树脂填充纤维基材、纤维强化复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术的目的在于，在将使用纤维基材而成型的热塑性树脂作为基体树脂的纤维强化复合材料中，防止孔隙的产生，提高强化纤维与热塑性树脂的基体树脂的固定力，提高强度及弹性模量等力学特性。一种树脂填充纤维基材，其通过在纤维基材的纤维间的空间中填充热塑性聚氨酯而构成，相对于100质量份的纤维基材，以固体成分换算，热塑性聚氨酯向纤维基材的赋予量为25质量份以上且100质量份以下。25质量份以上且100质量份以下。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】树脂填充纤维基材、纤维强化复合材料及其制备方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请基于2019年2月15日申请的日本专利申请第2019
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025614号，并将其内容通过引用并入本文。


[0003]本申请涉及树脂填充纤维基材、纤维强化复合材料及其制造方法。

技术介绍

[0004]一直以来，使用在合成树脂中添加碳纤维或玻璃纤维以提高合成树脂制品的拉伸强度等物性的纤维强化复合材料。而且，作为纤维强化复合材料的基体树脂，主要使用环氧树脂等热固性树脂(参照专利文献1)。
[0005]但是，在使用热固性树脂作为基体树脂的情况下，由于在纤维强化复合材料的成型时伴有热固性树脂的化学反应(固化反应)，因此固化需要时间，成型所需的时间变长，存在生产率低这样的问题。另外，存在如下的问题：通过压制等对使用热固性树脂作为基体树脂的纤维强化复合材料的中间产物进行形状变更的再加工不容易进行。
[0006]另一方面，与热固性树脂不同，热塑性树脂在纤维强化复合材料的成型时不伴随化学反应(固化反应)，因此能够缩短成型所需的时间，另外，通过将成型中间加工品层叠并加压加热，能够加工成任意的形状，而且，通过熔融而能够容易加工成其他形状的成型品，因此，开始使用热塑性树脂作为纤维强化复合材料的基体树脂。
[0007]另外，在将热塑性树脂用作基体树脂的情况下，与纤维的亲和性低，纤维强化复合材料的强度低，因此提出了在纤维表面实施使热塑性树脂与纤维的亲和性提高的集束剂、上浆剂的技术(专利文献2～4)。
[0008]以往，在使用了热塑性树脂的纤维强化复合材料的成型中，通常的方法是，将强化纤维切断为大约10mm以下，作为短纤维而与热塑性树脂颗粒混合，并且使用挤出机挤出利用模具进行成型。但是，根据这样的材料、方法，强化纤维在挤出机内进一步缩短且无规地取向，因此无法有效地将纤维的强度、弹性模量有效地应用于纤维强化复合材料。为了有效地发挥强化纤维的性能，优选将连续的长纤维作为强化材料，对包含连续纤维的基材赋予树脂来制造纤维强化复合材料。
[0009]现有技术文献
[0010]专利文献
[0011]专利文献1：日本特开平5
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132863号公报
[0012]专利文献2：日本特开2006
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124847号公报
[0013]专利文献3：日本特开2011
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21281号公报
[0014]专利文献4：日本特开2011
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214175号公报

技术实现思路

[0015]专利技术欲解决的技术问题
[0016]除了影响基体树脂与纤维的亲和性以外，作为对纤维强化复合材料性能的影响之一，可举出纤维强化复合材料内部的空隙(孔隙)的量。而且，孔隙的量越少则越能够提高拉伸强度等物性，因此优选减少孔隙的量。但是，纤维强化复合材料所使用的加强纤维的形态是将数千根～数万根直径5～10μm左右的单纱捆扎而构成的纱束，因此，若成型中使用的树脂的粘度高，则难以使树脂进入并埋入到纱束内的单纱之间或纱束间的间隙中，形成大量孔隙，难以成型力学特性优异的纤维强化复合材料。
[0017]而且，在热塑性树脂的情况下，与热固性树脂固化前的粘度相比，熔融粘度高，因此难以向单纱之间、纱束间的间隙含浸树脂，特别是在使用以连续的长纤维作为强化纤维的纱束的织物、无纺布状的基材的情况下，难以生产无孔隙的纤维强化复合材料。
[0018]需要说明的是，专利文献1中记载的专利技术是涉及利用50℃时的粘度超过1,000泊且20,000泊以下的环氧树脂以及由具有氧亚烷基单元的多元醇和多异氰酸酯得到的具有羟基的氨基甲酸酯化合物形成上浆剂，并用该上浆剂对碳纤维进行处理的专利技术，公开了一种上浆剂的附着量以固体成分换算计为0.1～10重量％的碳纤维。但是，对于上浆剂的这种程度的附着量，并不是能够完全填充由连续纤维构成的纱束的单纱间、纱束间的空隙的量，难以成型无孔隙的纤维强化复合材料。
[0019]另外，专利文献2、3和4中记载的专利技术是对连续纤维束赋予作为集束剂的改性聚烯烃，以提高作为基体树脂的热塑性树脂与纤维的亲和性的技术。
[0020]而且，专利文献2～4所记载的技术中，集束剂的赋予量相对于纤维为1～10质量％，不是能够将单纱间的间隙完全填充的量，只不过是使单纱彼此以点接触的方式连结的技术，难以成型无孔隙的纤维强化复合材料。另外，若进行干燥处理，则改性聚烯烃发生热固化，因此无法适用于以热塑性树脂为基体的连续纤维强化复合材料用的纤维基材。
[0021]然而，与热固性树脂相比，由于热塑性树脂具有容易成型等的优点，因此强烈期望应用以热塑性树脂作为基体树脂的纤维强化复合材料作为汽车等的轻量化的手段。
[0022]因此，本专利技术的目的在于，在使用强化纤维进行成型的、以热塑性树脂为基体树脂的纤维强化复合材料中，防止孔隙产生，提高强度和弹性模量等力学特性。
[0023]另外，其目的在于，即使不使用集束剂、上浆剂等，也能够提高强化纤维与热塑性树脂的基体树脂的固定力，提高纤维强化复合材料的强度。
[0024]用于解决问题的技术手段
[0025]作为用于解决上述课题的手段的本专利技术可以是树脂填充纤维基材，其特征在于，在纤维基材的纤维间的空间中填充热塑性聚氨酯而构成，相对于所述100质量份的纤维基材，以固体成分换算，所述热塑性聚氨酯向所述纤维基材的赋予量为25质量份以上且100质量份以下。
[0026]另外，也可以是，在上述树脂填充纤维基材中，其特征在于，相对于所述100质量份的纤维基材，以固体成分换算，所述热塑性聚氨酯向所述纤维基材的赋予量为25质量份以上且70质量份以下。
[0027]另外，也可以是，在上述树脂填充纤维基材中，其特征在于，在所述热塑性聚氨酯中添加有交联剂。
[0028]另外，也可以是，在上述树脂填充纤维基材中，其特征在于，相对于所述100质量份的纤维基材，以固体成分换算，所述交联剂的添加量为0.5质量份以上且10质量份以下。
[0029]另外，也可以是，在上述树脂填充纤维基材中，其特征在于，所述交联剂包含含噁唑啉基的化合物和含碳化二亚胺基的化合物中的至少一者。
[0030]另外，也可以是，在上述树脂填充纤维基材中，其特征在于，所述纤维基材为片状或纱束状，所述树脂填充纤维基材为片状或绳状。
[0031]另外，也可以是，在上述树脂填充纤维基材中，其特征在于，所述热塑性聚氨酯的粒子的直径为0.01μm以上且0.2μm以下。
[0032]另外，也可以是一种纤维强化复合材料，其特征在于，其通过将上述的树脂填充纤维基材层叠而构成。
[0033]另外，也可以是一种纤维强化复合材料成型品，其特征在于，其由上述纤维强化复合材料成型而成。
[0034]另外，也可以是一种树脂填充纤维基材的制造方法，其特征在于，对纤维基材赋予使热塑性聚氨酯的粒子分散于水性介质中而成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种树脂填充纤维基材，其特征在于，所述树脂填充纤维基材通过在纤维基材的纤维间的空间中填充热塑性聚氨酯而构成，相对于所述100质量份的纤维基材，以固体成分换算，所述热塑性聚氨酯向所述纤维基材的赋予量为25质量份以上且100质量份以下。2.根据权利要求1所述的树脂填充纤维基材，其特征在于，相对于所述100质量份的纤维基材，以固体成分换算，所述热塑性聚氨酯向所述纤维基材的赋予量为25质量份以上且70质量份以下。3.根据权利要求1或2所述的树脂填充纤维基材，其特征在于，在所述热塑性聚氨酯中添加有交联剂。4.根据权利要求3所述的树脂填充纤维基材，其特征在于，相对于所述100质量份的纤维基材，以固体成分换算，所述交联剂的添加量为0.5质量份以上且10质量份以下。5.根据权利要求3或4所述的树脂填充纤维基材，其特征在于，所述交联剂包含含噁唑啉基的化合物和含碳化二亚胺基的化合物中的至少一者。6.根据权利要求1至5中任一项所述的树脂填充纤维基材，其特征在于，所述纤维基材为片状或纱束状，所述树脂填充纤维基材为片状或绳状。7.根据权利要求1至6中任一项所述的树脂填充纤维基材，其特征在于，所述热塑性聚氨酯的粒子的平均粒径为0.01μm以上且0.2μm以下。8.一种纤维强化复合材料，其特征在于，所述纤维强化复合材料通过由权利要求1至7中任一项所述的所述树脂填充纤维基材层叠而构成。9.一种纤维强化复合材料成型品，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：广濑成相，平林明子，
申请(专利权)人：第一工业制药株式会社，
类型：发明
国别省市：