JP7527993B2 - Composite laminate and method for producing same - Google Patents
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- Laminated Bodies (AREA)
Description
本発明は、繊維強化された複合積層体及び該複合積層体の製造方法に関する。 The present invention relates to a fiber-reinforced composite laminate and a method for manufacturing the composite laminate.
繊維強化樹脂は、軽くて強いことから金属に代わる材料として、ゴルフクラブ、テニスラケット、航空機、自動車などの様々な分野で用いられている。近年では、低燃費を達成するために自動車の軽量化が求められていることから、繊維強化樹脂が自動車分野において注目されている。しかし、自動車部材に繊維強化樹脂を用いるためには、様々な課題がある。例えば、熱硬化性樹脂からなる繊維強化樹脂は、成形後に熱処理(硬化反応)が必要であることから、自動車部材の製造で必須となる高い生産性と低いコストを達成できない。そこで、熱硬化性樹脂に代わり成形が容易な熱可塑性樹脂を用いた繊維強化熱可塑性樹脂(以下「FRTP」ともいう)が求められている。 Fiber-reinforced resins are light and strong, and are used as an alternative to metals in a variety of fields, including golf clubs, tennis rackets, aircraft, and automobiles. In recent years, fiber-reinforced resins have been attracting attention in the automotive field due to the need to reduce the weight of automobiles in order to achieve low fuel consumption. However, there are various issues to be addressed when using fiber-reinforced resins in automotive components. For example, fiber-reinforced resins made of thermosetting resins require heat treatment (curing reaction) after molding, and therefore cannot achieve the high productivity and low cost required for the manufacture of automotive components. Therefore, there is a demand for fiber-reinforced thermoplastic resins (hereinafter also referred to as "FRTP") that use thermoplastic resins that are easy to mold instead of thermosetting resins.
FRTPの代表的な形態としては、連続した強化繊維を一方向に配列させた強化繊維基材、または連続した強化繊維を織物加工した強化繊維基材に、熱可塑性樹脂を含浸せしめたシートを積層して、プレス等で加熱及び加圧することにより目的の形状に賦形した成形品が挙げられる。これにより得られた成形品は、連続した強化繊維を用いているため優れた機械的物性に設計することが可能であり、機械的物性のばらつきも小さい。しかし、連続した強化繊維であるために3次元形状等の複雑な形状を形成することは難しく、主として平面形状に近い部材に限られる。 Typical forms of FRTP include molded products in which a sheet impregnated with a thermoplastic resin is laminated onto a reinforced fiber substrate in which continuous reinforcing fibers are aligned in one direction, or a reinforced fiber substrate in which continuous reinforcing fibers are woven, and then shaped into the desired shape by heating and pressurizing using a press or the like. The molded products obtained in this way can be designed with excellent mechanical properties because they use continuous reinforcing fibers, and the variation in mechanical properties is small. However, because they use continuous reinforcing fibers, it is difficult to form complex shapes such as three-dimensional shapes, and they are mainly limited to components with roughly flat shapes.
そこで、不連続な強化繊維を用いたFRTPが提案されている。例えば、特許文献1では、長さの異なる2種の不連続な強化繊維と、熱可塑性樹脂とを含むプリプレグ(連続した又は不連続の強化繊維に熱可塑性樹脂を含浸させたシート状成形中間材料のことがプリプレグと称されることもある)が提案されている。また、特許文献2では、不連続な強化繊維と不連続な熱可塑性樹脂繊維を含む不織布からなるプリプレグを用いることが提案されている。
Therefore, FRTP using discontinuous reinforcing fibers has been proposed. For example,
しかしながら、特許文献1や特許文献2のような不連続な強化繊維を用いた成形品は、連続した強化繊維を用いた成形品と比べて、機械的物性が低いという課題がある。また、強化繊維間の空隙によるボイドが発生し易くなり、これによっても機械的物性の低下等が生じ易いという課題がある。
However, molded products using discontinuous reinforcing fibers such as those in
本発明の目的は、機械的物性に優れる、複合積層体及び該複合積層体の製造方法を提供することにある。 The object of the present invention is to provide a composite laminate having excellent mechanical properties and a method for producing the composite laminate.
本発明は、以下の複合積層体及びその製造方法を提供する。 The present invention provides the following composite laminate and its manufacturing method.
項1 強化繊維と熱可塑性樹脂とを含有する複合積層体において、前記複合積層体は、フィルム(A)とシート(B)とを含む積層物が、熱圧着により一体化されてなり、前記積層物は、前記フィルム(A)が、複数の前記シート(B)の間において、前記シート(B)と直接的に接するように積層配置された部分を有し、前記フィルム(A)は、平均繊維長が1μm以上100μm未満であり、チタン酸カリウム繊維およびワラストナイト繊維のうち少なくとも一方である強化繊維(a1)と、熱可塑性樹脂(a2)とを含有し、前記シート(B)は、平均繊維長が1mm以上である強化繊維(b1)と、熱可塑性樹脂(b2)とを含有し、前記強化繊維(b1)の平均繊維径に対する前記強化繊維(a1)の平均繊維長の比((a1)の平均繊維長/(b1)の平均繊維径)が1を超えて10以下であることを特徴とする、複合積層体。 Item 1: A composite laminate containing reinforcing fibers and a thermoplastic resin, the composite laminate being formed by integrating a laminate containing a film (A) and a sheet (B) by thermocompression bonding, the laminate having a portion in which the film (A) is laminated between a plurality of the sheets (B) so as to be in direct contact with the sheet (B), the film (A) containing a reinforcing fiber (a1) having an average fiber length of 1 μm or more and less than 100 μm, which is at least one of potassium titanate fiber and wollastonite fiber, and a thermoplastic resin (a2), the sheet (B) containing a reinforcing fiber (b1) having an average fiber length of 1 mm or more, and a thermoplastic resin (b2), the ratio of the average fiber length of the reinforcing fiber (a1) to the average fiber diameter of the reinforcing fiber (b1) (average fiber length of (a1)/average fiber diameter of (b1)) being more than 1 and not more than 10.
項2 前記積層物全体において、前記強化繊維(b1)に対する前記強化繊維(a1)の質量比((a1)/(b1))が0.01以上1以下であることを特徴とする、項1に記載の複合積層体。
Item 2: The composite laminate according to
項3 前記熱可塑性樹脂(a2)が、ポリオレフィン樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリエステル系樹脂、脂肪族ポリアミド樹脂、半芳香族ポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリエーテル芳香族ケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、および熱可塑性ポリイミド樹脂よりなる群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする、項1または項2に記載の複合積層体。
Item 3: The composite laminate according to
項4 前記強化繊維(a1)の含有量が、前記フィルム(A)に含まれる成分の全量100質量%中において0.5質量%以上35質量%以下であることを特徴とする、項1~項3のいずれか一項に記載の複合積層体。
Item 4: The composite laminate according to any one of
項5 前記フィルム(A)が、さらに球状粒子(a3)を含有することを特徴とする、項1~項4のいずれか一項に記載の複合積層体。
Item 5: The composite laminate according to any one of
項6 前記強化繊維(b1)が、炭素繊維、ガラス繊維およびアラミド繊維よりなる群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする、項1~項5のいずれか一項に記載の複合積層体。
Item 6: The composite laminate according to any one of
項7 前記強化繊維(b1)の含有量が、前記シート(B)に含まれる成分の全量100質量%中において10質量%以上80質量%以下であることを特徴とする、項1~項6のいずれか一項に記載の複合積層体。
Item 7: The composite laminate according to any one of
項8 前記熱可塑性樹脂(b2)が、ポリオレフィン樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリエステル系樹脂、脂肪族ポリアミド樹脂、半芳香族ポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリエーテル芳香族ケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂および熱可塑性ポリイミド樹脂よりなる群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする、項1~項7のいずれか一項に記載の複合積層体。
Item 8: The composite laminate according to any one of
項9 前記積層物における両側の最外層のうち少なくとも一方の最外層に、さらに前記フィルム(A)が設けられている、項1~項8のいずれか一項に記載の複合積層体。
Item 9: The composite laminate according to any one of
項10 前記積層物は、前記シート(B)が、複数の前記フィルム(A)の間において、前記フィルム(A)と直接的に接するように積層配置された部分を有する、項1~項9のいずれか一項に記載の複合積層体。
Item 10: The composite laminate according to any one of
項11 自動車部材用または電気・電子機器部材用である、項1~項10のいずれか一項に記載の複合積層体。
Item 11. The composite laminate according to any one of
項12 強化繊維と熱可塑性樹脂とを含有する複合積層体の製造方法において、平均繊維長が1μm以上100μm未満であり、チタン酸カリウム繊維およびワラストナイト繊維のうち少なくとも一方である強化繊維(a1)と、熱可塑性樹脂(a2)とを含有する、フィルム(A)と、平均繊維長が1mm以上である強化繊維(b1)と、熱可塑性樹脂(b2)とを含有する、シート(B)とを積層配置することにより、積層物を用意する工程(I)と、前記積層物を、熱圧着によって一体化することにより、複合積層体を得る工程(II)とを備え、前記工程(I)において、前記フィルム(A)が、複数の前記シート(B)の間において、前記シート(B)と直接的に接するように積層配置された部分を有し、前記強化繊維(b1)の平均繊維径に対する前記強化繊維(a1)の平均繊維長の比((a1)の平均繊維長/(b1)の平均繊維径)が1を超えて10以下となるように前記積層物を用意することを特徴とする、複合積層体の製造方法。 Item 12: A method for producing a composite laminate containing reinforcing fibers and a thermoplastic resin, comprising: a step (I) of preparing a laminate by stacking a film (A) containing reinforcing fibers (a1) having an average fiber length of 1 μm or more and less than 100 μm, which are at least one of potassium titanate fibers and wollastonite fibers, and a thermoplastic resin (a2); and a step (II) of integrating the laminate by thermocompression to obtain a composite laminate, wherein in the step (I), the film (A) has a portion stacked between a plurality of the sheets (B) so as to be in direct contact with the sheet (B), and the laminate is prepared so that the ratio of the average fiber length of the reinforcing fibers (a1) to the average fiber diameter of the reinforcing fibers (b1) (average fiber length of (a1)/average fiber diameter of (b1)) is more than 1 and 10 or less.
本発明によれば、機械的物性に優れる、複合積層体及び複合積層体の製造方法を提供することができる。 The present invention provides a composite laminate and a method for producing a composite laminate that has excellent mechanical properties.
以下、好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照する場合がある。 The following describes preferred embodiments. However, the following embodiments are merely examples, and the present invention is not limited to the following embodiments. In addition, in the drawings, components having substantially the same functions may be referred to by the same reference numerals.
本発明の複合積層体は、強化繊維と熱可塑性樹脂とを含有する。また、本発明の複合積層体は、フィルム(A)とシート(B)とを含む積層物が、熱圧着により一体化されてなる。上記積層物は、フィルム(A)が、複数のシート(B)の間において、シート(B)と直接的に接するように積層配置された部分を有する。 The composite laminate of the present invention contains reinforcing fibers and a thermoplastic resin. The composite laminate of the present invention is formed by integrating a laminate including a film (A) and a sheet (B) by thermocompression bonding. The laminate has a portion in which the film (A) is laminated between a plurality of sheets (B) so as to be in direct contact with the sheet (B).
上記フィルム(A)は、強化繊維(a1)と、熱可塑性樹脂(a2)とを含有する。強化繊維(a1)は、平均繊維長が1μm以上100μm未満であり、チタン酸カリウム繊維およびワラストナイト繊維のうち少なくとも一方である。 The film (A) contains reinforcing fibers (a1) and a thermoplastic resin (a2). The reinforcing fibers (a1) have an average fiber length of 1 μm or more and less than 100 μm, and are at least one of potassium titanate fibers and wollastonite fibers.
上記シート(B)は、強化繊維(b1)と、熱可塑性樹脂(b2)とを含有する。強化繊維(b1)は、平均繊維長が1mm以上である。 The sheet (B) contains reinforcing fibers (b1) and a thermoplastic resin (b2). The reinforcing fibers (b1) have an average fiber length of 1 mm or more.
また、本発明においては、強化繊維(b1)の平均繊維径に対する強化繊維(a1)の平均繊維長の比((a1)の平均繊維長/(b1)の平均繊維径)が1を超えて10以下である。 In addition, in the present invention, the ratio of the average fiber length of reinforcing fiber (a1) to the average fiber diameter of reinforcing fiber (b1) (average fiber length of (a1)/average fiber diameter of (b1)) is more than 1 and 10 or less.
本発明の複合積層体は、上記の構成を備えるので、機械的物性に優れている。なお、この点については、以下のようにして説明することができる。 The composite laminate of the present invention has the above-mentioned configuration and therefore has excellent mechanical properties. This can be explained as follows.
本発明においては、シート(B)と、シート(B)の間に直接積層配置されたフィルム(A)が、熱圧着により一体化されるので、フィルム(A)の構成材料における一部または全部がシート(B)と混ざることとなり、強化繊維(b1)間の空隙に、ミクロ繊維である強化繊維(a1)が充填されると考えられる。このとき、強化繊維(b1)の平均繊維径と、強化繊維(a1)の平均繊維長の比が上記範囲内であると、強化繊維(b1)の補強効果を低下させることなく、複合積層体の機械的物性を向上させることができる。また、ボイドが発生し難くなり、成形性が向上することも期待できる。 In the present invention, the sheet (B) and the film (A) directly laminated between the sheets (B) are integrated by thermocompression bonding, so that a part or all of the constituent materials of the film (A) are mixed with the sheet (B), and the reinforcing fibers (a1), which are microfibers, are thought to fill the gaps between the reinforcing fibers (b1). In this case, if the ratio of the average fiber diameter of the reinforcing fibers (b1) to the average fiber length of the reinforcing fibers (a1) is within the above range, the mechanical properties of the composite laminate can be improved without reducing the reinforcing effect of the reinforcing fibers (b1). It can also be expected that voids will be less likely to occur and that moldability will be improved.
なお、一般的に「シート」とは、JISにおける定義上、薄く、一般にその厚さが長さと幅の割には小さい平らな製品をいい、一般的に「フィルム」とは、長さおよび幅に比べて厚さが極めて小さく、最大厚さが任意に限定されている薄い平らな製品で、通常、ロールの形で供給されるものをいう(日本工業規格JIS K6900)。例えば、厚さに関して言えば、狭義では100μm以上のものをシートと称し、100μm未満のものをフィルムと称することがある。しかし、シートとフィルムの境界は定かではなく、本発明において文言上両者を区別する必要がないので、本発明においては「シート」と称する場合でも「フィルム」を含むものとし、「フィルム」と称する場合でも「シート」を含むのとする。 In general, a "sheet" is defined in the JIS as a thin, flat product whose thickness is generally small relative to its length and width, and a "film" is generally a thin, flat product whose thickness is extremely small compared to its length and width, and whose maximum thickness is arbitrarily limited, and which is usually supplied in the form of a roll (Japanese Industrial Standards JIS K6900). For example, in terms of thickness, in the narrow sense, a product with a thickness of 100 μm or more is called a sheet, and a product with a thickness of less than 100 μm is sometimes called a film. However, the boundary between a sheet and a film is unclear, and there is no need to distinguish between the two in the present invention, so in the present invention, when a product is called a "sheet," it is also considered to include a "film," and when a product is called a "film," it is also considered to include a "sheet."
以下、本発明の複合積層体を構成する積層物の一例について説明する。 An example of a laminate that constitutes the composite laminate of the present invention is described below.
図1は、本発明の第1の実施形態に係る複合積層体を構成する積層物を示す模式的断面図である。 Figure 1 is a schematic cross-sectional view showing the laminates constituting the composite laminate according to the first embodiment of the present invention.
図1に示すように、積層物1は、フィルム(A)とシート(B)とを含む。このような積層物1は、熱圧着により一体化されることにより、複合積層体として用いることができる。
As shown in FIG. 1, the
第1の実施形態において、積層物1は、4層のフィルム(A)と、11層のシート(B)により構成されている。具体的には、積層物1の中央部2にシート(B)が設けられている。中央部2のシート(B)は、互いに対向している第1の主面2a及び第2の主面2bを有する。中央部2のシート(B)における第1の主面2a上に、1層のフィルム(A)、5層のシート(B)、及び1層のフィルム(A)がこの順に設けられている。中央部2のシート(B)における第2の主面2b上に、1層のフィルム(A)、5層のシート(B)、及び1層のフィルム(A)がこの順に設けられている。従って、積層物1では、両側の最外層3,4にフィルム(A)が設けられている。
In the first embodiment, the
なお、図2に示す第2の実施形態の積層物21のように、両側の最外層3,4のうちの一方の最外層3のみにフィルム(A)が設けられていてもよいし、図3に示す第3の実施形態の積層物31のように、両側の最外層3,4の双方にフィルム(A)が設けられていなくてもよい。もっとも、本発明においては、両側の最外層3,4のうちの少なくとも一方にフィルム(A)が設けられていることが好ましく、両側の最外層3,4の双方にフィルム(A)が設けられていることがより好ましい。この場合、複合積層体の切削加工時において、切削断面にバリが生じ難く、切削加工性をより一層高めることができる。
As in the
また、図3に示す第3の実施形態の積層物31のように、積層物31の内部において、1層のみのフィルム(A)が設けられていてもよい。具体的には、フィルム(A)が、複数のシート(B)の間において、シート(B)と直接的に接するように積層配置された部分を有していればよい。それによって、上述したように複合積層体の機械的物性を向上させることができる。もっとも、本発明においては、第1の実施形態のように、シート(B)も、複数のフィルム(A)の間において、フィルム(A)と直接的に接するように積層配置された部分を有することが好ましい。この場合、複合積層体の機械的物性をさらに一層向上させることができる。
Also, as in the
本発明において、積層物全体の積層数は、特に限定されないが、好ましくは5層以上、より好ましくは12層以上、好ましくは30層以下、より好ましくは18層以下である。積層物の積層数が上記範囲内にある場合、複合積層体の機械的物性をより一層向上させることができる。 In the present invention, the number of layers in the entire laminate is not particularly limited, but is preferably 5 layers or more, more preferably 12 layers or more, and preferably 30 layers or less, more preferably 18 layers or less. When the number of layers in the laminate is within the above range, the mechanical properties of the composite laminate can be further improved.
なお、積層物に含まれるフィルム(A)の数は、特に限定されないが、好ましくは1以上、より好ましくは2以上、好ましくは10以下、より好ましくは5以下である。積層物に含まれるフィルム(A)の数が上記範囲内にある場合、複合積層体の機械的物性をより一層向上させることができる。 The number of films (A) contained in the laminate is not particularly limited, but is preferably 1 or more, more preferably 2 or more, and preferably 10 or less, more preferably 5 or less. When the number of films (A) contained in the laminate is within the above range, the mechanical properties of the composite laminate can be further improved.
また、積層物に含まれるシート(B)の数は、特に限定されないが、好ましくは1以上、より好ましくは8以上、好ましくは26以下、より好ましくは14以下である。積層物に含まれるシート(B)の数が上記範囲内にある場合、複合積層体の機械的物性をより一層向上させることができる。 The number of sheets (B) contained in the laminate is not particularly limited, but is preferably 1 or more, more preferably 8 or more, and preferably 26 or less, more preferably 14 or less. When the number of sheets (B) contained in the laminate is within the above range, the mechanical properties of the composite laminate can be further improved.
本発明において、積層物全体の厚みは、特に限定されないが、好ましくは0.5mm以上、より好ましくは1mm以上、好ましくは3mm以下、より好ましくは2.5mm以下である。積層物全体の厚みが上記範囲内にある場合、複合積層体の機械的物性をより一層向上させることができる。 In the present invention, the thickness of the entire laminate is not particularly limited, but is preferably 0.5 mm or more, more preferably 1 mm or more, and preferably 3 mm or less, more preferably 2.5 mm or less. When the thickness of the entire laminate is within the above range, the mechanical properties of the composite laminate can be further improved.
本発明においては、強化繊維(b1)の平均繊維径に対する強化繊維(a1)の平均繊維長の比((a1)の平均繊維長/(b1)の平均繊維径)が、好ましくは1.1以上、より好ましくは1.5以上、好ましくは5以下、より好ましくは3.5以下である。比((a1)の平均繊維長/(b1)の平均繊維径)が上記範囲内にある場合、強化繊維(b1)の補強効果を低下させることなく、複合積層体の機械的物性をより一層向上させることができる。 In the present invention, the ratio of the average fiber length of reinforcing fiber (a1) to the average fiber diameter of reinforcing fiber (b1) (average fiber length of (a1)/average fiber diameter of (b1)) is preferably 1.1 or more, more preferably 1.5 or more, and preferably 5 or less, more preferably 3.5 or less. When the ratio (average fiber length of (a1)/average fiber diameter of (b1)) is within the above range, the mechanical properties of the composite laminate can be further improved without reducing the reinforcing effect of reinforcing fiber (b1).
本発明において、積層物全体における強化繊維(b1)の含有量は、好ましくは10質量%以上80質量%以下であり、より好ましくは15質量%以上70質量%以下であり、さらに好ましくは25質量%以上55質量%以下である。強化繊維(b1)の含有量を10質量%以上とすることで機械的物性のより一層優れた複合積層体を得ることができ、80質量%以下とすることで複合積層体の賦形性がより一層向上する。 In the present invention, the content of reinforcing fiber (b1) in the entire laminate is preferably 10% by mass or more and 80% by mass or less, more preferably 15% by mass or more and 70% by mass or less, and even more preferably 25% by mass or more and 55% by mass or less. By making the content of reinforcing fiber (b1) 10% by mass or more, a composite laminate having even better mechanical properties can be obtained, and by making it 80% by mass or less, the formability of the composite laminate is further improved.
本発明において、積層物全体における強化繊維(b1)に対する強化繊維(a1)の質量比((a1)/(b1))は、好ましくは0.01以上1以下であり、より好ましくは0.01以上0.5以下であり、さらに好ましくは0.02以上0.3以下である。質量比を上記範囲内とすることで、強化繊維(b1)の補強強化を低下させることなく、複合積層体の機械的物性をより一層向上させることができる。 In the present invention, the mass ratio ((a1)/(b1)) of reinforcing fiber (a1) to reinforcing fiber (b1) in the entire laminate is preferably 0.01 to 1, more preferably 0.01 to 0.5, and even more preferably 0.02 to 0.3. By setting the mass ratio within the above range, the mechanical properties of the composite laminate can be further improved without reducing the reinforcing strength of reinforcing fiber (b1).
本発明の複合積層体の各構成要素等について以下に説明する。 The components of the composite laminate of the present invention are described below.
<フィルム(A)>
本発明の複合積層体の製造に用いるフィルム(A)は、平均繊維長が1μm以上100μm未満であり、チタン酸カリウム繊維およびワラストナイト繊維のうち少なくとも一方である強化繊維(a1)と、熱可塑性樹脂(a2)とを含有するフィルムであり、必要に応じて球状粒子(a3)と、その他添加剤を含有していてもよい。
<Film (A)>
The film (A) used in the production of the composite laminate of the present invention is a film containing reinforcing fibers (a1) having an average fiber length of 1 μm or more and less than 100 μm, which are at least one of potassium titanate fibers and wollastonite fibers, and a thermoplastic resin (a2), and may contain spherical particles (a3) and other additives as necessary.
(強化繊維(a1))
強化繊維(a1)は、繊維状粒子から構成される粉末であり、平均繊維長が1μm以上100μm未満であり、好ましくは3μm以上70μm以下であり、より好ましくは5μm以上50μm以下である。平均繊維径は、好ましくは0.01μm以上15μm以下であり、より好ましくは0.05μm以上10μm以下であり、さらに好ましくは0.1μm以上7μm以下である。
(Reinforcing fiber (a1))
The reinforcing fiber (a1) is a powder composed of fibrous particles, and has an average fiber length of 1 μm or more and less than 100 μm, preferably 3 μm or more and 70 μm or less, more preferably 5 μm or more and 50 μm or less. The average fiber diameter is preferably 0.01 μm or more and 15 μm or less, more preferably 0.05 μm or more and 10 μm or less, and even more preferably 0.1 μm or more and 7 μm or less.
強化繊維(a1)の平均アスペクト比は、好ましくは3以上200以下であり、より好ましくは3以上100以下であり、さらに好ましくは5以上50以下である。 The average aspect ratio of the reinforcing fiber (a1) is preferably 3 or more and 200 or less, more preferably 3 or more and 100 or less, and even more preferably 5 or more and 50 or less.
本明細書において繊維状粒子とは、粒子に外接する直方体のうち最小の体積をもつ直方体(外接直方体)の最も長い辺を長径L、次に長い辺を短径B、最も短い辺を厚さT(B>T)と定義したときに、L/BおよびL/Tがいずれも3以上の粒子のことをいい、長径Lが繊維長、短径Bが繊維径に相当する。非繊維状粒子とは、L/Bが3より小さい粒子のことをいい、非繊維状粒子のうちL/Bが3より小さく、L/Tが3以上の粒子を板状粒子という。 In this specification, a fibrous particle refers to a particle in which the longest side of the rectangular parallelepiped with the smallest volume among the rectangular parallelepipeds circumscribing the particle (circumscribing rectangular parallelepiped) is defined as the major axis L, the next longest side as the minor axis B, and the shortest side as the thickness T (B>T), with L/B and L/T both being 3 or more, and the major axis L corresponding to the fiber length and the minor axis B corresponding to the fiber diameter. A non-fibrous particle refers to a particle with an L/B smaller than 3, and non-fibrous particles with an L/B smaller than 3 and an L/T of 3 or more are called plate-like particles.
上述の平均繊維長および平均繊維径は、走査型電子顕微鏡(SEM)の観察により測定することができ、平均アスペクト比(平均繊維長/平均繊維径)は平均繊維長および平均繊維径より算出することができる。例えば、走査型電子顕微鏡により、複数の強化繊維(a1)を撮影し、その観察像から強化繊維(a1)を任意に300個選択して、それらの繊維長および繊維径を測定し、繊維長の全てを積算して個数で除したものを平均繊維長、繊維径の全てを積算し個数で除したものを平均繊維径とすることができる。 The above-mentioned average fiber length and average fiber diameter can be measured by observation with a scanning electron microscope (SEM), and the average aspect ratio (average fiber length/average fiber diameter) can be calculated from the average fiber length and average fiber diameter. For example, a plurality of reinforcing fibers (a1) are photographed with a scanning electron microscope, and 300 reinforcing fibers (a1) are arbitrarily selected from the observation image, and their fiber lengths and fiber diameters are measured. The average fiber length is calculated by accumulating all the fiber lengths and dividing by the number of fibers, and the average fiber diameter is calculated by accumulating all the fiber diameters and dividing by the number of fibers.
強化繊維(a1)は、平均繊維長が1μm以上100μm未満であり、チタン酸カリウム繊維およびワラストナイト繊維のうち少なくとも一方であれば、特に限定されない。複合積層体の摺動特性の観点からは、モース硬度が5以下であることが好ましい。なお、モース硬度とは、物質の硬さを表す指標であり、鉱物同士を擦り付けて傷ついたほうが硬度の小さい物質となる。また、チタン酸カリウム繊維およびワラストナイト繊維のうち少なくとも一方に加えて、無機繊維、有機繊維、金属繊維、またはこれらの2種以上をさらに組み合わせて使用でき、例えば、ホウ酸アルミニウム、ホウ酸マグネシウム、ゾノトライト、酸化亜鉛、塩基性硫酸マグネシウム等を組み合わせて使用することができる。 The reinforcing fiber (a1) is not particularly limited as long as it has an average fiber length of 1 μm or more and less than 100 μm and is at least one of potassium titanate fiber and wollastonite fiber. From the viewpoint of the sliding properties of the composite laminate, it is preferable that the Mohs hardness is 5 or less. Note that the Mohs hardness is an index that indicates the hardness of a substance, and a substance that is scratched by rubbing two minerals against each other has a lower hardness. In addition to at least one of potassium titanate fiber and wollastonite fiber, inorganic fiber, organic fiber, metal fiber, or a combination of two or more of these can be used. For example, aluminum borate, magnesium borate, xonotlite, zinc oxide, basic magnesium sulfate, etc. can be used in combination.
チタン酸カリウムとしては、従来公知のものを広く使用でき、4チタン酸カリウム、6チタン酸カリウム、8チタン酸カリウム等が挙げられる。チタン酸カリウムの寸法は、上述の強化繊維(a1)の寸法の範囲であれば特に制限はないが、平均繊維長が好ましくは1μm以上50μm以下、より好ましくは3μm以上30μm以下、さらに好ましくは10μm以上20μm以下である。平均繊維径が好ましくは0.01μm以上1μm以下、より好ましくは0.05μm以上0.8μm以下、さらに好ましくは0.1μm以上0.7μm以下である。平均アスペクト比が好ましくは10以上、より好ましくは10以上100以下、さらに好ましくは15以上35以下である。 As potassium titanate, a wide variety of conventionally known materials can be used, including potassium tetratitanate, potassium hexatitanate, and potassium octatitanate. The dimensions of the potassium titanate are not particularly limited as long as they are within the range of the dimensions of the reinforcing fiber (a1) described above, but the average fiber length is preferably 1 μm or more and 50 μm or less, more preferably 3 μm or more and 30 μm or less, and even more preferably 10 μm or more and 20 μm or less. The average fiber diameter is preferably 0.01 μm or more and 1 μm or less, more preferably 0.05 μm or more and 0.8 μm or less, and even more preferably 0.1 μm or more and 0.7 μm or less. The average aspect ratio is preferably 10 or more, more preferably 10 or more and 100 or less, and even more preferably 15 or more and 35 or less.
ワラストナイトは、メタ珪酸カルシウムからなる無機繊維である。ワラストナイトの寸法は、上述の強化繊維(a1)の寸法の範囲内であれば特に制限はないが、平均繊維長が好ましくは1μm以上100μm未満、より好ましくは10μm以上70μm以下、さらに好ましくは20μm以上40μm以下である。平均繊維径が好ましくは0.1μm以上15μm以下、より好ましくは1μm以上10μm以下、さらに好ましくは2μm以上7μm以下である。平均アスペクト比が好ましくは3以上、より好ましくは3以上30以下、さらに好ましくは5以上15以下である。 Wollastonite is an inorganic fiber made of calcium metasilicate. There are no particular restrictions on the dimensions of wollastonite as long as they are within the range of the dimensions of the reinforcing fiber (a1) described above, but the average fiber length is preferably 1 μm or more and less than 100 μm, more preferably 10 μm or more and 70 μm or less, and even more preferably 20 μm or more and 40 μm or less. The average fiber diameter is preferably 0.1 μm or more and 15 μm or less, more preferably 1 μm or more and 10 μm or less, and even more preferably 2 μm or more and 7 μm or less. The average aspect ratio is preferably 3 or more, more preferably 3 or more and 30 or less, and even more preferably 5 or more and 15 or less.
強化繊維(a1)は、熱可塑性樹脂(a2)との濡れ性を高め、得られる樹脂組成物の機械的物性等の物性をより一層向上させるために、本発明で使用する強化繊維(a1)の表面に表面処理剤からなる処理層が形成されていてもよい。 In order to increase the wettability of the reinforcing fiber (a1) with the thermoplastic resin (a2) and further improve the mechanical and other physical properties of the resulting resin composition, a treatment layer made of a surface treatment agent may be formed on the surface of the reinforcing fiber (a1) used in the present invention.
表面処理剤としては、シランカップリング剤、チタンカップリング剤等が挙げられる。これらの中でもシランカップリング剤が好ましく、アミノ系シランカップリング剤、エポキシ系シランカップリング剤、アルキル系シランカップリング剤がより好ましい。上記表面処理剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。 Examples of surface treatment agents include silane coupling agents and titanium coupling agents. Among these, silane coupling agents are preferred, and amino-based silane coupling agents, epoxy-based silane coupling agents, and alkyl-based silane coupling agents are more preferred. The above surface treatment agents may be used alone or in combination of two or more.
アミノ系シランカップリング剤としては、例えば、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、3-エトキシシリル-N-(1,3-ジメチルブチリデン)プロピルアミン、N-フェニル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-(ビニルベンジル)-2-アミノエチル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン等を挙げることができる。 Examples of amino-based silane coupling agents include N-2-(aminoethyl)-3-aminopropylmethyldimethoxysilane, N-2-(aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-ethoxysilyl-N-(1,3-dimethylbutylidene)propylamine, N-phenyl-3-aminopropyltrimethoxysilane, and N-(vinylbenzyl)-2-aminoethyl-3-aminopropyltrimethoxysilane.
エポキシ系シランカップリング剤としては、例えば、3-グリシジルオキシプロピル(ジメトキシ)メチルシラン、3-グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン、ジエトキシ(3-グリシジルオキシプロピル)メチルシラン、トリエトキシ(3-グリシジルオキシプロピル)シラン、2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン等を挙げることができる。 Examples of epoxy-based silane coupling agents include 3-glycidyloxypropyl(dimethoxy)methylsilane, 3-glycidyloxypropyltrimethoxysilane, diethoxy(3-glycidyloxypropyl)methylsilane, triethoxy(3-glycidyloxypropyl)silane, and 2-(3,4-epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilane.
アルキル系シランカップリング剤としては、例えば、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、トリメチルメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、n-プロピルトリメトキシシラン、イソブチルトリメトキシシラン、イソブチルトリエトキシシラン、n-ヘキシルトリメトキシシラン、n-ヘキシルトリエトキシシラン、シクロヘキシルメチルジメトキシシラン、n-オクチルトリエトキシシラン、n-デシルトリメトキシシラン等を挙げることができる。 Examples of alkyl silane coupling agents include methyltrimethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, trimethylmethoxysilane, methyltriethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, n-propyltrimethoxysilane, isobutyltrimethoxysilane, isobutyltriethoxysilane, n-hexyltrimethoxysilane, n-hexyltriethoxysilane, cyclohexylmethyldimethoxysilane, n-octyltriethoxysilane, and n-decyltrimethoxysilane.
強化繊維(a1)の表面に表面処理剤からなる処理層を形成する方法としては、公知の表面処理方法を使用することができ、例えば、加水分解を促進する溶媒(例えば、水、アルコール又はこれらの混合溶媒)に表面処理剤を溶解して溶液として、その溶液を強化繊維(a1)に噴霧する方法等でなされる。 A known surface treatment method can be used to form a treatment layer made of a surface treatment agent on the surface of the reinforcing fiber (a1). For example, the surface treatment agent is dissolved in a solvent that promotes hydrolysis (e.g., water, alcohol, or a mixture thereof) to form a solution, and the solution is sprayed onto the reinforcing fiber (a1).
表面処理剤を本発明で用いる強化繊維(a1)の表面へ処理する際の該表面処理剤の量は特に限定されないが、例えば、強化繊維(a1)100質量部に対して表面処理剤が0.1質量部以上20質量部以下となるように表面処理剤の溶液を噴霧すればよい。表面処理剤の量を上記範囲内にすることで、熱可塑性樹脂(a2)との密着性をより一層向上させ、強化繊維(a1)の分散性をより一層向上させることができる。 The amount of the surface treatment agent used when treating the surface of the reinforcing fiber (a1) used in the present invention is not particularly limited, but for example, a solution of the surface treatment agent may be sprayed so that the amount of the surface treatment agent is 0.1 parts by mass or more and 20 parts by mass or less per 100 parts by mass of the reinforcing fiber (a1). By keeping the amount of the surface treatment agent within the above range, it is possible to further improve the adhesion with the thermoplastic resin (a2) and further improve the dispersibility of the reinforcing fiber (a1).
強化繊維(a1)の含有量は、フィルム(A)に含まれる成分の全量100質量%中において0.5質量%以上35質量%以下であることが好ましく、1質量%以上30質量%以下であることがより好ましく、5質量%以上25質量%以下であることが更に好ましい。 The content of reinforcing fiber (a1) is preferably 0.5% by mass or more and 35% by mass or less, more preferably 1% by mass or more and 30% by mass or less, and even more preferably 5% by mass or more and 25% by mass or less, based on 100% by mass of the total amount of the components contained in film (A).
強化繊維(a1)の含有量を0.5質量%以上とすることで、複合積層体の機械的物性をより一層向上させることができ、35質量%以下とすることでフィルムの製膜性をより一層向上させることができる。 By making the content of reinforcing fiber (a1) 0.5% by mass or more, the mechanical properties of the composite laminate can be further improved, and by making it 35% by mass or less, the film formability of the film can be further improved.
(熱可塑性樹脂(a2))
熱可塑性樹脂(a2)としては、フィルム化できる熱可塑性樹脂であれば特に限定されないが、例えば、ポリプロピレン(PP)樹脂、ポリエチレン(PE)樹脂、環状ポリオレフィン(COP)樹脂、環状オレフィン・コポリマー(COC)樹脂等のポリオレフィン樹脂;ポリスチレン(PS)樹脂、シンジオタクチックポリスチレン(SPS)樹脂、耐衝撃性ポリスチレン(HIPS)樹脂、アクリロニトリル-ブチレン-スチレン共重合体(ABS)樹脂、メタクリル酸メチル/スチレン共重合体(MS)、メタクリル酸メチル/スチレン/ブタジエン共重合体(MBS)、スチレン/ブタジエン共重合体(SBR)、スチレン/イソプレン共重合体(SIR)、スチレン/イソプレン/ブタジエン共重合体(SIBR)、スチレン/ブタジエン/スチレン共重合体(SBS)、スチレン/イソプレン/スチレン共重合体(SIS)、スチレン/エチレン/ブチレン/スチレン共重合体(SEBS)、スチレン/エチレン/プロピレン/スチレン共重合体(SEPS)等のポリスチレン系樹脂;ポリ乳酸(PLA)樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂、ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂、ポリシクロヘキセレンジメチレンテレフタレート(PCT)樹脂等のポリエステル系樹脂;ポリアセタール(POM)樹脂;ポリカーボネート(PC)樹脂;ポリアミド6樹脂、ポリアミド66樹脂、ポリアミド11樹脂、ポリアミド12樹脂、ポリアミド46樹脂、ポリアミド6C樹脂、ポリアミド9C樹脂、ポリアミド6樹脂とポリアミド66樹脂の共重合体(ポリアミド6/66樹脂)、ポリアミド6樹脂とポリアミド12樹脂の共重合体(ポリアミド6/12樹脂)等の脂肪族ポリアミド(PA)樹脂;ポリアミドMXD6樹脂、ポリアミドMXD10樹脂、ポリアミド6T樹脂、ポリアミド9T樹脂、ポリアミド10T樹脂等の芳香環を有する構造単位と芳香環を有さない構造単位からなる半芳香族ポリアミド(PA)樹脂;ポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂;ポリエーテルサルフォン(PES)樹脂;液晶ポリエステル(LCP)樹脂;ポリエーテルケトン(PEK)樹脂、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂、ポリエーテルケトンケトン(PEKK)樹脂、ポリエーテルエーテルケトンケトン(PEEKK)等のポリエーテル芳香族ケトン樹脂;ポリエーテルイミド(PEI)樹脂;ポリアミドイミド(PAI)樹脂;熱可塑性ポリイミド(TPI)樹脂;ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリフッ化ビニル(PVF)、エチレン/テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)等のフッ素系樹脂等を例示することができる。上記熱可塑性樹脂から選ばれる相溶性のある2種以上の熱可塑性樹脂同士の混合物、すなわちポリマーアロイ等も使用できる。
(Thermoplastic resin (a2))
The thermoplastic resin (a2) is not particularly limited as long as it is a thermoplastic resin that can be formed into a film. Examples of the thermoplastic resin include polypropylene (PP) resin, polyethylene (PE) resin, cyclic polyolefin (COP) resin, and cyclic olefin copolymer (COC) resin. polyolefin resins such as polystyrene (PS) resin, syndiotactic polystyrene (SPS) resin, high impact polystyrene (HIPS) resin, acrylonitrile-butylene-styrene copolymer (ABS) resin, methyl methacrylate/styrene copolymer (MMA/styrene copolymer) resin, etc. Polymer (MS), methyl methacrylate/styrene/butadiene copolymer (MBS), styrene/butadiene copolymer (SBR ), styrene/isoprene copolymer (SIR), styrene/isoprene/butadiene copolymer (SIBR), styrene/butadiene/styrene copolymer (SBS), styrene/isoprene/styrene copolymer (SIS), styrene/ Polystyrene-based resins such as ethylene/butylene/styrene copolymer (SEBS) and styrene/ethylene/propylene/styrene copolymer (SEPS); polylactic acid (PLA) resin, polyethylene terephthalate (PET) resin, polybutylene terephthalate (PBT ) resin, polycyclohexene dimethylene terephthalate (PCT) resin, and other polyester-based resins; polyacetal (POM) resin Polycarbonate (PC) resin; polyamide 6 resin, polyamide 66 resin, polyamide 11 resin, polyamide 12 resin, polyamide 46 resin, polyamide 6C resin, polyamide 9C resin, copolymer of polyamide 6 resin and polyamide 66 resin (polyamide 6/ aliphatic polyamide (PA) resins such as polyamide 6 resin and copolymer of polyamide 6 resin and polyamide 12 resin (polyamide 6/12 resin); polyamide MXD6 resin, polyamide MXD10 resin, polyamide 6T resin, polyamide 9T resin, polyamide 10T Semi-aromatic polyamide (PA) resins, which are composed of structural units having aromatic rings and structural units not having aromatic rings, such as polyphenylene sulfide resins; PPS resin; Polyethersulfone (PES) resin; Liquid crystal polyester (LCP) resin; Polyetherketone (PEK) resin, Polyetheretherketone (PEEK) resin, Polyetherketoneketone (PEKK) resin, Poly Polyether aromatic ketone resins such as ether ether ketone ketone (PEEKK); polyetherimide (PEI) resins; polyamideimide (PAI) resins; thermoplastic polyimide (TPI) resins; polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl fluoride ( Examples of the thermoplastic resin include fluororesins such as PVF, ethylene/tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), etc. A mixture of two or more compatible thermoplastic resins selected from the above thermoplastic resins, i.e. Polymer alloys and the like can also be used.
これらのなかでも熱可塑性樹脂(a2)としては、ポリオレフィン樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリエステル系樹脂、脂肪族ポリアミド(PA)樹脂、半芳香族ポリアミド(PA)樹脂、ポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂、ポリエーテルサルフォン(PES)樹脂、ポリエーテル芳香族ケトン樹脂、ポリエーテルイミド(PEI)樹脂および熱可塑性ポリイミド(TPI)樹脂よりなる群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。 Among these, the thermoplastic resin (a2) is preferably at least one selected from the group consisting of polyolefin resin, polystyrene resin, polyester resin, aliphatic polyamide (PA) resin, semi-aromatic polyamide (PA) resin, polyphenylene sulfide (PPS) resin, polyethersulfone (PES) resin, polyether aromatic ketone resin, polyetherimide (PEI) resin, and thermoplastic polyimide (TPI) resin.
熱可塑性樹脂(a2)は、シート(B)との密着性をより一層高める観点から、後述する熱可塑性樹脂(b2)と同種の樹脂であることが好ましい。例えば、熱可塑性樹脂(b2)が脂肪族ポリアミド(PA)樹脂である場合、熱可塑性樹脂(a2)は脂肪族ポリアミド(PA)樹脂または半芳香族ポリアミド(PA)樹脂であることが好ましい。 From the viewpoint of further increasing the adhesion with the sheet (B), the thermoplastic resin (a2) is preferably the same type of resin as the thermoplastic resin (b2) described below. For example, when the thermoplastic resin (b2) is an aliphatic polyamide (PA) resin, the thermoplastic resin (a2) is preferably an aliphatic polyamide (PA) resin or a semi-aromatic polyamide (PA) resin.
熱可塑性樹脂(a2)の形状は、溶融混練が可能であれば特に制限はなく、例えば、粉末状、顆粒状、ペレット状のいずれをも使用することができる。 The shape of the thermoplastic resin (a2) is not particularly limited as long as it can be melt-kneaded, and for example, any of powder, granules, and pellets can be used.
熱可塑性樹脂(a2)の含有量は、フィルム(A)に含まれる成分の全量100質量%中において45質量%以上99質量%以下であることが好ましく、55質量%以上98質量%以下であることがより好ましく、65質量%以上92質量%以下であることが更に好ましい。 The content of thermoplastic resin (a2) is preferably 45% by mass or more and 99% by mass or less, more preferably 55% by mass or more and 98% by mass or less, and even more preferably 65% by mass or more and 92% by mass or less, based on 100% by mass of the total amount of the components contained in film (A).
(球状粒子(a3))
フィルム(A)は、その好ましい物性を損なわない範囲において、球状粒子(a3)を含有することができる。球状粒子(a3)としては、シリカ、ガラスビーズ、ガラスバルーン、アルミナ、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等が挙げられ、好ましくはシリカ、アルミナおよびガラスビーズよりなる群から選ばれる少なくとも1種である。
(spherical particles (a3))
The film (A) may contain spherical particles (a3) within the range that does not impair the preferable physical properties of the film (A). Examples of the spherical particles (a3) include silica, glass beads, glass balloons, alumina, calcium carbonate, and magnesium carbonate. and the like, and preferably at least one selected from the group consisting of silica, alumina and glass beads.
本明細書において、「球状」とは、真球状のみならず、楕円状等の略球状、これらの表面に凹凸があるものなども含む。球状シリカのアスペクト比(長径と短径の比)は、例えば、2以下が好ましく、1.5以下がより好ましい。アスペクト比は、例えば、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて任意の50個の粒子の形状を観察し、これらの粒子のアスペクト比を平均した値として求めることができる。 In this specification, "spherical" includes not only perfect spheres, but also nearly spherical shapes such as ellipses, and shapes with irregularities on the surface. The aspect ratio (ratio of major axis to minor axis) of spherical silica is preferably 2 or less, and more preferably 1.5 or less. The aspect ratio can be determined, for example, by observing the shapes of 50 random particles using a scanning electron microscope (SEM) and averaging the aspect ratios of these particles.
シリカとしては、狭義の二酸化ケイ素のみを示すものではなくケイ酸系充填材を意味し、従来の樹脂充填材として使用されるものの中から適宜選択して用いることができるが、非晶質シリカであることが好ましい。 Silica does not refer only to silicon dioxide in the narrow sense, but to silicic acid-based fillers, and can be appropriately selected from those used as conventional resin fillers, but amorphous silica is preferable.
非晶質シリカとしては、例えば、乾式シリカ(無水シリカ)および湿式シリカ(含水ケイ酸)が挙げられる。乾式シリカは、例えば、四塩化ケイ素を酸素・水素炎中で燃焼させる燃焼法で得られる。湿式シリカは、例えば、珪酸ナトリウムを無機酸で中和する沈殿法もしくはゲル法、またはアルコキシシランを加水分解するゾルゲル法等で得られる。 Examples of amorphous silica include dry silica (anhydrous silica) and wet silica (hydrated silicic acid). Dry silica can be obtained, for example, by a combustion method in which silicon tetrachloride is burned in an oxygen-hydrogen flame. Wet silica can be obtained, for example, by a precipitation method or gel method in which sodium silicate is neutralized with an inorganic acid, or a sol-gel method in which alkoxysilane is hydrolyzed.
球状粒子(a3)の体積平均粒子径は、好ましくは0.01μm以上100μm以下であり、より好ましくは0.01μm以上10μm以下であり、さらに好ましくは0.05μm以上6μm以下であり、特に好ましくは0.1μm以上4μm以下であり、最も好ましくは0.3μm以上2μm以下である。体積平均粒子径を上記範囲内とすることで、複合積層体の機械的物性を一層向上させることができる。 The volume average particle diameter of the spherical particles (a3) is preferably 0.01 μm or more and 100 μm or less, more preferably 0.01 μm or more and 10 μm or less, even more preferably 0.05 μm or more and 6 μm or less, particularly preferably 0.1 μm or more and 4 μm or less, and most preferably 0.3 μm or more and 2 μm or less. By setting the volume average particle diameter within the above range, the mechanical properties of the composite laminate can be further improved.
体積平均粒子径とは、粒子の全体積を100%として粒子径による累積度数分布曲線を求めたとき、体積50%に相当する点の粒子径のことであり、レーザー回折散乱法を用いた粒度分布測定装置等で測定することができる。 The volume average particle size is the particle size at the point corresponding to 50% volume when the cumulative frequency distribution curve of particle size is calculated assuming the total volume of the particles to be 100%, and can be measured using a particle size distribution measuring device using the laser diffraction scattering method.
球状粒子(a3)の比表面積(BET法)は、1m2/g以上30m2/g以下であることが好ましく、2m2/g以上20m2/g以下であることがより好ましく、3m2/g以上10m2/g以下であることが更に好ましい。 The specific surface area (BET method) of the spherical particles (a3) is preferably 1 m 2 /g to 30 m 2 /g, more preferably 2 m 2 /g to 20 m 2 /g, and even more preferably 3 m 2 /g to 10 m 2 /g.
比表面積(BET法)は、JIS Z8830に準拠して測定することができる。BET法とは、試料粉体粒子の表面上に占有面積のわかった窒素ガスを吸着させ、その吸着量から試料粉体粒子の比表面積を求める方法であり、この方法で求めた比表面積を「BET比表面積」という。 The specific surface area (BET method) can be measured in accordance with JIS Z8830. The BET method is a method in which nitrogen gas with a known occupancy area is adsorbed onto the surface of a sample powder particle, and the specific surface area of the sample powder particle is calculated from the amount of adsorption. The specific surface area calculated by this method is called the "BET specific surface area."
球状粒子(a3)は、熱可塑性樹脂(a2)との濡れ性を高め、得られる樹脂組成物の機械的物性等の物性をより一層向上させるために、本発明で使用する球状粒子(a3)の表面に表面処理剤からなる処理層が形成されていてもよい。 The spherical particles (a3) used in the present invention may have a treatment layer made of a surface treatment agent formed on the surface thereof in order to increase the wettability with the thermoplastic resin (a2) and further improve the mechanical and other physical properties of the resulting resin composition.
表面処理剤としては、シランカップリング剤、チタンカップリング剤等が挙げられる。これらの中でもシランカップリング剤が好ましく、アミノ系シランカップリング剤、エポキシ系シランカップリング剤、アルキル系シランカップリング剤がより好ましい。上記表面処理剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。 Examples of surface treatment agents include silane coupling agents and titanium coupling agents. Among these, silane coupling agents are preferred, and amino-based silane coupling agents, epoxy-based silane coupling agents, and alkyl-based silane coupling agents are more preferred. The above surface treatment agents may be used alone or in combination of two or more.
アミノ系シランカップリング剤としては、例えば、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、3-エトキシシリル-N-(1,3-ジメチルブチリデン)プロピルアミン、N-フェニル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-(ビニルベンジル)-2-アミノエチル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン等を挙げることができる。 Examples of amino-based silane coupling agents include N-2-(aminoethyl)-3-aminopropylmethyldimethoxysilane, N-2-(aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-ethoxysilyl-N-(1,3-dimethylbutylidene)propylamine, N-phenyl-3-aminopropyltrimethoxysilane, and N-(vinylbenzyl)-2-aminoethyl-3-aminopropyltrimethoxysilane.
エポキシ系シランカップリング剤としては、例えば、3-グリシジルオキシプロピル(ジメトキシ)メチルシラン、3-グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン、ジエトキシ(3-グリシジルオキシプロピル)メチルシラン、トリエトキシ(3-グリシジルオキシプロピル)シラン、2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン等を挙げることができる。 Examples of epoxy-based silane coupling agents include 3-glycidyloxypropyl(dimethoxy)methylsilane, 3-glycidyloxypropyltrimethoxysilane, diethoxy(3-glycidyloxypropyl)methylsilane, triethoxy(3-glycidyloxypropyl)silane, and 2-(3,4-epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilane.
アルキル系シランカップリング剤としては、例えば、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、トリメチルメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、n-プロピルトリメトキシシラン、イソブチルトリメトキシシラン、イソブチルトリエトキシシラン、n-ヘキシルトリメトキシシラン、n-ヘキシルトリエトキシシラン、シクロヘキシルメチルジメトキシシラン、n-オクチルトリエトキシシラン、n-デシルトリメトキシシラン等を挙げることができる。 Examples of alkyl silane coupling agents include methyltrimethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, trimethylmethoxysilane, methyltriethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, n-propyltrimethoxysilane, isobutyltrimethoxysilane, isobutyltriethoxysilane, n-hexyltrimethoxysilane, n-hexyltriethoxysilane, cyclohexylmethyldimethoxysilane, n-octyltriethoxysilane, and n-decyltrimethoxysilane.
球状粒子(a3)の表面に表面処理剤からなる処理層を形成する方法としては、公知の表面処理方法を使用することができ、例えば、加水分解を促進する溶媒(例えば、水、アルコール又はこれらの混合溶媒)に表面処理剤を溶解して溶液として、その溶液を球状粒子(a3)に噴霧する方法等でなされる。 A known surface treatment method can be used to form a treatment layer made of a surface treatment agent on the surface of the spherical particles (a3), for example, by dissolving the surface treatment agent in a solvent that promotes hydrolysis (e.g., water, alcohol, or a mixture thereof) to prepare a solution, and then spraying the solution onto the spherical particles (a3).
表面処理剤を本発明で用いる球状粒子(a3)の表面へ処理する際の該表面処理剤の量は特に限定されないが、例えば、球状粒子(a3)100質量部に対して表面処理剤が0.1質量部以上20質量部以下となるように表面処理剤の溶液を噴霧すればよい。表面処理剤の量を上記範囲内にすることで、熱可塑性樹脂(a2)との密着性がより一層向上し、球状粒子(a3)の分散性をより一層向上するこができる。 The amount of the surface treatment agent used when treating the surface of the spherical particles (a3) used in the present invention is not particularly limited, but for example, a solution of the surface treatment agent may be sprayed so that the amount of the surface treatment agent is 0.1 parts by mass or more and 20 parts by mass or less per 100 parts by mass of the spherical particles (a3). By keeping the amount of the surface treatment agent within the above range, the adhesion with the thermoplastic resin (a2) can be further improved, and the dispersibility of the spherical particles (a3) can be further improved.
フィルム(A)に球状粒子(a3)を含む場合、その含有量は、本発明の好ましい物性を損なわない範囲であれば特に制限はなく、フィルム(A)に含有する成分の全量100質量%中において0.5質量%以上20質量%以下であることが好ましく、1質量%以上15質量%以下であることがより好ましく、3質量%以上10質量%以下であることが更に好ましい。 When the film (A) contains spherical particles (a3), there are no particular limitations on the content thereof as long as it is within a range that does not impair the preferred physical properties of the present invention. The content is preferably 0.5% by mass or more and 20% by mass or less, more preferably 1% by mass or more and 15% by mass or less, and even more preferably 3% by mass or more and 10% by mass or less, based on the total amount (100% by mass) of the components contained in the film (A).
球状粒子(a3)の含有量を0.5質量%以上とすることで、複合積層体の機械的物性をより一層向上させることができ、20質量%以下とすることでフィルムの製膜性をより一層向上させることができる。 By making the content of spherical particles (a3) 0.5% by mass or more, the mechanical properties of the composite laminate can be further improved, and by making it 20% by mass or less, the film formability of the film can be further improved.
(その他添加剤)
フィルム(A)は、その好ましい物性を損なわない範囲において、その他添加剤を含有することができる。その他添加剤としては、アラミド繊維、ポリフェニレンベンズオキサゾール(PBO)繊維、ガラス繊維、炭素繊維、アルミナ繊維、ボロン繊維、炭化ケイ素繊維、炭酸カルシウム、雲母、マイカ、セリサイト、イライト、タルク、カオリナイト、モンモリナイト、ベーマイト、スメクタイト、バーミキュライト、二酸化チタン、チタン酸カリウム、チタン酸リチウムカリウム、ベーマイト等の上述の強化繊維(a1)及び上述の球状粒子(a3)以外の充填材;ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン等のポリオレフィン樹脂、グラファイト、二硫化モリブテン、二硫化タングステン、窒化ホウ素等の固体潤滑剤;銅化合物等の熱安定剤;ヒンダードフェノール系光安定剤等の光安定剤;核形成剤;アニオン性帯電防止剤、カチオン性帯電防止剤、非イオン系帯電防止剤等の帯電防止剤;老化防止剤(酸化防止剤);耐候剤;耐光剤;金属不活性剤;ベンゾフェノン系紫外線吸収剤、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、トリアジン系紫外線吸収剤、サリシレート系紫外線吸収剤等の紫外線吸収剤;防菌・防黴剤;防臭剤;炭素系導電剤、金属系導電剤、金属酸化物系導電剤、界面活性剤等の導電性付与剤;分散剤;ポリエステル系可塑剤、グリセリン系可塑剤、多価カルボン酸エステル系可塑剤、リン酸エステル系可塑剤、ポリアルキレングリコール系可塑剤、エポキシ系可塑剤等の軟化剤(可塑剤);カーボンブラック、酸化チタン等の顔料、染料等の着色剤;ホスファゼン系化合物、リン酸エステル、縮合リン酸エステル、無機リン系難燃剤、ハロゲン系難燃剤、シリコーン系難燃剤、金属酸化物系難燃剤、金属水酸化物系難燃剤、有機金属塩系難燃剤、窒素系難燃剤、ホウ素化合物系難燃剤等の難燃剤;ドリッピング防止剤;制振剤;中和剤;ブロッキング防止剤;流動性改良剤;脂肪酸、脂肪酸金属塩等の離型剤;滑剤;耐衝撃性改良剤等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を含有することができる。
(Other additives)
The film (A) may contain other additives within a range that does not impair its preferable physical properties. Examples of the other additives include fillers other than the above-mentioned reinforcing fibers (a1) and the above-mentioned spherical particles (a3), such as aramid fibers, polyphenylenebenzoxazole (PBO) fibers, glass fibers, carbon fibers, alumina fibers, boron fibers, silicon carbide fibers, calcium carbonate, mica, sericite, illite, talc, kaolinite, montmorillonite, boehmite, smectite, vermiculite, titanium dioxide, potassium titanate, lithium potassium titanate, and boehmite; polytetrafluoroethylene; polyolefin resins such as ethylene (PTFE), low-density polyethylene, linear low-density polyethylene, medium-density polyethylene, high-density polyethylene, and ultra-high molecular weight polyethylene; solid lubricants such as graphite, molybdenum disulfide, tungsten disulfide, and boron nitride; heat stabilizers such as copper compounds; light stabilizers such as hindered phenol-based light stabilizers; nucleating agents; antistatic agents such as anionic antistatic agents, cationic antistatic agents, and nonionic antistatic agents; ageing inhibitors (antioxidants); weather resistance agents; light resistance agents; and metal inactivators. agents; ultraviolet absorbers such as benzophenone-based ultraviolet absorbers, benzotriazole-based ultraviolet absorbers, triazine-based ultraviolet absorbers, and salicylate-based ultraviolet absorbers; antibacterial and antifungal agents; deodorants; conductivity imparting agents such as carbon-based conductive agents, metal-based conductive agents, metal oxide-based conductive agents, and surfactants; dispersants; softening agents (plasticizers) such as polyester-based plasticizers, glycerin-based plasticizers, polycarboxylic acid ester-based plasticizers, phosphate ester-based plasticizers, polyalkylene glycol-based plasticizers, and epoxy-based plasticizers; carbon black, oxides Examples of the flame retardants include pigments such as titanium dioxide, colorants such as dyes, and the like; flame retardants such as phosphazene compounds, phosphate esters, condensed phosphate esters, inorganic phosphorus-based flame retardants, halogen-based flame retardants, silicone-based flame retardants, metal oxide-based flame retardants, metal hydroxide-based flame retardants, organic metal salt-based flame retardants, nitrogen-based flame retardants, and boron compound-based flame retardants; dripping inhibitors; vibration damping agents; neutralizing agents; anti-blocking agents; flow improvers; release agents such as fatty acids and fatty acid metal salts; lubricants; and impact resistance improvers, and one or more of these may be contained.
フィルム(A)にその他添加剤を含む場合、その配合量は、本発明の好ましい物性を損なわない範囲であれば特に制限はなく、フィルム(A)に含まれる成分の全量100質量%中において、好ましくは5質量%以下、より好ましくは1質量%以下である。 When film (A) contains other additives, the amount of the additives is not particularly limited as long as it does not impair the preferred physical properties of the present invention, and is preferably 5% by mass or less, more preferably 1% by mass or less, based on 100% by mass of the total amount of the components contained in film (A).
(フィルム(A)の製造方法)
フィルム(A)の製造方法としては、特に限定されず、例えば、Tダイキャスト法、カレンダー法、プレス法などの公知の溶融成膜方法を採用することができる。
(Method for producing film (A))
The method for producing the film (A) is not particularly limited, and for example, known melt film-forming methods such as a T-die casting method, a calendar method, and a press method can be used.
より具体的には、上記含有量になるように、強化繊維(a1)と、熱可塑性樹脂(a2)と、必要に応じて球状粒子(a3)と、その他添加剤とを、直接混合して溶融製膜する方法;上記含有量になるように、強化繊維(a1)と、熱可塑性樹脂(a2)と、必要に応じて球状粒子(a3)と、その他添加剤とを、あらかじめ溶融混練して混合物のペレットを作製し、これを用いて溶融製膜する方法等を挙げることができる。 More specifically, examples of the method include a method of directly mixing the reinforcing fiber (a1), the thermoplastic resin (a2), and, if necessary, the spherical particles (a3), and other additives so that the above content is achieved, and melt-forming the film; a method of melt-kneading the reinforcing fiber (a1), the thermoplastic resin (a2), and, if necessary, the spherical particles (a3), and other additives so that the above content is achieved, in advance to prepare pellets of the mixture, and then melt-forming the film using the pellets.
なお、上記ペレットを構成する混合物の溶融粘度と、混合前の熱可塑性樹脂(a2)の溶融粘度との比(混合物/熱可塑性樹脂(a2))は、好ましくは1.01以上、好ましくは5以下である。溶融粘度比(混合物/熱可塑性樹脂(a2))が上記範囲内にある場合、複合積層体の機械的物性をより一層向上させることができる。溶融粘度の測定温度は、上記ペレットを構成する熱可塑性樹脂(a2)が融点を有する場合は融点より高い温度、また、上記ペレットを構成する熱可塑性樹脂(a2)が融点を有さずガラス転移温度を有する場合はガラス転移温度より高い温度において溶融混練に適した温度に設定すればよい。例えば、脂肪族ポリアミド(PA)樹脂及び半芳香族ポリアミド(PA)樹脂は融点より25℃高い温度を測定し、ポリエーテルイミド(PEI)樹脂はガラス転移温度より150℃高い温度で溶融粘度を測定すればよい。 The ratio of the melt viscosity of the mixture constituting the pellets to the melt viscosity of the thermoplastic resin (a2) before mixing (mixture/thermoplastic resin (a2)) is preferably 1.01 or more, and preferably 5 or less. When the melt viscosity ratio (mixture/thermoplastic resin (a2)) is within the above range, the mechanical properties of the composite laminate can be further improved. The measurement temperature of the melt viscosity may be set to a temperature suitable for melt kneading, which is higher than the melting point when the thermoplastic resin (a2) constituting the pellets has a melting point, or higher than the glass transition temperature when the thermoplastic resin (a2) constituting the pellets does not have a melting point but has a glass transition temperature. For example, the melt viscosity of aliphatic polyamide (PA) resins and semi-aromatic polyamide (PA) resins may be measured at a temperature 25°C higher than the melting point, and the melt viscosity of polyetherimide (PEI) resins may be measured at a temperature 150°C higher than the glass transition temperature.
フィルム(A)は、延伸フィルム、未延伸フィルムのいずれでも使用可能であるが、延伸フィルムは、加熱溶融時の収縮で、皺やたるみが防止できて成形品の外観がより一層向上するため好ましい。延伸倍率は2倍以上15倍以下が好ましい。本明細書において、延伸倍率は、フィルム製膜時のキャスティングロールが出てきたフィルム寸法を基準として、横方向の延伸倍率を縦方向の延伸倍率と掛け合わせた、面積倍率を延伸倍率とする。 Either stretched or unstretched film can be used for film (A), but stretched film is preferred because it prevents wrinkles and sagging due to shrinkage during heating and melting, and further improves the appearance of the molded product. The stretching ratio is preferably 2 to 15 times. In this specification, the stretching ratio is defined as the areal ratio obtained by multiplying the stretching ratio in the transverse direction by the stretching ratio in the longitudinal direction, based on the dimensions of the film emerging from the casting roll during film production.
フィルム(A)の1枚当たりの厚みは、500μm未満であることが好ましく、30μm以上450μm以下であることがより好ましく、50μm以上300μm以下であることが更に好ましく、100μm以上200μm以下であることが最も好ましい。500μm未満であれば、複合積層体の機械的物性をより一層向上させることができる。 The thickness of each film (A) is preferably less than 500 μm, more preferably 30 μm to 450 μm, even more preferably 50 μm to 300 μm, and most preferably 100 μm to 200 μm. If it is less than 500 μm, the mechanical properties of the composite laminate can be further improved.
<シート(B)>
本発明の複合積層体の製造に用いるシート(B)は、平均繊維長が1mm以上である強化繊維(b1)と熱可塑性樹脂(b2)とを含有するシートである。
<Sheet (B)>
The sheet (B) used in the production of the composite laminate of the present invention is a sheet containing reinforcing fibers (b1) having an average fiber length of 1 mm or more and a thermoplastic resin (b2).
シート(B)の目付重量は、本発明の複合積層体の成形加工をスムーズに行うことを考慮して100g/m2以上1500g/m2以下が好ましい。 The weight per unit area of the sheet (B) is preferably 100 g/m 2 or more and 1500 g/m 2 or less, in consideration of smooth molding of the composite laminate of the present invention.
(強化繊維(b1))
強化繊維(b1)は、平均繊維長が1mm以上であれば特に限定されず、無機繊維、有機繊維、金属繊維、またはこれらの2種以上を組み合わせて使用できる。無機繊維としては、炭素繊維、黒鉛繊維、炭化珪素繊維、アルミナ繊維、タングステンカーバイド繊維、ボロン繊維、ガラス繊維などが挙げられる。有機繊維としては、アラミド繊維、ポリパラフェニレンベンズオキサゾール(PBO)繊維、高密度ポリエチレン繊維、その他一般のポリアミド繊維、ポリエステルなどが挙げられる。金属繊維としては、ステンレス、鉄等の繊維が挙げられ、または金属を被覆した炭素繊維でもよい。これらのなかでも炭素繊維、ガラス繊維およびアラミド繊維よりなる群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。最終成形物の強度等の機械的物性をより一層向上させる観点から、炭素繊維が更に好ましい。炭素繊維とは、アクリル繊維やピッチ(石油、石炭、コールタール等の副生成物)等を原料に高温で炭化して製造した繊維であり、JIS規格では有機繊維の前駆体を加熱炭化処理して得られる、質量比で90%以上が炭素で構成される繊維と定義されている。アクリル繊維を使った炭素繊維は、PAN系炭素繊維、ピッチを使った炭素繊維はピッチ系炭素繊維と称されている。
(Reinforcing fiber (b1))
The reinforcing fiber (b1) is not particularly limited as long as the average fiber length is 1 mm or more, and may be inorganic fiber, organic fiber, metal fiber, or a combination of two or more of these. Examples of inorganic fibers include carbon fiber, graphite fiber, silicon carbide fiber, alumina fiber, tungsten carbide fiber, boron fiber, glass fiber, etc. Examples of organic fibers include aramid fiber, polyparaphenylenebenzoxazole (PBO) fiber, high-density polyethylene fiber, other general polyamide fibers, polyester, etc. Examples of metal fibers include stainless steel, iron, etc., or may be carbon fibers coated with metal. Among these, at least one selected from the group consisting of carbon fiber, glass fiber, and aramid fiber is preferable. From the viewpoint of further improving the mechanical properties such as the strength of the final molded product, carbon fiber is more preferable. Carbon fiber is a fiber produced by carbonizing acrylic fiber and pitch (a by-product of petroleum, coal, coal tar, etc.) at high temperatures, and is defined in the JIS standard as a fiber obtained by heating and carbonizing an organic fiber precursor, which is composed of 90% or more by mass of carbon. Carbon fiber using acrylic fiber is called PAN-based carbon fiber, and carbon fiber using pitch is called pitch-based carbon fiber.
強化繊維(b1)は、繊維長が長すぎると成形時の流動性が低下する場合があり、繊維長が短すぎると強化繊維の抄造の製造が困難となる場合があり、成形性をより一層向上させる観点から、非連続繊維であることが好ましく、平均繊維長が1mm以上100mm以下であることが好ましく、10mm以上90mm以下であることがより好ましく、40mm以上80mm以下であることがさらに好ましい。強化繊維(b1)の平均繊維径は、1μm以上50μm以下であることが好ましく、3μm以上20μm以下であることがより好ましく、5μm以上15μm以下であることがさらに好ましい。強化繊維(b1)は、上記平均繊維径であれば収束剤等で凝集した強化繊維の束となっていてもよい。 If the fiber length of the reinforcing fiber (b1) is too long, the fluidity during molding may decrease, and if the fiber length is too short, it may be difficult to manufacture the reinforcing fiber paper. From the viewpoint of further improving moldability, it is preferable that the reinforcing fiber (b1) is a discontinuous fiber, and the average fiber length is preferably 1 mm or more and 100 mm or less, more preferably 10 mm or more and 90 mm or less, and even more preferably 40 mm or more and 80 mm or less. The average fiber diameter of the reinforcing fiber (b1) is preferably 1 μm or more and 50 μm or less, more preferably 3 μm or more and 20 μm or less, and even more preferably 5 μm or more and 15 μm or less. If the reinforcing fiber (b1) has the above average fiber diameter, it may be a bundle of reinforcing fibers aggregated with a binder or the like.
強化繊維(b1)の含有量は、シート(B)に含まれる成分の全量100質量%中において10質量%以上80質量%以下であることが好ましく、20質量%以上70質量%以下であることがより好ましく、30質量%以上60質量%以下であることが更に好ましい。 The content of reinforcing fiber (b1) is preferably 10% by mass or more and 80% by mass or less, more preferably 20% by mass or more and 70% by mass or less, and even more preferably 30% by mass or more and 60% by mass or less, based on 100% by mass of the total amount of the components contained in sheet (B).
強化繊維(b1)の含有量を10質量%以上とすることで繊維によるより一層の補強効果が得られ、80質量%以下とすることでシートの製造性がより一層向上する。 By making the content of reinforcing fiber (b1) 10% by mass or more, a stronger reinforcing effect can be obtained by the fibers, and by making it 80% by mass or less, the manufacturability of the sheet can be further improved.
(熱可塑性樹脂(b2))
熱可塑性樹脂(b2)としては、繊維化又はフィルム化できる熱可塑性樹脂であれば特に限定はないが、例えば、ポリプロピレン(PP)樹脂、ポリエチレン(PE)樹脂、環状ポリオレフィン(COP)樹脂、環状オレフィン・コポリマー(COC)樹脂等のポリオレフィン樹脂;ポリスチレン(PS)樹脂、シンジオタクチックポリスチレン(SPS)樹脂、耐衝撃性ポリスチレン(HIPS)樹脂、アクリロニトリル-ブチレン-スチレン共重合体(ABS)樹脂、メタクリル酸メチル/スチレン共重合体(MS)、メタクリル酸メチル/スチレン/ブタジエン共重合体(MBS)、スチレン/ブタジエン共重合体(SBR)、スチレン/イソプレン共重合体(SIR)、スチレン/イソプレン/ブタジエン共重合体(SIBR)、スチレン/ブタジエン/スチレン共重合体(SBS)、スチレン/イソプレン/スチレン共重合体(SIS)、スチレン/エチレン/ブチレン/スチレン共重合体(SEBS)、スチレン/エチレン/プロピレン/スチレン共重合体(SEPS)等のポリスチレン系樹脂;ポリ乳酸(PLA)樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂、ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂、ポリシクロヘキセレンジメチレンテレフタレート(PCT)樹脂等のポリエステル系樹脂;ポリアセタール(POM)樹脂;ポリカーボネート(PC)樹脂;ポリアミド6樹脂、ポリアミド66樹脂、ポリアミド11樹脂、ポリアミド12樹脂、ポリアミド46樹脂、ポリアミド6C樹脂、ポリアミド9C樹脂、ポリアミド6樹脂とポリアミド66樹脂の共重合体(ポリアミド6/66樹脂)、ポリアミド6樹脂とポリアミド12樹脂の共重合体(ポリアミド6/12樹脂)等の脂肪族ポリアミド(PA)樹脂;ポリアミドMXD6樹脂、ポリアミドMXD10樹脂、ポリアミド6T樹脂、ポリアミド9T樹脂、ポリアミド10T樹脂等の芳香環を有する構造単位と芳香環を有さない構造単位とからなる半芳香族ポリアミド(PA)樹脂;ポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂;ポリエーテルサルフォン(PES)樹脂;液晶ポリエステル(LCP)樹脂;ポリエーテルケトン(PEK)樹脂、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂、ポリエーテルケトンケトン(PEKK)樹脂、ポリエーテルエーテルケトンケトン(PEEKK)等のポリエーテル芳香族ケトン樹脂;ポリエーテルイミド(PEI)樹脂;ポリアミドイミド(PAI)樹脂;熱可塑性ポリイミド(TPI)樹脂;ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリフッ化ビニル(PVF)、エチレン/テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)等のフッ素系樹脂等を例示することができる。上記熱可塑性樹脂から選ばれる相溶性のある2種以上の熱可塑性樹脂同士の混合物、すなわちポリマーアロイ等も使用できる。
(Thermoplastic resin (b2))
The thermoplastic resin (b2) is not particularly limited as long as it is a thermoplastic resin that can be made into a fiber or a film, and examples thereof include polyolefin resins such as polypropylene (PP) resin, polyethylene (PE) resin, cyclic polyolefin (COP) resin, and cyclic olefin copolymer (COC) resin; polystyrene (PS) resin, syndiotactic polystyrene (SPS) resin, high impact polystyrene (HIPS) resin, acrylonitrile-butylene-styrene copolymer (ABS) resin, methyl methacrylate/styrene copolymer (MS), methyl methacrylate/styrene/butadiene copolymer (MBS), and styrene/butadiene copolymer (S polystyrene-based resins such as styrene/isoprene copolymer (SIR), styrene/isoprene/butadiene copolymer (SIBR), styrene/butadiene/styrene copolymer (SBS), styrene/isoprene/styrene copolymer (SIS), styrene/ethylene/butylene/styrene copolymer (SEBS), and styrene/ethylene/propylene/styrene copolymer (SEPS); polyester-based resins such as polylactic acid (PLA) resin, polyethylene terephthalate (PET) resin, polybutylene terephthalate (PBT) resin, and polycyclohexylene dimethylene terephthalate (PCT) resin; polyacetal (POM) resin polycarbonate (PC) resins; aliphatic polyamide (PA) resins such as polyamide 6 resin, polyamide 66 resin, polyamide 11 resin, polyamide 12 resin, polyamide 46 resin, polyamide 6C resin, polyamide 9C resin, copolymer of polyamide 6 resin and polyamide 66 resin (polyamide 6/66 resin), copolymer of polyamide 6 resin and polyamide 12 resin (polyamide 6/12 resin); semi-aromatic polyamide (PA) resins consisting of structural units having aromatic rings and structural units not having aromatic rings, such as polyamide MXD6 resin, polyamide MXD10 resin, polyamide 6T resin, polyamide 9T resin, polyamide 10T resin; Examples of the thermoplastic resin include phenylene sulfide (PPS) resin, polyethersulfone (PES) resin, liquid crystal polyester (LCP) resin, polyether aromatic ketone resins such as polyether ketone (PEK) resin, polyether ether ketone (PEEK) resin, polyether ketone ketone (PEKK) resin, and polyether ether ketone ketone (PEEKK), polyether imide (PEI) resin, polyamide imide (PAI) resin, thermoplastic polyimide (TPI) resin, and fluorine-based resins such as polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl fluoride (PVF), and ethylene/tetrafluoroethylene copolymer (ETFE). A mixture of two or more compatible thermoplastic resins selected from the above thermoplastic resins, i.e., a polymer alloy, can also be used.
これらのなかでも熱可塑性樹脂(b2)としては、ポリオレフィン樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリエステル系樹脂、脂肪族ポリアミド(PA)樹脂、半芳香族ポリアミド(PA)樹脂、ポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂、ポリエーテルサルフォン(PES)樹脂、ポリエーテル芳香族ケトン樹脂、ポリエーテルイミド(PEI)樹脂および熱可塑性ポリイミド(TPI)樹脂よりなる群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。 Among these, the thermoplastic resin (b2) is preferably at least one selected from the group consisting of polyolefin resin, polystyrene resin, polyester resin, aliphatic polyamide (PA) resin, semi-aromatic polyamide (PA) resin, polyphenylene sulfide (PPS) resin, polyethersulfone (PES) resin, polyether aromatic ketone resin, polyetherimide (PEI) resin, and thermoplastic polyimide (TPI) resin.
熱可塑性樹脂(b2)の形状は、溶融混練が可能であれば特に制限はなく、例えば、粉末状、顆粒状、ペレット状のいずれも使用することができる。 The shape of the thermoplastic resin (b2) is not particularly limited as long as it can be melt-kneaded; for example, powder, granules, or pellets can be used.
熱可塑性樹脂(b2)の含有量は、シート(B)に含まれる成分の全量100質量%中において20質量%以上90質量%以下であることが好ましく、30質量%以上80質量%以下であることがより好ましく、40質量%以上70質量%以下であることが更に好ましい。 The content of thermoplastic resin (b2) is preferably 20% by mass or more and 90% by mass or less, more preferably 30% by mass or more and 80% by mass or less, and even more preferably 40% by mass or more and 70% by mass or less, based on 100% by mass of the total amount of the components contained in sheet (B).
(シート(B)の製造方法)
シート(B)は、上記含有量になるように、強化繊維(b1)に熱可塑性樹脂(b2)を含浸させた複数のプリプレグを積層し、得られた積層物を成形機により加熱及び加圧することで一体化することによって得られる。また、強化繊維(b1)に熱可塑性樹脂(b2)を含浸させたプリプレグをそのまま用いることもできる。すなわち、強化繊維(b1)に熱可塑性樹脂(b2)を含浸させたプリプレグをそのままシート(B)として用いてもよい。
(Method for producing sheet (B))
The sheet (B) is obtained by laminating a plurality of prepregs in which the reinforcing fibers (b1) are impregnated with the thermoplastic resin (b2) so as to have the above content, and integrating the obtained laminate by heating and pressing with a molding machine. In addition, the prepreg in which the reinforcing fibers (b1) are impregnated with the thermoplastic resin (b2) can be used as it is. That is, the prepreg in which the reinforcing fibers (b1) are impregnated with the thermoplastic resin (b2) can be used as it is as the sheet (B).
プリプレグの製造方法としては、フィルム、不織布、マット、織編物状等のシート状とした熱可塑性樹脂(b2)を2枚準備し、その2枚の間に、強化繊維(b1)をシート状に並べたシート、または強化繊維(b1)をカットして抄紙法により作製したシート(不織材料)を挟み込み、加熱及び加圧を行うことにより得る方法を挙げることができる。より具体的には、2つのロールから2枚の熱可塑性樹脂からなるシートを送り出すとともに、強化繊維のシートのロールから供給される強化繊維のシートを2枚の熱可塑性樹脂からなるシートの間に挟み込ませた後に、加熱及び加圧する。加熱及び加圧する手段としては、公知のものを用いることができ、2個以上の熱ロールを利用したり、予熱装置と熱ロールの対を複数使用したりするなどの多段階の工程を要するものであってもよい。ここで、シートを構成する熱可塑性樹脂は1種類である必要はなく、別の種類の熱可塑性樹脂からなるシートを、上記のような装置を用いてさらに積層させてもよい。 A method for manufacturing a prepreg includes preparing two sheets of thermoplastic resin (b2) in the form of a sheet such as a film, nonwoven fabric, mat, or woven or knitted fabric, sandwiching a sheet in which reinforcing fibers (b1) are arranged in a sheet form, or a sheet (nonwoven material) prepared by cutting reinforcing fibers (b1) and making a papermaking method between the two sheets, and then heating and pressing the prepreg. More specifically, two sheets of thermoplastic resin are fed from two rolls, and a sheet of reinforcing fibers supplied from a roll of a sheet of reinforcing fibers is sandwiched between the two sheets of thermoplastic resin, and then heating and pressing are performed. As a means for heating and pressing, a known method can be used, and a multi-stage process such as using two or more heat rolls or using multiple pairs of a preheating device and a heat roll may be required. Here, the thermoplastic resin constituting the sheet does not need to be of one type, and a sheet of another type of thermoplastic resin may be further laminated using the above-mentioned device.
プリプレグの他の製造方法としては、強化繊維(b1)の繊維束を開繊した強化繊維(b1)と繊維状とした熱可塑性樹脂(b2)を所望の質量比にて混綿してシート状にし、さらに積層して不織布を得た後、該不織布を加熱及び加圧を行うことにより得る方法を挙げることができる。混綿は市販のブレンダー機を用いることができる。シート化及び積層化についてはカーディング方式を用いることができ、市販のカード機を用いることができる。また、加熱及び加圧する手段としては、公知のものを用いることができる。不織布の製造に用いる繊維状の熱可塑性樹脂(b2)の平均繊維長は、混綿する強化繊維(b1)と同程度のものを用いることができ、繊度は2.2dtex以上22dtex以下が好ましい。繊度を2.2dtex以上22dtex以下とすることで強化繊維(b1)と繊維状とした熱可塑性樹脂(b2)の分散性が良くなり、より均一な不織布を形成しやすくなる。また、プリプレグを用いて成形体を得る際の厚み方向へのシートが膨張する現象をより一層抑制する観点で、プリプレグは混綿において一般的に用いられるニードルパンチ機による痕跡が5個/cm2以下であることが好ましい。さらに、プリプレグの断面において、強化繊維(b1)の一部と他部が厚み方向に1mm以上変位しているものの本数が80本/cm2以下であることが好ましい。 Another method for producing a prepreg includes blending the reinforcing fiber (b1) obtained by opening a fiber bundle of the reinforcing fiber (b1) with the fibrous thermoplastic resin (b2) at a desired mass ratio, forming a sheet, laminating the sheets to obtain a nonwoven fabric, and then heating and pressing the nonwoven fabric. A commercially available blender machine can be used for blending. A carding method can be used for sheeting and lamination, and a commercially available carding machine can be used. In addition, a known means for heating and pressing can be used. The average fiber length of the fibrous thermoplastic resin (b2) used to produce the nonwoven fabric can be the same as that of the reinforcing fiber (b1) to be blended, and the fineness is preferably 2.2 dtex or more and 22 dtex or less. By setting the fineness to 2.2 dtex or more and 22 dtex or less, the dispersibility of the reinforcing fiber (b1) and the fibrous thermoplastic resin (b2) is improved, making it easier to form a more uniform nonwoven fabric. In order to further suppress the phenomenon of sheet expansion in the thickness direction when a molded article is obtained using the prepreg, it is preferable that the number of traces of a needle punch machine commonly used in cotton blending is 5 or less per cm 2. Furthermore, it is preferable that the number of reinforcing fibers (b1) in the cross section of the prepreg that are displaced by 1 mm or more in the thickness direction is 80 or less per cm 2 .
上記加熱温度は、熱可塑性樹脂(b2)の種類にもよるが、通常、100℃以上400℃以下であることが好ましい。一方、加圧時の圧力は、通常0.1MPa以上10MPa以下であることが好ましい。この範囲であれば、プリプレグに含まれる強化繊維(b1)の間に、熱可塑性樹脂(b2)をより一層含浸させることができるので好ましい。 The heating temperature depends on the type of thermoplastic resin (b2), but is usually preferably 100°C or higher and 400°C or lower. On the other hand, the pressure during pressurization is usually preferably 0.1 MPa or higher and 10 MPa or lower. This range is preferable because it allows the thermoplastic resin (b2) to be further impregnated between the reinforcing fibers (b1) contained in the prepreg.
強化繊維(b1)と熱可塑性樹脂(b2)とを含むプリプレグにおいて、強化繊維(b1)が一方向に配向した連続繊維の場合、本発明の複合積層体に用いることができるプリプレグは、レーザーマーカー、カッティングプロッタや抜型等を利用して切込を入れることにより得ることが好ましい。切込により強化繊維(b1)が切断されるが、機械的物性と流動性の観点から、切断された強化繊維(b1)の長さとしては5mm以上100mm以下とすることが好ましく、10mm以上50mm以下とすることがより好ましい。 In a prepreg containing reinforcing fiber (b1) and thermoplastic resin (b2), when the reinforcing fiber (b1) is a continuous fiber oriented in one direction, the prepreg that can be used in the composite laminate of the present invention is preferably obtained by making cuts using a laser marker, cutting plotter, punching die, etc. The reinforcing fiber (b1) is cut by the cuts, and from the viewpoint of mechanical properties and fluidity, the length of the cut reinforcing fiber (b1) is preferably 5 mm or more and 100 mm or less, and more preferably 10 mm or more and 50 mm or less.
上記のようにして得られたプリプレグを強化繊維(b1)の方向が疑似等方、または交互積層になるよう2枚以上積層して積層基材を作製してもよい。上記積層基材は、プリプレグを4層以上96層以下となるように積層することが好ましい。プリプレグの層数のより好ましい範囲は8層以上32層以下である。プリプレグの層数を8層以上とすることで強化繊維の方向を疑似等方的に積層することができ、32層以下とすることで積層工程の作業負荷をより一層低減することができるので好ましい。 Two or more prepregs obtained as described above may be laminated so that the direction of the reinforcing fibers (b1) is quasi-isotropic or alternately laminated to produce a laminated substrate. The laminated substrate is preferably formed by laminating 4 to 96 layers of prepregs. A more preferred range for the number of prepreg layers is 8 to 32 layers. By making the number of prepreg layers 8 or more, the reinforcing fibers can be laminated in a quasi-isotropic manner, and by making the number of prepreg layers 32 or less, the workload of the lamination process can be further reduced, which is preferable.
上記のようにして得られた積層基材を加熱および加圧して一体化した積層基材を成形することで、シート(B)を製造してもよい。このとき、シート(B)とシート(B)との間にフィルム(A)を配置することで、またはシート(B)の積層基材とシート(B)との間にフィルム(A)を配置することで、シート(B)の製造と同時に、本発明の複合積層体を製造することもできる。加熱工程の後に、冷却工程を実施することが好ましい。冷却を行なうことにより、熱可塑性樹脂が固化するのでシート(B)の取り扱いがより一層容易となる。 The laminated substrate obtained as described above may be heated and pressurized to form an integrated laminated substrate, thereby producing sheet (B). At this time, the composite laminate of the present invention can be produced simultaneously with the production of sheet (B) by disposing film (A) between sheets (B) or between the laminated substrate of sheet (B) and sheet (B). It is preferable to carry out a cooling step after the heating step. By cooling, the thermoplastic resin solidifies, making it easier to handle sheet (B).
上記加熱においては、プリプレグに含まれる熱可塑性樹脂(b2)の種類にもよるが、100℃以上400℃以下で加熱することが好ましく、150℃以上350℃以下で加熱することがより好ましい。また、上記加熱に先立って、予備加熱を行ってもよい。予備加熱については、通常150℃以上400℃以下、好ましくは200℃以上380℃以下で加熱することが望ましい。 The above heating is preferably performed at 100°C or more and 400°C or less, and more preferably at 150°C or more and 350°C or less, depending on the type of thermoplastic resin (b2) contained in the prepreg. Preheating may also be performed prior to the above heating. Preheating is generally performed at 150°C or more and 400°C or less, and preferably at 200°C or more and 380°C or less.
上記加圧において積層基材にかける圧力としては、好ましくは0.1MPa以上10MPa以下であり、より好ましくは0.2MPa以上2MPa以下である。この圧力については、プレス力を積層基材の面積で除した値とする。 The pressure applied to the laminated substrate during the above pressurization is preferably 0.1 MPa or more and 10 MPa or less, and more preferably 0.2 MPa or more and 2 MPa or less. This pressure is determined by dividing the pressing force by the area of the laminated substrate.
上記加熱および加圧する時間は、0.1分以上30分以下であることが好ましく、より好ましくは0.5分以下20分以下である。また、加熱および加圧の後に設ける冷却時間は、0.5分以上30分以下であることが好ましい。 The heating and pressurizing time is preferably 0.1 to 30 minutes, more preferably 0.5 to 20 minutes. The cooling time after heating and pressurizing is preferably 0.5 to 30 minutes.
上記成形を経て一体化したシート(B)の厚さは、目的とする部材の形状により任意に選択でき、成形性と機械的物性の観点から0.3mm以上15mm以下であることが好ましく、1mm以上12mm以下であることがより好ましい。 The thickness of the sheet (B) integrated through the above molding can be selected as desired depending on the shape of the target part, and from the standpoint of moldability and mechanical properties, it is preferably 0.3 mm or more and 15 mm or less, and more preferably 1 mm or more and 12 mm or less.
<複合積層体の製造方法>
本発明の複合積層体は、フィルム(A)を、複数のシート(B)の間に直接積層配置された積層物を、加熱および加圧によって熱圧着することでフィルム(A)及びシート(B)を一体化することにより製造することができる。また、フィルム(A)を、シート(B)の片面上又は両面上に積層配置してもよい。加熱工程の後に、冷却工程を実施することが好ましい。冷却を行なうことにより、熱可塑性樹脂が固化するので複合積層体の取り扱いが容易となる。
<Method of manufacturing composite laminate>
The composite laminate of the present invention can be produced by integrating the film (A) and the sheet (B) by applying heat and pressure to a laminate in which the film (A) is directly laminated between a plurality of sheets (B). The film (A) may also be laminated on one or both sides of the sheet (B). It is preferable to carry out a cooling step after the heating step. By cooling, the thermoplastic resin is solidified, making it easier to handle the composite laminate.
上記積層物の加熱においては、フィルム(A)に含まれる熱可塑性樹脂(a2)、シート(B)に含まれる熱可塑性樹脂(b2)の種類にもよるが、100℃以上400℃以下で加熱することが好ましく、150℃以上350℃以下で加熱することがより好ましい。また、上記加熱に先立って、予備加熱を行ってもよい。予備加熱については、通常150℃以上400℃以下、好ましくは200℃以上380℃以下で加熱することが好ましい。 When heating the laminate, it is preferable to heat at 100°C or more and 400°C or less, and more preferable to heat at 150°C or more and 350°C or less, depending on the type of thermoplastic resin (a2) contained in the film (A) and the type of thermoplastic resin (b2) contained in the sheet (B). In addition, preheating may be performed prior to the above heating. Preheating is usually performed at 150°C or more and 400°C or less, preferably 200°C or more and 380°C or less.
上記加圧において積層物にかける圧力としては、好ましくは0.1MPa以上10MPa以下であり、より好ましくは0.2MPa以上2MPa以下である。この圧力については、プレス力を積層物の面積で除した値とする。 The pressure applied to the laminate in the above pressurization is preferably 0.1 MPa or more and 10 MPa or less, and more preferably 0.2 MPa or more and 2 MPa or less. This pressure is the value obtained by dividing the pressing force by the area of the laminate.
上記加熱及び加圧する時間は、0.1分以上30分以下であることが好ましく、より好ましくは0.5分以上20分以下である。また、加熱および加圧の後に設ける冷却時間は、0.5分以上30分以下であることが好ましい。 The heating and pressurizing time is preferably 0.1 to 30 minutes, more preferably 0.5 to 20 minutes. The cooling time after heating and pressurizing is preferably 0.5 to 30 minutes.
上記加熱における成形機の金型温度(Th)は、上記積層物に含まれる熱可塑性樹脂が融点(Tm)を有する場合、Tm≦Th≦(Tm+100)(℃)とすることが好ましく、(Tm+10)≦Th≦(Tm+80)(℃)とすることがより好ましい。上記加熱における成形機の金型温度(Th)は、上記積層物に含まれる熱可塑性樹脂が融点(Tm)を有さずガラス転移温度(Tg)を有する場合、Tg≦Th≦(Tg+100)(℃)とすることが好ましく、(Tg+10)≦Th≦(Tg+80)(℃)とすることがより好ましい。成形機の金型温度(Th)を上記範囲にすることで、金型の膨張を防ぎつつ、また樹脂の劣化を抑制しつつ、上記積層物を一体化することができる。 When the thermoplastic resin contained in the laminate has a melting point (Tm), the mold temperature (Th) of the molding machine during the heating is preferably Tm≦Th≦(Tm+100) (°C), and more preferably (Tm+10)≦Th≦(Tm+80) (°C). When the thermoplastic resin contained in the laminate does not have a melting point (Tm) but has a glass transition temperature (Tg), the mold temperature (Th) of the molding machine during the heating is preferably Tg≦Th≦(Tg+100) (°C), and more preferably (Tg+10)≦Th≦(Tg+80) (°C). By setting the mold temperature (Th) of the molding machine within the above range, the laminate can be integrated while preventing expansion of the mold and suppressing deterioration of the resin.
上記加熱における成形機の金型温度(Th)と積層物を冷却する時の成形機の金型温度(Tc)の差(Th-Tc)は、10≦(Th-Tc)≦250(℃)とすることが好ましく、30≦(Th-Tc)≦200(℃)とすることがより好ましい。金型温度の差を上記範囲にすることで、熱可塑性樹脂のより一層均一な溶融、固化を可能とし、得られる複合積層体の耐久性をより一層向上することができる。 The difference (Th-Tc) between the mold temperature (Th) of the molding machine during the heating and the mold temperature (Tc) of the molding machine when cooling the laminate is preferably 10≦(Th-Tc)≦250(°C), and more preferably 30≦(Th-Tc)≦200(°C). By keeping the mold temperature difference within the above range, more uniform melting and solidification of the thermoplastic resin is possible, and the durability of the resulting composite laminate can be further improved.
本発明の複合積層体全体の厚みは、目的とする部材の形状により任意に選択でき、成形性と機械的物性の観点から、例えば、1mm以上、10mm以下とすることができる。 The overall thickness of the composite laminate of the present invention can be selected as desired depending on the shape of the target component, and can be, for example, 1 mm or more and 10 mm or less from the standpoint of moldability and mechanical properties.
本発明の複合積層体は、スタンピング成形等のプレス成形により任意の形状に賦形することができる成形用中間材料として用いることができ、自動車、電気・電子機器(パソコン筐体、タブレット等)などの各種部品・部材に賦形することができる。 The composite laminate of the present invention can be used as an intermediate material for molding that can be formed into any shape by press molding such as stamping, and can be formed into various parts and components for automobiles, electrical and electronic devices (computer housings, tablets, etc.), etc.
以下に実施例および比較例に基づいて具体的に説明するが、本発明は何らこれに限定されるものではない。なお、本実施例及び比較例で使用した原材料は具体的には以下の通りである。 The present invention will be described in detail below based on examples and comparative examples, but the present invention is not limited to these in any way. The raw materials used in the examples and comparative examples are specifically as follows.
(強化繊維(a1))
チタン酸カリウム繊維(商品名:TISMO D101、大塚化学社製、平均繊維長:15μm、平均繊維径:0.5μm、平均アスペクト比:30)
(Reinforcing fiber (a1))
Potassium titanate fiber (product name: TISMO D101, manufactured by Otsuka Chemical Co., Ltd., average fiber length: 15 μm, average fiber diameter: 0.5 μm, average aspect ratio: 30)
(球状粒子(a3))
球状シリカ(商品名:SC2500-SEJ、アドマテックス社製、非晶質シリカ、球状粒子、体積平均粒子径:0.6μm、比表面積:6.0m2/g、表面処理剤:3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン)
(spherical particles (a3))
Spherical silica (product name: SC2500-SEJ, manufactured by Admatechs Co., Ltd., amorphous silica, spherical particles, volume average particle size: 0.6 μm, specific surface area: 6.0 m 2 /g, surface treatment agent: 3-glycidyl xypropyltrimethoxysilane)
(熱可塑性樹脂(a2))
ポリアミドMXD10樹脂(商品名:LEXTER8500、三菱瓦斯化学社製)
(Thermoplastic resin (a2))
Polyamide MXD10 resin (product name: LEXTER8500, manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Co., Ltd.)
(その他)
板状タルク(商品名:TALC GH7、林化成社製、平均長径:5.8μm、厚み:0.1μm)
(others)
Plate-like talc (product name: TALC GH7, manufactured by Hayashi Kasei Co., Ltd., average major axis: 5.8 μm, thickness: 0.1 μm)
<試験例1~試験例6>
表1に示す配合割合で、二軸押出機を用いて溶融混練し、ペレットを製造した。なお、二軸押出機のシリンダ温度は、240℃であった。
<Test Examples 1 to 6>
The mixture was melt-kneaded in a twin-screw extruder to produce pellets in the proportions shown in Table 1. The cylinder temperature of the twin-screw extruder was 240°C.
得られたペレットを乾燥後、フィルム押出機(東洋精機社製、ラボプラストミル4C150-01に単軸押出機D2020(L/D=20)を接続)を用いて、シリンダ温度240℃にて、Tダイ(幅:150mm、厚み:0.2mm)から押し出した溶融樹脂を、フィルム引取り装置を介してフィルムが目的の厚みになるように一軸延伸を行い、フィルムを得た。フィルムの厚みは、100μmとした。 After drying the resulting pellets, a film extruder (Toyo Seiki Co., Ltd., Labo Plastomill 4C150-01 connected to a single-screw extruder D2020 (L/D = 20)) was used to extrude the molten resin from a T-die (width: 150 mm, thickness: 0.2 mm) at a cylinder temperature of 240°C. The molten resin was uniaxially stretched through a film take-up device to the desired thickness, yielding a film. The film thickness was 100 μm.
<実施例1、比較例1~2>
試験例1~2で製造したフィルムをフィルム(A)とし、炭素繊維(平均繊維長:70mm、平均繊維径:7μm)とポリアミド6樹脂の繊維との不織布から形成されたシート(シートの厚み:3mm、炭素繊維含有量:40質量%、ポリアミド6樹脂含有量:60質量%)をシート(B)とした。
<Example 1, Comparative Examples 1 and 2>
The films produced in Test Examples 1 and 2 were used as films (A), and a sheet formed from a nonwoven fabric of carbon fibers (average fiber length: 70 mm, average fiber diameter: 7 μm) and polyamide 6 resin fibers (sheet thickness: 3 mm, carbon fiber content: 40 mass%, polyamide 6 resin content: 60 mass%) was used as sheet (B).
上記フィルム(A)、シート(B)を、表2に記載の積層順序で積層して2枚のイミドフィルム(商品名:UPILEX 75S、宇部興産社製)に挟み込み、プレス機(東洋精機社製、商品名:Mini Test Press MP-WCH)にて天板温度280℃、予熱時間5分、圧力4.8MPa、加圧時間3分の条件にてプレスし、プレス後にイミドフィルムを剥離することで複合積層体を製造した。得られた複合積層体の厚みを測定し表2に示した。 The above film (A) and sheet (B) were laminated in the lamination order shown in Table 2, sandwiched between two imide films (product name: UPILEX 75S, manufactured by Ube Industries, Ltd.), and pressed in a press machine (manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd., product name: Mini Test Press MP-WCH) under conditions of a top plate temperature of 280°C, a preheating time of 5 minutes, a pressure of 4.8 MPa, and a pressurizing time of 3 minutes, and after pressing, the imide film was peeled off to produce a composite laminate. The thickness of the obtained composite laminate was measured and is shown in Table 2.
<実施例2~3、比較例3~4>
試験例3~6で製造したフィルムをフィルム(A)とし、炭素繊維(平均繊維長:70mm、平均繊維径:7μm)とポリアミド6樹脂の繊維との不織布から形成されたシート(シートの厚み:3mm、炭素繊維含有量:40質量%、ポリアミド6樹脂含有量:60質量%)をシート(B)とした。
<Examples 2 to 3, Comparative Examples 3 to 4>
The films produced in Test Examples 3 to 6 were designated as films (A), and a sheet formed from a nonwoven fabric of carbon fibers (average fiber length: 70 mm, average fiber diameter: 7 μm) and polyamide 6 resin fibers (sheet thickness: 3 mm, carbon fiber content: 40 mass%, polyamide 6 resin content: 60 mass%) was designated as sheet (B).
上記フィルム(A)、シート(B)を、表3に記載の積層順序で積層して2枚のイミドフィルム(商品名:UPILEX 75S、宇部興産社製)に挟み込み、プレス機(東洋精機社製、商品名:Mini Test Press MP-WCH)にて天板温度280℃、予熱時間5分、圧力4.8MPa、加圧時間3分の条件にてプレスし、プレス後にイミドフィルムを剥離することで複合積層体を製造した。得られた複合積層体の厚みを測定し表3に示した。 The above film (A) and sheet (B) were laminated in the lamination order shown in Table 3, sandwiched between two imide films (product name: UPILEX 75S, manufactured by Ube Industries, Ltd.), and pressed in a press machine (manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd., product name: Mini Test Press MP-WCH) under conditions of a top plate temperature of 280°C, a preheating time of 5 minutes, a pressure of 4.8 MPa, and a pressurizing time of 3 minutes, and after pressing, the imide film was peeled off to produce a composite laminate. The thickness of the obtained composite laminate was measured and is shown in Table 3.
<曲げ強度の測定>
上記で製造した実施例1~3、比較例1~4の複合積層体においてアブレシブウォータージェット装置によりJIS試験片(曲げ試験片)の形状に切削した。切削条件は、ノズル径φ0.76mm、水圧400MPa、速度200mm/min、水量約2.5L/min、研磨剤使用量:garnet(石榴石)#80を400g/minとした。なお、曲げ試験片の長さ方向が、試験例1~試験例6におけるフィルムの引き出し方向と一致するように切削した。
<Measurement of bending strength>
The composite laminates of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4 manufactured above were cut into the shape of JIS test pieces (bending test pieces) using an abrasive water jet device. The cutting conditions were nozzle diameter φ0.76 mm, water pressure 400 MPa, speed 200 mm/min, water amount about 2.5 L/min, and abrasive usage amount: garnet #80 400 g/min. The bending test pieces were cut so that the length direction coincided with the drawing direction of the film in Test Examples 1 to 6.
得られた曲げ試験片について、JIS K7171に準じ、オートグラフAG-5000(島津製作所社製)を用いて支点間距離60mmの3点曲げ試験を行い、曲げ強度を測定した。結果を表2および表3に示した。なお、積層順序において、Aはフィルム(A)、Bはシート(B)、/は積層を表す。また、括弧内の数字は積層した枚数を表す。また、積層順序における左側が表側を表し、右側が裏側を表す。具体的に、実施例1は、図1に示す積層構造を有している。比較例1及び比較例2は、図1において、中央側における2枚のフィルム(A)が設けられていないこと、及びシート(B)の総数を12層としたこと以外は、図1と同じ積層構造を有している。実施例2~3及び比較例3~4は、図1において、裏側の5層のシート(B)が、4層に変更されていること以外は、図1と同じ積層構造を有している。 The obtained bending test piece was subjected to a three-point bending test with a support distance of 60 mm using an Autograph AG-5000 (manufactured by Shimadzu Corporation) in accordance with JIS K7171 to measure the bending strength. The results are shown in Tables 2 and 3. In the stacking sequence, A represents film (A), B represents sheet (B), and / represents stacking. The numbers in parentheses represent the number of stacked sheets. In the stacking sequence, the left side represents the front side, and the right side represents the back side. Specifically, Example 1 has the stacking structure shown in Figure 1. Comparative Example 1 and Comparative Example 2 have the same stacking structure as Figure 1, except that the two films (A) at the center in Figure 1 are not provided and the total number of sheets (B) is 12 layers. Examples 2 to 3 and Comparative Examples 3 to 4 have the same stacking structure as Figure 1, except that the five-layer sheet (B) on the back side in Figure 1 is changed to four layers.
表2に示すように、実施例1は、比較例1および比較例2よりも、曲げ強度の向上に大きく寄与すると考えられる強化繊維(b1)の含有量が少ないにもかかわらず曲げ強度が大きいことから、フィルム(A)が中間層に存在することで曲げ強度が顕著に向上するという予期せぬ効果が奏されていることが分かる。 As shown in Table 2, Example 1 has a higher bending strength than Comparative Example 1 and Comparative Example 2, despite having a lower content of reinforcing fiber (b1), which is thought to contribute significantly to improving bending strength. This shows that the presence of film (A) in the intermediate layer has the unexpected effect of significantly improving bending strength.
表3に示すように、比較例3と比較例4から、フィルム(A)に板状タルクを配合すると曲げ強度は低下する。しかしながら、実施例2と比較例4から、チタン酸カリウム繊維を配合することで曲げ強度が向上している。このことから、配合する強化材の形状が繊維状であることにより曲げ強度が向上していることがわかる。 As shown in Table 3, Comparative Example 3 and Comparative Example 4 show that the bending strength decreases when plate-like talc is added to film (A). However, Example 2 and Comparative Example 4 show that the bending strength improves when potassium titanate fiber is added. This shows that the bending strength improves when the reinforcing material is in the form of fibers.
また、実施例2と実施例3から、フィルム(A)にさらに球状シリカが含有されると曲げ強度がより向上していることから、無機繊維に球状粒子を併用することで相乗効果があることがわかる。 In addition, from Examples 2 and 3, it can be seen that when spherical silica is further contained in the film (A), the bending strength is further improved, and therefore it can be seen that there is a synergistic effect when spherical particles are used in combination with inorganic fibers.
1,21,31…積層物
2…中央部
2a…第1の主面
2b…第2の主面
3,4…最外層
1, 21, 31...
Claims (12)
前記複合積層体は、フィルム(A)とシート(B)とを含む積層物が、熱圧着により一体化されてなり、
前記積層物は、前記フィルム(A)が、複数の前記シート(B)の間において、前記シート(B)と直接的に接するように積層配置された部分を有し、
前記フィルム(A)は、平均繊維長が1μm以上100μm未満であり、チタン酸カリウム繊維およびワラストナイト繊維のうち少なくとも一方である強化繊維(a1)と、熱可塑性樹脂(a2)とを含有し、
前記シート(B)は、平均繊維長が1mm以上である強化繊維(b1)と、熱可塑性樹脂(b2)とを含有し、
前記強化繊維(b1)の平均繊維径に対する前記強化繊維(a1)の平均繊維長の比((a1)の平均繊維長/(b1)の平均繊維径)が1を超えて10以下であることを特徴とする、複合積層体。 In a composite laminate containing reinforcing fibers and a thermoplastic resin,
The composite laminate is formed by integrating a laminate including a film (A) and a sheet (B) by thermocompression bonding,
The laminate has a portion where the film (A) is laminated between a plurality of the sheets (B) so as to be in direct contact with the sheet (B),
The film (A) contains reinforcing fibers (a1) having an average fiber length of 1 μm or more and less than 100 μm, which are at least one of potassium titanate fibers and wollastonite fibers, and a thermoplastic resin (a2),
The sheet (B) contains reinforcing fibers (b1) having an average fiber length of 1 mm or more and a thermoplastic resin (b2),
A composite laminate, characterized in that the ratio of the average fiber length of the reinforcing fibers (a1) to the average fiber diameter of the reinforcing fibers (b1) (average fiber length of (a1) / average fiber diameter of (b1)) is more than 1 and 10 or less.
平均繊維長が1μm以上100μm未満であり、チタン酸カリウム繊維およびワラストナイト繊維のうち少なくとも一方である強化繊維(a1)と、熱可塑性樹脂(a2)とを含有する、フィルム(A)と、平均繊維長が1mm以上である強化繊維(b1)と、熱可塑性樹脂(b2)とを含有する、シート(B)とを積層配置することにより、積層物を用意する工程(I)と、
前記積層物を、熱圧着によって一体化することにより、複合積層体を得る工程(II)とを備え、
前記工程(I)において、前記フィルム(A)が、複数の前記シート(B)の間において、前記シート(B)と直接的に接するように積層配置された部分を有し、前記強化繊維(b1)の平均繊維径に対する前記強化繊維(a1)の平均繊維長の比((a1)の平均繊維長/(b1)の平均繊維径)が1を超えて10以下となるように前記積層物を用意することを特徴とする、複合積層体の製造方法。 A method for producing a composite laminate containing reinforcing fibers and a thermoplastic resin,
A step (I) of preparing a laminate by stacking a film (A) containing reinforcing fibers (a1) having an average fiber length of 1 μm or more and less than 100 μm, the reinforcing fibers being at least one of potassium titanate fibers and wollastonite fibers, and a thermoplastic resin (a2), and a sheet (B) containing reinforcing fibers (b1) having an average fiber length of 1 mm or more, and a thermoplastic resin (b2);
and (II) a step of integrating the laminate by thermocompression to obtain a composite laminate.
a laminate having a laminated structure in which the film (A) has a portion between a plurality of the sheets (B) and laminated so as to be in direct contact with the sheet (B), and the laminate is prepared so that a ratio of an average fiber length of the reinforcing fibers (a1) to an average fiber diameter of the reinforcing fibers (b1) (average fiber length of (a1)/average fiber diameter of (b1)) is more than 1 and 10 or less.
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