[发明专利]具有改进的弯曲特性和表面特性的大丝束碳纤维复合物

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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(Resin Transfer 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1～12K的小丝束[K是指1,000，12K是指组成12,000根具有7～10μm直径的纤维的一束碳纤维]，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。

发明内容

本发明提供一种复合物，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，本发明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～100K。

本发明的以上和其他特征在下文中讨论。

附图说明

本发明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，并不意在限制本发明，其中：

图1是根据本发明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发明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发明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。