[发明专利]由纤维增强复合材料构成的成形制品有效

专利信息
申请号: 201180070483.7 申请日: 2011-08-31
公开(公告)号: CN103502326A 公开(公告)日: 2014-01-08
发明(设计)人: 八木穣;杉山亨;近藤豊;谷口路治;小永井祐平;古川一光 申请(专利权)人: 帝人株式会社
主分类号: C08J5/04 分类号: C08J5/04;B29C43/34;B29C70/10;B29K105/12
代理公司: 北京泛诚知识产权代理有限公司 11298 代理人: 陈波;吴立
地址: 日本*** 国省代码: 日本;JP
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摘要:
搜索关键词: 纤维 增强 复合材料 构成 成形 制品
【说明书】:

技术领域

本发明涉及在形状方面具有自由度的轻量成形制品,其由含有增强纤维和热塑性树脂的纤维增强复合材料构成。本发明还涉及优选地可用于电气和电子设备的外壳、汽车部件、医疗设备部件、飞机部件、建材和通用工业部件中的成形制品。本发明还涉及以高生产率生产所述成形制品的方法。

背景技术

近年中,在各种领域例如电气和电子设备、汽车、医疗设备、飞机、建材和通用工业部件中,与减轻重量相关的需求逐渐增加,在其中使用的外壳和部件要求减轻重量并具有高刚性。通过对铝合金或镁合金辊轧板进行压制而获得的成形制品或通过对其进行模铸而获得的成形制品,用作这样的薄壁高刚性外壳和构件。此外,已经使用通过对装填有玻璃纤维或碳纤维的纤维增强复合材料进行注射模制而获得的成形制品,以及通过注射模制将纤维增强复合材料板与热塑性树脂整合在一起而获得的成形制品。

铝合金和镁合金在强度和刚性方面出色,但是在可成型性方面有限,因此难以在单一基材中形成复杂形状。此外,金属构件(特别是镁合金)具有耐腐蚀性不良的问题。金属构件的表面被空气中的湿气或使用者汗水中包含的湿气和盐所腐蚀,导致出现外观不佳。有鉴于此,专利文献1提出了一种用于生产外壳的方法,所述方法包括向由镁合金构成的整个构件涂布树脂层的涂布步骤,以及将构件和树脂制部件一体模制的模制步骤。这种方法能够形成复杂形状并提供耐腐蚀性。然而,步骤变得复杂,此外,铝合金、镁合金和树脂的比强度相对于铁来说高,但是当与后文中描述的纤维增强复合材料相比时低。因此,在可获得的重量减轻方面存在限度。

纤维增强复合材料在比强度和比刚度方面出色,此外在耐腐蚀性方面出色,因此被广泛用于上述应用中。具体来说,通过对装填有玻璃纤维或碳纤维的纤维增强复合材料进行注射模制而获得的成形制品,由于在形状方面的高自由度和高生产率而被广泛使用。然而,由于保留在成形制品中的纤维的长度短,在需要高强度和刚度的应用中仍存在问题。另一方面,用连续纤维强化的纤维增强复合材料在比强度和比刚度方面特别出色,因此主要被用于需要高强度和刚度的应用中。然而,所述纤维增强复合材料与树脂和通过注射模制获得的纤维增强复合材料相比,在形状方面的自由度低,并且通过单一基材难以形成复杂形状。此外,由于纤维增强复合材料通过将大量增强纤维以编织形式层堆来生产,因此存在着生产率低的问题。专利文献2提出了一种组合成形制品,其中将树脂构件接合到由含有增强纤维、特别是连续纤维的片构成的板状构件的外部边缘处。这种构造能够获得具有复杂形状的成形制品。然而,由于所述成形制品通过多个步骤来生产,因此难以称得上生产率高。此外,使用连续纤维的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小时以上来获得,在所述预浸料坯中,将增强纤维基材预先用热固性树脂浸渍。近年中,已提出了RTM模制方法,所述方法包括将没有用树脂浸渍的增强纤维基材置于模具中,随后在模具中倾倒热固性树脂,并极大缩短了模制时间。然而,即使在使用RTM模制方法的情形中,模制一个部件也需要10分钟以上的时间,生产率没有得到改善。

因此,使用热塑性树脂代替常规的热固性树脂作为基质的纤维增强复合材料,吸引了注意力。然而,与热固性树脂相比,热塑性树脂一般具有高粘度。因此,存在着用树脂浸渍纤维基材的时间长,以及因此在模制前花费的时间变长的问题。

作为解决这些问题的技术,提出了一种被称为热塑性冲压成型(TP-SMC)的技术。这种技术是一种模制方法,其包括将事先用热塑性树脂浸渍的切割的纤维加热至树脂的熔点以上或可流动温度以上,并将切割的纤维导入模具的一部分中,将模具立即关闭,流化模具中的纤维和树脂,从而获得产品形状,然后进行冷却以形成成形制品。通过使用事先用树脂浸渍的纤维,这种技术能够在约1分钟的短时间段内进行模制。专利文献3和4描述了用于生产切割的纤维束和模制材料的方法。那些方法是使用被称为SMC或可冲压片材的模制材料的方法。在这样的热塑性冲压成型中,使纤维和树脂能够在模具中流动,因此存在着不能生产薄壁产品以及纤维取向被扰乱,使其难以控制的问题。

专利文献1:JP-A-2010-147376

专利文献2:JP-A-2010-131804

专利文献3:JP-A-2009-114611

专利文献4:JP-A-2009-114612

发明内容

本发明待解决的问题

本发明中待解决的问题是以高生产率提供成形制品,所述成形制品是薄壁且轻量的,具有高刚性和出色的表面外观,并具有复杂的三维形状。

解决问题的手段

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