[发明专利]预浸料坯、纤维增强复合材料及纤维增强复合材料的制造方法

说明书

相关申请

本申请要求2011年3月30日提交的美国临时申请号61/469,529,和2012年1月13日提交的美国临时申请号61/586,232的权益，将这两个申请的全部内容通过参照引入本文中。

技术领域

本发明涉及一种预浸料坯，其可以提供高水平的优良加工性能和优良抗冲击性，并且其可以仅仅使用真空泵和烘箱而无需使用高压釜进行成型，并且本发明还涉及一种使用该预浸料坯的纤维增强复合材料并涉及该纤维增强复合材料的制造方法。

背景技术

纤维增强复合材料在轻质的同时强度和刚性等机械性能也优异，因此其广泛用作飞行器构件、航天器构件、汽车构件、铁路车辆构件、船舶构件、运动器材构件及笔记本电脑用外壳等计算机构件，并且对其的需求逐年递增。在这些领域中，飞行器构件和航天器构件特别需要优良的机械性能和耐热性，因此，作为增强纤维，碳纤维被最广泛地使用。此处，航天器构件的例子包括用于例如人造卫星、火箭和航天飞船等中的构件。

此外，在热固性树脂中，具有优良的耐热性、弹性模量和耐化学药品性以及极小化的固化收缩的环氧树脂和聚胺的组合最通常被用作基体树脂。制造这些纤维增强复合材料的主流方法是使用高压釜等的热压成型，但存在成型成本高、成型设备大型化和设备导致的成型尺寸受到限制等问题(例如，参见专利文献1)。

鉴于前述问题，最近有下述可以通过脱离高压釜成型来生产低空隙纤维增强复合材料的报道：使用基体树脂部分浸入增强纤维中的部分浸渍预浸料坯，则预浸料坯内的增强纤维的未浸渍的部分变为气道，使得层叠过程中截留的空气和来自预浸料坯的挥发性组分从所述预浸料坯中释放出，由此可以仅使用真空泵和烘箱而无需使用高压釜等加压装置(例如，参见专利文献2)。然而，尽管采用该技术可以迅速地解决前述问题，但是仍然存在由针对跌落冲击(drop impact)的抗性表示的抗冲击性问题，其是纤维增强复合材料的基本问题。因此，需要使用提供坚韧的纤维增强复合材料的技术，该技术使用在预浸料坯表面区域上具有使微粒分散而制成的树脂层的预浸料坯，所述微粒由尼龙等热塑性树脂制成(参见专利文献3)。另一方面，将由热塑性树脂制成的微粒加入热固性树脂中将引起预浸料坯中的基体树脂的流动急剧下降。然而，在例如用高压釜的高压成型期间，利用基体树脂的流动和预浸料坯的一体化过程，层叠过程中截留的空气和来自预浸料坯的挥发性组分从预浸料坯中释放出来。换句话说，压密过程在固化期间完成，因此所获得的纤维增强复合材料没有特别大的问题，实现了低空隙。然而，采用仅仅使用真空泵和烘箱而脱离高压釜成型等的低压成型时，通常使用前述的部分浸渍的预浸料坯，但是为了增加抗冲击性，采用在预浸料坯的表面区域具有使由热塑性树脂制成的微粒分散而形成的树脂层的部分浸渍的预浸料坯，由于预浸料坯中的基体树脂流速极低以及未浸渍纤维的体积大，所以压密过程不能在固化期间完成。因此，当面对所获得的纤维增强复合材料中产生大量空隙的主要问题时，迄今为止使用脱离高压釜成型还不能获得具有优良的抗冲击性的纤维增强复合材料。

[专利文献1]JP2004-050574A

[专利文献2]US No.6,391,436B

[专利文献3]JP10-231372A

发明内容

为了同时解决上述问题，对由热固性树脂制成的纤维增强复合材料中产生空隙的机理进行了坚持不懈的研究，结果本发明人等发现，如果预浸料坯被热固性树脂组合物以一定的重量分数部分浸渍，则预浸料坯能够以高水平提供适于脱离高压釜成型的优良抗冲击性和基体树脂流动性能。此外，本发明人等同时发现了使用这种预浸料坯的纤维增强复合材料及其制造方法。

一个实施方式涉及一种预浸料坯，其具有包括第一层和第二层的结构，其中该预浸料坯含有包含增强纤维的组分(A)、包含热固性树脂的组分(B)和包含热塑性树脂微粒或纤维的组分(C)，所述组分(C)基本上局部分布在第一层中，并且所述预浸料坯是部分浸渍的预浸料坯。

此外，本发明还包括通过热固化本发明的预浸料坯制得的纤维增强复合材料。

此外，本发明的纤维增强复合材料的制造方法如下进行：层叠预浸料坯，在约20至约50℃之间的温度和约11kPa以下的真空度下进行脱气，并且通过在将真空度维持在约11kPa以下的同时将温度升高至固化温度来进行成型

附图说明

图1表示一个实施方式中的预浸料坯的剖面图的一个例子。

图2表示一个实施方式中的预浸料坯的压密过程的示意图。