成型用材料、由其獲得的成形制品以及該成形制品的制造方法
【專(zhuān)利摘要】提供：一種具有優(yōu)異的性能和優(yōu)異的外觀的聚對(duì)苯二甲酸丁二酯的碳纖維增強(qiáng)的成形制品；通過(guò)不會(huì)導(dǎo)致制造成本上升簡(jiǎn)單步驟制造該成形制品的方法；以及使該制造方法能夠?qū)崿F(xiàn)的成型用材料。一種成型用材料，其中，50至2,000質(zhì)量份的聚對(duì)苯二甲酸丁二酯粘附至易浸漬的碳纖維束，該易浸漬的碳纖維束包含100質(zhì)量份的碳纖維和3至15質(zhì)量份的至少一種滿(mǎn)足特定條件的浸漬助劑。
【專(zhuān)利說(shuō)明】成型用材料、由其獲得的成形制品以及該成形制品的制造 方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種其中聚對(duì)苯二甲酸丁二酯粘附至易浸漬的碳纖維束的成型用材 料，一種由該成型用材料獲得的機(jī)械性質(zhì)優(yōu)異的成形制品，以及該成形制品的制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 已知的用于獲得具有高強(qiáng)度并且脆性斷裂傾向于被抑制的樹(shù)脂材料的技術(shù)為利 用碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂以獲得復(fù)合材料。尤其是，利用碳纖維來(lái)增強(qiáng)作為基質(zhì)樹(shù)脂的熱塑性樹(shù) 脂而獲得的復(fù)合材料（該復(fù)合材料也被稱(chēng)作碳纖維增強(qiáng)的熱塑性樹(shù)脂，并且以下經(jīng)常簡(jiǎn)稱(chēng) 為CFRTP)在可加工性和再循環(huán)適合性方面是優(yōu)異的并且被期望用于各種領(lǐng)域。
[0003] 作為制造包含碳纖維和熱塑性樹(shù)脂的復(fù)合材料的方法，已知以粘度相對(duì)高的熔融 狀態(tài)的熱塑性樹(shù)脂浸漬碳纖維束以獲得復(fù)合材料的方法。在該制造方法中，為了避免由于 不充分浸漬而導(dǎo)致成型件的強(qiáng)度降低的麻煩，在通過(guò)升高環(huán)境溫度來(lái)降低熱塑性樹(shù)脂的熔 融粘度的條件下，在過(guò)高的壓力下，長(zhǎng)時(shí)間執(zhí)行以熱塑性樹(shù)脂對(duì)碳纖維束的浸漬處理是必 需的。在如此的高壓長(zhǎng)時(shí)間的浸漬處理中，一直存在例如增加制造成本的問(wèn)題。
[0004] 作為促進(jìn)將熱塑性樹(shù)脂浸漬到碳纖維束中的技術(shù)，公開(kāi)了以下方法：將碳纖維與 熱塑性樹(shù)脂纖維纏繞以制成纖維束，并向其施加熱和壓力以熔化熱塑性樹(shù)脂，以便促進(jìn)浸 漬的方法（專(zhuān)利文獻(xiàn)1);先以低分子量的熔融樹(shù)脂浸漬碳纖維束，然后再以高分子量的熱 塑性樹(shù)脂浸漬的方法（專(zhuān)利文獻(xiàn)2);以及在熔融樹(shù)脂浴中對(duì)碳纖維進(jìn)行開(kāi)纖并以該熔融樹(shù) 脂浸漬的方法（專(zhuān)利文獻(xiàn)3)等。此外，專(zhuān)利文獻(xiàn)4描述了促進(jìn)將熱塑性樹(shù)脂浸漬到碳纖維 自身的方法，該方法用于將碳纖維的上漿劑調(diào)整為與樹(shù)脂的潤(rùn)濕性良好的上漿劑。
[0005] 如上所述，在傳統(tǒng)的制造方法中，為了以熱塑性樹(shù)脂充分地浸漬增強(qiáng)纖維束，必需 在特殊條件下執(zhí)行單獨(dú)的浸漬步驟。因此，傳統(tǒng)方法仍然不能以CFRTP制品在各種應(yīng)用中 增加使用的低的制造成本來(lái)提供具有優(yōu)異的性能和外觀的CFRTP制品（成形制品），并且 無(wú)法充分地滿(mǎn)足每個(gè)領(lǐng)域?qū)FRTP的期望。尤其是，對(duì)于將聚對(duì)苯二甲酸丁二酯（以下有 時(shí)簡(jiǎn)稱(chēng)為PBT)用作熱塑性樹(shù)脂的CFRTP，期望其能夠應(yīng)用于諸如汽車(chē)部件的各種功能性部 件，并且期望上述問(wèn)題的盡快的解決方案。
[0006] 引用列表
[0007] 專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0008] 專(zhuān)利文獻(xiàn)IJP-A-3-121146
[0009] 專(zhuān)利文獻(xiàn) 2 JP-A-3-181528
[0010] 專(zhuān)利文獻(xiàn) 3 JP-A-5-112657
[0011] 專(zhuān)利文獻(xiàn) 4 JP-A-6-166961


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明要解決的問(wèn)題
[0013] 本發(fā)明的目的是提供一種具有優(yōu)異的性能和優(yōu)異的外觀的聚對(duì)苯二甲酸丁二酯 的碳纖維增強(qiáng)成形制品，一種不會(huì)發(fā)生制造成本上升的以簡(jiǎn)單步驟制造該成形制品的方 法，以及一種使該制造方法能夠?qū)崿F(xiàn)的成型用材料。
[0014] 解決問(wèn)題的手段
[0015] 在用于解決上述傳統(tǒng)問(wèn)題的調(diào)查中，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)包含特定化合物的碳纖維束 (以下，該纖維束被稱(chēng)作易浸漬的碳纖維）非常容易以塑煉的聚對(duì)苯二甲酸丁二酯進(jìn)行浸 漬。此外，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了以下令人驚訝的現(xiàn)象：當(dāng)將聚對(duì)苯二甲酸丁二酯粘附到易浸漬的 碳纖維束以獲得成型用材料并且使該成型用材料在聚對(duì)苯二甲酸丁二酯的塑煉溫度條件 下存在于成型模具中時(shí)，在分散該碳纖維束的同時(shí)該聚對(duì)苯二甲酸丁二酯浸漬到易浸漬的 碳纖維束中并且于模具內(nèi)鋪展。本發(fā)明人由此發(fā)現(xiàn)在不進(jìn)行任何與傳統(tǒng)技術(shù)一樣的、在獨(dú) 立步驟中以熱塑性樹(shù)脂浸漬增強(qiáng)纖維的處理的情況下，能夠制造具有優(yōu)異的性能和優(yōu)異外 觀的復(fù)合材料的成形制品，并完成了本發(fā)明。本發(fā)明的要點(diǎn)如下所示。
[0016] 1. 一種成型用材料，包含：易浸漬的碳纖維束，該易浸漬的碳纖維束包含碳纖維 和以100質(zhì)量份所述碳纖維計(jì)3至15質(zhì)量份的量的至少一種浸漬助劑，該至少一種浸漬助 劑滿(mǎn)足以下條件1和2 ;以及以100質(zhì)量份所述碳纖維計(jì)50至2000質(zhì)量份的量的聚對(duì)苯 二甲酸丁二酯，該聚對(duì)苯二甲酸丁二酯粘附到所述易浸漬的碳纖維束：
[0017] 條件I:280°C下液體的粘度為IOPa·S以下；
[0018] 條件2:玻璃化轉(zhuǎn)變溫度降低率（ΛTg)大于0. 2(°C/% )，該玻璃化轉(zhuǎn)變溫度降 低率（ATg)由下式（A)定義，該式（A)包括通過(guò)加入以100質(zhì)量份的聚對(duì)苯二甲酸丁二 酯計(jì)1質(zhì)量份至100質(zhì)量份的量的所述浸漬助劑而獲得的樹(shù)脂組合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度 Tg1CC)、所述聚對(duì)苯二甲酸丁二酯的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度TgtlCC)以及所述浸漬助劑的含量 (% )：
[0019] 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度降低率（ATg)(°C/%) = ((TgtlCC))_ (Tg1CC)ν(浸漬助劑的 含量（％)) (A)
[0020] 其中，所述所述浸漬助劑的含量（％)由下式（B)定義：
[0021] 浸漬助劑的含量（％)= 100Χ(浸漬助劑的量（質(zhì)量份）V(聚對(duì)苯二甲酸丁二 酯的量（質(zhì)量份））（B)。
[0022] 2.上述的成型用材料，其中，所述浸漬助劑是選自由磷酸酯和脂肪族羥基羧酸系 聚酯所組成的組中的一種以上。
[0023] 3.上述成型用材料，其中，所述磷酸酯為在常壓下沸點(diǎn)為340°C以上且在氮?dú)鈿?氛下在280°C下的加熱減量為2% /分鐘以下的芳香族磷酸酯。
[0024] 4.上述成型用材料，其中，所述芳香族磷酸酯由以下通式（1)表示：
[0025]

【權(quán)利要求】
1. 一種成型用材料，包含： 易浸漬的碳纖維束，該易浸漬的碳纖維束包含碳纖維和以100質(zhì)量份所述碳纖維計(jì)3 至15質(zhì)量份的量的至少一種浸漬助劑，該至少一種浸漬助劑滿(mǎn)足以下條件1和2 ;以及 聚對(duì)苯二甲酸丁二酯，以100質(zhì)量份所述碳纖維計(jì)，該聚對(duì)苯二甲酸丁二酯的量為50 至2000質(zhì)量份，并且該聚對(duì)苯二甲酸丁二酯粘附到所述易浸漬的碳纖維束： 條件I :280°C下液體的粘度為IOPa ? s以下； 條件2 :玻璃化轉(zhuǎn)變溫度降低率（A Tg)大于0. 2 (°C /%)，該玻璃化轉(zhuǎn)變溫度降低率 (ATg)由下式（A)定義，該式（A)包括通過(guò)加入以100質(zhì)量份的所述聚對(duì)苯二甲酸丁二 酯計(jì)1質(zhì)量份至100質(zhì)量份的量的所述浸漬助劑而獲得的樹(shù)脂組合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度 Tg1CC )、所述聚對(duì)苯二甲酸丁二酯的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度TgtlCC )以及所述浸漬助劑的含量 (% )： 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度降低率（ATg) (°C/% ) = ((TgtlCC))-(Tg1CC ))八浸漬助劑的含量 (%)) (A) 其中，所述所述浸漬助劑的含量（％)由下式（B)定義： 浸漬助劑的含量（％)= 100X (浸漬助劑的量（質(zhì)量份）V(聚對(duì)苯二甲酸丁二酯的 量（質(zhì)量份）） （B)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的成型用材料， 其中，所述浸漬助劑是選自由磷酸酯和脂肪族羥基羧酸系聚酯所組成的組中的一種以 上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的成型用材料， 其中，所述磷酸酯為在常壓下沸點(diǎn)為340°C以上且在氮?dú)鈿夥障略?80°C下的加熱減 量為2% /分鐘以下的芳香族磷酸酯。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的成型用材料， 其中，所述芳香族磷酸酯由以下通式（1)表示：
其中，R1至R12各自獨(dú)立地表示氫原子或具有1至4個(gè)碳原子的烷基， X 為結(jié)合鍵、-CH2-、-C(CH3) 2-、-S-、-SO2-、-〇-、-CO-或-N = N-， n為0或1的整數(shù),并且 m為0至5的整數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的成型用材料， 其中，所述脂肪族羥基羧酸系聚酯為選自由e -己內(nèi)酯、S -己內(nèi)酯、￠ -丙內(nèi)酯、Y-丁 內(nèi)酯、S-戊內(nèi)酯、Y-戊內(nèi)酯和庚醇內(nèi)酯中的每一個(gè)的均聚物，以及e-己內(nèi)酯、S-己內(nèi) 酯、3 _丙內(nèi)酯、Y-丁內(nèi)酯、S-戊內(nèi)酯、Y-戊內(nèi)酯和庚醇內(nèi)酯中的兩種以上的單體的共 聚物組成的組中的一種以上，所述均聚物的重均分子量為3, OOO至50, 000,并且所述共聚 物的重均分子量為3, 000至50, 000。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5任意一項(xiàng)所述的成型用材料，該成型用材料具有芯/鞘結(jié)構(gòu)，在 該芯/鞘結(jié)構(gòu)中，所述易浸漬的碳纖維束為芯組分，并且所述聚對(duì)苯二甲酸丁二酯為鞘組 分。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6任意一項(xiàng)所述的成型用材料， 其中，所述成型用材料為粒料形式。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的成型用材料， 其中，所述粒料的縱向長(zhǎng)度為3至10mm。
9. 一種成形制品，該成形制品由根據(jù)權(quán)利要求1至8任意一項(xiàng)所述的成型用材料獲得。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的成形制品， 其中，來(lái)自于所述易浸漬的碳纖維束的所述碳纖維以平均纖維長(zhǎng)度為〇. 3mm以上的狀 態(tài)分散。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的成形制品， 其中，所述碳纖維的含有率（質(zhì)量％ )與通過(guò)根據(jù)ISO 527標(biāo)準(zhǔn)對(duì)4_的啞鈴測(cè)試片 進(jìn)行檢測(cè)而確定的拉伸強(qiáng)度具有滿(mǎn)足下式（C)的關(guān)系： 碳纖維的含有率（質(zhì)量％ ) X 3+90 <拉伸強(qiáng)度（MPa) (C)。
12. -種用于制造根據(jù)權(quán)利要求9至11任意一項(xiàng)所述的成形制品的方法，該方法包 括： 在所述聚對(duì)苯二甲酸丁二酯的塑煉溫度以上的條件下將所述成型用材料放置在模具 中、以將所述聚對(duì)苯二甲酸丁二酯浸漬到所述成型用材料中的所述易浸漬的碳纖維束中； 在分解并分散所述易浸漬的碳纖維束的碳纖維束同時(shí)對(duì)所述成型用材料進(jìn)行成型；以 及 冷卻成型了的材料。
【文檔編號(hào)】C08L67/02GK104364299SQ201380030247
【公開(kāi)日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2013年6月4日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月6日
【發(fā)明者】松田猛, 橫溝穂高, 古川一光 申請(qǐng)人:帝人株式會(huì)社