本发明专利技术提供一种适于用于获得具有优异的拉伸强度的纤维增强复合材料的无序毡。无序毡包含碳纤维和基质树脂，其中无序毡中的碳纤维的平均纤维长度为3mm至100mm，碳纤维的单位面积纤维重量为25至10,000g/m2，无序毡中存在包含小于临界单纤维数的碳纤维的纤维束和单纤维中的至少一种，以及由临界单纤维数以上的碳纤维构成的碳纤维束(A)，所述临界单纤维数由下式(1)定义，无序毡中碳纤维束(A)与碳纤维总量的比率为20Vol％以上且99Vol％以下的范围，碳纤维束中的平均纤维数量(N)满足下式(2)，碳纤维束(A)的厚度为100μm以上的碳纤维束的比率小于3％：临界单纤维数＝600/D (1)0.6×104/D2＜N＜1×105/D2 (2)，其中，D表示单碳纤维的平均纤维直径(μm)。
【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适于用于获得具有优异的拉伸强度的纤维增强复合材料的无序毡。无序毡包含碳纤维和基质树脂，其中无序毡中的碳纤维的平均纤维长度为3mm至100mm，碳纤维的单位面积纤维重量为25至10,000g/m2，无序毡中存在包含小于临界单纤维数的碳纤维的纤维束和单纤维中的至少一种，以及由临界单纤维数以上的碳纤维构成的碳纤维束(A)，所述临界单纤维数由下式(1)定义，无序毡中碳纤维束(A)与碳纤维总量的比率为20Vol％以上且99Vol％以下的范围，碳纤维束中的平均纤维数量(N)满足下式(2)，碳纤维束(A)的厚度为100μm以上的碳纤维束的比率小于3％：临界单纤维数＝600/D------(1)0.6×104/D2＜N＜1×105/D2?(2)，其中，D表示单碳纤维的平均纤维直径(μm)。【专利说明】无序毡和纤维增强复合材料
本专利技术涉及一种用作纤维增强复合材料的成形制品的预成型体的无序毡和由该 无序毡获得的纤维增强复合材料。
技术介绍
利用其高比强度和高比弹性，包含碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维等作为增强纤维的 纤维增强材料已经被广泛用于飞机、机动车辆等的结构材料，一般工业和运动用途例如网 球拍、高尔夫球杆和钓竿等。在这些应用中使用的增强纤维的形式包括使用连续纤维获得 的纺织物、纤维单向排列的的UD片、使用切割纤维制造的无序毡和无纺织物等。 -般已知使用UD片或作为连续纤维的纺织物的方法作为获得具有高强度 的成形制品的方法。然而，由于纤维的各向异性，将UD片或织物以各种角度例如 0° /+45° /-45° /90°度层叠，并且将UD片或织物平面对称层叠，以进一步防止成形制品 翘曲。这使得层叠步骤复杂，并且是增加纤维增强复合材料的成本的因素之一。 一般来说，使用预先成为各向同性的无序毡是简化层叠步骤的方法。可以通过将 切割的增强纤维单独地喷撒或将切割纤维和热固性树脂一起喷撒到成形模具中的喷附方 法（干法），或向含有粘合剂的浆料中添加事先切割的增强纤维，然后进行抄纸的方法（湿 法）等来获得无序毡。 然而，在使用无序毡的情况下，由于纤维是非连续的，所以与使用连续纤维的情况 相比，由于将纤维从基质树脂拉出的因素，复合材料的机械性质低，并且尤其是，已经难以 获得具有高拉伸强度的复合材料。已知增加纤维体积含量（Vf)作为改善复合材料的拉伸 强度的方法。然而，在使用包含切割纤维的情况下，由于纤维在三维方向上存在以及纤维的 大量缠结，难以增加纤维体积含量。 非专利文献1描述了一种由碳纤维的无序毡制成的复合材料，在该无序毡中，热 固性树脂作为基质。然而，该复合材料的拉伸强度为约230MPa。专利文献1和2提出了使 用将纤维束倾斜地切割以使截面不同的短切纤维束作为提高包含无序毡的复合材料的机 械性质的方法。该方法通过获得具有高纤维体积含量（Vf)成形制品能够将拉伸强度提高 至大约350MPa。 在使用热固性树脂作为基质的情况下，一般通过使用压热釜对被称为预浸料坯的 材料进行加热加压2小时以上来获得纤维增强复合材料，该预浸料坯通过预先以热固性树 脂浸渍纤维增强基材而获得。近年来，已提出了 RTM方法并去已经实现了成型时间的显著 缩短，在该RTM方法中将未以树脂浸渍的纤维增强基材置于模具中，随后向其倾倒热塑性 树脂。然而，即使在采用RTM方法的情况下，一个部件的成型也必需10分钟以上的时间。 因此，包含热塑性树脂代替常规热固性树脂作为基质的复合材料，已吸引了注意。 非专利文献2提出了一种可冲压片材，利用抄纸法、使用单纤维形式的碳纤维、将 碳纤维均匀地分散在分散系中、获得更向同性片材、并且以聚丙烯浸渍该片材来获得该冲 压成型片材，丙烯是作为基质的热塑性树脂。根据该方法，通过优化纤维长度来提高拉伸强 度，其值为约270MPa。 使用热塑性树脂作为基质的热塑性冲压成型（TP-SMC)(专利文献3)是将事先用 热塑性树脂浸渍的短切纤维加热至熔点以上、将加热的化合物装入到模具的一部分中、将 模具立即关闭、使纤维和树脂能够在模具中流动从而获得制品的形状、随后冷却并且成型 的方法。通过使用预先以树脂浸渍的纤维，该方法能够在约1分钟的短时间内执行成型。该 方法是利用被称为SMC或可冲压片材的成型材料的方法。在这样的热塑性冲压成型中，纤 维和树脂在模具中流体化，并且因此，存在不能生产薄壁制品、纤维定向混乱、以及难以控 制等问题。 专利文献4提出通过将碳纤维组分均匀地分散为单纤维形式，来防止在纤维束之 间的空间内出现树脂富集部以及树脂不能浸渍到纤维束中以形成未浸渍部，以作为提高包 含热塑性树脂的纤维增强复合材料的各向同性和机械特性的手段。然而，在该传统技术中， 存在以下问题：由于纤维被完全分散为单纤维形式，所以无法延长纤维长度；以及在纤维 体积含量增加的情况下，在成形制品中产生空隙，导致机械特性恶化。 现有技术文献 专利文献 专利文献 1 JP-A-2009-114611 专利文献 2 JP-A-2009-114612 专利文献3 :日本专利No. 4161409 专利文献 4 :W〇2〇〇7/〇97436 非专利文献 非专利文献 1 :复合材料 A (Composites Part A) 38 (2007) 755-770 非专利文献2 :日本复合材料学会学报（Journal ofthe Japan Society for Composite Materials), Vol. 37, No.4(2011) 138-146
技术实现思路
本专利技术要解决的问题 本专利技术的目的是提供一种能够简单地并容易地并且低成本地生产的、具有高纤维 体积含量和优异的拉伸强度的纤维复合材料，以及用作该纤维增强复合材料的预成型体 的、包含碳纤维和基质树脂的无序毡。 解决问题的手段 本专利技术人已经发现：为获得具有高的纤维体积含量和高拉伸强度的纤维增强复合 材料，对于作为起始材料的无序毡，能够通过控制碳纤维束的厚度，将树脂浸渍到碳纤维束 的内部中，结果，能够提高拉伸强度，并且完成了本专利技术。 具体而言，本专利技术涉及一种包含碳纤维和基质树脂的无序毡以及通过对该无序毡 进行成型而获得的纤维增强复合材料，其中，无序毡中的碳纤维的平均纤维长度为3_至 100mm，碳纤维的单位面积纤维重量为25至10, 000g/m2,无序毡中存在包含小于临界单纤 维数的碳纤维的纤维束和单纤维中的至少一种，以及由临界单纤维数以上的碳纤维构成的 碳纤维束（A)，所述临界单纤维数由下式（1)定义，无序毡中碳纤维束（A)与碳纤维总量的 比率为20V〇1%以上且99V 〇l%以下的范围，碳纤维束（A)中的平均纤维数量（N)满足下式 (2)，碳纤维束（A)的厚度为100 μ m以上的碳纤维束的比率小于3% : 临界单纤维数=600/D (1) 0· 6 X 104/D2 < N < 1 X 105/D2 (2) 其中，D表示单碳纤维的平均纤维直径（μ m)。 本专利技术的优点 本专利技术的无序毡优选地用作预成型体，并且尽管包含许多碳纤维但是碳纤维本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种包含碳纤维和基质树脂的无序毡， 其中，所述无序毡中的所述碳纤维的平均纤维长度为3mm至100mm， 所述碳纤维的单位面积纤维重量为25至10,000g/m2， 所述无序毡中存在包含小于临界单纤维数的所述碳纤维的纤维束和单纤维中的至少一种，以及由所述临界单纤维数以上的所述碳纤维构成的碳纤维束(A)，所述临界单纤维数由下式(1)定义， 所述无序毡中的所述碳纤维束(A)与所述碳纤维的总量的比率为20Vol％以上至99Vol％以下， 所述碳纤维束(A)中的平均纤维数量(N)满足下式(2)，并且 所述碳纤维束(A)中的厚度为100μm以上的碳纤维束的比率小于所述碳纤维束(A)的全部数量的3％： 临界单纤维数＝600/D (1) 0.6×104/D2＜N＜1×105/D2 (2) 其中，D表示单碳纤维的平均纤维直径(μm)。
【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：小永井祐平，萩原克之，内藤猛，薗田直彬，
申请(专利权)人：帝人株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP
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