[发明专利]碳纤维无序毡及碳纤维复合材料

说明书

本发明涉及无序毡材料及其生产方法，具体涉及碳纤维无序毡、及由所述毡制成的具有高机械性能的碳纤维复合材料。本发明涉及上述纤维无序毡的不包括复杂步骤的生产工艺。

技术领域

本发明涉及无序毡材料及其生产方法，具体涉及碳纤维无序毡及由所述毡制成的具有高机械性能的碳纤维复合材料。本发明涉及上述纤维无序毡的不包括复杂步骤的生产工艺。

背景技术

包含碳纤维的碳纤维复合材料用于各种成型制品的制造和各种技术。这样的材料表现出高机械性能，能够实现制造具有高机械性能的成型制品。特别地，由纤维束构成的无序毡已被广泛用于制造碳纤维复合物。这样的碳纤维复合物具有良好的机械性能和成型性。为了制造这样的无序毡，使用了束尺寸极窄(例如1K和3K丝束(tow))的纤维丝束。然而，这样的纤维丝束往往是昂贵的。最近，已开发出更宽的纤维丝束，目前得到广泛利用。对于无序毡用途而言，已尝试使用了12K纤维丝束，但更宽的纤维束会降低机械性能，并且没有特殊的生产技术则无法使用。例如，专利申请WO2014156760涉及包含碳纤维的碳纤维无纺布，其中碳纤维复合材料中特定碳纤维束相对于纤维总量而言的比例较低，并且，各特定碳纤维束中纤维的平均数量被控制在特定的范围内。碳纤维束相对于碳纤维总重量而言的比例为5至80重量％。若碳纤维束的比例多于80重量％，则碳纤维的机械性能和对于微小部分的追随性变差，并且机械性能的变化增大。各特定碳纤维束中纤维的平均数量为每束90至1,000根纤维。形成碳纤维束的碳纤维数量的标准偏差σ为50至500。然而，在如WO2014156760所记载的这种碳纤维复合材料中，碳纤维复合材料中的碳纤维束较细，束的比例较低，碳纤维得以精制。尽管使用其制造的成型制品的机械性能优异，但生产其的工艺需要高度复杂的机器设备，因此，由于碳纤维自身是昂贵的，生产这样的碳纤维复合物的成本进一步升高。

专利申请JP2009-062648A涉及一种复合材料，其中，碳纤维复合材料中，特定的碳纤维束相对于纤维总量而言的比例与上述中相似，被设置为高水平，各特定碳纤维束中纤维的平均数量被控制在另一特定范围内。此外，对碳纤维束的边缘的角度进行了限定，使得在碳纤维束边缘不会发生应力集中，碳纤维复合物的机械性能不会降低。然而，在如JP2009-062648A所记载的这种碳纤维复合材料中，碳纤维束较粗，并且束边缘的角度受到控制，其生产成本变得较高，难以在产业上广泛利用该碳纤维复合物。

因此，需要提供具有良好机械性能、并且能够利用常规机器设备生产以节约生产成本的碳纤维复合材料。

发明内容

发明所要解决的技术课题

本发明的目的在于提供解决上述技术课题的无序毡材料及复合材料。

具体而言，本发明的目的在于提供无序毡材料和具有高机械性能的复合材料。特别地，本发明的目的在于以更低制造成本来提供上述材料。特别地，本发明的目的在于提供上述纤维无序毡的不包括复杂步骤的生产工艺。

本发明的目的还在于提供无序毡材料，以及无需特殊的机器设备即可制造的复合材料。

本发明的目的在于提供在产业上具有广泛用途的无序毡材料和复合材料。

因此，本发明的目的之一在于提供具有良好机械性能、且能够利用常规机器设备生产以节约生产成本的碳纤维复合材料。

更具体而言，本发明的目的在于提供能够利用更宽的纤维丝束(例如，大于3K，优选为至少12K)、以低成本制造的无序毡材料。

发明内容

本发明用于解决技术课题的手段