层叠基材及其制造方法技术

一种层叠基材，其为将含有碳纤维和热塑性树脂纤维的碳纤维增强树脂基材(a)、与含有玻璃纤维和热塑性树脂的玻璃纤维增强树脂基材(B)层叠而得的层叠基材，前述碳纤维增强树脂基材(a)中前述碳纤维的含量相对于前述碳纤维增强树脂基材(a)的总质量为20质量％以上且低于100质量％，前述碳纤维增强树脂基材(a)在构成前述热塑性树脂纤维的树脂的熔点+20℃时的MD方向最大负载点的伸长率为20～150％，且TD方向最大负载点的伸长率为20～150％，且拉伸应力为1.0×10

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】层叠基材及其制造方法
本专利技术涉及层叠基材及其制造方法。本申请基于2016年9月14日在日本提出申请的特愿2016-179491号和2016年9月14日在日本提出申请的特愿2016-179492号主张优先权，在此引用其内容。
技术介绍
近年来，为了建设可持续型社会，从保护环境、节省能源的观点出发，在汽车、铁路、航空等运输设备、机器人、电子设备、家具、建材等领域，期望这些制品的轻质化。像非专利文献1那样，据说能够轻质化、降低成本的层叠结构已经作为用于使材料复合化的方法而应用于广泛的领域。广泛使用这样的层叠结构的背景是，作为利用各材料的特性的方法，是容易层叠成型且生产率优异的制造方法。基本的层叠结构有三明治结构、混合结构那样的结构，通过在力矩(moment)小的位置选择轻质材料来发挥其效果。此外，作为增强纤维所用材料的纤维增强树脂复合材料与金属材料相比，比强度、比刚度优异，因而能够有助于轻质化。因此，使用碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维等作为增强纤维的纤维增强复合材料利用其高比强度、比弹性模量而广泛用于飞机、汽车等的结构材料、网球拍、高尔夫球杆、钓竿等一般产业、运动用途等。作为它们中使用的增强纤维的形态，有使用连续纤维制作的织物、纤维在1个方向上拉齐而得的UD片、使用切断的纤维制作的无规垫、无纺布。纤维树脂复合材料有以热固性树脂为基质的复合材料，作为适合于三维形状等复杂形状的成型方法，可列举由SMC形成的基材。SMC是使含浸有热固性树脂的称为短切原丝的纤维结构体在成型模具内配置成片状，然后加热、加压从而使塑料成型，SMC的流动性较高，因此能够形成复杂的立体结构。以往，作为纤维增强复合材料的基质树脂，主要使用的是上述那样的热固性树脂，但近年来，从成本、成型的迅速性和容易性、以及使用后的可再利用性等观点出发，以热塑性树脂为基质的纤维增强复合材料受到了关注(专利文献1)。纤维树脂复合材料中有以热塑性树脂为基质的复合材料，与热固性同样，有流动性，是适合于三维形状等复杂形状的成型方法。此外加工性也良好，因此能够反复成型。可是，对纤维增强复合材料的局部赋予功能性的情况下，难以在目标位置保持一定量的纤维。热塑性树脂通常比热固性树脂粘度高，因此存在在纤维基材中含浸树脂的时间长、结果成型前的生产节拍变长的课题。专利文献2中，作为解决这些课题的方法，记载了热塑冲压成型。这是下述成型方法：将预先含浸了热塑性树脂的短切纤维加热至熔点以上，将其投入至模具内的一部分后，立即关闭模具，通过使纤维和树脂在模具内流动来得到制品形状，然后冷却、成型。可是，为了使纤维和树脂在模具内流动，存在难以制作薄壁的物品、纤维取向混乱、难以控制等问题。此外，作为提高含浸性的方法，通过均匀分散成短纤维状，能够防止在纤维的束与束的间隙产生富树脂部，或者防止树脂无法在纤维束内含浸而形成未含浸部分。可是，却存在无法增加纤维长度、进而如果提高纤维体积含量则成型体内部产生空洞因此导致机械特性降低的问题(专利文献3)。通过设为预先将增强纤维和热塑性树脂在一定的条件下混合而成的基材，能够容易地含浸热塑性基质树脂，并且是均匀且操作性、立体成型性优异的塑料用基材(混抄垫(混抄マット))(专利文献4)。可是，增强纤维通常定价比树脂价格高，因此，考虑到成本等，在整个部件中使用增强纤维时效率不高。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开平8-118379号公报专利文献2：日本特许第416109号公报专利文献3：WO2007/097436号公报专利文献4：日本特开2014-50982号公报非专利文献非专利文献1：工业材料2004年12月号P76～80
技术实现思路
专利技术所要解决的课题本专利技术是为了解决上述课题而做出的，因此其目的在于，提供一种具有成型时的优异流动性并且还充分确保了混抄垫带来的增强效果的可部分增强的层叠体。用于解决课题的手段为了解决上述课题，本专利技术人等进行了深入研究，结果发现，通过使用在构成碳纤维增强树脂基材的树脂的熔点+15～20℃时具有一定的伸长率的碳纤维增强树脂基材，能够解决上述课题，从而完成了本专利技术。即，本专利技术的要点存在于以下的[1]～[15]。[1]一种层叠基材，其为将含有碳纤维和热塑性树脂纤维的碳纤维增强树脂基材(a)、与含有玻璃纤维和热塑性树脂的玻璃纤维增强树脂基材(B)层叠而得的层叠基材，前述碳纤维增强树脂基材(a)中前述碳纤维的含量相对于前述碳纤维增强树脂基材(a)的总质量为20质量％以上且低于100质量％，前述碳纤维增强树脂基材(a)在构成前述热塑性树脂纤维的树脂的熔点+20℃时的MD方向最大负载点的伸长率为20～150％，且TD方向最大负载点的伸长率为20～150％，且拉伸应力为1.0×10-3～1.0×10-1MPa。[2]一种层叠基材，含有碳纤维和热塑性树脂的碳纤维增强树脂基材(A)与含有玻璃纤维和热塑性树脂的玻璃纤维增强树脂基材(B)之间的邻接面是粘接的，通过下述均一性试验方法1-1得到的偏差(1)的平均值为5％以下，通过下述均一性试验方法1-2得到的偏差(2)的平均值为8％以下。(均一性试验方法1-1)1.将包含碳纤维增强树脂基材(A)和玻璃纤维增强树脂基材(B)的层叠基材相对于平面方向垂直地切断，对其截面进行拍照。2.从得到的截面照片，提取3处与碳纤维增强树脂基材(A)和玻璃纤维增强树脂基材(B)的基准面邻接的碳纤维增强树脂基材(A)侧的、相当于碳纤维增强树脂基材(A)厚度的50％见方的部分1。3.分别求出部分1中碳纤维所占的面积比例(％)，算出3处的平均值(％)。4.算出前述平均值(％)与各部分1的碳纤维所占的面积比例(％)之差，作为偏差(1)。(均一性试验方法1-2)1.将包含碳纤维增强树脂基材(A)和玻璃纤维增强树脂基材(B)的层叠基材相对于平面方向垂直地切断，对其截面进行拍照。2.从得到的截面照片，提取与碳纤维增强树脂基材(A)和玻璃纤维增强树脂基材(B)的基准面邻接的碳纤维增强树脂基材(A)侧的、相当于碳纤维增强树脂基材(A)厚度的50％见方的部分1。3.将部分1均等分割为9个块，算出分割成的各块中碳纤维所占的面积比例(％)。4.根据各块中碳纤维所占的面积比例(％)，算出前述9等分的块的碳纤维所占面积比例的平均值(％)。5.算出前述平均值(％)与各块的碳纤维所占的面积比例(％)之差，作为偏差(2)。[3]根据[2]所述的层叠基材，前述玻璃纤维增强树脂基材(B)中前述玻璃纤维的含有率相对于前述玻璃纤维增强树脂基材(B)的总质量为大于0质量％且低于60质量％，通过下述均一性试验方法2-1得到的偏差(3)的平均值为10％以下，通过下述均一性试验方法2-2得到的偏差(4)的平均值为10％以下。(均一性试验方法2-1)1.将包含碳纤维增强树脂基材(A)和玻璃纤维增强树脂基材(B)的层叠基材相对于平面方向垂直地切断，对其截面进行拍照。2.从得到的截面照片，提取3处与碳纤维增强树脂基材(A)和玻璃纤维增强树脂基材(B)的基准面邻接的玻璃纤维增强树脂基材(B)侧的、相当于1.0mm×1.0mm的部分2。3.分别求出部分2中玻璃纤维所占的面积比例(％)，算出3处的平均值(％)。4.求出前述平均值(％)与各部分2中玻璃纤维所占的面积比例(％)之差本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种层叠基材，其为将含有碳纤维和热塑性树脂纤维的碳纤维增强树脂基材(a)、与含有玻璃纤维和热塑性树脂的玻璃纤维增强树脂基材(B)层叠而得的层叠基材，所述碳纤维增强树脂基材(a)中所述碳纤维的含量相对于所述碳纤维增强树脂基材(a)的总质量为20质量％以上且低于100质量％，所述碳纤维增强树脂基材(a)在构成所述热塑性树脂纤维的树脂的熔点+20℃时的MD方向最大负载点的伸长率为20～150％，且TD方向最大负载点的伸长率为20～150％，且拉伸应力为1.0×10

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.14 JP 2016-179491;2016.09.14 JP 2016-179491.一种层叠基材，其为将含有碳纤维和热塑性树脂纤维的碳纤维增强树脂基材(a)、与含有玻璃纤维和热塑性树脂的玻璃纤维增强树脂基材(B)层叠而得的层叠基材，所述碳纤维增强树脂基材(a)中所述碳纤维的含量相对于所述碳纤维增强树脂基材(a)的总质量为20质量％以上且低于100质量％，所述碳纤维增强树脂基材(a)在构成所述热塑性树脂纤维的树脂的熔点+20℃时的MD方向最大负载点的伸长率为20～150％，且TD方向最大负载点的伸长率为20～150％，且拉伸应力为1.0×10-3～1.0×10-1MPa。2.一种层叠基材，含有碳纤维和热塑性树脂的碳纤维增强树脂基材(A)、与含有玻璃纤维和热塑性树脂的玻璃纤维增强树脂基材(B)之间的邻接面是粘接的，通过下述均一性试验方法1-1得到的偏差(1)的平均值为5％以下，通过下述均一性试验方法1-2得到的偏差(2)的平均值为8％以下，均一性试验方法1-1：I.将包含碳纤维增强树脂基材(A)和玻璃纤维增强树脂基材(B)的层叠基材相对于平面方向垂直地切断，对其截面进行拍照，II.从得到的截面照片，提取3处与碳纤维增强树脂基材(A)和玻璃纤维增强树脂基材(B)的基准面邻接的碳纤维增强树脂基材(A)侧的、相当于碳纤维增强树脂基材(A)厚度的50％见方的部分1，III.分别求出部分1中碳纤维所占的面积比例(％)，算出3处的平均值(％)，IV.算出所述平均值(％)与各部分1的碳纤维所占的面积比例(％)之差，作为偏差(1)；均一性试验方法1-2：I.将包含碳纤维增强树脂基材(A)和玻璃纤维增强树脂基材(B)的层叠基材相对于平面方向垂直地切断，对其截面进行拍照，II.从得到的截面照片，提取与碳纤维增强树脂基材(A)和玻璃纤维增强树脂基材(B)的基准面邻接的碳纤维增强树脂基材(A)侧的、相当于碳纤维增强树脂基材(A)厚度的50％见方的部分1，III.将部分1均等分割为9个块，算出分割成的各块中碳纤维所占的面积比例(％)，IV.根据各块中碳纤维所占的面积比例(％)，算出所述9等分的块的碳纤维所占面积比例的平均值(％)，V.算出所述平均值(％)与各块的碳纤维所占的面积比例(％)之差，作为偏差(2)。3.根据权利要求2所述的层叠基材，所述玻璃纤维增强树脂基材(B)中所述玻璃纤维的含有率相对于所述玻璃纤维增强树脂基材(B)的总质量为大于0质量％且低于60质量％，通过下述均一性试验方法2-1得到的偏差(3)的平均值为10％以下，通过下述均一性试验方法2-2得到的偏差(4)的平均值为10％以下，均一性试验方法2-1：I.将包含碳纤维增强树脂基材(A)和玻璃纤维增强树脂基材(B)的层叠基材相对于平面方向垂直地切断，对其截面进行拍照，II.从得到的截面照片，提取3处与碳纤维增强树脂基材(A)和玻璃纤维增强树脂基材(B)的基准面邻接的玻璃纤维增强树脂基材(B)侧的、相当于1.0mm×1.0mm的部分2，III.分别求出部分2中玻璃纤维所占的面积比例(％)，算出3处的平均值(％)，IV.求出所述平均值(％)与各部分2中玻璃纤维所占的面积比例(％)之差，作为偏差(3)；均一性试验方法2-2：I.将包含碳纤维增强树脂基材(A)和玻璃纤维增强树脂基材(B)的层叠基材相对于平面方向垂直地切断，对其截面进行拍照，II.从得到的截面照片，提取与碳纤维增强树脂基材(A)和玻璃纤维增强树脂基材(B)的基准面邻接的玻璃纤维增强树脂基材(B)侧的相当于1.0mm×1.0mm的部分1，III.将部分2均等分割为9个块，算出分割成的各块中玻璃纤维所占的面积比例(％)，IV.根据各块中玻璃纤维所占的面积比例(％)，算出所述9等分的块的玻璃纤维所占面积比例的平均值(％)，IV.求出所述平均值(％)与各块的玻璃纤维所占的面积比例(％)之差，作为偏差(4)。4.根据权利要求2或3所述的层叠基材，通过下述界面高低差测定试验得到的界面高低差为2.0...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐野光俊，小山芳未，石荣裕辅，
申请(专利权)人：三菱化学株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP