碳纤维束复合材料的制造方法以及碳纤维束复合材料与流程

本发明主要涉及碳纤维束复合材料(carbon-fiber bundle composite)的制造方法以及碳纤维束复合材料。

背景技术：

1、作为增强材料使用了碳纤维的纤维增强塑料的cfrp(carbon fiber reinforcedplastic：碳纤维增强塑料)是适于汽车、船舶、铁路车辆、有人航空器、无人航空器等输送设备的部件的、轻量且力学特性优异的材料，近年来其重要度越来越高。

2、在cfrp制品的制造中使用的中间成型材料之一有碳纤维片状模塑料(cf-smc)。cf-smc如下形成：将连续碳纤维束切断而制成短切碳纤维束，将其散布在载体膜上，由此形成碳纤维毡，用热固性的树脂基体浸渍该碳纤维毡，从而形成(例如专利文献1)。

3、一般而言，由使用了具有更小束尺寸的短切碳纤维束的cf-smc成型的cfrp显示出更高的强度。另一方面，连续碳纤维束的束尺寸越大，生产效率越高。根据该情况，开发了将被称为大丝束的具有例如48k这样的大束尺寸的连续碳纤维束分割成束尺寸更小的丝束(纤维束)的技术(专利文献2)。

4、提出了通过将碳纤维粒料添加到热塑性树脂中来制造碳纤维增强热塑性塑料。碳纤维粒料如下制造：通过将经湿式切断的短碳纤维与上浆剂的溶液或悬浮液混合而形成碳纤维聚集体，将其用圆盘造粒机进行粒料化后，使其干燥，从而制造(专利文献3)。

5、已知：在使短碳纤维分散于水中之后，进一步加入少量的氯仿并猛烈地振动，由此得到针状的自组装碳纤维束(self-assembled carbon fiber bundle)；另外，通过预先使聚醚酰亚胺溶解于该氯仿，能够使聚醚酰亚胺担载于该针状的自组装碳纤维束(非专利文献1)。

6、现有技术文献

7、专利文献

8、专利文献1：日本特开平1-163218号公报

9、专利文献2：美国专利第6385828号说明书

10、专利文献3：日本特表平10-503812号公报

11、非专利文献

12、非专利文献1：j.r.baxter，g.r.palmese，n.j.alvarez，applied materialstoday 20(2020)100786

技术实现思路

1、发明所要解决的课题

2、本发明的目的之一在于提供一种新型的预浸料材料，其能够由切断得较短的碳纤维简便地制造，该碳纤维可以是原生碳纤维，也可以是再生碳纤维。

3、本发明的另一目的在于提供一种用于制造将切断得较短的碳纤维用于增强材料的预浸料材料的新型方法。

4、在本说明书中，有时显式地或隐式地示出了通过本发明的各实施方式能够解决的课题。

5、用于解决课题的手段

6、根据本发明的一个方式，提供一种碳纤维束复合材料的制造方法，包括：将由短碳纤维构成的碳纤维棉与含有环氧树脂成分的熔融树脂混合，得到含有所述熔融树脂的碳纤维束；使所述碳纤维束所含有的所述熔融树脂凝固；以及在所述熔融树脂中混合环氧固化剂。

7、根据本发明的另一方式，提供一种碳纤维束复合材料，其由形成束的多个短碳纤维和未固化的固体环氧树脂组合物构成。在该碳纤维束复合材料中，在所述束的各末端，所述多个短碳纤维的前端的位置不一致，且所述未固化的固体环氧树脂组合物含有环氧固化剂。

8、根据本发明的另一方式，提供使多种所述碳纤维束复合材料相互熔接而成的碳纤维束复合片材及其制造方法。

9、发明效果

10、根据本发明的优选实施方式，提供一种预浸料材料，其在通过包括压缩成型法的各种方法来制造cfrp产品时能够适合用作中间材料。

技术特征：

1.一种碳纤维束复合材料的制造方法，包括：将由短碳纤维构成的碳纤维棉与含有环氧树脂成分的熔融树脂混合，得到含有所述熔融树脂的碳纤维束；使所述碳纤维束所含有的所述熔融树脂凝固；以及在所述熔融树脂中混合至少一种环氧固化剂。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其中，所述混合使用搅拌混合机。

3.根据权利要求1或2所述的制造方法，其中，通过将含有所述熔融树脂的碳纤维束在圆盘造粒机中冷却，从而使所述熔融树脂凝固。

4.根据权利要求1或2所述的制造方法，其中，通过将含有所述熔融树脂的碳纤维束在输送管中或运送带上冷却，从而使所述熔融树脂凝固。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的制造方法，其中，所述至少一种环氧固化剂的至少一部分在所述熔融树脂与所述碳纤维棉混合前、或者在所述熔融树脂与所述碳纤维棉混合的同时混合于所述熔融树脂中。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的制造方法，其中，所述熔融树脂为至少在15～25℃的范围内的温度下为固体的树脂的熔解物。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的制造方法，其中，所述熔融树脂为在40℃下为固体的树脂的熔解物。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的制造方法，其中，在所述熔融树脂中混合阻燃剂。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的制造方法，其中，所述碳纤维棉中包含的碳纤维全部具有60mm以下、50mm以下、40mm以下、30mm以下或20mm以下的纤维长度。

10.根据权利要求1～9中任一项所述的制造方法，其中，所述碳纤维棉不包含纤维长度小于3mm的碳纤维，或者即使包含纤维长度小于3mm的碳纤维，其量也小于所述碳纤维棉所包含的全部碳纤维的5wt％。

11.根据权利要求1～9中任一项所述的制造方法，其中，所述碳纤维棉不包含纤维长度小于5mm的碳纤维，或者即使包含纤维长度小于5mm的碳纤维，其量也小于所述碳纤维棉所包含的全部碳纤维的5wt％。

12.根据权利要求1～9中任一项所述的制造方法，其中，所述碳纤维棉不包含纤维长度小于10mm的碳纤维，或者即使包含纤维长度小于10mm的碳纤维，其量也小于所述碳纤维棉所包含的全部碳纤维的5wt％。

13.根据权利要求1～12中任一项所述的制造方法，其中，所述碳纤维棉中包含的碳纤维的至少一部分通过短切碳纤维束的解纤而提供。

14.根据权利要求1～8中任一项所述的制造方法，其中，所述碳纤维棉中包含的碳纤维全部通过短切碳纤维束的解纤而提供。

15.根据权利要求14所述的制造方法，其中，所述短切碳纤维束的纤维长度为3mm以上、5mm以上或10mm以上。

16.根据权利要求14或15所述的制造方法，其中，所述短切碳纤维束的纤维长度为60mm以下、50mm以下、40mm以下、30mm以下或20mm以下。

17.根据权利要求1～16中任一项所述的制造方法，其中，所述短碳纤维全部为未进行热劣化的碳纤维。

18.根据权利要求1～13中任一项所述的制造方法，其中，所述短碳纤维包含进行了热劣化的碳纤维。

19.根据权利要求1～13和18中任一项所述的制造方法，其中，在所述碳纤维棉中混入除碳纤维以外的纤维，所述除碳纤维以外的纤维可以为玻璃纤维。

20.根据权利要求1～19中任一项所述的制造方法，其中，含有所述熔融树脂的碳纤维束为孤立的纤维束。

21.一种碳纤维束复合材料，通过权利要求1～20中任一项所述的制造方法制造。

22.一种碳纤维束复合材料，其由形成束的多个短碳纤维和未固化的固体环氧树脂组合物构成，在所述束的各末端，所述多个短碳纤维的前端的位置不一致，所述未固化的固体环氧树脂组合物含有至少一种环氧固化剂。

23.根据权利要求22所述的碳纤维束复合材料，其中，所述未固化的固体环氧树脂组合物至少在15～25℃的范围内的温度下为固体。

24.根据权利要求22所述的碳纤维束复合材料，其中，所述未固化的固体环氧树脂组合物在40℃下为固体。

25.根据权利要求22～24中任一项所述的碳纤维束复合材料，其中，所述束孤立。

26.根据权利要求25所述的碳纤维束复合材料，其形状为针状或线状。

27.根据权利要求22～26中任一项所述的碳纤维束复合材料，其中，所述多个短碳纤维全部具有60mm以下、50mm以下、40mm以下、30mm以下或20mm以下的纤维长度。

28.根据权利要求22～27中任一项所述的碳纤维束复合材料，其具有3mm以上、5mm以上或10mm以上的束长。

29.根据权利要求22～28中任一项所述的碳纤维束复合材料，其中，不包含纤维长度小于3mm的碳纤维，或者即使包含纤维长度小于3mm的碳纤维，其量也小于该碳纤维束复合材料中的全部碳纤维的5wt％。

30.根据权利要求22～27中任一项所述的碳纤维束复合材料，其具有5mm以上或10mm以上的束长，不包含纤维长度小于5mm的碳纤维，或者即使包含纤维长度小于5mm的碳纤维，其量也小于该碳纤维束复合材料中的全部碳纤维的5wt％。

31.根据权利要求22～27中任一项所述的碳纤维束复合材料，其具有10mm以上的束长，不包含纤维长度小于10mm的碳纤维，或者即使包含纤维长度小于10mm的碳纤维，其量也小于该碳纤维束复合材料中的全部碳纤维的5wt％。

32.根据权利要求22～31中任一项所述的碳纤维束复合材料，其中，在所述多个短碳纤维中，纤维长度的最大值与最小值之差为5mm以内。

33.根据权利要求25所述的碳纤维束复合材料，其形状为纺锤形。

34.根据权利要求22～33中任一项所述的碳纤维束复合材料，其中，所述至少一种环氧固化剂包含潜在性固化剂。

35.根据权利要求22～34中任一项所述的碳纤维束复合材料，其中，纤维重量含有率为40wt％以上且小于50wt％、50wt％以上且小于60wt％、60wt％以上且小于70wt％、或70wt％以上且80wt％以下。

36.根据权利要求22～35中任一项所述的碳纤维束复合材料，其中，所述多个短碳纤维全部为未进行热劣化的碳纤维。

37.根据权利要求22～35中任一项所述的碳纤维束复合材料，其中，所述多个短碳纤维包含进行了热劣化的碳纤维。

38.根据权利要求22～35和37中任一项所述的碳纤维束复合材料，其中，所述多个短碳纤维与除碳纤维以外的纤维一起形成所述束，所述除碳纤维以外的纤维可以为玻璃纤维。

39.一种碳纤维束复合片材，其是使多种权利要求21～38中任一项所述的碳纤维束复合材料相互熔接而成的。

40.一种碳纤维束复合片材，其包含多种权利要求21～38中任一项所述的碳纤维复合材料，所述碳纤维束复合材料分别与其他至少一种所述碳纤维束复合材料熔接。

41.一种碳纤维束复合片材的制造方法，包括：使多种权利要求21～38中任一项所述的碳纤维束复合材料相互熔接。

42.根据权利要求41所述的制造方法，其中，在所述熔接时向所述碳纤维束复合材料补充未固化的固体环氧树脂组合物。

43.根据权利要求1～20中任一项所述的制造方法，其中，所述熔融树脂为具有熔点的环氧树脂的熔解物。

44.一种碳纤维束复合材料，通过权利要求43所述的制造方法制造。

45.根据权利要求22～38中任一项所述的碳纤维束复合材料，其中，所述未固化的固体环氧树脂组合物具有熔点。

46.一种碳纤维束复合片材，其是使多种权利要求45所述的碳纤维束复合材料相互熔接而成的。

47.一种碳纤维束复合片材，其包含多种权利要求45所述的碳纤维复合材料，所述碳纤维束复合材料分别与其他至少一种所述碳纤维束复合材料熔接。

48.一种碳纤维束复合片材的制造方法，包括：使多种权利要求45所述的碳纤维束复合材料相互熔接。

49.根据权利要求48所述的制造方法，其中，在所述熔接时向所述碳纤维束复合材料补充未固化的环氧树脂。

技术总结
一种碳纤维束复合材料的制造方法，包括：将由短碳纤维构成的碳纤维棉与含有环氧树脂成分的熔融树脂混合，得到含有所述熔融树脂的碳纤维束；使所述碳纤维束所含有的所述熔融树脂凝固；以及在所述熔融树脂中混合至少一种环氧固化剂。一种碳纤维束复合材料，其由形成束的多个短碳纤维和未固化的固体环氧树脂组合物构成，在所述束的各末端，所述多个短碳纤维的前端的位置不一致，所述未固化的固体环氧树脂组合物含有至少一种环氧固化剂。

技术研发人员：池田胜司,十川一辉,石川健,松井纯
受保护的技术使用者：三菱化学株式会社
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5