纤维增强树脂制造技术

本发明专利技术提供轻量且力学特性优异的纤维增强树脂的多孔结构体

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】纤维增强树脂、多孔结构体、成型构件


[0001]本专利技术涉及包含增强纤维基材和热塑性树脂的纤维增强树脂
、
多孔结构体
、
成型构件
。

技术介绍

[0002]近年来，对于汽车
、
飞机
、
体育制品
、
电子设备等产业用制品，对轻量性的市场需求逐年提高
。
为了应对这种需求，具有优异轻量性和优异力学特性的多孔结构体被广泛应用于各种产业用途
。
但是，带有空隙的多孔结构体的轻量性优异，而另一方面则存在着压缩特性等力学特性大幅变差的问题
。
[0003]专利文献1中公开了由树脂
、
增强纤维和空隙形成的结构体的专利技术
。
通过增强纤维不连续
、
大致单丝状且随机地分散，从而因增强纤维的弹力而形成的空隙达到致密化，能够兼顾优异的轻量性和优异的力学特性
。
[0004]专利文献2中公开了包含纤维状填料的聚丙烯树脂挤出发泡体的专利技术
。
纤维状填料不仅在挤出方向取向，而且由于发泡单元的存在而在厚度方向取向，因此能够在厚度方向表现出优异的力学特性
。
另外，通过使用粘弹性特性优异的聚丙烯树脂，可以形成致密的独立气泡单元，能够兼顾优异的轻量性和优异的力学特性
。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1：国际公开第
2017/110532
号
[0008]专利文献2：国际公开第
2006/054715
号

技术实现思路

[0009]专利技术所要解决的问题
[0010]专利文献1中的结构体，由于增强纤维的弹力导致的结构体膨胀所伴有的伸长树脂断裂，因此增强纤维彼此仅在交织点处通过树脂而粘结，此外，树脂断裂的部分容易大幅度膨胀而成为不均匀的空隙结构，因此力学特性还有改善的余地
。
[0011]专利文献2中的挤出发泡体，由于增强纤维的断裂，纤维长度短的纤维比例大，增强效果不足
。
另外，由于是利用发泡材料使混炼后的纤维增强树脂发泡而形成，因此难以形成增强纤维彼此交叉而进行增强的结构，无法充分发挥增强纤维的增强效果
。
[0012]本专利技术是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供轻量且力学特性优异的纤维增强树脂的多孔结构体
。
[0013]解决问题的手段
[0014]为了解决上述问题，本专利技术是一种包含增强纤维基材和热塑性树脂的纤维增强树脂，增强纤维基材，将增强纤维的总量设定为
100
重量％时，包含
50
～
100
重量％的纤维长度为2～
10mm
的增强纤维，且热塑性树脂具有应变固化性
。
[0015]专利技术效果
[0016]根据本专利技术，可以得到轻量且具有优异的力学特性的纤维增强树脂的多孔结构体
。
附图说明
[0017]图1是显示本专利技术的纤维增强树脂中包含的增强纤维基材中增强纤维的分散状态的示意图
。
[0018]图2是用单轴拉伸粘度计测定的拉伸粘度与应变量的曲线的示意图
。
[0019]图3是显示本专利技术的多孔结构体的剖面结构的示意图
。
[0020]图4是将本专利技术的多孔结构体中由增强纤维和热塑性树脂形成的结构进行放大显示的示意图
。
[0021]图5是显示本专利技术的多孔结构体的面内方向
(
图
5(a))
及厚度方向
(
图
5(b))
的典型剖面结构的示意图
。
具体实施方式
[0022]以下，对本专利技术进行详细说明
。
[0023]<
纤维增强树脂
>
[0024]本专利技术是包含增强纤维基材和热塑性树脂的纤维增强树脂
。
增强纤维基材，将增强纤维的总量设定为
100
重量％时，包含
50
～
100
重量％的纤维长度为2～
10mm
的增强纤维
。
纤维长度为
2mm
以上的增强纤维的比例为
50
重量％以上时，增强纤维显示出充分的增强效果，得到的纤维增强树脂的力学特性提高
。
另外，在如后述那样利用增强纤维基材的弹力使其膨胀的情况下，增强纤维基材的体积变大，因此膨胀力提高
。
另一方面，纤维长度超过
10mm
的增强纤维的比例超过
50
重量％时，虽然膨胀力提高，但在得到的纤维增强树脂中，弯曲纤维的比例增加，因此力学特性降低
。
[0025]增强纤维的重均纤维长度
(Lw)
相对于数均纤维长度
(Ln)
之比
(Lw/Ln)
优选为1～
1.4
，更优选为1～
1.3。Lw/Ln
小表示纤维长度的偏差小
。
若纤维长度的偏差小，则容易均匀地形成后述的增强纤维相互交叉的纤维结构
。
纤维长度的分布可以通过如下方式计算，即通过燃烧
、
浸出等方法除去纤维增强树脂中的树脂成分，从残留的增强纤维中随机选择
400
根，测定其长度至
0.01mm
，在小数点后第2位进行四舍五入
。
[0026]<
增强纤维基材
>
[0027]增强纤维基材优选具有三维网状结构，该三维网状结构具有增强纤维相互交叉部分，在其多个增强纤维之间包含空隙
。
[0028]如果成为这样的结构，则通过利用加热使热塑性树脂熔融或软化，由此利用增强纤维基材的弹力使其膨胀变得容易，可以形成后述的多孔结构体
。
即，伴随着膨胀，处于熔融或软化状态的热塑性树脂变形，在由增强纤维形成的三维网状结构内形成将增强纤维相互粘结的筋状结构
。
与此同时，热塑性树脂的变形不随增强纤维基材的膨胀而变化的部分成为增强纤维和热塑性树脂都不存在的区域，即空隙，从而形成多孔结构
。
另外，通过增强纤维基材的弹力膨胀，形成增强纤维之间打开
、
只有树脂的部分被拉伸的状态，因此在树脂被拉伸的部分周围没有增强纤维，在没有增强纤维阻碍树脂的应变固化的情况下，可以充分获得树脂的应变固化性效果
。
[0029]作为具有三维网状结构的增强纤维基材的具体形态，可以列举无纺布状作为优选的形态，更具体而言，可以列举短切原丝毡
、
连续原丝毡
、
抄纸毡
、...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种纤维增强树脂，其为包含增强纤维基材和热塑性树脂的纤维增强树脂，其中，所述增强纤维基材，将增强纤维的总量设为
100
重量％时，包含
50
～
100
重量％的纤维长度为2～
10mm
的增强纤维，并且，热塑性树脂为结晶性树脂时在热塑性树脂的熔点
+30℃
的温度下
、
热塑性树脂为非晶性树脂时在
Tg+80℃
的温度下，以应变速度
1/sec
进行测定的单轴拉伸粘度测定中，由数学式1导出的应变量达到
4.0
时的拉伸粘度
η
Emax
，和由即将发生应变固化之前的拉伸粘度梯度以直线近似得到的应变量达到
4.0
时的近似拉伸粘度
η
Elin
所表示的应变固化度
(
η
Emax)/(
η
Elin)
为
1.1
以上，
[
数学式
1]Tg
为玻璃化转变温度
。2.
根据权利要求1所述的纤维增强树脂，相对于增强纤维与热塑性树脂的合计，包含3～
60
体积％的增强纤维，且所述增强纤维的重均纤维长度
Lw
与数均纤维长度
Ln
之比
Lw/Ln
为1～
1.4。3.
根据权利要求1或2所述的纤维增强树脂，所述应变固化度
(
η
Emax)/(
η
Elin)
为2以上且
20
以下
。4.
根据权利要求1～3中任一项所述的纤维增强树脂，所述热塑性树脂为结晶性树脂时在热塑性树脂的熔点
+30℃
的温度下
、
所述热塑性树脂为为非晶性树脂时在
Tg+80℃
的温度下，以应变速度
1/sec
进行测定的单轴拉伸粘度测定中，在由数学式1导出的应变量为0～
4.0
的区间内，以应变量
0.5
为单位进行划分时，各区间的起点值
η
Es
和终点值
η
Ee
用
(
η
Ee
‑
η
Es)/
η
Es≥0.05
表示
。5.
根据权利要求1～4中任一项所述的纤维增强树脂，所述热塑性树脂为结晶性树脂时在热塑性树脂的熔点
+30℃
的温度下
、
所述热塑性树脂为非晶性树脂时在
Tg+80℃
的温度下，以应变速度
1/sec
进行测定的单轴拉伸粘度测定中，具有应变固化性，以由数学式1导出的应变量计...

【专利技术属性】
技术研发人员：本田拓望，坂井秀敏，仙头裕一朗，
申请(专利权)人：东丽株式会社，
类型：发明
国别省市：