[發(fā)明專利]碳纖維復(fù)合樹脂材料及其制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710097990.5
• 申請日: 2007-04-25
• 公開（公告）號: CN101062993A
• 公開（公告）日: 2007-10-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 野口徹;曲尾章;遠(yuǎn)藤守信
• 申請（專利權(quán)）人: 日信工業(yè)株式會(huì)社
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08K7/06;B29C70/00
• 代理公司: 北京康信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 余剛;李丙林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種具有高剛性的碳纖維復(fù)合樹脂材料及其制造方法。

背景技術(shù)

使用碳纖維、碳黑、石墨、碳納米纖維等的復(fù)合材料已受到關(guān)注。這樣的復(fù)合材料由于含有碳纖維等碳材料，從而可以期望提高導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、機(jī)械強(qiáng)度等。

但是，通常碳纖維與復(fù)合材料的基體材料的潤濕性(親和性)低，向基體材料中分散的分散性也低。另外，尤其是因?yàn)樘技{米纖維相互之間具有強(qiáng)凝聚性，所以在復(fù)合材料的基材中均勻分散碳納米纖維非常困難。

因此，作為本申請的發(fā)明人首先提出的復(fù)合材料，有一種使碳納米纖維均勻分散在彈性體中的碳纖維復(fù)合材料(例如，參照日本特開2005-97525號公報(bào))。

另外，汽車中使用的部件的構(gòu)成材料多數(shù)要求高剛性，所以多使用例如鐵、鋁等金屬。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種具有高剛性的碳纖維復(fù)合樹脂材料及其制造方法，碳纖維復(fù)合樹脂材料在基體中均勻分散有氣相生長碳纖維。

根據(jù)本發(fā)明的碳纖維復(fù)合樹脂材料的制造方法，包括：

第一混合工序(a)，在環(huán)氧化彈性體中混合環(huán)氧樹脂得到第一混合物；

第二混合工序(b)，在所述第一混合物中混合平均直徑為20～200nm、且平均長度為5～20μm的氣相生長碳纖維，得到分散有氣相生長碳纖維的第二混合物；以及

使所述第二混合物固化的工序(c)。

根據(jù)本發(fā)明的碳纖維復(fù)合樹脂材料的制造方法，取代金屬制的構(gòu)成材料，可以得到能夠使用的高剛性樹脂系列材料。并且，因?yàn)樵谔祭w維復(fù)合樹脂材料的制造中使用環(huán)氧樹脂，所以與金屬材料相比，可以在低溫、短時(shí)間內(nèi)成形為期望形狀，降低了成本，并且也可以實(shí)現(xiàn)輕量化。在此，為了將納米尺寸的氣相生長碳纖維分散在基體中，基體材料需要具有粘性、彈性和極性。環(huán)氧樹脂和環(huán)氧化彈性體具有粘性，環(huán)氧化彈性體具有彈性，另外，對于極性，環(huán)氧化彈性體和環(huán)氧樹脂都具有環(huán)氧基。因此，通過在包括環(huán)氧化彈性體和環(huán)氧樹脂的第一混合物中混合氣相生長碳纖維，從而可以容易地將氣相生長碳纖維分散在環(huán)氧樹脂中。

根據(jù)本發(fā)明的碳纖維復(fù)合樹脂材料的制造方法，所述碳纖維復(fù)合樹脂材料中的所述環(huán)氧化彈性體、所述環(huán)氧樹脂和所述環(huán)氧樹脂的固化劑合在一起得到的聚合物成分中的所述環(huán)氧化彈性體的含有率為10～40重量％。通過如此構(gòu)成，可以得到氣相生長碳纖維均勻分散的高剛性碳纖維復(fù)合樹脂材料。當(dāng)碳纖維復(fù)合樹脂材料中的環(huán)氧化彈性體的重量比率不足10重量％時(shí)，氣相生長碳纖維的分散不充分，當(dāng)超過40重量％時(shí)，碳纖維復(fù)合樹脂材料的剛性降低，所以不合適。

根據(jù)本發(fā)明的碳纖維復(fù)合樹脂材料及其制造方法中，所述氣相生長碳纖維可以是用下式(1)定義的彎曲指數(shù)的平均值為5～15的剛性纖維，

彎曲指數(shù)＝Lx÷D????(1)

Lx：氣相生長碳纖維的未彎曲的直線部分的長度

D：氣相生長碳纖維的直徑。

通過如此構(gòu)成，即使是在碳納米纖維中，尤其是使用剛性的氣相生長碳纖維，可以制造具有高剛性的碳纖維復(fù)合樹脂材料。

根據(jù)本發(fā)明的碳纖維復(fù)合樹脂材料，在環(huán)氧樹脂的基體中包括環(huán)氧化彈性體和氣相生長碳纖維；

30℃下的動(dòng)態(tài)彈性率(E’)大于等于30GPa。

根據(jù)本發(fā)明的碳纖維復(fù)合樹脂材料，通過使用氣相生長碳纖維，可以得到具有與金屬結(jié)構(gòu)材料同等程度的高剛性的碳纖維復(fù)合樹脂材料。并且，因?yàn)樵谔祭w維復(fù)合樹脂材料的制造中使用環(huán)氧樹脂，所以與金屬材料相比，成形為期望形狀可以在低溫、短時(shí)間內(nèi)完成，降低了成本，并且也可以實(shí)現(xiàn)輕量化。另外，碳纖維復(fù)合樹脂材料由于含有環(huán)氧化彈性體，從而可以將氣相生長碳纖維均勻分散在基體中。

在根據(jù)本發(fā)明的碳纖維復(fù)合樹脂材料中，所述動(dòng)態(tài)彈性率(E’)可以大于等于40GPa。通過如此構(gòu)成，碳纖維復(fù)合樹脂材料的基體為環(huán)氧樹脂，并具有與金屬材料同等程度的高剛性，所以可得到輕量、成形性好、不會(huì)生銹的構(gòu)成材料。

在根據(jù)本發(fā)明的碳纖維復(fù)合樹脂材料中，所述碳纖維復(fù)合樹脂材料中的所述環(huán)氧化彈性體、所述環(huán)氧樹脂和所述環(huán)氧樹脂的固化劑合在一起得到的聚合物成分中的所述環(huán)氧化彈性體的含有率為10～40重量％。

在根據(jù)本發(fā)明的碳纖維復(fù)合樹脂材料中，斷裂伸長可以是大于等于4％。碳纖維復(fù)合樹脂材料既具有與金屬材料同等程度的高剛性，又可以具有柔軟性。