复合材料、碳纤维增强成型体以及复合材料的制造方法技术

本发明专利技术提供一种能够进一步提高来源于附着在碳纤维上的CNT的特性的复合材料、碳纤维增强成型体以及复合材料的制造方法。复合材料(10)在构成复合材料(10)的碳纤维束(12)的各碳纤维(11)的表面上形成有由多根碳纳米管(17)构成的结构体(14)。碳纳米管(17)具有弯曲形状。碳纳米管(17)以各种姿态附着在为曲面的碳纤维(11)的表面上，另外，其他的碳纳米管(17)进入形成于碳纳米管(17)与碳纤维(11)的表面之间或附着的碳纳米管(17)彼此之间等的空间(间隙)中，由此，结构体(14)由更多的碳纳米管(17)形成。米管(17)形成。米管(17)形成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】复合材料、碳纤维增强成型体以及复合材料的制造方法


[0001]本专利技术涉及复合材料、碳纤维增强成型体以及复合材料的制造方法。

技术介绍

[0002]提出了具有由碳纤维和附着在该碳纤维表面上的多根碳纳米管(以下称为CNT)构成的结构体的复合材料(例如，专利文献1)。复合材料的结构体形成由多根CNT相互连接而成的网络结构的同时附着在碳纤维的表面上。将这样的复合材料作为增强纤维对树脂进行强化而得到的碳纤维增强成型体，通过含有碳纤维，可以得到比树脂单体更高的强度和刚性，同时，由于CNT的作用，导电性、热传导性和机械特性得到提高。现有技术文献专利文献
[0003]专利文献1：日本专利特开2013
‑
076198号公报

技术实现思路

专利技术要解决的课题
[0004]碳纤维增强成型体在航空器、汽车、一般产业、运动用品等各种领域中的用途正在扩大。在这样的碳纤维增强成型体中，对机械特性等的要求变得更高。因此，即使是多根CNT附着在碳纤维的表面而得到的复合材料中，也希望能够进一步提高来源于CNT的特性。
[0005]本专利技术的目的在于提供一种能够进一步提高来源于附着在碳纤维上的CNT的特性的复合材料、使用该复合材料的碳纤维增强成型体以及复合材料的制造方法。用于解决课题的手段
[0006]本专利技术的复合材料，包括：具有多根连续的碳纤维的碳纤维束；以及由多根碳纳米管构成的结构体，所述结构体形成由所述碳纳米管彼此直接接触而成的网络结构，并且附着在所述碳纤维的表面上的所述碳纳米管直接与所述碳纤维的表面附着而使得所述结构体形成于各所述碳纤维上，所述结构体的厚度在50nm以上且200nm以下的范围内。
[0007]本专利技术的复合材料的制造方法，包括：超声波工序，对分散有具有弯曲部的弯曲形状的多根碳纳米管的分散液施加超声波振动；以及附着工序，在施加有超声波振动的所述分散液中浸渍具有多根连续的碳纤维的碳纤维束，使所述多根碳纳米管附着在所述碳纤维上，在所述碳纤维的各自的表面上形成结构体，在所述附着工序中，对所述碳纤维束进行开纤并浸渍，使所述碳纤维在所述分散液中移动，将所述碳纤维移动的离所述分散液的液面的深度设为D，将通过所述超声波工序在所述分散液中产生的超声波振动的驻波的波长设为λ，将n设为1以上的整数时，满足n
·
λ/2
‑
λ/8≤D≤n
·
λ/2+λ/8。
[0008]本专利技术的碳纤维增强成型体包括：碳纤维束，具有多根连续的碳纤维；基质树脂，以含浸于所述碳纤维束的状态固化；复合区域，由结构体以及以含浸于该结构体的状态固化的所述基质树脂构成，其中，所述结构体由具有弯曲部的弯曲形状的多根碳纳米管构成，形成由所述碳纳米管彼此直接接触而成的网络结构，并且附着在所述碳纤维的表面上的所
述碳纳米管直接与所述碳纤维的表面附着而使得所述结构体形成于各所述碳纤维上，所述复合区域的厚度在50nm以上且200nm以下的范围内；以及交联部，所述碳纤维间的所述复合区域的一部分相互固着，使碳纤维彼此交联。专利技术效果
[0009]根据本专利技术，由于附着在碳纤维束的碳纤维上的碳纳米管为具有弯曲部的弯曲形状且具有厚度为50nm以上且200nm以下的范围内的结构体，因此，由基质树脂含浸在结构体中并固化而成的复合区域彼此的结合而引起的交联增多，能够进一步提高来源于碳纳米管的特性。
[0010]根据本专利技术，如果使碳纤维在分散液中的满足规定条件的深度下移动，则复合材料以无纺布的纤维那样编入的结构，使具有弯曲部的弯曲形状的碳纳米管附着在碳纤维束的碳纤维的表面上制造而成，因此能够使附着在碳纤维上的碳纳米管的根数更多，能够制造使得来源于碳纳米管的特性得到进一步提高的复合材料。
附图说明
[0011]图1是表示根据实施方式的复合材料的结构的说明图。图2是表示上浆剂向CNT附着的附着状态的说明图。图3是表示CNT彼此接触的接触部中的上浆剂的附着状态的说明图。图4是表示在碳纤维上附着CNT的附着装置的结构的说明图。图5是表示导向辊上已开纤状态的碳纤维束的说明图。图6是表示分散液中的碳纤维的通过位置的说明图。图7是示意性地表示预浸料的结构的说明图。图8是示意性地表示碳纤维增强成型体的说明图。图9是表示碳纤维交联的状态的说明图。图10是表示用于测定复合区域的硬度的测定片的说明图。图11是表示测定片的制作步骤的说明图。图12是表示实施例中使用的材料CNT的弯曲状态的SEM照片。图13是表示上浆剂附着在CNT表面的状态下的结构体的表面的SEM照片。图14是放大表示附着在CNT表面的上浆剂的状态的SEM照片。图15是表示CNT形成的一部分空隙部被上浆剂填塞的结构体的表面的SEM照片。图16是用于表示在碳纤维表面上所形成的结构体的碳纤维截面的SEM照片。图17是放大表示结构体的碳纤维截面的SEM照片。图18是表示碳纤维增强成型体的截面的SEM照片。图19是表示复合区域彼此结合而成的部分的截面的SEM照片。图20是表示用于评价弯曲疲劳特性的试验片的立体图。图21是表示用于测定弯曲疲劳特性的装置的立体图。图22是表示试验时的试验片的弯曲状态的说明图。图23是表示反复次数和应力振幅的关系的曲线图。图24是表示反复频率为1Hz时的弯曲应变和弯曲应力的关系的曲线图。图25是表示反复频率为10Hz时的弯曲应变和弯曲应力的关系的曲线图。
图26是表示反复频率为20Hz时的弯曲应变和弯曲应力的关系的曲线图。图27是表示实施例3和比较例2的压痕硬度的差异的曲线图。图28是表示实施例3和比较例2的各测定片的平均载荷曲线和平均卸载曲线的曲线图。
具体实施方式
[0012][复合材料]在图1中，复合材料10包括由多根连续的碳纤维11集束而成的碳纤维束12。在各碳纤维11的表面上分别形成有结构体14，在结构体14上附着有上浆剂15(参照图2)。
[0013]构成碳纤维束12的碳纤维11实质上不相互缠绕，各碳纤维11的纤维轴方向一致。纤维轴方向是碳纤维11的轴向(延伸方向)。在该例中，碳纤维束12由1万2千根碳纤维11构成。构成碳纤维束12的碳纤维11的根数没有特别限定，例如可以在1万根以上且10万根以下的范围内。另外，在图1中，为了便于图示，仅描绘了十几根碳纤维11。
[0014]碳纤维束12中的碳纤维11的缠绕可以根据碳纤维11的紊乱程度进行评价。例如，利用扫描电子显微镜(SEM:Scanning Electron Microscope)以一定倍率观察碳纤维束12，测定所观察的范围(碳纤维束12的规定长度的范围)中的规定根数(例如10根)的碳纤维11的长度。基于由该测定结果得到的规定根数的碳纤维11的长度偏差、最大值和最小值的差、标准偏差，能够评价碳纤维11的紊乱程度。另外，碳纤维11实质上不相互缠绕的情况，例如也可以按照JIS L1013：2010《人造长丝纱线的试验方法》的交织度测定方法来测定交织度并进行判断。测定得到的交织度越小，碳纤维束12中的碳纤维11彼此的缠绕越本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种复合材料，其特征在于，包括：碳纤维束，具有多根连续的碳纤维；以及结构体，由多根碳纳米管构成，形成由所述碳纳米管彼此直接接触而成的网络结构，并且附着在所述碳纤维的表面上的所述碳纳米管直接与所述碳纤维的表面附着而使得所述结构体形成于各所述碳纤维上，所述碳纳米管是具有弯曲部的弯曲形状，所述结构体的厚度在50nm以上且200nm以下的范围内。2.一种复合材料的制造方法，其特征在于，包括：超声波工序，对分散有具有弯曲部的弯曲形状的多根碳纳米管的分散液施加超声波振动；以及附着工序，在施加有超声波振动的所述分散液中浸渍具有多根连续的碳纤维的碳纤维束，使所述多根碳纳米管附着在所述碳纤维上，在所述碳纤维的各自的表面上形成结构体，在所述附着工序中，对所述碳纤维束进行开纤并浸渍，使所述碳纤维在所述分散液中移动，将所述碳纤维移动的离所述分散液的液面的深度设为D，将通过所述超声波工序在所述分散液中产生的超声波振动的驻波的波长设为λ，将n设为1以上的整数时，满足n
·
λ/2
...

【专利技术属性】
技术研发人员：小向拓治，鬼塚麻季，
申请(专利权)人：霓达株式会社，
类型：发明
国别省市：