[发明专利]碳纤维增强成型材料和成形制品

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳纤维增强成型材料及其成形制品。

背景技术

由碳纤维增强的复合材料通过利用其高比强度和比弹性，已经广泛地应用于常规工业和体育领域，例如用作飞机和车辆等的结构材料以及用于网球拍、高尔夫球杆和钓鱼竿等。关于这些应用中使用的碳纤维的形式，例如由连续纤维制成纺织物、其中纤维沿一个方向排列的UD片、通过使用短切纤维制成的无序片材和无纺布。

近年来，其中使用热塑性树脂作为基体代替传统的热固性树脂的组合物受到关注。然而，其大多数通过注射成型制成成形制品(例如专利文献1)，因此在熔融捏合期间发生纤维长度的减小，导致机械强度下降。

除此之外，还开发了其他成型方法，其中将用于成型的基材，具体为由不连续长纤维制成并用热塑性树脂浸渍的毡加热至热塑性树脂熔点以上的温度，注入温度调整至熔点或玻璃转化温度以下的模具中，然后通过合模形成。

在纤维增强复合材料中，如专利文献2所述，公知通过成型其中不连续长纤维在X和Y方向(平面方向)分散的毡状基材诸如无纺布获得的成形制品的机械强度优秀。

专利文献3描述了混合碳纤维增强的热塑性树脂组合物材料，其中将诸如碳纳米管或碳纳米纤维的碳微细纤维加入长度为20mm以上的碳纤维中，并且提供具有高弯曲强度和在纤维轴向的横向方向上高强度的预浸体。这种高强度的原因被认为在于，当施加弯曲应力时，压缩侧的形变因为碳微细纤维强化形成基体的热塑性树脂的压缩弹性模量而被抑制，并且碳纤维的屈曲(buckling)减少，从而防止了压缩断裂模式并且使碳纤维的高拉伸强度有效，而且除此之外，碳微细纤维在碳纤维的轴向方向上定向度低并且在轴向的横向方向上具有增强效果，不能预期碳纤维的增强效果。

此外，专利文献4和5描述了使用热塑性树脂和两种长度不同的碳纤维的纤维增强材料。

引用列表

专利文献

专利文献1：JP-A-2011-57811

专利文献2：WO 2013/094706

专利文献3：JP-A-2011-213797

专利文献4：JP-A-10-323829

专利文献5：JP-A-2011-157524

发明概述

本发明待解决的问题

但是，在专利文献2中，通过用流动性优秀的短纤维组分代替一部分长纤维组分，强化了纤维增强复合材料的流动性；作为结果，随着流动性的增强，由固有机械强度优秀的长纤维组分带来的机械强度发生了下降。在特别需要优秀的机械强度的用途中，对于高增强纤维的含量有要求。然而，对于寻求在保持流动性的同时提高机械性能的技术，尚未提供任何解决方案。

在如专利文献3使用碳纳米管或碳纳米纤维的情况下，长度太短的纤维有导致热塑性树脂增厚或凝胶化的趋势，并使树脂在成型时的流动变得困难。

此外，即使在如专利文献4和5使用两种纤维长度不同的增强纤维的情况下，尤其是当短增强纤维的长度均一时，已经发现成型后的外观、特别是填入凸台或肋部中的增强纤维的性质劣化。

本发明的目标是提供一种包含碳纤维和热塑性树脂并且机械性能和流动性两者都优秀的成型材料，以及提供一种通过成型该成型材料获得的并且机械性能优秀的成形制品。

为了解决上述问题，本发明人进行了大量研究，使得能够提高流动性而且不显著损害不连续长纤维毡的机械强度，从而达成了该问题的解决方案。

解决问题的手段

本发明人通过大量研究，已经发现能够通过下列手段解决上述问题，从而实现本发明。

<1>

一种板状碳纤维增强成型材料，包含：热塑性树脂、碳纤维(A)和碳纤维(B)，其中，

i)所述碳纤维(A)的纤维长度为0.01mm以上且小于3mm，

ii)所述碳纤维(B)的纤维长度为3mm以上且小于100mm，

iii)满足1.0<Lw_A/Ln_A<3，其中，Lw_A和Ln_A分别是所述碳纤维(A)的重均纤维长度和数均纤维长度，并且

iv)所述碳纤维(B)是二维随机定向的。

<2>

根据<1>所述的碳纤维增强成型材料，其中所述碳纤维(A)是三维随机定向的。

<3>