TWI617603B - 多孔性單一樹脂纖維複合材料及其製備方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種多孔性單一樹脂纖維複合材料，包括：第一纖維狀粒子；第二纖維狀粒子；以及粘著材料，用於使上述第一纖維狀粒子與上述第二纖維狀粒子相粘著，上述第一纖維狀粒子與上述第二纖維狀粒子借助上述粘著材料來相粘著，以形成具有氣孔的不規則的網眼結構，上述第一纖維狀粒子為包含第一聚酯類樹脂的聚酯類纖維，上述第二纖維狀粒子為包含第二聚酯類樹脂的聚酯類纖維，上述粘著材料包含第三聚酯類樹脂，上述第一纖維狀粒子的拉伸率高於上述第二纖維狀粒子的拉伸率，上述第二聚酯類樹脂的熔點高於上述第三聚酯類樹脂的熔點。

Description

多孔性單一樹脂纖維複合材料及其製備方法
本發明涉及多孔性單一樹脂纖維複合材料及其製備方法。
以往的熱塑性複合材料由呈現高剛性的玻璃纖維或碳纖維等高強度強化纖維和組成基質的熱塑性樹脂形成。由於這種熱塑性複合材料比普通熱塑性樹脂產品呈現高機械物性，因而被廣泛使用為汽車及建築用材料。以往的熱塑性複合材料的製備方式主要如下，即，在將強化纖維和熱塑性樹脂混合之後，通過擠壓和模壓工序來成形，最近，為了提高強度和生產性，首先通過採用幹式針刺工序或濕式抄紙工序來優先製備包含強化纖維的墊形態的材料，之後通過將樹脂浸漬於墊的方式來製備複合材料。
由於在強化纖維和熱塑性樹脂的複合材料中，強化纖維起到加固材料的作用，因而呈現優秀的機械強度。與普通的玻璃纖維及碳纖維等熱塑性樹脂不同，上述纖維強化複合材料使用具有高強度的纖維。在以如上所述的方式製備的複合材料中，熱塑性樹脂和強化纖維的成分互不相同，因而為了迴圈利用，必須額外實施對纖維和樹脂進行分離的工序。並且，當玻璃纖維在被成形為複合材料之後露出於表面時，可能在環境方面 或在處理性方面存在問題，因而需要進行塗敷膜或貼合無紡布等的額外的表面材料處理。並且，由於兩種材料形成纖維-基質(Fiber-Matrix)結構，因而材料之間的互換性低，藉此可能呈現出期待程度以下的強度。因此，當製備上述複合材料時，必須包含用於提高上述互換性的交聯劑等添加劑。因這種額外的多個工序，藉此存在使工序變得複雜且材料價格上升的問題。
本發明的一實施例提供不僅呈現優秀的機械強度、吸音性能、隔熱性及實現輕量化，而且還具有優秀的成形性的多孔性單一樹脂纖維複合材料。
本發明的另一實施例提供上述多孔性單一樹脂纖維複合材料的製備方法。
在本發明的一實施例中，提供如下的多孔性單一樹脂纖維複合材料，即，上述多孔性單一樹脂纖維複合材料包括：第一纖維狀粒子；第二纖維狀粒子；以及粘著材料，用於使上述第一纖維狀粒子與上述第二纖維狀粒子相粘著，上述第一纖維狀粒子與上述第二纖維狀粒子借助上述粘著材料來相粘著，以形成具有氣孔的不規則的網眼結構，上述第一纖維狀粒子為包含第一聚酯類樹脂的聚酯類纖維，上述第二纖維狀粒子為包含第二聚酯類樹脂的聚酯類纖維，上述粘著材料包含第三聚酯類樹脂，上述第一纖維狀粒子的拉伸率高於上述第二纖維狀粒子的拉伸率，上述第二聚酯類樹脂的熔點高於上述第三聚酯類樹脂的熔點。
在本發明的另一實施例中，提供如下的多孔性單一樹脂纖維 複合材料的製備方法，即，上述多孔性單一樹脂纖維複合材料的製備方法包括：將強化纖維及雙組分聚合物纖維分散於酸溶液中來準備漿料溶液的步驟；通過濕式抄紙工序由上述漿料溶液形成網的步驟；以及對所形成的上述網進行熱處理及乾燥來製備多孔性單一樹脂纖維複合材料的步驟，上述強化纖維包含第一聚酯類樹脂，上述雙組分聚合物纖維包含芯(core)部和鞘(sheath)部，上述芯部包含第二聚酯類樹脂，上述鞘部包含第三聚酯類樹脂，上述粘著材料包含第三聚酯類樹脂，上述第一纖維狀粒子的拉伸率高於上述第二纖維狀粒子的拉伸率，上述第二聚酯類樹脂的熔點高於上述第三聚酯類樹脂的熔點。
上述多孔性單一樹脂纖維複合材料呈現優秀的機械強度、吸音性能、隔熱性及實現輕量化，並具有環保性以及易於迴圈利用，並且降低生產成本以及具有優秀的成形性。
1‧‧‧第一纖維狀粒子
2‧‧‧第二纖維狀粒子
3‧‧‧粘著材料
4‧‧‧強化纖維
5‧‧‧雙組分聚合物纖維
5a‧‧‧芯部
5b‧‧‧鞘部
10‧‧‧多孔性單一樹脂纖維複合材料
20‧‧‧多孔性單一樹脂纖維複合材料
第1圖為本發明一實施例的多孔性單一樹脂纖維複合材料的簡要示意圖；第2圖為示出根據上述多孔性單一樹脂纖維複合材料的製備方法向強化纖維和雙組分聚合物加熱和施加壓力來製備本發明再一實施例的多孔性單一樹脂纖維複合材料的方式示意圖；第3圖為示意性地示出根據本發明另一實施例來說明的多孔性單一樹脂纖維複合材料板材的製備方法示意圖；第4圖為在實施例1中製備的板材的切割面的掃描電子顯微鏡(SEM)照片； 第5圖為在實施例1中製備的板材的表面的光學顯微鏡圖像；第6圖為在實施例2中製備的板材的表面的光學顯微鏡圖像；以及第7圖為在實施例3中製備的板材的表面的光學顯微鏡圖像。
以下，對本發明的實施例進行詳細的說明。但，這些實施例僅僅是作為例示所提出的，本發明並不限於此，本發明僅由後述的發明申請專利範圍的範疇所定義。
在本發明的一實施例中，提供如下的多孔性單一樹脂纖維複合材料，即，上述多孔性單一樹脂纖維複合材料包括：第一纖維狀粒子；第二纖維狀粒子；以及粘著材料，用於使上述第一纖維狀粒子與上述第二纖維狀粒子相粘著，上述第一纖維狀粒子與上述第二纖維狀粒子借助上述粘著材料來相粘著，以形成具有氣孔的不規則的網眼結構。
上述第一纖維狀粒子為包含第一聚酯類樹脂的聚酯類纖維，上述第二纖維狀粒子為包含第二聚酯類樹脂的聚酯類纖維，上述粘著材料包含第三聚酯類樹脂。
上述第一纖維狀粒子的拉伸率高於上述第二纖維狀粒子的拉伸率，上述第二聚酯類樹脂的熔點高於上述第三聚酯類樹脂的熔點。
上述第一纖維狀粒子可以為拉伸率達到約300%至約600%的拉伸聚酯類纖維，上述第二纖維狀粒子可以為0%無拉伸聚酯類纖維或拉伸率小於約300%的拉伸聚酯類纖維。
上述聚酯類纖維可以為聚對苯二甲酸乙二酯(PET)纖維。
例如，對於上述聚酯類纖維而言，可通過調節拉伸率來調節 纖維自身的機械強度及剛性。例如，若向聚酯類纖維的長度方向提高拉伸率，則使聚酯類纖維的結晶性上升，藉此提高機械強度及剛性。
可使用差示掃描量熱儀(differential scanning calorimeter，DSC，Perkin-Elmer，DSC8000)來測定對聚酯類樹脂的強度產生影響的結晶性。當利用差示掃描量熱儀進行測定時，在結晶性相關分析中，若△H(J/g)值越高，則可判斷為結晶性越高。
如上所述，若拉伸率上升，則因結晶性上升而使基於差示掃描量熱儀分析的△H值上升。由此，可根據拉伸率來對聚酯類樹脂的結晶性進行分析。
在上述多孔性單一樹脂纖維複合材料中，上述第一纖維狀粒子來包含拉伸率達到約300%至約600%的拉伸聚酯類纖維，藉此呈現優秀的機械強度及剛性，並可使熱成形時的收縮最小化。
在上述多孔性單一樹脂纖維複合材料中，與上述第一纖維狀粒子一同包含具有不同拉伸率的上述第二纖維狀粒子來補充彈性，藉此對外部衝擊有效減弱衝擊能量，由此可提高耐衝擊性或衝擊吸收能力。
在上述第一纖維狀粒子的一部分或全部及上述第二纖維狀粒子的一部分或全部塗敷有上述粘著材料成分。即，分別在上述第一纖維狀粒子及上述第二纖維狀粒子的粒子表面形成由上述粘著材料形成的塗敷部。
上述第一纖維狀粒子及上述第二纖維狀粒子的各個塗敷部被熔敷，藉此使上述第一纖維狀粒子與上述第二纖維狀粒子以不規則的方式相粘著。以如上所述的方式粘著的第一纖維狀粒子及第二纖維狀粒子可 形成具有氣孔的不規則的網眼結構。
第1圖為包括本發明一實施例的第一纖維狀粒子1、第二纖維狀粒子2及粘著材料3的多孔性單一樹脂纖維複合材料10的簡要示意圖。
上述多孔性單一樹脂纖維複合材料為強度、吸音隔音性能及隔熱性均優秀的複合材料。在上述多孔性單一樹脂纖維複合材料中，上述第一纖維狀粒子、上述第二纖維狀粒子及上述粘著材料均使用同種單一樹脂聚合物材料，因而樹脂之間的互換性(compatibility)非常優秀，由此，上述多孔性單一樹脂纖維複合材料可呈現非常優秀的強度。並且，上述多孔性單一樹脂纖維複合材料僅由聚合物材料形成，因而具有優秀的成形性，並易於迴圈利用。
上述多孔性單一樹脂纖維複合材料可根據後述的上述多孔性單一樹脂纖維複合材料的製備方法來製備，在以如上所述的方式製備的上述多孔性單一樹脂纖維複合材料中，第一纖維狀粒子及第二纖維狀粒子均勻地得到分散。
像這樣，若上述第一纖維狀粒子及第二纖維狀粒子均勻地分散於樹脂中，則以粘著材料作為介質來使第一纖維狀粒子與第二纖維狀粒子相互之間的結合力得到上升，使多孔性單一樹脂纖維複合材料呈現出更加優秀的強度。
如上所述，上述多孔性單一樹脂纖維複合材料不僅利用同種樹脂來提高樹脂之間的互換性，還基於所得出的分散性與強度之間的相關關係來提高第一纖維狀粒子及第二纖維狀粒子(出於方便，也稱之為“多個纖維狀粒子”)的分散性，藉此獲得協同效果，由此呈現出明顯提高的強度 特性。
作為對包含於上述多孔性單一樹脂纖維複合材料的多個纖維狀粒子的分散性是否得到提高進行確認的間接方法，存在對強度進行比較的方法。若上述多個纖維狀粒子的分散性得到提高，則最終使上述多孔性單一樹脂纖維複合材料的強度得到提高，因而，在使包含於上述多孔性單一樹脂纖維複合材料的第一纖維狀粒子、第二纖維狀粒子及粘著材料的種類及含量等不同條件維持恒定的情況下，可通過僅改變多個纖維狀粒子的分散性，例如，可在通過變更製備方法等來製備上述多孔性單一樹脂纖維複合材料之後，對強度進行比較。
隨著上述多孔性單一樹脂纖維複合材料呈現出優秀的機械強度，可以成形為厚度薄的板材或薄片，藉此實現輕量化。
在上述多孔性單一樹脂纖維複合材料中，還可將上述第一纖維狀粒子及上述第二纖維狀粒子製備成具有單方向取向性的薄片。像這樣，若向上述多孔性單一樹脂纖維複合材料的薄片賦予單方向取向性，則薄片將沿著被賦予上述取向性的方向具有高機械物性。這種薄片適合用作可向特定方向承受很大力量的材料。
在上述多孔性單一樹脂纖維複合材料中，作為形成第一纖維狀粒子及第二纖維狀粒子的聚合物纖維，上述聚酯類纖維的強度或熔點互不相同，因而通過對它們之間的含量比、各個強度或熔點的數值範圍進行適當調節，來精確地調節如上所述的強度、吸音隔音性能、隔熱性等所要達到的物性之間的關係，藉此可以設計出整體上呈現優秀性能的多孔性單一樹脂纖維複合材料。例如，由於上述粘著材料所包含的上述第三聚酯類 樹脂的熔點相對低，因而多孔性單一樹脂纖維複合材料具有低溫成形的特性。
為了使上述第一纖維狀粒子起到用於補充上述多孔性單一樹脂纖維複合材料強度的強化纖維的作用，則用於形成上述第一纖維狀粒子的第一聚酯類樹脂的強度相對要高。
為了使上述第二纖維狀粒子起到提高上述多孔性單一樹脂纖維複合材料的彈性和衝擊吸收性的作用，用於形成上述第二纖維狀粒子的第二聚酯類樹脂的強度和熔點要相對低於上述第一聚酯類樹脂的強度和熔點。
若參照後述的多孔性單一樹脂纖維複合材料的製備方法，則上述粘著材料相當於以上述第二纖維狀粒子為芯的雙組分纖維的鞘(sheath)部。上述雙組分纖維的鞘部在低溫下被熔融，藉此一部分向上述第一纖維狀粒子的表面轉移，為了利用粘著材料來使上述第一纖維狀粒子與上述第二纖維狀粒子相粘著，上述粘著材料的熔點相對要低。
上述聚酯類樹脂的強度與拉伸率存在關聯。若提高聚酯類樹脂的拉伸率，則使強度上升，相反，若降低拉伸率，則使強度下降。
在一實施例中，上述第一聚酯類樹脂的熔點可以為約200℃至約270℃。
在再一實施例中，上述第二聚酯類樹脂的熔點可以為約200℃至約270℃。
在另一實施例中，上述第三聚酯類樹脂的熔點可以為約100℃至約200℃。
可使用熱重分析(Thermogravimetric analysis，TGA，Pyris1)設備來對聚酯類樹脂的熔點進行測定。
上述多孔性單一樹脂纖維複合材料不使用玻璃纖維或碳纖維，而將聚合物纖維的多個纖維狀粒子作為強化纖維來使用，藉此無需額外的表面處理工序。不使用玻璃纖維或碳纖維的原因在於，在玻璃纖維或碳纖維露出於表面的情況下，會對人體有害，因而當製備複合材料時，需要通過表面處理工序來使玻璃纖維或碳纖維不露出於表面。相反，在上述多孔性單一樹脂纖維複合材料使用聚合物纖維的情況下，若聚合物纖維露出於表面，則對人體無害，藉此無需對表面進行處理。
並且，上述多孔性單一樹脂纖維複合材料通過使用聚合物纖維的多個纖維狀粒子來代替玻璃纖維或碳纖維，並使用呈現出相對低熱導率的作為熱塑性聚合物纖維的聚酯類樹脂，由此提高耐熱性。
並且，由於這種熱塑性聚合物纖維相對於玻璃纖維或碳纖維具有低比重，因而當對相同重量複合材料實施成形時，可以包含更多數量的纖維狀粒子，並使上述多孔性單一樹脂纖維複合材料形成為低密度的多孔性材料。由於具有基於纖維振動而使通過上述多孔性單一樹脂纖維複合材料的開放的氣孔進入的聲波減弱的效果，而適合用作吸音隔音材料。在用作這種吸音隔音材料的情況下，若上述多孔性單一樹脂纖維複合材料的氣孔率越高，且所含有的纖維的數量越多，則能量減弱效果越優秀。如上所述，上述多孔性單一樹脂纖維複合材料使用密度相對低於玻璃纖維或碳纖維密度的多個纖維狀粒子，因而以相同重量的複合材料為基準，複合材料內的纖維狀粒子的數量會增加，由此提高吸音隔音性能。尤其，相對於 玻璃纖維或碳纖維等硬質的強化纖維，由於熱塑性聚合物纖維的基於振動的自由度高，因而基於纖維振動的聲能減弱效果優秀。因此，上述多孔性單一樹脂纖維複合材料可具有更加優秀的吸音性能，並可有效地適用於要求優秀吸音性能的領域。
相對於玻璃纖維及碳纖維，上述熱塑性聚合物纖維的熱導率處於25%以下水準，因而上述多孔性單一樹脂纖維複合材料具有可使通過纖維傳遞的熱傳遞達到最小化的優點。由此，上述單一樹脂複合材料呈現出優秀的隔熱性能。
在一實施例中，在上述多孔性單一樹脂纖維複合材料中，第一纖維狀粒子的含量與第二纖維狀粒子和粘著材料的含量之和的重量比可以為約25：75至約60：40。第一纖維狀粒子的含量越上升，強度越優秀，但若達到規定含量水準以上，則提高的程度可能下降。上述含量範圍既有效確保基於第一纖維狀粒子的含量增加的強度提高效果，同時也是適合從第二纖維狀粒子獲得效果的含量範圍。
當通過後述的多孔性單一樹脂纖維複合材料的製備方法來製備多孔性單一樹脂纖維複合材料時，第二纖維狀粒子和粘著材料基於雙組分聚合物纖維。因此，在後述的多孔性單一樹脂纖維複合材料的製備方法中，可根據上述範圍對第一纖維狀粒子和雙組分聚合物纖維的含量進行調節，來製備具有上述含量比的多孔性單一樹脂纖維複合材料。
在另一實施例中，在上述多孔性單一樹脂纖維複合材料中，相對於100重量份的第二纖維狀粒子，可包含約40重量份至約250重量份的粘著材料。通過以上述含量比對第二纖維狀粒子和粘著材料的含量比進行 調節，來向上述第二纖維狀粒子和粘著材料適當地賦予粘著力和彈性，並可使它們維持優秀的分散性。
如上所述，在後述的多孔性單一樹脂纖維複合材料的製備方法中，可通過對雙組分聚合物纖維的芯部與鞘部的含量比進行調節，來呈現上述第二纖維狀粒子與上述粘著材料的含量比。
上述多孔性單一樹脂纖維複合材料的氣孔率可以為約30體積百分比至約80體積百分比。如上所述，上述多孔性單一樹脂纖維複合材料形成網眼結構，並形成開放的氣孔。具有上述範圍的氣孔率的多孔性單一樹脂纖維複合材料可維持強度，並可實現輕量化，並且，可以具有優秀的吸音隔音性能。
上述多孔性單一樹脂纖維複合材料可實現輕量化的相關內容如同上述，具體地，上述多孔性單一樹脂纖維複合材料的密度可以為約0.1g/cm3至約1.6g/cm3。
上述多孔性單一樹脂纖維複合材料能夠以符合所需用途的形態來製備，例如，可通過濕式抄紙工序等來製備成薄片。
上述多孔性單一樹脂纖維複合材料的薄片可製備成具有適合所需用途的重量，例如，可製備成具有約50g/m2至約1200g/m2重量的薄片。
上述第一纖維狀粒子的截面直徑可以為約5μm至約40μm。具有上述範圍粗細的第一纖維狀粒子既可以適當地賦予強度，又可確保取向性及分散性。包含具有上述範圍粗細的第一纖維狀粒子的上述多孔性單一樹脂纖維複合材料對外部衝擊具有強承受力，在根據後述的上述多孔性單一樹脂纖維複合材料的製備方法來製備上述多孔性單一樹脂纖維複合材 料的情況下，當使第一纖維狀粒子分散於水溶液中時，使上述第一纖維狀粒子在水溶液中具有適當的氫化性(Hydroentangle property)，藉此可易於形成薄片。
上述第一纖維狀粒子的長度可以為約6mm至約24mm，具體地，可以為約12mm至約24mm。具有上述範圍長度的第一纖維狀粒子既可以適當地賦予強度，又可以確保取向性及分散性，並且，通過適當地向多個纖維狀粒子之間賦予結合力，使上述多孔性單一樹脂纖維複合材料具有優秀的強度，並且在纖維過長的情況下，防止纖維在凝結的過程中分散性下降的現象，適合形成薄片。
上述第二纖維狀粒子的截面直徑可以為約5μm至約30μm。具有上述範圍粗細的第二纖維狀粒子既可適當地賦予強度，又可確保取向性及分散性。包含具有上述範圍粗細的第二纖維狀粒子的上述多孔性單一樹脂纖維複合材料具有優秀的強度特性，在根據後述的上述多孔性單一樹脂纖維複合材料的製備方法來製備上述多孔性單一樹脂纖維複合材料的情況下，當使第一纖維狀粒子分散於水溶液中時，使上述第一纖維狀粒子在水溶液中具有適當的氫化性，可易於形成薄片。
上述第二纖維狀粒子的長度可以為約3mm至約6mm。具有上述範圍的長度的第二纖維狀粒子既可以適當地賦予強度，又可以確保取向性及分散性，並且，通過適當地向多個纖維狀粒子之間賦予結合力，藉此使上述多孔性單一樹脂纖維複合材料具有優秀的強度，並且在纖維過長的情況下，防止纖維因凝結成繩(rope)狀而導致分散性下降的現象，因而適合形成薄片。
纖維長度越短，則越可提高水溶液中的分散性，但具有強度下降的傾向。通過對具有上述長度範圍的第一纖維狀粒子和上述第二纖維狀粒子進行組合，藉此呈現出優秀的分散性以及優秀的強度特性。
由於上述第一纖維狀粒子需要執行強化纖維的功能，藉此可使用長度長於上述第二纖維狀粒子長度的纖維。
如上所述，當以如上述例示的方式選擇第二聚酯類樹脂及第三聚酯類樹脂時，需要滿足第二聚酯類樹脂的熔點高於第三聚酯類樹脂的熔點的條件。
並且，為了使在後述的多孔性單一樹脂纖維複合材料的製備方法中所使用的雙組分聚合物纖維的芯部及鞘部材料滿足上述條件，可以分別選擇第二聚酯類樹脂及第三聚酯類樹脂。
具體地，上述第二聚酯類樹脂的熔點可以為約160℃以上。更加具體地，上述第二聚酯類樹脂的熔點可以為約200℃至約400℃。通過使第二聚酯類樹脂具有上述範圍的熔點，藉此當低溫成形時，可使粘著材料即便在被熔融之後也維持纖維狀。在上述第二聚酯類樹脂的熔點小於160℃的情況下，為了維持纖維狀而存在如下隱患，即，需要過於降低熱成形溫度，或者日後包含上述第二聚酯類樹脂的上述多孔性單一樹脂纖維複合材料的熱穩定性下降而可能導致尺寸變形或聚合物變質等。並且，由於與第三聚酯類樹脂的溫差過小，因而可能難以控制成形溫度。
具體地，上述第三聚酯類樹脂的熔點可小於約200℃。上述粘著材料起到捆綁第一纖維狀粒子和第二纖維狀粒子的作用，使形成上述粘著材料的上述第三聚酯類樹脂的熔點低於第二聚酯類樹脂的熔點，由於 若具有比較低的熔點，則可在低溫下被熔融，藉此可確保低溫成形性。因此，作為上述粘著材料，例如，可使用低熔點聚酯等。由於上述低熔點聚酯可在比普通聚酯低的溫度下，即，在約100℃至約140℃之間的溫度下被熔融，因而可根據所需的成形溫度來選擇低熔點聚酯，具體地，可選擇低熔點聚對苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Terephthalate)。
作為通過對聚對苯二甲酸乙二醇酯進行改性來獲得低熔點聚對苯二甲酸乙二醇酯的方法之一，有著向聚對苯二甲酸乙二醇酯追加共聚單體的方法。聚對苯二甲酸乙二醇酯包含鄰苯二甲酸酯(phthalate)單位，在鄰苯二甲酸酯單位中，苯環與酯形成1，4-(對位(para))結合。在聚對苯二甲酸乙二醇酯中，若以形成1，2-(鄰位(ortho))和/或1，3-(間位(meta))結合的鄰苯二甲酸(phthalic)單位和/或間苯二甲酸(isophthalic)單位來取代形成上述1，4-(對位)結合的鄰苯二甲酸酯單位的一部分，則因結晶性下降而使熔點下降，藉此可獲得低熔點聚對苯二甲酸乙二醇酯。
例如，上述粘著材料可以為在聚對苯二甲酸乙二醇酯中的超過0至約50摩爾百分比的上述鄰苯二甲酸酯單位被鄰苯二甲酸(phthalic)單位和/或間苯二甲酸(isophthalic)單位所取代的低熔點聚對苯二甲酸乙二醇酯，具體地，上述粘著材料可以為約20摩爾百分比至約40摩爾百分比的上述鄰苯二甲酸酯單位被鄰苯二甲酸(phthalic)單位和/或間苯二甲酸(isophthalic)單位所取代的低熔點聚對苯二甲酸乙二醇酯。
作為通過對聚對苯二甲酸乙二醇酯進行改性來獲得低熔點聚對苯二甲酸乙二醇酯的另一種方法，可通過以高碳數鏈的甘醇(glycol)來代替作為形成聚對苯二甲酸乙二醇酯的乙烯單位的單體的乙二醇 (ethylene glycol)的一部分。例如，當合成聚酯樹脂時，作為上述第三聚酯樹脂可使用通過將環己烷二甲醇(cyclohexane dimethanol，CHDM)與乙二醇一同共聚來獲得的改性的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET-G，Polyethylene terephthalateglycol-modified)。在改性的聚對苯二甲酸乙二醇酯中，基於環己烷二甲醇的單位的長度與在聚對苯二甲酸乙二醇酯中相鄰的乙烯單位的長度不一致，而發生介面，這些介面妨礙結晶化，藉此起到降低聚對苯二甲酸乙二酯的熔點的作用，並形成為非晶質。作為為了降低聚對苯二甲酸乙二醇酯的熔點而可與乙二醇一同使用的共聚單體，除了環己烷二甲醇之外，還可使用丙二醇(trimethylene glycol)或2-甲基丙二醇(2-methyltrimethyleneglycol)等具有高碳數鏈的甘醇。
在另一實施例中，上述第二聚酯類樹脂的比重約大於1。當根據多孔性單一樹脂纖維複合材料的製備方法來製備多孔性單一樹脂纖維複合材料時，使雙組分聚合物分散於酸溶液中，此時，只有使用比重大於1的材料，才可提高分散性以及易於形成網狀結構，其中，1為水的比重。因此，上述雙組分聚合物纖維的芯部可以為比重大於1的聚酯類樹脂。
上述複合材料的多孔性單一樹脂纖維可以製備成密度為約0.2g/cm3至約1.6g/cm3的板材。
能夠以將多孔性單一樹脂纖維複合材料以規定水準壓縮的狀態來製備上述板材。例如，可在使通過濕式抄紙工序以單張薄片形態獲得的上述多孔性單一樹脂纖維複合材料薄片層疊多張之後，通過沖壓成形來獲得上述板材。
以多級工序來執行上述沖壓成形工序，通過以交替的方式執 行熱處理工序，藉此進一步提高粘著材料的分散性。例如，在對層疊多張的上述多孔性單一樹脂纖維複合材料薄片進行沖壓成形之後使其升溫，之後重新在常溫下進行沖壓成形，最終獲得板材。通過在沖壓工序之間執行上述熱處理工序，來使熱量易於傳遞至板材的中心部，藉此使粘著材料均勻地得到熔融，由此可形成均勻的分佈。像這樣，可通過使粘著材料均勻地分散，來使板材的物性整體上獲得非常均勻的特性。
上述沖壓成形能夠以80%至95%的壓縮率來執行。通過上述沖壓成形來調節纖維的壓縮密度，藉此可呈現出優秀的強度及吸音特性。
上述板材包括氣孔結構。通常，通過在混合原料後進行擠壓，並且，通過模壓工序製備的複合材料難以形成氣孔結構，相反，由於利用多孔性單一樹脂纖維複合材料來製備上述板材，藉此形成氣孔結構。
具體地，上述板材的氣孔率可以為約40體積百分比至約80體積百分比。通過使上述多孔性單一樹脂纖維複合材料的板材具有上述範圍的氣孔率，藉此可以使上述多孔性單一樹脂纖維複合材料的板材的強度、耐衝擊性及吸音性的特性均達到優秀。
上述多孔性單一樹脂纖維複合材料的板材處於上述多孔性單一樹脂纖維複合材料被壓縮的狀態，因此應理解成上述多孔性單一樹脂纖維複合材料的板的結構在維持第1圖中的多孔性單一樹脂纖維複合材料結構的狀態下僅僅被壓縮。
具體地，能夠以使上述板材的密度達到約0.2g/cm3至約1.6g/cm3的方式執行沖壓成形來製備板材。通過壓接製備來使板材的密度達到上述範圍，藉此可呈現優秀的強度。
在以如上所述的方式通過壓縮製備的上述多孔性單一樹脂纖維複合材料的板材中，多個纖維粒子具有優秀的分散率，藉此可使板材整體上具有均勻的優秀的機械物性。例如，即使在多個位置對上述板材的衝擊強度特性進行評價，也呈現出均勻的優秀的衝擊強度結果。具體地，在針對上述板材執行基於美國材料與試驗協會(ASTM)D3763基準的落球衝擊試驗後得出的衝擊強度中，在一個板材中得出的衝擊強度的最大值與最小值之差可以為約0.2J/mm以下。也就是說，這表示在上述板材中從任意2個位置測定出的基於美國材料與試驗協會D3763的衝擊強度之差可以為約0.2J/mm以下。
上述板材為既可呈現出拉伸、彎曲及衝擊強度等高機械強度，又因密度低而可實現輕量化的材料，藉此有效地應用到需要這種特性的汽車及建築用材料。並且，上述板材可滿足這種汽車及建築用材料所需的優秀的吸音隔音性能條件。
並且，上述板材為以單一聚合物為主要成分來組成的材料，因而在無需額外的雙重分離工序的情況下容易迴圈利用，並且因未使用玻璃纖維而在作業時板材呈現出優秀的處理性。
並且，如上所述，上述板材以被壓縮的狀態來製成，具有即使之後升溫也不膨脹的特徵。
上述多孔性單一樹脂纖維複合材料的板材可根據後述的上述多孔性單一樹脂纖維複合材料的製備方法來製備，上述板材由第一纖維狀粒子及第二纖維狀粒子得到均勻分散的上述多孔性單一樹脂纖維複合材料製備，因而多個纖維狀粒子的分散性很優秀，並且，第一纖維狀粒子、 第二纖維狀粒子及粘著材料均使用單一樹脂，因而提高各成分之間的互換性，而提高結合力。像這樣，上述第一纖維狀粒子及第二纖維狀粒子得到均勻分散，且提高各種成分的結合力，因而提高多孔性單一樹脂纖維複合材料的板材的強度。
上述多孔性單一樹脂纖維複合材料的板材根據以如上所述的方式得出的分散性或互換性與強度之間的相關關係，來提高多個纖維狀粒子的分散及互換性，而發揮優秀的強度特性。
作為用於確認上述多孔性單一樹脂纖維複合材料的板材所包含的多個纖維狀粒子的分散性是否得到提高的方法，例如有利用色差計來對上述多孔性單一樹脂纖維複合材料的板材的截面進行評價的方法。上述多個纖維狀粒子的分散性越優秀，則因凝結的部分少而會更加均勻地呈現出白色，相反，在上述多個纖維狀粒子的分散性下降的情況下，因上述多個纖維狀粒子相互凝結而重疊的部分增多，藉此使這些部分呈現出更深的顏色。可利用色差計來對這種差異進行評價。
用於確認上述多孔性單一樹脂纖維複合材料的板材所包含的多個纖維狀粒子的分散性是否得到提高的間接方法有對強度進行比較的方法。若上述多個纖維狀粒子的分散性得到提高，則最終會使上述多孔性單一樹脂纖維複合材料的板材的強度得到提高，因而在使包含於上述多孔性單一樹脂纖維複合材料的板材的第一纖維狀粒子、第二纖維狀粒子及粘著材料的種類及含量等不同條件維持恒定的情況下，通過僅改變多個纖維狀粒子的分散性來對強度進行比較，例如，可在通過改變製備方法等來製備上述多孔性單一樹脂纖維複合材料的板材之後，對強度進行比較。
並且，如上所述，可由向多個纖維狀粒子賦予單方向取向性來製備的多孔性單一樹脂纖維複合材料製備上述多孔性單一樹脂纖維複合材料的板材。首先，借助上述粘著材料使上述第一纖維狀粒子與上述第二纖維狀粒子相粘著，來製備形成具有氣孔的不規則的網眼結構的複合材料薄片，之後使多張複合材料薄片層疊並通過沖壓成形來製備上述多孔性單一樹脂纖維複合材料板材，在此情況下，若向上述複合材料薄片的多個纖維狀粒子賦予單方向取向性，則複合材料薄片沿著被賦予上述取向性的方向具有高機械物性。在使這種複合材料薄片單方向層疊之後經過沖壓成形所獲得的多孔性單一樹脂纖維複合材料的板材可沿著特定方向承受很大的力量。
可將上述多孔性單一樹脂纖維複合材料的板材製成具有適合所需用途的重量，例如，可具有約600g/m2至約3000g/m2的稱量，例如，可具有約900g/m2至約1400g/m2(修改)的稱量。
上述複合材料多孔性單一樹脂纖維複合材料的板材的厚度可以為約2mm至約8mm。
在本發明的另一實施例中，提供如下的多孔性單一樹脂纖維複合材料的製備方法，即，上述多孔性單一樹脂纖維複合材料的製備方法包括：將強化纖維及雙組分聚合物纖維分散於酸溶液中來準備漿料溶液的步驟；通過濕式抄紙工序由上述漿料溶液形成網的步驟；以及對所形成的上述網進行熱處理及乾燥來製備多孔性單一樹脂纖維複合材料的步驟。
上述強化纖維包含第一聚酯類樹脂，上述雙組分聚合物纖維包含芯部和鞘部，上述芯部包含第二聚酯類樹脂，上述鞘部包含第三聚酯 類樹脂，上述第一聚酯類樹脂的強度或熔點與上述第二聚酯類樹脂的強度或熔點不同，上述第一聚酯類樹脂的強度或熔點與上述第三聚酯類樹脂的強度或熔點不同，上述第二聚酯類樹脂的強度或熔點與上述第三聚酯類樹脂的強度或熔點不同，其中，上述第二聚酯類樹脂的熔點高於上述第三聚酯類樹脂的熔點。
可利用上述多孔性單一樹脂纖維複合材料的製備方法來製備前述的上述多孔性單一樹脂纖維複合材料。
第2圖為示出根據上述多孔性單一樹脂纖維複合材料的製備方法向強化纖維4和雙組分聚合物纖維5加熱和施加壓力來製備多孔性單一樹脂纖維複合材料20的方式的圖。
上述強化纖維4可以為前述的由上述第一聚酯類樹脂形成的上述第一纖維狀粒子。因此，對於上述強化纖維4的詳細說明如同對上述第一纖維狀粒子的說明。
上述雙組分聚合物纖維5包含芯部5a和鞘部5b，上述芯部5a包含第二聚酯類樹脂，上述鞘部5b包含第三聚酯類樹脂。
對於上述第一聚酯類樹脂、第二聚酯類樹脂及第三聚酯類樹脂的詳細說明如同上述內容。
在上述熱處理及乾燥步驟中，上述鞘部的第三聚酯樹脂被熔融，藉此以熱熔敷的方式使上述強化纖維與上述雙組分聚合物纖維相粘著，由此形成具有氣孔的不規則的網眼結構。
上述鞘部的第三聚酯類樹脂首先以對上述芯部進行塗敷的狀態存在，之後在上述熱處理及乾燥步驟中得到熔融並轉移到上述強化纖 維，來對一部分或整個強化纖維進行塗敷，隨著熔融狀態得到固化，上述鞘部起到用於使上述雙組分纖維的芯部及上述強化纖維相粘著的粘著材料的作用。
像這樣，由於上述鞘部起到粘著材料的作用，在上述多孔性單一樹脂纖維複合材料的製備方法中可以無需另外使用額外的粘著材料。
通過使形成上述雙組分聚合物纖維的鞘部的熱塑性樹脂具有比較低的熔點，藉此具有可以在低溫下成形的優點。
可通過改變上述雙組分聚合物纖維中的芯部和鞘部的含量來對多孔性纖維強化複合材料的氣孔率、向強化纖維轉移的塗敷程度等進行調節。
例如，在雙組分聚合物纖維中，相對於100重量份的上述芯部，上述鞘部的重量可達到約40重量份至約250重量份。
在上述多孔性單一樹脂纖維複合材料的製備方法中，使由作為呈現化學疏水性的熱塑性樹脂的聚酯類樹脂製備的雙組分聚合物纖維分散於酸溶液中，來製備上述多孔性單一樹脂纖維複合材料，不僅如此，還使雙組分聚合物纖維包含芯部和鞘部，並提高芯部的比重，藉此呈現出優秀的分散性。如上所述，若使上述雙組分聚合物纖維的芯部的比重大於1，則在水溶液中進行攪拌過程中，可有效提高分散率。
通過使用上述鞘部經過表面處理的上述強化纖維及上述雙組分聚合物纖維，可進一步提高在酸溶液中的分散性，最終，可製備出分散性更為優秀的多孔性單一樹脂纖維複合材料板材。
對上述強化纖維及上述雙組分聚合物纖維的鞘部進行的表 面處理可通過如下方式進行，即，可向表面引入氟基(fluoro)、羥基(hydroxyl)、羧基(carboxyl)、烷基(alkyl)等官能團或可由塗敷劑進行塗敷。例如，當製備強化纖維及雙組分纖維聚合物纖維時，利用浸漬工序等，與上述強化纖維表面或者與上述雙組分纖維的聚合物纖維的鞘部的表面相互作用來使可引入上述官能團的表面處理劑與纖維進行反應，由此可製備出強化纖維及雙組分纖維聚合物纖維。
具體地，借助在製備上述強化纖維及上述雙組分聚合物纖維時可使用的表面處理劑或塗敷劑來對上述強化纖維或雙組分聚合物纖維進行矽烷處理，藉此提高纖維之間的結合力，或可經過碳化(Carbonization)來提高耐熱性，或可經過水解(Hydrolysis)來提高親水性，或可經過氧化(Oxidation)來提高水分散性。
例如，可使用氟類蠟(例如，全氟辛酸(PFAO)等)、烴類蠟、矽類聚合物等來作為表面處理劑。
根據成分，塗敷劑可以賦予親水性/疏水性、拒水性、阻燃性、不燃性、耐熱性、耐酸性、耐鹼性、耐久性、耐污染性等特性。具體地，作為塗敷劑，可使用氟類蠟(例如，全氟辛酸等)、烴類蠟等拒水劑和矽類聚合物增容劑(Compatibilizer)等。
可根據所要製備的多孔性單一樹脂纖維複合材料所要達到的物性，來對強化纖維雙組分聚合物成分的含量比進行調節。
例如，上述強化纖維與上述雙組分聚合物成分的重量比可以為約25：75至約60：40。
具體地，在上述多孔性單一樹脂纖維複合材料的製備方法 中，可使在每1L的上述酸溶液混合的上述強化纖維及上述雙組分聚合物纖維的含量總和達到約0.1g至約10g。通過以上述範圍的含量來對上述強化纖維及上述雙組分聚合物纖維的纖維總量進行調節，可以維持優秀的分散性，藉此可製備成厚度均勻的薄片，並可基於優秀的分散性來確保物性。
上述酸溶液的pH可以為約1至約4。通過以上述範圍來對上述酸溶液的pH進行調節，藉此使作為玻璃纖維組合物的二氧化矽(SiO2)或氧化鋁(Al2O3)、氧化硼(B2O5)不被強酸化學分解，並使玻璃纖維表面發生電荷，使分散性進一步得到提高。
在上述多孔性單一樹脂纖維複合材料的製備方法中，在使至少2張製備成薄片形狀的上述複合材料薄片層疊之後，通過沖壓成形來可將上述多孔性單一樹脂纖維複合材料製備成板材。
上述多孔性單一樹脂纖維複合材料的製備方法還可包括攪拌上述漿料溶液的步驟。通過還執行攪拌上述漿料溶液的步驟，可進一步提高分散性。
在上述多孔性單一樹脂纖維複合材料的製備方法中，對所形成的上述網進行熱處理及乾燥的步驟可在約100℃至約180℃的溫度下執行。上述溫度範圍以雙組分纖維的鞘部開始被軟化(Softening)或被熔融的溫度為基準而定。在上述溫度低於100℃的情況下，難以進行水分乾燥，並且還無法使雙組分聚合物纖維(鞘部)充分地得到軟化，藉此在以複合材料薄片的形狀乾燥之後，水分殘留或導致複合材料薄片難以具有固定的性狀。相反，在上述溫度高於180℃的情況下，雙組分聚合物纖維的鞘部完全被熔融，藉此難以均勻地從雙組分纖維向強化纖維轉移。並且，在溫度達 到熔融溫度以上的情況下，還存在引起雙組分聚合物纖維的鞘部聚合物變質的隱患。
通過適當地調節雙組分聚合物纖維的芯部截面直徑，並在適當的熱處理溫度下進行熱處理及乾燥，藉此使雙組分聚合物纖維的芯不被熔融，而包含於由纖維狀粒子製備的多孔性單一樹脂纖維複合材料的板材中。
在執行上述濕式抄紙工序的過程中，在纖維均勻混合於漿料溶液之後，沿著隨輸送帶移動的網眼形成水刺網(Hydro-entangled web)，在多個纖維沿著網眼上升的過程中，通過賦予傾斜度，藉此使所製成的上述複合材料薄片具有取向性。像這樣，通過使被賦予取向性的複合材料薄片層疊而獲得的上述多孔性單一樹脂纖維複合材料的板材向纖維成分賦予單方向取向性，藉此更加強化對其單方向的強度。
像這樣，能夠以與所需的用途相符的方式選擇性地向上述多孔性單一樹脂纖維複合材料的板材賦予取向性。
例如，當纖維從流漿箱向輸送帶移送並形成複合材料薄片時，能夠以如下方式設計工序，即，通過向形成上述複合材料薄片的部分賦予傾斜度(inclined web formation)，藉此相對於具有平面性的輸送帶，可使纖維容易向縱向(MD，Machine direction)臥倒。可將方向性分為縱向(Machine direction)和橫向(CD，Cross direction)來賦予，相對於橫向，更容易向縱向賦予方向性。
上述漿料溶液還可包含交聯劑或者額外的粘結劑等添加劑。
上述交聯劑起到強化強化纖維與雙組分聚合物纖維之間的 化學結合力的作用，例如，可使用矽烷類化合物、馬來酸類化合物等。
相對於100重量份的纖維(強化纖維和雙組分聚合物纖維之和)總量，上述交聯劑的含量可以為約0重量份至約5重量份。
作為上述額外的粘結劑可使用：澱粉、酪蛋白、聚乙烯醇(PVA)、羧甲基纖維素鈉(CMC)等水溶性聚合物；聚乙烯、聚丙烯、聚醯胺等乳劑類；水泥類、硫酸鈣類黏土(Clay)、矽酸鈉、矽氧化鋁、矽酸鈣的無機化合物等。
相對於100重量份的纖維(強化纖維和雙組分聚合物纖維之和)總量，上述額外的粘結劑的含量可以為約0重量份至約5重量份。
上述多孔性單一樹脂纖維複合材料的板材由至少2張以上的多張複合材料薄片經過壓接而成，具體地，能夠以與最終產品所要達到的單位面積重量相對應的方式確定層疊數量。例如，若使用上述複合材料薄片的產品的最終單位面積重量為1200g/m2，則在大致使2張至12張複合材料薄片層疊之後，通過加熱和施加壓力來進行熱沖壓成形，由此可製備出多孔性單一樹脂纖維複合材料的板材。
可在可使上述雙組分纖維的鞘部被熔融但不使芯部被熔融的溫度下，執行上述熱沖壓成形。若在這種溫度範圍內執行上述沖壓成形，則鞘部被熔融，藉此使上述複合材料薄片之間的介面得到熔敷。
具體地，上述熱沖壓成形以如下方式進行，即，在約100℃至約180℃的溫度下施加約1bar至約30bar的壓力來對上述複合材料薄片實施疊壓並成形，由此可製備出多孔性單一樹脂纖維複合材料的板材。
借助雙帶沖壓成形來以可連續製備多孔性單一樹脂纖維複 合材料的板材的方式執行上述熱沖壓成形。
根據另一實施例，能夠以如下方式製備上述多孔性單一樹脂纖維複合材料的板材。首先，在配合強化纖維及雙組分聚合物纖維之後，在含有添加劑的水溶液中對經過配合的多個纖維進行攪拌，在經過攪拌過程之後，向可形成網的流漿箱(head box)進行移送。流漿箱內的漿料在經過真空吸氣系統的過程中形成水刺網，這在經過乾燥器的過程中製備成薄片形態的複合材料薄片。為了日後容易實施熱成形，將上述複合材料薄片的每平方米重量設定為約50g至約600g。為了可使雙組分聚合物纖維的鞘部起到粘結劑的作用，根據鞘部材料，將乾燥溫度設定為約100℃至約180℃。在根據用途對製備出的複合材料薄片進行切割之後，實施層疊並通過熱壓接沖壓來製備出厚度為約2mm至約8mm的板狀多孔性單一樹脂纖維複合材料的板材。
例如，可在約200℃的溫度下對上述多孔性單一樹脂纖維複合材料的板材進行加熱，之後重新向常溫的沖壓單元移送並進行沖壓成形來製成厚度為2~4mm的板材。
第3圖為示意性地示出根據上述一實施例說明的多孔性單一樹脂纖維複合材料的製備方法的示意圖。
以下，記載本發明的實施例及比較例。下述實施例僅僅為本發明的一實施例，而本發明並不限於下述實施例。
實施例
實施例1
作為雙組分聚合物纖維，準備了聚對苯二甲酸乙二醇酯的芯 部與低熔點聚對苯二甲酸乙二醇酯的鞘部的重量比為50：50，並且為了確保水分散性而使長度達到5mm、厚度達到4旦(denier)(約20μm的截面直徑)的纖維。上述鞘部的聚對苯二甲酸乙二醇酯為聚對苯二甲酸乙二醇酯中的30摩爾百分比的鄰苯二甲酸酯單位被間苯二甲酸單位所取代的熔點為110℃的低熔點聚對苯二甲酸乙二醇酯。
作為強化纖維，準備了如下纖維，即，為了防止在進行乾燥及預熱時的收縮現象，使用了採用300%扁絲的聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維，並以13mm的長度來對直徑為13μm的聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維進行了切割。
在將40重量份的上述強化纖維及60重量份的上述雙組分聚合物纖維進行配合之後，在以鹽酸來調節成PH為2的水溶液中對上述配合纖維進行了1小時的攪拌。在此情況下，在每1L水中，強化纖維及雙組分聚合物纖維的纖維總含量為2g。對以如上所述的方式經過攪拌的水溶液漿料執行了濕式抄紙工序，以便在流漿箱內通過真空吸入裝置形成網。在形成網之後使其經過140℃的箱型乾燥機來對水分進行了徹底的乾燥。由多孔性單一樹脂纖維複合材料製備並經過乾燥的複合材料薄片具有300g/m2的稱量，並大致呈現出5mm的厚度。在通過使4張薄片層疊來使稱量達到1200g/m2之後，在170℃的溫度下通過熱沖壓(Hot press)工序成形為厚度達5.0mm的板材。在紅外線(IR)烤箱內，在200℃的溫度下對上述板材進行了2分鐘的熱處理，並在向常溫的沖壓單元移送之後施加了壓力。在此情況下，所施加的壓力為100ton/m2，這相當於無法使板材從模具內部脫離的程度的壓力，最終，成形出厚度達2.0mm的板材。在此情況下，壓縮率為90%(由4 張複合材料薄片層疊而成的複合材料薄片的總厚度從20.0mm被壓縮至2.0mm)，氣孔率為56%。
實施例2
除了以使板材的稱量達到1000g/m2的方式改變薄片的層疊數量之外，以與實施例1相同的方法成形出厚度達2.0mm的板材。在此情況下，壓縮率為約87%。
實施例3
除了以使板材的稱量達到1600g/m2的方式改變薄片的層疊數量之外，以與實施例1相同的方法成形出厚度達2.0mm的板材。在此情況下，壓縮率為約92%。
實施例4
以使實施例1中的板材的最終厚度達到1.0mm的方式以95%的壓縮率(由4張複合材料薄片層疊而成的複合材料薄片的總厚度從20.0mm被壓縮至1.0mm)製備出板材。板材的氣孔率為13%。
實施例5
以使實施例1中的板材的最終厚度達到3.0mm的方式以71%的壓縮率(由4張複合材料薄片層疊而成的複合材料薄片的總厚度從20.0mm被壓縮至3.0mm)製備出板材。板材的氣孔率為71%。
實施例6
以使在實施例1的板材的最終厚度達到5.0mm的方式以75%的壓縮率(由4張複合材料薄片層疊而成的複合材料薄片的總厚度從20.0mm被壓縮至5.0mm)製備出板材。板材的氣孔率為82%。
比較例1
除了在實施例1中使用玻璃纖維來代替作為強化纖維來使用的聚酯纖維之外，以與實施例1相同的方式製備出板材。
比較例2
除了在實施例1中使用玻璃纖維來代替作為強化纖維來使用的聚酯纖維中的一半來分別以20重量份的玻璃纖維、20重量份的強化纖維及60重量份的雙組分聚合物纖維進行了配合之外，以與實施例1相同的方式製備出板材。
評價
實驗例1
第4圖為在實施例1中製備的板材的切割面的掃描電子顯微鏡照片。如圖所示，作為強化纖維的聚對苯二甲酸乙二酯纖維和作為雙組分纖維的聚對苯二甲酸乙二酯纖維清楚地呈現於掃描電子顯微鏡照片中。即，可以確認到基於強化纖維及雙組分纖維的各個第一纖維狀粒子和第二纖維狀粒子完整地形成在板材中。
實驗例2
針對在實施例1~實施例6及比較例1~比較例2中製備的板材，對它們的機械物性進行了比較。首先，在分別將試片在常溫下放置24小時之後測定出機械物性。並以美國材料與試驗協會的D638為基準來對厚度為2mm的樣本測定出拉伸強度和拉伸率，在常溫下以美國材料與試驗協會的D3763基準來實施了落球衝擊試驗並進行了測定。同樣，以美國材料與試驗協會的D256為基準來實施了缺口衝擊試驗(Notched IZOD)，並將結果 記載於下表1中。
與比較例1相比，實施例1中的作為強化纖維來使用的聚酯纖維相對於玻璃纖維呈現出低強度，但互換性得到提高，藉此可確認到整體複合材料的拉伸強度提高了15%。並且，聚對苯二甲酸乙二酯纖維自身的拉伸率為約40%，玻璃纖維自身拉伸率為5%，因而聚對苯二甲酸乙二酯纖維的拉伸率達到玻璃纖維拉伸率的約8倍，而整體複合材料的拉伸率達到了約10倍。由此，實施例1的多孔性單一樹脂纖維複合材料的板材即使在外部的高強度和高變形條件下也具有低模量值，具有不斷裂的性質。
並且，實施例1中呈現出的落球衝擊強度值和衝擊能量的衝擊強度值高於比較例1中的落球衝擊強度值和衝擊能量的衝擊強度值，原因在於，模量相對低於玻璃纖維的複合材料中的聚酯纖維(強化纖維)使基於外部衝擊的能量得到分散。並且，聚酯纖維的密度為約1.38g/cm3，玻璃纖維的密度為2.7g/cm3，聚酯纖維的密度比玻璃纖維的密度低約50%，因而即使在實施例1及比較例1中製備出表面比重和重量相同的板材，但實施例1 的板材的纖維數量更多。由此提高分散基於外部衝擊而產生的能量的概率，因而可知衝擊強度得到了提高。
在以如同比較例2的方式通過混合聚合物纖維和玻璃纖維來用作強化纖維的情況下，相對於比較例1，拉伸率略微增加，但仍然低於實施例1，拉伸強度及衝擊強度呈現出同等以下水準。其原因在於，在將複合材料製備成薄片或板材的情況下，若纖維種類增加，則纖維之間的斥力增加，使分散性下降，並且導致熱成形之後的纖維之間的互換性(compatibility)下降。由此，在比較例1和比較例2中，由於將玻璃纖維用作強化纖維，藉此使機械物性的提高效果下降，由單一樹脂的纖維來組成複合材料的實施例1呈現出最高的機械物性。
在實施例2~實施例3中，以在厚度與實施例1中的厚度相同的情況下使稱量分別達到1000g/m2和1600g/m2的方式製備出多孔性單一樹脂纖維複合材料的板材。如表1所示，稱量越增加，複合材料的密度增加，因而可知，具有雖然使拉伸強度增加但導致拉伸率減少的傾向。
實驗例3
對實施例1~實施例3的板材比較了吸音性能方面的物性。
以KS2816-2基準對各個板材測定出吸音性能。並將結果記載於表2中。
在表2中，在實施例1~實施例3中均製備出相同厚度的板材，由於以改變稱量的方式製成，因而隨著稱量的增加，密度上升。隨著稱量的增加使板材的密度增加，則會使表面積增加，隨著表面積的增加，會使借助板材振動的吸音效果增加，藉此在低頻區域中呈現出共振頻率(Resonance frequency)特性，由此可知，即使在低通氣率特性下，也會對低頻呈現出高吸音係數。
另一方面，在高頻區域中，借助纖維的振動而呈現出吸音效果，在實施例1中，因基於纖維振動的吸音效果優秀而使高頻吸音性能最為優秀。在實施例3中，因包含高密度壓縮的纖維而使氣孔率下降，使基於聚對苯二甲酸乙二酯纖維的吸音效果下降，因而呈現出低吸音係數。相反，在實施例2中，纖維的壓縮程度低於實施例1，因而在基於纖維振動的吸音性能方面比較有利，但是，由於纖維的含量下降，因而高頻吸音性能反而更低於實施例1。因此，可知高頻吸音性能需要通過將纖維的含量和氣孔率調節到適當水準來實現。
第5圖為在實施例1中製備的板材的表面的光學顯微鏡圖 像，第6圖為在實施例2中製備的板材的表面的光學顯微鏡圖像，第7圖為在實施例3中製備的板材的表面的光學顯微鏡圖像。依次對稱量最低的實施例2的第6圖、實施例1的第5圖及稱量最高的實施例3的第7圖進行觀察可以確認到，因雙組分纖維的鞘部被熔融，當形成板材中的粘著材料時，通過均勻的凝聚並經過膜化來形成平滑的表面。相反，若板材形成為更像膜的結構，則形成氣孔閉合的結構，吸音性能反而下降。儘管如此，在所形成的開放氣孔最多的實施例2中，由於纖維的含量下降，因而吸音性能反而低於比實施例1。
實驗例4
對實施例1、實施例3~實施例6的板材評價了彎曲強度(破壞材料所需的壓力)和彎曲剛性(使材料的變形達到規定程度所需的力量)。根據美國材料與試驗協會D790來對三個位置測定彎曲強度和彎曲剛性，並將結果記載於下表3中。
隨著壓縮率的增加，氣孔在材料內部中所占的比值減少，使 彎曲強度得到提高，但由於材料的厚度下降，因而當施加規定力量時，因板材的彎曲性質增加而使彎曲強度和彎曲剛性具有相互權衡的性質。因此，根據用途，有必要以適當範圍的厚度來成形。
在實施例3中，若板材密度增加，則會使強化纖維自身的含量增加，使彎曲強度和彎曲剛性均得到增加。
但是，在僅改變壓縮率來對以相同密度製備的複合材料薄片進行比較的情況下，彎曲強度和彎曲剛性呈現出不同傾向性。相對於實施例1，在實施例4中，因壓縮率增加而使彎曲強度得到提高，但可確認到彎曲剛性大幅度下降。相反，相對於實施例1，在實施例5中，因壓縮率下降而使彎曲強度下降，但可確認到彎曲剛性提高到了2倍左右。如實施例6，在大幅度降低壓縮率的情況下，可確認到，彎曲剛性得到增加，但彎曲強度卻大幅度下降。藉此可確認到彎曲強度和彎曲剛性的反比關係。
在將多孔性單一樹脂纖維複合材料用作汽車或建築用材料的情況下，材料不應被從外部施加的力量所破壞，且材料的規定部分不應出現變形。在為了符合特定用途而製備成板材的情況下，可知，以具有適當壓縮率(或者氣孔率)的方式進行成形，藉此呈現出機械物性的最佳平衡。
例如，當用作汽車或建築用材料時，上述多孔性單一樹脂纖維複合材料滿足合適的彎曲強度和彎曲剛性的條件為壓縮率達到80~95%、氣孔率(以體積比例為基準)達到40~80%的範圍。
實驗例5
在對實施例1及比較例1~2中的板材分別製備200mm(橫 向)×200mm(縱向)×2mm(厚度)大小的樣本之後，對熱導率進行了測定。
(請示出美國材料與試驗協會的測定基準或設備。需示出設備的製備公司和型號。)
並將測定結果記載於下表4中。
在表4中，在以如實施例1的方式僅由聚合物纖維組成複合材料的情況下，相對於比較例1中的作為強化纖維來使用玻璃纖維的複合材料，呈現出低熱導率，因而可確認到具有優秀的隔熱性能。原因在於，基於聚合物纖維的導熱效果相對低於基於玻璃纖維的導熱效果。
在以如比較例2的方式使用玻璃纖維和聚合物纖維等兩種纖維的情況下，與實施例1相比較，雖然部分使用了聚合物纖維，但熱導率並未減少。原因在於，在比較例2中，纖維的分散性反而下降，藉此使氣孔率下降，由此使基於纖維的直接導熱效果增加。因此，對於實施例1的板材，可期待其優秀的隔熱效果，這適合用作汽車或建築用材料。
以上，對本發明的多個優選實施例進行了詳細的說明，但本發明的權利範圍並不限於此，利用在以下發明申請專利範圍中所定義的本發明的基本概念來由本發明所屬技術領域的普通技術人員實施的多種變形 及改良形態也屬於本發明的權利範圍。

Claims (23)

  1. 一種多孔性單一樹脂纖維複合材料，包括：第一纖維狀粒子；第二纖維狀粒子；以及粘著材料，用於使上述第一纖維狀粒子與上述第二纖維狀粒子相粘著，上述第一纖維狀粒子與上述第二纖維狀粒子通過上述粘著材料來相粘著，以形成具有氣孔的不規則的網眼結構，上述第一纖維狀粒子為包含第一聚酯類樹脂的聚酯類纖維，上述第二纖維狀粒子為包含第二聚酯類樹脂的聚酯類纖維，上述粘著材料包含第三聚酯類樹脂，上述第一纖維狀粒子的拉伸率高於上述第二纖維狀粒子的拉伸率，上述第二聚酯類樹脂的熔點高於上述第三聚酯類樹脂的熔點；其中，上述第一纖維狀粒子的含量與上述第二纖維狀粒子和上述粘著材料的含量之和的重量比為25：75至60：40。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之多孔性單一樹脂纖維複合材料，其中，上述第一纖維狀粒子為拉伸率達到300%至600%的拉伸聚酯類纖維，上述第二纖維狀粒子為0%的無拉伸聚酯類纖維或拉伸率小於300%的拉伸聚酯類纖維。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之多孔性單一樹脂纖維複合材料，其中，上述第一纖維狀粒子及上述第二纖維狀粒子的各個粒子表面的一部分或整體被上述粘著材料所塗敷，而形成塗敷部，形成於上述第一纖維狀粒子及上述第二纖維狀粒子的各個粒子表面的塗敷部以熔敷的方式相粘 著。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之多孔性單一樹脂纖維複合材料，其中，相對於100重量份的上述第二纖維狀粒子，上述粘著材料的重量為40重量份至250重量份。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之多孔性單一樹脂纖維複合材料，其中，上述第二聚酯類樹脂的比重大於1。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之多孔性單一樹脂纖維複合材料，其中，上述第二聚酯類樹脂的熔點為160℃以上。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之多孔性單一樹脂纖維複合材料，其中，上述第三聚酯類樹脂的熔點小於200℃。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之多孔性單一樹脂纖維複合材料，其中，上述第三聚酯類樹脂為被選自鄰苯二甲酸酯單位的超過0至50摩爾百分比的鄰苯二甲酸(phthalic)單位、間苯二甲酸(isophthalic)單位及由它們的組合組成的組中的一種所取代的低熔點聚對苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate)。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之多孔性單一樹脂纖維複合材料，其中，上述第一纖維狀粒子的長度為6mm至24mm。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之多孔性單一樹脂纖維複合材料，其中，上述第二纖維狀粒子的長度為3mm至6mm。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之多孔性單一樹脂纖維複合材料，其中，上述多孔性單一樹脂纖維複合材料為密度達到0.2g/cm3至1.6g/cm3的板材。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之多孔性單一樹脂纖維複合材料，其中，上述板材的氣孔率為40體積百分比至80體積百分比。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之多孔性單一樹脂纖維複合材料，其中，上述板材具有600g/m2至3000g/m2的稱量。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之多孔性單一樹脂纖維複合材料，其中，上述板材的厚度為2mm至8mm。
  15. 一種多孔性單一樹脂纖維複合材料的製備方法，包括：將強化纖維及雙組分聚合物纖維分散於酸溶液中來準備漿料溶液的步驟；通過濕式抄紙工序由上述漿料溶液形成網的步驟；以及對所形成的上述網進行熱處理及乾燥來製備多孔性單一樹脂纖維複合材料的步驟，上述強化纖維包含第一聚酯類樹脂，上述雙組分聚合物纖維包含芯(core)部和鞘(sheath)部，上述芯部包含第二聚酯類樹脂，上述鞘部包含第三聚酯類樹脂，上述強化纖維的拉伸率高於上述芯部的拉伸率，上述第二聚酯類樹脂的熔點高於上述第三聚酯類樹脂的熔點。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之多孔性單一樹脂纖維複合材料的製備方法，其中，在上述熱處理及乾燥步驟中，上述鞘部的第三聚酯樹脂被熔融，以熱熔敷的方式使上述強化纖維與上述雙組分聚合物纖維相粘著，由此形成具有氣孔的不規則的網眼結構。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之多孔性單一樹脂纖維複合材料的製備方 法，其中，還包括如下的步驟：在使至少2張製備成薄片形狀的上述多孔性單一樹脂纖維複合材料層疊之後，通過沖壓成形來將上述多孔性單一樹脂纖維複合材料製備成板材。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之多孔性單一樹脂纖維複合材料的製備方法，其中，以80%至95%的壓縮率來執行上述沖壓成形。
  19. 如申請專利範圍第17項所述之多孔性單一樹脂纖維複合材料的製備方法，其中，上述板材的密度為0.2g/cm3至1.6g/cm3，氣孔率為40體積百分比至80體積百分比。
  20. 如申請專利範圍第15項所述之多孔性單一樹脂纖維複合材料的製備方法，其中，以使在每1L上述酸溶液中的上述強化纖維及上述雙組分聚合物纖維的總含量達到0.1g至10g的方式進行混合。
  21. 如申請專利範圍第15項所述之多孔性單一樹脂纖維複合材料的製備方法，其中，上述酸溶液的pH為1至4。
  22. 如申請專利範圍第15項所述之多孔性單一樹脂纖維複合材料的製備方法，其中，還包括攪拌上述漿料溶液的步驟。
  23. 如申請專利範圍第15項所述之多孔性單一樹脂纖維複合材料的製備方法，其中，在100℃至180℃的溫度下執行對所形成的上述網進行熱處理及乾燥的步驟。
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