[发明专利]碳纤维复合材料的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及碳纤维复合材料及其制造方法。尤其是涉及具备强化纤维塑料的碳纤维复合材料及其制造方法。

背景技术

对于作为玻璃纤维、碳纤维等强化材料与母材塑料的复合材料的纤维强化塑料(FRP)而言，作为轻质且高强度的材料，目前被利用在汽车、航空器、住宅设备等广阔的产业领域。强化材料使用碳纤维的碳纤维强化塑料(CFRP)是耐久性高、且还具有导电性的有用材料。作为FRP的中间产品的预浸料坯是使经取向的玻璃纤维、碳纤维等强化材料含浸母材树脂、并通过加热或干燥使其半固化而成的片材。预浸料坯是通过粘贴在基材等上使其固化而能够成型为任意形状的材料。

在将预浸料坯粘贴在基材上、或将预浸料坯彼此层叠的情况下，需要借助粘接层，因此，希望具有较大的剥离强度的粘接层。另外，通常以树脂为材料的粘接层为导电性低的材料，因此，即使在层叠包含碳纤维(具有导电性)的预浸料坯的情况下，也不能通过粘接层得到预浸料坯层间的导电性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-142972号公报

专利文献2：日本特开2010-174084号公报

非专利文献

非专利文献1：A.L.M.Reddy et al.SCIENTIFIC REPORTS,2,481(2012).

发明内容

发明所要解决的课题

作为解决上述问题的方法之一，考虑添加对粘接层赋予强度和导电性的材料。例如，也考虑将金属粒子、碳粒子与树脂混合而形成粘接层，但为了得到充分的导电性，需要添加相当数量的粒子，因此，有可能会损害轻质的预浸料坯的特性。另外，金属的化学性不稳定，化学性稳定的金、铂不适合用于需要大面积的预浸料坯。

作为轻质且高强度的材料，可举出仅由碳原子构成的碳纳米管(以下，也称为CNT)。CNT是电特性、导热性、机械性质优异的材料。在添加CNT而形成粘接层时，需要将CNT与树脂混合而成的糊状组合物。然而，在制备含有CNT的糊状组合物时，需要使CNT分散在树脂中，该CNT因CNT相互的凝聚力(范德华力)而以被称为捆的较大的束那样的结构存在。例如，专利文献1中提出了通过将CNT与离子液体混炼来松解CNT捆从而制备CNT分散液的方法。

另一方面，在不使用离子液体而制备CNT分散液时，已知有将使CNT分散在通用的有机溶剂等中而成的分散液通过喷雾法形成涂膜的方法(非专利文献1)、通过喷墨法形成涂膜的方法(专利文献2)。在形成包含CNT的粘接层时，需要从涂布的CNT分散液中去除溶液的工序。因此，在使用通过这些公知的方法得到的分散液时，通过1次涂膜而形成的膜厚变薄，例如，在形成厚膜为0.1μm以上的涂膜时，为了进行反复涂布而需要较长的时间。另外，通过这些公知的方法得到的分散液的粘度低，不适合涂布，难以以高吞吐量形成具有较大膜厚的平坦性优异的粘接层。

例如，在形成膜厚为0.1μm以上的粘接层时，需要下述工艺，即，将CNT分散液厚厚地涂在基板上，代表性地涂布直至1mm左右，但是在不使用离子液体的情况下，难以制备具有能够进行上述工艺的粘度特性的糊状组合物。然而，离子液体存在化学稳定性的问题，因此，有时会损害CNT的优异的特性，不适合用于粘贴预浸料坯的粘接层。

本发明旨在解决如上所述的现有技术的问题，提供具备粘接层且该粘接层具有高剥离强度和优异导电性的碳纤维复合材料及其制造方法。用于解决课题的手段

根据本发明的一个实施方式，提供一种碳纤维复合材料，所述碳纤维复合材料具备：碳纤维分散在热固性树脂中的第1碳纤维分散层、碳纳米管分散在热固性树脂中的碳纳米管分散层、和碳纤维分散在热固性树脂中的第2碳纤维分散层，所述碳纳米管分散层设置在所述第1碳纤维分散层和所述第2碳纤维分散层之间，所述碳纳米管分散层中的碳纳米管以与所述第1碳纤维分散层的碳纤维及所述第2碳纤维分散层的碳纤维紧密接触的方式配置。

另外，提供一种碳纤维复合材料，所述碳纤维复合材料具备：碳纤维分散在热固性树脂中的第1碳纤维分散层、碳纳米管分散在热固性树脂中的碳纳米管分散层、和碳纤维分散在热固性树脂中的第2碳纤维分散层，所述碳纳米管分散层设置在所述第1碳纤维分散层和所述第2碳纤维分散层之间，所述碳纤维复合材料具备层间剥离强度为300J/m²以上、纤维轴方向的电导率为0.1S/cm以上、垂直方向的电导率为10^-5S/cm以上、三点弯曲强度为500MPa中的至少一项。

在所述碳纤维复合材料中，所述碳纳米管分散层可以为膜状。