纤维增强复合材料及其制造方法技术

本发明专利技术开发并提供除高强度、高弹性模量以外还具有“拉伸”的性质的纤维增强复合材料。另外，由此解决了以往纤维增强复合材料中的脆性、剥离的问题点。提供包含蓑蛾虫丝作为增强纤维的纤维增强复合材料。纤维的纤维增强复合材料。纤维的纤维增强复合材料。

【技术实现步骤摘要】
纤维增强复合材料及其制造方法
[0001]本申请专利技术是申请号为201880056859.0、专利技术名称为纤维增强复合材料及其制造方法、申请日为2018年8月30日的申请的分案申请。


[0002]本专利技术涉及含有蓑蛾虫丝作为增强纤维的纤维增强复合材料、及其制造方法。

技术介绍

[0003]将增强纤维与母材复合而成的纤维增强复合材料是如碳纤维增强塑料(CFRP：Carbon Fiber
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Reinforced Plastics)、玻璃纤维增强塑料(GFRP：Glass Fiber
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Reinforced Plastics)所代表那样的轻量且具有高强度和弹性模量的材料。这样高的强度和弹性模量很大程度是基于碳纤维、玻璃纤维、聚芳酰胺纤维等增强纤维的力学性质。例如已知对于强度除以原材料的质量而得的比强度，碳纤维具有铁的约10倍的力学特性(非专利文献1)。由于这样的力学性质，纤维增强复合材料作为替代金属的材料在遍及体育休闲用品、汽车、住宅、建筑物、飞机各种各样的领域中被利用。
[0004]但是，纤维增强复合材料中使用的以往的增强纤维都具有被称为“无拉伸”的共同性质。增强纤维的该性质成为纤维增强复合材料的“脆性”、增强纤维与母材的界面中的“剥离”的主要原因。特别是母材越具有柔软的性质，在纤维增强复合材料内与增强纤维的剥离就越是深刻的问题。
[0005]于是，通过在纤维增强复合材料中使用高强度和高弹性模量、并且具有拉伸的性质的纤维作为新一代增强纤维，来尝试解决该问题。例如韧性非常高、且具有拉伸的性质的蜘蛛来源的丝(本说明书中经常表述为“蜘蛛丝”)现在作为增强纤维受到瞩目(非专利文献2)。
[0006]但是，将蜘蛛丝实际作为增强纤维使用的情况下，实施上应该解决的方面也很多。例如蜘蛛由于大量饲养、从蜘蛛采集大量的丝困难，因而蜘蛛丝不能量产，存在生产成本高的问题。现在正在尝试通过利用基因重组技术在大肠菌或蚕中生产蜘蛛丝来解决该问题(专利文献1和非专利文献3)。然而，由于生产蜘蛛丝所使用的大肠菌或蚕是基因重组体，因此仅能够在具有规定设备的设施内培养或饲养，要大量生产就需要大规模的生产设施，而且存在维持管理的负担大的新问题。另外，在大肠菌内表达的蜘蛛丝蛋白质是液状的，因此需要使其转换成纤维的工序，但现阶段没有发现使天然纤维的力学特性再现的纤维化转换工序。另外，也存在工序数变多、生产成本增高的问题。
[0007]现有技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献1：WO2012/165477
[0010]非专利文献
[0011]非专利文献1：平松徹,
よくわかる
炭素繊維
コンポジット
入門，日刊工業新聞社2015,第一章.
[0012]非专利文献2：Mathijsen D.,2016,Reinforced Plastics,60:38
‑
44.
[0013]非专利文献3：Kuwana Y,et al.,2014,PLoS One,DOI:10.1371/journal.pone.0105325

技术实现思路

[0014]专利技术要解决的课题
[0015]本专利技术的课题是开发并提供具有高强度、高弹性模量、并且具有以往纤维增强复合材料中的“拉伸”的性质的纤维增强复合材料。由此目的在于解决以往纤维增强复合材料中的脆性、剥离的问题点。
[0016]用于解决课题的手段
[0017]为了解决上述课题，本专利技术者们着眼于蓑蛾虫(Basket worm,alias"bag worm")吐丝出的丝(本说明书中经常表述为“蓑蛾虫丝”)。已知蓑蛾虫是属于鳞翅目(Lepidoptera)蓑蛾科(Psychidae)的蛾的幼虫的总称，通常潜伏在将叶片、枝片用丝捆束而成的纺锤形或圆筒形的巢(Bag nest)中，摄食时也连巢等移动，全幼虫期与巢共同生活。
[0018]该蓑蛾虫丝均衡地兼具强度和拉伸，具有比蚕丝、蜘蛛丝力学上更优异的特性。例如，关于弹性模量，茶大蓑蛾(Eumeta minuscula)的蓑蛾虫丝达到蚕丝的3.5倍、还有棒络新妇(Nephila clavata)的蜘蛛丝的2.5倍(大崎茂芳,2002,繊維学会誌(繊維
と
工業),58:74
‑
78；Gosline J.M.et al.,1999,J.Exp.Biol.202,3295
‑
3303)。另外，本专利技术者们弄清楚了大蓑蛾(Eumeta japonica)的蓑蛾虫丝在与蚕丝、大腹园蛛来源的蜘蛛丝比较时也具有同样的力学特性(日本特愿2017
‑
110003)。例如弹性模量是蚕丝的约5倍，另外是蜘蛛丝的3倍以上。另外，断裂强度是蚕丝的3倍以上，另外是蜘蛛丝的约2倍，并且断裂伸长率是蚕丝的1.3倍以上，另外是与蜘蛛丝几乎匹敌的值。特别是弄清楚了韧性是蚕丝的4倍以上，另外达到蜘蛛丝的1.7倍以上，在天然纤维中也显示了最高水平的韧性。
[0019]饲养管理面蓑蛾虫也具有比蚕优异的点。例如蚕原则上仅以属于桑属(Morus)的种、例如鸡桑(M.bombycis)、桑(M.alba)、和鲁桑(M.Ihou)等的生叶为食物，因此饲养地域、饲养时期受到桑叶的供应地、桑的开叶期影响。而蓑蛾虫是多食性的，对叶饵的特异性低，许多种类可以以各种各样的树种的叶作为食物。因此容易取得叶饵，不挑选饲养地域。另外，根据种类有的常绿树的叶也能作叶饵，因而与落叶树的桑不同，能够全年供应叶饵。而且蓑蛾虫与蚕相比身材小，因而饲养空间与蚕同等以下就足够，大量饲养也容易。因此，与蚕相比能够大幅抑制饲养成本。
[0020]另外，在生产性方面蓑蛾虫也具有比蚕优异的点。例如蚕仅在结茧时大量吐丝，结茧是全部幼虫同时期进行。因而存在采丝时期重叠、劳动期集中的问题。另一方面，蓑蛾虫整个幼虫期在结巢时、移动时反复进行吐丝。因而具有能够通过人工地调节采丝时期来分散劳动期的优点。另外还具有蓑蛾虫丝也能够从野生型的蓑蛾虫直接采集，无须像生产蜘蛛丝那样制作基因重组体、维持管理的优点。
[0021]弄清楚了实际上在增强纤维的纤维中使用了蓑蛾虫丝增强复合材料的弹性模量比高分子基质单独体时提高了10倍以上。另外在使用长纤维的蓑蛾虫丝的情况下，能够显著改善作为碳纤维增强塑料(CFRP：CarbonFiber
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Reinforced Plastics)、玻璃纤维增强塑料(GFRP：GlassFiber
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Reinforced Plastics)的解决课题的低断裂伸长率的问题。
[0022]本专利技术基于上述研究结果提供以下专利技术。
[0023](1)纤维增强复合材料用增强纤维，包含蓑蛾虫丝。
[0024](2)纤维增强复合材料，包含高分子基质和增强纤维，所述增强纤维包含蓑蛾虫丝。
[0025](3)根据(2)所述的纤维增强复合材料，包含含有1mm本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.纤维增强复合材料，包含高分子基质和增强纤维，所述增强纤维使用了在一个或多个方向配置的1m以上的蓑蛾虫丝。2.根据权利要求1所述的纤维增强复合材料，进一步包含除蓑蛾虫丝以外的有机纤维、无机纤维、或它们的组合。3.根据权利要求1或2所述的纤维增强复合材料，包含全部或一部分由蓑蛾虫丝构成的机织物或编织物...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉冈太阳，龟田恒德，秦珠子，浅沼章宗，福冈宣彦，
申请(专利权)人：兴和株式会社，
类型：发明
国别省市：