed yarn, which are arranged in layers in a 90 ° direction. .
- ⁇ 14> The composite material according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 13>, wherein the composite material is a non-crimp fabric.
- the blended yarn is bundled with at least one treatment agent of the continuous reinforcing fiber (A) and the continuous thermoplastic resin fiber (B), and any one of ⁇ 1> to ⁇ 14> The composite material described.
- a method for producing a composite material that is higher by more than °C. ⁇ 18> A molded article comprising molding the composite material according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 16> at a temperature lower than the melting point of the thermoplastic resin constituting the thermoplastic resin fiber (C). Production method.
- the present invention makes it possible to provide a composite material having an excellent appearance after heat processing.
- the fiber length in the present invention refers to the weight average fiber length unless otherwise specified.
- the composite material of the present invention includes, as fiber components, a mixed fiber containing continuous reinforcing fiber (A) and continuous thermoplastic resin fiber (B), and a thermoplastic resin fiber (C) that retains the shape of the mixed fiber.
- the melting point of the thermoplastic resin constituting the thermoplastic resin fiber (C) (hereinafter sometimes referred to as “resin c”) is the thermoplastic resin constituting the thermoplastic resin fiber (B) (hereinafter referred to as “resin b”). It is characterized by being 15 ° C. or more higher than the melting point.
- thermoplastic resin fiber (B) and the thermoplastic resin fiber (C) Furthermore, compared to the case where a resin having the same melting point is used for the thermoplastic resin fiber (B) and the thermoplastic resin fiber (C), the mechanical strength is dramatically improved and the molding processability is excellent. Is obtained. The reason for this is presumed, but the composite material of the present invention has a melting point of the thermoplastic resin (resin c) constituting the thermoplastic resin fiber (C) that retains the shape of the mixed yarn, and the heat constituting the mixed yarn. By making the melting point of the plastic resin b 15 ° C. or higher, when the composite material of the present invention is heat-processed, the resin b melts before the resin c and is appropriately impregnated into the continuous reinforcing fiber (A).
- the continuous reinforcing fiber (A) in the mixed yarn can be molded while maintaining a high degree of dispersion, and the continuous reinforcing fiber (A) is not disturbed and the appearance is improved. Furthermore, by suppressing such disturbance of the mixed yarn, the mechanical strength can be remarkably improved.
- a prepreg in which a continuous reinforcing fiber is impregnated with a thermoplastic resin has been known. Although such a prepreg is also a useful material, in addition to heating when impregnating the thermoplastic resin into the continuous reinforcing fiber, and further heat processing when processing as a molded article, usually two or more times. It was necessary to go through a heating process.
- a molded product can be molded by a single heating process.
- stacked the fiber sheet and the resin film was also known as the conventional fiber reinforced material.
- Such a fiber reinforced material is also a useful material, but because it is a laminate of a fiber sheet and a resin film, the fiber and the resin are not dispersed on a microscale, and the distance between the fiber and the resin is long. It was necessary to impregnate the resin into the fiber sheet by heating.
- the continuous reinforcing fiber (A) is inherently high in the dispersibility of the mixed yarn, while maintaining the high dispersity, in comparison with the fiber reinforced material in which the fiber sheet and the resin film are laminated, Excellent moldability. Furthermore, with such a configuration, it is possible to improve the mechanical strength.
- FIG. 1 shows an example of a schematic diagram of a composite material of the present invention, wherein 1 is a composite material, 2 is a blended yarn, (C) is a thermoplastic resin fiber (C), and (D). Indicates a thermoplastic resin film (D).
- the blended yarn 2 is arranged in one direction on the thermoplastic resin film (D) and stitched with the thermoplastic resin fiber (C), so that the blended yarn 2 is shaped. Yes.
- the mixed yarns are arranged in one direction, but may be arranged in other ways. For example, the arrangement shown in FIG. That is, FIG. 2 is a conceptual diagram showing an example of the arrangement of the mixed yarn in the present invention, and the mixed yarn is folded in FIG.
- the arrangement of the mixed yarns is not particularly defined, but it is preferable that they are arranged with a certain regularity. Moreover, it can be set as a desired arrangement
- a braid or the like has been conventionally used as a material having continuous reinforcing fibers and continuous thermoplastic resin fibers. The braid is mainly made of continuous reinforcing fiber and around it is coated with continuous thermoplastic resin fiber, but such braid has a portion where the continuous reinforcing fiber is concentrated.
- the composite material of the present invention can be freely designed from a high density to a low density of the mixed yarn and the continuous reinforcing fiber in the mixed yarn.
- the mixed yarn 2 is arranged on a base material (thermoplastic resin film (D)) and is held by thermoplastic resin fibers (C). Stitching is exemplified as the shape retaining means. By adopting such means, the shape retention of the mixed yarn is facilitated. However, as long as the blended yarn can be kept in a desired shape, it is not essential to stitch the substrate. For example, in the mixed yarn arranged as shown in FIG.
- thermoplastic resin fiber (C) Even without a base material, the blended yarn can be shaped.
- the aspect which laminates and stitches the knitted fabric and textile fabric manufactured using the mixed fiber yarn is also illustrated.
- the thermoplastic resin film (D) is used as a base material, another base material may be sufficient. Details of the substrate will be described later. Furthermore, you may stitch a mixed yarn on both surfaces on both sides of a thermoplastic resin film (D) according to a use.
- a blended yarn arranged in a layer with a certain regularity and a mixed yarn arranged in a layer with the certain regularity are composed of a thermoplastic resin (C). And a composite material retained in shape.
- the term “layered” does not mean that the mixed yarns are necessarily arranged so as to be dense, and it is not essential that the mixed yarns are necessarily arranged in one direction. Absent. For example, as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (c), a form in which layers arranged in a layered manner with a certain regularity are stacked and retained is also included in this form. Moreover, the form which laminated
- the layered mixed yarn may be provided on the base material, or may be arranged without using the base material.
- the number of blended yarn layers is two or more, and preferably 3 to 20 layers.
- non-crimp fabric Another example of the form of the composite material of the present invention is a composite material called non-crimp fabric or the like.
- the non-crimp fabric is known as a material in which undulation (crimp) due to the intersection of the warp and the weft does not occur unlike a material in which the warp and the weft intersect like a woven fabric.
- the non-crimp fabric can achieve high strength and elastic modulus because the layered mixed yarn maintains unidirectionality because there is no waviness (crimp) due to the crossing.
- Examples of the non-crimp fabric include a form in which a plurality of mixed yarns have one layer or two or more layers in which layers are juxtaposed in one direction, and the layered mixed yarn preferably has two or more layers.
- the parallel direction of the first layer of mixed yarn is the same as the parallel direction of the second layer and thereafter, that is, the parallel direction of the first layer of mixed yarn
- the angle formed by the parallel direction of the mixed yarns of the second and subsequent layers may be 0 °, but the angle formed by the parallel direction of the mixed yarns of at least one of the first layer and the second and subsequent layers Is preferably more than 0 ° and not more than 90 °.
- the angle formed by the parallel direction of at least one layer of the first layer and the second and subsequent layers exceeds 0 °, the strength of the obtained non-crimp fabric in two or more directions can be enhanced.
- the angle formed is preferably 10 to 90 °, more preferably 30 to 90 °.
- the angle formed is the smaller one of the angles formed by the parallel direction of the mixed yarns arranged in one layer and the parallel direction of the mixed yarns arranged in the other layer. Further, it is needless to say that the angle formed in the present invention is not a mathematically exact angle and may include a normal error in the technical field of the present invention. Details of the non-crimp fabric can be referred to the descriptions in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-46197 and Japanese Patent Application Publication No. 2015-521661, and the contents thereof are incorporated in the present specification.
- a plurality of mixed yarns are arranged in a layer in one direction, and a plurality of mixed yarns are arranged on the layered mixed yarn.
- the thermoplastic resin fibers (C) are arranged in layers in the direction of more than 0 ° and not more than 90 °, preferably 10 to 90 °, more preferably 30 to 90 ° with respect to the parallel direction of the fibers.
- a composite material that retains the layered mixed yarn can be mentioned.
- An example of such a composite material is the composite material shown in FIG. In FIG.
- the mixed yarns 21 are arranged in parallel in layers, and the mixed yarns 22 are arranged in layers so as to form an angle of 45 ° with respect to the mixed yarns 21.
- the mixed yarns 23 are juxtaposed so as to be at an angle of 45 °, and the mixed yarns 24 are juxtaposed with the mixed yarn 23 so as to be at an angle of 45 °.
- the mixed yarn arranged in parallel in this way is shape-retained with the thermoplastic resin fiber (C).
- the mixed fiber 24 is stitched so as to be Z-shaped, but other shape retention methods may be used. In the case of a woven fabric, since warp and weft are crossed, waviness (crimp) is generated and the strength and elastic modulus tend to decrease.
- the composite material of this embodiment can achieve high strength and elastic modulus because the mixed yarn of each layer maintains unidirectionality.
- a plurality of blended yarns are juxtaposed on the layered blended yarns so as to form an angle of 45 ° with respect to the parallel direction of the blended yarns. It is appropriately determined in the range of more than 90 ° and less than 90 °, preferably 10 to 90 °, more preferably 30 to 90 °.
- the layered mixed yarn may be provided on the base material, or may be arranged without using the base material.
- the number of blended yarn layers is two or more, and preferably 3 to 20 layers.
- layered mixed yarns are continuously laminated, but other layers may be included between the layered mixed yarns.
- the other layers are not particularly defined, and the layer between the layered mixed yarn and the layered mixed yarn may also be a layered mixed yarn.
- FIG. 6 an example in which a plurality of mixed yarns are arranged in parallel at 0 ° with respect to the parallel direction of the mixed yarns on the surface of the layered mixed yarns.
- arrows indicate the parallel direction of the mixed yarns
- 31 to 36 indicate layers composed of the mixed yarns.
- the mixed yarn is formed in parallel so as to form an angle of 0 °, and the layer 32 is formed in the parallel direction of the mixed yarn in the layer 32.
- the mixed yarns are arranged in parallel so as to form an angle of 90 °, and the layer 33 is formed, and the mixed yarns are arranged in parallel so as to form an angle of 0 ° with respect to the parallel direction of the mixed yarns in the layer 33.
- the layer 34 is formed, the mixed yarns are arranged in parallel so that the angle formed by 90 ° with respect to the parallel direction of the mixed yarns in the layer 34 is formed, and the mixed yarns in the layer 35 are arranged in parallel.
- the mixed yarns are arranged in parallel to form the layer 36 so as to form an angle of 0 ° with respect to the direction.
- the strength of the said direction can be made high by providing two or more layers which arranged the mixed yarn in the same direction continuously.
- a composite material having a width of 5 cm or more and 200 g / m 2 or more can be manufactured.
- a composite material having a width of 200 cm or less and 4000 g / m 2 or less can be used.
- the non-crimp fabric in the present invention may be used after being cut into a necessary shape, but from the beginning, the mixed yarns may be produced in parallel in a layered manner so as to follow the desired shape.
- four composite materials having the same shape are manufactured and bonded, but the thermoplastic resin fibers (C) can also be used for bonding such composite materials.
- the mixed fiber used in the present invention contains continuous reinforcing fibers (A) and continuous thermoplastic resin fibers (B) as fiber components.
- A continuous reinforcing fibers
- B continuous thermoplastic resin fibers
- 95% by weight or more of the continuous fibers constituting the blended yarn is usually composed of continuous reinforcing fibers (A) or continuous thermoplastic resin fibers (B).
- the mixed yarn used in the present invention is preferably a bundle of continuous reinforcing fibers (A) dispersed therein and at least one treatment agent of the continuous reinforcing fibers (A) and the continuous thermoplastic resin fibers (B). It was made into a shape.
- the continuous thermoplastic resin fiber (B) is not impregnated into the continuous reinforcing fiber (A) and maintains the fiber state.
- a part of the continuous thermoplastic resin fiber (B) component may be impregnated in the continuous reinforcing fiber.
- the impregnation ratio of the continuous thermoplastic resin fiber (B) component is preferably 12% or less, and more preferably 10% or less.
- the lower limit value of the impregnation rate is not particularly defined and may be 0%.
- the impregnation rate is preferably 5% or less. With such a configuration, it is possible to make the mixed yarn difficult to break even if it is bent and arranged.
- the impregnation ratio is 1 to 12%, further 7 to 12%, the linearity of the continuous fiber of the mixed yarn can be more effectively maintained, and the mechanical strength tends to be further improved. .
- the impregnation ratio in the present invention refers to a value obtained by the method measured in Examples described later.
- the instrument described in the examples is not available or difficult to obtain, other instruments that can perform the same measurement can be used. The same applies to the following measurement methods.
- the proportion of the continuous reinforcing fiber (A) in the mixed yarn is preferably 10% by weight or more, more preferably 15% by weight or more, and further preferably 20% by weight or more, It is more preferably 30% by weight or more, still more preferably 40% by weight or more, particularly preferably 50% by weight or more, and may be 55% by weight or more.
- the upper limit of the ratio of the continuous reinforcing fibers (A) in the mixed yarn is preferably 90% by weight or less, more preferably 80% by weight or less, still more preferably 70% by weight or less, and 65% by weight or less. It can also be.
- the ratio of the continuous thermoplastic resin fiber (B) in the mixed yarn is preferably 10% by weight or more, more preferably 20% by weight or more, and further preferably 30% by weight or more. It can also be 35 weight% or more.
- the upper limit of the ratio of the continuous thermoplastic resin fiber (B) is preferably 90% by weight or less, more preferably 85% by weight or less, further preferably 80% by weight or less, and further preferably 70% by weight or less. More preferably, it is 60% by weight or less, particularly preferably 50% by weight or less, and can be 45% by weight or less.
- the dispersity of the continuous reinforcing fiber (A) in the mixed yarn is preferably 60 to 100%, more preferably 63 to 100%, still more preferably 68 to 100%, and 70 to 100%. Is particularly preferred. By setting it as such a range, a mixed fiber shows a more uniform physical property, and also the external appearance of a molded article improves more. In addition, when a molded product is produced using this, a product superior in mechanical properties can be obtained.
- the degree of dispersion in the present invention refers to a value measured by the method shown in the examples described later. When a measuring device or the like is not available, other similar devices can be employed (hereinafter, the same applies to other measuring methods).
- Total fineness of fibers used for the production of a single mixed yarn (the sum of the fineness of continuous thermoplastic resin fibers used for the production of a single mixed yarn and the total fineness of continuous reinforcing fibers) Is preferably 1000 to 100,000 dtex, more preferably 1500 to 50000 dtex, still more preferably 2000 to 50000 dtex, and particularly preferably 3000 to 30000 dtex.
- Ratio of the total fineness of the continuous thermoplastic resin fibers (B) and the total fineness of the continuous reinforcing fiber (A) used for the production of one blended yarn (total fineness of continuous thermoplastic resin fibers (B) / continuous
- the total fineness of the reinforcing fibers (A) is preferably from 0.1 to 10, more preferably from 0.1 to 6.0, and even more preferably from 0.5 to 2.0.
- the total number of fibers used to produce one blended yarn is 100 to 100,000 f. It is preferably 1000 to 100,000 f, more preferably 1500 to 70,000 f, and still more preferably 2000 to 20000 f. By setting it as such a range, the fiber mixing property of a mixed fiber improves, and the thing excellent in the physical property and texture as a composite material is obtained. Moreover, there is little area
- Ratio of the total number of continuous thermoplastic resin fibers (B) used in the production of a single blended yarn and the total number of continuous reinforcing fiber (A) fibers (the number of continuous thermoplastic resin fibers (B)
- the total / the total number of continuous reinforcing fibers (A)) is preferably 0.001-1, more preferably 0.001-0.5, and 0.05-0.2. Is more preferable. By setting it as such a range, the fiber mixing property of a mixed fiber improves, and the thing excellent in the physical property and texture as a composite material is obtained.
- the continuous thermoplastic resin fiber (B) and the continuous reinforcing fiber (A) in the mixed fiber are uniformly dispersed in each other, if the above range is satisfied, the mutual fibers are more Easy to disperse uniformly.
- the mixed yarn used in the present invention may be twisted.
- the method of twisting is not particularly defined, and a known method can be adopted.
- the number of twists is the type of thermoplastic resin used for the continuous thermoplastic resin fiber, the number of fibers of the thermoplastic resin, the fineness, the type of continuous reinforcing fiber, the number of fibers, the fineness, the fibers of the continuous thermoplastic resin fiber and the continuous reinforcing fiber.
- it can be determined appropriately according to the number ratio and fineness ratio, it can be, for example, 1 to 200 times / m (fiber length), more preferably 1 to 100 times / m, and even more preferably 1 It can be set to ⁇ 70 times / m, in particular, 1 to 50 times / m.
- the continuous reinforcing fiber (A) and / or the continuous thermoplastic resin fiber (B) used for the blended yarn it is preferable to use those subjected to a surface treatment with a treating agent.
- a treating agent By setting it as such a structure, it becomes easy to obtain the mixed yarn in which the continuous reinforcing fiber (A) and the continuous thermoplastic resin fiber (B) are more uniformly dispersed, and the continuous thermoplastic resin fiber ( The impregnation ratio of the component B) into the continuous reinforcing fiber (A) can be improved.
- the component may be contained, and specifically, short fiber long carbon fiber, carbon nanotube, fullerene, microcellulose fiber, talc, mica and the like are exemplified.
- the blending amount of these other components is preferably 5% by weight or less of the mixed yarn.
- An example of the blended yarn of the present invention includes a continuous reinforcing fiber (A) and a continuous thermoplastic resin fiber (B), and the degree of dispersion of the continuous reinforcing fiber (A) in the blended yarn is 60 to 100%. Examples thereof include a mixed yarn in which the continuous thermoplastic resin fiber (B) has an impregnation rate of 12% or less into the continuous reinforcing fiber and the length of the continuous thermoplastic resin fiber (B) exceeds 30 mm.
- the blended yarn used in the present invention includes a continuous reinforcing fiber (A).
- the continuous reinforcing fiber (A) in the present invention refers to a continuous reinforcing fiber having a fiber length exceeding 6 mm, and is preferably a continuous reinforcing fiber having a fiber length exceeding 30 mm.
- the average fiber length of the continuous reinforcing fibers used in the present invention is not particularly limited, but is preferably in the range of 1 to 20,000 m, more preferably 100 to 10,000 m from the viewpoint of improving the moldability. More preferably, it is 1,000 to 7,000 m.
- the continuous reinforcing fiber used in the present invention is usually a continuous reinforcing fiber bundle in which a plurality of continuous reinforcing fibers are bundled.
- the continuous reinforcing fibers used in the present invention preferably have a total fineness per mixed yarn of 100 to 50000 dtex, more preferably 500 to 40000 dtex, and even more preferably 1000 to 10000 dtex. By setting it as such a range, a process becomes easier and the elastic modulus and intensity
- the continuous reinforcing fiber used in the present invention has a total number of fibers per blended yarn of preferably 500 to 50000f, more preferably 500 to 20000f, still more preferably 1000 to 15000f. It is particularly preferable to be ⁇ 5000 f. By setting it as such a range, the dispersion
- continuous reinforcing fibers may be manufactured with a single continuous reinforcing fiber bundle in order to satisfy a predetermined total fineness and total number of fibers, or a plurality of continuous reinforcing fiber bundles may be used. May be manufactured.
- continuous reinforcing fibers examples include glass fibers, carbon fibers, plant fibers (including kenaf, bamboo fibers, etc.), alumina fibers, boron fibers, ceramic fibers, metal fibers (steel fibers, etc.), and the like, and examples thereof include organic fibers such as aramid fiber, polyoxymethylene fiber, aromatic polyamide fiber, polyparaphenylene benzobisoxazole fiber, and ultrahigh molecular weight polyethylene fiber. Especially, it is preferable that it is at least 1 type of a carbon fiber, an aramid fiber, and glass fiber, and it is more preferable that it is at least 1 type of a carbon fiber and glass fiber.
- carbon fiber is preferably used because it has excellent characteristics of high strength and high elastic modulus while being lightweight.
- carbon fiber polyacrylonitrile-based carbon fiber and pitch-based carbon fiber can be preferably used.
- carbon fibers of plant-derived materials such as lignin and cellulose can also be used.
- the continuous reinforcing fibers used in the present invention are preferably those treated with a treating agent.
- a treatment agent include a sizing agent and a surface treatment agent, and those described in paragraph Nos. 0093 and 0094 of Japanese Patent No. 4894982 are preferably employed, and the contents thereof are incorporated herein.
- thermoplastic resin having a polar group when used, it is preferable to treat with a treatment agent for continuous reinforcing fibers having a functional group reactive with the polar group of the thermoplastic resin.
- the functional group having reactivity with the polar group of the thermoplastic resin is usually chemically bonded to the thermoplastic resin in the step of thermoforming.
- the treatment agent for continuous reinforcing fibers having a functional group having reactivity with the polar group of the thermoplastic resin preferably has a function of focusing the continuous reinforcing fibers. That is, it helps the physical bundling of each fiber before heat processing in the mixed yarn.
- the treatment agent used in the present invention is preferably at least one of an epoxy resin, a urethane resin, a silane coupling agent, a water-insoluble polyamide resin, and a water-soluble polyamide resin, and includes an epoxy resin, a urethane resin, and water. More preferably, it is at least one of an insoluble polyamide resin and a water-soluble polyamide resin, and more preferably a water-soluble polyamide resin.
- Epoxy resins include epoxy alkane, alkane diepoxide, bisphenol A-glycidyl ether, dimer of bisphenol A-glycidyl ether, trimer of bisphenol A-glycidyl ether, oligomer of bisphenol A-glycidyl ether, bisphenol A-glycidyl.
- Ether polymer bisphenol F-glycidyl ether, dimer of bisphenol F-glycidyl ether, trimer of bisphenol F-glycidyl ether, oligomer of bisphenol F-glycidyl ether, polymer of bisphenol F-glycidyl ether, stearyl glycidyl ether, Phenyl glycidyl ether, ethylene oxide lauryl alcohol glycidyl ether, ethylene glycol diglycidyl ether Glycidyl compounds such as polyethylene glycol diglycidyl ether, propylene glycol diglycidyl ether; benzoic acid glycidyl ester, p-toluic acid glycidyl ester, stearic acid glycidyl ester, lauric acid glycidyl ester, palmitic acid glycidyl ester, oleic acid glycidyl ester, Glycidyl ester
- urethane resin for example, a urethane resin obtained by reacting a polyol, a polyol obtained by umesterifying an oil and fat with a polyhydric alcohol, and a polyisocyanate can be used.
- the polyisocyanate include aliphatic isocyanates such as 1,4-tetramethylene diisocyanate, 1,6-hexamethylene diisocyanate, 2,2,4-trimethylhexamethylene diisocyanate, and 2,8-diisocyanate methyl caproate.
- Alicyclic disissocyanates such as 3-isocyanate methyl-3,5,5-trimethylcyclohexyl isocyanate and methylcyclohexyl-2,4-diisocyanate; toluylene diisocyanate, diphenylmethane diisocyanate, 1,5-naphthene diisocyanate, diphenylmethyl Aromatic diisodies such as methane diisocyanate, tetraalkyldiphenylmethane diisocyanate, 4,4-dibenzyl diisocyanate, 1,3-phenylene diisocyanate Aneto like; chlorinated diisocyanates include brominated diisocyanates etc., it can be used as these alone, or two or more thereof.
- polystyrene resins examples include various polyols commonly used in the production of urethane resins, such as diethylene glycol, butanediol, hexanediol, neopentyl glycol, bisphenol A, cyclohexanedimethanol, trimethylolpropane, glycerin, pentaerythritol, and polyethylene glycol.
- silane coupling agent examples include trialkoxy or triaryloxysilane compounds such as aminopropyltriethoxysilane, phenylaminopropyltrimethoxysilane, glycidylpropyltriethoxysilane, methacryloxypropyltrimethoxysilane, and vinyltriethoxysilane.
- examples include ureido silane, sulfide silane, vinyl silane, and imidazole silane.
- the water-insoluble polyamide resin means that 99% by weight or more is not dissolved when 1 g of polyamide resin is added to 100 g of water at 25 ° C.
- the water-insoluble polyamide resin it is preferable to use the water-insoluble polyamide resin dispersed or suspended in water or an organic solvent.
- a mixed fiber bundle can be used by immersing a mixed fiber bundle in a dispersion or suspension of such a powdery water-insoluble polyamide resin and dried to obtain a mixed fiber.
- water-insoluble polyamide resins examples include polyamide 6, polyamide 66, polyamide 610, polyamide 11, polyamide 12, xylylenediamine-based polyamide resin (preferably polyxylylene adipamide, polyxylylene sebacamide), and these Non-ionic, cationic, anionic or a mixture of these surfactant powders may be emulsified and dispersed.
- Commercially available products of water-insoluble polyamide resins are sold as, for example, water-insoluble nylon emulsions, such as Sephajon PA manufactured by Sumitomo Seika and Michem Emulsion manufactured by Michaelman.
- the water-soluble polyamide resin means that when 1 g of polyamide resin is added to 100 g of water at 25 ° C., 99% by weight or more thereof is dissolved in water.
- the water-soluble polyamide resin include modified polyamides such as acrylic acid grafted N-methoxymethylated polyamide resin and N-methoxymethylated polyamide resin provided with an amide group.
- the water-soluble polyamide resin include commercially available products such as AQ-nylon manufactured by Toray and Toray resin manufactured by Nagase ChemteX.
- the amount of the treating agent is preferably 0.001 to 1.5% by weight of the continuous reinforcing fiber, more preferably 0.1 to 1.2% by weight, and 0.5 to 1.1% by weight. % Is more preferable. By setting it as such a range, the dispersibility of a continuous reinforcing fiber improves more and the effect of this invention is exhibited more effectively.
- a well-known method can be employ
- a continuous reinforcing fiber is added to a solution obtained by dissolving a treatment agent in a solution, and the treatment agent is attached to the surface of the continuous reinforcement fiber.
- a processing agent can also be air blown on the surface of a continuous reinforcing fiber.
- continuous reinforcing fibers that have already been treated with a surface treatment agent or a treatment agent may be used, or after washing off a commercially available surface treatment agent or a treatment agent, the desired treatment agent amount is again obtained. The surface treatment may be performed again.
- the continuous thermoplastic resin fiber (B) in the present invention refers to a thermoplastic resin fiber having a fiber length exceeding 6 mm, and is preferably a thermoplastic resin fiber having a fiber length exceeding 30 mm.
- the average fiber length of the continuous thermoplastic resin fibers used in the present invention is not particularly limited, but is preferably in the range of 1 to 20,000 m, more preferably 100 to 1 from the viewpoint of improving moldability. , 0000 m, more preferably 1,000 to 7,000 m.
- the continuous thermoplastic resin fiber (B) used in the present invention is composed of a thermoplastic resin composition containing the thermoplastic resin b as a main component.
- the thermoplastic resin composition may be composed of only the thermoplastic resin b, or may be appropriately blended with known additives in addition to the thermoplastic resin b.
- the resin b those used for composite materials can be widely used.
- polyolefin resins such as polyethylene and polypropylene, polyamide resins, polyester resins such as polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate, polycarbonate resins, and polyoxymethylene resins.
- thermoplastic resin composition and polyamide resin that can be used in the present invention will be described later.
- the melting point of the resin b depends on the type of resin used, but is preferably, for example, 165 to 390 ° C., more preferably 165 to 375 ° C., further preferably 165 to 305 ° C., 175
- the temperature is more preferably ⁇ 295 ° C. and even more preferably 185 ° -285 ° C.
- a resin having a high melting point is used as the resin b
- a super engineering plastic can also be used.
- super engineering plastics include Mitsui Chemicals, AURUM (registered trademark), Victrex, Victrex (registered trademark) PEEK series, and the like.
- the continuous thermoplastic resin fiber used in the present invention is usually produced using a continuous thermoplastic resin fiber bundle in which continuous thermoplastic resin fibers are bundled, but the total per one such continuous thermoplastic resin fiber bundle.
- the fineness is preferably 40 to 600 dtex, more preferably 50 to 500 dtex, and still more preferably 100 to 400 dtex.
- the number of fibers constituting such a continuous thermoplastic resin fiber bundle is preferably 1 to 200f, more preferably 5 to 100f, still more preferably 10 to 80f, and more preferably 20 to 50f. Particularly preferred. By setting it as such a range, the dispersion state of the continuous thermoplastic resin fiber in the obtained mixed fiber yarn becomes more favorable.
- the continuous thermoplastic resin fiber bundle in order to produce one mixed fiber, is preferably used in the range of 1 to 100, more preferably in the range of 1 to 50. More preferably, it is used in the range of ⁇ 25. By setting it as such a range, the effect of this invention is exhibited more effectively.
- the total fineness of the continuous thermoplastic resin fibers for producing one blended yarn is preferably 200 to 12000 dtex, more preferably 1000 to 6000 dtex. By setting it as such a range, the effect of this invention is exhibited more effectively.
- the total number of continuous thermoplastic resin fibers for producing one blended yarn is preferably 10 to 2000 f, more preferably 20 to 1600 f, and even more preferably 200 to 350 f. .
- the continuous thermoplastic resin fiber bundle used in the present invention preferably has a tensile strength of 2 to 10 gf / d.
- the continuous thermoplastic resin fiber (B) used in the present invention is preferably made of a thermoplastic resin composition containing the thermoplastic resin b as a main component, and from a polyamide resin composition containing a polyamide resin as a main component. More preferably.
- the thermoplastic resin composition used in the present invention may contain an elastomer component.
- an elastomer component for example, known elastomers such as polyolefin elastomers, diene elastomers, polystyrene elastomers, polyamide elastomers, polyester elastomers, polyurethane elastomers, fluorine elastomers, and silicon elastomers can be used. Elastomers and polystyrene-based elastomers.
- elastomers are modified with ⁇ , ⁇ -unsaturated carboxylic acid and its acid anhydride, acrylamide, and derivatives thereof in the presence or absence of a radical initiator in order to impart compatibility with polyamide resin. Modified elastomers are also preferred.
- the blending amount of the elastomer component is preferably 5 to 25% by weight of the thermoplastic resin composition.
- thermoplastic resin composition used in the present invention includes a stabilizer such as an antioxidant and a heat stabilizer, a hydrolysis resistance improver, a weather resistance stabilizer, a gloss, and the like within a range that does not impair the purpose and effect of the present invention.
- Additives such as quenching agents, ultraviolet absorbers, nucleating agents, plasticizers, dispersants, flame retardants, antistatic agents, anti-coloring agents, anti-gelling agents, coloring agents, mold release agents and the like can be added. Details of these can be referred to the description of paragraph numbers 0130 to 0155 in Japanese Patent No. 4894982, the contents of which are incorporated herein.
- the thermoplastic resin composition used by this invention may contain the filler, it is preferable not to contain a filler. Specifically, the filler content in the thermoplastic resin composition is 3% by weight or less.
- thermoplastic resin composition used in the present invention a form in which 70% by weight or more (preferably 80% by weight or more) of the thermoplastic resin composition is a polyamide resin is exemplified. It is more preferable that the constituent unit derived from the dicarboxylic acid and the constituent unit derived from dicarboxylic acid are included, and 50 mol% or more of the constituent unit derived from diamine is derived from xylylenediamine.
- Polyamide resins used in the present invention include polyamide 4, polyamide 6, polyamide 11, polyamide 12, polyamide 46, polyamide 66, polyamide 610, polyamide 612, polyhexamethylene terephthalamide (polyamide 6T), polyhexamethylene isophthalamide. (Polyamide 6I), polyamide 66 / 6T, polyxylylene adipamide, polyxylylene sebacamide, polyxylylene dodecamide, polyamide 9T, polyamide 9MT, polyamide 6I / 6T, and the like.
- a structural unit derived from diamine and a structural unit derived from dicarboxylic acid are included, and 50 mol% or more of the structural unit derived from diamine is derived from xylylenediamine.
- It is preferably a polyamide resin (hereinafter sometimes referred to as “XD polyamide”).
- XD polyamide a polyamide resin
- the ratio of the XD polyamide in the polyamide resin is preferably 50% by weight or more, and more preferably 80% by weight or more.
- the XD polyamide is preferably 70 mol% or more, more preferably 80 mol% or more of the structural unit derived from diamine derived from metaxylylenediamine and / or paraxylylenediamine, and preferably the structural unit derived from dicarboxylic acid.
- diamines other than metaxylylenediamine and paraxylylenediamine that can be used as raw material diamine components for XD polyamides include tetramethylenediamine, pentamethylenediamine, 2-methylpentanediamine, hexamethylenediamine, heptamethylenediamine, Aliphatic diamines such as methylenediamine, nonamethylenediamine, decamethylenediamine, dodecamethylenediamine, 2,2,4-trimethyl-hexamethylenediamine, 2,4,4-trimethylhexamethylenediamine, 1,3-bis (amino Methyl) cyclohexane, 1,4-bis (aminomethyl) cyclohexane, 1,3-diaminocyclohexane, 1,4-diaminocyclohexane, bis (4-aminocyclohexyl) methane, 2,2-bis ( --Aminocyclohexyl) propane, bis ( --
- a diamine other than xylylenediamine is used as the diamine component, it is less than 50 mol%, preferably 30 mol% or less, more preferably 1 to 25 mol%, particularly preferably diamine-derived structural units. Used in a proportion of 5 to 20 mol%.
- Preferred ⁇ , ⁇ -linear aliphatic dicarboxylic acids having 4 to 20 carbon atoms for use as a raw material dicarboxylic acid component of polyamide resin include, for example, succinic acid, glutaric acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, adipic acid Examples thereof include aliphatic dicarboxylic acids such as sebacic acid, undecanedioic acid, dodecanedioic acid and the like, and one or a mixture of two or more can be used. Among these, the melting point of the polyamide resin is suitable for molding processing. Since it becomes a range, adipic acid or sebacic acid is preferable and sebacic acid is especially preferable.
- dicarboxylic acid component other than the ⁇ , ⁇ -linear aliphatic dicarboxylic acid having 4 to 20 carbon atoms examples include phthalic acid compounds such as isophthalic acid, terephthalic acid and orthophthalic acid, 1,2-naphthalenedicarboxylic acid, 3-naphthalenedicarboxylic acid, 1,4-naphthalenedicarboxylic acid, 1,5-naphthalenedicarboxylic acid, 1,6-naphthalenedicarboxylic acid, 1,7-naphthalenedicarboxylic acid, 1,8-naphthalenedicarboxylic acid, 2,3- Examples thereof include naphthalenedicarboxylic acids such as naphthalenedicarboxylic acid, isomers such as 2,6-naphthalenedicarboxylic acid and 2,7-naphthalenedicarboxylic acid, and one or a mixture of two or more can be used.
- phthalic acid compounds such as isophthalic acid, terephthal
- terephthalic acid or isophthalic acid may be used from the viewpoint of molding processability and barrier properties. preferable.
- the proportion of terephthalic acid and isophthalic acid is preferably 30 mol% or less, more preferably 1 to 30 mol%, particularly preferably 5 to 20 mol% of the dicarboxylic acid structural unit.
- lactams such as ⁇ -caprolactam and laurolactam
- aliphatics such as aminocaproic acid and aminoundecanoic acid, as long as the effects of the present invention are not impaired.
- Aminocarboxylic acids can also be used as copolymerization components.
- the polyamide resin used in the present invention preferably has a number average molecular weight (Mn) of 6,000 to 30,000, more preferably 8,000 to 28,000, and still more preferably 9,000 to 26,000. 000, more preferably 10,000 to 24,000, and particularly preferably 11,000 to 22,000. Within such a range, the heat resistance, elastic modulus, dimensional stability, and moldability become better.
- Mn number average molecular weight
- the polyamide resin used in the present invention preferably has a molecular weight distribution (weight average molecular weight / number average molecular weight (Mw / Mn)) of 1.8 to 3.1.
- the molecular weight distribution is more preferably 1.9 to 3.0, still more preferably 2.0 to 2.9.
- the molecular weight distribution of the polyamide resin can be adjusted, for example, by appropriately selecting the polymerization reaction conditions such as the type and amount of the initiator and catalyst used in the polymerization, and the reaction temperature, pressure, and time. It can also be adjusted by mixing a plurality of types of polyamide resins having different average molecular weights obtained under different polymerization conditions or by separately precipitating the polyamide resins after polymerization.
- the molecular weight distribution can be obtained by GPC measurement. Specifically, using “HLC-8320GPC” manufactured by Tosoh Corporation as an apparatus and two “TSK gel Super HM-H” manufactured by Tosoh Corporation as a column, eluent Measured under conditions of hexafluoroisopropanol (HFIP) having a sodium trifluoroacetate concentration of 10 mmol / l, a resin concentration of 0.02% by weight, a column temperature of 40 ° C., a flow rate of 0.3 ml / min, and a refractive index detector (RI). It can obtain
- a calibration curve is prepared by dissolving 6 levels of PMMA in HFIP.
- the polyamide resin has a flexural modulus retention rate of 85% or more when absorbing water.
- the retention rate of the flexural modulus at the time of water absorption of the polyamide resin is 0.5% by weight of water absorption with respect to the flexural modulus at the time of water absorption of 0.1% by weight of the bending test piece obtained by molding the polyamide resin in accordance with JIS K7171.
- the ratio (%) of the bending elastic modulus at the time and a high value means that the bending elastic modulus does not easily decrease even when moisture is absorbed.
- the flexural modulus is a value measured according to JIS K7171.
- the bending elastic modulus retention at the time of water absorption is more preferably 90% or more, and further preferably 95% or more.
- the flexural modulus retention rate of the polyamide resin upon water absorption can be controlled by, for example, the mixing ratio of paraxylylenediamine and metaxylylenediamine, and the higher the ratio of paraxylylenediamine, the better the flexural modulus retention rate. Can do. It can also be adjusted by controlling the crystallinity of the bending test piece.
- the water absorption rate of the polyamide resin is 1% by weight or less as the water absorption rate when a bending test piece molded in accordance with JIS K7171 is immersed in water at 23 ° C. for 1 week, taken out, and immediately measured after wiping off moisture.
- it is 0.6% by weight or less, more preferably 0.4% by weight or less.
- the polyamide resin preferably has a terminal amino group concentration ([NH 2 ]) of less than 100 ⁇ equivalent / g, more preferably 5 to 75 ⁇ equivalent / g, and still more preferably 10 to 60 ⁇ equivalent / g.
- concentration ([COOH]) is preferably less than 150 ⁇ eq / g, more preferably 10 to 120 ⁇ eq / g, and still more preferably 10 to 100 ⁇ eq / g.
- the ratio of the terminal amino group concentration to the terminal carboxyl group concentration is preferably 0.7 or less, more preferably 0.6 or less, particularly preferably 0. .5 or less. When this ratio is larger than 0.7, it may be difficult to control the molecular weight when polymerizing the polyamide resin.
- the terminal amino group concentration can be measured by dissolving 0.5 g of polyamide resin in 30 ml of a phenol / methanol (4: 1) mixed solution with stirring at 20 to 30 ° C. and titrating with 0.01 N hydrochloric acid.
- 0.1 g of polyamide resin is dissolved in 30 ml of benzyl alcohol at 200 ° C., and 0.1 ml of phenol red solution is added in the range of 160 ° C. to 165 ° C.
- the melting point of the polyamide resin is preferably 150 to 310 ° C., more preferably 180 to 300 ° C., and further preferably 180 to 250 ° C.
- the glass transition point of the polyamide resin is preferably 50 to 100 ° C., more preferably 55 to 100 ° C., and particularly preferably 60 to 100 ° C. Within this range, the heat resistance tends to be good.
- the melting point in the present invention is the temperature at the peak top of the endothermic peak at the time of temperature rise observed by the DSC (Differential Scanning Calorimetry) method. Specifically, it is measured by the method described in the examples described later. Say the value was.
- the glass transition point refers to a glass transition point that is measured by once heating and melting a sample to eliminate the influence of the thermal history on crystallinity and then raising the temperature again.
- DSC-60 manufactured by SHIMADZU CORPORATION is used, the sample amount is about 1 mg, nitrogen is flowed at 30 ml / min as the atmospheric gas, and the heating rate is 10 ° C./min.
- the melting point can be determined from the temperature at the peak top of the endothermic peak observed when the mixture is heated from room temperature to a temperature higher than the expected melting point and melted.
- the melted polyamide resin is rapidly cooled with dry ice, heated again to a temperature higher than the melting point at a rate of 10 ° C./min, and the glass transition point and melting point can be determined.
- the melting point may be measured after adjusting the melting point to be clear by performing a pretreatment or the like.
- An example of the pretreatment is heat treatment.
- Processing agent for continuous thermoplastic resin fibers It is also preferable to treat the surface of the continuous thermoplastic resin fiber (B) used in the present invention with a treatment agent. By setting it as such an aspect, the dispersion degree of the continuous reinforcement fiber (A) in a mixed fiber yarn improves more.
- the type of the treating agent is not particularly defined as long as it has a function of focusing the continuous thermoplastic resin fibers (B). Examples of the treating agent include ester compounds, alkylene glycol compounds, polyolefin compounds, and phenyl ether compounds. More specifically, surfactants are preferable.
- the amount of the treatment agent for the continuous thermoplastic resin fiber is preferably 0.1 to 2% by weight, more preferably 0.5 to 1.5% by weight, based on the continuous thermoplastic resin fiber.
- the method for treating the continuous thermoplastic resin fiber (B) with the treating agent is not particularly defined as long as the intended purpose can be achieved. For example, adding the processing agent dissolved in a solution to the continuous thermoplastic resin fiber (B) is allowed to adhere to the surface of the continuous thermoplastic resin fiber. Alternatively, the treatment agent can be blown on the surface of the continuous thermoplastic resin fiber.
- the thermoplastic resin fiber (C) used in the present invention is composed of a thermoplastic resin composition containing the thermoplastic resin c as a main component.
- the thermoplastic resin composition that is the raw material of the thermoplastic resin fiber (C) is usually preferably 50% by weight or more of the thermoplastic resin c, and preferably 60% by weight or more of the thermoplastic resin c, and 70% by weight.
- the above may be used as the thermoplastic resin c.
- the resin c those used for composite materials can be widely used.
- polyolefin resins such as polyethylene and polypropylene, polyamide resins, polyester resins such as polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate, polycarbonate resins, polyoxymethylene resins, Polyetherketone resins such as polyetherketone, polyetheretherketone, polyetherketoneketone, polyetheretherketoneketone, polyethersulfone resin, polyethersulfide resin, thermoplastic polyetherimide, thermoplastic polyamideimide, wholly aromatic Thermoplastic polyimide resins such as aromatic polyimide and semi-aromatic polyimide can be used.
- the resin c is preferably a polyamide resin.
- the polyamide resin described in the above-mentioned continuous thermoplastic resin fiber (B) can be preferably used.
- the thermoplastic resin composition which is a raw material of the thermoplastic resin fiber (C) may contain components other than the thermoplastic resin, and these are synonymous with those described for the continuous thermoplastic resin fiber (B).
- the preferred range is also the same.
- the melting point of the resin c is preferably 180 to 405 ° C., more preferably 180 to 390 ° C., still more preferably 180 to 320 ° C., and 190 to 310, depending on the type of resin used. More preferably, the temperature is 200 ° C. to 300 ° C.
- the length of the thermoplastic resin fiber (C) used in the present invention is not particularly defined as long as the blended yarn can be shaped, but a thermoplastic resin fiber having a length of 6 mm or more is preferable from the viewpoint of ease of processing. More preferably, it is a thermoplastic resin fiber having a length of 20 mm or more.
- the blended yarn may be retained by one thermoplastic resin fiber (C), or separate portions of the blended yarn may be retained by two or more thermoplastic resin fibers (C). It may be a thing. Further, the mixed fiber may be shaped using two or more bundles of thermoplastic resin fibers (C).
- the fineness of the thermoplastic resin fiber (C) can be, for example, 10 to 200 dtex, preferably 50 to 150 dtex, more preferably 100 to 150 dtex.
- the thermoplastic resin fiber (C) may be used as it is, or a plurality of twisted ones such as two twists and three twists may be used.
- the melting point of the thermoplastic resin c constituting the thermoplastic resin fiber (C) is 15 ° C. or higher than the melting point of the thermoplastic resin b constituting the continuous thermoplastic resin fiber (B).
- resin b can be impregnated, without disturbing the dispersion state of continuous reinforcing fiber (A), and the external appearance of the obtained molded article improves.
- the melting point of the resin having the higher melting point is defined as the melting point of the resin b.
- the higher melting point is set as the melting point of the resin b.
- the melting point of the resin with the larger amount is set as the melting point of the resin c.
- the melting point of the resin having the highest melting point is defined as the melting point of the resin c.
- the higher melting point is set as the melting point of the resin c.
- the difference between the melting point of the resin c and the melting point of the resin b can be 16 ° C. or higher, more preferably 17 ° C. or higher, and particularly 18 ° C. or higher.
- the upper limit of the difference between the melting point of the resin c and the melting point of the resin b is not particularly defined, but is preferably 100 ° C. or less, more preferably 80 ° C. or less, and particularly preferably 75 ° C. or less. preferable. By setting it as such a range, after heat-molding, after resin b fuse
- the present invention also discloses an embodiment in which a resin c1 having a melting point of 15 ° C. or higher than that of the resin b and a resin c2 having a melting point lower than that of the resin b are used as the resin c constituting the thermoplastic resin fiber (C). .
- a resin c1 having a melting point of 15 ° C. or higher than that of the resin b and a resin c2 having a melting point lower than that of the resin b are used as the resin c constituting the thermoplastic resin fiber (C).
- the mixed yarn containing the resin b is shaped using the thermoplastic resin fiber (C) containing the resin c1 and the resin c2, and preheated at a temperature below the melting point of the resin b, only the resin c2 is obtained. Is melted and the whole can be simply bonded, and the operability can be improved.
- the thermoplastic resin fibers (C) when the thermoplastic resin fibers (C) are stitched so as to be embroidered on the base material during shape retention, the thermoplastic resin fibers (C) can form a design pattern. Accordingly, the resin c can be left as it is without melting.
- the melting point of the resin c is preferably 20 to 100 ° C., more preferably 30 to 100 ° C. higher than the melting point of the resin b.
- the mixed yarn is arranged on the base material and is held by stitching with the thermoplastic resin fibers (C).
- the substrate include a resin film, a mat material including reinforcing fibers, a woven or knitted fiber such as glass fiber, and a metal foil.
- thermoplastic resin film (D) is illustrated.
- the thickness of the base material is not particularly defined, but can be, for example, 20 to 100 ⁇ m.
- Use of a mat material containing reinforcing fibers is advantageous in that the mat component can be poured into ribs or the like at the time of press molding to enable integral molding.
- the stitching method a known sewing method or embroidery method can be adopted, and it is only necessary that the base material and the mixed yarn are held in shape so as not to be greatly deformed by carrying or carrying.
- Thermoplastic resin film (D) used in the present invention is a film containing a thermoplastic resin, and usually 30 to 100% by weight of the film is composed of a thermoplastic resin (hereinafter sometimes referred to as “resin d”).
- the thermoplastic resin include polyolefin resins such as polyethylene and polypropylene, polyamide resins, polyester resins such as polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate, polycarbonate resins, polyoxymethylene resins, polyether ketones, polyether ether ketones and polyether ketones.
- Polyetherketone resins such as ketone and polyetheretherketoneketone, polyethersulfone resin, polyethersulfide resin, thermoplastic polyetherimide, thermoplastic polyamideimide, wholly aromatic polyimide, semi-aromatic polyimide and other thermoplastic polyimide Resins can be used, and a polyamide resin is preferable.
- the polyamide resin that can be used in the present invention include the polyamide resins described for the resin b, and polyamide 6, polyamide 66, and the like are preferable.
- the thermoplastic resin film (D) used by this invention may contain components other than a thermoplastic resin. Examples of such components are the same as those described for the above-mentioned continuous thermoplastic resin fiber (B), and the preferred ranges are also the same.
- the melting point of the resin d is preferably 180 to 405 ° C., more preferably 180 to 390 ° C., further preferably 180 to 320 ° C., still more preferably 190 to 310 ° C., 200 It is even more preferable that the temperature is ⁇ 300 ° C.
- the melting point of the resin with the larger blending amount is taken as the melting point of the resin d.
- the higher melting point is set as the melting point of the resin d.
- the melting point of the resin d is preferably 15 ° C. or more higher than the melting point of the resin b, more preferably 20 to 80 ° C., and more preferably 25 to 76 ° C. With such a configuration, the resin b can be melted before the resin d is melted during thermoforming.
- the combination of the resin b, the resin c, and the resin d in the composite material of the present invention preferably satisfies the relationship of the melting point.
- the resin b is mainly composed of an XD-based polyamide
- the resin c and the resin d are Each of them is preferably composed mainly of polyamide 66 or XD polyamide.
- an embodiment using at least one of a polyether ketone resin and a polyimide resin is preferably exemplified, and an embodiment using at least a polyether ketone resin is more preferably exemplified.
- a polyether ether ketone resin for example, having a melting point of 343 ° C.
- a polyimide resin for example, AURUM, melting point: 388 ° C. manufactured by Mitsui Chemicals is used as the resin c.
- resin c are exemplified using polyether ketone ketone resins having different melting points (for example, KEPSTAN 7002 (melting point: 331 ° C.) and KEPSTAN 8002 (melting point: 357 ° C.) manufactured by ARKEMA).
- polyether ketone ketone resins having different melting points for example, KEPSTAN 7002 (melting point: 331 ° C.) and KEPSTAN 8002 (melting point: 357 ° C.) manufactured by ARKEMA).
- the method for producing the composite material of the present invention is not particularly defined, and can be produced using a known method.
- the method includes stitching a base material and a mixed fiber arranged on the base material with a thermoplastic resin fiber (C), and the mixed fiber is a continuous reinforcing fiber (A ) And the continuous thermoplastic resin fiber (B), and the melting point of the thermoplastic resin constituting the thermoplastic resin fiber (C) is 15 than the melting point of the thermoplastic resin constituting the continuous thermoplastic resin fiber (B).
- a method for producing a composite material that is higher by at least ° C. is exemplified.
- the manufacturing method of the molded article of the present invention is not particularly defined, it is preferable to mold the composite material of the present invention at a temperature lower than the melting point of the thermoplastic resin constituting the thermoplastic resin fiber (C).
- the continuous reinforcing fiber (A) is appropriately impregnated with the resin b or the thermoplastic resin composition containing the resin b while maintaining the dispersion state of the continuous reinforcing fiber (A) and the continuous thermoplastic resin fiber (B). Can do.
- the resin b is dissolved, the resin c may be melted or may not be melted.
- the molding temperature is preferably 5 to 50 ° C. lower than the melting point of the resin c, more preferably 10 to 34 ° C., more preferably 10 to 30 ° C., and still more preferably 10 to 28 ° C. It is even more preferable that the temperature is lower by 25 ° C.
- the heating time is not particularly defined, but can be, for example, 1 to 10 minutes. At this time, pressure may be applied, and the pressure is preferably about 1 to 5 MPa.
- the molding temperature is preferably in the range of 180 to 300 ° C., more preferably 190 to 270 ° C., although it depends on the type of resin.
- the temperature may be further raised and heated.
- the heating temperature at that time is preferably (the melting point of the resin c ⁇ 20 ° C.) or more, more preferably (the melting point of the resin c ⁇ 15 ° C.) or more.
- the upper limit of the heating temperature after molding is preferably not more than the melting point of the resin c, more preferably not more than (the melting point of the resin c ⁇ 5 ° C.).
- An example of the heating time at this time is 30 to 300 seconds.
- the molded product may be coated with a thermosetting resin.
- the field of use of the molded article formed by molding the composite material of the present invention is not particularly defined, and is not limited to automobile, aircraft and other transport equipment parts, general machine parts, precision machine parts, electronic / electric equipment parts, OA equipment parts, building materials. -Widely used in household equipment, medical equipment, leisure sports equipment, play equipment, medical products, food packaging film and other daily necessities, defense and aerospace products.
- it is suitably used as a molding material for medical devices (such as long leg devices), window frames for automobiles, trains, boats, etc., frames for goggles of helmets, glasses frames, safety shoes, and the like.
- the composite material of the present invention has a high utility value as a medical device forming material and a secondary structural member for automobiles.
- Thermoplastic resin b ⁇ Synthesis Example 1 MPXD10>
- a reaction vessel equipped with a stirrer, a partial condenser, a full condenser, a thermometer, a dropping funnel and a nitrogen introducing tube, and a strand die
- TA Grade manufactured by Ito Oil Co., Ltd.
- acetic acid TA Grade manufactured by Ito Oil Co., Ltd.
- the system was stirred while stirring the system under a small amount of nitrogen. It was heated and melted to 0 ° C.
- the internal temperature was raised, and when the temperature reached 250 ° C., the pressure in the reaction vessel was reduced, and the internal temperature was further raised to continue the melt polycondensation reaction at 255 ° C. for 20 minutes. Thereafter, the inside of the system was pressurized with nitrogen, and the obtained polymer was taken out of the strand die and pelletized to obtain a polyamide resin MPXD10.
- the obtained polyamide resin had a melting point of 213 ° C. and a number average molecular weight of 15,400.
- MXD6 metaxylylene adipamide resin (manufactured by Mitsubishi Gas Chemical, grade S6001), melting point 237 ° C., number average molecular weight 16800
- Continuous reinforcing fiber (A) Continuous carbon fiber: manufactured by Mitsubishi Rayon, Pyrofil-TR-50S-12000-AD, 8000 dtex, number of fibers 12000f. Surface treatment with epoxy resin. Continuous glass fiber: manufactured by Nittobo, 1350 dtex, number of fibers 800 f. Continuous aramid fiber: Purchased from FRP-ZONE.COM.
- Thermoplastic resin film (D) The polyamide 66 pellets were supplied to a single-screw extruder with a T-die having a cylinder diameter of 30 mm (PTM-30, manufactured by Plastic Engineering Laboratories). Melt kneading was performed under the conditions of a cylinder temperature of 215 ° C. to 290 ° C. and a screw rotation speed of 30 rpm. After melt-kneading, the film-like material was extruded through a T die and solidified on a cooling roll to obtain a film having a thickness of 100 ⁇ m.
- Thermoplastic resin c MXD6 MXD6 used in thermoplastic resin b was used.
- MPXD10 MPXD10 used in the thermoplastic resin b was used.
- PA66 Toray, CM3001N
- Synthesis Example 4 In Synthesis Example 1, the mixed xylylenediamine of metaxylylenediamine and paraxylylenediamine was changed to an equal amount of paraxylylenediamine, and when the internal temperature reached 290 ° C. after completion of the dropwise addition, A polyamide resin PXD10 was obtained in the same manner as in Synthesis Example 1 except that the pressure was reduced and the internal temperature was raised to 295 ° C. The obtained polyamide resin had a melting point of 290 ° C. and a number average molecular weight of 17,000.
- Measuring method (melting point) Using DSC-60 manufactured by SHIMADZU CORPORATION, the sample amount is about 1 mg, nitrogen gas is flowed at 30 ml / min as the atmospheric gas, and the temperature rising rate is from room temperature (25 ° C.) at 10 ° C./min. The melted polyamide resin is heated and melted to a temperature higher than the expected melting point, and then the melted polyamide resin is quenched with dry ice, and the endothermic peak observed when the temperature is raised again to a temperature higher than the melting point at a rate of 10 ° C./min. The temperature at the peak top was taken as the melting point.
- Example 1 Manufacture of continuous thermoplastic resin fibers (B)
- the thermoplastic resin shown in the following table was used to form a fiber according to the following method.
- a thermoplastic resin fiber bundle obtained by melt-extruding a thermoplastic resin with a single-screw extruder having a 30 mm ⁇ screw, extruding it from a 60-hole die into a strand shape, stretching it while winding it with a roll, and winding it around a wound body Got.
- the melting temperature was the melting point of the resin + 15 ° C.
- thermoplastic resin fiber (C) Manufacture of thermoplastic resin fiber (C)
- the thermoplastic resin shown in the following table was used to form a fiber according to the following method.
- a thermoplastic resin fiber bundle obtained by melt-extruding a thermoplastic resin with a single-screw extruder having a 30 mm ⁇ screw, extruding it from a 34-hole die into a strand shape, stretching it while winding it with a roll, and winding it around a wound body Got.
- the melting temperature was the melting point of the resin + 15 ° C.
- the blended yarn was produced according to the following method. From the wound body, continuous thermoplastic resin fibers and continuous reinforcing fibers were each pulled out and opened by air blow while passing through a plurality of guides. While opening the fiber, a continuous thermoplastic resin fiber and a continuous reinforcing fiber were bundled, and air blow was given through a plurality of guides to promote homogenization to obtain a mixed yarn.
- the blended yarn is cut out and embedded with an epoxy resin, the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the embedded blended yarn is polished, and the cross-sectional view is an ultra-deep color 3D shape measuring microscope VK-9500 (controller unit) / VK. Photographed using a ⁇ 9510 (measurement unit) (manufactured by Keyence). A region in which the thermoplastic resin fiber component of the continuous reinforcing fiber was melted and impregnated was selected using the image analysis software ImageJ, and the area was measured. The impregnation rate was expressed as the area where the thermoplastic resin component was impregnated into the continuous reinforcing fiber / photographed cross-sectional area (unit%).
- thermoplastic resin film (D) thermoplastic resin film (D)
- the mixed yarns obtained above are arranged as shown in FIG. 2 (a), and the thermoplastic resin fibers (C) shown in the table are twisted. Then, the mixed fiber was stitched and fixed to the polyamide 66 film to obtain a composite material.
- thermoplastic resin fiber (C) (Appearance 2: Stitch of thermoplastic resin fiber (C))
- the obtained molded product was evaluated according to the following criteria. Existence: The thermoplastic resin fiber (C) is not melted and is not noticeable No: The thermoplastic resin fiber (C) is melted and not noticeable
- the obtained molded product was measured and evaluated as follows. Two arbitrary points 5 cm apart from the composite material before heat forming were marked, and after the heat forming, the distance between the two arbitrary points was measured again to obtain the rate of change. ⁇ : The dimension of the molded product is less than ⁇ 2% when the shape is maintained ⁇ : The dimension of the molded product is ⁇ 2% or more when the shape is retained
- Example 1 As shown in the following table, the type of continuous reinforcing fiber (A), the type of continuous thermoplastic resin fiber (B), the type of thermoplastic resin fiber (C), the molding temperature of the composite material, etc. The other went in the same way. Moreover, about Example 10 and Example 11, it heated for 180 second at the temperature shown in a table
- the composite material of the present invention showed almost no disturbance of the continuous reinforcing fibers. Furthermore, the improvement rate of mechanical strength was high and the moldability was also excellent. In contrast, in Comparative Example 1 in which the same material was used for the continuous thermoplastic resin fiber (B) and the thermoplastic resin fiber (C), the disturbance of the continuous reinforcing fiber was conspicuous.
- Example 9 ⁇ Production of non-crimp fabric> The mixed fiber used in Example 9 was juxtaposed as shown in FIG. That is, a plurality of blended yarns were arranged in a layer in one direction. The mixed yarn was juxtaposed on the surface so as to be 90 ° with respect to the parallel direction of the mixed yarn. Thereafter, the two thermoplastic resin fibers (C) used in Example 9 were twisted and stitched so as to be Z-shaped with respect to the blended yarn to form a non-crimp fabric having a width of 20 cm and 480 g / m 2. Obtained.
- thermoplastic resin fiber (C) used in Example 1 on the surface of a polyamide 66 film having an average thickness of 100 ⁇ m obtained by processing the mixed fiber used in Example 1 so as to correspond to the shape of the long leg brace. Stitching was performed and hot pressing was performed for 5 minutes under the conditions of 240 ° C. and 2 MPa using a mold to obtain a long leg brace.
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Abstract
加熱加工後の外観に優れる複合材料、ならびに、複合材料の製造方法および成形品の製造方法の提供。本発明の複合材料は、繊維成分として、連続強化繊維(A)と連続熱可塑性樹脂繊維(B)を含む混繊糸と、前記混繊糸を保形する熱可塑性樹脂繊維(C)を含み、前記熱可塑性樹脂繊維(C)を構成する熱可塑性樹脂の融点が前記連続熱可塑性樹脂繊維(B)を構成する熱可塑性樹脂の融点よりも15℃以上高いことを特徴とする。
Description
本発明は、複合材料、前記複合材料の製造方法および、前記複合材料を用いた成形品の製造方法に関する。
近年、繊維と熱可塑性樹脂からなる繊維強化熱可塑性樹脂材料(fiber-reinforced thermoplastic, FRP)が注目されている(特許文献1~4)。FRPは、軽量で高い強度を有することから、各種用途に広く用いられている。
ここで、FRPの代表的な例としては、繊維を熱可塑性樹脂に含浸させた繊維強化熱可塑性樹脂材料が知られている。このようなFRPは、通常、繊維を熱可塑性樹脂に含浸させた繊維強化熱可塑性樹脂材料を複数枚加熱して結合したプリプレグとして用いられている。このようなプリプレグは、さらに加熱して、所望の用途に応じた形状に加工される。
また、本願出願人らは、繊維成分が連続熱可塑性樹脂繊維と連続強化繊維からなる混繊糸を開示している。
ここで、FRPの代表的な例としては、繊維を熱可塑性樹脂に含浸させた繊維強化熱可塑性樹脂材料が知られている。このようなFRPは、通常、繊維を熱可塑性樹脂に含浸させた繊維強化熱可塑性樹脂材料を複数枚加熱して結合したプリプレグとして用いられている。このようなプリプレグは、さらに加熱して、所望の用途に応じた形状に加工される。
また、本願出願人らは、繊維成分が連続熱可塑性樹脂繊維と連続強化繊維からなる混繊糸を開示している。
ここで、上記のような繊維成分が連続強化繊維と連続熱可塑性樹脂繊維からなる混繊糸は、糸状であるため、シート状等の形状に保形した材料があれば有益である。しかしながら、混繊糸を何らかの繊維で保形した複合材料は、加熱加工した際に、連続繊維が乱れて成形品の表面で目立ったりして、外観が劣ったりする場合がある。
本発明は、かかる課題を解決することを目的としたものであって、加熱加工後の外観に優れる複合材料を提供することを目的とする。また、複合材料の製造方法および成形品の製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、かかる課題を解決することを目的としたものであって、加熱加工後の外観に優れる複合材料を提供することを目的とする。また、複合材料の製造方法および成形品の製造方法を提供することを目的とする。
上記課題のもと、本発明者が鋭意検討を行った結果、混繊糸を保形する繊維として、混繊糸に含まれる樹脂よりも融点の高い樹脂繊維を採用することにより、上記課題を解決しうることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的には、下記手段<1>により、好ましくは<2>~<18>により、上記課題は解決された。
<1>繊維成分として、連続強化繊維(A)と連続熱可塑性樹脂繊維(B)を含む混繊糸と、前記混繊糸を保形する熱可塑性樹脂繊維(C)を含み、前記熱可塑性樹脂繊維(C)を構成する熱可塑性樹脂の融点が前記連続熱可塑性樹脂繊維(B)を構成する熱可塑性樹脂の融点よりも15℃以上高い、複合材料。
<2>前記連続熱可塑性樹脂繊維(B)を構成する熱可塑性樹脂がポリアミド樹脂である、<1>に記載の複合材料。
<3>前記連続熱可塑性樹脂繊維(B)を構成する熱可塑性樹脂がジアミン由来の構成単位とジカルボン酸由来の構成単位を含み、ジアミン由来の構成単位の50モル%以上がキシリレンジアミンに由来するポリアミド樹脂である、<1>に記載の複合材料。
<4>前記熱可塑性樹脂繊維(C)を構成する熱可塑性樹脂がポリアミド樹脂である、<1>~<3>のいずれかに記載の複合材料。
<5>前記混繊糸は、基材の上に配列され、前記熱可塑性樹脂繊維(C)でステッチングして保形されている、<1>~<4>のいずれかに記載の複合材料。
<6>前記基材は、熱可塑性樹脂フィルム(D)である、<5>に記載の複合材料。
<7>前記熱可塑性樹脂フィルム(D)を構成する熱可塑性樹脂の融点が前記連続熱可塑性樹脂繊維(B)を構成する熱可塑性樹脂の融点よりも、15℃以上高い、<6>に記載の複合材料。
<8>前記熱可塑性樹脂フィルム(D)がポリアミド樹脂を含む、<6>または<7>に記載の複合材料。
<9>前記連続強化繊維(A)は、炭素繊維、アラミド繊維およびガラス繊維の少なくとも1種である、<1>~<8>のいずれかに記載の複合材料。
<10>前記連続強化繊維(A)は、炭素繊維である、<1>~<8>のいずれかに記載の複合材料。
<11>前記熱可塑性樹脂繊維(C)を構成する熱可塑性樹脂の融点は、前記連続熱可塑性樹脂繊維(B)を構成する熱可塑性樹脂の融点より、15~100℃高い、<1>~<10>のいずれかに記載の複合材料。
<12>前記混繊糸中の連続強化繊維(A)の分散度が60~100%である、<1>~<11>のいずれかに記載の複合材料。
<13>複数本の混繊糸が一方向に層状に並列しており、前記層状の混繊糸の上に、複数本の混繊糸が前記混繊糸の並列方向に対し、10°~90°の方向に、層状に並列しており、前記熱可塑性樹脂繊維(C)が前記層状の混繊糸を保形している、<1>~<12>のいずれかに記載の複合材料。
<14>前記複合材料がノンクリンプファブリックである、<1>~<13>のいずれかに記載の複合材料。
<15>前記混繊糸は、連続強化繊維(A)および連続熱可塑性樹脂繊維(B)の少なくとも一方の処理剤によって、束状にされている、<1>~<14>のいずれかに記載の複合材料。
<16>医療用装具形成用である、<1>~<15>のいずれかに記載の複合材料。
<17>基材と、基材上に配列している混繊糸を、熱可塑性樹脂繊維(C)でステッチングすることを含み、前記混繊糸は、繊維成分として、連続強化繊維(A)と連続熱可塑性樹脂繊維(B)を含み、前記熱可塑性樹脂繊維(C)を構成する熱可塑性樹脂の融点が前記連続熱可塑性樹脂繊維(B)を構成する熱可塑性樹脂の融点よりも15℃以上高い、複合材料の製造方法。
<18><1>~<16>のいずれかに記載の複合材料を、前記熱可塑性樹脂繊維(C)を構成する熱可塑性樹脂の融点よりも低い温度で成形することを含む、成形品の製造方法。
<1>繊維成分として、連続強化繊維(A)と連続熱可塑性樹脂繊維(B)を含む混繊糸と、前記混繊糸を保形する熱可塑性樹脂繊維(C)を含み、前記熱可塑性樹脂繊維(C)を構成する熱可塑性樹脂の融点が前記連続熱可塑性樹脂繊維(B)を構成する熱可塑性樹脂の融点よりも15℃以上高い、複合材料。
<2>前記連続熱可塑性樹脂繊維(B)を構成する熱可塑性樹脂がポリアミド樹脂である、<1>に記載の複合材料。
<3>前記連続熱可塑性樹脂繊維(B)を構成する熱可塑性樹脂がジアミン由来の構成単位とジカルボン酸由来の構成単位を含み、ジアミン由来の構成単位の50モル%以上がキシリレンジアミンに由来するポリアミド樹脂である、<1>に記載の複合材料。
<4>前記熱可塑性樹脂繊維(C)を構成する熱可塑性樹脂がポリアミド樹脂である、<1>~<3>のいずれかに記載の複合材料。
<5>前記混繊糸は、基材の上に配列され、前記熱可塑性樹脂繊維(C)でステッチングして保形されている、<1>~<4>のいずれかに記載の複合材料。
<6>前記基材は、熱可塑性樹脂フィルム(D)である、<5>に記載の複合材料。
<7>前記熱可塑性樹脂フィルム(D)を構成する熱可塑性樹脂の融点が前記連続熱可塑性樹脂繊維(B)を構成する熱可塑性樹脂の融点よりも、15℃以上高い、<6>に記載の複合材料。
<8>前記熱可塑性樹脂フィルム(D)がポリアミド樹脂を含む、<6>または<7>に記載の複合材料。
<9>前記連続強化繊維(A)は、炭素繊維、アラミド繊維およびガラス繊維の少なくとも1種である、<1>~<8>のいずれかに記載の複合材料。
<10>前記連続強化繊維(A)は、炭素繊維である、<1>~<8>のいずれかに記載の複合材料。
<11>前記熱可塑性樹脂繊維(C)を構成する熱可塑性樹脂の融点は、前記連続熱可塑性樹脂繊維(B)を構成する熱可塑性樹脂の融点より、15~100℃高い、<1>~<10>のいずれかに記載の複合材料。
<12>前記混繊糸中の連続強化繊維(A)の分散度が60~100%である、<1>~<11>のいずれかに記載の複合材料。
<13>複数本の混繊糸が一方向に層状に並列しており、前記層状の混繊糸の上に、複数本の混繊糸が前記混繊糸の並列方向に対し、10°~90°の方向に、層状に並列しており、前記熱可塑性樹脂繊維(C)が前記層状の混繊糸を保形している、<1>~<12>のいずれかに記載の複合材料。
<14>前記複合材料がノンクリンプファブリックである、<1>~<13>のいずれかに記載の複合材料。
<15>前記混繊糸は、連続強化繊維(A)および連続熱可塑性樹脂繊維(B)の少なくとも一方の処理剤によって、束状にされている、<1>~<14>のいずれかに記載の複合材料。
<16>医療用装具形成用である、<1>~<15>のいずれかに記載の複合材料。
<17>基材と、基材上に配列している混繊糸を、熱可塑性樹脂繊維(C)でステッチングすることを含み、前記混繊糸は、繊維成分として、連続強化繊維(A)と連続熱可塑性樹脂繊維(B)を含み、前記熱可塑性樹脂繊維(C)を構成する熱可塑性樹脂の融点が前記連続熱可塑性樹脂繊維(B)を構成する熱可塑性樹脂の融点よりも15℃以上高い、複合材料の製造方法。
<18><1>~<16>のいずれかに記載の複合材料を、前記熱可塑性樹脂繊維(C)を構成する熱可塑性樹脂の融点よりも低い温度で成形することを含む、成形品の製造方法。
本発明により、加熱加工後の外観に優れる複合材料を提供可能になった。また、複合材料の製造方法および成形品の製造方法を提供可能になった。
以下において、本発明の内容について詳細に説明する。尚、本明細書において「~」とはその前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。
本発明における繊維の長さは、特に述べない限り、重量平均繊維長をいう。
本発明における繊維の長さは、特に述べない限り、重量平均繊維長をいう。
本発明の複合材料は、繊維成分として、連続強化繊維(A)と連続熱可塑性樹脂繊維(B)を含む混繊糸と、前記混繊糸を保形する熱可塑性樹脂繊維(C)を含み、前記熱可塑性樹脂繊維(C)を構成する熱可塑性樹脂(以下、「樹脂c」ということがある)の融点が前記熱可塑性樹脂繊維(B)を構成する熱可塑性樹脂(以下、「樹脂b」ということあがる)の融点よりも15℃以上高いことを特徴とする。このような構成とすることにより、外観に優れた成形品が得られる。さらには、熱可塑性樹脂繊維(B)と熱可塑性樹脂繊維(C)に、融点が同程度の樹脂を用いる場合と比して機械的強度が飛躍的に向上し、成形加工性に優れたものが得られる。
この理由は推定であるが、本発明の複合材料は、混繊糸を保形する熱可塑性樹脂繊維(C)を構成する熱可塑性樹脂(樹脂c)の融点を、混繊糸を構成する熱可塑性樹脂bの融点よりも15℃以上高くすることにより、本発明の複合材料を加熱加工した際に、樹脂bが樹脂cよりも先に溶融し、連続強化繊維(A)内に適切に含浸するので、混繊糸中の連続強化繊維(A)の分散度を高く保った状態まま成形加工することができ、連続強化繊維(A)が乱れず、外観が向上するものと推定される。さらに、このような混繊糸の乱れを抑制することにより、機械的強度も、顕著に向上させることが可能になる。
これまでの繊維強化材料として、熱可塑性樹脂が連続強化繊維に含浸したプレプリグが知られていた。このようなプリプレグも有益な材料であるが、熱可塑性樹脂を連続強化繊維に含浸させる際に加熱することに加え、さらに、成形品として加工する際に加熱加工するため、通常、二回以上の加熱工程を経る必要があった。これに対し、本発明では、一回の加熱加工でも成形品を成形可能である。
また、従来の繊維強化材料として、繊維シートと樹脂フィルムを積層した繊維強化材料も知られていた。かかる繊維強化材料も有益な材料であるが、繊維シートと樹脂フィルムの積層体であるため、ミクロスケールで繊維と樹脂が分散していなく、繊維と樹脂との距離が長いため、加工には時間をかけて加熱して、樹脂を繊維シート中に含浸させる必要があった。本発明では、連続強化繊維(A)の分散度が本来的に高い混繊糸を、その高い分散度を保ったまま加工できる点で、繊維シートと樹脂フィルムを積層した繊維強化材料よりも、成形加工性に優れる。さらに、このような構成とすることにより、機械的強度も向上させることが可能になる。
この理由は推定であるが、本発明の複合材料は、混繊糸を保形する熱可塑性樹脂繊維(C)を構成する熱可塑性樹脂(樹脂c)の融点を、混繊糸を構成する熱可塑性樹脂bの融点よりも15℃以上高くすることにより、本発明の複合材料を加熱加工した際に、樹脂bが樹脂cよりも先に溶融し、連続強化繊維(A)内に適切に含浸するので、混繊糸中の連続強化繊維(A)の分散度を高く保った状態まま成形加工することができ、連続強化繊維(A)が乱れず、外観が向上するものと推定される。さらに、このような混繊糸の乱れを抑制することにより、機械的強度も、顕著に向上させることが可能になる。
これまでの繊維強化材料として、熱可塑性樹脂が連続強化繊維に含浸したプレプリグが知られていた。このようなプリプレグも有益な材料であるが、熱可塑性樹脂を連続強化繊維に含浸させる際に加熱することに加え、さらに、成形品として加工する際に加熱加工するため、通常、二回以上の加熱工程を経る必要があった。これに対し、本発明では、一回の加熱加工でも成形品を成形可能である。
また、従来の繊維強化材料として、繊維シートと樹脂フィルムを積層した繊維強化材料も知られていた。かかる繊維強化材料も有益な材料であるが、繊維シートと樹脂フィルムの積層体であるため、ミクロスケールで繊維と樹脂が分散していなく、繊維と樹脂との距離が長いため、加工には時間をかけて加熱して、樹脂を繊維シート中に含浸させる必要があった。本発明では、連続強化繊維(A)の分散度が本来的に高い混繊糸を、その高い分散度を保ったまま加工できる点で、繊維シートと樹脂フィルムを積層した繊維強化材料よりも、成形加工性に優れる。さらに、このような構成とすることにより、機械的強度も向上させることが可能になる。
図1は、本発明の複合材料の概略図の一例を示すものであって、1は複合材料を、2は混繊糸を、(C)は熱可塑性樹脂繊維(C)を、(D)は、熱可塑性樹脂フィルム(D)を示している。
本実施形態では、熱可塑性樹脂フィルム(D)の上に、混繊糸2が一方向に配列し、熱可塑性樹脂繊維(C)でステッチングすることにより、混繊糸2を保形している。図1では、混繊糸は、一方向に並んでいるが、他の並び方でもよい。例えば、図2に示す並び方である。すなわち、図2は、本発明における混繊糸の配列の例を示した概念図であって、図2(a)では混繊糸が折り返すように、(b)では格子状に配列されている。その他、混繊糸の並び方は特に定めるものでは無いが、一定の規則性を持って並んでいることが好ましい。また、成形品の用途に応じて所望の配列とすることができる。
本発明では、さらに、図3に示すように、成形品の縁や角など、力が集中的にかかる箇所には、幾重にも混繊糸を配することも好ましい。
ここで、連続強化繊維と連続熱可塑性樹脂繊維を有する材料として、従来は組紐などが用いられていた。組紐は、連続強化繊維を芯とし、そのまわりに、連続熱可塑性樹脂繊維を被覆したものが主流であるが、このような組紐は、連続強化繊維が集中する部分がある。そのため、組紐を保形しようとすると、連続強化繊維が集中する部分には、ステッチングがしにくかった。また、強度を高くしようとして、組紐中の連続強化繊維の割合を高くすると、さらにステッチングがしにくくなるという問題があった。一方、UDテープのような、既に、熱可塑性樹脂が含浸しているものは、ステッチングの際に割れやすかった。
本発明では、混繊糸を用いているため、連続強化繊維が分散しており、いずれの位置でも、ステッチングすることができ、容易に保形できる。また、混繊糸中の連続強化繊維の割合を高くしたり、複合材料中の混繊糸の密度を高くしてもステッチングが容易にできる。すなわち、本発明の複合材料は、混繊糸や混繊糸中の連続強化繊維の密度の高いものから低いものまで自由に設計できる。
再び図1に戻り、図1の形態では、混繊糸2は、基材(熱可塑性樹脂フィルム(D))の上に配列され、熱可塑性樹脂繊維(C)で保形されている。保形手段としては、ステッチングが例示される。このような手段を採用することにより、混繊糸の保形が容易になる。しかしながら、混繊糸を所望の形態に保形できる限り、基材にステッチングすることは必須ではない。例えば、図2(b)に示すように配列した混繊糸において、基材にステッチングせずに、混繊糸同士が交差する部分のみを熱可塑性樹脂繊維(C)で保形することにより、基材なしでも、混繊糸を保形できる。また、混繊糸を用いて製造した編み物や織物を積層して、ステッチングする態様も例示される。
また、図1では、基材として、熱可塑性樹脂フィルム(D)を用いているが、他の基材であってもよい。基材の詳細については、詳細を後述する。さらに、用途に応じて、熱可塑性樹脂フィルム(D)を挟んで両面に混繊糸をステッチングしてもよい。
本実施形態では、熱可塑性樹脂フィルム(D)の上に、混繊糸2が一方向に配列し、熱可塑性樹脂繊維(C)でステッチングすることにより、混繊糸2を保形している。図1では、混繊糸は、一方向に並んでいるが、他の並び方でもよい。例えば、図2に示す並び方である。すなわち、図2は、本発明における混繊糸の配列の例を示した概念図であって、図2(a)では混繊糸が折り返すように、(b)では格子状に配列されている。その他、混繊糸の並び方は特に定めるものでは無いが、一定の規則性を持って並んでいることが好ましい。また、成形品の用途に応じて所望の配列とすることができる。
本発明では、さらに、図3に示すように、成形品の縁や角など、力が集中的にかかる箇所には、幾重にも混繊糸を配することも好ましい。
ここで、連続強化繊維と連続熱可塑性樹脂繊維を有する材料として、従来は組紐などが用いられていた。組紐は、連続強化繊維を芯とし、そのまわりに、連続熱可塑性樹脂繊維を被覆したものが主流であるが、このような組紐は、連続強化繊維が集中する部分がある。そのため、組紐を保形しようとすると、連続強化繊維が集中する部分には、ステッチングがしにくかった。また、強度を高くしようとして、組紐中の連続強化繊維の割合を高くすると、さらにステッチングがしにくくなるという問題があった。一方、UDテープのような、既に、熱可塑性樹脂が含浸しているものは、ステッチングの際に割れやすかった。
本発明では、混繊糸を用いているため、連続強化繊維が分散しており、いずれの位置でも、ステッチングすることができ、容易に保形できる。また、混繊糸中の連続強化繊維の割合を高くしたり、複合材料中の混繊糸の密度を高くしてもステッチングが容易にできる。すなわち、本発明の複合材料は、混繊糸や混繊糸中の連続強化繊維の密度の高いものから低いものまで自由に設計できる。
再び図1に戻り、図1の形態では、混繊糸2は、基材(熱可塑性樹脂フィルム(D))の上に配列され、熱可塑性樹脂繊維(C)で保形されている。保形手段としては、ステッチングが例示される。このような手段を採用することにより、混繊糸の保形が容易になる。しかしながら、混繊糸を所望の形態に保形できる限り、基材にステッチングすることは必須ではない。例えば、図2(b)に示すように配列した混繊糸において、基材にステッチングせずに、混繊糸同士が交差する部分のみを熱可塑性樹脂繊維(C)で保形することにより、基材なしでも、混繊糸を保形できる。また、混繊糸を用いて製造した編み物や織物を積層して、ステッチングする態様も例示される。
また、図1では、基材として、熱可塑性樹脂フィルム(D)を用いているが、他の基材であってもよい。基材の詳細については、詳細を後述する。さらに、用途に応じて、熱可塑性樹脂フィルム(D)を挟んで両面に混繊糸をステッチングしてもよい。
本発明の複合材料の形態の一例として、一定の規則性を持って層状に配列した混繊糸と、前記一定の規則性を層状に持って配列した混繊糸を、熱可塑性樹脂(C)で保形した複合材料が例示される。ここで、層状とは、混繊糸が必ずしも密になるように配列していることを意味するものではなく、また、混繊糸が必ずしも一方向に並列していることを必須とするものではない。例えば、図2の(a)や(c)のように、層状に、一定の規則性を持って配列したものを積層して保形する形態も、本形態に含まれる。また、織物や編み物を積層した形態も、本形態に含まれる。
層状の混繊糸は、基材の上に設けてもよいし、基材を用いずに配列させてもよい。混繊糸の層の数は、2層以上であり、3~20層が好ましい。
層状の混繊糸は、基材の上に設けてもよいし、基材を用いずに配列させてもよい。混繊糸の層の数は、2層以上であり、3~20層が好ましい。
本発明の複合材料の形態の他の一例として、ノンクリンプファブリック等と呼ばれる複合材料が挙げられる。ノンクリンプファブリックとは、織物のように経糸と緯糸が交差している材料とは異なり、経糸と緯糸の交差等によるうねり(クリンプ)が生じていない材料として知られている。ノンクリンプファブリックは、前記交差によるうねり(クリンプ)がない分、層状の混繊糸が一方向性を保っているため、高い強度および弾性率を達成することが可能になる。
ノンクリンプファブリックとしては、複数本の混繊糸が一方向に層状に並列した層を1層または2層以上を有する形態が挙げられ、層状の混繊糸は、2層以上有することが好ましい。層状の混繊糸を2層以上有する場合、1層目の混繊糸の並列方向と、2層目以降の混繊糸の並列方向は同じ、すなわち、1層目の混繊糸の並列方向と2層目以降の混繊糸の並列方向のなす角が0°であってもよいが、1層目と、2層目以降のうち少なくとも1層の、混繊糸の並列方向のなす角は、0°を超え90°以下であることが好ましい。1層目と2層目以降の少なくとも1層の混繊糸の並列方向のなす角が0°を超えることにより、得られるノンクリンプファブリックを2方向以上の方向に対する強度を強化させることができる。前記なす角は、好ましくは10~90°、さらに好ましくは30~90°である。また、なす角とは、一の層状に並列した混繊糸の並列方向と、他の一の層状に並列した混繊糸の並列方向のなす角のうち、小さい方の角をいう。また、本発明におけるなす角は、数学上の厳密ななす角ではなく、本発明の技術分野における通常の誤差を含みうることは言うまでもない。
ノンクリンプファブリックの詳細は、特開2007-46197号公報および特表2015-521661号公報の記載を参酌でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
ノンクリンプファブリックとしては、複数本の混繊糸が一方向に層状に並列した層を1層または2層以上を有する形態が挙げられ、層状の混繊糸は、2層以上有することが好ましい。層状の混繊糸を2層以上有する場合、1層目の混繊糸の並列方向と、2層目以降の混繊糸の並列方向は同じ、すなわち、1層目の混繊糸の並列方向と2層目以降の混繊糸の並列方向のなす角が0°であってもよいが、1層目と、2層目以降のうち少なくとも1層の、混繊糸の並列方向のなす角は、0°を超え90°以下であることが好ましい。1層目と2層目以降の少なくとも1層の混繊糸の並列方向のなす角が0°を超えることにより、得られるノンクリンプファブリックを2方向以上の方向に対する強度を強化させることができる。前記なす角は、好ましくは10~90°、さらに好ましくは30~90°である。また、なす角とは、一の層状に並列した混繊糸の並列方向と、他の一の層状に並列した混繊糸の並列方向のなす角のうち、小さい方の角をいう。また、本発明におけるなす角は、数学上の厳密ななす角ではなく、本発明の技術分野における通常の誤差を含みうることは言うまでもない。
ノンクリンプファブリックの詳細は、特開2007-46197号公報および特表2015-521661号公報の記載を参酌でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
本発明におけるノンクリンプファブリックの好ましい実施形態の一例として、複数本の混繊糸が一方向に層状に並列しており、前記層状の混繊糸の上に、複数本の混繊糸が前記混繊糸の並列方向に対し、0°を超え90°以下、好ましくは10~90°、さらに好ましくは30~90°の方向に、層状に並列しており、前記熱可塑性樹脂繊維(C)が前記層状の混繊糸を保形している複合材料が挙げられる。このような複合材料としては、例えば、図5に示す複合材料が挙げられる。図5では、混繊糸21が層状に並列し、前記混繊糸21に対し、45°のなす角度となるように混繊糸22が層状に並列し、さらに、前記混繊糸22に対し、45°のなす角度となるように混繊糸23が並列し、さらに、前記混繊糸23に対し、45°のなす角度となるように混繊糸24が並列している。そして、このように並列した混繊糸を熱可塑性樹脂繊維(C)で保形している。本実施形態では、混繊糸24に対し、Z字となるようにステッチングしているが、他の保形方法であってもよい。織物の場合、経糸と緯糸を交差させるため、うねり(クリンプ)が生じて強度、弾性率が低下する傾向にあった。しかしながら、本実施形態の複合材料は、各層の混繊糸が一方向性を保っているため、高い強度および弾性率を達成することが可能になる。
図5では、層状の混繊糸の上に、複数本の混繊糸が前記混繊糸の並列方向に対し、45°のなす角度となるように並列しているが、なす角は、0°を超え90°以下の範囲で適宜定められ、好ましくは10~90°、さらに好ましくは30~90°である。
層状の混繊糸は、基材の上に設けてもよいし、基材を用いずに配列させてもよい。混繊糸の層の数は、2層以上であり、3~20層が好ましい。
また、図5において、層状の混繊糸の最表層の表面に基材を有していてもよい。さらに、図5では、層状の混繊糸が連続して積層しているが、層状の混繊糸の間に他の層を含んでいてもよい。他の層は、特に定めるものではなく、層状の混繊糸と層状の混繊糸の間の層も、層状の混繊糸であってもよい。
例えば、図6に示すように、層状の混繊糸の表面に、複数本の混繊糸が前記混繊糸の並列方向に対し、0°に並列している態様が例示される。図6では、矢印は、混繊糸の並列方向を示しており、31~36は混繊糸で構成される層を示している。そして、図6では、層31における混繊糸の並列方向に対し、0°のなす角度となるように混繊糸が並列して層32を形成し、層32における混繊糸の並列方向に対し、90°のなす角度となるように混繊糸が並列して層33を形成し、層33における混繊糸の並列方向に対し、0°のなす角度となるように混繊糸が並列して層34を形成し、層34における混繊糸の並列方向に対し、90°のなす角度となるように混繊糸が並列して層35を形成し、層35における混繊糸の並列方向に対し、0°のなす角度となるように混繊糸が並列して層36を形成している。このように、同じ方向に混繊糸を並列した層を2層以上連続して設けることによって、前記方向の強度を高くすることができる。
本実施形態では、例えば、幅5cm以上、200g/m2以上の複合材料を製造可能である。上限値としては、例えば、幅200cm以下、4000g/m2以下の複合材料とすることができる。
本発明におけるノンクリンプファブリックは、必要な形状にカットして用いてもよいが、最初から、所望の形状に沿うように混繊糸を層状に並列を製造してもよい。また、図7に示すように、複数の複合材料を結合することによって、所望の形状となるように構成してもよい。図7では、4つの同じ形状の複合材料を製造し、これらを結合しているが、かかる複合材料の結合にも、熱可塑性樹脂繊維(C)を用いることができる。
図5では、層状の混繊糸の上に、複数本の混繊糸が前記混繊糸の並列方向に対し、45°のなす角度となるように並列しているが、なす角は、0°を超え90°以下の範囲で適宜定められ、好ましくは10~90°、さらに好ましくは30~90°である。
層状の混繊糸は、基材の上に設けてもよいし、基材を用いずに配列させてもよい。混繊糸の層の数は、2層以上であり、3~20層が好ましい。
また、図5において、層状の混繊糸の最表層の表面に基材を有していてもよい。さらに、図5では、層状の混繊糸が連続して積層しているが、層状の混繊糸の間に他の層を含んでいてもよい。他の層は、特に定めるものではなく、層状の混繊糸と層状の混繊糸の間の層も、層状の混繊糸であってもよい。
例えば、図6に示すように、層状の混繊糸の表面に、複数本の混繊糸が前記混繊糸の並列方向に対し、0°に並列している態様が例示される。図6では、矢印は、混繊糸の並列方向を示しており、31~36は混繊糸で構成される層を示している。そして、図6では、層31における混繊糸の並列方向に対し、0°のなす角度となるように混繊糸が並列して層32を形成し、層32における混繊糸の並列方向に対し、90°のなす角度となるように混繊糸が並列して層33を形成し、層33における混繊糸の並列方向に対し、0°のなす角度となるように混繊糸が並列して層34を形成し、層34における混繊糸の並列方向に対し、90°のなす角度となるように混繊糸が並列して層35を形成し、層35における混繊糸の並列方向に対し、0°のなす角度となるように混繊糸が並列して層36を形成している。このように、同じ方向に混繊糸を並列した層を2層以上連続して設けることによって、前記方向の強度を高くすることができる。
本実施形態では、例えば、幅5cm以上、200g/m2以上の複合材料を製造可能である。上限値としては、例えば、幅200cm以下、4000g/m2以下の複合材料とすることができる。
本発明におけるノンクリンプファブリックは、必要な形状にカットして用いてもよいが、最初から、所望の形状に沿うように混繊糸を層状に並列を製造してもよい。また、図7に示すように、複数の複合材料を結合することによって、所望の形状となるように構成してもよい。図7では、4つの同じ形状の複合材料を製造し、これらを結合しているが、かかる複合材料の結合にも、熱可塑性樹脂繊維(C)を用いることができる。
<混繊糸>
本発明で用いる混繊糸は、繊維成分として、連続強化繊維(A)と連続熱可塑性樹脂繊維(B)を含む。本発明で用いる混繊糸は、通常、混繊糸を構成する連続繊維の95重量%以上が連続強化繊維(A)または連続熱可塑性樹脂繊維(B)で構成される。
本発明で用いる混繊糸は、繊維成分として、連続強化繊維(A)と連続熱可塑性樹脂繊維(B)を含む。本発明で用いる混繊糸は、通常、混繊糸を構成する連続繊維の95重量%以上が連続強化繊維(A)または連続熱可塑性樹脂繊維(B)で構成される。
本発明で用いる混繊糸は、好ましくは、連続強化繊維(A)が分散しており、かつ、連続強化繊維(A)および連続熱可塑性樹脂繊維(B)の少なくとも一方の処理剤によって、束状にされたものである。また、本発明で用いる混繊糸では、連続熱可塑性樹脂繊維(B)は連続強化繊維(A)に含浸せず、繊維の状態を保っている。しかしながら、本発明で用いる混繊糸は、連続熱可塑性樹脂繊維(B)成分の一部が連続強化繊維に含浸していてもよい。具体的には、本発明で用いる混繊糸において、連続熱可塑性樹脂繊維(B)成分の含浸率は12%以下であることが好ましく、10%以下であることがさらに好ましい。含浸率の下限値は特に定めるものではなく、0%であってもよい。
ここで、図2(a)や図3で示すように混繊糸を、直線状に配列せず、曲げて配列する場合、含浸率は5%以下であることが好ましい。このような構成とすると、曲げて配列しても、混繊糸を折れにくくすることができる。
一方、含浸率を1~12%、さらには、7~12%とすると、混繊糸の連続繊維の直線性をより効果的に保つことができ、機械的強度がより向上する傾向にあり好ましい。特に、本発明の複合材料をノンクリンプファブリックとして用いる場合には、含浸率を1~12%とすると、混繊糸を、より正確に並列させることができる。
本発明における含浸率は、後述する実施例で測定された方法によって得られる値をいう。但し、測定機器等について、実施例で記載の機器等が入手不可能または入手困難な場合には、他の同様の測定ができる機器を用いることができる。以下の測定方法についても同様である。
ここで、図2(a)や図3で示すように混繊糸を、直線状に配列せず、曲げて配列する場合、含浸率は5%以下であることが好ましい。このような構成とすると、曲げて配列しても、混繊糸を折れにくくすることができる。
一方、含浸率を1~12%、さらには、7~12%とすると、混繊糸の連続繊維の直線性をより効果的に保つことができ、機械的強度がより向上する傾向にあり好ましい。特に、本発明の複合材料をノンクリンプファブリックとして用いる場合には、含浸率を1~12%とすると、混繊糸を、より正確に並列させることができる。
本発明における含浸率は、後述する実施例で測定された方法によって得られる値をいう。但し、測定機器等について、実施例で記載の機器等が入手不可能または入手困難な場合には、他の同様の測定ができる機器を用いることができる。以下の測定方法についても同様である。
また、混繊糸中における、連続強化繊維(A)の割合は、10重量%以上であることが好ましく、15重量%以上であることがより好ましく、20重量%以上であることがさらに好ましく、30重量%以上であることが一層好ましく、40重量%以上であることがより一層好ましく、50重量%以上であることが特に好ましく、55重量%以上とすることもできる。混繊糸中における連続強化繊維(A)の割合の上限は、好ましくは90重量%以下であり、より好ましくは80重量%以下であり、さらに好ましくは70重量%以下であり、65重量%以下とすることもできる。
混繊糸中における、連続熱可塑性樹脂繊維(B)の割合は、10重量%以上であることが好ましく、20重量%以上であることがより好ましく、30重量%以上であることがさらに好ましく、35重量%以上とすることもできる。連続熱可塑性樹脂繊維(B)の割合の上限は、好ましくは90重量%以下であり、より好ましくは85重量%以下であり、さらに好ましくは80重量%以下であり、一層好ましくは70重量%以下であり、より一層好ましくは60重量%以下であり、特に好ましくは50重量%以下であり、45重量%以下とすることもできる。
混繊糸中における、連続熱可塑性樹脂繊維(B)の割合は、10重量%以上であることが好ましく、20重量%以上であることがより好ましく、30重量%以上であることがさらに好ましく、35重量%以上とすることもできる。連続熱可塑性樹脂繊維(B)の割合の上限は、好ましくは90重量%以下であり、より好ましくは85重量%以下であり、さらに好ましくは80重量%以下であり、一層好ましくは70重量%以下であり、より一層好ましくは60重量%以下であり、特に好ましくは50重量%以下であり、45重量%以下とすることもできる。
混繊糸中における、連続強化繊維(A)の分散度は、60~100%であることが好ましく、63~100%であることがより好ましく、68~100%がさらに好ましく、70~100%が特に好ましい。このような範囲とすることにより、混繊糸はより均一な物性を示し、さらに、成形品の外観がより向上する。また、これを用いて成形品を作製した際に機械物性により優れたものが得られる。
本発明における分散度とは、後述する実施例で示す方法によって測定された値をいう。測定装置等が入手不可能な場合、他の同種の機器等を採用することができる(以下、他の測定方法についても同じ)。
本発明における分散度とは、後述する実施例で示す方法によって測定された値をいう。測定装置等が入手不可能な場合、他の同種の機器等を採用することができる(以下、他の測定方法についても同じ)。
混繊糸の製造には、通常、連続熱可塑性樹脂繊維束と連続強化繊維束を用いて製造する。一本の混繊糸の製造に用いられる繊維の合計繊度(一本の混繊糸の製造に用いられる連続熱可塑性樹脂繊維の繊度の合計および連続強化繊維の繊度の合計を足し合わせた値)は、1000~100000dtexであることが好ましく、1500~50000dtexであることがより好ましく、2000~50000dtexであることがさらに好ましく、3000~30000dtexであることが特に好ましい。
一本の混繊糸の製造に用いる連続熱可塑性樹脂繊維(B)の繊度の合計と連続強化繊維(A)の繊度の合計の比(連続熱可塑性樹脂繊維(B)の繊度の合計/連続強化繊維(A)の繊度の合計)は0.1~10であることが好ましく、0.1~6.0であることがより好ましく、0.5~2.0がさらに好ましい。
一本の混繊糸の製造に用いる繊維数の合計(連続熱可塑性樹脂繊維(B)の繊維数の合計と連続強化繊維(A)の繊維数の合計を合計した繊維数)は100~100000fであることが好ましく、1000~100000fであることがより好ましく、1500~70000fであることがより好ましく、2000~20000fであることがさらに好ましい。このような範囲とすることにより、混繊糸の混繊性が向上し、複合材料としての物性と質感により優れたものが得られる。また、いずれかの繊維が偏る領域が少なく互いの繊維がより均一に分散し易い。
一本の混繊糸の製造に用いる連続熱可塑性樹脂繊維(B)の繊維数の合計と連続強化繊維(A)の繊維数の合計の比(連続熱可塑性樹脂繊維(B)の繊維数の合計/連続強化繊維(A)の繊維数の合計)は0.001~1であることが好ましく、0.001~0.5であることがより好ましく、0.05~0.2であることがさらに好ましい。このような範囲とすることにより、混繊糸の混繊性が向上し、複合材料としての物性と質感により優れたものが得られる。また、混繊糸中の連続熱可塑性樹脂繊維(B)と連続強化繊維(A)は、互いの繊維が均一に分散していることが好ましいが、上述の範囲であると互いの繊維がより均一に分散し易い。
本発明で用いる混繊糸は、撚りがかっていてもよい。撚りのかけ方は、特に定めるものではなく、公知の方法を採用できる。撚りの回数としては、連続熱可塑性樹脂繊維に用いる熱可塑性樹脂の種類、熱可塑性樹脂の繊維数、繊度、連続強化繊維の種類、繊維数、繊度、連続熱可塑性樹脂繊維と連続強化繊維の繊維数比や繊度比に応じて適宜定めることができるが、例えば1~200回/m(繊維長)とすることができ、さらには1~100回/mとすることができ、よりさらには1~70回/mとすることができ、特には1~50回/mとすることができる。このような構成とすることにより、より機械的強度に優れた成形品が得られる。
混繊糸に用いる連続強化繊維(A)および/または連続熱可塑性樹脂繊維(B)は、処理剤で表面処理されたものを用いるのが好ましい。このような構成とすることにより、連続強化繊維(A)と連続熱可塑性樹脂繊維(B)とがより均一に分散した混繊糸が得やすくなり、また、成形後の連続熱可塑性樹脂繊維(B)成分の連続強化繊維(A)への含浸率を向上させることができる。
さらに、混繊糸には、連続強化繊維(A)、連続熱可塑性樹脂繊維(B)、連続強化繊維(A)の処理剤、連続熱可塑性樹脂繊維(B)の処理剤および以外の他の成分が含まれていても良く、具体的には、短繊維長炭素繊維、カーボンナノチューブ、フラーレン、マイクロセルロースファイバー、タルク、マイカなどが例示される。これらの他の成分の配合量は、混繊糸の5重量%以下であることが好ましい。
本発明の混繊糸の一例としては、連続強化繊維(A)と連続熱可塑性樹脂繊維(B)を含み、混繊糸中の連続強化繊維(A)の分散度が60~100%であり、連続熱可塑性樹脂繊維(B)の連続強化繊維への含浸率が12%以下であり、連続熱可塑性樹脂繊維(B)の長さが30mmを超える混繊糸が挙げられる。
さらに、混繊糸には、連続強化繊維(A)、連続熱可塑性樹脂繊維(B)、連続強化繊維(A)の処理剤、連続熱可塑性樹脂繊維(B)の処理剤および以外の他の成分が含まれていても良く、具体的には、短繊維長炭素繊維、カーボンナノチューブ、フラーレン、マイクロセルロースファイバー、タルク、マイカなどが例示される。これらの他の成分の配合量は、混繊糸の5重量%以下であることが好ましい。
本発明の混繊糸の一例としては、連続強化繊維(A)と連続熱可塑性樹脂繊維(B)を含み、混繊糸中の連続強化繊維(A)の分散度が60~100%であり、連続熱可塑性樹脂繊維(B)の連続強化繊維への含浸率が12%以下であり、連続熱可塑性樹脂繊維(B)の長さが30mmを超える混繊糸が挙げられる。
<<連続強化繊維(A)>>
本発明で用いる混繊糸は連続強化繊維(A)を含む。本発明における連続強化繊維(A)とは、6mmを超える繊維長を有する連続強化繊維をいい、30mmを超える繊維長を有する連続強化繊維であることが好ましい。本発明で使用する連続強化繊維の平均繊維長は特に制限はないが、成形加工性を良好にする観点から、1~20,000mの範囲であることが好ましく、より好ましくは100~10,000m、さらに好ましくは1,000~7,000mである。
本発明で用いる連続強化繊維は、通常、複数の連続強化繊維が束状になった連続強化繊維束である。
本発明で用いる混繊糸は連続強化繊維(A)を含む。本発明における連続強化繊維(A)とは、6mmを超える繊維長を有する連続強化繊維をいい、30mmを超える繊維長を有する連続強化繊維であることが好ましい。本発明で使用する連続強化繊維の平均繊維長は特に制限はないが、成形加工性を良好にする観点から、1~20,000mの範囲であることが好ましく、より好ましくは100~10,000m、さらに好ましくは1,000~7,000mである。
本発明で用いる連続強化繊維は、通常、複数の連続強化繊維が束状になった連続強化繊維束である。
本発明で用いる連続強化繊維は、混繊糸1本あたりの合計繊度が、100~50000dtexあることが好ましく、500~40000dtexであることがより好ましく、1000~10000dtexであることがさらに好ましい。このような範囲とすることにより、加工がより容易となり、得られる混繊糸の弾性率・強度がより優れたものとなる。
本発明で用いる連続強化繊維は、混繊糸一本あたりの合計繊維数が、500~50000fであることが好ましく500~20000fであることがより好ましく、1000~15000fであることがさらに好ましく、1500~5000fであることが特に好ましい。このような範囲とすることにより、混繊糸中での連続強化繊維の分散状態がより良好となる。
1本の混繊糸において、連続強化繊維が、所定の合計繊度および合計繊維数を満たすために、1本の連続強化繊維束で製造してもよいし、複数本の連続強化繊維束を用いて製造してもよい。本発明では、1~10本の連続強化繊維束を用いて製造することが好ましく、1~3本の連続強化繊維束を用いて製造することがより好ましく、1本の連続強化繊維束を用いて製造することがさらに好ましい。
本発明で用いる連続強化繊維は、混繊糸一本あたりの合計繊維数が、500~50000fであることが好ましく500~20000fであることがより好ましく、1000~15000fであることがさらに好ましく、1500~5000fであることが特に好ましい。このような範囲とすることにより、混繊糸中での連続強化繊維の分散状態がより良好となる。
1本の混繊糸において、連続強化繊維が、所定の合計繊度および合計繊維数を満たすために、1本の連続強化繊維束で製造してもよいし、複数本の連続強化繊維束を用いて製造してもよい。本発明では、1~10本の連続強化繊維束を用いて製造することが好ましく、1~3本の連続強化繊維束を用いて製造することがより好ましく、1本の連続強化繊維束を用いて製造することがさらに好ましい。
連続強化繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維、植物繊維(ケナフ(Kenaf)、竹繊維等を含む)、アルミナ繊維、ボロン繊維、セラミック繊維、金属繊維(スチール繊維等)等の無機繊維、および、アラミド繊維、ポリオキシメチレン繊維、芳香族ポリアミド繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維、超高分子量ポリエチレン繊維等の有機繊維などが挙げられる。なかでも、炭素繊維、アラミド繊維およびガラス繊維の少なくとも1種であることが好ましく、炭素繊維およびガラス繊維の少なくとも1種であることがより好ましい。特に、軽量でありながら、高強度、高弾性率であるという優れた特徴を有するため、炭素繊維が好ましく用いられる。炭素繊維はポリアクリロニトリル系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維を好ましく用いることができる。また、リグニンやセルロースなど、植物由来原料の炭素繊維も用いることができる。
<<連続強化繊維の処理剤>>
本発明で用いる連続強化繊維は、処理剤で処理されたものを用いることが好ましい。このような処理剤としては、集束剤や表面処理剤が例示され、特許第4894982号公報の段落番号0093および0094に記載のものが好ましく採用され、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
本発明で用いる連続強化繊維は、処理剤で処理されたものを用いることが好ましい。このような処理剤としては、集束剤や表面処理剤が例示され、特許第4894982号公報の段落番号0093および0094に記載のものが好ましく採用され、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
本発明では、特に、極性基を有する熱可塑性樹脂を用いる場合、前記熱可塑性樹脂の極性基と反応性を有する官能基を有する連続強化繊維の処理剤で処理することが好ましい。かかる熱可塑性樹脂の極性基と反応性を有する官能基は、通常、加熱成形する工程で熱可塑性樹脂と化学結合する。かかる熱可塑性樹脂の極性基と反応性を有する官能基を有する連続強化繊維の処理剤は、連続強化繊維を集束させる機能を有するものであることが好ましい。すなわち、混繊糸における加熱加工前の各繊維の物理的集束を助ける。
具体的には、本発明で用いる処理剤は、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シランカップリング剤、水不溶性ポリアミド樹脂および水溶性ポリアミド樹脂の少なくとも1種であることが好ましく、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、水不溶性ポリアミド樹脂および水溶性ポリアミド樹脂の少なくとも1種であることがより好ましく、水溶性ポリアミド樹脂であることがさらに好ましい。
エポキシ樹脂としては、エポキシアルカン、アルカンジエポキシド、ビスフェノールA-グリシジルエーテル、ビスフェノールA-グリシジルエーテルの二量体、ビスフェノールA-グリシジルエーテルの三量体、ビスフェノールA-グリシジルエーテルのオリゴマー、ビスフェノールA-グリシジルエーテルのポリマー、ビスフェノールF-グリシジルエーテル、ビスフェノールF-グリシジルエーテルの二量体、ビスフェノールF-グリシジルエーテルの三量体、ビスフェノールF-グリシジルエーテルのオリゴマー、ビスフェノールF-グリシジルエーテルのポリマー、ステアリルグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル、エチレンオキシドラウリルアルコールグリシジルエーテル、エチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル等のグリシジル化合物;安息香酸グリシジルエステル、p-トルイル酸グリシジルエステル、ステアリン酸グリシジルエステル、ラウリン酸グリシジルエステル、パルミチン酸グリシジルエステル、オレイン酸グリシジルエステル、リノール酸グリシジルエステル、リノレン酸グリシジルエステル、フタル酸ジグリシジルエステル等のグリシジルエステル化合物;テトラグリシジルアミノジフェニルメタン、トリグリシジルアミノフェノール、ジグリシジルアニリン、ジグリシジルトルイジン、テトラグリシジルメタキシレンジアミン、トリグリシジルシアヌレート、トリグリシジルイソシアヌレート等のグリシジルアミン化合物が挙げられる。
ウレタン樹脂としては、例えば、ポリオール、油脂と多価アルコールをウムエステル化したポリオール、及びポリイソシアネートとを反応させて得られるウレタン樹脂を使用することができる。
上記ポリイソシアネートとしては、例えば、1,4-テトラメチレンジイソシアネート、1,6-ヘキサメチレンジイソシアネート、2,2,4-トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、2,8-ジイソシアネートメチルカプロエート等の脂肪族イソシアネート類;3-イソシアネートメチル-3,5,5-トリメチルシクロヘキシルイソシアネート、メチルシクロヘキシル-2,4-ジイソシアネート等の脂環族ジシソシアネート類;トルイレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、1,5-ナフテンジイソシアネート、ジフェニルメチルメタンジイソシアネート、テトラアルキルジフェニルメタンジイソサネート、4,4-ジベンジルジイソシアネート、1,3-フェニレンジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネート類;塩素化ジイソシアネート類、臭素化ジイソシアネート類等が挙げられ、これらを単独で、又は2種以上の混合物として用いることができる。
前記ポリオールとしては、通常ウレタン樹脂の製造に使用される種々のポリオール、例えば、ジエチレングリコール、ブタンジオール、ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、ビスフェノールA、シクロヘキサンジメタノール、トリメチロールプロパン、グリセリン、ペンタエリスリトール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエステルポリオール、ポリカプロラクトン、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、ポリチオエーテルポリオール、ポリアセタールポリオール、ポリブタジエンポリオール、フランジメタノール等が挙げられ、これらを単独で、又は2種以上の混合物として用いることができる。
上記ポリイソシアネートとしては、例えば、1,4-テトラメチレンジイソシアネート、1,6-ヘキサメチレンジイソシアネート、2,2,4-トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、2,8-ジイソシアネートメチルカプロエート等の脂肪族イソシアネート類;3-イソシアネートメチル-3,5,5-トリメチルシクロヘキシルイソシアネート、メチルシクロヘキシル-2,4-ジイソシアネート等の脂環族ジシソシアネート類;トルイレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、1,5-ナフテンジイソシアネート、ジフェニルメチルメタンジイソシアネート、テトラアルキルジフェニルメタンジイソサネート、4,4-ジベンジルジイソシアネート、1,3-フェニレンジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネート類;塩素化ジイソシアネート類、臭素化ジイソシアネート類等が挙げられ、これらを単独で、又は2種以上の混合物として用いることができる。
前記ポリオールとしては、通常ウレタン樹脂の製造に使用される種々のポリオール、例えば、ジエチレングリコール、ブタンジオール、ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、ビスフェノールA、シクロヘキサンジメタノール、トリメチロールプロパン、グリセリン、ペンタエリスリトール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエステルポリオール、ポリカプロラクトン、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、ポリチオエーテルポリオール、ポリアセタールポリオール、ポリブタジエンポリオール、フランジメタノール等が挙げられ、これらを単独で、又は2種以上の混合物として用いることができる。
シランカップリング剤としては、例えば、アミノプロピルトリエトキシシラン、フェニルアミノプロピルトリメトキシシラン、グリシジルプロピルトリエトキシシラン、メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン等のトリアルコキシまたはトリアリロキシシラン化合物、ウレイドシラン、スルフィドシラン、ビニルシラン、イミダゾールシラン等が挙げられる。
ここで、水不溶性ポリアミド樹脂とは、25℃で1gのポリアミド樹脂を100gの水に添加したとき99重量%以上が溶解しないことをいう。
水不溶性ポリアミド樹脂を用いる場合、水または有機溶媒に、粉末状の水不溶性ポリアミド樹脂を分散または懸濁させて用いることが好ましい。このような粉末状の水不溶性ポリアミド樹脂の分散物または懸濁液に混繊維束を浸漬して用い、乾燥させて混繊糸とすることができる。
水不溶性ポリアミド樹脂しては、ポリアミド6、ポリアミド66、ポリアミド610、ポリアミド11、ポリアミド12、キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂(好ましくは、ポリキシリレンアジパミド、ポリキシリレンセバカミド)および、これらの共重合体の粉体をノニオン系、カチオン系、アニオン系又はこれらの混合物である界面活性剤を添加して乳化分散したものが挙げられる。水不溶性ポリアミド樹脂の市販品は、例えば、水不溶性ナイロンエマルジョンとして販売されており、例えば、住友精化製セポルジョンPA、Michaelman製Michem Emulsionが挙げられる。
水不溶性ポリアミド樹脂を用いる場合、水または有機溶媒に、粉末状の水不溶性ポリアミド樹脂を分散または懸濁させて用いることが好ましい。このような粉末状の水不溶性ポリアミド樹脂の分散物または懸濁液に混繊維束を浸漬して用い、乾燥させて混繊糸とすることができる。
水不溶性ポリアミド樹脂しては、ポリアミド6、ポリアミド66、ポリアミド610、ポリアミド11、ポリアミド12、キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂(好ましくは、ポリキシリレンアジパミド、ポリキシリレンセバカミド)および、これらの共重合体の粉体をノニオン系、カチオン系、アニオン系又はこれらの混合物である界面活性剤を添加して乳化分散したものが挙げられる。水不溶性ポリアミド樹脂の市販品は、例えば、水不溶性ナイロンエマルジョンとして販売されており、例えば、住友精化製セポルジョンPA、Michaelman製Michem Emulsionが挙げられる。
ここで、水溶性ポリアミド樹脂とは、25℃で1gのポリアミド樹脂を100gの水に添加したときに、その99重量%以上が水に溶けることをいう。
水溶性ポリアミド樹脂としては、アクリル酸グラフト化N-メトオキシメチル化ポリアミド樹脂、アミド基を付与したN-メトオキシメチル化ポリアミド樹脂などの変性ポリアミドが挙げられる。水溶性ポリアミド樹脂としては、例えば、東レ製AQ-ナイロン、ナガセケムテックス製トレジン等の市販品が挙げられる。
水溶性ポリアミド樹脂としては、アクリル酸グラフト化N-メトオキシメチル化ポリアミド樹脂、アミド基を付与したN-メトオキシメチル化ポリアミド樹脂などの変性ポリアミドが挙げられる。水溶性ポリアミド樹脂としては、例えば、東レ製AQ-ナイロン、ナガセケムテックス製トレジン等の市販品が挙げられる。
前記処理剤の量は、連続強化繊維の0.001~1.5重量%であることが好ましく、0.1~1.2重量%であることがより好ましく、0.5~1.1重量%であることがさらに好ましい。このような範囲とすることにより、連続強化繊維の分散度がより向上し、本発明の効果がより効果的に発揮される。
<<連続強化繊維の処理剤による処理方法>>
連続強化繊維による処理剤による処理方法は、公知の方法を採用できる。例えば、連続強化繊維を、処理剤を溶液に溶解させたものに添加し、連続強化繊維の表面に処理剤を付着させることが挙げられる。また、処理剤を連続強化繊維の表面にエアブローすることもできる。さらに、既に、表面処理剤や処理剤で処理されている連続強化繊維を用いてもよいし、市販品の表面処理剤や処理剤を洗い落してから、再度、所望処理剤量となるように、表面処理しなおしても良い。
連続強化繊維による処理剤による処理方法は、公知の方法を採用できる。例えば、連続強化繊維を、処理剤を溶液に溶解させたものに添加し、連続強化繊維の表面に処理剤を付着させることが挙げられる。また、処理剤を連続強化繊維の表面にエアブローすることもできる。さらに、既に、表面処理剤や処理剤で処理されている連続強化繊維を用いてもよいし、市販品の表面処理剤や処理剤を洗い落してから、再度、所望処理剤量となるように、表面処理しなおしても良い。
<<連続熱可塑性樹脂繊維(B)>>
本発明における連続熱可塑性樹脂繊維(B)とは、6mmを超える繊維長を有する熱可塑性樹脂繊維をいい、30mmを超える繊維長を有する熱可塑性樹脂繊維であることが好ましい。本発明で使用する連続熱可塑性樹脂繊維の平均繊維長に特に制限はないが、成形加工性を良好にする観点から、1~20,000mの範囲であることが好ましく、より好ましくは100~1,0000m、さらに好ましくは1,000~7,000mである。
本発明で用いる連続熱可塑性樹脂繊維(B)は、熱可塑性樹脂bを主成分とする熱可塑性樹脂組成物からなる。例えば、熱可塑性樹脂組成物の80重量%以上、さらには、90~100重量%が熱可塑性樹脂bであることをいう。従って、熱可塑性樹脂組成物は、熱可塑性樹脂bのみからなってもよいし、熱可塑性樹脂bに加え、公知の添加剤等を適宜配合したものであってもよい。
樹脂bとしては、複合材料に用いるものを広く使用することができ、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂類、ポリアミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂類、ポリカーボネート樹脂、ポリオキシメチレン樹脂、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリエーテルエーテルケトンケトン等のポリエーテルケトン樹脂類、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリエーテルサルファイド樹脂、熱可塑性ポリエーテルイミド、熱可塑性ポリアミドイミド、全芳香族ポリイミド、半芳香族ポリイミド等の熱可塑性ポリイミド樹脂類等を用いることができ、ポリアミド樹脂であることが好ましい。本発明で用いることができる熱可塑性樹脂組成物、ポリアミド樹脂の詳細については、後述する。
樹脂bの融点は、用いる樹脂の種類にもよるが、例えば、165~390℃であることが好ましく、165~375℃であることがより好ましく、165~305℃であることがさらに好ましく、175~295℃であることが一層好ましく、185~285℃であることがより一層好ましい。しかしながら、樹脂bに高い融点を有する樹脂を採用する場合、スーパーエンプラと呼ばれる高耐熱性熱可塑性樹脂を用いることもできる。スーパーエンプラの例としては、三井化学製、AURUM(登録商標)、Victrex製、Victrex(登録商標)PEEKシリーズなどが例示される。
本発明における連続熱可塑性樹脂繊維(B)とは、6mmを超える繊維長を有する熱可塑性樹脂繊維をいい、30mmを超える繊維長を有する熱可塑性樹脂繊維であることが好ましい。本発明で使用する連続熱可塑性樹脂繊維の平均繊維長に特に制限はないが、成形加工性を良好にする観点から、1~20,000mの範囲であることが好ましく、より好ましくは100~1,0000m、さらに好ましくは1,000~7,000mである。
本発明で用いる連続熱可塑性樹脂繊維(B)は、熱可塑性樹脂bを主成分とする熱可塑性樹脂組成物からなる。例えば、熱可塑性樹脂組成物の80重量%以上、さらには、90~100重量%が熱可塑性樹脂bであることをいう。従って、熱可塑性樹脂組成物は、熱可塑性樹脂bのみからなってもよいし、熱可塑性樹脂bに加え、公知の添加剤等を適宜配合したものであってもよい。
樹脂bとしては、複合材料に用いるものを広く使用することができ、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂類、ポリアミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂類、ポリカーボネート樹脂、ポリオキシメチレン樹脂、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリエーテルエーテルケトンケトン等のポリエーテルケトン樹脂類、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリエーテルサルファイド樹脂、熱可塑性ポリエーテルイミド、熱可塑性ポリアミドイミド、全芳香族ポリイミド、半芳香族ポリイミド等の熱可塑性ポリイミド樹脂類等を用いることができ、ポリアミド樹脂であることが好ましい。本発明で用いることができる熱可塑性樹脂組成物、ポリアミド樹脂の詳細については、後述する。
樹脂bの融点は、用いる樹脂の種類にもよるが、例えば、165~390℃であることが好ましく、165~375℃であることがより好ましく、165~305℃であることがさらに好ましく、175~295℃であることが一層好ましく、185~285℃であることがより一層好ましい。しかしながら、樹脂bに高い融点を有する樹脂を採用する場合、スーパーエンプラと呼ばれる高耐熱性熱可塑性樹脂を用いることもできる。スーパーエンプラの例としては、三井化学製、AURUM(登録商標)、Victrex製、Victrex(登録商標)PEEKシリーズなどが例示される。
本発明で用いる連続熱可塑性樹脂繊維は、通常、連続熱可塑性樹脂繊維が束状になった連続熱可塑性樹脂繊維束を用いて製造するが、かかる連続熱可塑性樹脂繊維束1本の当たりの合計繊度が、40~600dtexであることが好ましく、50~500dtexであることがより好ましく、100~400dtexであることがさらに好ましい。このような範囲とすることにより、得られる混繊糸中での連続熱可塑性樹脂繊維の分散状態がより良好となる。かかる連続熱可塑性樹脂繊維束を構成する繊維数は、1~200fであることが好ましく、5~100fであることがより好ましく、10~80fであることがさらに好ましく、20~50fであることが特に好ましい。このような範囲とすることにより、得られる混繊糸中での連続熱可塑性樹脂繊維の分散状態がより良好となる。
本発明では、1本の混繊糸を製造するために、上記連続熱可塑性樹脂繊維束を1~100本の範囲で用いることが好ましく、1~50本の範囲で用いることがより好ましく、3~25本の範囲で用いることがさらに好ましい。このような範囲とすることにより、本発明の効果がより効果的に発揮される。
混繊糸1本を製造するための上記連続熱可塑性樹脂繊維の合計繊度は、200~12000dtexであることが好ましく、1000~6000dtexであることがより好ましい。このような範囲とすることにより、本発明の効果がより効果的に発揮される。
混繊糸1本を製造するための上記連続熱可塑性樹脂繊維の合計繊維数は、10~2000fであることが好ましく、20~1600fであることがより好ましく、200~350fであることがさらに好ましい。このような範囲とすることにより、混繊糸の混繊性が向上し、複合材料としての物性と質感により優れたものが得られる。さらに、繊維数を10f以上とすることにより、開繊した繊維がより均一に混合しやすくなる。また、2000f以下とすると、いずれかの繊維が偏る領域がよりできにくく、より均一性のある混繊糸が得られる。
本発明で用いる連続熱可塑性樹脂繊維束は、引張強度が2~10gf/dであるものが好ましい。
混繊糸1本を製造するための上記連続熱可塑性樹脂繊維の合計繊度は、200~12000dtexであることが好ましく、1000~6000dtexであることがより好ましい。このような範囲とすることにより、本発明の効果がより効果的に発揮される。
混繊糸1本を製造するための上記連続熱可塑性樹脂繊維の合計繊維数は、10~2000fであることが好ましく、20~1600fであることがより好ましく、200~350fであることがさらに好ましい。このような範囲とすることにより、混繊糸の混繊性が向上し、複合材料としての物性と質感により優れたものが得られる。さらに、繊維数を10f以上とすることにより、開繊した繊維がより均一に混合しやすくなる。また、2000f以下とすると、いずれかの繊維が偏る領域がよりできにくく、より均一性のある混繊糸が得られる。
本発明で用いる連続熱可塑性樹脂繊維束は、引張強度が2~10gf/dであるものが好ましい。
<<熱可塑性樹脂組成物>>
本発明で用いる連続熱可塑性樹脂繊維(B)は、上述のとおり、熱可塑性樹脂bを主成分とする熱可塑性樹脂組成物からなることが好ましく、ポリアミド樹脂を主成分とするポリアミド樹脂組成物からなることがより好ましい。
本発明で用いる連続熱可塑性樹脂繊維(B)は、上述のとおり、熱可塑性樹脂bを主成分とする熱可塑性樹脂組成物からなることが好ましく、ポリアミド樹脂を主成分とするポリアミド樹脂組成物からなることがより好ましい。
本発明で用いる熱可塑性樹脂組成物は、エラストマー成分を含んでいても良い。
エラストマー成分としては、例えば、ポリオレフィン系エラストマー、ジエン系エラストマー、ポリスチレン系エラストマー、ポリアミド系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、ポリウレタン系エラストマー、フッ素系エラストマー、シリコン系エラストマー等公知のエラストマーが使用でき、好ましくはポリオレフィン系エラストマー及びポリスチレン系エラストマーである。これらのエラストマーとしては、ポリアミド樹脂に対する相溶性を付与するため、ラジカル開始剤の存在下または非存在下で、α,β-不飽和カルボン酸及びその酸無水物、アクリルアミド並びにそれらの誘導体等で変性した変性エラストマーも好ましい。
エラストマー成分としては、例えば、ポリオレフィン系エラストマー、ジエン系エラストマー、ポリスチレン系エラストマー、ポリアミド系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、ポリウレタン系エラストマー、フッ素系エラストマー、シリコン系エラストマー等公知のエラストマーが使用でき、好ましくはポリオレフィン系エラストマー及びポリスチレン系エラストマーである。これらのエラストマーとしては、ポリアミド樹脂に対する相溶性を付与するため、ラジカル開始剤の存在下または非存在下で、α,β-不飽和カルボン酸及びその酸無水物、アクリルアミド並びにそれらの誘導体等で変性した変性エラストマーも好ましい。
熱可塑性樹脂組成物に、エラストマー成分を配合する場合、エラストマー成分の配合量は、熱可塑性樹脂組成物の5~25重量%であることが好ましい。
さらに、本発明の目的・効果を損なわない範囲で、本発明で用いる熱可塑性樹脂組成物には、酸化防止剤、熱安定剤等の安定剤、耐加水分解性改良剤、耐候安定剤、艶消剤、紫外線吸収剤、核剤、可塑剤、分散剤、難燃剤、帯電防止剤、着色防止剤、ゲル化防止剤、着色剤、離型剤等の添加剤等を加えることができる。これらの詳細は、特許第4894982号公報の段落番号0130~0155の記載を参酌でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。尚、本発明で用いる熱可塑性樹脂組成物は、フィラーを含んでいても良いが、フィラーを含まないことが好ましい。具体的には、熱可塑性樹脂組成物中のフィラーの含有量が、3重量%以下であることをいう。
本発明で用いる熱可塑性樹脂組成物の好ましい実施形態として、熱可塑性樹脂組成物の70重量%以上(好ましくは80重量%以上)が、ポリアミド樹脂である形態が例示され、かかるポリアミド樹脂は、ジアミン由来の構成単位とジカルボン酸由来の構成単位を含み、ジアミン由来の構成単位の50モル%以上がキシリレンジアミンに由来することがさらに好ましい。
<<ポリアミド樹脂>>
本発明で用いるポリアミド樹脂としては、ポリアミド4、ポリアミド6、ポリアミド11、ポリアミド12、ポリアミド46、ポリアミド66、ポリアミド610、ポリアミド612、ポリヘキサメチレンテレフタラミド(ポリアミド6T)、ポリヘキサメチレンイソフタラミド(ポリアミド6I)、ポリアミド66/6T、ポリキシリレンアジパミド、ポリキシリレンセバカミド、ポリキシリレンドデカミド、ポリアミド9T、ポリアミド9MT、ポリアミド6I/6T等が挙げられる。
本発明で用いるポリアミド樹脂としては、ポリアミド4、ポリアミド6、ポリアミド11、ポリアミド12、ポリアミド46、ポリアミド66、ポリアミド610、ポリアミド612、ポリヘキサメチレンテレフタラミド(ポリアミド6T)、ポリヘキサメチレンイソフタラミド(ポリアミド6I)、ポリアミド66/6T、ポリキシリレンアジパミド、ポリキシリレンセバカミド、ポリキシリレンドデカミド、ポリアミド9T、ポリアミド9MT、ポリアミド6I/6T等が挙げられる。
上述のようなポリアミド樹脂の中でも、成形性、耐熱性の観点から、ジアミン由来の構成単位とジカルボン酸由来の構成単位を含み、ジアミン由来の構成単位の50モル%以上がキシリレンジアミンに由来するポリアミド樹脂(以下、「XD系ポリアミド」ということがある)であることが好ましい。
また、ポリアミド樹脂が混合物である場合は、ポリアミド樹脂中のXD系ポリアミドの比率が50重量%以上であることが好ましく、80重量%以上であることがより好ましい。
また、ポリアミド樹脂が混合物である場合は、ポリアミド樹脂中のXD系ポリアミドの比率が50重量%以上であることが好ましく、80重量%以上であることがより好ましい。
XD系ポリアミドは、好ましくは、ジアミン由来の構成単位の70モル%以上、より好ましくは80モル%以上がメタキシリレンジアミンおよび/またはパラキシリレンジアミンに由来し、ジカルボン酸由来の構成単位の好ましくは50モル%以上、より好ましくは70モル%以上、特には80モル%以上が、炭素原子数が好ましくは4~20のα,ω-直鎖脂肪族ジカルボン酸に由来することが好ましい。
XD系ポリアミドの原料ジアミン成分として用いることが出来るメタキシリレンジアミンおよびパラキシリレンジアミン以外のジアミンとしては、テトラメチレンジアミン、ペンタメチレンジアミン、2-メチルペンタンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ヘプタメチレンジアミン、オクタメチレンジアミン、ノナメチレンジアミン、デカメチレンジアミン、ドデカメチレンジアミン、2,2,4-トリメチル-ヘキサメチレンジアミン、2,4,4-トリメチルヘキサメチレンジアミン等の脂肪族ジアミン、1,3-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、1,4-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、1,3-ジアミノシクロヘキサン、1,4-ジアミノシクロヘキサン、ビス(4-アミノシクロヘキシル)メタン、2,2-ビス(4-アミノシクロヘキシル)プロパン、ビス(アミノメチル)デカリン、ビス(アミノメチル)トリシクロデカン等の脂環式ジアミン、ビス(4-アミノフェニル)エーテル、パラフェニレンジアミン、ビス(アミノメチル)ナフタレン等の芳香環を有するジアミン等を例示することができ、1種又は2種以上を混合して使用できる。
ジアミン成分として、キシリレンジアミン以外のジアミンを用いる場合は、ジアミン由来の構成単位の50モル%未満であり、30モル%以下であることが好ましく、より好ましくは1~25モル%、特に好ましくは5~20モル%の割合で用いる。
ジアミン成分として、キシリレンジアミン以外のジアミンを用いる場合は、ジアミン由来の構成単位の50モル%未満であり、30モル%以下であることが好ましく、より好ましくは1~25モル%、特に好ましくは5~20モル%の割合で用いる。
ポリアミド樹脂の原料ジカルボン酸成分として用いるのに好ましい炭素原子数4~20のα,ω-直鎖脂肪族ジカルボン酸としては、例えばコハク酸、グルタル酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、アジピン酸、セバシン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸等の脂肪族ジカルボン酸が例示でき、1種又は2種以上を混合して使用できるが、これらの中でもポリアミド樹脂の融点が成形加工するのに適切な範囲となることから、アジピン酸またはセバシン酸が好ましく、セバシン酸が特に好ましい。
上記炭素原子数4~20のα,ω-直鎖脂肪族ジカルボン酸以外のジカルボン酸成分としては、イソフタル酸、テレフタル酸、オルソフタル酸等のフタル酸化合物、1,2-ナフタレンジカルボン酸、1,3-ナフタレンジカルボン酸、1,4-ナフタレンジカルボン酸、1,5-ナフタレンジカルボン酸、1,6-ナフタレンジカルボン酸、1,7-ナフタレンジカルボン酸、1,8-ナフタレンジカルボン酸、2,3-ナフタレンジカルボン酸、2,6-ナフタレンジカルボン酸、2,7-ナフタレンジカルボン酸といった異性体等のナフタレンジカルボン酸等を例示することができ、1種又は2種以上を混合して使用できる。
ジカルボン酸成分として、炭素原子数4~20のα,ω-直鎖脂肪族ジカルボン酸以外のジカルボン酸を用いる場合は、成形加工性、バリア性の点から、テレフタル酸、イソフタル酸を用いることが好ましい。テレフタル酸、イソフタル酸の割合は、好ましくはジカルボン酸構成単位の30モル%以下であり、より好ましくは1~30モル%、特に好ましくは5~20モル%の範囲である。
さらに、ジアミン成分、ジカルボン酸成分以外にも、ポリアミド樹脂を構成する成分として、本発明の効果を損なわない範囲でε-カプロラクタムやラウロラクタム等のラクタム類、アミノカプロン酸、アミノウンデカン酸等の脂肪族アミノカルボン酸類も共重合成分として使用できる。
本発明で用いるポリアミド樹脂は、数平均分子量(Mn)が6,000~30,000であることが好ましく、より好ましくは8,000~28,000であり、さらに好ましくは9,000~26,000であり、よりさらに好ましくは10,000~24,000であり、特に好ましくは11,000~22,000である。このような範囲であると、耐熱性、弾性率、寸法安定性、成形加工性がより良好となる。
なお、ここでいう数平均分子量(Mn)とは、ポリアミド樹脂の末端アミノ基濃度[NH2](μ当量/g)と末端カルボキシル基濃度[COOH](μ当量/g)から、次式で算出される。
数平均分子量(Mn)=2,000,000/([COOH]+[NH2])
数平均分子量(Mn)=2,000,000/([COOH]+[NH2])
本発明で用いるポリアミド樹脂は、分子量分布(重量平均分子量/数平均分子量(Mw/Mn))が、好ましくは1.8~3.1である。分子量分布は、より好ましくは1.9~3.0、さらに好ましくは2.0~2.9である。分子量分布をこのような範囲とすることにより、機械特性に優れた複合材料が得られやすい傾向にある。
ポリアミド樹脂の分子量分布は、例えば、重合時に使用する開始剤や触媒の種類、量及び反応温度、圧力、時間等の重合反応条件などを適宜選択することにより調整できる。また、異なる重合条件によって得られた平均分子量の異なる複数種のポリアミド樹脂を混合したり、重合後のポリアミド樹脂を分別沈殿させることにより調整することもできる。
ポリアミド樹脂の分子量分布は、例えば、重合時に使用する開始剤や触媒の種類、量及び反応温度、圧力、時間等の重合反応条件などを適宜選択することにより調整できる。また、異なる重合条件によって得られた平均分子量の異なる複数種のポリアミド樹脂を混合したり、重合後のポリアミド樹脂を分別沈殿させることにより調整することもできる。
分子量分布は、GPC測定により求めることができ、具体的には、装置として東ソー社製「HLC-8320GPC」、カラムとして、東ソー社製「TSK gel Super HM-H」2本を使用し、溶離液トリフルオロ酢酸ナトリウム濃度10mmol/lのヘキサフルオロイソプロパノール(HFIP)、樹脂濃度0.02重量%、カラム温度40℃、流速0.3ml/分、屈折率検出器(RI)の条件で測定し、標準ポリメチルメタクリレート換算の値として求めることができる。また、検量線は6水準のPMMAをHFIPに溶解させて測定し作成する。
また、ポリアミド樹脂は、吸水時の曲げ弾性率保持率が、85%以上であることが好ましい。吸水時の曲げ弾性率保持率を、このような範囲とすることにより、成形品の高温高湿度下での物性低下が少なく、そりなどの形状変化が少なくなる傾向にある。
ここで、ポリアミド樹脂の吸水時の曲げ弾性率保持率とは、ポリアミド樹脂をJIS K7171に従って成形した曲げ試験片の0.1重量%の吸水時の曲げ弾性率に対する、0.5重量%の吸水時の曲げ弾性率の比率(%)として定義され、これが高いということは吸湿しても曲げ弾性率が低下しにくいことを意味する。ここで、曲げ弾性率はJIS K7171に従って測定した値をいう。
吸水時の曲げ弾性率保持率は、より好ましくは90%以上、さらに好ましくは95%以上である。
ポリアミド樹脂の吸水時の曲げ弾性率保持率は、例えば、パラキシリレンジアミンとメタキシリレンジアミンの混合割合によりコントロールでき、パラキシリレンジアミンの割合が多いほど曲げ弾性率保持率を良好とすることができる。また、曲げ試験片の結晶化度をコントロールすることによっても調整できる。
ここで、ポリアミド樹脂の吸水時の曲げ弾性率保持率とは、ポリアミド樹脂をJIS K7171に従って成形した曲げ試験片の0.1重量%の吸水時の曲げ弾性率に対する、0.5重量%の吸水時の曲げ弾性率の比率(%)として定義され、これが高いということは吸湿しても曲げ弾性率が低下しにくいことを意味する。ここで、曲げ弾性率はJIS K7171に従って測定した値をいう。
吸水時の曲げ弾性率保持率は、より好ましくは90%以上、さらに好ましくは95%以上である。
ポリアミド樹脂の吸水時の曲げ弾性率保持率は、例えば、パラキシリレンジアミンとメタキシリレンジアミンの混合割合によりコントロールでき、パラキシリレンジアミンの割合が多いほど曲げ弾性率保持率を良好とすることができる。また、曲げ試験片の結晶化度をコントロールすることによっても調整できる。
ポリアミド樹脂の吸水率は、JIS K7171に従って成形した曲げ試験片を23℃にて1週間、水に浸漬した後取り出し、水分をふき取ってすぐ測定した際の吸水率として1重量%以下であることが好ましく、より好ましくは0.6重量%以下、さらに好ましくは0.4重量%以下である。この範囲であると、成形品の吸水による変形を防止しやすく、また、加熱加圧時等の複合材料を成形加工する際の発泡を抑制し、気泡の少ない成形品を得ることができる。
また、ポリアミド樹脂は、末端アミノ基濃度([NH2])が好ましくは100μ当量/g未満、より好ましくは5~75μ当量/g、さらに好ましくは10~60μ当量/gであり、末端カルボキシル基濃度([COOH])は、好ましくは150μ当量/g未満、より好ましくは10~120μ当量/g、さらに好ましくは10~100μ当量/gのものが好適に用いられる。このような末端基濃度のポリアミド樹脂を用いることにより、ポリアミド樹脂をフィルム状又は繊維状に加工する際に粘度が安定しやすく、また、後述のカルボジイミド化合物との反応性が良好となる傾向にある。
また、末端カルボキシル基濃度に対する末端アミノ基濃度の比([NH2]/[COOH])は、0.7以下であるものが好ましく、0.6以下であるものがより好ましく、特に好ましくは0.5以下である。この比が0.7よりも大きいものは、ポリアミド樹脂を重合する際に、分子量の制御が難しくなる場合がある。
末端アミノ基濃度は、ポリアミド樹脂0.5gを30mlのフェノール/メタノール(4:1)混合溶液に20~30℃で攪拌溶解し、0.01Nの塩酸で滴定して測定することができる。また、末端カルボキシル基濃度は、ポリアミド樹脂0.1gを30mlのベンジルアルコールに200℃で溶解し、160℃~165℃の範囲でフェノールレッド溶液を0.1ml加える。その溶液を0.132gのKOHをベンジルアルコール200mlに溶解させた滴定液(KOH濃度として0.01mol/l)で滴定を行い、色の変化が黄~赤となり色の変化がなくなった時点を終点とすることで算出することができる。
ポリアミド樹脂の製造方法は、特開2014-173196号公報の段落0052~0053の記載を参酌でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
ポリアミド樹脂の製造方法は、特開2014-173196号公報の段落0052~0053の記載を参酌でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
本発明においては、ポリアミド樹脂の融点は、150~310℃であることが好ましく、180~300℃であることがより好ましく、180~250℃であることがさらに好ましい。
また、ポリアミド樹脂のガラス転移点は、50~100℃が好ましく、55~100℃がより好ましく、特に好ましくは60~100℃である。この範囲であると、耐熱性が良好となる傾向にある。
また、ポリアミド樹脂のガラス転移点は、50~100℃が好ましく、55~100℃がより好ましく、特に好ましくは60~100℃である。この範囲であると、耐熱性が良好となる傾向にある。
なお、本発明における融点とは、DSC(示差走査熱量測定)法により観測される昇温時の吸熱ピークのピークトップの温度であり、具体的には、後述する実施例に記載の方法で測定された値を言う。
ガラス転移点とは、試料を一度加熱溶融させ熱履歴による結晶性への影響をなくした後、再度昇温して測定されるガラス転移点をいう。測定には、例えば、島津製作所(SHIMADZU CORPORATION)製、DSC-60を用い、試料量は約1mgとし、雰囲気ガスとしては窒素を30ml/分で流し、昇温速度は10℃/分の条件で室温から予想される融点以上の温度まで加熱し溶融させた際に観測される吸熱ピークのピークトップの温度から融点を求めることができる。次いで、溶融したポリアミド樹脂を、ドライアイスで急冷し、10℃/分の速度で融点以上の温度まで再度昇温し、ガラス転移点、融点を求めることができる。
尚、結晶構造を形成しにくい低結晶性樹脂については、前処理等を行って融点が明確になるように調整してから融点を測定してもよい。前処理の一例としては、加熱処理が例示される。
ガラス転移点とは、試料を一度加熱溶融させ熱履歴による結晶性への影響をなくした後、再度昇温して測定されるガラス転移点をいう。測定には、例えば、島津製作所(SHIMADZU CORPORATION)製、DSC-60を用い、試料量は約1mgとし、雰囲気ガスとしては窒素を30ml/分で流し、昇温速度は10℃/分の条件で室温から予想される融点以上の温度まで加熱し溶融させた際に観測される吸熱ピークのピークトップの温度から融点を求めることができる。次いで、溶融したポリアミド樹脂を、ドライアイスで急冷し、10℃/分の速度で融点以上の温度まで再度昇温し、ガラス転移点、融点を求めることができる。
尚、結晶構造を形成しにくい低結晶性樹脂については、前処理等を行って融点が明確になるように調整してから融点を測定してもよい。前処理の一例としては、加熱処理が例示される。
<<連続熱可塑性樹脂繊維の処理剤>>
本発明で用いる連続熱可塑性樹脂繊維(B)は、その表面を処理剤で処理することも好ましい。このような態様とすることにより、混繊糸における連続強化繊維(A)の分散度がより向上する。処理剤は、連続熱可塑性樹脂繊維(B)を集束する機能を有するものであれば、その種類は特に定めるものではない。処理剤としては、エステル系化合物、アルキレングリコール系化合物、ポリオレフィン系化合物、フェニルエーテル系化合物を例示でき、より具体的には、界面活性剤が好ましい。
連続熱可塑性樹脂繊維の処理剤の量は、連続熱可塑性樹脂繊維に対し、0.1~2重量%であることが好ましく、0.5~1.5重量%であることがより好ましい。このような範囲とすることにより、連続熱可塑性樹脂繊維の分散が良好となり、より均質な混繊糸を得られやすい。また、混繊糸を製造する際には連続熱可塑性樹脂繊維には機械との摩擦力や繊維同士の摩擦力が生じ、その際に連続熱可塑性樹脂繊維が切れることがあるが、上記の範囲とすることによって繊維の切断をより効果的に防ぐことができる。また、均質な混繊糸を得るために機械的な応力を連続熱可塑性樹脂繊維に加えるが、その際の応力により連続熱可塑性樹脂繊維が切断することをより効果的に防ぐことができる。
本発明で用いる連続熱可塑性樹脂繊維(B)は、その表面を処理剤で処理することも好ましい。このような態様とすることにより、混繊糸における連続強化繊維(A)の分散度がより向上する。処理剤は、連続熱可塑性樹脂繊維(B)を集束する機能を有するものであれば、その種類は特に定めるものではない。処理剤としては、エステル系化合物、アルキレングリコール系化合物、ポリオレフィン系化合物、フェニルエーテル系化合物を例示でき、より具体的には、界面活性剤が好ましい。
連続熱可塑性樹脂繊維の処理剤の量は、連続熱可塑性樹脂繊維に対し、0.1~2重量%であることが好ましく、0.5~1.5重量%であることがより好ましい。このような範囲とすることにより、連続熱可塑性樹脂繊維の分散が良好となり、より均質な混繊糸を得られやすい。また、混繊糸を製造する際には連続熱可塑性樹脂繊維には機械との摩擦力や繊維同士の摩擦力が生じ、その際に連続熱可塑性樹脂繊維が切れることがあるが、上記の範囲とすることによって繊維の切断をより効果的に防ぐことができる。また、均質な混繊糸を得るために機械的な応力を連続熱可塑性樹脂繊維に加えるが、その際の応力により連続熱可塑性樹脂繊維が切断することをより効果的に防ぐことができる。
<<連続熱可塑性樹脂繊維(B)の処理剤による処理方法>>
連続熱可塑性樹脂繊維(B)の処理剤による処理方法は、所期の目的を達成できる限り特に定めるものではない。例えば、連続熱可塑性樹脂繊維(B)に、処理剤を溶液に溶解させたものを付加し、連続熱可塑性樹脂繊維の表面に処理剤を付着させることが挙げられる。あるいは処理剤を連続熱可塑性樹脂繊維の表面に対してエアブローすることによってもできる。
連続熱可塑性樹脂繊維(B)の処理剤による処理方法は、所期の目的を達成できる限り特に定めるものではない。例えば、連続熱可塑性樹脂繊維(B)に、処理剤を溶液に溶解させたものを付加し、連続熱可塑性樹脂繊維の表面に処理剤を付着させることが挙げられる。あるいは処理剤を連続熱可塑性樹脂繊維の表面に対してエアブローすることによってもできる。
<熱可塑性樹脂繊維(C)>
本発明で用いる熱可塑性樹脂繊維(C)は、熱可塑性樹脂cを主成分とする熱可塑性樹脂組成物からなる。熱可塑性樹脂繊維(C)の原料である熱可塑性樹脂組成物は、通常、50重量%以上が熱可塑性樹脂cであり、60重量%以上が熱可塑性樹脂cであることが好ましく、70重量%以上を熱可塑性樹脂cとしてもよい。
樹脂cとしては、複合材料に用いるものを広く使用することができ、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂類、ポリカーボネート樹脂、ポリオキシメチレン樹脂、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリエーテルエーテルケトンケトン等のポリエーテルケトン樹脂類、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリエーテルサルファイド樹脂、熱可塑性ポリエーテルイミド、熱可塑性ポリアミドイミド、全芳香族ポリイミド、半芳香族ポリイミド等の熱可塑性ポリイミド樹脂類等を用いることができる。本発明では、樹脂cがポリアミド樹脂であることが好ましい。ポリアミド樹脂の具体例としては、上述の連続熱可塑性樹脂繊維(B)で述べたポリアミド樹脂が好ましく採用できる。また、熱可塑性樹脂繊維(C)の原料である熱可塑性樹脂組成物は、熱可塑性樹脂以外の成分を含んでいても良く、これらは、連続熱可塑性樹脂繊維(B)で述べたものと同義であり、好ましい範囲も同様である。
樹脂cの融点は、用いる樹脂の種類にもよるが、180~405℃であることが好ましく、180~390℃であることがより好ましく、180~320℃であることがさらに好ましく、190~310℃であることが一層好ましく、200~300℃であることがより一層好ましい。 本発明で用いる熱可塑性樹脂繊維(C)の長さは、混繊糸を保形できる限り特に定めるものでは無いが、加工の容易性から、6mm以上の長さを有する熱可塑性樹脂繊維が好ましく、20mm以上の長さを有する熱可塑性樹脂繊維であることがより好ましい。本発明では、1本の熱可塑性樹脂繊維(C)で混繊糸を保形してもよいし、2本以上の熱可塑性樹脂繊維(C)で混繊糸の別々の箇所を保形したものであってもよい。さらに、2本以上の束状の熱可塑性樹脂繊維(C)を用いて混繊糸を保形してもよい。
熱可塑性樹脂繊維(C)の繊度は、例えば、10~200dtex、好ましくは50~150dtex、さらに好ましくは100~150dtexとすることができる。熱可塑性樹脂繊維(C)は利用の際、そのまま用いてもよく、2本撚り、3本撚りなど、複数本撚ったものを用いても良い。
本発明で用いる熱可塑性樹脂繊維(C)は、熱可塑性樹脂cを主成分とする熱可塑性樹脂組成物からなる。熱可塑性樹脂繊維(C)の原料である熱可塑性樹脂組成物は、通常、50重量%以上が熱可塑性樹脂cであり、60重量%以上が熱可塑性樹脂cであることが好ましく、70重量%以上を熱可塑性樹脂cとしてもよい。
樹脂cとしては、複合材料に用いるものを広く使用することができ、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂類、ポリカーボネート樹脂、ポリオキシメチレン樹脂、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリエーテルエーテルケトンケトン等のポリエーテルケトン樹脂類、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリエーテルサルファイド樹脂、熱可塑性ポリエーテルイミド、熱可塑性ポリアミドイミド、全芳香族ポリイミド、半芳香族ポリイミド等の熱可塑性ポリイミド樹脂類等を用いることができる。本発明では、樹脂cがポリアミド樹脂であることが好ましい。ポリアミド樹脂の具体例としては、上述の連続熱可塑性樹脂繊維(B)で述べたポリアミド樹脂が好ましく採用できる。また、熱可塑性樹脂繊維(C)の原料である熱可塑性樹脂組成物は、熱可塑性樹脂以外の成分を含んでいても良く、これらは、連続熱可塑性樹脂繊維(B)で述べたものと同義であり、好ましい範囲も同様である。
樹脂cの融点は、用いる樹脂の種類にもよるが、180~405℃であることが好ましく、180~390℃であることがより好ましく、180~320℃であることがさらに好ましく、190~310℃であることが一層好ましく、200~300℃であることがより一層好ましい。 本発明で用いる熱可塑性樹脂繊維(C)の長さは、混繊糸を保形できる限り特に定めるものでは無いが、加工の容易性から、6mm以上の長さを有する熱可塑性樹脂繊維が好ましく、20mm以上の長さを有する熱可塑性樹脂繊維であることがより好ましい。本発明では、1本の熱可塑性樹脂繊維(C)で混繊糸を保形してもよいし、2本以上の熱可塑性樹脂繊維(C)で混繊糸の別々の箇所を保形したものであってもよい。さらに、2本以上の束状の熱可塑性樹脂繊維(C)を用いて混繊糸を保形してもよい。
熱可塑性樹脂繊維(C)の繊度は、例えば、10~200dtex、好ましくは50~150dtex、さらに好ましくは100~150dtexとすることができる。熱可塑性樹脂繊維(C)は利用の際、そのまま用いてもよく、2本撚り、3本撚りなど、複数本撚ったものを用いても良い。
<樹脂bと樹脂cの融点の関係>
本発明では、熱可塑性樹脂繊維(C)を構成する熱可塑性樹脂cの融点が連続熱可塑性樹脂繊維(B)を構成する熱可塑性樹脂bの融点よりも15℃以上高い。このような構成とすることにより、連続強化繊維(A)の分散状態が乱れないまま、樹脂bを含浸させることができ、得られる成形品の外観が向上する。
ここで、樹脂bが2種以上の樹脂からなる場合、融点の高い方の樹脂の融点をもって、樹脂bの融点とする。また、樹脂bが融点を2つ以上有する場合、高い方の融点を持って樹脂bの融点とする。一方、樹脂cが2種以上の樹脂からなる場合、配合量の多い方の樹脂の融点を持って、樹脂cの融点とする。尚、樹脂cが2種以上の略等量の熱可塑性樹脂からなる場合、融点の最も高い樹脂の融点をもって、樹脂cの融点とする。
また、樹脂cが融点を2つ以上有する場合、高い方の融点を持って樹脂cの融点とする。
樹脂cの融点と樹脂bの融点の差(樹脂cの融点-樹脂bの融点)は、16℃以上とすることもでき、さらには17℃以上とすることもでき、特には18℃以上とすることもできる。また、樹脂cの融点と樹脂bの融点の差の上限は特に定めるものでは無いが、100℃以下とすることが好ましく、80℃以下とすることがより好ましく、75℃以下とすることが特に好ましい。このような範囲とすることにより、加熱成形の際に、樹脂bが溶融した後に、樹脂cも溶融し、熱可塑性樹脂繊維(C)が目立たなくなり、より外観が良好な成形品が得られる。
本発明では、熱可塑性樹脂繊維(C)を構成する熱可塑性樹脂cの融点が連続熱可塑性樹脂繊維(B)を構成する熱可塑性樹脂bの融点よりも15℃以上高い。このような構成とすることにより、連続強化繊維(A)の分散状態が乱れないまま、樹脂bを含浸させることができ、得られる成形品の外観が向上する。
ここで、樹脂bが2種以上の樹脂からなる場合、融点の高い方の樹脂の融点をもって、樹脂bの融点とする。また、樹脂bが融点を2つ以上有する場合、高い方の融点を持って樹脂bの融点とする。一方、樹脂cが2種以上の樹脂からなる場合、配合量の多い方の樹脂の融点を持って、樹脂cの融点とする。尚、樹脂cが2種以上の略等量の熱可塑性樹脂からなる場合、融点の最も高い樹脂の融点をもって、樹脂cの融点とする。
また、樹脂cが融点を2つ以上有する場合、高い方の融点を持って樹脂cの融点とする。
樹脂cの融点と樹脂bの融点の差(樹脂cの融点-樹脂bの融点)は、16℃以上とすることもでき、さらには17℃以上とすることもでき、特には18℃以上とすることもできる。また、樹脂cの融点と樹脂bの融点の差の上限は特に定めるものでは無いが、100℃以下とすることが好ましく、80℃以下とすることがより好ましく、75℃以下とすることが特に好ましい。このような範囲とすることにより、加熱成形の際に、樹脂bが溶融した後に、樹脂cも溶融し、熱可塑性樹脂繊維(C)が目立たなくなり、より外観が良好な成形品が得られる。
本発明では、また、熱可塑性樹脂繊維(C)を構成する樹脂cとして、樹脂bよりも15℃以上融点の高い樹脂c1と、樹脂bよりも融点が低い樹脂c2を用いる実施形態も開示する。本実施形態では、樹脂bを含む混繊糸を、樹脂c1と樹脂c2を含む熱可塑性樹脂繊維(C)を用いて保形し、樹脂bの融点以下の温度で予備加熱すると、樹脂c2だけが溶融して、全体を簡易的に接着することができ、操作性を向上させることができる。
一方、保形に際し、熱可塑性樹脂繊維(C)を基材上に刺繍するようにステッチングすると、熱可塑性樹脂繊維(C)が、意匠性の有る模様を形成しうる。従って、樹脂cを溶融させずに、そのまま残すことも可能である。この場合の樹脂cの融点は、樹脂bの融点よりも、20~100℃高いことが好ましく、30~100℃高いことがより好ましい。
一方、保形に際し、熱可塑性樹脂繊維(C)を基材上に刺繍するようにステッチングすると、熱可塑性樹脂繊維(C)が、意匠性の有る模様を形成しうる。従って、樹脂cを溶融させずに、そのまま残すことも可能である。この場合の樹脂cの融点は、樹脂bの融点よりも、20~100℃高いことが好ましく、30~100℃高いことがより好ましい。
<基材>
本発明では、混繊糸は、基材の上に配列され、熱可塑性樹脂繊維(C)でステッチングして保形されていることが好ましい。基材は、樹脂フィルム、強化繊維を含むマット材、ガラス繊維等の繊維の織物や編み物、金属箔等が例示される。本発明の好ましい実施形態として、熱可塑性樹脂フィルム(D)を用いることが例示される。基材の厚さは特に定めるものでは無いが、例えば、20~100μmとすることができる。
強化繊維を含むマット材を用いることでプレス成形時にマット成分をリブ等に流し込み、一体成型が可能になる点で有益である。
ステッチング方法は、公知の縫い合わせ方法、刺繍方法を採用でき、基材と混繊糸が、持ち運び、運搬等により大きく型崩れ等しない様に保形されていればよい。
本発明では、混繊糸は、基材の上に配列され、熱可塑性樹脂繊維(C)でステッチングして保形されていることが好ましい。基材は、樹脂フィルム、強化繊維を含むマット材、ガラス繊維等の繊維の織物や編み物、金属箔等が例示される。本発明の好ましい実施形態として、熱可塑性樹脂フィルム(D)を用いることが例示される。基材の厚さは特に定めるものでは無いが、例えば、20~100μmとすることができる。
強化繊維を含むマット材を用いることでプレス成形時にマット成分をリブ等に流し込み、一体成型が可能になる点で有益である。
ステッチング方法は、公知の縫い合わせ方法、刺繍方法を採用でき、基材と混繊糸が、持ち運び、運搬等により大きく型崩れ等しない様に保形されていればよい。
<<熱可塑性樹脂フィルム(D)>>
本発明で用いる熱可塑性樹脂フィルム(D)は、熱可塑性樹脂を含むフィルムであり、通常、フィルムの30~100重量%が熱可塑性樹脂(以下、「樹脂d」ということがある)から構成される。熱可塑性樹脂としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂類、ポリカーボネート樹脂、ポリオキシメチレン樹脂、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリエーテルエーテルケトンケトン等のポリエーテルケトン樹脂類、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリエーテルサルファイド樹脂、熱可塑性ポリエーテルイミド、熱可塑性ポリアミドイミド、全芳香族ポリイミド、半芳香族ポリイミド等の熱可塑性ポリイミド樹脂類等を用いることができ、ポリアミド樹脂であることが好ましい。本発明で用いることができるポリアミド樹脂としては、樹脂bで説明したポリアミド樹脂が例示され、ポリアミド6、ポリアミド66等が好ましい。
また、本発明で用いる熱可塑性樹脂フィルム(D)は、熱可塑性樹脂以外の成分を含んでいても良い。このような成分の例としては、上述の連続熱可塑性樹脂繊維(B)で述べたものと同義であり、好ましい範囲も同様である。
本発明で用いる熱可塑性樹脂フィルム(D)は、熱可塑性樹脂を含むフィルムであり、通常、フィルムの30~100重量%が熱可塑性樹脂(以下、「樹脂d」ということがある)から構成される。熱可塑性樹脂としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂類、ポリカーボネート樹脂、ポリオキシメチレン樹脂、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリエーテルエーテルケトンケトン等のポリエーテルケトン樹脂類、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリエーテルサルファイド樹脂、熱可塑性ポリエーテルイミド、熱可塑性ポリアミドイミド、全芳香族ポリイミド、半芳香族ポリイミド等の熱可塑性ポリイミド樹脂類等を用いることができ、ポリアミド樹脂であることが好ましい。本発明で用いることができるポリアミド樹脂としては、樹脂bで説明したポリアミド樹脂が例示され、ポリアミド6、ポリアミド66等が好ましい。
また、本発明で用いる熱可塑性樹脂フィルム(D)は、熱可塑性樹脂以外の成分を含んでいても良い。このような成分の例としては、上述の連続熱可塑性樹脂繊維(B)で述べたものと同義であり、好ましい範囲も同様である。
樹脂dの融点は、180~405℃であることが好ましく、180~390℃であることがより好ましく、180~320℃であることがさらに好ましく、190~310℃であることが一層好ましく、200~300℃であることがより一層好ましい。樹脂dが2種以上の樹脂からなる場合、配合量の多い方の樹脂の融点を持って、樹脂dの融点とする。また、樹脂dが融点を2つ以上ある場合、高い方の融点を持って樹脂dの融点とする。
本発明では、樹脂dの融点が樹脂bの融点よりも、15℃以上高いことが好ましく、20~80℃高いことがより好ましく、25~76℃高いことがより好ましい。このような構成とすることにより、加熱成形の際に、樹脂dが溶融する前に、樹脂bを溶融させることが可能になる。
本発明では、樹脂dの融点が樹脂bの融点よりも、15℃以上高いことが好ましく、20~80℃高いことがより好ましく、25~76℃高いことがより好ましい。このような構成とすることにより、加熱成形の際に、樹脂dが溶融する前に、樹脂bを溶融させることが可能になる。
<樹脂b、樹脂c、樹脂dの組み合わせ>
本発明の複合材料における、樹脂b、樹脂c、樹脂dの組み合わせは、上記融点の関係を満たすことが好ましく、特に、樹脂bが、XD系ポリアミドを主成分とし、樹脂cおよび樹脂dが、それぞれ、ポリアミド66またはXD系ポリアミドを主成分とすることが好ましい。
本発明では、また、樹脂bおよび樹脂cの両方に、高融点樹脂を用いることも、耐熱性の高い複合材料を得るという観点から好ましい。特に、ポリエーテルケトン樹脂およびポリイミド樹脂の少なくとも一方を用いる態様が好ましく例示され、少なくともポリエーテルケトン樹脂を用いる態様がより好ましく例示される。具体的には、樹脂bとしてポリエーテルエーテルケトン樹脂(例えば、融点343℃のもの)を用い、樹脂cとしてポリイミド樹脂(例えば、三井化学製、AURUM、融点388℃)を用いる態様や、樹脂bと樹脂cとして、それぞれ、融点の異なるポリエーテルケトンケトン樹脂(例えば、ARKEMA製、KEPSTAN 7002(融点331℃)とKEPSTAN 8002(融点357℃))を用いる態様が例示される。
本発明の複合材料における、樹脂b、樹脂c、樹脂dの組み合わせは、上記融点の関係を満たすことが好ましく、特に、樹脂bが、XD系ポリアミドを主成分とし、樹脂cおよび樹脂dが、それぞれ、ポリアミド66またはXD系ポリアミドを主成分とすることが好ましい。
本発明では、また、樹脂bおよび樹脂cの両方に、高融点樹脂を用いることも、耐熱性の高い複合材料を得るという観点から好ましい。特に、ポリエーテルケトン樹脂およびポリイミド樹脂の少なくとも一方を用いる態様が好ましく例示され、少なくともポリエーテルケトン樹脂を用いる態様がより好ましく例示される。具体的には、樹脂bとしてポリエーテルエーテルケトン樹脂(例えば、融点343℃のもの)を用い、樹脂cとしてポリイミド樹脂(例えば、三井化学製、AURUM、融点388℃)を用いる態様や、樹脂bと樹脂cとして、それぞれ、融点の異なるポリエーテルケトンケトン樹脂(例えば、ARKEMA製、KEPSTAN 7002(融点331℃)とKEPSTAN 8002(融点357℃))を用いる態様が例示される。
<複合材料の製造方法>
本発明の複合材料の製造方法は特に定めるものでは無く、公知の方法を利用して製造することができる。
一例として、基材と、基材上に配列している混繊糸を、熱可塑性樹脂繊維(C)でステッチングすることを含み、前記混繊糸は、繊維成分として、連続強化繊維(A)と連続熱可塑性樹脂繊維(B)を含み、前記熱可塑性樹脂繊維(C)を構成する熱可塑性樹脂の融点が前記連続熱可塑性樹脂繊維(B)を構成する熱可塑性樹脂の融点よりも15℃以上高い、複合材料の製造方法が例示される。
本発明の複合材料の製造方法は特に定めるものでは無く、公知の方法を利用して製造することができる。
一例として、基材と、基材上に配列している混繊糸を、熱可塑性樹脂繊維(C)でステッチングすることを含み、前記混繊糸は、繊維成分として、連続強化繊維(A)と連続熱可塑性樹脂繊維(B)を含み、前記熱可塑性樹脂繊維(C)を構成する熱可塑性樹脂の融点が前記連続熱可塑性樹脂繊維(B)を構成する熱可塑性樹脂の融点よりも15℃以上高い、複合材料の製造方法が例示される。
<成形品の製造方法>
本発明の成形品の製造方法は、特に定めるものでは無いが、本発明の複合材料を、熱可塑性樹脂繊維(C)を構成する熱可塑性樹脂の融点よりも低い温度で成形することが好ましい。このような成形条件とすることにより、樹脂cが溶融しにくくなり、樹脂bを先に溶融させることができる。結果として、連続強化繊維(A)と連続熱可塑性樹脂繊維(B)の分散状態を保ちつつ、樹脂bまたは樹脂bを含む熱可塑性樹脂組成物を連続強化繊維(A)に適切に含浸させることができる。樹脂bが溶解した後、樹脂cは溶融させても良いし、溶融させなくても良い。しかしながら、樹脂cを溶融させた方が、成形品において樹脂cが目立たないため好ましい。
成形温度は、樹脂cの融点より5~50℃低いことが好ましく、10~34℃低いことがより好ましく、10~30℃低いことがさらに好ましく、10~28℃低いことが一層好ましく、10~25℃低いことがより一層好ましい。加熱時間は特に定めるものでは無いが、例えば、1~10分とすることができる。また、この時圧力をかけてもよく、圧力としては、1~5MPa程度であることが好ましい。
また、成形温度は、樹脂の種類にもよるが、180~300℃の範囲内であることが好ましく、190~270℃がより好ましい。
上記成形後、さらに昇温して加熱してもよい。このような成形後加熱をすることで、熱可塑性樹脂繊維(C)の目立ちをさらに起こりにくくすることができる。その際の加熱温度は、(樹脂cの融点-20℃)以上であることが好ましく、(樹脂cの融点-15℃)以上がより好ましい。成形後の加熱温度の上限は、樹脂cの融点以下であることが好ましく、(樹脂cの融点-5℃)以下であることがより好ましい。この際の加熱時間としては、30~300秒が例示される。
成形後に昇温して加熱する場合は、成形温度を比較的低め(例えば、樹脂cの融点より20~55℃程度低く、さらには、樹脂の融点より25~50℃低く)しても、樹脂cを目立たなくさせることができる。
成形後に昇温して加熱する態様よりも、成形後に昇温しない態様の方が、作業時間が短くなり、操作性の観点から好ましい。但し、成形後に昇温する態様の方が、熱可塑性樹脂の含浸や連続強化繊維の界面との反応を効果的に進行させることができ、より機械的強度に優れた成形品が得られる。
本発明では、成形品を熱硬化性樹脂で被覆してもよい。
本発明の成形品の製造方法は、特に定めるものでは無いが、本発明の複合材料を、熱可塑性樹脂繊維(C)を構成する熱可塑性樹脂の融点よりも低い温度で成形することが好ましい。このような成形条件とすることにより、樹脂cが溶融しにくくなり、樹脂bを先に溶融させることができる。結果として、連続強化繊維(A)と連続熱可塑性樹脂繊維(B)の分散状態を保ちつつ、樹脂bまたは樹脂bを含む熱可塑性樹脂組成物を連続強化繊維(A)に適切に含浸させることができる。樹脂bが溶解した後、樹脂cは溶融させても良いし、溶融させなくても良い。しかしながら、樹脂cを溶融させた方が、成形品において樹脂cが目立たないため好ましい。
成形温度は、樹脂cの融点より5~50℃低いことが好ましく、10~34℃低いことがより好ましく、10~30℃低いことがさらに好ましく、10~28℃低いことが一層好ましく、10~25℃低いことがより一層好ましい。加熱時間は特に定めるものでは無いが、例えば、1~10分とすることができる。また、この時圧力をかけてもよく、圧力としては、1~5MPa程度であることが好ましい。
また、成形温度は、樹脂の種類にもよるが、180~300℃の範囲内であることが好ましく、190~270℃がより好ましい。
上記成形後、さらに昇温して加熱してもよい。このような成形後加熱をすることで、熱可塑性樹脂繊維(C)の目立ちをさらに起こりにくくすることができる。その際の加熱温度は、(樹脂cの融点-20℃)以上であることが好ましく、(樹脂cの融点-15℃)以上がより好ましい。成形後の加熱温度の上限は、樹脂cの融点以下であることが好ましく、(樹脂cの融点-5℃)以下であることがより好ましい。この際の加熱時間としては、30~300秒が例示される。
成形後に昇温して加熱する場合は、成形温度を比較的低め(例えば、樹脂cの融点より20~55℃程度低く、さらには、樹脂の融点より25~50℃低く)しても、樹脂cを目立たなくさせることができる。
成形後に昇温して加熱する態様よりも、成形後に昇温しない態様の方が、作業時間が短くなり、操作性の観点から好ましい。但し、成形後に昇温する態様の方が、熱可塑性樹脂の含浸や連続強化繊維の界面との反応を効果的に進行させることができ、より機械的強度に優れた成形品が得られる。
本発明では、成形品を熱硬化性樹脂で被覆してもよい。
<成形品の用途>
本発明の複合材料を成形してなる成形品の利用分野については特に定めるものではなく、自動車、航空機等輸送機部品、一般機械部品、精密機械部品、電子・電気機器部品、OA機器部品、建材・住設関連部品、医療装置、レジャースポーツ用品、遊戯具、医療品、食品包装用フィルム等の日用品、防衛および航空宇宙製品等に広く用いられる。特に、医療用装具(長下肢装具など)、自動車、電車および舟等の窓枠、ヘルメットのゴーグル部位の枠、メガネフレーム、安全靴など用の成形材料として、好適に用いられる。特に、本発明の複合材料は、医療用装具形成用材料、自動車用二次構造部材としての利用価値が高い。
本発明の複合材料を成形してなる成形品の利用分野については特に定めるものではなく、自動車、航空機等輸送機部品、一般機械部品、精密機械部品、電子・電気機器部品、OA機器部品、建材・住設関連部品、医療装置、レジャースポーツ用品、遊戯具、医療品、食品包装用フィルム等の日用品、防衛および航空宇宙製品等に広く用いられる。特に、医療用装具(長下肢装具など)、自動車、電車および舟等の窓枠、ヘルメットのゴーグル部位の枠、メガネフレーム、安全靴など用の成形材料として、好適に用いられる。特に、本発明の複合材料は、医療用装具形成用材料、自動車用二次構造部材としての利用価値が高い。
以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り、適宜、変更することができる。従って、本発明の範囲は以下に示す具体例に限定されるものではない。
以下の原材料を使用した。
1.熱可塑性樹脂b
<合成例1 MPXD10>
撹拌機、分縮器、全縮器、温度計、滴下ロート及び窒素導入管、ストランドダイを備えた反応容器に、セバシン酸(伊藤製油(株)製TAグレード)10kg(49.4mol)及び酢酸ナトリウム/次亜リン酸ナトリウム・一水和物(モル比=1/1.5)11.66gを仕込み、十分に窒素置換した後、更に少量の窒素気流下で系内を撹搾しながら170℃まで加熱溶融した。
メタキシリレンジアミン(三菱ガス化学(株)製)とパラキシリレンジアミン(三菱ガス化学(株)製)のモル比が70/30である混合キシリレンジアミン6.647kg(メタキシリレンジアミン34.16mol、パラキシリレンジアミン14.64mol)を溶融したセバシン酸に攪拌下で滴下し、生成する縮合水を系外に排出しながら、内温を連続的に2.5時間かけて240℃まで昇温した。
滴下終了後、内温を上昇させ、250℃に達した時点で反応容器内を減圧にし、更に内温を上昇させて255℃で20分間、溶融重縮合反応を継続した。その後、系内を窒素で加圧し、得られた重合物をストランドダイから取り出して、これをペレット化することにより、ポリアミド樹脂MPXD10を得た。
得られたポリアミド樹脂の融点は、213℃、数平均分子量は、15400であった。
1.熱可塑性樹脂b
<合成例1 MPXD10>
撹拌機、分縮器、全縮器、温度計、滴下ロート及び窒素導入管、ストランドダイを備えた反応容器に、セバシン酸(伊藤製油(株)製TAグレード)10kg(49.4mol)及び酢酸ナトリウム/次亜リン酸ナトリウム・一水和物(モル比=1/1.5)11.66gを仕込み、十分に窒素置換した後、更に少量の窒素気流下で系内を撹搾しながら170℃まで加熱溶融した。
メタキシリレンジアミン(三菱ガス化学(株)製)とパラキシリレンジアミン(三菱ガス化学(株)製)のモル比が70/30である混合キシリレンジアミン6.647kg(メタキシリレンジアミン34.16mol、パラキシリレンジアミン14.64mol)を溶融したセバシン酸に攪拌下で滴下し、生成する縮合水を系外に排出しながら、内温を連続的に2.5時間かけて240℃まで昇温した。
滴下終了後、内温を上昇させ、250℃に達した時点で反応容器内を減圧にし、更に内温を上昇させて255℃で20分間、溶融重縮合反応を継続した。その後、系内を窒素で加圧し、得られた重合物をストランドダイから取り出して、これをペレット化することにより、ポリアミド樹脂MPXD10を得た。
得られたポリアミド樹脂の融点は、213℃、数平均分子量は、15400であった。
<合成例2 MXD10>
合成例1において、メタキシリレンジアミンとパラキシリレンジアミンの混合キシリレンジアミンを、等量のメタキシリレンジアミンに変更したこと以外は、合成例1と同様の方法でポリアミド樹脂MXD10を得た。
得られたポリアミド樹脂の融点は、190℃、数平均分子量は、14900であった。
合成例1において、メタキシリレンジアミンとパラキシリレンジアミンの混合キシリレンジアミンを、等量のメタキシリレンジアミンに変更したこと以外は、合成例1と同様の方法でポリアミド樹脂MXD10を得た。
得られたポリアミド樹脂の融点は、190℃、数平均分子量は、14900であった。
MXD6:メタキシリレンアジパミド樹脂(三菱瓦斯化学製、グレードS6001)、融点237℃、数平均分子量16800
2.連続強化繊維(A)
連続炭素繊維:三菱レイヨン製、Pyrofil-TR-50S-12000-AD、8000dtex、繊維数12000f。エポキシ樹脂で表面処理されている。
連続ガラス繊維:日東紡製、1350dtex、繊維数800f。
連続アラミド繊維:FRP-ZONE.COMより購入。
連続炭素繊維:三菱レイヨン製、Pyrofil-TR-50S-12000-AD、8000dtex、繊維数12000f。エポキシ樹脂で表面処理されている。
連続ガラス繊維:日東紡製、1350dtex、繊維数800f。
連続アラミド繊維:FRP-ZONE.COMより購入。
3.熱可塑性樹脂フィルム(D)
ポリアミド66ペレットをシリンダー径30mmのTダイ付き単軸押出機(プラスチック工学研社製、PTM-30)に供給した。シリンダー温度を215℃~290℃、スクリュー回転数30rpmの条件で溶融混練を行った。溶融混練した後、Tダイを通じてフィルム状物を押出し、冷却ロール上で固化し、厚み100μmのフィルムを得た。
ポリアミド66ペレットをシリンダー径30mmのTダイ付き単軸押出機(プラスチック工学研社製、PTM-30)に供給した。シリンダー温度を215℃~290℃、スクリュー回転数30rpmの条件で溶融混練を行った。溶融混練した後、Tダイを通じてフィルム状物を押出し、冷却ロール上で固化し、厚み100μmのフィルムを得た。
4.熱可塑性樹脂c
MXD6:熱可塑性樹脂bで用いたMXD6を用いた。
MPXD10:熱可塑性樹脂bで用いたMPXD10を用いた。
PA66:東レ製、CM3001N
MXD6:熱可塑性樹脂bで用いたMXD6を用いた。
MPXD10:熱可塑性樹脂bで用いたMPXD10を用いた。
PA66:東レ製、CM3001N
<合成例3 MPXD6>
合成例1において、セバシン酸を、等モル数のアジピン酸(ローディア社製)に変更し、滴下終了後、内温を275℃に達した時点で反応容器内を減圧にし、更に内温を上昇させて280℃にしたこと以外は、合成例1と同様の方法でポリアミド樹脂MPXD6を得た。
得られたポリアミド樹脂の融点は、255℃、数平均分子量は、17800であった。
合成例1において、セバシン酸を、等モル数のアジピン酸(ローディア社製)に変更し、滴下終了後、内温を275℃に達した時点で反応容器内を減圧にし、更に内温を上昇させて280℃にしたこと以外は、合成例1と同様の方法でポリアミド樹脂MPXD6を得た。
得られたポリアミド樹脂の融点は、255℃、数平均分子量は、17800であった。
<合成例4 PXD10>
合成例1において、メタキシリレンジアミンとパラキシリレンジアミンの混合キシリレンジアミンを、等量のパラキシリレンジアミンに変更し、滴下終了後、内温を290℃に達した時点で反応容器内を減圧にし、更に内温を上昇させて295℃にしたこと以外は、合成例1と同様の方法でポリアミド樹脂PXD10を得た。
得られたポリアミド樹脂の融点は、290℃、数平均分子量は、17000であった。
合成例1において、メタキシリレンジアミンとパラキシリレンジアミンの混合キシリレンジアミンを、等量のパラキシリレンジアミンに変更し、滴下終了後、内温を290℃に達した時点で反応容器内を減圧にし、更に内温を上昇させて295℃にしたこと以外は、合成例1と同様の方法でポリアミド樹脂PXD10を得た。
得られたポリアミド樹脂の融点は、290℃、数平均分子量は、17000であった。
5.測定方法
(融点)
島津製作所(SHIMADZU CORPORATION)製、DSC-60を用い、試料量は約1mgとし、雰囲気ガスとしては窒素を30ml/分で流し、昇温速度は10℃/分の条件で室温(25℃)から予想される融点以上の温度まで加熱し溶融させ次いで、溶融したポリアミド樹脂を、ドライアイスで急冷し、10℃/分の速度で融点以上の温度まで再度昇温した際に観測される吸熱ピークのピークトップの温度を融点とした。
(融点)
島津製作所(SHIMADZU CORPORATION)製、DSC-60を用い、試料量は約1mgとし、雰囲気ガスとしては窒素を30ml/分で流し、昇温速度は10℃/分の条件で室温(25℃)から予想される融点以上の温度まで加熱し溶融させ次いで、溶融したポリアミド樹脂を、ドライアイスで急冷し、10℃/分の速度で融点以上の温度まで再度昇温した際に観測される吸熱ピークのピークトップの温度を融点とした。
(繊度)
混繊糸または熱可塑性樹脂繊維1m当たりの重量を測定し、繊度に換算した。
混繊糸または熱可塑性樹脂繊維1m当たりの重量を測定し、繊度に換算した。
実施例1
(連続熱可塑性樹脂繊維(B)の製造)
下記表に示す熱可塑性樹脂を用い、以下の手法に従って繊維状にした。
熱可塑性樹脂を30mmφのスクリューを有する単軸押出機にて溶融押出しし、60穴のダイからストランド状に押出し、ロールにて巻き取りながら延伸し、回巻体に巻き取った熱可塑性樹脂繊維束を得た。溶融温度は、樹脂の融点+15℃とした。
(連続熱可塑性樹脂繊維(B)の製造)
下記表に示す熱可塑性樹脂を用い、以下の手法に従って繊維状にした。
熱可塑性樹脂を30mmφのスクリューを有する単軸押出機にて溶融押出しし、60穴のダイからストランド状に押出し、ロールにて巻き取りながら延伸し、回巻体に巻き取った熱可塑性樹脂繊維束を得た。溶融温度は、樹脂の融点+15℃とした。
(熱可塑性樹脂繊維(C)の製造)
下記表に示す熱可塑性樹脂を用い、以下の手法に従って繊維状にした。
熱可塑性樹脂を30mmφのスクリューを有する単軸押出機にて溶融押出しし、34穴のダイからストランド状に押出し、ロールにて巻き取りながら延伸し、回巻体に巻き取った熱可塑性樹脂繊維束を得た。溶融温度は、樹脂の融点+15℃とした。
下記表に示す熱可塑性樹脂を用い、以下の手法に従って繊維状にした。
熱可塑性樹脂を30mmφのスクリューを有する単軸押出機にて溶融押出しし、34穴のダイからストランド状に押出し、ロールにて巻き取りながら延伸し、回巻体に巻き取った熱可塑性樹脂繊維束を得た。溶融温度は、樹脂の融点+15℃とした。
(混繊糸の製造)
混繊糸は、以下の方法に従って製造した。
回巻体から、連続熱可塑性樹脂繊維および連続強化繊維をそれぞれ引き出し、複数のガイドを通しながらエアブローにより開繊を行った。開繊しながら、連続熱可塑性樹脂繊維および連続強化繊維を一束とし、さらに、複数のガイドを通しながらエアブローを与え、均一化を進め、混繊糸とした。
混繊糸は、以下の方法に従って製造した。
回巻体から、連続熱可塑性樹脂繊維および連続強化繊維をそれぞれ引き出し、複数のガイドを通しながらエアブローにより開繊を行った。開繊しながら、連続熱可塑性樹脂繊維および連続強化繊維を一束とし、さらに、複数のガイドを通しながらエアブローを与え、均一化を進め、混繊糸とした。
(分散度の測定)
混繊糸の分散度を以下のように観察して測定した。
混繊糸を切り取り、エポキシ樹脂で包埋し、前記包埋した混繊糸の長手方向に垂直な断面を研磨し、断面図を超深度カラー3D形状測定顕微鏡VK-9500(コントローラー部)/VK-9510(測定部)(キーエンス製)を使用して撮影した。図4に示すように、撮影画像において、放射状に補助線を等間隔に6本ひき、各補助線上にある強化繊維領域の長さをa1, a2, a3・・・ai(i=n)と測量した。同時に各補助線上にある熱可塑性樹脂繊維領域の長さをb1, b2, b3・・・bi(i=m)と測量した。次式により分散度を算出した。
混繊糸の分散度を以下のように観察して測定した。
混繊糸を切り取り、エポキシ樹脂で包埋し、前記包埋した混繊糸の長手方向に垂直な断面を研磨し、断面図を超深度カラー3D形状測定顕微鏡VK-9500(コントローラー部)/VK-9510(測定部)(キーエンス製)を使用して撮影した。図4に示すように、撮影画像において、放射状に補助線を等間隔に6本ひき、各補助線上にある強化繊維領域の長さをa1, a2, a3・・・ai(i=n)と測量した。同時に各補助線上にある熱可塑性樹脂繊維領域の長さをb1, b2, b3・・・bi(i=m)と測量した。次式により分散度を算出した。
(含浸率の測定)
混繊糸を切り取ってエポキシ樹脂で包埋し、前記包埋した混繊糸の長手方向に垂直な断面を研磨し、断面図を超深度カラー3D形状測定顕微鏡VK-9500(コントローラー部)/VK-9510(測定部)(キーエンス製)を使用して撮影した。得られた断面写真に対し、連続強化繊維の熱可塑性樹脂繊維成分が溶融し含浸した領域を画像解析ソフトImageJを用いて選択し、その面積を測定した。含浸率は、熱可塑性樹脂成分が連続強化繊維に含浸した領域/撮影断面積(単位%)として示した。
混繊糸を切り取ってエポキシ樹脂で包埋し、前記包埋した混繊糸の長手方向に垂直な断面を研磨し、断面図を超深度カラー3D形状測定顕微鏡VK-9500(コントローラー部)/VK-9510(測定部)(キーエンス製)を使用して撮影した。得られた断面写真に対し、連続強化繊維の熱可塑性樹脂繊維成分が溶融し含浸した領域を画像解析ソフトImageJを用いて選択し、その面積を測定した。含浸率は、熱可塑性樹脂成分が連続強化繊維に含浸した領域/撮影断面積(単位%)として示した。
(複合材料の製造)
ポリアミド66フィルム(熱可塑性樹脂フィルム(D))に、上記で得られた混繊糸を図2(a)に示すように配列し、表に示す熱可塑性樹脂繊維(C)を2本撚りにして、混繊糸をポリアミド66フィルムにステッチングして固定し、複合材料を得た。
ポリアミド66フィルム(熱可塑性樹脂フィルム(D))に、上記で得られた混繊糸を図2(a)に示すように配列し、表に示す熱可塑性樹脂繊維(C)を2本撚りにして、混繊糸をポリアミド66フィルムにステッチングして固定し、複合材料を得た。
(複合材料の成形)
上記で得られた繊維強化複合材料を、表に示す成形温度で2MPa、5分間プレス成形して成形品を得た。
上記で得られた繊維強化複合材料を、表に示す成形温度で2MPa、5分間プレス成形して成形品を得た。
(外観1:連続強化繊維の乱れ)
得られた成形品について、以下の基準に従って評価した。
○:連続強化繊維(A)の乱れが殆ど認められない
×:連続強化繊維(A)の乱れが目立つ(上記○以外)
得られた成形品について、以下の基準に従って評価した。
○:連続強化繊維(A)の乱れが殆ど認められない
×:連続強化繊維(A)の乱れが目立つ(上記○以外)
(外観2:熱可塑性樹脂繊維(C)のステッチ)
得られた成形品について、以下の基準に従って評価した。
有:熱可塑性樹脂繊維(C)が未溶融で目立つ
無:熱可塑性樹脂繊維(C)が溶融して目立たない
得られた成形品について、以下の基準に従って評価した。
有:熱可塑性樹脂繊維(C)が未溶融で目立つ
無:熱可塑性樹脂繊維(C)が溶融して目立たない
(機械的強度の向上率)
得られた成形品(成形品1という)について、ISO 527-1およびISO 527-2に記載の方法に従って、測定温度23℃、チャック間距離50mm、引張速度50mm/minの条件で引張強度を測定した。
また、実施例1において、熱可塑性樹脂繊維(C)を、実施例1で用いている熱可塑性樹脂繊維(B)に変え、他は同様に行って得られた成形品(成形品2という)の引張強度を測定した。成形品2に対する成形品1の比率を向上率とした。
向上率=(成形品1の引張強度)/(成形品2の引張強度)
得られた成形品(成形品1という)について、ISO 527-1およびISO 527-2に記載の方法に従って、測定温度23℃、チャック間距離50mm、引張速度50mm/minの条件で引張強度を測定した。
また、実施例1において、熱可塑性樹脂繊維(C)を、実施例1で用いている熱可塑性樹脂繊維(B)に変え、他は同様に行って得られた成形品(成形品2という)の引張強度を測定した。成形品2に対する成形品1の比率を向上率とした。
向上率=(成形品1の引張強度)/(成形品2の引張強度)
(成形加工性)
得られた成形品について、以下の通り測定し、評価した。加熱成形前の複合材料の5cm離れた任意の2点をマーキングし、加熱成形後に、前記任意の2点の距離を再度測定し、変化率を求めた。
○:成形品の寸法が保形時の寸法±2%未満
×:成形品の寸法が保形時の寸法±2%以上
得られた成形品について、以下の通り測定し、評価した。加熱成形前の複合材料の5cm離れた任意の2点をマーキングし、加熱成形後に、前記任意の2点の距離を再度測定し、変化率を求めた。
○:成形品の寸法が保形時の寸法±2%未満
×:成形品の寸法が保形時の寸法±2%以上
実施例2~13、比較例1
実施例1において、下記表に示すように、連続強化繊維(A)の種類、連続熱可塑性樹脂繊維(B)の種類、熱可塑性樹脂繊維(C)の種類、および、複合材料の成形温度等を変え、他は同様に行った。また、実施例10、実施例11については、成形後にさらに表に示す温度で180秒間加熱を行った。機械的強度の向上率の評価については、熱可塑性樹脂繊維(C)を、それぞれの実施例、比較例で用いている熱可塑性樹脂繊維(B)に変えて行った。結果を下記表に示す。
実施例1において、下記表に示すように、連続強化繊維(A)の種類、連続熱可塑性樹脂繊維(B)の種類、熱可塑性樹脂繊維(C)の種類、および、複合材料の成形温度等を変え、他は同様に行った。また、実施例10、実施例11については、成形後にさらに表に示す温度で180秒間加熱を行った。機械的強度の向上率の評価については、熱可塑性樹脂繊維(C)を、それぞれの実施例、比較例で用いている熱可塑性樹脂繊維(B)に変えて行った。結果を下記表に示す。
上記結果から明らかなとおり、本発明の複合材料は、連続強化繊維の乱れが殆ど認められなかった。さらに機械的強度の向上率が高く、成形加工性にも優れていた。これに対し、連続熱可塑性樹脂繊維(B)と熱可塑性樹脂繊維(C)に同じ材料を用いた比較例1では、連続強化繊維の乱れが目立ってしまった。
<ノンクリンプファブリックの作製>
実施例9で用いた混繊糸を図2(b)に示すように並列した。すなわち、複数本の混繊糸を一方向に層状に並列した。その表面に、混繊糸を前記混繊糸の並列方向に対し90°となるように並列した。その後、実施例9で用いた熱可塑性樹脂繊維(C)を2本撚りにして、混繊糸に対してZ字となるようにステッチして、幅20cm、480g/m2のノンクリンプファブリックを得た。
実施例9で用いた混繊糸を図2(b)に示すように並列した。すなわち、複数本の混繊糸を一方向に層状に並列した。その表面に、混繊糸を前記混繊糸の並列方向に対し90°となるように並列した。その後、実施例9で用いた熱可塑性樹脂繊維(C)を2本撚りにして、混繊糸に対してZ字となるようにステッチして、幅20cm、480g/m2のノンクリンプファブリックを得た。
<長下肢装具の作製>
実施例1で用いた混繊糸を、長下肢装具の形状に対応するように加工した平均厚み100μmのポリアミド66フィルムの表面に、実施例1で用いた熱可塑性樹脂繊維(C)を用いてステッチングし、金型を用いて240℃、2MPaの条件で、5分間熱プレスし、長下肢装具を得た。
実施例1で用いた混繊糸を、長下肢装具の形状に対応するように加工した平均厚み100μmのポリアミド66フィルムの表面に、実施例1で用いた熱可塑性樹脂繊維(C)を用いてステッチングし、金型を用いて240℃、2MPaの条件で、5分間熱プレスし、長下肢装具を得た。
1 複合材料
2、21~25 混繊糸
31~36 混繊糸で構成される層
C 熱可塑性樹脂繊維(C)
D 樹脂フィルム(D)
2、21~25 混繊糸
31~36 混繊糸で構成される層
C 熱可塑性樹脂繊維(C)
D 樹脂フィルム(D)
Claims (18)
- 繊維成分として、連続強化繊維(A)と連続熱可塑性樹脂繊維(B)を含む混繊糸と、前記混繊糸を保形する熱可塑性樹脂繊維(C)を含み、前記熱可塑性樹脂繊維(C)を構成する熱可塑性樹脂の融点が前記連続熱可塑性樹脂繊維(B)を構成する熱可塑性樹脂の融点よりも15℃以上高い、複合材料。
- 前記連続熱可塑性樹脂繊維(B)を構成する熱可塑性樹脂がポリアミド樹脂である、請求項1に記載の複合材料。
- 前記連続熱可塑性樹脂繊維(B)を構成する熱可塑性樹脂がジアミン由来の構成単位とジカルボン酸由来の構成単位を含み、ジアミン由来の構成単位の50モル%以上がキシリレンジアミンに由来するポリアミド樹脂である、請求項1に記載の複合材料。
- 前記熱可塑性樹脂繊維(C)を構成する熱可塑性樹脂がポリアミド樹脂である、請求項1~3のいずれか1項に記載の複合材料。
- 前記混繊糸は、基材の上に配列され、前記熱可塑性樹脂繊維(C)でステッチングして保形されている、請求項1~4のいずれか1項に記載の複合材料。
- 前記基材は、熱可塑性樹脂フィルム(D)である、請求項5に記載の複合材料。
- 前記熱可塑性樹脂フィルム(D)を構成する熱可塑性樹脂の融点が前記連続熱可塑性樹脂繊維(B)を構成する熱可塑性樹脂の融点よりも、15℃以上高い、請求項6に記載の複合材料。
- 前記熱可塑性樹脂フィルム(D)がポリアミド樹脂を含む、請求項6または7に記載の複合材料。
- 前記連続強化繊維(A)は、炭素繊維、アラミド繊維およびガラス繊維の少なくとも1種である、請求項1~8のいずれか1項に記載の複合材料。
- 前記連続強化繊維(A)は、炭素繊維である、請求項1~8のいずれか1項に記載の複合材料。
- 前記熱可塑性樹脂繊維(C)を構成する熱可塑性樹脂の融点は、前記連続熱可塑性樹脂繊維(B)を構成する熱可塑性樹脂の融点より、15~100℃高い、請求項1~10のいずれか1項に記載の複合材料。
- 前記混繊糸中の連続強化繊維(A)の分散度が60~100%である、請求項1~11のいずれか1項に記載の複合材料。
- 複数本の混繊糸が一方向に層状に並列しており、前記層状の混繊糸の上に、複数本の混繊糸が前記混繊糸の並列方向に対し、10°~90°の方向に、層状に並列しており、前記熱可塑性樹脂繊維(C)が前記層状の混繊糸を保形している、請求項1~12のいずれか1項に記載の複合材料。
- 前記複合材料がノンクリンプファブリックである、請求項1~13のいずれか1項に記載の複合材料。
- 前記混繊糸は、連続強化繊維(A)および連続熱可塑性樹脂繊維(B)の少なくとも一方の処理剤によって、束状にされている、請求項1~14のいずれか1項に記載の複合材料。
- 医療用装具形成用である、請求項1~15のいずれか1項に記載の複合材料。
- 基材と、基材上に配列している混繊糸を、熱可塑性樹脂繊維(C)でステッチングすることを含み、前記混繊糸は、繊維成分として、連続強化繊維(A)と連続熱可塑性樹脂繊維(B)を含み、前記熱可塑性樹脂繊維(C)を構成する熱可塑性樹脂の融点が前記連続熱可塑性樹脂繊維(B)を構成する熱可塑性樹脂の融点よりも15℃以上高い、複合材料の製造方法。
- 請求項1~16のいずれか1項に記載の複合材料を、前記熱可塑性樹脂繊維(C)を構成する熱可塑性樹脂の融点よりも低い温度で成形することを含む、成形品の製造方法。
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