碳纤维增强塑料及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种碳纤维增强塑料、及通过梳理进行片状基材的形成的该碳纤维增强塑料的制造方法，所述碳纤维增强塑料是在由不连续的碳纤维形成的片状基材中含浸基体树脂而成的碳纤维增强塑料，其中，片状基材中所含的长度10mm以上的碳纤维的比例为全部碳纤维的60重量％以上，并且基材中所含的碳纤维的取向度的平均值在2～10的范围内。在片状基材的阶段，以取向度的平均值在规定范围内的方式有意图地使不连续的碳纤维具有适当的各向异性，因此，能良好地维持片状基材的赋型性、成型为碳纤维增强塑料的成型性，并且能以很少的碳纤维量得到机械特性优异的碳纤维增强塑料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术提供一种碳纤维增强塑料、及通过梳理进行片状基材的形成的该碳纤维增强塑料的制造方法，所述碳纤维增强塑料是在由不连续的碳纤维形成的片状基材中含浸基体树脂而成的碳纤维增强塑料，其中，片状基材中所含的长度10mm以上的碳纤维的比例为全部碳纤维的60重量％以上，并且基材中所含的碳纤维的取向度的平均值在2～10的范围内。在片状基材的阶段，以取向度的平均值在规定范围内的方式有意图地使不连续的碳纤维具有适当的各向异性，因此，能良好地维持片状基材的赋型性、成型为碳纤维增强塑料的成型性，并且能以很少的碳纤维量得到机械特性优异的碳纤维增强塑料。【专利说明】
本专利技术涉及，特别是涉及维持优异的成型性并且在特定的方向上具有高机械特性的片状。
技术介绍
由碳纤维和基体树脂形成的碳纤维增强塑料(以下也有时称作CFRP)的机械特性、轻质性、耐腐蚀性等优异，因此在各种用途中广泛展开应用。作为CFRP的制造方法，也有使用预先使树脂含浸的、所谓的预浸料坯的方法，但在要求进一步扩大可成型的CFRP的形状的范围、进一步缩短成型所需时间的情况下，例如如汽车用部件或电子设备部件等那样需要大量生产的情况下，通常使用下述方法:将实质上不含树脂的碳纤维基材(干式的碳纤维基材)赋型为规定的形状、使基体树脂含浸于其中成型为期望的CFRP的方法。在如上所述的干式碳纤维基材中含浸基体树脂成型为CFRP的方法中，使用利用连续的碳纤维形成的基材而成型得到的CFRP的机械特性优异，但在赋型或成型阶段由于连续碳纤维难以活动，因此成型为期望形状的成型性(赋型性)差。另一方面，使用利用不连续的碳纤维形成的基材而成型得到的CFRP中，由于碳纤维容易活动，因此成型性(赋型性)优异，但只能得到机械特性低的成型品。另外，对于将连续的碳纤维在单向上排列得到的、所谓的单向(UD:Unidirectional)预浸料还或UD带材(tape),碳纤维进行取向的方向的机械特性非常高，因此在设计CFRP产品时，通过将碳纤维基材配置在施加负荷的方向上，能够以更少的材料制作在特定的方向上具有期望的机械特性的产品。但是，为了获得优异的成型性(赋型性)而使用了由不连续碳纤维形成的基材的CFRP中，目前为止尚不存在机械特性具有那样高的各向异性的CFRP。如此，难以得到兼顾赋型性和特定方向的机械特性的材料。使用了由不连续碳纤维形成的基材的CFRP在专利文献I~4等中被公开，但对于机械特性而言，上述文献中均以达成良好的各向同性为目标，对于有意图地使其具有高各向异性这样的技术构思没有记载。特别是对于在树脂含浸前的碳纤维基材的阶段有意图地赋予高各向异性这样的技术构思甚至没有暗示。另外，在专利文献5中，虽然提到了各向异性(特定方向的弯曲弹性模量为250GPa以上)，但没有记载各向异性的程度(取向度)。日本特开2010-235779号公报日本特开2010-37358号公报日本特开2002-212311号公报日本特开2004-43985号公报日本特开2010-229238号公报
技术实现思路
因此，本专利技术的课题 在于提供一种，所述碳纤维增强塑料发挥使用由不连续碳纤维形成的基材时的良好的赋型性、成型性，并且特别是通过在树脂含浸前的碳纤维基材的阶段赋予特定范围的各向异性，还能实现以很少的碳纤维量达成期望方向上的优异的机械特性。为了解决上述课题，本专利技术的碳纤维增强塑料是在由不连续的碳纤维形成的片状基材中含浸基体树脂而形成的碳纤维增强塑料，其特征在于，上述基材中所含的长度IOmm以上的(优选20mm以上的)碳纤维的比例为全部碳纤维的60重量％以上，并且上述基材中所含的碳纤维的取向度的平均值在2~10的范围内。此处，所谓碳纤维的取向度定义如下，是指碳纤维朝向特定方向的取向与朝向其他方向的取向相比提高的程度。在如上所述的本专利技术的碳纤维增强塑料中，通过在使具有某种程度以上长度的不连续的碳纤维在特定方向上取向而形成的片状基材中含浸树脂制成CFRP，能够得到下述CFRP,所述CFRP良好地维持由不连续的碳纤维形成的基材的优异的成型性、赋型性，同时通过不连续碳纤维以规定范围的取向度在上述特定方向上较多地取向，由此在该特定方向上具有强度和弹性模量等的高机械特性。所述碳纤维的规定范围的取向度是被有意图地赋予的，取向度的平均值小于2时，朝向上述特定方向的各向异性的程度小，因而就机械特性而言，与以达成良好的各向同性为目标的现有技术的差距变小。因此，上述特定方向上的机械特性变得相对较低，同时若想获得期望的高机械特性，则需要增加碳纤维的使用量。另外，取向度的平均值大于10时，虽然朝向上述特定方向的各向异性的程度提高，但是朝向除上述特定方向以外的方向、特别是朝向与上述特定方向垂直的方向的取向程度可能变得相对过低，由此可能导致在片状基材的阶段的形态保持性、进而赋型性下降，基材赋型为期望形状的赋型性、成型为CFRP的成型性下降。通过使碳纤维的取向度的平均值在2~10的范围内，即通过在基材阶段使碳纤维的取向具有规定范围的各向异性，使得赋型性、成型性优异，同时能以很少的碳纤维量得到特定方向的机械特性优异的CFRP。而且，即使在不连续的碳纤维具有这样的各向异性进行取向的情况下，该片状基材也能够确实地维持良好的形态保持性、赋型性，并且为了使含浸有基体树脂的碳纤维增强塑料在上述特定方向上显现高机械特性，使基材中所含的长度IOmm以上的(优选20mm以上的)碳纤维的比例为全部碳纤维的60重量％以上。由此，在使其具有如上所述的各向异性的状态下，碳纤维之间也变得可以适当接触、相互保持 ，也变得可以维持片状基材的良好的形态保持性、赋型性，进而也变得可以维持上述规定范围的取向度，由此也变得能够以很少的碳纤维量实现碳纤维增强塑料的上述特定方向的高机械特性。在上述本专利技术的碳纤维增强塑料中，改变拉伸方向进行测定时的(即平面上全方位地测定时的)拉伸弹性模量的最大值oMax优选为IOGPa以上。该拉伸弹性模量的最大值出现在上述特定方向上，但为了显现作为目标的高机械特性，该拉伸弹性模量的最大值σ Max优选为IOGPa以上。IOGPa以上的拉伸弹性模量的最大值的达成可通过上述取向度的适当控制、以及碳纤维长度、CFRP中的碳纤维含有率、碳纤维种类等来实现。另外，改变拉伸方向进行测定时的拉伸弹性模量的最大值σ Max与最小值σ Min之比oMax / oMin优选在2~10的范围内。该比率的范围与用作各向异性程度的指标的上述取向度的平均值的范围正好对应。即，如果上述取向度的平均值的范围为2~10，则依赖于进行取向的碳纤维而显现的拉伸弹性模量的最大值/最小值之比也实质上以2~10的范围出现。另外，本专利技术的碳纤维增强塑料中，作为使用的基体树脂，也可为热固性树脂，但从利用注射成型等使树脂短时间含浸于不连续的碳纤维的片状基材从而供于批量生产品等的成型的方面出发，并且从能够更容易地对应于各种成型形状的方面出发，优选使用热塑性树脂。作为使用的热塑性树脂没有特别限定，例如可以使用聚烯烃、ABS、聚酰胺、聚酯、聚苯醚、聚缩醛、聚碳酸酯、聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚醚砜、聚酮、聚醚醚酮、它们的组合等。进而，在本专利技术的碳纤维增强塑料中，由上述不连续的碳纤维形成的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纤维增强塑料，是在由不连续的碳纤维形成的片状基材中含浸基体树脂而成的碳纤维增强塑料，其特征在于，所述基材中所含的长度10mm以上的碳纤维的比例为全部碳纤维的60重量％以上，并且所述基材中所含的碳纤维的取向度的平均值在2～10的范围内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：桥本贵史，蓑轮洋人，嶋田刚司，桥本雅弘，三好且洋，成濑惠宽，
申请(专利权)人：东丽株式会社，
类型：
国别省市：