[发明专利]包含单向连续纤维和热塑性树脂的复合材料

说明书

根据本发明的一个实施例，提供了一种用于冷压的复合材料，包含：碳纤维，该碳纤维是单向连续纤维；和热塑性树脂，其中复合材料具有0.3mm以上的厚度，当从垂直于连续纤维方向的方向观察复合材料时，复合材料中包含的碳纤维的横截面满足下列式(1)、(2)和(3)：n1/N≤0.1式(1)，p<0.01式(2)，和0.001≤(1‑dc/(dr*(Vr/100)+df*(Vf/100)))≤0.1式(3)。

技术领域

本发明涉及一种包含单向连续纤维和热塑性树脂的复合材料。更具体地，本发明涉及一种具有良好的基质树脂浸渍性质并且适合应用于以车辆为代表的结构构件的复合材料。

背景技术

近来，包含基质树脂和碳纤维的碳纤维增强树脂在机械领域引起了注意。碳纤维增强树脂的特性为重量轻和强度优异。

已知多种具有优异强度的纤维增强树脂。作为保证机械强度要素之一，应该考虑碳纤维和树脂之间的附着力。一般地，碳纤维增强树脂经常通过向纤维中浸渍基质树脂来制造。因此，随着基质树脂向碳纤维的浸渍性质提高，更有可能获得具有优异强度的碳纤维增强树脂。

另外，存在各种用于获得通过对纤维增强树脂进行成形而获得的成形制品的方法。常用方法的实例包括高压釜法、树脂传递成形(RTM)法、热压法和冷压法。其中，当使用了包含用碳纤维增强的热塑性树脂的复合材料时，能够使用热压法和冷压法，并且从生产性的观点来看，通常利用能够以高速循环进行成形的冷压法制造成形制品。

包含碳纤维和热塑性树脂的复合材料的实例包括通过使用通过向纤维束中浸渍热塑性树脂获得的热塑性树脂预浸渍片状材料、层叠所需数量的片材来将层叠体成形为预定形状而获得的材料。例如，为了获得成形制品，能够使用：如JP-A-2012-254632中描述的方法，该方法包括层叠复数个通过在平行排列的增强纤维上贴附在熔点或以下软化的膜状树脂而制备的预浸渍片材，并且加热和加压该层叠体；如JP-A-2013-104056描述的自动铺放(auto lay-up)法，该自动铺放法包括制备通过将纤维束浸入熔融树脂从而几乎向纤维束中完全浸渍入树脂而获得的胶带，在熔化时贴附该胶带并层叠该胶带，以及类似方法。

另外，JP-A-2014-105310公开了通过双带(double belt)法获得高质量的预浸料坯的制造条件，以及一种单向复合材料，该单向复合材料中孔隙和热塑性树脂均一地分布。JP-A-2014-105245公开了在成形热塑性预浸料坯时，防止源自预浸料坯的微小孔隙形成的制造条件。

JP-A-2003-165851公开了一种用于制备柔性纤维增强热塑性树脂片材的半浸渍状态的单向增强纤维片材。JP-A-2004-223743公开了一种出于提高冲击吸收的目的，而带有孔隙的单向连续纤维的带状制品。

另外，JP-A-2012-149170公开了一种通过热压单向取向的碳纤维复合材料片材制造的材料。

但是，在JP-A-2012-254632和JP-A-2013-104056中公开的通过加热和加压的成形和通过层叠的加厚被视为用于使用热固性树脂的碳纤维增强热固性树脂材料的技术的延伸。当将这些中的任意一项实行于工业应用时，因为单件工时趋于变长，通过冷压法的成形不是优选的。另外，当通过JP-A-2014-105310和JP-A-2014-105245中公开的方法获得的预浸料坯被冷压时，复合材料的热稳定性不足或不稳定。此外，由于JP-A-2003-165851中描述的增强纤维片材处于半浸渍状态，在形成成形制品时，其机械性质差。另外，由于增强纤维片材被设计为用于热压，所以不能对其实行冷压。此外，由于JP-A-2004-223743中公开的材料被设计为通过减小热压材料时的压力而在成形后留下孔隙，所以并未提供冷压时产生的固有问题的解决手段。即使在JP-A-2012-149170中公开的从单向取向的碳纤维复合材料片材获得成形板材的情况下，该板材通过热压制造，并且因此如上述说明，不能解决在冷压时产生的固有问题。