复合材料及其制造方法技术

本发明专利技术的目的在于，提供一种以热塑性树脂作为基体并由导电性纤维 来提高强度的复合材料的制造方法。本发明专利技术的另一目的是，提供一种制造 空隙率小、弯曲强度、弯曲弹性模量等机械性能良好的复合材料的方法。 本发明专利技术是将热塑性树脂浸渍在导电性纤维中的复合材料的制造方法，其包 括：(1)使热塑性树脂粘附在导电性纤维上的工序(A)以及(2)用微 波照射该纤维使其发热而使该树脂浸渍在该纤维中的工序(B)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种。本专利技术涉及一种通过微波加热 使树脂浸渍在纤维中制造强度优异的复合材料的方法。
技术介绍
以热塑性树脂作为基体的纤维强化复合材料(下面，有时称之为"FRTP") 己广为人们所知。通常情况下，FRTP是一种将树脂浸渍在分散团(pellet)、 单向团(pellet)、单一纤维束(strand)、单向片(sheet) (UD片)、织 物或无纺布形态下的强化纤维中而成的预成型体。预成型体通过注塑成型、 挤压成型、模内成型或纤维缠绕成型等加工成构造部件、各种零部件等。然而，在制造FRTP时需要注意以下几个方面。即，由于一般情况下热 塑性树脂粘度高，所以在纤维上的附着量较多而且极易变得不均匀，从而难 以将热塑性树脂浸渍在各根纤维中。此外，在对热塑性树脂的加热过程中所 产生的气体难以逸散到外部，痕容易使纤维和树脂之间的密接性变得不充 分。图5中示出了一例采用外部加热熔融法的连续对纤维浸渍的装置(括号 内的数值表示图5中的附图标记)。该装置以如下方式构成其具有槽(ll)， 该槽(11)的内部盛装有熔融后的热塑性树脂(12)，将纤维束(1)在槽 (11)中连续浸渍，使熔融树脂(12)浸渍在纤维束(1)中。此时，采用 夹送辊(14)并通过加热(外部加热)来降低热塑性树脂的粘度，从而使热 塑性树脂易于浸渍在纤维束中。该方法中，为了降低纤维附近的树脂的粘度，提高纤维与树脂的密接性， 必需提高纤维附近树脂的温度。但该方法中，热是按照树脂一树脂和纤维之 间的界面一纤维这样的顺序进行传递，所以，为了使界面的温度升高，需要 提髙整个树脂的温度。其结果，整个树脂都暴露在高温下从而整个树脂受热 而劣化。此外，还提出了许多种为提高树脂和纤维之间的密接性而改进FRTP的3机械特性的方法。例如，可举出下面所述的方案。专利文献1中，提出了一种预成形片的连续制造方法。该方法包括如下 工序 一边在溶剂中使纤维束沿着曲面产生张力一边将其连续收取而使该纤 维束扩展的工序；对该扩展后的纤维束进行干燥的工序；使熔融树脂浸渍在 干燥后的纤维束列中的工序。该方法既解决了溶剂残留的问题，又解决了通 过干式法进行时纤维束扩展不充分的问题。但是，该方法难以对树脂和纤维 的量比进行控制，并难以获得充分的密接性。专利文献2中，公开了一种预成型体的制造方法，g卩，让不同于基体树 脂但与基体树脂具有相溶性的树脂溶液浸渍在沿一个方向平行扩展的片状 连续碳纤维中，并在不对该溶液进行干燥的情况下粘附作为基体树脂的片状 树脂。就该方法而言，作为糊剂，使用了与基体树脂具有相溶性的树脂溶液， 所以具有残留溶剂会使复合材料性能劣化的缺陷。专利文献3中，公开了一种预成型体的制造方法，即，对沿一个方向平 行扩展的片状连续碳纤维加压，使其浸渍在熔融状态的热塑性树脂膜上。但 该方法也还未获得充分的密接性。专利文献4中，公开了一种可连续制造纤维强化塑料的方法，S卩，使流 动性塑料以多条分流的形式朝纤维材料垂直喷射并与之相撞，由此来连续制 造纤维强化塑料。将该方法适用于热塑性树脂时，由于熔融树脂粘度过高， 所以需要溶液或分散液。该方法也未彻底解决残留溶剂的问题。专利文献5中，公开了一种预成型体的制造方法，特征是，在以织物作 为强化材料、以热塑性树脂作为基体的预成型体中，用溶剂洗净除去织物上 的浆剂，接下来干燥，然后层压热塑性树脂膜，并在加热状态下押压。即使 采用该方法，仍不能说树脂和织物具有充分的密接性。专利文献6中，公开了一种层压成形方法，S卩，对以聚丙烯为基体树脂 的纤维强化预成型体进行加热熔融，并进行压力成型，此时，在基体树脂中 混入可提高介电损失系数的添加物，并用微波对预成型体进行加热熔融。但 就该方法而言，基体树脂中的添加剂被微波加热，并不能有选择性地加热纤 维和其附近的树脂。因此，为了使纤维附近的树脂降到希望的熔融粘度，需 要高温加热整个基体树脂，从而会造成整个基体树脂受热而劣化。专利文献1:特开昭57-56220号公报4专利文献2:特开昭58-162317号公报 专利文献3:特开昭59-14924号公报 专利文献4:特开昭61-286107号公报 专利文献5:特开昭63-54441号公报 专利文献6:特开昭64-34733号公报
技术实现思路
本专利技术的目的是，提供一种以热塑性树脂作为基体并用导电性纤维来提 高强度的复合材料的制造方法。本专利技术的另一目的是，提供一种制造空隙率 小且弯曲强度、弯曲弹性模量等机械性能良好的复合材料的方法。本专利技术的 另一 目的是，提供一种制造热塑性树脂和导电性纤维的密接性优异的复合材 料的方法。本专利技术的另一目的是，提供一种基体树脂的分子量较低且色相恶 化少的复合材料的制造方法。本专利技术的另一目的是，提供一种导电性纤维损 伤较少的复合材料的制造方法。本专利技术是基于下述发现而作出的，即，将热塑性树脂浸渍在导电性纤维 中时，用微波照射加热导电性纤维来降低热塑性树脂的粘度，可使热塑性树 脂很好地浸渍在该纤维中，而且也提高了二者的密接性。此外，本专利技术还基于下述发现而作出，即，微波加热的位置仅局限于导 电性纤维与热塑性树脂的界面附近，因此，与对热塑性树脂整体进行加热的外部加热方式相比，可抑制树脂的劣化。此外，本专利技术还基于下述发现而作出，S卩，与使导电性纤维与加热器接 触的方法相比，利用微波的非接触加热法对纤维的损伤较小。此外，本专利技术还基于下述发现而作出，S卩，在将热塑性树脂浸渍在导电 性纤维中之前，当用微波照射导电性纤维而对其加热时，可有效地除去该纤 维上所附着的水分和杂质，从而能使热塑性树脂很好地浸渍在该纤维中。本专利技术是一种将热塑性树脂浸渍在导电性纤维中的复合材料的制造方法，包括(1)使热塑性树脂粘附在导电性纤维上的工序(A);及(2)用微波照射该纤维使其发热，并使该树脂浸渍在该纤维中的工序(B)。优选在工序(A)中粘附熔融状或粉末状的热塑性树脂。优选在工序(B) 中，并用外部加热装置来浸渍该树脂。优选在工序(A)之前具有对导电性纤维进行开纤的工序(F-l)。优选在在工序(A)之前具有用微波照射导电 性纤维而加热该纤维的工序(F-2)。优选在工序(B)之后具有对该树脂进 行加压的工序(D)。优选在工序(B)之后具有使熔融后的树脂冷却、固化 的工序(工序C)。导电性纤维优选是碳纤维。导电性纤维具有从纤维束、 单向(UD)片、织物和无纺布中选出的形态。热塑性树脂优选是芳香族聚碳酸 酯树脂。芳香族聚碳酸酯树脂的熔融体积率值(MVR值)优选为70cm3/10 分钟以下。本专利技术还包括复合材料，其含有导电性纤维和热塑性树脂，空隙率为 2.6%以下。导电性纤维优选实质上没有裂缝的导电性纤维。附图说明图1是表示微波炉的概要图。图2是表示微波照射时间与测试体表面温度之间关系的曲线图，其是在 采用图1中所示的微波炉并固定纤维束诱导30 70W的微波时的曲线图。表 中的FWD表示微波装置的信号发送输出，REW表示未吸收而返回的输出。 另外，CF (碳纤维)采用了日本东邦耐克丝株式会社生产的HTA-12K (商 品名称)。PC (聚碳酸酯树脂)采用了日本帝人化成(株)生产的CMIOOO (商品名称)。图3是表示微波照射时间与测试体表面温度之间的关系的曲线图，其是 在采本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合材料的制造方法，其将热塑性树脂浸渍在导电性纤维中，其中，包括：（１）使热塑性树脂粘附在导电性纤维上的工序（Ａ），和（２）用微波照射该纤维使其发热而使该树脂浸渍在该纤维中的工序（Ｂ）。

【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：大野信博，
申请(专利权)人：帝人化成株式会社，
类型：发明
国别省市：JP