[发明专利]纤维增强复合材料

说明书

本发明的目的是提供一种纤维增强复合材料，其由增强纤维和热塑性树脂构成，壁薄且机械性能出色，并且可以提供各向同性的成形制品。所述纤维增强复合材料由平均纤维长度为5mm至100mm的增强纤维和热塑性树脂构成，其中在由下式（1）和（2）所定义的粘弹性特征中，在基质树脂的熔点的‑25℃至基质树脂的熔点的+25℃的范围内的平均值满足下式（3）：tanδ=G”/G’（1）tanδ’=Vf×tanδ/(100‑Vf)（2）0.01≤tanδ’≤0.2（3）其中G’表示所述纤维增强复合材料的储能模量（Pa），G”表示所述纤维增强复合材料的损耗模量（Pa），Vf表示所述纤维增强复合材料中所述增强纤维的体积分数（%）。

技术领域

本发明涉及纤维增强复合材料，其由增强纤维和热塑性树脂构成，壁薄且机械性能出色，并且可以提供各向同性的成形制品。

背景技术

使用碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维等作为增强纤维的纤维增强复合材料，利用其高比强度和高比弹性，已被广泛用于飞机、车辆等的结构材料，或一般性工业或运动用途例如网球拍、高尔夫球杆和钓竿。其中使用的增强纤维的形式，可以包括使用连续纤维制造的纺织物、纤维被拉长并单向排列的UD片、使用切断纤维制造的无序片、无纺织物等。

一般来说，在由连续纤维制造的织物或UD片等的情形中，需要复杂的积层步骤，例如由于纤维的各向异性而以各种角度例如以0/+45/-45/90的角度积层，或用于防止成形制品翘曲的进一步的平面对称积层。这是增加纤维增强复合材料的成本的因素之一。

因此，通过使用预先各向同性的无序毡，可以获得相对廉价的纤维增强复合材料。这种无序毡可以通过将切断的增强纤维单独地喷撒或将切断纤维与热固性树脂一起同时喷撒在模具中的喷附成型方法（干式生产方法），或在含有粘合剂的水性悬液中添加事先切断的增强纤维，然后进行造纸的造纸方法（湿法）来获得。干式制造方法需要相对小的装置，因此能够以较低成本获得无序毡。

在干式生产方法中，通常使用切断连续纤维并同时喷撒切断的纤维的方法，并且大多使用旋切机。然而，当加宽切割机刀片之间的间 隔以便加长纤维长度时，切割频率降低，从而引起纤维从切割机中排料不连续。因此，局部出现毡中的纤维的单位面积纤维重量不均匀。特别是在制造具有低单位面积纤维重量的毡时，存在着厚度的不均匀性变得明显并因此表面外观变差的问题。

同时，增加纤维增强复合材料的成本的另一个因素是成型所需时间长。纤维增强复合材料一般通过使用压热釜对被称为预浸料坯的材料加热和加压2小时或更长时间来获得，其中所述预浸料坯通过将增强纤维基材预先用热固性树脂浸渍来获得。最近已提出了RTM成型方法，其中将没有用树脂浸渍的增强纤维基材置于模具中，随后向其倾倒热固性树脂。这显著缩短了成型时间。然而，即使采用RTM成型方法，一个部件的成型所需时间也为10分钟或更长。

因此，使用热塑性树脂代替常规热固性树脂作为基质的复合材料，已成为焦点。然而，热塑性树脂与热固性树脂相比一般具有更高粘度，因此具有用熔融树脂浸渍纤维基材所花费的时间长，以及作为结果成型前的节拍时间延长的问题。