碳纤维增强聚丙烯片材及其成型品制造技术

本发明专利技术涉及一种碳纤维增强聚丙烯片材，其包含质量平均纤维长度为1.5mm～20mm的碳纤维和含有聚丙烯及酸改性聚丙烯的基体树脂，其中，碳纤维呈单纤维状分散，并且碳纤维和基体树脂的界面剪切强度为5.50～10.5MPa。本发明专利技术提供一种包含不连续碳纤维和聚丙烯的碳纤维增强聚丙烯片材，其能成型复杂的形状，力学特性为各向同性，用于得到力学特性和耐冲击性优异的成型品。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】碳纤维增强聚丙烯片材及其成型品
本专利技术涉及碳纤维增强聚丙烯片材及其成型品。
技术介绍
由于碳纤维增强塑料(以下称为CFRP：CarbonFiberReinforcedPlastic)轻质且具有优异的机械特性，因此，在高尔夫球杆、钓鱼竿、球拍等运动用品材料、航空器用途中取得良好的成绩，近年来，在风车叶片、压力容器、建筑增强材料等产业领域中的应用也在逐步推进。另外，在电动汽车的开发活跃化、不断提升轻质化要求的汽车用途中，特别引人注目。对于现有CFRP而言，由于对高力学特性的要求，环氧树脂等热固性树脂为主流。然而，近年来针对使用加工周期快、生产率优异的热塑性树脂的CFRP，也积极地进行着研究。尤其是将轻质且廉价、耐水性及耐化学药品性均优异的聚丙烯用于基体树脂的CFRP(以下称为热塑性CFRP)，可期待在产业用途上的广泛应用。热塑性CFRP通常采用注射成型用的混合物颗粒形状或冲压成型用的片材形状等。尤其是使用不连续纤维的热塑性CFRP片材，生产率及赋形性优异，是以产业用途为关注焦点的材料形态。专利文献1公开了使热塑性树脂含浸在包含具有特定的纤维长度分布的不连续增强纤维的片材中而得到的片材状材料。另外，专利文献2公开了使热塑性树脂含浸在经无规取向的短切原丝(choppedstrand)中而得到的片材状材料。这些文献中所示的使用有热塑性CFRP片材的成型品显示出优异的力学特性。专利文献3公开了可提高不连续碳纤维和热塑性树脂的粘接性、兼具力学特性和耐冲击性的适于压制成型的材料。专利文献1：日本特开2010-235779号公报专利文献2：国际公开第2007/020910号专利文献3：日本特开2008-169344号公报专利文献4：日本特开2010-150358号公报专利文献5：日本特开2002-3616号公报非专利文献1：ChiangW.Y.AndHuangC.Y.,CompositesPolymer,4(1991),251.非专利文献2：Drzal,L.T.,Mater.Sci.Eng.A126(1990),289
技术实现思路
专利文献1或专利文献2记载的使用了热塑性CFRP片材的成型品显示出脆性破坏行为，期望提高耐冲击性。专利文献3记载的适于压制成型的材料的耐冲击性也不能说充分。本专利技术的课题在于，提供一种耐冲击性和力学特性的均衡性优异的不连续碳纤维增强聚丙烯片材。具体而言，本专利技术的课题在于，提供具有高力学特性、同时兼具高耐冲击性的不连续碳纤维增强聚丙烯片材及其成型品。为了解决上述课题，本专利技术的碳纤维增强聚丙烯片材具有如下构成。即，一种碳纤维增强聚丙烯片材，其包含质量平均纤维长度为1.5mm～20mm的碳纤维和含有聚丙烯及酸改性聚丙烯的基体树脂，碳纤维呈单纤维状分散，并且碳纤维和基体树脂的界面剪切强度为5.50～10.5MPa。另外，本专利技术的成型品具有如下构成。即，一种成型品，其是对上述碳纤维增强聚丙烯片材进行成型而得到的。对于本专利技术的碳纤维增强聚丙烯片材，优选基体树脂中包含0.1～5质量％的酸改性聚丙烯。对于本专利技术的碳纤维增强聚丙烯片材，在碳纤维增强聚丙烯片材所包含的碳纤维中，优选纤维长度超过5mm的碳纤维为20质量％以上且为75质量％以下、纤维长度小于2mm的碳纤维为1.0质量％以上且为25质量％以下。对于本专利技术的碳纤维增强聚丙烯片材，在碳纤维增强聚丙烯片材所包含的碳纤维中，优选纤维长度超过5mm的碳纤维为50质量％以上且为70质量％以下、纤维长度小于2mm的碳纤维为1.0质量％以上且为10质量％以下。对于本专利技术的碳纤维增强聚丙烯片材，在所述碳纤维的二维取向角度频数分布中，优选本说明书中所定义的每30°的相对频数的最大值为0.25以下、相对频数的最小值为0.090以上。对于本专利技术的碳纤维增强聚丙烯片材，碳纤维的体积含有率优选为10～40％。对于本专利技术的成型品，成型品中的本说明书中所定义的空隙率优选为3％以下。对于本专利技术的碳纤维增强聚丙烯片材，通过将碳纤维的纤维长度、碳纤维与聚丙烯界面的粘接性设定为特定的范围，而具有前所未知的特征，即，伴随纤维的拉扯的能量吸收变大、显示出高力学特性、同时显示出非常优异的耐冲击性。使用有该碳纤维增强聚丙烯片材的成型品适用于电气·电子设备的机箱或汽车的冲击吸收构件。具体实施方式本专利技术的碳纤维增强聚丙烯片材包含质量平均纤维长度为1.5mm～20mm的碳纤维和含有聚丙烯及酸改性聚丙烯的基体树脂，碳纤维呈单纤维状分散，并且碳纤维和基体树脂的界面剪切强度为5.50～10.5MPa。通过满足这些条件，可创造出用于力学特性和耐冲击性两者均优异的成型品的碳纤维增强聚丙烯片材。在用不连续纤维增强了的CFRP中，通过提高碳纤维和基体树脂的粘接来提高力学特性和耐冲击性的技术是普通技术(专利文献3、4、5、非专利文献1)。然而，根据本专利技术人等的研究表明，在具有一定纤维长度的不连续纤维中，通过赋予特定范围的界面粘接性，伴随纤维拉扯的能量吸收变大，显示出高力学特性，同时显示出非常优异的耐冲击性能。另一方面，如果使纤维长度过长，则不仅对复杂形状的赋形性降低，而且也会因纤维的弯曲或缠绕而导致力学特性降低。本专利技术发现纤维长度及界面剪切强度被特定的碳纤维增强聚丙烯片材可维持高赋形性、同时可兼具力学特性和耐冲击性，从而完成了本专利技术。这里，本专利技术中记载的力学特性是指弹性模量、强度、断裂应变等由静态力学试验得到的材料的物性值，与由动态力学试验得到的耐冲击性相区别。下面，进一步详细地说明本专利技术的碳纤维增强聚丙烯片材及其成型品。本专利技术的碳纤维增强聚丙烯片材需要将质量平均纤维长度设定为1.5mm以上且为20mm以下。这里，质量平均纤维长度表示将碳纤维的质量设定为100％时的经质量平均的纤维长度。由此，质量平均纤维长度可以表示碳纤维增强聚丙烯片材所包含的碳纤维的平均纤维长度。质量平均纤维长度(Lw)可用下式表示。Lw＝Σ(Li×Wi)·Li：测定得到的纤维长度(i＝1、2、3、···400)(单位：mm)·Wi：纤维长度Li的碳纤维的质量分率(i＝1、2、3、···400)(单位：质量％)如果碳纤维的质量平均纤维长度小于1.5mm，则碳纤维的增强效果低，不能得到充分的力学特性，而且，由于碳纤维和基体树脂界面的面积小，所以耐冲击性降低。在质量平均纤维长度超过20mm的情况下，在层叠工序或成型工序中厚度膨胀变大而操作性受损。进而，因碳纤维的分散性低而成为束状，成型品中含有空隙。而且有时因纤维弯曲、缠绕等原因而导致成型品的力学特性及耐冲击性降低。另外，在本专利技术的碳纤维增强聚丙烯片材所包含的碳纤维中，优选纤维长度超过5mm的碳纤维为20质量％以上且为75质量％以下、纤维长度小于2mm的碳纤维为1.0质量％以上且为25质量％以下。通过包含20质量％以上的纤维长度超过5mm的碳纤维，可得到力学特性和耐冲击性的均衡性优异的片材。另外，如果其为75质量％以下，则可抑制厚度方向的膨胀，可以实现提高生产率和减少空隙。如果包含1.0质量％以上的纤维长度小于2mm的碳纤维，则可改善赋形时的流动性。另外，如果其为25质量％以下，则力学特性和耐冲击性的均衡性优异。这里的碳纤维的质量比例表示将碳纤维设定为100％时的经质量平均的纤维长度的比例。在本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纤维增强聚丙烯片材，其包含质量平均纤维长度为1.5mm～20mm的碳纤维和含有聚丙烯及酸改性聚丙烯的基体树脂，碳纤维呈单纤维状分散，并且碳纤维和基体树脂的界面剪切强度为5.50～10.5MPa。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.01.10 JP 2012-0018101.一种碳纤维增强聚丙烯片材，其包含质量平均纤维长度为1.5mm～20mm的碳纤维和含有聚丙烯及酸改性聚丙烯的基体树脂，碳纤维呈单纤维状分散，并且碳纤维和基体树脂的界面剪切强度为5.50～10.5MPa，其中，基体树脂中含有0.1～5质量％的酸改性聚丙烯。2.如权利要求1所述的碳纤维增强聚丙烯片材，其中，在碳纤维增强聚丙烯片材所包含的碳纤维中，纤维长度超过5mm的碳纤维为20质量％以上且为75质量％以下，纤维长度小于2mm的碳纤维为1.0质量％以上且为25质量％以下。3.如权利要求1所述的碳纤维增强聚丙烯片材，其中，在碳纤维增强聚丙烯片材所包含的碳纤维中，纤维长度超过5mm的碳纤维为50质量％...

【专利技术属性】
技术研发人员：村松秀隆，平野启之，
申请(专利权)人：东丽株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP