專利名稱：碳纖維織物和用該織物的纖維強(qiáng)化塑料成品以及該成品的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用絲束狀粗碳纖維絲條制的碳纖維織物和使用該碳纖維織物的纖維強(qiáng)化塑料成品，以及該塑料成品的制造方法。更詳細(xì)地說，碳纖維絲條是由約40,000至400,000根碳絲束構(gòu)成。
碳纖維比重小、拉伸強(qiáng)度大，且拉伸彈性也高。用樹脂固定碳纖維形成的碳纖維強(qiáng)化塑料(CFRP)是引人注目的強(qiáng)度和彈性均高的復(fù)合材料。
在以往的CFRP中，使用由3,000根碳長(zhǎng)絲構(gòu)成的細(xì)碳纖維絲條，其中，這種細(xì)的碳纖維絲條按經(jīng)向和緯向排列，所用薄二維性織物的碳纖維目付大約在200至400g/m2的范圍內(nèi)。以往的CFRP是把含浸樹脂的薄二維性織物構(gòu)成的半固化浸膠物多塊層壓，高壓成形制造的。
因下面所說明的主要因素，以往CFRP具有制造成本高的缺點(diǎn)。由于性能優(yōu)良、制造成本高，作為其使用領(lǐng)域主要限定在與航空機(jī)械用關(guān)的結(jié)構(gòu)材料或高級(jí)運(yùn)動(dòng)用具的基本材料中，沒有進(jìn)入到用途廣泛的一般產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。
以往制造成本之所以高是由于下面的原因(a)細(xì)碳纖維絲條的生產(chǎn)性差；(b)因?yàn)橛眉?xì)碳纖維絲條制造，碳纖維織物的生產(chǎn)性差；(c)所得到的碳纖維織物，因太薄，為了形成具備所期望特性的CFRP，在充足必要的碳纖維量時(shí)，必須使多塊織物層壓，在CFRP的制造，花費(fèi)在這種多塊層壓的勞動(dòng)和時(shí)間增大；(d)因?yàn)楸仨氁蓄A(yù)浸工程，預(yù)浸的加工成本增加；此外，(e)不僅需要高壓，還需要高價(jià)的設(shè)備投資。
為了降低成本，已知的方法有樹脂傳導(dǎo)成形法或所謂真空袋成形法；樹脂傳導(dǎo)成形法是在成形模子中把碳纖維織物層壓后，加壓往成形模子中注入常溫硬化型樹脂的方法；真空袋成形法是在成形模子中把碳纖維織物層壓后，整體用袋狀薄膜蓋上，把其中變成減壓(真空)狀態(tài)，注入常溫硬化型樹脂。這些方法對(duì)于上述(d)和(e)中削減CFRP制造成本是有效的，但仍然不能解決(a)至(c)中的問題。
以往使用細(xì)碳纖維絲條，制造較大碳纖維目付的碳纖維織物，肯定要考慮把這種織物用于CFRP的成形中。但是，由于有下面的問題不能實(shí)用化。即(f)為了做成在經(jīng)向和緯向二方向上碳纖維絲條排列的二維性織物，雖得到了碳纖維目付大的織物，但由于經(jīng)向碳纖維絲條和緯向碳纖維絲條交錯(cuò)，碳纖維絲條的彎曲大，由此形成CFRP時(shí)，碳纖維絲條承受的應(yīng)力集中，結(jié)果出現(xiàn)了強(qiáng)度和彈性下降的問題。此外，(g)碳纖維絲條在一個(gè)方向上排列的織物中，雖沒有因卷曲引起的強(qiáng)度下降問題，但由于碳纖維絲條在一個(gè)方向中排列，織物的碳纖維目付變大時(shí)，纖維密度不會(huì)顯著變大，相鄰長(zhǎng)絲間的間隙變小，在樹脂傳導(dǎo)成形或真空袋成形等成形法中，向長(zhǎng)絲間的樹脂流動(dòng)變差，樹脂注入要花費(fèi)時(shí)間，出現(xiàn)碳纖維織物的樹脂浸漬性變差的問題。
本發(fā)明的目的是提供解決上述以往技術(shù)問題的碳纖維織物和利用該織物的纖維強(qiáng)化塑料成品，以及該成品的制造方法。
為此，在本發(fā)明中，利用絲束狀粗的碳纖維絲條。由此形成的碳纖維織物的樹脂浸漬性良好，且不需花費(fèi)工夫。
在本說明書中，CFRP中的塑料強(qiáng)化材料存在于碳纖維和與碳纖維混合一起的其它纖維兩種組分中。
達(dá)到上述目的的本發(fā)明說明如下本發(fā)明的第1種碳纖維織物，由約40,000至400,000根的碳長(zhǎng)絲構(gòu)成，并排列在該長(zhǎng)絲間具有長(zhǎng)絲交纏的多根碳纖維絲條。
在此，所用的碳纖維絲條制造過程為，將由約40,000至400,000根的長(zhǎng)絲構(gòu)成的棒球桿狀聚丙烯腈纖維絲條耐熱化處理，接著碳化處理后，上膠，使整體絲條集束。
在碳纖維長(zhǎng)絲的長(zhǎng)絲數(shù)不足40,000根的情況下，由于絲條比較細(xì)，樹脂浸漬性良好，但制造碳纖維時(shí)的成本降低不顯著。
構(gòu)成織物的碳纖維長(zhǎng)絲絲條的長(zhǎng)絲數(shù)超過400,000根的情況下，制造碳纖維時(shí)的成本降低顯著。但由于絲條變粗，從絲條表面到中心部的距離變大，從絲條表面進(jìn)入的樹脂的浸漬不完全。
構(gòu)成織物的碳纖維絲條，在構(gòu)成絲條的絕大多數(shù)長(zhǎng)絲間沒有長(zhǎng)絲交纏的情況下，即，在多數(shù)長(zhǎng)絲相互并列、具有直接迭放狀態(tài)的情況下，由于長(zhǎng)絲上不存在彎曲，不會(huì)引起應(yīng)力集中，使用這種絲條的CFRP強(qiáng)度表現(xiàn)良好，能得高強(qiáng)度的CFRP。但是，實(shí)質(zhì)上長(zhǎng)絲間沒有間隙，由于長(zhǎng)絲處于密集狀態(tài)，并且絲條粗，出現(xiàn)了樹脂不能浸漬到絲條中心部的問題。
長(zhǎng)絲間有交纏時(shí)，一方面使長(zhǎng)絲間形成間隙，另一方面，由此形成的碳纖維絲條及其形成的織物變得膨松隆起，樹脂的浸漬性極好。
根據(jù)碳纖維絲條原料--原絲(聚丙烯腈纖維絲條)(前體)制造工程中凝固浴或水洗浴等的液流強(qiáng)度的調(diào)節(jié)，在原絲中進(jìn)行所需長(zhǎng)絲交纏。更高長(zhǎng)絲交纏是通過在浴中延伸后往原絲中吹入空氣，進(jìn)行空氣交纏得到。由這種原絲燃燒所得的碳纖維絲條具有所需的長(zhǎng)絲交纏。
構(gòu)成碳纖維絲條的碳長(zhǎng)絲的直徑可在約5-15微米范圍內(nèi)。
碳纖維絲條可具有約3-4GPa范圍內(nèi)的拉伸強(qiáng)度，約200--300GPa范圍內(nèi)的拉伸彈性。拉伸強(qiáng)度和拉伸彈性是指JIS-R7601所定義的。
用于織物制造中的碳纖維絲條，為了很好地進(jìn)行紡織操作，可以加入重量為0.5-2％的粘合劑。
用于織物制造中的碳纖維絲條可以是無(wú)捻的。絲條的捻會(huì)阻礙樹脂的浸漬。
本發(fā)明的第2種碳纖維織物是在前述第1種碳纖維織物中碳纖維絲條的鉤環(huán)值為約2-30cm的范圍內(nèi)的碳纖維織物。
鉤環(huán)值表示構(gòu)成碳纖維絲條的長(zhǎng)絲間交纏的程度。在具有良好樹脂浸漬性時(shí)，鉤環(huán)值可以在約30cm以下。在鉤環(huán)值不足2cm時(shí)，雖然樹脂的浸漬性極好，但構(gòu)成絲條的長(zhǎng)絲彎曲變大。由此形成的CFRP引起應(yīng)力集中，強(qiáng)度也會(huì)降低。
所以，鉤環(huán)值可以在約2-30cm的范圍內(nèi)。最好在約2-10cm的范圍內(nèi)。鉤環(huán)值的測(cè)定方法在后面用


。
本發(fā)明的第3種碳纖維織物是在前述第2種碳纖維織物中碳纖維絲條纖度為約25,000-350,000旦的范圍內(nèi)的碳纖維織物。
本發(fā)明的第4種碳纖維織物是在前述第3種碳纖維織物中碳纖維絲條膨松密度約在0.65g/cm3以下的碳纖維織物。
膨松密度大約在0.65g/cm3以下的碳纖維織物，織物具有膨松隆起的意味，意味著構(gòu)成碳纖維絲條的長(zhǎng)絲間隙多。因此，不僅可使用樹脂傳導(dǎo)成形法或真空袋成形法，也可通過手式鋪疊成形法，很容易地進(jìn)行CFRP成形。
通過下式計(jì)算膨松密度(V)。
V=W/(t×A)
在這里，“t”是指織物的厚度(cm),“A”指織物的面積(cm2),“W”指在織物面積A中的碳纖維重量(g)。
其中，織物厚度“t”的測(cè)定使用JIS-R7602-5.6中的斜形厚度測(cè)定器，并采用度盤指示法進(jìn)行。不過，載重定為3kPa，使織物5塊疊壓一起，達(dá)到載重后過20秒讀取數(shù)值，該值用織物的塊數(shù)來平分，求得每塊的厚度。其中，在具有一維性織物的情況下，為了對(duì)有輔助絲的緯絲織物的厚度影響達(dá)到最小，織物的疊壓根據(jù)疊壓織物緯絲位置相互移動(dòng)來進(jìn)行。
本發(fā)明的第5種碳纖維織物是在前述第2種碳纖維織物中碳纖維絲條的長(zhǎng)絲數(shù)在約40,000-100,000根的范圍內(nèi)，前述碳纖維絲條纖度為約30,000-70,000旦的范圍內(nèi)，并且碳纖維織物的碳纖維目付在約400-700g/m2的范圍內(nèi)的碳纖維織物。
本發(fā)明的第6種碳纖維織物是在前述第1-5種碳纖維織物中，經(jīng)絲群通過前述碳纖維絲條的排列形成，緯絲群通過輔助絲排列形成，該經(jīng)絲群的碳纖維絲條與該緯絲群的輔助絲一起形成紡織結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的第7種碳纖維織物是在前述第6種碳纖維織物中相鄰的前述碳纖維絲條間的間隙在約0.2-2mm范圍內(nèi)。
碳纖維絲條間的間隙測(cè)定如下從織物的寬度和長(zhǎng)度不同的3個(gè)地方，取17cm×17cm大小的樣本。制做所取各樣本200％的放大復(fù)制圖。在所得的復(fù)制圖中，用游標(biāo)卡尺測(cè)定經(jīng)絲或緯絲的所有間隙至0.1mm。求得所得間隙值的平均值。所得平均值的1/2值就是碳纖維絲條間的間隙。
本發(fā)明的第8種碳纖維織物是在前述第6種碳纖維織物中，經(jīng)絲群與緯絲群之間的交點(diǎn)用低熔點(diǎn)的聚合物連接著。
本發(fā)明的第9種碳纖維織物是在前述第7種碳纖維織物中，經(jīng)絲群與緯絲群之間的交點(diǎn)用低熔點(diǎn)的聚合物連接著。
本發(fā)明的第10種碳纖維織物是在前述第1-5種碳纖維織物中，經(jīng)絲群按前述碳纖維絲條的排列和輔助絲的排列形成，緯絲群按前述輔助絲的排列形成，由該經(jīng)絲群的輔助絲和該緯絲群的輔助絲形成紡織結(jié)構(gòu)，根據(jù)該紡織結(jié)構(gòu)，實(shí)質(zhì)上前述經(jīng)絲群的碳纖維絲條保持平坦。
本發(fā)明的第11種碳纖維織物是在前述第10種碳纖維織物中，經(jīng)絲群與緯絲群之間的交點(diǎn)用低熔點(diǎn)的聚合物連接著。
本發(fā)明的第12種碳纖維織物是在前述第1-5種碳纖維織物中，經(jīng)絲群按前述碳纖維絲條的排列形成，緯絲群按前述碳纖維絲條的排列形成，由該經(jīng)絲群的碳纖維絲條和該緯絲群的碳纖維絲條形成紡織結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的第13種碳纖維織物是在前述第12種碳纖維織物中，經(jīng)絲群與緯絲群之間的交點(diǎn)用低熔點(diǎn)的聚合物連接著。
本發(fā)明的第14種碳纖維織物是在前述第1-5種碳纖維織物中，經(jīng)絲群按前述碳纖維絲條的排列和輔助絲的排列形成，緯絲群按前述碳纖維絲條的排列和輔助絲的排列形成，由該經(jīng)絲群的輔助絲和該緯絲群的輔助絲形成紡織結(jié)構(gòu)，根據(jù)該紡織結(jié)構(gòu)，實(shí)質(zhì)上前述經(jīng)絲群的碳纖維絲條和前述緯絲群的碳纖維絲條保持平坦。
本發(fā)明的第15種碳纖維織物是在前述第14種碳纖維織物中，前述經(jīng)絲群與前述緯絲群的輔助絲之間的交點(diǎn)，或前述經(jīng)絲群的輔助絲與前述緯絲群之間的交點(diǎn)，用低熔點(diǎn)的聚合物連接著。
本發(fā)明的第1種纖維強(qiáng)化塑料成品是纖維基材和樹脂一體化形成的纖維強(qiáng)化塑料，其前述纖維基材由前述第1-15種的任一種碳纖維織物構(gòu)成。
本發(fā)明的第2種纖維強(qiáng)化塑料成品是在前述第1種纖維強(qiáng)化塑料成品的基礎(chǔ)上形成的纖維強(qiáng)化塑料成品，它具有與前述纖維強(qiáng)化塑料不同的成形材料，該成形材料在與前述纖維強(qiáng)化塑料相接的面上有溝，該溝由前述的樹脂填料。
本發(fā)明的第1種纖維強(qiáng)化塑料成品的制造方法，是采用真空袋成形裝置制造纖維強(qiáng)化塑料成品，該真空袋成形裝置由成形模子、安置在成形模子上袋狀薄膜、穿過該袋狀薄膜并給其內(nèi)側(cè)供應(yīng)成形樹脂的樹脂供應(yīng)管、設(shè)置在該樹脂供應(yīng)管上的樹脂供應(yīng)開關(guān)閥和減壓維持前述袋狀薄膜內(nèi)側(cè)空間的空氣排出口構(gòu)成，向內(nèi)側(cè)相互收容載置在該成形模子上的該纖維基材，以便相對(duì)外界密封，在纖維強(qiáng)化塑料成品的制造方法中，其特征在于前述纖維基材的一部分或全部是前述第1-15種任一種碳纖維織物，前述樹脂是常溫下硬化型的樹脂，并且，設(shè)置了連接前述纖維基材并使前述樹脂流動(dòng)擴(kuò)散的擴(kuò)散介質(zhì)。
本發(fā)明的第2種纖維強(qiáng)化塑料成品的制造方法，是采用真空袋成形裝置制造纖維強(qiáng)化塑料成品，該真空袋成形裝置由成形模子、安置在成形模子上袋狀薄膜、穿過該袋狀薄膜并給其內(nèi)側(cè)供應(yīng)成形樹脂的樹脂供應(yīng)管、設(shè)置在該樹脂供應(yīng)管上的樹脂供應(yīng)開關(guān)閥和減壓維持前述袋狀薄膜內(nèi)側(cè)空間的空氣排出口構(gòu)成，向內(nèi)側(cè)相互收容載置在該成形模子上的該纖維基材，以便相對(duì)外界密封，在纖維強(qiáng)化塑料成品的制造方法中，其特征在于前述纖維基材的一部分或全部是前述第1-15種任一種碳纖維織物，前述樹脂是常溫下硬化型的樹脂，并且，設(shè)置了連接前述纖維基材并使前述樹脂流動(dòng)在表面擴(kuò)散的帶溝成形體。
本發(fā)明的第3種纖維強(qiáng)化塑料成品的制造方法是，在前述第2種纖維強(qiáng)化塑料成品的制造方法中，前述成形體用發(fā)泡體形成。
圖1是本發(fā)明的碳纖維織物的一個(gè)實(shí)施例的平面圖；圖2是本發(fā)明的碳纖維織物的另一個(gè)實(shí)施例的平面圖；圖3是本發(fā)明的碳纖維織物的又一個(gè)實(shí)施例的平面圖；圖4是本發(fā)明的碳纖維織物的又一個(gè)實(shí)施例的平面圖；圖5是本發(fā)明的碳纖維織物的又一個(gè)實(shí)施例的平面圖；圖6是本發(fā)明用于制造纖維強(qiáng)化塑料成品的裝置的一實(shí)施例的縱剖面簡(jiǎn)圖；圖7是用于圖6所示裝置中樹脂擴(kuò)散介質(zhì)的一實(shí)施例的透視簡(jiǎn)圖；圖8是本發(fā)明用于制造纖維強(qiáng)化塑料成品的裝置的另一實(shí)施例的縱剖面簡(jiǎn)圖；圖9是用于圖8所示裝置中帶溝的成形材料的一實(shí)施例的上側(cè)面透視簡(jiǎn)圖；圖10是鉤環(huán)值測(cè)定裝置的正側(cè)面透視圖；圖11表示用于圖10所示裝置中放大鉤子和砝碼的正視圖；圖12是圖10所示裝置下部的正側(cè)面透視圖。
發(fā)明的最佳實(shí)施例說明如下本發(fā)明的碳纖維織物的一個(gè)實(shí)施例，參照?qǐng)D1來說明。
圖1所示的碳纖維織物是一維性的織物。碳纖維織物1具有多根排列的碳纖維絲條2，各碳纖維絲條2由約40,000-400,000根碳長(zhǎng)絲3組成，碳長(zhǎng)絲3具有長(zhǎng)絲交纏。
形成織物1的紡織結(jié)構(gòu)的經(jīng)絲群由排列的碳纖維絲條2構(gòu)成，緯絲群由排列的輔助絲4構(gòu)成。在輔助絲4中，附有低熔點(diǎn)聚合物，該聚合物熔融后，形成固化部分5，由該固化部分5連接碳纖維絲條2和輔助絲4。
本發(fā)明的碳纖維織物的另一個(gè)實(shí)施例，參照?qǐng)D2來說明。
圖2所示的碳纖維織物是一維性的織物。碳纖維織物6具有多根排列的碳纖維絲條7。各碳纖維絲條7由約40,000-400,000根碳長(zhǎng)絲8組成。碳長(zhǎng)絲8具有長(zhǎng)絲交纏。
形成織物6的紡織結(jié)構(gòu)的經(jīng)絲群由排列的第1種輔助絲9構(gòu)成，緯絲群由排列的第2種輔助絲10構(gòu)成。在這些輔助絲9、10形成的紡織結(jié)構(gòu)中，各碳纖維絲條7位于經(jīng)絲(第1種輔助絲9)方向上，排列在緯絲(第2種輔助絲10)方向上。在第2輔助絲10中，附有低熔點(diǎn)聚合物，該聚合物熔融后，形成固化部分11，由該固化部分11連接碳纖維絲條7和第2種輔助絲10。
在這種織物6中，碳纖維長(zhǎng)絲7的排列是片狀，第2輔助絲10交叉位于片狀面表面和里側(cè)。由位于各碳纖維長(zhǎng)絲7間的第1輔助絲9和第2輔助絲10形成前述的紡織結(jié)構(gòu)。這樣，各碳纖維長(zhǎng)絲7在紡織結(jié)構(gòu)上不會(huì)引起絲條的彎曲。用這種織物6制造的CFRP不會(huì)引起應(yīng)力集中，具有高強(qiáng)度。
在成品中，這種用于織物中的輔助絲實(shí)質(zhì)上不負(fù)擔(dān)載重，直到成品制造為止，保持織物的形態(tài)，即，是用于形成紡織結(jié)構(gòu)的部分。因此，其纖度可以在約100-2,000旦的范圍內(nèi)，可以比主體-碳纖維長(zhǎng)絲細(xì)。
輔助絲的纖度在約為100-500旦的范圍內(nèi)時(shí)，顯著比碳纖維絲條細(xì)，并且，形成緯絲的輔助絲的使用密度達(dá)到約0.5-8根/cm，由形成緯絲的輔助絲對(duì)碳纖維絲條的約束變?nèi)?，因?yàn)榭椢锱蛩陕∑?，效果特好?br> 輔助絲因?yàn)樵诖_保織物大小穩(wěn)定性的地方，或在防止因用低熔點(diǎn)聚合物填料處理時(shí)加熱收縮的地方，在150℃時(shí)干熱收縮率約在0.1％以下。作為構(gòu)成這種輔助絲的纖維，可以是碳纖維、玻璃纖維或聚鋁酰胺纖維。
上述一維性織物中，碳纖維的目付可以在400至2000g/m2的范圍內(nèi)。為了得到FRP所需要的特性，必要的織物層壓的塊數(shù)要少，成形時(shí)纖維基材層壓的勞動(dòng)和時(shí)間花費(fèi)變少，可以使成形省力。
相鄰碳纖維絲條間隙可以在約0.2-2mm范圍內(nèi)。這種間隙在樹脂傳導(dǎo)成形或真空袋成形中，給模子或袋狀薄膜上密封的纖維基材中注入樹脂時(shí)，成為樹脂流動(dòng)的通道，縮短了樹脂注入時(shí)間，能夠提高成形效率。
在一維性織物中，在相鄰碳纖維絲條間設(shè)置間隙的織物例，如圖3和圖4所示的實(shí)施例。圖3表示在圖1所示的織物中，在相鄰2根碳纖維絲條間設(shè)置間隙C的織物。圖4表示在圖2所示織物6中，在相鄰碳纖維絲條7間設(shè)置間隙C的織物。
在一維性織物中，由于碳纖維絲條的長(zhǎng)絲數(shù)在約40,000-100,000根的范圍內(nèi)，絲條的纖度在約30,000-70,000旦的范圍內(nèi)，碳纖維的目付在約400-700g/m2的范圍內(nèi)時(shí)，由于碳纖維織物膨松隆起，使用粘度約為2-7泊范圍內(nèi)常溫硬化型樹脂后，采用手工鋪疊成形法形成FRP時(shí)，用通常的浸漬吊輥能夠完全使樹脂浸漬。
本發(fā)明的碳纖維織物的其它實(shí)施例參照?qǐng)D5說明。
圖5所示的碳纖維織物是二維性的織物。碳纖維織物12具有多根排列的碳纖維絲條13、15。各碳纖維絲條13、15由約40,000-400,000根范圍內(nèi)的碳長(zhǎng)絲14、16組成。碳長(zhǎng)絲14、16具有長(zhǎng)絲交纏。
形成織物12的紡織結(jié)構(gòu)的經(jīng)絲群由排列的碳纖維絲條13組成，緯絲群由排列的碳纖維絲條15組成。在形成緯絲群的碳纖維絲條15表面的一部分中，附有低熔點(diǎn)聚合物，這種低熔點(diǎn)聚合物熔融后，形成固化部分17，該固化部分17連接著形成經(jīng)絲群的碳纖維絲條13和形成緯絲群的碳纖維絲條15。
在上述說明的3種實(shí)施例中，使用低熔點(diǎn)聚合物進(jìn)行緯絲和碳纖維絲條的結(jié)合的原因說明如下。由于本發(fā)明的碳纖維織物中使用的碳纖維絲條的粗度，比以往碳纖維織物中所使用的碳纖維絲條粗度明顯粗，在本發(fā)明碳纖維織物中，直接用于紡織組織構(gòu)成中的經(jīng)絲群和緯絲群的交纏點(diǎn)少。因此，裁斷織物時(shí)，碳纖維絲條容易松開，織物的使用性不太好。用低熔點(diǎn)樹脂的結(jié)合能使織物填料，提高了這種織物的使用性。由此填料的本發(fā)明碳纖維織物，由于實(shí)質(zhì)防止了裁斷時(shí)絲條松開，大幅度提高了樹脂傳導(dǎo)成形或真空袋成形的作業(yè)性，這兩種成形對(duì)裁斷織物的模子進(jìn)行層壓作業(yè)是必須的。
低熔點(diǎn)聚合物以線狀或點(diǎn)狀附著在經(jīng)絲和緯絲的任何一方上或雙方上。
低熔點(diǎn)樹脂的附著量多時(shí)阻礙樹脂的浸漬，因它降低了CFRP的機(jī)械性質(zhì)，所以附著量最好要低于6g/m2。但是，因在不足0.5g/m2的情況下效果差，附著量最好在約0.5-6g/m2。
在一維性碳纖維織物的情況下，當(dāng)?shù)腿埸c(diǎn)聚合物附著在細(xì)輔助絲上量多時(shí)，織物的破裂容易從輔助絲開始。為了防止這種情況發(fā)生，低熔點(diǎn)聚合物的附著量最好在輔助絲重量的40％以下。
通常，低熔點(diǎn)聚合物從聚酰胺、共聚聚酰胺、聚酯、共聚聚酯、偏二氯乙烯、氯乙烯、聚氨基甲酸乙酯中選擇。由于低溫下能熔融聚合物，且接合力強(qiáng)，使用量少就能達(dá)到所期望的效果，特別是共聚聚酰胺。
本發(fā)明的纖維強(qiáng)化塑料成品，其中含有的纖維基材由1塊織物構(gòu)成的情況下，作為這種織物使用本發(fā)明的碳纖維織物。在纖維基材由多塊織物組成的情況下，其中至少有1塊織物是本發(fā)明的碳纖維織物。與至少有1塊本發(fā)明的碳纖維織物一起使用的其它纖維織物有玻璃纖維或聚鋁酰胺纖維等其它纖維強(qiáng)化織物。
作為所使用的粘合樹脂，有環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、乙基環(huán)氧樹脂或苯酚樹脂等熱硬化樹脂，或者，聚酰胺樹脂、聚酯樹脂、ABS樹脂、聚乙烯樹脂、聚丙烯樹脂、聚氯乙烯樹脂、聚醚醚化樹脂或聚苯亞硫酸樹脂等熱可塑性樹脂。
本發(fā)明的纖維強(qiáng)化塑料成品，由于纖維基材是由最大限度不限止碳纖維目付的膨松隆起的碳纖維織物構(gòu)成，成形過程中對(duì)纖維基材的粘合樹脂浸漬性好，所得成品機(jī)械特性優(yōu)良，且成本低。
使用本發(fā)明的碳纖維織物的纖維強(qiáng)化塑料成品的成形可以使用以往公知的種種成形法和裝置。不限定碳纖維最高目付的膨松隆起的本發(fā)明的碳纖維織物，特別適合于樹脂傳導(dǎo)成形或真空袋成形，由此能低成本制造大型成品。
本發(fā)明的第1種纖維強(qiáng)化塑料成品及其成形方法的一實(shí)施例參照?qǐng)D6說明。
在圖6中，在模子21上，按所定方向和所定塊數(shù)層壓含有本發(fā)明碳纖維織物的織物22。這種層壓的織物22構(gòu)成要成形纖維強(qiáng)化塑料成品的纖維基材23。
在纖維基材23側(cè)面的周圍，設(shè)置邊緣吸氣件24，在其下面的部分有開著口并連接著真空管(圖中未示出)的吸氣口25。邊緣吸氣件24由織物等多孔片狀多塊層壓物構(gòu)成。
在纖維基材23和邊緣吸氣件24上面層壓粘合樹脂硬化后的剝離片或剝離層26。在剝離層26的上面，放置讓樹脂在纖維基材整體中擴(kuò)散的擴(kuò)散介質(zhì)27。
在擴(kuò)散介質(zhì)27的上面和側(cè)面，以及位于邊緣吸氣件24上的剝離層26上面，按覆蓋的形式覆上袋狀薄膜28。
在袋狀薄膜28上面的中心部，安裝著樹脂供應(yīng)管29，其一端與粘合樹脂供應(yīng)桶(圖中未示出)連接，另一端通過袋狀薄膜28，開口在擴(kuò)散介質(zhì)27上。樹脂供應(yīng)管29上有樹脂供應(yīng)調(diào)節(jié)閥30。
在樹脂供應(yīng)管29與袋狀薄膜28之間以及袋狀薄膜28與模子21之間用各種各樣的片材31、32密封。樹脂供應(yīng)桶(圖中未示出)中硬化劑按規(guī)定量混入，可做成在常溫下為果汁狀的常溫硬化型熱硬化樹脂(粘合樹脂)。
用袋狀薄膜28覆蓋纖維基材23的空間，減壓至700-760Torr時(shí)，用真空泵(圖中未示出)通過吸引口25，排出空間的空氣。之后，打開閥30，開始給纖維基材23供給樹脂。
由于樹脂在擴(kuò)散介質(zhì)27面上的流動(dòng)阻力比在纖維基材23厚處的流動(dòng)阻力小，樹脂在整個(gè)擴(kuò)散介質(zhì)27擴(kuò)散后，向纖維基材厚處浸透。根據(jù)這種方法，在纖維基材23中，實(shí)質(zhì)上因樹脂在厚處的浸透距離良好，對(duì)纖維基材23整體的樹脂浸漬會(huì)很快完成。真空泵(圖中未示出)運(yùn)轉(zhuǎn)至少到纖維基材23整體的樹脂浸漬完成為止。
樹脂浸漬完成后，關(guān)閉閥30。把模子放置在室溫下至注入的樹脂硬化。樹脂硬化后，除去袋狀薄膜28、擴(kuò)散介質(zhì)27和剝離層26，從模子21中取出FRP成品。
擴(kuò)散介質(zhì)27的一實(shí)施例如圖7所示。在圖7中，擴(kuò)散介質(zhì)27由按所定間隔放置排列的多根桿33、34構(gòu)成。桿33和桿34實(shí)質(zhì)上相互垂直排列著。
在相鄰桿33和相鄰桿34之間有間隙。這種間隙形成樹脂流動(dòng)通道。在桿33上面接著袋狀薄膜28，在桿34下面接著剝離層26。
經(jīng)過吸引口25，當(dāng)把用袋狀薄膜28密封的空間減壓時(shí)，樹脂從樹脂供應(yīng)桶29向擴(kuò)散介質(zhì)27的中心部流入。流入的樹脂在桿33、34的間隙流動(dòng)。由于這種樹脂流動(dòng)，樹脂透過剝離層26，實(shí)質(zhì)上在纖維基材23的整體上面均一地渡過。
各桿33、34的粗度雖沒有特別的限定，但可以在約0.2-2mm的范圍內(nèi)。桿33、34排列間隙最好在約0.2-2cm的范圍內(nèi)。具體來說，桿33、34是由聚丙烯、聚乙烯、聚酯、聚氯乙烯或金屬制的篩狀片構(gòu)成。作為篩狀片有篩狀薄膜、織物、編織物、網(wǎng)狀物等。桿33、34按要求也可以由數(shù)塊篩狀片重疊形成。
本發(fā)明的第2種纖維強(qiáng)化塑料成品是由含有本發(fā)明的碳纖維織物的纖維強(qiáng)化塑料以外的成形材料構(gòu)成，這種成形材料在與該纖維強(qiáng)化塑料相接的面上具有溝，該溝是由形成該纖維強(qiáng)化塑料的樹脂充填的。
制造這種成品的方法是，在表面具有成為樹脂流動(dòng)通路的溝的成形材料上，使纖維基材層壓，進(jìn)一步在整體上用袋狀薄膜覆蓋，使該袋狀薄膜覆蓋的內(nèi)部成真空(減壓)狀，使經(jīng)過纖維基材和連接著成形材料溝的樹脂擴(kuò)散，在層壓的纖維基材上使常溫硬化型熱硬化樹脂浸漬的同時(shí)，使纖維基材和成形材料一體化。在這種方法中，由于在成形材料上設(shè)置了溝，使樹脂容易進(jìn)行擴(kuò)散，可簡(jiǎn)便地制造作為FRP表面材料或里面材料的成形材料以及與該成形材料一體化的纖維強(qiáng)化塑料成品。
本發(fā)明的第2種纖維強(qiáng)化塑料成品及其成形方法的一實(shí)施例參照?qǐng)D8和圖9說明。
在圖8中，模子41的上面載置相同結(jié)構(gòu)的成形塊料42、43。成形塊料42(43)由位于內(nèi)側(cè)的成形材料44(45)和包圍成形材料的纖維基材46(47)構(gòu)成。纖維基材46(47)由位于內(nèi)側(cè)的織物48(49)和位于外側(cè)的織物50(51)2層層壓體構(gòu)成。這種織物48、50中至少一方是本發(fā)明的碳纖維織物。并且，這種織物49、51中至少一方是本發(fā)明的碳纖維織物。
成形塊料42、43用袋狀薄膜52覆蓋，袋狀薄膜52周圍通過片材53與模子41結(jié)合，在袋狀薄膜52內(nèi)側(cè)在流體處與外界斷開。
成形材料44(45)一實(shí)施例如圖9所示。在圖9中，成形材料44的上面54、下面55、正面56、背面57、右側(cè)面58和左側(cè)面59上有各種各樣的溝60。這些溝60在成品成形時(shí)成為樹脂的流動(dòng)通路。
連接著樹脂供應(yīng)桶(圖中未示出)的樹脂供應(yīng)管61穿過片材53、纖維基材46，在成形材料44的表面開著口。連接真空泵(圖中未示出)的吸引管62穿過片材53、纖維基材47，在成形材料45的表面開著口。
真空泵運(yùn)作，通過吸引管62，當(dāng)由袋狀薄膜52密封的內(nèi)部空間減壓時(shí)，通過來自樹脂供應(yīng)桶的樹脂供應(yīng)管61向內(nèi)部空間流入粘合樹脂。流入的樹脂流到成形材料44、45上設(shè)置的流動(dòng)阻力小的溝中，在成形材料44、45的整體上進(jìn)行流動(dòng)。之后，對(duì)纖維基材46、47進(jìn)行樹脂浸漬。
在對(duì)纖維基材46、47進(jìn)行的樹脂浸漬完成時(shí)的地方，阻止樹脂供應(yīng)，把模子41放置在室溫中。在纖維基材46、47上浸漬的樹脂和充填著溝的樹脂硬化，呈現(xiàn)這種一體化形態(tài)，即，制造纖維基材46、47和成形材料44、45一體化的纖維強(qiáng)化塑料成品。
在這個(gè)實(shí)施例中，雖說明了用2層碳纖維織物形成纖維基材的情況，但根據(jù)要求，織物的層壓數(shù)是可選擇的。此外，混合碳纖維織物以外的織物也是可以的。
在這個(gè)實(shí)施例中，說明了成形塊數(shù)為2個(gè)的情況，但根據(jù)要求，這個(gè)數(shù)目是可選擇的。
本發(fā)明的第2種纖維強(qiáng)化塑料成品是纖維強(qiáng)化塑料和成形材料加固一體化的纖維強(qiáng)化塑料成品，因?yàn)槔w維強(qiáng)化塑料和成形材料的連接沒有單純的纖維強(qiáng)化塑料面和成形材料面的間隙，成形材料的溝與粘合樹脂是一體化的。
成形材料溝的斷面形狀有矩形、梯形或半球形等，這種斷面形狀和斷面大小等是根據(jù)樹脂的流動(dòng)性或纖維強(qiáng)化塑料等與成形材料的相接程度適當(dāng)確定出來的。溝的斷面形狀，是比成形材料表面更向內(nèi)側(cè)擴(kuò)大的楔形，由于纖維強(qiáng)化塑料與成形材料的結(jié)合更牢固，效果特別好。
成形材料由樹脂、金屬、含有木材的種種材質(zhì)構(gòu)成。由于由有機(jī)類或無(wú)機(jī)類發(fā)泡體構(gòu)成的類型所得到成品重量輕，比較好。作為有機(jī)類或無(wú)機(jī)類發(fā)泡體，有聚氨酯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、PVC、硅酮樹脂、異氰酸酯、苯酚、丙烯樹脂型輕量孔狀混凝土、硅酸鈣型或碳酸鈣型等。
成形材料的壓縮強(qiáng)度最好約1.0kgf/cm3以上。壓縮強(qiáng)度不足1.0kgf/cm3時(shí)，在使用真空袋成形的情況下，會(huì)發(fā)生成形材料破裂的現(xiàn)象。
上述說明的成形法雖屬于真空袋成形法的范疇，但在樹脂注入的同時(shí)使用了擴(kuò)散介質(zhì)后在纖維基材整體上使樹脂擴(kuò)散的這點(diǎn)，是與以往真空袋成形法不同的。采用這種成形法很容易地使型FRP成品成形。
本發(fā)明的碳纖維織物完全不會(huì)局限每塊碳纖維目付，由于碳長(zhǎng)絲間交纏，膨松隆起的碳長(zhǎng)絲間有間隙，根據(jù)使用這種碳纖維織物的本發(fā)明的纖維強(qiáng)化塑料成品制造方法，由擴(kuò)散介質(zhì)確保纖維基材面上樹脂的流動(dòng)，并且，纖維基材本身由于具有樹脂容易流動(dòng)的結(jié)構(gòu)，在纖維基材層壓費(fèi)時(shí)少就能完成的同時(shí)對(duì)層壓的纖維基材進(jìn)行樹脂的完全浸漬，進(jìn)一步來說，樹脂的注入時(shí)間短，顯著提高了成形作業(yè)性。
纖維基材整體不必是本發(fā)明的碳纖維織物，至少有1層是本發(fā)明的碳纖維織物的話較好。作為與本發(fā)明的碳纖維織物一起使用其它纖維基材，有普通的碳纖維織物或其它強(qiáng)化纖維，如有玻璃纖維或聚鋁酰胺纖維形成的織物或短切原絲薄氈、連續(xù)原絲薄氈等。
此外，作為與本發(fā)明的碳纖維織物一起使用的其它纖維基材，強(qiáng)化纖維中并行排列的纖維片層壓成0℃(基材的基準(zhǔn)方向)、90℃(基材基準(zhǔn)的橫向)或±45℃(基材基準(zhǔn)的斜向)，用玻璃纖維、聚酯纖維或聚鋁酰胺纖維等縫合絲縫合形成的多軸縫編布也可以。
特別是在由纖維基材與本發(fā)明一維性碳纖維織物多軸縫編布組合的情況下，由此成形的FRP成品的結(jié)構(gòu)上，能使所需主要方向上的加強(qiáng)負(fù)擔(dān)在一維性碳纖維織物，其它方向上的加強(qiáng)負(fù)擔(dān)在多軸針織布上。
這種纖維基材中，由于碳纖維絲條以及其它加強(qiáng)纖維絲條間相互沒有交叉，并且，絲條是沒有彎曲直接疊加排列的，粗纖維體的比率高。使用這種基材的FRP成品機(jī)械性優(yōu)良。由于沒有靠相互絲條的交錯(cuò)使碳纖維與其它強(qiáng)化纖維夾緊，在真空袋成形中，樹脂充分浸漬進(jìn)纖維基材中，浸漬速度也快。
作為用于本發(fā)明纖維強(qiáng)化塑料成品的樹脂，是常溫下液狀的常溫硬化型的熱硬化樹脂，如環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、乙烯酯樹脂或苯酚樹脂等。樹脂的粘度從樹脂的浸漬性或浸漬速度來看是低粘度的，即可在約0.5-10旦范圍內(nèi)，最好在0.5-5旦范圍內(nèi)。特別是乙烯酯樹脂，由于可以降低樹脂的粘度到低粘度，或者可以大大提高樹脂的伸展度約3.5-12％，成形性良好，所得成品因具有高強(qiáng)度和優(yōu)良的耐磨性，很有用。
剝離層雖是在樹脂硬化后從FRP上剝除的片，但在成形中必須能夠讓樹脂通過。具體實(shí)例有聚酰胺纖維織物、聚酯纖維織物或玻璃纖維織物。由于聚酰胺纖維織物或聚酯纖維織物價(jià)格便易，益于利用。但是為了防止制造這種織物時(shí)要用的油劑或粘合劑混入FRP的樹脂中，在使用前要對(duì)這些織物提純，并且，為了防止常溫硬化型樹脂因硬化發(fā)熱引起收縮，在使用前要對(duì)這些織物進(jìn)行熱處理。
邊緣吸氣件必須能使空氣和樹脂通過。其具體例子有聚酰胺纖維織物、聚酯纖維織物、玻璃纖維織物或由聚酰胺纖維、聚酯纖維構(gòu)成的薄氈。
袋狀薄膜必須是氣密性的。其具體例子有聚酰胺膜、聚酯膜或PVC膜。
下面，參照?qǐng)D8、圖9和圖10說明鉤環(huán)值的測(cè)定方法。
在本發(fā)明碳纖維織物中，為了使構(gòu)成碳纖維絲條的碳長(zhǎng)絲間的交纏程度數(shù)值化，應(yīng)用了鉤環(huán)值。表示這種交纏程度的鉤環(huán)值，在以下內(nèi)容中表示成FD(15)，F(xiàn)D(15)測(cè)定如下。
要測(cè)定的碳纖維絲條是從本發(fā)明碳纖維織物中抽出三塊寬1000mm、長(zhǎng)1000mm的織物，從各織物中，以不產(chǎn)生毛茬且不增加捻回的方式拆下并取出正用于經(jīng)絲和緯絲的碳纖維絲條，該碳纖維絲條長(zhǎng)度為1000mm。
這種測(cè)定用的碳纖維絲條其纖維排列狀態(tài)并不亂，除去在其上附著的粘合劑。
圖10所示的測(cè)定裝置71的構(gòu)成包括支持臺(tái)72、支持臺(tái)上垂直固定刻度尺的安裝支柱73、支柱上方安置的上部夾板74、支柱下方安置的下部夾板75、鉤子76、砝碼77、以及與鉤子76和砝碼77相連接的棉紗。
上述方法中被取樣的測(cè)定絲條79的上端部由上部夾板74固定在裝置71上。因固定的絲條79的寬度，即絲條79的厚度，影響FD(15)，為了讓絲條79的厚度均一，以固定的絲條79的寬度B(mm)和絲條79的纖度D的關(guān)系滿足下面所示關(guān)系式的形式，把絲條79固定在上部夾板74上。
B=4×10-4×D隨后，絲條79的下端部處于載重4mg/旦的狀態(tài)下(圖中未示出)，為了使絲條79不增加捻動(dòng)，其下端部固定在下部夾板75上。上部夾板74的下端與下部夾板75的上端間的間隔LA(間隔)為950mm。
鉤子76、砝碼77以及與鉤子76和砝碼77相連接的棉紗78的細(xì)節(jié)如圖11所示。鉤子76由直徑為1mm的金屬絲構(gòu)成，在其頂部，鐵絲的中心軸的曲率半徑有5mm的彎曲鉤部，在下方有連接綿線78的砝碼垂吊部。在砝碼垂吊部由棉紗78連接著砝碼77。在鉤子76、綿線78以及砝碼77的連接垂直疊落延伸時(shí)，鉤子76的頂部和砝碼77的上面間的距離為30mm。鉤子76和棉紗78的重量極輕，在其上加上砝碼77的重量的總重達(dá)到15g。
上部夾板74和下部夾板75上固定的絲條79的橫向中心部，從上部夾板74的下端面開始向下50mm的下方是鉤子76頂部，用手把鉤子76掛在絲條79上。上部夾板74的下端面和在絲條79上掛的鉤子76項(xiàng)部的初始位置間的距離如圖10所示，用記號(hào)LC表示。
掛在絲條79上的砝碼77一松手就開始落下。在砝碼77的下落過程中，鉤子76也向下方移動(dòng)。但是，鉤子的移動(dòng)受絲條79的長(zhǎng)絲間存在的長(zhǎng)絲交纏的影響，隨后停止。由此測(cè)定從鉤子76頂部初始位置開始至停止時(shí)到達(dá)頂部位置的距離(cm)。
這種測(cè)定，對(duì)于從1塊織物中取出的1根樣本絲條測(cè)定10次。由于使用了3塊織物，得到合計(jì)測(cè)定值為30個(gè)。FD(15)是所得這些測(cè)定值的平均值。
金屬鉤76也有下落到下部夾板75的位置的情況，這時(shí)下落的距離正好為900mm。所以，鉤子76到達(dá)下部夾板75時(shí)，必須不阻止綿線78和砝碼77的到達(dá)。在這里，如圖12所示，在下部夾板75的下面和支持臺(tái)72的上面之間，要設(shè)置充足的空間。
絲條79的采樣是在織物放置于溫度25℃、相對(duì)濕度60％的環(huán)境中24小時(shí)后進(jìn)行的。FD(15)的測(cè)定是在溫度25℃、相對(duì)濕度60％的條件下進(jìn)行的。
在絲條79上附著粘合劑的情況下，由于粘合劑的附著量和附著狀態(tài)會(huì)影響FD(15)值，要在完全除去粘合劑后進(jìn)行測(cè)定。粘合劑在700℃的氮?dú)鈼l件下把絲條通過1小時(shí)的加熱處理來去除。由于在絲條79上的浸膠物或CFPP的樹脂浸漬附著的情況下，也會(huì)影響FD(15)值，要在完全除去這些樹脂后進(jìn)行測(cè)定。例如，如果附著樹脂為乙烯酯樹脂，在700℃的氮?dú)鈼l件下把絲條通過5小時(shí)的加熱處理來去除。
實(shí)施例碳纖維織物A圖1所示一維性的織物，由絲束狀的70,000根碳長(zhǎng)絲3的絲束組成，把52,000旦的碳纖維絲條2作經(jīng)絲，608旦的玻璃纖維構(gòu)成的輔助絲4作緯絲，制做填料處理的碳纖維織物1(A)，其特征是經(jīng)絲密度為0.87根/cm，緯絲密度為2根/cm，一維碳纖維排列平組織，碳纖維目付為503g/m2。進(jìn)行填料處理方法是，織織物時(shí)在輔助絲4上把由50旦的低熔點(diǎn)共聚聚酰胺絲均一拉伸的絲作為緯絲，把該緯絲插入后，用裝在織機(jī)上的遠(yuǎn)紅外線加熱器熔融共聚聚酰胺，使碳纖維絲條2和輔助絲4連接。由于構(gòu)成碳纖維絲條2的碳長(zhǎng)絲相互間是交纏的，所得織物1(A)膨松隆起，織物的厚度為1.1mm。從這種織物1(A)中取出的碳纖維絲條2的FD(15)值為6.3cm。相鄰碳纖維絲條2間的間隙為1.2mm。
織物1(A)由于經(jīng)過了填料處理，雖然織物的密度大，但紡織孔眼整齊，織物形態(tài)穩(wěn)定。此外，因碳纖維絲條是絲束狀粗的，碳纖維用每小時(shí)加工處理的重量表示的織物加工速度可達(dá)15kg/1hr，織物的制造成本極低。
碳纖維織物B用于比較的一維性織物，由12,000根碳長(zhǎng)絲束構(gòu)成，有7根均一拉伸的7，200旦復(fù)絲，合計(jì)84,000根碳長(zhǎng)絲，把50,400旦的碳纖維絲條作經(jīng)絲，608旦的玻璃纖維形成的輔助絲作緯絲，制做碳纖維織物B，其特征是經(jīng)絲密度為0.89根/cm，緯絲密度為2根/cm，一維碳纖維排列平組織，碳纖維目付為500g/m2。所得織物，由于構(gòu)成碳纖維絲條的碳長(zhǎng)絲相互間實(shí)質(zhì)上是并行排列的，且長(zhǎng)絲相互間沒有任何交纏，長(zhǎng)絲密密集束，織物的厚度為0.8mm。從這種織物中取出的碳纖維絲條2的FD(15)值為42.0cm。
由于織物密度大且沒有經(jīng)過填料處理，織物紡織孔眼簡(jiǎn)單不齊，織物形態(tài)不穩(wěn)定。因經(jīng)絲的碳纖維絲條粗，這種織物加工速度可達(dá)15kg/1hr，與碳纖維織物A的相同。
碳纖維織物C用于比較的一維性織物，由6,000根碳長(zhǎng)絲束組成，用3,600旦復(fù)絲作經(jīng)絲，202.5旦的玻璃纖維形成的輔助絲作緯絲，制作填料處理的碳纖維織物C，其特征是經(jīng)絲密度為6.3根/cm，緯絲密度為2根/cm，一維碳纖維排列平織，碳纖維目付為252g/m2?？椢顲的填料處理與織物A的情況相同?？椢顲的碳纖維目付基本為織物A碳纖維目付的一半。從這種織物中取出的碳纖維絲條的FD(15)值為15.7cm。
這種織物加工速度慢至7.5kg/1hr，基本是織物A加工速度的一半。
碳纖維織物A、B和C的特點(diǎn)列于表1。
表1
使用上述碳纖維織物A、B和C，在實(shí)施例1和比較例1中，采用手工鋪迭成形法(成形法Ⅰ)，制造纖維強(qiáng)化塑料成品。在實(shí)施例2、比較例2、比較例3和比較例4中，采取使用本發(fā)明擴(kuò)散介質(zhì)27(參照?qǐng)D6和圖7)的真空袋成形法(成形法Ⅱ)制造纖維強(qiáng)化塑料成品。
實(shí)施例1使用沿經(jīng)絲方向50cm、緯絲方向30cm處裁斷的2塊碳纖維織物A，首先，在1塊織物A上，均勻涂布樹脂粘度為3泊的常溫硬化型乙烯酯樹脂，用帶溝的脫泡輥進(jìn)行脫泡處理，目的在于形成第1層織物，接著，為了使經(jīng)絲的碳纖維絲條方向與第1層織物的相同，把第2塊織物A作為第2層織物，層壓在第1層織物上，與并第1層一樣進(jìn)行樹脂涂布和樹脂浸漬。這種層壓物放置在20℃室溫下，樹脂硬化，制成成品A。
比較例1采用與成品A相同的成形方法，由碳纖維織物B制作成品B。把實(shí)施例1所得的成品A和比較例1所得的成品B的各種特性列在表2中。成品的拉伸特性，由于在織物A和織物B中使用的碳纖維特性不同，成品特性用相對(duì)所用碳纖維發(fā)揮到某種程度的利用率來表示。
表2
使用本發(fā)明碳纖維織物A的成品A，雖在碳纖維絲條內(nèi)因碳纖維相互交纏的織物膨松隆起變得相當(dāng)厚，但在碳纖維絲條也粗的成品中很容易進(jìn)行樹脂浸漬。不過，與純織物的原碳纖維的特性相比，拉伸強(qiáng)度的利用率為92％，拉伸彈性利用率為100％。
與之相比，使用碳纖維織物B的成品B，在碳纖維絲條內(nèi)沒有碳纖維相互交纏，因纖維密密聚集一起形成硬化板，不容易進(jìn)行樹脂浸漬，并在碳纖維絲條的中心部有未浸漬的部分。不過，與純織物的原碳纖維的特性相比，拉伸強(qiáng)度的利用率為72％，拉伸彈性利用率為90％，完全沒有碳纖維的特性。
實(shí)施例2
緯絲寬100cm、經(jīng)絲長(zhǎng)5m的碳纖維織物A2塊，以及寬100cm、長(zhǎng)5m的玻璃纖維形成的、纖維目付為450g/m2的短切原絲薄氈3塊，做不同處理。
在涂布了離形劑的成形模子21(參照?qǐng)D6)上，作為纖維基材23，首先，層壓第1塊碳纖維織物A，在其上為短切原絲薄氈，把氈的端部和織物A的端部對(duì)齊，1塊塊地層壓3塊，接著，在其上層壓第2塊碳纖維織物A，構(gòu)成合計(jì)5層織物的纖維基材23。
在纖維基材23上，作為剝離層26，載置聚酰胺薄膜織物。在其上，作為擴(kuò)散介質(zhì)27，用由聚酯構(gòu)成的厚1.0mm、篩眼開口大小為2.6mm×2.6mm、篩眼開口率(相對(duì)總面積為100的篩眼開口部面積的比率)為62％的篩片2塊，覆蓋載置在纖維基材23上面。
在纖維基材23的周圍，作為邊緣吸氣件24，用玻璃纖維織物以與纖維基材23完全相同厚度的樣式圍繞鋪開。在邊緣吸氣件24下面的一部分中，安置連接到真空泵上的吸引口25。
整體用由聚酰胺薄膜構(gòu)成的袋狀薄膜28覆蓋，為了使內(nèi)部保持減壓狀態(tài)，袋狀薄膜28、成形模子21和吸引口25周圍用片材32密封。
在袋狀薄膜28中心部安置樹脂供應(yīng)管29，安置部的周圍用片材31密封。
接著，用真空泵把袋狀薄膜28覆蓋的內(nèi)部減壓到755Torr的狀態(tài)后，打開設(shè)置在樹脂供應(yīng)管29上的閥30，向纖維基材23注入粘度為3泊的常溫硬化型乙烯酯樹脂。樹脂完全硬化后，剝?nèi)冸x層26，與其一起也剝?nèi)U(kuò)散介質(zhì)27和袋狀薄膜28，從模子21中取出纖維強(qiáng)化塑料成品，稱為成品C。
比較例2把碳纖維織物A換成碳纖維織物B，另外，采用與成品C相同成形方法，制成減品D。
比較例3代替1塊碳纖維織物A，使用2塊碳纖維織物C，此外，采用與成品C相同成形方法，制成成品E。
3種成形板A、B和C的成形特性列于表3。表3中的層壓時(shí)間，對(duì)于從輥卷織物和氈開始至裁斷所定大小的織物和氈并把所定纖維基材層壓至模子上為止所需時(shí)間來說，由于是2人進(jìn)行作業(yè)，用2人的持續(xù)時(shí)間表示。
表3
在使用本發(fā)明碳纖維織物A的成品C的成形中，由于織物A進(jìn)行填料處理，在裁斷時(shí)織絲不散開。另外，由于織物A纖維目付大，織物整體硬。所以，在層壓作業(yè)中，即使長(zhǎng)5m，織物松弛后，織物中心部也不能接觸至最前的模子或在前層壓的基材，實(shí)質(zhì)上是纖維排列穩(wěn)定地進(jìn)行層壓。從5塊織物裁斷至層壓所需的時(shí)間延續(xù)有40分鐘。
由于設(shè)置了樹脂擴(kuò)散介質(zhì)，樹脂在1m×5m的表面整體上直接擴(kuò)散，樹脂浸透進(jìn)纖維基材的厚度方向中。樹脂注入所需的時(shí)間為23分鐘。樹脂硬化后，切斷成形板，觀察斷面，確認(rèn)樹脂完全浸漬。
在使用碳纖維織物B的成品D的成形中，由于織物B沒有進(jìn)行填料處理，在裁斷時(shí)織絲散開。另外，由于纖維目付極小，當(dāng)層壓5m長(zhǎng)的織物時(shí)，因本身量重，織物松弛后，織物中心部接觸至最前的模子或在前層壓的基材，延長(zhǎng)了纖維排列穩(wěn)定的層壓時(shí)間，從5塊織物裁斷至層壓所需的時(shí)間延續(xù)有47分鐘。
織物B，由于絲條粗、纖維密集，上部載置的織物B的樹脂浸漬性和滲透性不好，在樹脂沒有完全浸漬前，在50分鐘內(nèi)，常溫硬化型樹脂中途硬化，對(duì)于下側(cè)接觸模子的織物B來說，在從樹脂供應(yīng)管的樹脂注入口至到達(dá)部分的途中，有樹脂沒有經(jīng)過的地方，即有未浸漬的部分，不能得到滿意的成形板。
使用碳纖維織物C的成品E的成形中，由于沒有進(jìn)行填料處理，織物的中心部雖不能接觸至最前的模子或在前層壓的基材，但從裁斷的基材至層壓所需的時(shí)間，因?qū)訅簤K數(shù)達(dá)7塊之多，延續(xù)有60分鐘，是織物A情況下的1.5倍。
織物C，因?yàn)槊繅K碳纖維的目付太小，樹脂浸漬性好，樹脂注入時(shí)間是21分，與成品C的情況相同。
實(shí)施例3緯絲方向上寬100cm、經(jīng)絲方向上長(zhǎng)100cm的碳纖維織物A，2塊，以及由寬100cm、長(zhǎng)100cm的玻璃纖維形成的、纖維目付為450g/m2的短切原絲薄氈，3塊，各有用途。
在涂布了離形劑的成形模子21(參照?qǐng)D6)上，作為纖維基材23，首先，層壓第1塊碳纖維織物A，在其上為短切原絲薄氈，把氈的端部和織物A的端部對(duì)齊，1塊塊地層壓3塊，接著，在其上層壓第2塊碳纖維織物A，構(gòu)成合計(jì)5層織物的纖維基材23。
在纖維基材23上，作為剝離層26，載置聚酰胺薄膜織物。在其上，作為擴(kuò)散介質(zhì)27，用由聚酯構(gòu)成的厚1.0mm、篩眼開口大小為2.6mm×2.6mm、篩眼開口率(相對(duì)總面積為100的篩眼開口部面積的比率)為62％的篩片2塊，覆蓋載置在纖維基材23上面。
在纖維基材23的周圍，作為邊緣吸氣件24，用玻璃纖維織物，以與纖維基材23完全相同厚度的樣式圍繞鋪開。在邊緣吸氣件24下面的一部分中，安置連接到真空泵上的吸引口25。
整體用由聚酰胺薄膜構(gòu)成的袋狀薄膜28覆蓋，為了使內(nèi)部保持減壓狀態(tài)，袋狀薄膜28、成形模子21和吸引口25周圍用片材32密封。
在袋狀薄膜28中心部安置樹脂供應(yīng)管29，安置部的周圍用片材31密封。
接著，用真空泵把袋狀薄膜28覆蓋的內(nèi)部減壓到755Torr的狀態(tài)后，打開設(shè)置在樹脂供應(yīng)管29上的閥30，向纖維基材23注入粘度為3泊的常溫硬化型乙烯酯樹脂。樹脂由擴(kuò)散介質(zhì)27在纖維基材23的整體上面直接擴(kuò)散。隨后，樹脂經(jīng)過上部碳纖維織物A的碳纖維絲條的長(zhǎng)絲間隙和相鄰碳纖維絲條的間隙，在纖維基材23的厚度方向上，流動(dòng)到短切原絲薄氈上。對(duì)纖維基材23的樹脂浸漬需要時(shí)間為16分。樹脂硬化后，從模子21中取出成品，切斷，觀察斷面，確認(rèn)樹脂完全浸漬。
比較例4
用由12,000根碳長(zhǎng)絲構(gòu)成的7,200旦碳纖維絲條作經(jīng)絲，由608旦的玻璃纖維構(gòu)成的輔助絲作緯絲，制作碳纖維織物D，其特征是經(jīng)絲密度為6.20根/cm，緯絲密度為2根/cm，一維碳纖維排列平組織，碳纖維目付為496g/m2。所得的織物中相鄰碳纖維絲條間的間隙實(shí)質(zhì)為0mm。
用碳纖維織物D代替實(shí)施例3中的碳纖維織物A，其它處理同實(shí)施例3相同，進(jìn)行纖維強(qiáng)化塑料成品的成形。樹脂受擴(kuò)散介質(zhì)27作用，在纖維基材23的整體上面直接擴(kuò)散。但是，由于位于纖維基材23上部的織物B是碳纖維目付大且碳纖維絲條間實(shí)質(zhì)上幾乎無(wú)間隙的織物，位于其下方的短切原絲薄氈上的樹脂浸漬不完全，漸漸樹脂不流動(dòng)，至最下層位置的織物B上樹脂完全不流動(dòng)，樹脂注入開始50分鐘后，樹脂硬化開始，成形最終失敗。
權(quán)利要求
1.一種由多根碳纖維絲條排列形成的碳纖維織物，其特征在于碳纖維絲條是由約40,000至400,000根范圍內(nèi)的碳長(zhǎng)絲構(gòu)成的，該長(zhǎng)絲間有長(zhǎng)絲交纏。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維織物，其特征在于前述碳纖維絲條的鉤環(huán)值在約2-30cm的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的碳纖維織物，其特征在于前述碳纖維的膨松絲條的纖度在約25,000-350,000旦的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的碳纖維織物，其特征在于前述碳纖維織物的膨松密度在0.65g/cm3以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的碳纖維織物，其特征在于前述碳纖維絲條的長(zhǎng)絲數(shù)在約40,000-100,000根的范圍內(nèi)，前述碳纖維絲條的纖度在約30,000-70,000旦的范圍內(nèi)，前述碳纖維織物的碳纖維目付在約400-700g/m2的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5之一所述的碳纖維織物，其特征在于經(jīng)絲群由前述碳纖維絲條排列形成，緯絲群由輔助絲排列形成，由該經(jīng)絲群的碳纖維絲條和該緯絲群的輔助絲形成紡織結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的碳纖維織物，其特征在于相鄰前述碳纖維絲條間的間隙在約0.2-2mm的范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的碳纖維織物，其特征在于前述經(jīng)絲群和前述緯絲群的交叉點(diǎn)用具有低熔點(diǎn)的聚酯連接著。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的碳纖維織物，其特征在于前述經(jīng)絲群和前述緯絲群的交叉點(diǎn)用具有低熔點(diǎn)的聚酯連接著。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-5之一所述的碳纖維織物，其特征在于經(jīng)絲群由前述碳纖維絲條排列和輔助絲排列形成，緯絲群由輔助絲排列形成，由該經(jīng)絲群的輔助絲和該緯絲群的輔助絲形成紡織結(jié)構(gòu)，在這種紡織結(jié)構(gòu)中，前述經(jīng)絲群的碳纖維絲條實(shí)質(zhì)上是保持平坦的。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的碳纖維織物，其特征在于前述經(jīng)絲群和前述緯絲群的交叉點(diǎn)用具有低熔點(diǎn)的聚酯連接著。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-5之一所述的碳纖維織物，其特征在于經(jīng)絲群由前述碳纖維絲條排列形成，緯絲群由前述碳纖維絲條排列形成，由該經(jīng)絲群的碳纖維絲條和該緯絲群的碳纖維絲條形成紡織結(jié)構(gòu)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的碳纖維織物，其特征在于前述經(jīng)絲群和前述緯絲群的交叉點(diǎn)用具有低熔點(diǎn)的聚酯連接著。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-5之一所述的碳纖維織物，其特征在于經(jīng)絲群由前述碳纖維絲條排列和輔助絲排列形成，緯絲群由前述碳纖維絲條排列和輔助絲排列形成，由該經(jīng)絲群的輔助絲和該緯絲群的輔助絲形成紡織結(jié)構(gòu)，在這種紡織結(jié)構(gòu)，前述經(jīng)絲群的碳纖維絲條和前述緯絲群的碳纖維絲條實(shí)質(zhì)上是保持平坦的。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的碳纖維織物，其特征在于前述經(jīng)絲群和前述緯絲群輔助絲的交叉點(diǎn)，或者，前述經(jīng)絲群輔助絲和前述緯絲群的交叉點(diǎn)，是用具有低熔點(diǎn)的聚酯連接著的。
16.一種纖維強(qiáng)化塑料成品，其特征在于采用纖維基材和樹脂一體化形成的纖維強(qiáng)化塑料中的前述纖維基材，是由權(quán)利要求1-15所述的碳纖維織物構(gòu)成的。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的纖維強(qiáng)化塑料成品，其特征在于具有與前述纖維強(qiáng)化塑料不同的成形材料，該成形材料在與前述纖維強(qiáng)化塑料相結(jié)合的面上有溝，該溝用前述樹脂充填著。
18.一種纖維強(qiáng)化塑料成品的制造方法，是采用真空袋成形裝置制造纖維強(qiáng)化塑料成品，該真空袋成形裝置由成形模子、安置在成形模子上袋狀薄膜、穿過該袋狀薄膜并給其內(nèi)側(cè)供應(yīng)成形樹脂的樹脂供應(yīng)管、設(shè)置在該樹脂供應(yīng)管上的樹脂供應(yīng)開關(guān)閥和減壓維持前述袋狀薄膜內(nèi)側(cè)空間的空氣排出口構(gòu)成，向內(nèi)側(cè)相互收容載置在該成形模子上的該纖維基材，以便相對(duì)外界密封，在纖維強(qiáng)化塑料成品的制造方法中，其特征在于前述纖維基材的一部分或全部是前述第1-15種任一種碳纖維織物，前述樹脂是常溫下硬化型的樹脂，并且，設(shè)置了連接前述纖維基材并使前述樹脂流動(dòng)擴(kuò)散的擴(kuò)散介質(zhì)。
19.一種纖維強(qiáng)化塑料成品的制造方法，是采用真空袋成形裝置制造纖維強(qiáng)化塑料成品，該真空袋成形裝置由成形模子、安置在成形模子上袋狀薄膜、穿過該袋狀薄膜并給其內(nèi)側(cè)供應(yīng)成形樹脂的樹脂供應(yīng)管、設(shè)置在該樹脂供應(yīng)管上的樹脂供應(yīng)開關(guān)閥和減壓維持前述袋狀薄膜內(nèi)側(cè)空間的空氣排出口構(gòu)成，向內(nèi)側(cè)相互收容載置在該成形模子上的該纖維基材，以便相對(duì)外界密封，在纖維強(qiáng)化塑料成品的制造方法中，其特征在于前述纖維基材的一部分或全部是前述第1-15種任一種碳纖維織物，前述樹脂是常溫下硬化型的樹脂，并且，設(shè)置了連接前述纖維基材并使前述樹脂流動(dòng)在表面擴(kuò)散的帶溝成形體。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的纖維強(qiáng)化塑料成品的制造方法，其特征在于前述成形體用發(fā)泡體形成。
全文摘要
一種由多根碳纖維長(zhǎng)絲排列形成的碳纖維織物,由約40,000至400,000根范圍內(nèi)的碳長(zhǎng)絲構(gòu)成,該長(zhǎng)絲間有長(zhǎng)絲交纏。前述碳纖維絲條的鉤環(huán)值在約2—30cm的范圍內(nèi),其纖度為可以在約25,000—350,000旦的范圍內(nèi)。前述碳纖維織物的膨松密度在0.65g/cm
文檔編號(hào)D03D15/00GK1210913SQ9811785
公開日1999年3月17日 申請(qǐng)日期1998年8月3日 優(yōu)先權(quán)日1997年8月4日
發(fā)明者西村明, 本間清, 堀部郁夫 申請(qǐng)人:東麗株式會(huì)社