具有改进的弯曲特性和表面特性的大丝束碳纤维复合物制造技术

本发明专利技术公开了一种碳纤维复合物，其包括30～80重量％的碳纤维织物，其中碳纤维丝束的尺寸是24K～100K；0.1～20重量％的碳无纺织物，其单位面积重量为10～500g/m2；和10～70重量％的聚合物树脂，其传送时的粘度为0.01～10Pa·s。有利地，可以通过选择性地将碳无纺织物应用到使用碳纤维复合物的材料表面上，以得到具有良好表面特性和弯曲特性的碳纤维复合物的成型产品。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种碳纤维复合物，其中应用大丝束碳纤维来改进生产率和降低通过树脂传递成型法的碳纤维复合物成型工艺的成本，而且可以在改进与其应用引起的表面特性相关的问题的同时赋予复合物以良好的弯曲特性。
技术介绍
与钢和轻金属相比具有极佳强度系数的碳纤维复合物通常仅被应用于需要特别坚固的轻质材料的军用设备和航空航天设备上。此外，其也因为其令人却步的昂贵成本而被应用于赛车或贵重车的底盘和车身部件上。然而，其应用的结果是燃料消耗的降低、耐腐蚀、冲击稳定性和由碳纤维轻质带来的灵活性。此外，由于其可塑性，其应用增加设计自由度。但是，对于汽车工业大规模生产的全面应用还没有实现，因为碳纤维复合物的低生产率和高成本。最近，因为加强的环境规制和持续性的高油价，对于将碳纤维复合物应用到混合动力车和电动车的兴趣增加。在这些车辆上的使用将会降低车辆的总重量并降低所需的电池容量以及发动机尺寸，并同时增加驾驶性能和行驶范围。其应用也可以降低电池和发动机的价格。因此，已经做出各种努力来解决生产率问题，而该问题是与其在大规模生产工业中的应用相关的最大问题之一，因为需要成型技术的发展来改进具有高强度/硬度和高品质的复合成型产品的生产率。对于可用作结构性材料的碳纤维复合物的一个成型方法是层压预浸料法。更具体地，树脂在高温/高压成型前进行预浸。然而，该方法也因为其低生产率和高成本而逐渐被树脂传递成型(ResinTransfer Molding, RTM)法所替代。具体来说，是将具有一定形状的碳纤维织物放入模具中，并将热固性树脂传递到模槽中，之后将其在织物中浸透并同时硬化以得到成型产品。用于传递树脂的模具通常是具有高硬度的模具，但在大型成型产品的情况下，将柔性材料用于模具的一部分。通常来说，也使用VaRTM(真空辅助树脂传递成型)法来减少树脂的传递时间。VaRTM对该方法中树脂进口的相对位置施加真空。然而，如果将柔性材料用于模具的一部分，树脂不能扩散至织物，因为树脂流因为模具与模塑材料的紧密接触而被阻断。为了解决这些问题，通常使用作为树脂扩散媒介的网状薄片使树脂扩散变得容易。然而，该树脂扩散媒介通常从复合的成型产品中除去并处理掉。该树脂扩散媒介是有效扩散树脂所需要的，但是因为该媒介在模塑后去除会使生产成本增加并造成环境问题。作为解决这些问题的一个方法，已经使用如下方法，即在例如聚氨酯成型剂的核心材料的表面形成用于树脂扩散的槽(日本专利第2000-501659号和日本专利第2001-510748号)。此外，作为相似技术，也已经在考虑如下方法，即在成型模具中形成用于树脂扩散的槽(日本专利申请公开第2001-62932号)。然而，这些方法并不解决应用大丝束碳纤维时引起的表面质量下降的问题。通常来说，已经被应用到航空航天工业的碳纤维复合物是I 12K的小丝束，但是24K 50K的大丝束碳纤维在包括机动车的工业材料中的应用正日益成为需求。当使用大丝束碳纤维时，可以改进生产率，因为单位时间的生产容积增加，而成本也因大丝束碳纤维比小丝束碳纤维便宜而降低。因此，需要能提供良好表面特性的树脂传递成型法的方案，即使在需要大丝束碳纤维时。也需要该方法还具有增加的生产率和降低成本的能力
技术实现思路
本专利技术提供一种复合物，其防止或显著降低当使用大丝束碳纤维的复合物时产生的表面质量下降，并在通过树脂传递成型法制备时改进生产率和降低成本。一方面，本专利技术提供一种碳纤维复合物，由30 80重量％的碳纤维织物、0.1 20重量％的碳无纺织物、和10 70重量％的聚合物树脂构成，其中碳纤维的丝束大小是24K IOOK0本专利技术的以上和其他特征在下文中讨论。附图说明本专利技术的以上和其他特征将参考在附图中举例说明的其某些示例性实施方式来详细描述，该实施方式仅为说明的目的，并不意在限制本专利技术，其中图1是根据本专利技术的一个示例性实施方式的树脂传递成型法的示意图；图2A、B是表示在应用根据本专利技术的一个示例性实施方式的组合物之前(A)或之后(B)的大丝束碳纤维复合物的平表面的图片；且图3A、B是表示在应用根据本专利技术的一个示例性实施方式的组合物之前(A)或之后(B)的大丝束碳纤维复合物的弯曲部分的表面的图片。列于附图中的参照数字包括对以下元件的参考，且这些元件在后面做进一步讨论应该理解的是，附图不必要成比例，而是呈现出阐明本专利技术基本原理的各种优选特征的略微简化的表示。本文中公开的本专利技术的具体设计特征包括，例如具体尺寸、取向、位置和形状，将部分地由特定的既定应用和使用环境来决定。在附图中，所有附图的几个图中的参照数字是指本专利技术的相同的或等同的部件。具体实施例方式在下文中详细参考本专利技术的各个实施方式，其实例在附图中示例并在下文中说明。尽管本专利技术将结合示例性实施方式进行说明，需要理解的是当前的描述并不意在将本专利技术限制于那些示例性实施方式。相反，本专利技术旨在不仅包括示例性实施方式，还包括各种替换方式、修改方式、同等方式和其他实施方式，其可以包括在所附权利要求所限定的本专利技术的精神和范围内。应该理解的是，本文用到的术语“车辆”或者“车辆的”或其他类似术语一般包括机动车辆，例如载客汽车，包括运动型多功能车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车；包括各种船和艇在内的水运工具；飞行器等，而且包括混合动力车、电动车、插电式混合电动车、氢动力车和其他替代燃料车(例如，从非石油类资源得来的燃料)。本文中提到的混合动力车是具有两种或更多种动力来源的车，例如同时为汽油动力和电动力的车。本专利技术涉及一种碳纤维复合物，其是一种热固性碳纤维复合物，使用通过树脂传递成型法制备的大丝束碳纤维，具有良好的表面和弯曲特性。根据本专利技术的一个特征的碳纤维复合物包括30 80重量％的碳纤维丝束尺寸为24K 100K的碳纤维织物、0.1 20重量％的单位面积重量为10 500g/m2的碳无纺织物、和10 70重量％的注射粘度为0. 01 IOPa s的树脂。该复合物的特征为良好的表面特征和弯曲特性，当通过树脂传递成型法制备复合物时选择性地将碳无纺织物应用到材料表面。碳纤维可以是任何纤维，包括由聚丙烯腈(PAN)纤维、浙青纤维、人造丝纤维或木质素纤维制成的纤维。碳纤维可以通过将纤维与其他类型的纤维混合而制成，当两种或更多种纤维混合在一起时，除碳纤维以外的纤维例如玻璃纤维或聚芳基酰胺纤维可以一起使用。优选地，此碳纤维可以是具有良好物理特性例如强度和弹性模数以及与成本相平衡的PAN类碳纤维。总的来说，碳纤维用一种或更多种表面处理方法或材料进行操作。合适的表面处理方法是如下方法，其中碳纤维表面用合适的方法进行氧化，并用例如聚酰胺、氨基甲酸酯、和环氧树脂之类的材料涂布。通过合适方法进行的碳纤维表面的氧化可以通过引入能在之后表现出与涂布材料的良好粘合力的官能团来实现。这有助于改善纤维在组合物中的分散性。用于表面处理的涂布材料的量可以是碳纤维总重量的大约0.1 大约10重量％。通过广角X射线散射(WAXS)测定的用于本专利技术的碳纤维的晶体尺寸优选在I 6nm的范围内。如果尺寸小于lnm，碳纤维本身的强度系数会因为碳纤维的碳化或石墨化不充分而降低。因此，在一些情况下，得到的成型产品的机械强度下降。然而，如果尺寸超过6nm，碳纤维本身的导电性因为碳纤维的充本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纤维复合物，包括30～80重量％的碳纤维织物，其中碳纤维丝束的尺寸是24K～100K；0.1～20重量％的碳无纺织物；和10～70重量％的聚合物树脂。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：姜铉旻，李相武，崔致勋，崔铁，朴相鲜，
申请(专利权)人：现代自动车株式会社，起亚自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：