预浸料坯及纤维增强复合材料制造技术

本发明专利技术为提供能够制造兼具优异的耐冲击性和厚度方向的导电性的纤维增强复合材料的预浸料坯，具有以下结构。一种预浸料坯，其特征在于，至少包含以下构成要素[A]～[F]，在构成要素[E]的粒子直径的外侧110％的范围内所存在的构成要素[F]的结构体个数Ne相对于在构成要素[D]的粒子直径的外侧110％的范围内所存在的构成要素[F]的结构体个数Nd的比Ne/Nd为0.25以上。[A]：碳纤维[B]：热固性树脂[C]：固化剂[D]：1次粒子的数均粒径为5～50μm的以热塑性树脂作为主成分的粒子[E]：导电性粒子，其是不同于构成要素[D]的粒子，所述导电性粒子的1次粒子的数均粒径在特定的式的范围内[F]：由碳材料形成的填料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于获得兼具优异的耐冲击性和厚度方向的导电性的纤维增强复合材料的预浸料坯以及使用该预浸料坯的纤维增强复合材料。
技术介绍
由碳纤维、玻璃纤维等增强纤维和环氧树脂、酚醛树脂等基体树脂形成的纤维增强复合材料不仅轻质，而且强度、刚性等力学特性、耐热性及耐腐蚀性优异，因此逐渐被应用于航空·宇宙、汽车、铁路车辆、船舶、土木建筑及体育用品等众多领域。特别是在要求高性能的用途中，使用利用了连续增强纤维的纤维增强复合材料，作为增强纤维，多使用比强度、比弹性模量优异的碳纤维，而且，作为基体树脂，多使用热固性树脂，特别是与碳纤维的粘接性优异的环氧树脂。然而，环氧树脂等热固性树脂的固化物与热塑性树脂相比，断裂韧性通常较低。由此产生纤维增强复合材料的耐冲击性下降的问题。特别是在航空器用结构构件的情况下，要求针对组装中的工具落下、应用中的冰雹的冲击等具有优异的耐冲击性，因此耐冲击性的提高是大课题。纤维增强复合材料通常采用层结构，若向其施加冲击，则层间产生高应力，从而产生裂纹。为了抑制裂纹产生，提高环氧树脂的塑性变形能力是有效的，作为其手段为包含塑性变形能力优异的热塑性树脂。但是，对于这样的技术而言，一方面赋予了纤维增强复合材料高度的耐冲击性，另一方面在层间产生成为绝缘层的树脂层。因此，在作为纤维增强复合材料的特征之一的导电性方面，存在厚度方向的导电性显著下降的缺点。近年来，为了在纤维增强复合材料中同时实现优异的耐冲击性和厚度方向的导电性，正在进行深入研究。例如可举出如专利文献1或2公开的那样，在纤维增强复合材料的层间部分配置提高耐冲击性的增强材料和提高厚度方向的导电性的导电性粒子的方法等。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2008-231395号公报专利文献2：日本特表2010-508416号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题然而，由专利文献1或2公开的方法带来的厚度方向的导电性的提高效果不能称之为充分，期待更进一步的提高。另外，对于纤维增强复合材料而言，根据应用的用途或部位，需要对与目的对应的碳纤维的单位面积重量和纤维体积含有率等进行适当调整。在这样的情况下，存在下述可能：若不调整耐冲击性增强材料、导电性粒子的大小，则无法获得作为目标的厚度方向的导电性；不满足适用构件所需要的纤维体积含有率，物性下降；构件质量增加。如上述，需要获得即使根据目的来改变碳纤维单位面积重量等，也能够同时实现优异的耐冲击性和厚度方向的导电性的纤维增强复合材料。本专利技术的目的是提供一种能够获得兼具优异的耐冲击性和厚度方向的导电性的纤维增强复合材料的预浸料坯。解决课题的手段为了解决上述课题，本专利技术采用了以下手段。即，一种预浸料坯，其特征在于，至少含有以下构成要素[A]～[F]，在构成要素[E]的粒子直径的外侧110％的范围内所存在的构成要素[F]的结构体个数Ne相对于在构成要素[D]的粒子直径的外侧110％的范围内所存在的构成要素[F]的结构体个数Nd的比Ne/Nd为0.25以上，[A]：碳纤维[B]：热固性树脂[C]：固化剂[D]：1次粒子的数均粒径为5～50μm的以热塑性树脂作为主成分的粒子[E]：导电性粒子，其是不同于构成要素[D]的粒子，所述导电性粒子的1次粒子的数均粒径在下式(1)范围内[(A×0.1)+4]≤Psize≤[(A×0.1)+14]..........式(1)Psize：作为构成要素[E]的导电性粒子的1次粒子的数均粒径(μm)A：预浸料坯中的构成要素[A]的单位面积重量(g/m2)[F]：由碳材料形成的填料。根据本专利技术的预浸料坯的优选方案，将构成要素[D]的Zeta电位作为ζd，将构成要素[F]的Zeta电位作为ζf时，满足下述式(2)～式(4)中的至少1个。|ζd|＜10mV..........式(2)|ζf|＜10mV..........式(3)ζd×ζf＞0..........式(4)专利技术的效果通过将本专利技术的预浸料坯层合、固化，能够提供兼具优异的耐冲击性和厚度方向的导电性的纤维增强复合材料。本专利技术的预浸料坯由于针对各种碳纤维单位面积重量都兼具优异的耐冲击性和厚度方向的导电性，因此能够在航空器结构构件、风车的叶片、汽车外板及IC托盘、笔记本电脑的壳体等计算机用途等中广泛展开，能够大大提高适用制品的性能。具体实施方式本专利技术的预浸料坯含有至少以下构成要素[A]～[F]，在构成要素[E]的粒子直径的外侧110％的范围内所存在的构成要素[F]的结构体个数Ne相对于在构成要素[D]的粒子直径的外侧110％的范围内所存在的构成要素[F]的结构体个数Nd的比Ne/Nd为0.25以上，[A]：碳纤维[B]：热固性树脂[C]：固化剂[D]：1次粒子的数均粒径为5～50μm的以热塑性树脂作为主成分的粒子[E]：导电性粒子，其是不同于构成要素[D]的粒子，所述导电性粒子的1次粒子的数均粒径在下式(1)范围内[(A×0.1)+4]≤Psize≤[(A×0.1)+14]..........式(1)Psize：作为构成要素[E]的导电性粒子的1次粒子的数均粒径(μm)A：预浸料坯中的构成要素[A]的单位面积重量(g/m2)[F]：由碳材料形成的填料。作为本专利技术的构成要素[A]的碳纤维的比强度、比弹性模量优异，而且具有高导电性，因此可优选用于要求优异的力学物性和高导电性的用途。作为构成要素[A]的碳纤维的具体例，可举出丙烯酸类、沥青类及人造丝类等碳纤维，特别地，优选使用拉伸强度高的丙烯酸类碳纤维。对于上述丙烯酸类碳纤维而言，例如，可以经下述工序制造。首先，由以丙烯腈为主成分的单体得到聚丙烯腈，将包含该聚丙烯腈的纺丝原液通过湿式纺丝法、干湿式纺丝法、干式纺丝法或熔融纺丝法等进行纺丝从而得到凝固纱线。接下来，经过制丝工序将凝固纱线制成原丝。接着经过耐燃化及碳化等工序将原丝制成碳纤维，由此可获得丙烯酸类碳纤维。作为构成要素[A]的碳纤维的形态，可以使用加捻丝、解捻丝及无捻丝等。由于加捻丝中构成碳纤维束的长丝的取向不平行，因此成为获得的纤维增强复合材料的力学特性下降的原因，从这方面考虑，优选使用纤维增强复合材料的成型性和强度特性的均衡性良好的解捻丝或无捻丝。构成要素[A]的碳纤维的拉伸弹性模量优选为200～440GPa。碳纤维的拉伸弹性模量受构成碳纤维的石墨结构的结晶度的影响，结晶度越高弹性模量越提高。另外，结晶度越高，导电性也越高。若构成要素[A]的碳纤维的拉伸弹性模量在该范围内，则纤维增强复合材料的导电性、刚性、强度均为高水平且均衡性良好，因此优选。碳纤维的拉伸弹性模量更优选为230～400GPa，碳纤维的拉伸弹性模量进一步优选为260～370GPa。此处，碳纤维的拉伸弹性模量为按照JIS R7601-2006测定的值。作为能够用于构成要素[A]的碳纤维的市售品，可举出“Torayca(注册商标)”T800S-24K、“Torayca(注册商标)”T300-3K及“Torayca(注册商标)”T700S-12K(以上由东丽(株)制)等。作为本专利技术的构成要素[B]的热固性树脂，没有特别限定，但优选为环氧树脂。其中，更优选为使下述化合物反应而得到的环氧树脂，所述化合物是1分子中具有3个以上环氧基、和苯、萘等芳香族环的化合物。需本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种预浸料坯，其特征在于，至少包含下述构成要素[A]～[F]，在构成要素[E]的粒子直径的外侧110％的范围内所存在的构成要素[F]的结构体个数Ne相对于在构成要素[D]的粒子直径的外侧110％的范围内所存在的构成要素[F]的结构体个数Nd的比Ne/Nd为0.25以上，[A]：碳纤维[B]：热固性树脂[C]：固化剂[D]：1次粒子的数均粒径为5～50μm的以热塑性树脂作为主成分的粒子[E]：导电性粒子，其是不同于构成要素[D]的粒子，所述导电性粒子的1次粒子的数均粒径在下式(1)范围内[(A×0.1)+4]≤Psize≤[(A×0.1)+14]··········式(1)Psize：作为构成要素[E]的导电性粒子的1次粒子的数均粒径(μm)A：预浸料坯中的构成要素[A]的单位面积重量(g/m2)[F]：由碳材料形成的填料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.24 JP 2014-0595191.一种预浸料坯，其特征在于，至少包含下述构成要素[A]～[F]，在构成要素[E]的粒子直径的外侧110％的范围内所存在的构成要素[F]的结构体个数Ne相对于在构成要素[D]的粒子直径的外侧110％的范围内所存在的构成要素[F]的结构体个数Nd的比Ne/Nd为0.25以上，[A]：碳纤维[B]：热固性树脂[C]：固化剂[D]：1次粒子的数均粒径为5～50μm的以热塑性树脂作为主成分的粒子[E]：导电性粒子，其是不同于构成要素[D]的粒子，所述导电性粒子的1次粒子的数均粒径在下式(1)范围内[(A×0.1)+4]≤Psize≤[(A×0.1)+14]··········式(1)Psize：作为构成要素[E]的导电性粒子的1次粒子的数均粒径(μm)A：预浸料坯中的构成要素[A]的单位面积重量(g/m2)[F]：由碳材料形成的填料。2.根据权利要求1所述的预浸料坯，其中，将构成要素[D]的Zeta电位作为ζd，将构成要素[F]的Zeta电位作为ζf时，满足下述式(2)～式(4)中的至少1个，│ζd│<10mV··········式(2)│ζf│<10mV··········式(3)...

【专利技术属性】
技术研发人员：新井厚仁，古川浩司，山下直史，河内真二，国光佑美，藤冈由衣，大皷宽，
申请(专利权)人：东丽株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP