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日本东丽技术：碳纤维增强复合材料
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作者:pro10845f02
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发布时间: 2014-08-28
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近些年，将碳纤维用作增强纤维的碳纤维增强复合材料利用其高比强度和比弹性模量，逐渐被利用于航空器或汽车等的结构材料、网球拍、高尔夫球杆以及钓鱼竿等的运动、以及一般产业用途等。
该碳纤维增强复合材料的制造方法，可以使用以下方法：使用将未固化的基体树脂含浸到增强纤维中得到的为片状中间材料的预浸料，使其固化的方法；在配置于模具中的增强纤维中浇注液态的树脂，得到中间体，使其固化的树脂传递模塑成型法等。这些制造方法中，使用预浸料的方法中，通常，将多片预浸料层合后，通过加热加压得到碳纤维增强复合材料。作为该预浸料中使用的基体树脂，从工艺性等的生产率方面考虑，多使用热固性树脂，特别是环氧树脂。
其中，在航空器或汽车等的结构材料用途中，近些年，随着使用例的增多，对该碳纤维增强复合材料的特性要求越发严格。特别是，伴随应用于航空器部件或汽车部件等结构材料，对于碳纤维增强复合材料要求在高温高湿下或低温下等更严格的使用环境下的高强度化。
在现有技术中，通常提高低温条件下的拉伸强度时，高温高湿条件下的压缩强度受损，另外相反地，提高高温高湿条件下的压缩强度时，低温条件下的拉伸强度受损，使拉伸强度和压缩强度高度共存是非常困难的。
对于碳纤维增强复合材料的拉伸强度的提高，增强纤维的高强度化或高纤维体积分率化是有效的。以往，提出了获得高强度的增强纤维的方法，没有提及形成碳纤维增强复合材料时表现的强度。通常，存在越是使增强纤维高强度化，越难以利用纤维本来的强度的倾向。此外，已知即使在相同强度的增强纤维中，根据组合的基体树脂或其成型条件，其拉伸强度利用率也会较大地变动。特别是，固化的温度条件达到180°c以上时，存在因其固化时残留于纤维增强复合材料中的热应力应变难以表现高强度的问题，因此即使能够得到这样高强度的碳纤维，为了表现出作为碳纤维增强复合材料的强度，需要进一步清除技术上的问题。
此外，公开了如果基体树脂的拉伸断裂伸长率和断裂韧度KIc满足特定的关系，则能够得到高的拉伸强度利用率。但是，为了提高断裂韧度KIc，在基体树脂中配合大量热塑性树脂、或橡胶成分时，通常存在粘度上升，损害预浸料制造的工艺性、操作性的情况将碳纤维增强复合材料用作结构材料的情况下，压缩强度也是重要的物性。压缩强度的測定使用无孔板、有孔板、圆筒等的试验片进行，但在实际的使用中，由于通常制成设置有螺栓孔的板材的形状，所以特别是有孔板的压缩强度、其中高温高湿条件下的强度变得重要。但是，以以往的聚合物作为基体的复合材料具有轻质的优点，而伴随高温高湿条件下強度或弹性模量的降低，有时压缩强度大大地降低，有时可适用的用途受限。
据恒志信网消息：日本东丽株式会社最新研制成功一种能被加工为在拉伸方面和压缩方面的机械强度优异、适合作为结构材料的碳纤维增强复合材料的环氧树脂组合物、以及预浸料、碳纤维增强复合材料。
这种新技术，能够得到耐热性优异、并且获得预浸料时的工艺性优异的环氧树脂组合物。通过将该环氧树脂组合物和碳纤维组合，能够得到预浸料，此外，通过使该环氧树脂组合物固化，能够得到拉伸强度和压缩强度优异的碳纤维增强复合材料。
利用新技术的环氧树脂组合物得到的碳纤维增强复合材料在高温高湿下或低温下等的更严酷的使用环境下的机械强度优异，因此特别适合于结构材料。例如，在航空宇宙用途中，适用于主翼、尾翼以及横梁等的航空器一次结构材料用途，襟翼、副翼、引擎罩、整流罩以及内部装饰材料等二次结构材料用途，火箭发动机壳体以及人工卫星结构材料用途等。另外，在一般产业用途中，适用于汽车、船舶以及铁路车辆等移动体的结构材料，传动轴、板簧、风车叶片、压カ容器、飞轮、制纸用辊、屋顶材料、电缆、钢筋、以及修补加强材料等土木•建筑材料用途等。进ー步，在运动用途中，适用于高尔夫球杆、钓鱼竿、网球、羽毛球以及壁球等的球拍用途、曲棍球等的球棍用途、以及滑雪杖用途等。
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