[發(fā)明專利]預(yù)浸料坯、纖維增強復(fù)合材料及熱塑性樹脂粒子

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201480005958.8
• 申請日: 2014-01-24
• 公開（公告）號: CN104955883B
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 清水悠子;小林博;富岡伸之;竹崎宏;本田史郎
• 申請（專利權(quán)）人: 東麗株式會社
• 主分類號: C08J5/24
• 分類號: C08J5/24;C08J3/16;B29C70/06;B29K63/00
• 代理公司: 北京市金杜律師事務(wù)所11256
• 代理人: 楊宏軍,焦成美

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及能夠得到在廣泛的成型條件下呈現(xiàn)穩(wěn)定且優(yōu)異的層間韌性、耐沖擊性的纖維增強復(fù)合材料的預(yù)浸料坯、及使用其的纖維增強復(fù)合材料、以及適合用作上述預(yù)浸料坯及纖維增強復(fù)合材料的增強材料的熱塑性樹脂粒子。

背景技術(shù)

纖維增強復(fù)合材料、特別是碳纖維增強復(fù)合材料在比強度、比剛度(specific rigidity)方面優(yōu)異，所以是有用的，在航空器結(jié)構(gòu)構(gòu)件、風(fēng)車的葉片、汽車外板及IC托盤(trays)、筆記本電腦的箱體(殼體)等計算機用途等中廣泛展開，其需求正逐年增加。

纖維增強復(fù)合材料是將預(yù)浸料坯(其以增強纖維和基體樹脂作為必需材料)成型而成的不均勻材料，因此增強纖維的排列方向上的物性與除此之外的方向上的物性之間存在顯著差異。例如，已知就表示增強纖維層間破裂的進(jìn)行難易程度的層間韌性而言，僅通過提高增強纖維的強度，不會帶來根本性改良。特別是，就以熱固性樹脂作為基體樹脂的碳纖維增強復(fù)合材料而言，反映出基體樹脂的低韌性，對于來自增強纖維的排列方向以外的應(yīng)力，具有容易破裂的性質(zhì)。因此，為了確保纖維方向強度、特別是確保對于航空器結(jié)構(gòu)材料來說必要的高溫高濕環(huán)境下的壓縮強度，并且改良以層間韌性為代表的能夠應(yīng)對來自增強纖維的排列方向以外的應(yīng)力的復(fù)合材料物性，提出了各種技術(shù)方案。例如，公開了多種提高沖擊后壓縮強度(其對于航空器結(jié)構(gòu)材料來說是特別必要的)的技術(shù)。

進(jìn)而，近年來，纖維增強復(fù)合材料對于航空器結(jié)構(gòu)材料的適用部位正在擴大，除此之外，以提高發(fā)電效率、能量轉(zhuǎn)換效率作為目標(biāo)的、將纖維增強復(fù)合材料適用于風(fēng)車葉片、各種渦輪的情況也正在發(fā)展，對于適用于壁厚的構(gòu)件(預(yù)浸料坯的層合片數(shù)多)、大型構(gòu)件的情況的研究正在發(fā)展。將上述那樣的大型結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行成型時，不能避免因部位不同而導(dǎo)致產(chǎn)生熱歷程的差異。因此，就所述纖維增強復(fù)合材料而言，要求即使在成型時的溫度-時間分布(temperature-time profile)產(chǎn)生某種程度的變動的情況下，也能夠呈現(xiàn)同等的形態(tài)及特性。

針對上述課題，提出了下述技術(shù)：在纖維層間區(qū)域配置使用了高韌性的聚酰胺等而成的粒子材料，由此提高II型層間韌性(Mode II interlaminar fracture toughness)，抑制由落錘沖擊對構(gòu)件表面造成的損傷(參見專利文獻(xiàn)1)。該技術(shù)是在預(yù)浸料坯的表面以粒子的形態(tài)配置高韌性成分，所以可以提高層間的韌性而不損害預(yù)浸料坯的粘性、懸垂性之類的操作性。但是，即使在使用該技術(shù)的情況下，也存在下述問題：根據(jù)纖維增強復(fù)合材料的成型條件而引起層間粒子的變形，層間的形態(tài)發(fā)生變動，無法呈現(xiàn)穩(wěn)定的層間韌性·耐沖擊性。

另一方面，公開了通過使用包含高熔點熱塑性粒子和低熔點熱塑性粒子的基體樹脂，得到不僅耐沖擊性優(yōu)異而且層間破裂韌性也高的材料(參見專利文獻(xiàn)2)。但是，即使在使用該技術(shù)的情況下，根據(jù)纖維增強復(fù)合材料的成型條件，由于層間粒子的熔融、變形導(dǎo)致層間形態(tài)變動，無法呈現(xiàn)穩(wěn)定的層間韌性·耐沖擊性。進(jìn)而，公開了組合玻璃轉(zhuǎn)化溫度(Tg)不同的2種粒子從而能夠在維持耐熱性的同時改良耐沖擊性、層間韌性的材料，公開了組合有Tg及粒徑不同的真球狀的聚酰胺粒子的例子(參見專利文獻(xiàn)3)。但是，即使在使用了該技術(shù)的情況下，根據(jù)纖維增強復(fù)合材料的成型條件，由于層間粒子的熔融、變形導(dǎo)致層間形態(tài)變動，無法呈現(xiàn)穩(wěn)定的層間韌性·耐沖擊性。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：美國專利第5,028,478號說明書

專利文獻(xiàn)2：日本特表2010-525101號公報

專利文獻(xiàn)3：日本特開平7-41576號公報

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供能夠得到在廣泛的成型條件下呈現(xiàn)穩(wěn)定且優(yōu)異的層間韌性、耐沖擊性的纖維增強復(fù)合材料的預(yù)浸料坯、及使用其的纖維增強復(fù)合材料、以及適合用作上述預(yù)浸料坯及纖維增強復(fù)合材料的增強材料的熱塑性樹脂粒子。

本發(fā)明為了達(dá)成上述目的，具有以下任一構(gòu)成。即，本發(fā)明的第一發(fā)明是預(yù)浸料坯，其至少包含以下材料[A]、[B]及[C]，其中，材料[C]的90％以上存在于從預(yù)浸料坯表面開始直至預(yù)浸料坯厚度的20％的深度的范圍內(nèi)。

[A]增強纖維；

[B]熱固性樹脂；

[C]滿足下述(i)和(ii)、且不溶于上述[B]熱固性樹脂的熱塑性樹脂粒子，

(i)構(gòu)成粒子的材料在180℃時的儲能彈性模量G’大于1MPa且為70MPa以下，