[發明專利]預浸料及碳纖維強化復合材料

有效

• 申請號: 201880049376.8
• 申請日: 2018-05-28
• 公開（公告）號: CN110959023B
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發明（設計）人: 古川浩司;新井厚仁;杉本篤希;三野真弘;三原真由美
• 申請（專利權）人: 東麗株式會社
• 主分類號: C08J5/24
• 分類號: C08J5/24;C08J5/06;C08K7/06;C08L63/00
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 王磊;段承恩

本發明提供可獲得模式I層間韌性和模式II層間韌性、抗拉強度優異的碳纖維強化復合材料的預浸料、以及碳纖維強化復合材料。一種預浸料，其包含下述構成要素[A]～[C]，并且滿足條件(I)和(II)。[A]：碳纖維[B]：環氧樹脂[C]：[B]的固化劑(I)：通過X射線光電子能譜法測得的[A]的表面氧濃度O/C為0.10以上。(II)：使[B]和[C]固化而獲得的固化物包含具有分子各向異性的樹脂區域，上述具有分子各向異性的樹脂區域在正交尼科爾棱鏡狀態下的偏光光學顯微鏡觀察中顯示干涉圖案。

技術領域

本發明涉及可獲得具備優異的層間韌性、抗拉強度的碳纖維強化復合材料的預浸料、碳纖維強化復合材料。

背景技術

以往，由碳纖維、玻璃纖維等強化纖維、與環氧樹脂、酚樹脂等熱固性樹脂形成的纖維強化復合材料輕量，并且強度、剛性等力學特性、耐熱性、此外耐蝕性優異，因此應用于航空/宇宙、汽車、鐵道車輛、船舶、土木建筑和體育用品等多個領域。特別是，在要求高性能的用途中，采用使用了連續的強化纖維的纖維強化復合材料，作為強化纖維，多使用比強度、比彈性模量優異的碳纖維，而且作為基體樹脂，多使用熱固性樹脂，其中特別是大多使用與碳纖維的粘接性優異的環氧樹脂。

碳纖維強化復合材料為以強化纖維和基體樹脂作為必需構成要素的不均勻材料，強化纖維的排列方向的物性與其以外的方向的物性存在大的差別。例如，已知關于表示強化纖維層間破壞的進行難度的層間韌性，僅僅使強化纖維的強度提高，與根本性的改良并沒有關聯。特別是，以熱固性樹脂為基體樹脂的碳纖維強化復合材料反映出基體樹脂的低韌性，具有容易被來自強化纖維排列方向以外的應力破壞的性質。因此，面向如航空機結構材料那樣需要高強度和可靠性的用途，以可以確保纖維方向強度，同時應對以層間韌性為代表的來自強化纖維的排列方向以外的應力的復合材料物性的改良作為目的，提出了各種技術。

近年來，除了碳纖維強化復合材料向航空機結構材料的適用部位擴大以外，以發電效率、能量轉換效率的提高為目標的碳纖維強化復合材料向風車葉片、各種渦輪的適用也進展，向壁厚的構件、此外具有3維曲面形狀的構件的適用研究進展。在向這樣的壁厚構件、或曲面構件負荷了拉伸、壓縮的應力的情況下，產生向預浸料纖維層間的向面外方向的剝離應力，由此在層間產生由開口模式引起的龜裂，通過該龜裂的進展而有時構件整體的強度、剛性降低，達到整體破壞。為了對抗該剝離應力，開口模式即模式I下的層間韌性變得必要。為了獲得具有高的模式I層間韌性的碳纖維強化復合材料，基體樹脂需要具備高韌性。

為了改良基體樹脂的韌性，已知在基體樹脂中配合橡膠成分的方法(例如，參照專利文獻1)、配合熱塑性樹脂的方法(例如，參照專利文獻2)。此外，提出了將被稱為中間層的一種粘接層或沖擊吸收層插入到層間的方法(例如，參照專利文獻3)、和通過粒子將層間強化(例如，參照專利文獻4)的方法。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2001-139662號公報

專利文獻2：日本特開平7-278412號公報

專利文獻3：日本特開昭60-231738號公報

專利文獻4：日本特公平6-94515號公報

發明內容

發明所要解決的課題

然而，在專利文獻1、專利文獻2所記載的方法中，基體樹脂的韌性改良效果不充分。此外，在專利文獻3、專利文獻4所記載的方法中，雖然對于模式II層間韌性具有效果，但是對于模式I層間韌性，得不到充分的效果。此外，它們是為了獲得具有高的層間韌性的碳纖維強化復合材料，而向基體樹脂賦予高韌性的方法，關于著眼于與基體樹脂組合使用的強化纖維的表面元素比率、基體樹脂與強化纖維的界面粘接性而提高層間韌性的方法，沒有任何描述。