專利名稱：碳纖維預浸料的制作方法
技術領域：
本發明涉及碳纖維預浸料。本發明特別涉及碳纖維預浸料的柔軟性和固化后的復合材料的機械物性優異，碳纖維預浸料表面具有適度的粘著性(粘性)的碳纖維預浸料。
背景技術：
專利文獻I中公開了通過使粒徑5 100微米、粒子比重0.1 3的粉體附著在預浸料的表面來改良預浸料的表面的方法。例如，專利文獻I中例示了通過使作為無機粉體的沸石附著在預浸料的表面來改良粘性，但有通過使粉體附著而纖維強化復合材料的機械物性傾向于降低這樣的課題。此外，由于沸石具有水分的保持功能，水分的吸附、脫離量多，因此對沸石附近的基體樹脂帶來水分的影響，因此進而纖維強化復合材料的機械物性可能會降低。此外，專利文獻I中例示了硬脂酸鎂，但硬脂酸鎂一般作為潤滑劑使用，如果在纖維強化復合材料的強化纖維層間局部存在，則機械物性會降低。該文獻中還顯示了作為單向纖維強化復合材料的強化纖維與基質樹脂的粘接性的一個指標的90°方向的彎曲強度極端地降低。關于將碳纖維預浸料固化后的碳纖維強化復合材料，一般而言壓縮強度比抗拉強度低，作為構件強度，壓縮強度成為判斷材料的情況多。因此，在考慮機械物性方面，壓縮強度是重要的，但一般而言在使粉體附著在預浸料表面的情況、粉體的量多的情況下，有對成型后的強化纖維復合材料的機械物性(特別是0°壓縮強度)帶來不良影響這樣的問題。另一方面，在附著的粉體的量少的情況下，粘性的降低效果不會持續。要求預浸料的粘性的降低效果持續，對成型后的強化纖維復合材料的機械物性(特別是0°壓縮強度)沒有不良影響的技術。現有技術文獻專利文獻專利文獻1:日本特開平9 - 100360號公報
發明內容
發明所要解決的課題本發明的目的是提供預浸料的柔軟性和固化后的復合材料的機械物性(特別是0°壓縮強度)優異，具有適度的粘性的碳纖維預浸料。用于解決課題的方法本發明人等為了解決上述課題而反復進行了深入研究，結果完成了本發明。即，在表面上以I 20g/m2的范圍附著有選自碳化硅粒子、氧化鋁粒子和高嶺土粒子中的I種以上無機粒子的碳纖維預浸料。所述無機粒子的粒度分布的D50的值優選為0. 9 y m以上20 以下。每Im2碳纖維預浸料所包含的碳纖維的質量(以下，稱為“FAW”。)優選為500g/m2 以上。
發明的效果根據本發明，可獲得預浸料的柔軟性和固化后的復合材料的機械物性(特別是0°壓縮強度)優異，具有適度的粘性的碳纖維預浸料。
圖1為顯示復合材料面板以真空袋成型時的固化條件的圖。
具體實施例方式本發明的碳纖維預浸料為在一面或兩面的表面上附著有選自碳化硅粒子、氧化鋁粒子和高嶺土粒子中的I種以上無機粒子的碳纖維預浸料。本發明的碳纖維預浸料所包含的碳纖維沒有特別地限定，可舉出PAN系碳纖維、浙青系碳纖維。優選為PAN系碳纖維。關于碳纖維，在單一的預浸料中可以使用I種碳纖維，也可以規則地或不規則地排列多種碳纖維來使用。通常，在要求特定方向上比強度、t匕彈性模量高的用途中，碳纖維在單一方向上取向的單一方向預浸料是最適合的，但也能夠預先將碳纖維加工成長纖維氈、織物等片形態，用于碳纖維預浸料。本發明的碳纖維預浸料所包含的基體樹脂沒有特別地限定，可舉出環氧樹脂、聚酯樹脂、酚樹脂、聚酰亞胺樹脂、馬來酰亞胺樹脂、具有苯基乙炔基等反應性的碳-碳三鍵末端的樹脂、具有乙烯基末端的樹脂、具有氰酸酯末端的樹脂等。優選為環氧樹脂。本發明所使用的無機粒子選自碳化硅粒子、氧化鋁粒子和高嶺土粒子。本發明所使用的無機粒子可以同時使用2種以上，使用僅I種時預浸料的制造工藝變簡單，因此優選，使用僅碳化硅粒子時預浸料的制造工藝中的粒子的操作容易，因此更優選。碳化硅粒子沒有特別地限定，可舉出黑色碳化硅、綠色碳化硅的粒子。優選為綠色碳化娃的粒子。氧化鋁粒子沒有特別地限定，可舉出白色熔融氧化鋁、褐色熔融氧化鋁的粒子。優選為白色熔融氧化鋁的粒子。高嶺土粒子有濕式高嶺土、干式高嶺土、煅燒高嶺土等。其中優選為煅燒高嶺土。此外，還可以優選使用通過氨基硅烷、乙烯基硅烷實施過表面處理的高嶺土(改性高嶺土 )。本發明中的選自碳化硅粒子、氧化鋁粒子和高嶺土粒子中的I種以上無機粒子的粒度分布的D50的值期望為0. 9 ii m 20 ii m。更期望為5 ii m 15 ii m。如果無機粒子的粒度分布的D50的值為5 ii m 15 ii m的范圍，則粘性降低效果持續地起作用。粒度分布的D50的值定義為在以某粒徑將粉體分成2份時，比該粒徑大的一側的粒子的總體積與比該粒徑小的一側的粒子的總體積變為相等的粒徑，例如，通過采用日機裝社制的制品名AEOTRAC SPR Model :7340等粒度計測定粒度分布來獲得。本發明的碳纖維預浸料需要在其至少一側表面上附著有選自碳化硅粒子、氧化鋁粒子和高嶺土粒子中的I種以上無機粒子。這里所謂“在碳纖維預浸料的表面上附著有無機粒子”，是指在碳纖維預浸料的表面附近、具體為比碳纖維預浸料所包含的碳纖維的單纖維(filament)的集合體靠外地局部存在無機粒子，并且各無機粒子的大部分沒有埋沒在預浸料的基體樹脂中的狀態。無機粒子的量優選每Im2碳纖維預浸料表面為I 20g。如果為該范圍，則在獲得預浸料的柔軟性和固化后的碳纖維復合材料的機械物性(特別是0°壓縮強度)優異，具有適度的粘著性(粘性)的碳纖維預浸料方面，具有優異的效果。特別優選的無機粒子的量是每Irn2碳纖維預浸料表面為3 llg。本發明的碳纖維預浸料的FAW沒有特別地限制，通過使本發明的碳纖維預浸料的FAW為500g/m2以上，從而每一塊的可以疊層的厚度增加，因此在能夠降低用于制造碳纖維強化復合材料所需要的勞力方面、以及通過涂布本發明的無機粒子而使質量增加的影響相對小的方面是期望的。另外，所謂FAW，是指每Im2碳纖維預浸料所包含的碳纖維的質量。碳纖維預浸料的FAW與厚度呈比例關系，對于一般所使用的碳纖維預浸料，FAff的100g/m2相當于碳纖維預浸料的厚度的約0. 1_。
實施例以下，通過實施例具體地說明本發明，但本發明絲毫不受這些實施例限定。實施例和比較例的碳纖維預浸料所使用的各材料如下所示。(碳纖維預浸料)碳纖維預浸料(三菱麗陽社制，單向碳纖維預浸料，制品名TR391G500S，FAff 500g/m2)(碳化硅粒子)GP # 1200(信濃電氣精煉社制，綠色碳化硅，粒度1200)GP # 2000 (信濃電氣精煉社制，綠色碳化硅，粒度2000)GP # 3000 (信濃電氣精煉社制，綠色碳化硅，粒度3000)SER - A06 (信濃電氣精煉社制，綠色碳化硅)(高嶺土粒子)Satinton 5 (Imerys Japan 社制，煅燒高嶺土)Polaritel02A(Imerys Japan社制，氨基娃燒表面處理高嶺土)Polaritel03A(Imerys Japan社制，乙烯基娃燒表面處理高嶺土)(氧化鋁粒子)WA # 1200(理研Corundum社制，白色熔融氧化鋁，粒度1200)(其它粉體)S-LEC KS-K積水化學制，聚乙烯醇縮乙醛)# 350M(Minalco 制，鋁)# 350F (Minalco 制，鋁)BR — 82 (三菱麗陽制，丙烯酸系樹脂)Nikkalyco EP-600 (Nikka制,有機娃樹脂涂布碳酸隹丐)# 960 (三菱化學制，炭黑)(碳纖維預浸料表面上的粉體涂布和表面的粉體量的測定)將碳纖維預浸料TR391G500S圖案切割(pattern cut)為300mm(O。方向，與纖維平行的方向)X300mm(90°方向，纖維正交方向)來測定質量(WO)。在該300mmX 300mm的碳纖維預浸料的一面上撒布粉體，用刷毛均勻地弄平后，將沒有固著于碳纖維預浸料的過剩粉體用刷毛拂去，獲得表面附著有粉體的碳纖維預浸料，測定質量(WI)。算出最終殘留在碳纖維預浸料表面上的粉體的質量(Wl - W0)，將該值換算成每Im2碳纖維預浸料，作為碳纖維預浸料表面的粉體量(g/m2)。(粘著性(粘性)的評價)利用觸覺來實施300mmX300mm的預浸料的操作性的評價。將粘性適度且最易于操作的情況設為“〇〇”，將其次易于操作的情況設為“〇”，將稍微不易操作的情況設為“A”，將不易操作的情況設為“ X ”。另外，將采用上述的步驟涂布有粉體的預浸料在23°C、濕度50%RH的條件下放置4周，關于隨后的操作性，也同樣地操作進行評價。(碳纖維復合材料的制造)將由上述步驟獲得的長度(0°方向，與纖維平行的方向)300mmX寬度(90°方向，纖維正交方向)300mm的碳纖維預浸料與0°方向一致地層疊4塊(比較例3為2塊)，裝袋后，使用烘箱在圖1所示的固化條件下進行真空袋成型，獲得碳纖維復合材料面板。(碳纖維復合材料的0°壓縮物性的測定)在由上述獲得的復合材料面板上粘接共同材料的突出物后，利用濕式玻璃割刀切斷成長度(0°方向)80mmX寬度12. 7mm的尺寸來制作試驗片。關于所得的試驗片，使用萬能試驗機(Instron社制，制品名Instron5882)和解析軟件(Instron社制，制品名Bluehill)，采用SACMA IR — 94規定的方法進行0°壓縮試驗，算出0°壓縮強度、彈性模量。將結果示于表I中。(實施例1 4)使用表I所示的各種碳化硅粒子作為粉體。如表I所示，通過在材料表面上涂布碳化硅粒子，從而碳纖維預浸料的粘著性(粘性)降低，預浸料變得易于操作。此外，使用該碳纖維預浸料而成型的碳纖維復合材料與沒有涂布碳化硅粒子的情況(比較例I)相比，觀察不到0°壓縮特性的降低。此外，即使將涂布有碳化硅粒子的碳纖維預浸料在室溫放置4周，也可維持粘性降低效果，預浸料的操作性良好。(比較例I)關于沒有涂布粉體的碳纖維預浸料，進行同樣的評價，并示于表2中。(實施例6 8)代替碳化硅粒子而使用煅燒高嶺土、或氨基硅烷或乙烯基硅烷表面處理過的高嶺土(改性高嶺土)作為粉體，進行同樣的評價。如表I所示，在這些高嶺土的情況下，剛涂布粉體之后粘性降低，但粘性降低效果沒有持續，0°壓縮強度為95%以上，可知只要是在實施了粘性降低處理后短時間使用的用途就能夠使用。(實施例5)代替碳化硅粒子而使用氧化鋁粒子作為粉體，進行同樣的評價。如表I所示，粘性降低效果良好，但與比較例I相比，0°壓縮強度為94%。(比較例2 4)代替碳化硅粒子而使用聚乙烯醇縮乙醛或鋁末作為粉體，進行同樣的評價。如表2所示，粘性降低效果良好，但由于試驗時的突出物剝落，因而不能正確地取得0°壓縮強度。表明由表面附著有聚乙烯醇縮乙醛或鋁末的預浸料獲得的復合材料存在課題。
(比較例5 7)
代替碳化硅粒子而使用丙烯酸系樹脂、有機硅樹脂涂布碳酸鈣或炭黑作為粉體，進行同樣的評價。這些粉體的操作性差，將粉體均勻地涂布在碳纖維預浸料表面上極其困難。因此，粘性強的地方殘留，從剛涂布粉體之后起預浸料就不易操作(表2)。[表 1]
權利要求
1.一種碳纖維預浸料，其為包含碳纖維和基體樹脂的碳纖維預浸料，在該碳纖維預浸料的至少一側表面上以I 20g/m2的范圍附著有選自碳化硅粒子、氧化鋁粒子和高嶺土粒子中的I種以上無機粒子，所述無機粒子的粒度分布的D50的值為O. 9μπι以上20μπι以下。
2.根據權利要求1所述的碳纖維預浸料，所述無機粒子選自碳化硅粒子、氧化鋁粒子 和高嶺土粒子中的I種。
3.根據權利要求2所述的碳纖維預浸料，所述無機粒子為碳化硅粒子。
4.根據權利要求1 3中的任一項所述的碳纖維預浸料，每Im2所述碳纖維預浸料所包含的碳纖維的質量為500g以上。
全文摘要
本發明涉及碳纖維預浸料。本發明特別涉及柔軟性和成型后的機械強度優異，具有適度的粘性的碳纖維預浸料。作為解決本發明課題的方法是在表面上以1～20g/m2的范圍附著有選自碳化硅粒子、氧化鋁粒子和高嶺土粒子中的1種以上無機粒子的碳纖維預浸料。優選地，通過所述無機粒子的粒度分布的D50的值為0.9μm以上20μm以下，FAW為500g/m2以上的碳纖維預浸料，來實現柔軟性和成型后的機械強度優異，具有適度的粘性的碳纖維預浸料。
文檔編號D06M101/40GK103031709SQ201210376448
公開日2013年4月10日 申請日期2012年9月29日 優先權日2011年9月29日
發明者三浦鐵平, 寺西拓也, 森尚平, 金子學, 市野正洋, 沼田喜春 申請人:三菱麗陽株式會社