增强纤维复合材料制造技术

本发明专利技术提供一种增强纤维复合材料，其特征在于，由包含不连续增强纤维聚集体的不连续增强纤维和基体树脂形成，其中，所述不连续增强纤维中包含5重量％以上的具有扇状部的扇状不连续增强纤维聚集体(A)，在所述扇状部中，不连续增强纤维聚集体的至少单侧端部的纵横比(不连续增强纤维聚集体的宽度/不连续增强纤维聚集体的厚度)相对于将所述不连续增强纤维聚集体二维投影时的、该不连续增强纤维聚集体的宽度最窄的最窄部的纵横比而言为1.5倍以上。本发明专利技术可提供能够均衡性良好地同时全部实现成型时的优异的流动性和成型品的高机械特性、高二维各向同性、且机械特性偏差也少的优异的增强纤维复合材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】增强纤维复合材料
本专利技术涉及由不连续增强纤维和基体树脂形成的增强纤维复合材料，尤其涉及通过使不连续增强纤维以以往所没有的特定的聚集体形态被包含在增强纤维复合材料中，从而机械强度、二维各向同性、均匀性优异，且使用其制作成型品时能够同时实现高流动性和高机械特性的增强纤维复合材料。
技术介绍
由增强纤维和基体树脂形成的增强纤维复合材料由于可获得高的机械特性，所以被用于各种成型品的制造，在各种领域的需求逐年增加。作为具有高功能特性的增强纤维复合材料的成型方法，最常实施的方法是下述高压釜成型法：所述方法中，将使基体树脂含浸在连续的增强纤维中而得到的半固化状态的中间基材(被称为预浸料坯)层合，通过在高温高压釜中加热加压而将基体树脂固化，从而将连续纤维增强复合材料成型。另外，近年来，出于提高生产效率的目的，也实施将基体树脂含浸在预先赋形为构件形状的连续纤维基材中并进行固化的RTM(树脂传递模塑)成型等。利用这些成型法得到的增强纤维复合材料由于为连续纤维，因此具有优异的力学物性。另外，由于连续纤维为规则性的排列，因此，可利用基材的配置而设计为需要的力学物性，力学物性的偏差也小。然而，另一方面，由于为连续纤维，因此难以形成三维形状等复杂的形状，应用主要限于接近平面形状的构件。作为适合三维形状等复杂的形状的成型方法，有使用了SMC(片状模塑料)、冲压成型片材的成型等。SMC成型品可通过下述方法得到：将增强纤维的线束以例如使纤维长度成为25mm左右的方式在与纤维垂直的方向进行切割、使作为基体树脂的热固性树脂含浸在该短切线束中，制成半固化状态的片状基材(SMC)，使用加热型加压机将所述片状基材加热加压。冲压成型片材成型品可通过下述方法得到：使热塑性树脂含浸在由切割为例如25mm左右的短切线束、及/或不连续的增强纤维形成的无纺布毡等中，得到片状基材(冲压成型片材)，用红外线加热器等暂时将所述片状基材加热至热塑性树脂的熔点以上，继而在规定温度的模具中冷却加压。多数情况下，在加压前将SMC、冲压成型片材切割成比成型体的形状更小的形状配置于成型模具上，通过加压而延展(使其流动)成成型体的形状，从而进行成型。因此，通过这样的流动也能够追随三维形状等复杂的形状。然而，SMC、冲压成型片材在其片状化工序中，必然会发生短切线束、无纺布毡的分布不均、取向不均，因此，力学物性降低、或其数值的偏差变大。此外，由于上述分布不均、取向不均，导致尤其是薄型构件中容易发生翘曲、凹痕(sinkmark)等。为了消除上述的材料的缺点，例如专利文献1、2中提出了下述碳纤维毡：通过在将作为增强纤维束的碳纤维束暂时拓宽后，沿宽度方向进行分割、切割来规定不连续碳纤维毡中的特定的碳纤维束的重均纤维宽度。然而，如上述专利文献1、2中记载的那样，若将碳纤维束沿宽度方向分割，则导致得到的碳纤维复合材料中的碳纤维彼此的接触点数目增加，流动性恶化。另外，碳纤维毡中的宽度及厚度是以相对于纤维聚集体的长度方向(纤维长度方向)而言的截面形状由矩形状、椭圆状形成的大致均匀的柱状体为前提的，对于纤维宽度窄的碳纤维毡而言，纤维厚度越薄，则使用其而制造的碳纤维复合材料成型品的机械特性越优异，但成型时的流动性低、成型性差。这是因为：由于作为增强纤维的碳纤维充分分散，所以应力不易集中，可充分呈现碳纤维的增强效果，但另一方面，碳纤维之间彼此交叉从而限制了互相的移动，从而变得难以移动。另外，对于纤维宽度宽的碳纤维毡而言，纤维彼此的接触面积容易变大，制约彼此的运动从而变得不易运动，因此，不易呈现成型时的流动性，成型性差。另外，纤维厚度越厚，则使用其制造的碳纤维复合材料成型品的成型时的流动性越优异，但相对于将肋部等形状复杂、厚度薄的成型体成型的模具的追随性差，机械特性低。这是因为：由于碳纤维束粗，碳纤维彼此没有形成网状结构(network)，因此，虽然在流动初始阶段容易运动，但在成型肋部等形状复杂、厚度薄的成型体时，碳纤维束彼此交织，阻碍基体树脂的流动，此外，应力容易集中于碳纤维束的端部。另外，专利文献3中述及了在使线束开纤后进行裁切、含浸热固性树脂而得到的碳纤维复合材料及其制造方法，但与上述专利文献1、2同样地，碳纤维宽度及厚度是以相对于纤维聚集体的长度方向(纤维长度方向)而言的截面为大致矩形状的大致均匀的柱状体为前提的，对于纤维宽度宽的碳纤维毡而言，纤维厚度越厚，则使用其制造的碳纤维复合材料成型品的成型时的流动性越优异，但是对于将肋部等形状复杂、厚度薄的成型体成型的模具的追随性差，机械特性低。另外，纤维厚度越薄，则使用其制造的碳纤维复合材料成型品的机械特性越优异，但流动性差。专利文献1：WO2014/201315号公报专利文献2：WO2014/021316号公报专利文献3：日本特开2008-254191号公报
技术实现思路
因此，本专利技术的课题在于，提供一种能够以高水平同时实现以往的由增强纤维和树脂形成的增强纤维复合材料所不能实现的成型时的高流动性和高机械特性、且具备尤其在流动成型时呈现优异的流动性、优异的机械特性的最佳条件的增强纤维复合材料。为了解决上述课题，本专利技术涉及的增强纤维复合材料的特征在于，其由至少包含不连续增强纤维聚集体的不连续增强纤维和基体树脂形成，其中，所述不连续增强纤维中包含5重量％以上的具有扇状部的扇状不连续增强纤维聚集体(A)，在所述扇状部中，不连续增强纤维聚集体的至少单侧端部的纵横比(如后述的图1(B)、(C)所示，不连续增强纤维聚集体的宽度Mn/不连续增强纤维聚集体的厚度Hn，此处，n表示不连续增强纤维聚集体的任一方的端部的位置，n＝1或2)相对于将所述不连续增强纤维聚集体二维投影时的、与所述不连续增强纤维的取向方向交叉的方向的所述不连续增强纤维聚集体的宽度最窄的最窄部的纵横比(m/h)而言为1.5倍以上。如上所述的本专利技术涉及的增强纤维复合材料中，若增强纤维进入基体树脂中，则在成型时复合材料的流动性降低，但通过增加不连续增强纤维为聚集体形态的不连续增强纤维的配合量，可抑制所述流动性的降低，从而能够实现良好的流动性。但是，就不连续增强纤维聚集体而言，与例如像相对于长度方向而言的截面形状由矩形、大致圆形形成的柱状体那样、相对于增强纤维聚集体的长度方向(纤维取向方向)而言的聚集体的宽度及厚度为恒定的情况相比，在聚集体的宽度宽、厚度厚的情况下，虽然机械特性差，但流动性优异，相反地，聚集体的宽度宽、厚度薄的情况下，虽然机械特性优异，但有流动性差的趋势。另外，聚集体的宽度窄、厚度厚的情况下，虽然机械特性差，但流动性优异，聚集体的宽度窄、厚度薄的情况下，虽然机械特性优异，但有流动性差的趋势。即，重视良好的流动性的不连续增强纤维聚集体的最佳形态和重视高机械特性的不连续增强纤维聚集体的最佳形态未必是相同的形态，本专利技术综合性地考虑了上述情况等，优化了增强纤维复合材料中的不连续增强纤维的结构，尤其均衡性良好地同时实现了良好的流动性和高机械特性。就不连续增强纤维中包含的不连续增强纤维聚集体而言，优选不连续纤维中至少包含5重量％以上的具有扇状部的扇状不连续增强纤维聚集体(A)，在所述扇状部中，关于至少单侧端部的纵横比(不连续增强纤维聚集体的宽度/不连续增强纤维聚集体的厚度)和二维投影时的、相本文档来自技高网...

【技术保护点】
增强纤维复合材料，其中，由至少包含不连续增强纤维聚集体的不连续增强纤维和基体树脂形成，所述不连续增强纤维中包含5重量％以上的具有扇状部的扇状不连续增强纤维聚集体(A)，在所述扇状部中，不连续增强纤维聚集体的至少单侧端部的纵横比，相对于将所述不连续增强纤维聚集体二维投影时的、与所述不连续增强纤维的取向方向交叉的方向的所述不连续增强纤维聚集体的宽度最窄的最窄部的纵横比(m/h)而言为1.5倍以上，其中，所述纵横比为不连续增强纤维聚集体的宽度Mn/不连续增强纤维聚集体的厚度Hn，此处，n表示不连续增强纤维聚集体的任一方的端部的位置，n＝1或2。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.25 JP 2014-1955291.增强纤维复合材料，其中，由至少包含不连续增强纤维聚集体的不连续增强纤维和基体树脂形成，所述不连续增强纤维中包含5重量％以上的具有扇状部的扇状不连续增强纤维聚集体(A)，在所述扇状部中，不连续增强纤维聚集体的至少单侧端部的纵横比，相对于将所述不连续增强纤维聚集体二维投影时的、与所述不连续增强纤维的取向方向交叉的方向的所述不连续增强纤维聚集体的宽度最窄的最窄部的纵横比(m/h)而言为1.5倍以上，其中，所述纵横比为不连续增强纤维聚集体的宽度Mn/不连续增强纤维聚集体的厚度Hn，此处，n表示不连续增强纤维聚集体的任一方的端部的位置，n＝1或2。2.如权利要求1所述的增强纤维复合材料，其中，将所述扇状不连续增强纤维聚集体(A)投影至二维平面上时，至少单侧端部分叉为2根以上。3.如权利要求1或2所述的增强纤维复合材料，其中，所述扇状不连续增强纤维聚集体(A)的至少单侧端部的纵横比大于30。4.如权利要求1～3中任一项所述的增强纤维复合材料，其中，关于将所述扇状不连续增强纤维聚集体(A)进行二维投影时的至少单侧端部的宽度、和所述扇状不连续增强纤维聚集体(A)的所述最窄部的宽度，单侧端部宽度/最窄部宽度在1.5以上且小于50的范围内。5.如权利要求1～4中任一项所述的增强纤维复合材料，其中，关于所述扇状不连续增强纤维聚集体(A)的至少单侧端部的厚度、和所述扇...

【专利技术属性】
技术研发人员：三好且洋，木本幸胤，桥本贵史，
申请(专利权)人：东丽株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP