纤维增强复合材料制造技术

本发明专利技术的目的是提供一种纤维增强复合材料，其由增强纤维和热塑性树脂构成，壁薄且机械性能出色，并且可以提供各向同性的成形制品。所述纤维增强复合材料由平均纤维长度为5mm至100mm的增强纤维和热塑性树脂构成，其中在由下式（1）和（2）所定义的粘弹性特征中，在基质树脂的熔点的-25℃至基质树脂的熔点的+25℃的范围内的平均值满足下式（3）：tanδ=G”/G’（1）tanδ’=Vf×tanδ/(100-Vf)（2）0.01≤tanδ’≤0.2（3）其中G’表示所述纤维增强复合材料的储能模量（Pa），G”表示所述纤维增强复合材料的损耗模量（Pa），Vf表示所述纤维增强复合材料中所述增强纤维的体积分数（%）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术的目的是提供一种纤维增强复合材料，其由增强纤维和热塑性树脂构成，壁薄且机械性能出色，并且可以提供各向同性的成形制品。所述纤维增强复合材料由平均纤维长度为5mm至100mm的增强纤维和热塑性树脂构成，其中在由下式（1）和（2）所定义的粘弹性特征中，在基质树脂的熔点的-25℃至基质树脂的熔点的+25℃的范围内的平均值满足下式（3）：tanδ=G”/G’（1）tanδ’=Vf×tanδ/(100-Vf)（2）0.01≤tanδ’≤0.2（3）其中G’表示所述纤维增强复合材料的储能模量（Pa），G”表示所述纤维增强复合材料的损耗模量（Pa），Vf表示所述纤维增强复合材料中所述增强纤维的体积分数（%）。【专利说明】纤维增强复合材料
本专利技术涉及纤维增强复合材料，其由增强纤维和热塑性树脂构成，壁薄且机械性能出色，并且可以提供各向同性的成形制品。
技术介绍
使用碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维等作为增强纤维的纤维增强复合材料，利用其高比强度和高比弹性，已被广泛用于飞机、车辆等的结构材料，或一般性工业或运动用途例如网球拍、高尔夫球杆和钓竿。其中使用的增强纤维的形式，可以包括使用连续纤维制造的纺织物、纤维被拉长并单向排列的UD片、使用切断纤维制造的无序片、无纺织物等。一般来说，在由连续纤维制造的织物或UD片等的情形中，需要复杂的积层步骤，例如由于纤维的各向异性而以各种角度例如以0/+45/-45/90的角度积层，或用于防止成形制品翘曲的进一步的平面对称积层。这是增加纤维增强复合材料的成本的因素之一。因此，通过使用预先各向同性的无序毡，可以获得相对廉价的纤维增强复合材料。这种无序毡可以通过将切断的增强纤维单独地喷撒或将切断纤维与热固性树脂一起同时喷撒在模具中的喷附成型方法(干式生产方法)，或在含有粘合剂的水性悬液中添加事先切断的增强纤维，然后进行造纸的造纸方法(湿法)来获得。干式制造方法需要相对小的装置，因此能够以较低成本获得无序毡。在干式生产方法中，通常使用切断连续纤维并同时喷撒切断的纤维的方法，并且大多使用旋切机。然而， 当加宽切割机刀片之间的间隔以便加长纤维长度时，切割频率降低，从而引起纤维从切割机中排料不连续。因此，局部出现毡中的纤维的单位面积纤维重量不均匀。特别是在制造具有低单位面积纤维重量的毡时，存在着厚度的不均匀性变得明显并因此表面外观变差的问题。同时，增加纤维增强复合材料的成本的另一个因素是成型所需时间长。纤维增强复合材料一般通过使用压热釜对被称为预浸料坯的材料加热和加压2小时或更长时间来获得，其中所述预浸料坯通过将增强纤维基材预先用热固性树脂浸溃来获得。最近已提出了 RTM成型方法，其中将没有用树脂浸溃的增强纤维基材置于模具中，随后向其倾倒热固性树脂。这显著缩短了成型时间。然而，即使采用RTM成型方法，一个部件的成型所需时间也为10分钟或更长。因此，使用热塑性树脂代替常规热固性树脂作为基质的复合材料，已成为焦点。然而，热塑性树脂与热固性树脂相比一般具有更高粘度，因此具有用熔融树脂浸溃纤维基材所花费的时间长，以及作为结果成型前的节拍时间延长的问题。作为解决上述问题的方法，提出了被称为热塑性冲压成型(TP-SMC)的方法。这是将事先用热塑性树脂浸溃的切断的纤维加热至树脂的熔点以上或可流动温度以上并投入到模具的一部分中，然后将模具立即关闭的成型方法。在所述方法中，使纤维和树脂能够在模具中流动以便形成产品形状，然后冷却以形成成形制品。在这种方法中，由于使用事先用树脂浸溃的纤维，因此有可能在约I分钟的短时间内进行成型。生产切断的纤维束和成型材料的方法，公开在专利文献I和2。然而，所公开的方法利用被称为SMC或可冲压片的成型材料。在这样的热塑性冲压成型中，纤维和树脂在模具中大规模流动，因此纤维取向被扰舌L。在利用切断纤维的无序毡的情形中，由于单向纤维取向而造成缺乏各向同性。结果，由树脂和增强纤维的流动造成的单向取向降低了各向同性复合材料的物理性质的发展速度。此外，特别是在伴随着增强纤维和基质树脂的流动的模具内成型中，为了确保成形制品在厚度方向上的稳定性和平面尺寸，必须对成型温度或成型结构进行调查。因此，存在着在大规模生产中难以调整制造条件，并且难以制造薄壁产品的问题。同时，对于利用热塑性树脂作为基质的复合材料来说，提出了对含有增强纤维的长纤维颗粒进行注射成型的技术。然而，长纤维颗粒也在颗粒的长度上有限制。此外，存在着热塑性树脂中的增强纤维由于捏和而被切断，从而可能不能保持增强纤维的长度的问题。此外，通过这样的注射成型的成型方法具有增强纤维被定向，从而可能无法获得各向同性的问题。此外，作为不使纤维流动而生产薄壁产品的手段，提出了一种制造预浸料坯的方法，其中通过造纸方法由增强纤维制造薄片，然后以树脂浸溃薄片(专利文献3)。在造纸方法中，由于增强纤维均匀地分散在分散液体中，因此增强纤维采取单纤维形式。(专利文献I)日本专利公布号2009-114611(专利文献2)日本专利公布号2009-114612(专利文献3)日本专利公布号2010-235779专利技术简述待解决的问题本专利技术的目的是提供一种由增强纤维和热塑性树脂构成的纤维增强复合材料，其壁薄且机械性能出色，并且可以提供各向同性的成形制品。此外，在本专利技术的纤维增强复合材料中，纤维增强复合材料 具有特定的粘弹性特征，因此增强纤维和基质树脂可以以预定水平在模具内流动，因此可以获得尺寸准确的成形制品。解决问题的手段为了获得壁薄且机械性能出色的各向同性的成形制品，已经形成了广泛研究。结果，已发现当纤维增强复合材料具有特定粘弹性性质时，热塑性基质树脂可以容易地浸溃，并且允许所述基质树脂和所述增强纤维以预定水平流动，使得在成型期间可以抑制所述增强纤维的单向取向。基于这些发现做出了本专利技术。也就是说，本专利技术的纤维增强复合材料由平均纤维长度为5mm至IOOmm的增强纤维和热塑性树脂构成，其中在由下式(I)和(2)所定义的表示粘弹性特征的tan δ ’中，在所述基质树脂熔点的_25°C至所述基质树脂熔点的+25°C的范围内所述tanS ’的平均值满足下式(3): (其中，G’表示所述纤维增强复合材料的储能模量(Pa)，G”表示所述纤维增强复合材料的损耗模量(Pa)，并且Vf表示所述纤维增强复合材料中所述增强纤维的体积分数(%))所述纤维增强复合材料优选地可以通过对无序毡进行成型来获得，在所述无序毡中，包含在所述复合材料中的增强纤维具有特定打开程度。在含有具有特定打开程度的增强纤维的所述无序毡中，由等于或大于式(4)所定义的临界单纤维数的所述增强纤维构成的增强纤维束(A)相对于所述毡中所述增强纤维的总量的比率为20Vol%以上并小于90Vol%，并且所述增强纤维束(A)中纤维的平均数量(N)满足下式(5):临界单纤维数=600/D (4)0.7X104/D2〈N〈1X105/D2 (5)(其中D表示单增强纤维的平均纤维直径(μm))。本专利技术的效果通过本专利技术的纤维增强复合材料，可以以高的尺寸准确性提供表面外观出色的成形制品。这里，高的尺寸准确性是指成形制品可以以所需厚度形成，并且可以按照模具形状来生产成形制品。特别是，成形制品的厚度尺寸强烈影响材料性质例如抗张强本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：荻原克之，小永井祐平，薗田直彬，手岛雅智，
申请(专利权)人：帝人株式会社，
类型：
国别省市：