纤维增强树脂基材、一体化成型品及纤维增强树脂基材的制造方法技术

纤维增强树脂基材包含以下构成要素[A]、[B]及[C]：[A]增强纤维；[B]热塑性树脂(b)；[C]热塑性树脂(c)，构成要素[A]沿单向排列，在该纤维增强树脂基材中，存在包含构成要素[B]的树脂区域和包含构成要素[C]的树脂区域，在纤维增强树脂基材的单侧的表面上存在有包含构成要素[B]的树脂区域，构成要素[B]及构成要素[C]的Hansen溶解度参数的距离Ra

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】纤维增强树脂基材、一体化成型品及纤维增强树脂基材的制造方法


[0001]本专利技术涉及使至少2种热塑性树脂含浸于增强纤维而成的纤维增强树脂基材、一体化成型品及纤维增强树脂基材的制造方法。
[0002]此外，本专利技术涉及一体化成型品的生产率优异的纤维增强树脂基材及使用其而成的一体化成型品。

技术介绍

[0003]使用热固性树脂或热固性树脂作为基质，与碳纤维、玻璃纤维等增强纤维组合而成的纤维增强复合材料是轻质的，并且强度、刚性等力学特性优异，因此被应用于航空航天、汽车、铁道车辆、船舶、土木建筑及运动用品等众多领域。然而，这些纤维增强复合材料不适于以单一的成型工序来制造具有复杂形状的部件、结构体，在如上所述的用途中，需要制作由纤维增强复合材料形成的部件，接着与其他部件一体化的工序。此时，有时也根据需要而将具有不同特性的树脂组合。作为将纤维增强复合材料与其他部件一体化的方法，可采用螺栓、铆钉、螺钉等机械性接合的接合方法、使用粘接剂的接合方法。在机械性接合方法中，由于需要预先加工开孔等接合部分的工序，因此导致制造工序时间长及制造成本增加，此外，由于开孔而存在材料强度降低这样的问题。在使用粘接剂的接合方法中，由于需要包括粘接剂的准备、粘接剂的涂布操作的粘接工序及固化工序，因此导致制造工序时间长，且在粘接强度方面也存在可靠性无法得到充分满足这样的课题。此外，虽然有双色成型等得到由不同种类的热塑性树脂形成的成型品的方法，但在相容性低的树脂的组合的情况下，主流是通过嵌合等形状设计而一体化，还存在设计自由度低这样的课题。/>[0004]这里，专利文献1中示出了预浸料坯片材，其在沿规定方向并丝而成的增强纤维片材层中形成有由不同热塑性树脂形成的多个树脂区域。在专利文献2中，示出了由增强纤维构成的无纺布中含浸有多种不同的热塑性树脂而成的纤维增强树脂片。此外，专利文献3中，示出了利用与构成增强纤维的材料具有熔点差的热塑性树脂构成的热塑性树脂预浸料坯。
[0005]对于在基质中使用了热塑性树脂的纤维增强复合材料而言，由于可适用利用熔接将部件间接合的方法，因而存在可缩短部件间的接合所需要的时间的可能性。另一方面，近年来，制品所要求的形状变得复杂化并且需要使与要求特性对应的各种部件一体化。在这种成型品的制造中，要求生产率的提高和制品收率的提高、即废弃率的降低技术。
[0006]针对利用熔接而将部件间接合的技术，在专利文献4中，示出了由增强纤维与具有交联结构的基质树脂形成、且在表面具有热塑性树脂的纤维增强复合材料板。在专利文献2中，示出了在由增强纤维构成的无纺布中含浸有2种热塑性树脂而成的纤维增强树脂片。专利文献5中，示出了将使热塑性树脂含浸于由增强纤维形成的毡而成的片状中间基材用在表皮形成层及芯形成层中而得的夹层层叠体。
[0007]现有技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献1：日本特开2012
‑
246442号公报
[0010]专利文献2：国际公开第2014/103658号小册子
[0011]专利文献3：国际公开第2013/8720号小册子
[0012]专利文献4：日本特开2006
‑
205436号公报
[0013]专利文献5：国际公开第2014/162873号小册子

技术实现思路

[0014]专利技术所要解决的课题
[0015]然而，对于专利文献1中所示的预浸料坯片材而言，构成为树脂区域之间的边界部分进入增强纤维片材层的内部的状态，但并没有谈及该状态，不同树脂的接合状态不充分。专利文献2中所示的纤维增强树脂片针对由2种热塑性树脂形成的界面层的凹凸形状进行了规定，作为接合强度而言变得充分的可能性高，但由于使用了由增强纤维形成的无纺布，因此接合强度的稳定性(偏差小)不充分。专利文献3中所示的热塑性树脂预浸料坯实际上是同种(除了分子结构以外为同种)热塑性树脂的组合，不能满足得到由要求特性不同的树脂的组合形成的复合材料的目的。
[0016]此外，对于这些文献所记载的复合材料的方法而言，由于在某特定温度下使不同树脂同时熔融而含浸至增强纤维，因此存在树脂的组合受限、一者的树脂由于热分解等劣化而难以得到正常状态的纤维增强复合材料。
[0017]因此，本专利技术的第1目的在于，提供将特性不同的多种树脂牢固地复合化而成的纤维增强树脂基材。
[0018]此外，在专利文献4中，由于是将第1热塑性树脂配置在纤维增强复合材料板的表面，将与第1热塑性树脂不同的第2热塑性树脂重叠地配置在第1热塑性树脂的外部表面，因此与本专利技术的层叠顺序不同。此外，通过将溶解度参数彼此相近的2种热塑性树脂重叠而用于粘接层来兼具粘接性和耐热性是优选的，但在与复杂并且多种类的部件一体化成型时，从用于粘接其他部件的粘接面的设计自由度的观点来看是不充分的。
[0019]在专利文献2中记载的方法中，由于是使热塑性树脂含浸于由增强纤维构成的无纺布而成的纤维增强树脂片，因此将其用于熔接时，热塑性树脂会熔融，增强纤维的取向混乱而使所得成型品的力学特性降低，或者有时会变形为不期望的形状。
[0020]在专利文献5中记载的方法中，由于在表皮层即两表面中使用同种的热塑性树脂，在将其他部件(树脂部件)熔接时，该树脂部件有时会熔接于基材的不期望的部分，粘接面的设计自由度不充分。
[0021]因此，本专利技术的第2目的在于，提供纤维增强树脂基材及使用其的一体化成型品，该纤维增强树脂基材可利用熔接而与其他部件接合，并且显示出优异的接合强度，此外，即使在使用多种熔接特性不同的其他部件的情况下，也可容易地熔接，因此对接合而言的设计自由度高。
[0022]用于解决课题的手段
[0023]为了解决所述课题，本专利技术的第1方式涉及的纤维增强树脂基材具有下述构成。即，
[0024]纤维增强树脂基材，其包含以下构成要素[A]、[B]及[C]：
[0025][A]增强纤维；
[0026][B]热塑性树脂(b)；
[0027][C]热塑性树脂(c)，
[0028]构成要素[A]沿单向排列，
[0029]在该纤维增强树脂基材中，存在包含构成要素[B]的树脂区域和包含构成要素[C]的树脂区域，
[0030]在纤维增强树脂基材的单侧的表面上存在有包含构成要素[B]的树脂区域，
[0031]构成要素[B]及构成要素[C]的Hansen溶解度参数的距离Ra
(bc)
满足式(1)，
[0032]Ra
(bc)
＝{4(δDB
‑
δDC)2+(δPB
‑
δPC)2+(δHB
‑
δHC)2}
1/2
≥8式(1)
[0033]Ra
(bc)
：构成要素[B]与构成要素[C]的Hansen溶解度参数的距离；
[0034]δDB为基于构成要素[B]的分子间的分散力的能量；
[003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.纤维增强树脂基材，其包含以下构成要素[A]、[B]及[C]：[A]增强纤维；[B]热塑性树脂(b)；[C]热塑性树脂(c)，构成要素[A]沿单向排列，在该纤维增强树脂基材中，存在包含构成要素[B]的树脂区域和包含构成要素[C]的树脂区域，在纤维增强树脂基材的单侧的表面上存在有包含构成要素[B]的树脂区域，构成要素[B]及构成要素[C]的Hansen溶解度参数的距离Ra
(bc)
满足式(1)，Ra
(bc)
＝{4(δDB
‑
δDC)2+(δPB
‑
δPC)2+(δHB
‑
δHC)2}
1/2
≥8式(1)Ra
(bc)
为构成要素[B]与构成要素[C]的Hansen溶解度参数的距离；δDB为基于构成要素[B]的分子间的分散力的能量；δDC为基于构成要素[C]的分子间的分散力的能量；δPB为基于构成要素[B]的分子间的偶极子相互作用的能量；δPC为基于构成要素[C]的分子间的偶极子相互作用的能量；δHB为基于构成要素[B]的分子间的氢键的能量；δHC为基于构成要素[C]的分子间的氢键的能量；所述纤维增强树脂基材中，存在有跨越包含构成要素[B]的树脂区域和包含构成要素[C]的树脂区域之间的边界面而被包含于这两个树脂区域中的构成要素[A]。2.如权利要求1所述的纤维增强树脂基材，其中，在俯视下的所述纤维增强树脂基材中，从相对于所述构成要素[A]的纤维方向而言为45度的方向得到垂直于纤维增强树脂基材的截面的情况下，在所述截面中，两个树脂区域的边界面所形成的截面曲线的由JIS B0601(2001)定义的粗糙度平均长度RSm为100μm以下、粗糙度平均高度Rc为3.5μm以上。3.如权利要求1或2所述的纤维增强树脂基材，其中，包含构成要素[B]的树脂区域和包含构成要素[C]的树脂区域各自形成为层状并邻接，由此形成所述边界面。4.如权利要求1～3中任一项所述的纤维增强树脂基材，其中，含浸率为80％以上。5.如权利要求1～4中任一项所述的纤维增强树脂基材，其满足式(2)：50≤ΔT≤200
···
式(2)ΔT为Tb与Tc之差的绝对值；在热塑性树脂(b)为结晶性树脂时Tb是其熔点，在热塑性树脂(b)为非晶性树脂时Tb是其玻璃化转变温度[℃]；在热塑性树脂(c)为结晶性树脂时Tc是其熔点，在热塑性树脂(c)为非晶性树脂时Tc是其玻璃化转变温度[℃]。6.如权利要求5所述的纤维增强树脂基材，其中，所述Tb及Tc中的至少一者为250℃以下。7.纤维增强树脂基材，其包含以下构成要素[A]、[B
’
]、[C
’
]及[D]：[A]增强纤维；[B
’
]热塑性树脂(b
’
)；
[C
’
]热塑性树脂(c
’
)；[D]热固性树脂(d)，包含构成要素[B
’
]的树脂区域(B
’
)、包含构成要素[D]和构成要素[A]的纤维增强树脂区域(E)、与包含构成要素[C
’
]的树脂区域(C
’
)依次邻接并分别形成边界面，构成要素[B
’
]与构成要素[C
’
]满足式(3)：2＜ΔSP≤10
···
式(3)ΔSP为Spa与SPc之差的绝对值；SPa为构成要素[B
’
]的SP值[(MPa)
1/2
]；SPc为构成要素[C
’
]的SP值[(MPa)
1/2
]。8.如权利要求7所述的纤维增强树脂基材，其中，包含构成要素[B
’
]的树脂区域(B
’
)、包含构成要素[C
’
]的树脂区域(C
’
)、以及包含构成要素[D]及构成要素[A]的纤维增强树脂区域(E)各自形成为层状并邻接，由此形成所述边界面。9.如权利要求7或8所述的纤维增强树脂基材，其中，构成要素[B
’
]及构成要素[C
’
]各自选自由聚烯烃、聚碳酸酯、聚酯、聚亚芳基硫醚、聚酰胺、聚甲醛、聚醚酰亚胺、聚醚砜、聚亚芳基醚酮组成的组中的至少1种热塑性树脂。10.如权利要求7～9中任一项所述的纤维增强树脂基材，其中，构成要素[B
’
]及构成要素[C
’
]为选自下述组合中的任一组合：构成要素[B
’
]为聚酰胺且构成要素[C
’
]为聚烯烃的组合；构成要素[B
’
]为聚亚芳基硫醚且构成要素[C
’
]为聚烯烃的组合；构成要素[B
’
]为聚酰胺且构成要素[C
’
]为聚醚砜的组合；构成要素[B
’
]为聚亚芳基硫醚且构成要素[C
’
]为聚醚砜的组合；及构成要素[B
’
]为聚亚芳基醚酮且构成要素[C
’
]为聚醚砜的组合。11.如权利要求7～10中任一项所述的纤维增强树脂基材，其中，构成要素[A]的增强纤维中的至少一部...

【专利技术属性】
技术研发人员：藤冈圣，今井直吉，本间雅登，武部佳树，筱原光太郎，
申请(专利权)人：东丽株式会社，
类型：发明
国别省市：