耐沖擊構(gòu)件的制作方法
【專利摘要】提供了一種耐沖擊構(gòu)件，其是輕量的，在形狀上具有高自由度，具有具有優(yōu)異的耐沖擊性。一種耐沖擊構(gòu)件，其包括開口截面部和存在于所述開口截面部內(nèi)部的肋部，其中所述開口截面部和所述肋部中的至少一個包括包含熱塑性樹脂的碳纖維增強的復(fù)合材料，并且另一個可以包含熱塑性樹脂，并且其中，以100質(zhì)量份的碳纖維計，所述耐沖擊構(gòu)件中所述熱塑性樹脂的存在量為30至500質(zhì)量份，并且所述碳纖維的平均纖維長度為3至100mm。
【專利說明】耐沖擊構(gòu)件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種耐沖擊構(gòu)件，其包括開口截面部和開口截面部的內(nèi)側(cè)中的肋部，其中開口截面部和肋部中的至少一個包括包含熱塑性樹脂的碳纖維增強的復(fù)合材料，另一個可以包含熱塑性樹脂。此外，本發(fā)明還涉及優(yōu)選地用于移動交通工具例如飛機、汽車、火車和兩輪交通工具的耐沖擊構(gòu)件。
【背景技術(shù)】
[0002]對于移動交通工具來說，需要在碰撞期間吸收沖擊的部件和經(jīng)受沖擊并保護乘客空間的部件。最近，從提高移動交通工具的燃料效率或驅(qū)動性能的觀點來看，對減輕重量的要求逐漸增加，對用于移動交通工具的殼體或構(gòu)件已提出了輕量和高剛性的要求。同時，對于碰撞期間的安全性逐漸傾向于提出高水平的要求，并且輕量和乘客空間保護的相容性變得越來越重要。
[0003]在這一背景下，公開了大量使用樹脂或復(fù)合材料的乘客空間保護結(jié)構(gòu)。例如，專利文獻I公開了一種將由長纖維增強復(fù)合材料制成的多個骨架構(gòu)件合并的結(jié)構(gòu)。因此，可以將從一端輸入的載荷轉(zhuǎn)移到另一端，但是形狀上的自由度小，使得能夠?qū)ζ渥龀鲰憫?yīng)的輸入載荷方向也限于纖維方向。此外，由于需要將長纖維在一定范圍內(nèi)取向的構(gòu)件合并，因此模制變得復(fù)雜，并且制造技巧和制造成本高。
[0004]另一方面，專利文獻2公開了一種使用合成樹脂的結(jié)構(gòu)。對于所述結(jié)構(gòu)來說，形狀上的自由度高，并且通過設(shè)置肋可以增加剛度，但是耐沖擊性低，抵抗高沖擊的結(jié)構(gòu)的質(zhì)量重。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)
[0006]專利文獻
[0007]專利文獻1:日本專利申請公布N0.2008-68720
[0008]專利文獻2:日本專利申請公布N0.H6-305378

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明待解決的問題
[0010]本發(fā)明的目的是提供一種耐沖擊構(gòu)件及其制造方法，所述耐沖擊構(gòu)件是輕量的，在形狀上具有高自由度并具有優(yōu)異耐沖擊性，此外對于從縱向方向、寬度方向和高度方向中的每個方向輸入的載荷具有優(yōu)異的耐沖擊性。
[0011]解決所述問題的手段
[0012]作為為實現(xiàn)上述目的而進行的深入研究的結(jié)果，本發(fā)明人完成了本發(fā)明。也就是說，本發(fā)明涉及一種耐沖擊構(gòu)件，所述耐沖擊構(gòu)件包括開口截面部和位于所述開口截面部的內(nèi)側(cè)中的肋部，其中所述開口截面部和所述肋部中的至少一個包括包含熱塑性樹脂的碳纖維增強的復(fù)合材料，另一個可以包含熱塑性樹脂，并且其中，以100質(zhì)量份的碳纖維計，所述耐沖擊構(gòu)件中熱塑性樹脂的存在量為30至1，000質(zhì)量份，所述碳纖維的平均纖維長度為 3 至 100mm。
[0013]本發(fā)明的效果
[0014]根據(jù)本發(fā)明，可以制造輕量的、在形狀上具有高自由度并具有優(yōu)異的耐沖擊性的耐沖擊構(gòu)件。此外，可以提供一種制造方法，通過所述制造方法可以高效率地制造輕量的、在形狀上具有高自由度并具有優(yōu)異的耐沖擊性的耐沖擊構(gòu)件。
[0015]附圖簡述
[0016]圖1是本發(fā)明的第一實施方式(肋部的總面積與開口截面部的板體的總面積的比率為18% )的透視圖。
[0017]圖2是本發(fā)明的第二實施方式(肋部的總面積與開口截面部的板體的總面積的比率為53% )的透視圖。
[0018]圖3是本發(fā)明的第三實施方式(肋部的總面積與開口截面部的板體的總面積的比率為48% )的透視圖。
[0019]圖4是本發(fā)明的第四實施方式(肋部的總面積與開口截面部的板體的總面積的比率為44% )的透視圖。
[0020]圖5是本發(fā)明的第五實施方式(肋部的總面積與開口截面部的板體的總面積的比率為65% )的透視圖。
[0021]圖6是本發(fā)明的第六實施方式(肋部的總面積與開口截面部的板體的總面積的比率為25% )的透視圖。
[0022]圖7是本發(fā)明的第七實施方式(肋部的總面積與開口截面部的板體的總面積的比率為42% )的透視圖。
[0023]圖8是本發(fā)明的第八實施方式(肋部的總面積與開口截面部的板體的總面積的比率為20% )的透視圖。
[0024]圖9是本發(fā)明的第九實施方式(肋部的總面積與開口截面部的板體的總面積的比率為60% )的透視圖。
[0025]圖10是本發(fā)明的第十實施方式(肋部的總面積與開口截面部的板體的總面積的比率為34% )的透視圖。
[0026]圖11是比較形式的透視圖。
[0027]參考數(shù)字和符號的解釋
[0028]I開口截面部
[0029]2 肋部
[0030]3鑲板部
[0031]4開口截面部的內(nèi)側(cè)
【具體實施方式】
[0032]本發(fā)明提供了一種耐沖擊構(gòu)件，該耐沖擊構(gòu)件包括開口截面部和位于開口截面部的內(nèi)側(cè)中的肋部，其中開口截面部和肋部中的至少一個包括包含熱塑性樹脂的碳纖維增強的復(fù)合材料，另一個可以包含熱塑性樹脂。作為碳纖維增強的復(fù)合材料，優(yōu)選的是熱塑性樹脂中的不連續(xù)的碳纖維在平面內(nèi)隨機取向并存在的各向同性的碳纖維增強的復(fù)合材料。在后文中將描述本發(fā)明的耐沖擊構(gòu)件的實施方式，但本發(fā)明不限于此。[0033][耐沖擊構(gòu)件]
[0034]本發(fā)明的耐沖擊構(gòu)件是包括開口截面部和位于開口截面部的內(nèi)側(cè)中的肋部的耐沖擊構(gòu)件，其中開口截面部和肋部中的至少一個包括包含熱塑性樹脂的碳纖維增強的復(fù)合材料，另一個可以包含熱塑性樹脂，并且其中，以100質(zhì)量份的碳纖維計，所述耐沖擊構(gòu)件中存在的熱塑性樹脂的量為30至1，000質(zhì)量份，并且碳纖維的平均纖維長度為3至100mm。
[0035]在本發(fā)明的耐沖擊構(gòu)件中，當(dāng)開口截面部和肋部中的一個包含碳纖維增強的復(fù)合材料并且另一個包含熱塑性樹脂時，碳纖維增強的復(fù)合材料中包含的熱塑性樹脂和另一個中包含的熱塑性樹脂可以是相同種類或不同種類。
[0036]在本發(fā)明的耐沖擊構(gòu)件中，優(yōu)選地開口截面部和肋部兩者都包含碳纖維增強的復(fù)合材料，并且構(gòu)成開口截面部和肋部的碳纖維增強的復(fù)合材料可以是相同種類或不同種類。
[0037]圖1示出了本發(fā)明的實施方式的實例。如圖1中所示，開口截面部和肋部分別被表不為I和2。
[0038]開口截面部是這樣結(jié)構(gòu):其截面被構(gòu)造成開口截面狀例如草帽狀和U形，并且在其內(nèi)側(cè)中具有一對對向的表面(相對表面)，以及連接該一對相對表面的邊緣的底表面。肋部是指延伸到開口截面部的內(nèi)側(cè)的部位。開口截面部的內(nèi)側(cè)是指當(dāng)將開口截面部暫時封閉時中空的部分。
[0039]優(yōu)選地，肋部被設(shè)置成在與位于開口截面部的內(nèi)側(cè)中的底表面垂直的方向上延伸。此外，在與底表面垂直的方向上延伸意味著相對于底表面的角度可以不是嚴(yán)格的直角，并且可以采取使本發(fā)明的意圖不受損害的程度的任何角度或用于確保模具的拔模角的角度。在這種情況下，開口截面部與肋部之間的角度優(yōu)選為30至90度，更優(yōu)選為40至90度。在開口截面部與肋部之間還可以添加使本發(fā)明的意圖不受損害的的程度任何倒角或曲率。對倒角或曲率的尺寸沒有特別限制，但是優(yōu)選地，對于倒角來說尺寸為C0.2至10mm，并且對于曲率來說尺寸為R0.2至10mm。
[0040]對肋的數(shù)量沒有限制，并且可以是一個或多個。對肋部的形狀的類型沒有特別限制，并且可以是一種形狀或多種形狀類型的組合。
[0041]肋部和開口截面部可以彼此一體模制，并且可以作為獨立的構(gòu)件進行模制，例如在肋部中使用碳纖維復(fù)合材料并且在開口截面部中使用熱塑性樹脂，然后再彼此聯(lián)結(jié)，但是為了提高耐沖擊性能，優(yōu)選地使用碳纖維復(fù)合材料將肋部和開口截面部一體模制。本文中指稱的耐沖擊性能不限于沖擊載荷方向。
[0042][開口截面部]
[0043]在本發(fā)明的耐沖擊構(gòu)件中，開口截面部是開口截面由多個基本上平坦的板體形成的結(jié)構(gòu)，并且是指作為肋部的基礎(chǔ)的部位。圖1示出了本發(fā)明的實施方式的實例，但是開口截面部和開口截面部的內(nèi)側(cè)分別表示為I和4。此外，上述板體可以是所謂的曲面板，而不限于平板。
[0044]開口截面部的每個表面不必是完全平坦的，可以具有部分凹凸或卷邊(bead)。對凹凸或卷邊的高度或?qū)挾葲]有特別限制，但是優(yōu)選地高度為作為基礎(chǔ)的開口截面部的板厚度的0.5至2倍。開口截面部可以具有通孔，用于通風(fēng)、螺栓緊固和布線。在這種情況下，可以在耐沖擊構(gòu)件(成形制品)的模制同時地通過在模具中使用剪切等來開孔，也可以使用鉆孔、沖孔、切削工藝等作為后處理來開孔。對開口截面部的板厚度沒有特別限制，但是優(yōu)選為0.2至5mm,更優(yōu)選為I至3mm。開口截面部的板厚度不必是均勻的，并且也可以局部增大或減小。在這種情況下，對板厚度增大或減小的范圍沒有特別限制，但是優(yōu)選為作為基礎(chǔ)的開口截面部的板厚度的30至300%，更優(yōu)選為50至200%。還可以階梯式地改變板厚度，并且也可以通過使板厚度具有錐度或曲度來連續(xù)地改變板厚度，但是從避免應(yīng)力集中的觀點來看，優(yōu)選連續(xù)地改變板厚度。
[0045][肋部]
[0046]在本發(fā)明的耐沖擊構(gòu)件中，肋部是指在上述開口截面部的內(nèi)側(cè)中延伸的部位，并且優(yōu)選地是在與開口截面部的內(nèi)側(cè)垂直的方向上延伸的部位。
[0047]此外，優(yōu)選地，本發(fā)明的耐沖擊構(gòu)件具有其肋部與上述開口截面部的對向的表面(相對表面)相連的結(jié)構(gòu)。具有優(yōu)異的耐沖擊性的耐沖擊構(gòu)件，可以通過設(shè)置肋部以便連接開口截面部的相對表面來制造。此外，上述的其肋部與開口截面部的相對表面相連的結(jié)構(gòu)不僅可以是相對表面由同一肋部直接連接的結(jié)構(gòu)，而且可以是通過將設(shè)置在相對表面之間的采取壁狀形式的肋部與每個相對表面肋部相連，而將相對表面在肋部處間接連接的結(jié)構(gòu)，例如圖7中所示。
[0048]作為本發(fā)明的耐沖擊構(gòu)件，如圖1等中所示，由于耐沖擊性增強，具有兩個以上肋部的耐沖擊構(gòu)件是優(yōu)選的。
[0049]對于本發(fā)明的耐沖擊構(gòu)件來說，優(yōu)選地，肋部的高度與從開口截面部的底表面到開口的高度的比率為5% 至100%。例如，在圖8中示出的耐沖擊構(gòu)件中，肋部的高度與開口截面部的開口的高度的比率為70%。
[0050]上述肋部的高度的比率，在開口的高度改變的情況下可以是當(dāng)最低點為100%時肋部的高度的比率，并且在具有多個高度不同的肋部的耐沖擊構(gòu)件中可以是通過使用最高肋部的高度獲得的比率。此外，當(dāng)耐沖擊構(gòu)件的開口截面部的底表面的板體是具有弧形截面等的曲面板時，肋部的高度的比率可以由以最下方部分為基準(zhǔn)的肋部或開口的高度來計
笪
ο
[0051]本發(fā)明的耐沖擊構(gòu)件優(yōu)選為肋部垂直(可能近似垂直)于開口截面部的板體的耐沖擊構(gòu)件。如上所述，垂直于位于開口截面部的內(nèi)側(cè)中的底表面處的板體的肋部是優(yōu)選的，垂直于相對表面的板體的肋部也優(yōu)選地的，并且垂直于底表面的板體和相對表面的板體中的任意一個的肋部也可以優(yōu)選地作為圖2中所示的耐沖擊構(gòu)件等。
[0052]本發(fā)明的耐沖擊構(gòu)件優(yōu)選地是肋部相對于與開口截面部正交的表面對稱的耐沖擊構(gòu)件。與開口截面部正交的表面的實例包括在圖1的耐沖擊構(gòu)件中，與底表面的板體正交并在其中間處將兩個對向的表面(兩個相對表面)二分的虛擬表面等。
[0053]本發(fā)明的耐沖擊構(gòu)件優(yōu)選地是肋形成為使得以開口截面部的板體的總面積計，肋部的總面積比率為1%以上的耐沖擊構(gòu)件。當(dāng)肋部的總面積為1%以上時，產(chǎn)生更有用的耐沖擊構(gòu)件，這是優(yōu)選的。本發(fā)明的耐沖擊構(gòu)件可以是肋部的總面積比率為100%，即開口截面部的板體的總面積等于肋部的總面積的耐沖擊構(gòu)件，并且可以是其中通過極大增加肋的數(shù)量等使肋部的總面積比率超過100%的耐沖擊構(gòu)件，但是其優(yōu)選范圍的實例包括10%至80%。
[0054]在圖1中示出的本發(fā)明的實施方式的實例中，肋部被表示為2。對肋部的高度沒有特別限制，但是優(yōu)選為I至300mm,更優(yōu)選為5至100mm。肋部的高度不必是均勻的，并且也可以局部增大或減小。對肋部的高度的增大或減小范圍沒有特別限制，并且優(yōu)選為最大高度的10至90%，更優(yōu)選為20至80%。對肋部的板厚度沒有特別限制，并且可以與開口截面部的板厚度相同或不同。
[0055]肋部的厚度優(yōu)選為0.2至100mm,更優(yōu)選為I至50mm。肋部的板厚度不必是均勻的，并且也可以局部增大或減小。在這種情況下，對增大或減小的范圍沒有特別限制，并且優(yōu)選為作為基礎(chǔ)的肋部的板厚度的20至500%，更優(yōu)選為50至200%。還可以階梯式地改變板厚度，并且也可以通過使板厚度具有錐度或曲度來連續(xù)地改變板厚度，但是從避免應(yīng)力集中的觀點來看，優(yōu)選連續(xù)地改變板厚度。此外，優(yōu)選地以使本發(fā)明的意圖不受損害程度在肋部上設(shè)置用于確保模具的拔模角的角度。模具的拔模角優(yōu)選為O至45度，更優(yōu)選為O至10度。
[0056][鑲板部]
[0057]本發(fā)明的耐沖擊構(gòu)件優(yōu)選地是還具有接續(xù)到開口截面部的末端的鑲板部的耐沖擊構(gòu)件。
[0058]在本發(fā)明的耐沖擊構(gòu)件中，鑲板部是指基本上平面的并接續(xù)到開口截面部的末端的部位。在圖1中示出的本發(fā)明的實施方式的實例中，鑲板部被表示為3。鑲板部不必是完全平面的，并且可以具有局部凹凸或卷邊。對凹凸或卷邊的高度或?qū)挾葲]有特別限制，但是優(yōu)選地高度是作為基礎(chǔ)的鑲板部的板厚度的0.5至2倍。鑲板部可以具有通孔，用于通風(fēng)、螺栓緊固和布線。在這種情況下，可以與耐沖擊構(gòu)件(成形制品)的模制同時地通過在模具中使用剪切等來開孔，并且也可以使用鉆孔、沖孔、切削工藝等作為后處理來開孔。對鑲板部的板厚度沒有特別限制，但是優(yōu)選為0.2至5mm，更優(yōu)選為I至3mm。鑲板部的板厚度不必是均勻的，并且也可以局部增大或減小。在這種情況下，對板厚度增大或減小的范圍沒有特別限制，但是優(yōu)選為作為基礎(chǔ)的鑲板部的板厚度的30至300%，更優(yōu)選為50至200%。還可以階梯式地改變板厚度，并且也可以通過使板厚度具有錐度或曲度來連續(xù)地改變板厚度，但是從避免應(yīng)力集中的觀點來看，優(yōu)選連續(xù)地改變板厚度。鑲板部和開口截面部可以一體模制，并且所述部件可以作為獨立的構(gòu)件進行模制，然后再聯(lián)結(jié)到一起，但是為了提高耐沖擊性能，優(yōu)選地將所述部件整體模制。此外，開口截面部、肋部和鑲板部一體模制的耐沖擊構(gòu)件是優(yōu)選的。
[0059][熱塑性樹脂]
[0060]在本發(fā)明的耐沖擊構(gòu)件中，以100質(zhì)量份的碳纖維計，存在的熱塑性樹脂的量為30至1，000質(zhì)量份。以100質(zhì)量份的碳纖維計，存在的熱塑性樹脂的量更優(yōu)選為30至500質(zhì)量份，還更優(yōu)選為30至200質(zhì)量份,特別優(yōu)選為60至200質(zhì)量份。
[0061]本發(fā)明的耐沖擊構(gòu)件更優(yōu)選地是包括開口截面部、肋部以及鑲板部的所有部件都由碳纖維增強的復(fù)合材料制成，并且在所述碳纖維增強的復(fù)合材料中，以100質(zhì)量份的碳纖維計，存在的熱塑性樹脂的量為30至1，000質(zhì)量份的耐沖擊構(gòu)件。以100質(zhì)量份的碳纖維計，存在的熱塑性樹脂的量還更優(yōu)選為30至500質(zhì)量份，進一步優(yōu)選為30至200質(zhì)量份，特別優(yōu)選為60至200質(zhì)量份。
[0062]對于在本發(fā)明中使用的熱塑性樹脂沒有特別限制，但是其優(yōu)選實例包括選自下列的至少一種:氯乙烯樹脂，偏氯乙烯樹脂，乙酸乙烯酯樹脂，聚乙烯醇樹脂，聚苯乙烯樹脂，丙烯腈-苯乙烯樹脂(AS樹脂)，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯樹脂(ABS樹脂)，丙烯酸樹脂，甲基丙烯酸樹脂，聚乙烯樹脂，聚丙烯樹脂，聚酰胺樹脂(例如聚酰胺6樹脂、聚酰胺11樹脂、聚酰胺12樹脂、聚酰胺46樹脂、聚酰胺66樹脂和聚酰胺610樹脂)，聚縮醛樹脂，聚碳酸酯樹脂，聚對苯二甲酸乙二酯樹脂，聚萘二甲酸乙二酯樹脂，聚對苯二甲酸丁二酯樹脂，聚芳酯樹脂，聚苯醚樹脂，聚苯硫醚樹脂，聚砜樹脂，聚醚砜樹脂，聚醚醚酮樹脂，聚乳酸樹脂，以及選自這些樹脂的兩種以上的混合物(樹脂組合物)。熱塑性樹脂優(yōu)選為選自聚碳酸酯樹月旨、聚酯樹脂、聚碳酸酯、ABS樹脂、聚苯醚樹脂、聚酰胺樹脂中的至少一種以及選自這些樹脂的兩種以上種的混合物，更優(yōu)選為聚酰胺樹脂或聚酯樹脂。
[0063]作為上述樹脂的組合物，更優(yōu)選的是選自下列的至少一種組合物:聚碳酸酯樹脂與聚酯樹脂的組合物，聚碳酸酯與ABS樹脂的組合物，聚苯醚樹脂與聚酰胺樹脂的組合物，聚酰胺樹脂與ABS樹脂的組合物，以及聚酯樹脂與聚酰胺樹脂的組合物。
[0064]此外，在不損害本發(fā)明的目的的范圍內(nèi)，在碳纖維增強的復(fù)合材料或熱塑性樹脂中可以含有功能性填充劑或添加劑。其實例包括有機/無機填充劑、阻燃劑、抗UV劑、顏料、脫模劑、軟化劑、增塑劑、表面活性劑等，但是不限于此。
[0065][耐沖擊構(gòu)件中包含的碳纖維]
[0066]構(gòu)成本發(fā)明的耐沖擊構(gòu)件的碳纖維復(fù)合材料中包含的碳纖維是平均纖維長度為3mm至IOOmm的不連續(xù)碳纖維。因此，耐沖擊構(gòu)件變成不僅對靜強度和剛度，而且對沖擊載荷或長期疲勞載荷顯示出高物理性質(zhì)的耐沖擊構(gòu)件(成形制品)。當(dāng)平均纖維長度小于3_時，存在著耐沖擊構(gòu)件的物理性質(zhì)變差的問題，并且當(dāng)平均纖維長度大于IOOmm時，存在著碳纖維的可操縱性變差的問題。碳纖維的平均纖維長度優(yōu)選為8mm以上，更優(yōu)選為IOmm以上，還更優(yōu)選為15mm以上，進一步優(yōu)選為20mm以上。此外，碳纖維的纖維長度優(yōu)選為80mm以下，更優(yōu)選為60mm以下。平均纖維長度特別優(yōu)選為8mm至80mm。
[0067]對于本發(fā)明的耐沖擊構(gòu)件來說，優(yōu)選地，由碳纖維增強的復(fù)合材料中包含的臨界單纖維數(shù)以上的碳纖維構(gòu)成的碳纖維束(A)與碳纖維的總量的比率為20vOl%以上并且99ν01%以下，所述臨界單纖維數(shù)由式(I)定義:
[0068]臨界單纖維數(shù)=600/D (I)
[0069](其中D是單個碳纖維的平均纖維直徑(μm))
[0070]對于本發(fā)明的耐沖擊構(gòu)件來說，更優(yōu)選地，碳纖維束(A)與碳纖維增強的復(fù)合材料中碳纖維的總量的比率為20vOl%以上并低于99ν01%，該碳纖維束(A)由碳纖維增強的復(fù)合材料中包含的臨界單纖維數(shù)以上的碳纖維構(gòu)成，所述臨界單纖維數(shù)由上式(I)定義，并且所述碳纖維束(A)中的纖維平均數(shù)量(N)滿足式(2):
[0071]0.7X104/D2〈N〈1X105/D2 (2)
[0072](其中D是單碳纖維的平均纖維直徑(μm))。
[0073]當(dāng)上述碳纖維束(A)與碳纖維的總量的比率低于20vOl%時，存在著可以獲得具有優(yōu)異表面質(zhì)量的耐沖擊構(gòu)件(成形制品)的優(yōu)點，但是難以獲得具有優(yōu)異機械性質(zhì)的耐沖擊構(gòu)件(成形制品)。當(dāng)所述碳纖維束(A)的比率超過99ν01%時，纖維的交叉部分局部變厚，使得難以獲得薄壁的耐沖擊構(gòu)件。所述碳纖維束(A)的比率優(yōu)選為30Vol%以上并低于90vol %，更優(yōu)選為30vol %以上并低于80vol %。
[0074]此外，當(dāng)碳纖維束(A)使用另一種表述方式時，在上述構(gòu)成本發(fā)明的耐沖擊構(gòu)件的碳纖維增強的復(fù)合材料中，20Vol%以上且99ν01%以下的碳纖維變?yōu)橛缮鲜?I)所定義的臨界單纖維數(shù)以上的碳纖維構(gòu)成的碳纖維束(A)，并且lVol%以上且80%以下的其他碳纖維變?yōu)閱卫w維狀態(tài)或由少于上述臨界單纖維數(shù)的碳纖維構(gòu)成的纖維束，并且被分散在熱塑性樹脂中。此外，在構(gòu)成本發(fā)明的耐沖擊構(gòu)件的碳纖維增強的復(fù)合材料中，當(dāng)由臨界單纖維數(shù)以上的碳纖維所構(gòu)成的碳纖維束(A)中的纖維平均數(shù)量(N)滿足下式(2)時，即使在耐沖擊構(gòu)件具有厚度為約0.2mm至Imm的薄壁部的情況下,表面也特別光滑并且厚度均勻，這種情況是優(yōu)選的。
[0075]0.7 X 104/D2〈N〈1 X 105/D2 (2)
[0076](其中D是單碳纖維的平均纖維直徑(μm))。
[0077]對于碳纖維束(A)中的纖維平均數(shù)量(N)來說，具體來說，當(dāng)碳纖維的平均纖維直徑為5至7 μ m時，臨界單纖維數(shù)為86至120，并且當(dāng)碳纖維的平均纖維直徑為5 μ m時，纖維束中的纖維平均數(shù)量在超過280并小于4，000的范圍內(nèi)，但是在其中，所述數(shù)量優(yōu)選為600至2，500，更優(yōu)選為600至1，600。當(dāng)碳纖維的平均纖維直徑為7 μ m時，纖維束中的纖維平均數(shù)量在超過142并小于2，040的范圍內(nèi)，但是在其中，所述數(shù)量優(yōu)選為300至1，600。所述數(shù)量更優(yōu)選為300至800。
[0078]當(dāng)碳纖維束㈧中的纖維平均數(shù)量(N)為0.7X 104/D2以下時，難以獲得高的纖維體積分?jǐn)?shù)(Vf)。此外，當(dāng)碳纖維束(A)中的纖維平均數(shù)量(N)為IXioVD2以上時，產(chǎn)生局部厚的部分，這可能造成空隙。對于上述碳纖維束(A)中的纖維平均數(shù)量(N)來說，滿足下式(2’ )的數(shù)量是更加優(yōu)選的。
[0079]0.7 X 104/D2〈N〈6 X IO4/O2 (2，)
[0080](其中D是單碳纖維的平均纖維直徑(μm))。
[0081]優(yōu)選地，本發(fā)明的耐沖擊構(gòu)件(成形制品)的通過用底表面中任何平面內(nèi)方向上和同一平面內(nèi)與所述方向垂直的方向上(在后文中，有時分別被稱為O度方向和90度方向)的拉伸模量中的較大值除以較小值而獲得的比率(在后文中有時簡稱為Εδ)為1.0至1.3。E δ是材料的各向同性指數(shù)，并且當(dāng)E δ小于2時，耐沖擊構(gòu)件被評價為是各向同性的，當(dāng)Εδ為1.3以下時，耐沖擊構(gòu)件被評價為在各向同性上是特別優(yōu)異的。此外，在選自開口截面部、肋部和鑲板部的一個或多個部位中設(shè)置其中連續(xù)纖維在一個方向上均勻排列在熱塑性樹脂中的單向材料層，也是優(yōu)選的。
[0082]對于本發(fā)明的耐沖擊材料來說，根據(jù)開口截面部中熱塑性樹脂的存在量(每100質(zhì)量份的碳纖維的質(zhì)量份數(shù))和肋部中熱塑性樹脂的存在量(每100質(zhì)量份的碳纖維的質(zhì)量份數(shù))，通過下式(i)獲得的熱塑性樹脂的存在量的比率，優(yōu)選為-60%至+45%，更優(yōu)選為-40%至+30%，還更優(yōu)選為-20%至+20%，進一步優(yōu)選為-10%至+10%，特別優(yōu)選為0%，也就是說，特別優(yōu)選地，開口截面部和肋部中熱塑性樹脂的存在量彼此相同。
[0083]熱塑性樹脂的存在量的比率) = 100X ((肋部中熱塑性樹脂的存在量)-(開口截面部中熱塑性樹脂的存在量))/(開口截面部中熱塑性樹脂的存在量)(i)
[0084]對于本發(fā)明的耐沖擊構(gòu)件來說，優(yōu)選地，上述熱塑性樹脂的存在量的比率為-60%至+45 %，并且對于在開口截面部的底表面內(nèi)任何方向上和同一平面內(nèi)與所述方向正交的方向上的拉伸模量來說，通過用較大值除以較小值而獲得的比率為1.0至1.3。
[0085]對于本發(fā)明的耐沖擊構(gòu)件來說，更優(yōu)選地，在耐沖擊構(gòu)件中，開口截面部和肋部中熱塑性樹脂的存在量相同，并且對于在開口截面部的底表面內(nèi)任何方向上和同一平面內(nèi)與所述方向正交的方向上的拉伸模量來說，通過用較大值除以較小值而獲得的比率為1.0至
1.3。
[0086]對于本發(fā)明的耐沖擊構(gòu)件來說，耐沖擊構(gòu)件的耐沖擊性能優(yōu)選為4X IO11 (N3/g)以上，更優(yōu)選為7X10n(N3/g)以上，甚至更優(yōu)選為I XlO12 (N3/g)以上。耐沖擊性能可以根據(jù)使用耐沖擊構(gòu)件的部位適當(dāng)?shù)卣{(diào)整，但是只要耐沖擊性能為4X IO11 (NVg)以上，即可表現(xiàn)出足以作為耐沖擊構(gòu)件的性能。對耐沖擊性能的上限沒有特別限制，但是5 X IO13 (N3/g)以下的值足以用于許多用途。
[0087]耐沖擊性能可以通過在以高速壓縮耐沖擊構(gòu)件時測量耐受載荷來評價。也就是說，通過用耐沖擊構(gòu)件的縱向方向、寬度方向和高度方向上的耐受載荷之積除以耐沖擊構(gòu)件的質(zhì)量，可以做出其中還添加了關(guān)于單向之外的輸入的性能的評價。
[0088]耐受載荷可以使用例如落錘試驗機來測量。
[0089]<制造耐沖擊構(gòu)件的方法>
[0090]用于制造本發(fā)明的耐沖擊構(gòu)件的優(yōu)選方法是包括對由平均纖維長度為3mm至IOOmm的碳纖維和熱塑性樹脂構(gòu)成的無序氈進行壓制成型的制造方法，其中纖維具有25g/m2至3，000g/m2的單位面積纖維重量，并且無序氈中由式(I)所定義的臨界單纖維數(shù)以上的碳纖維構(gòu)成的碳纖維束(A)與碳纖維總量的比率為20VOl%以上并且99Vol%以下。
[0091]臨界單纖維數(shù)=600/D (I)
[0092](其中D是單纖維的平均纖維直徑(μm))
[0093]用于制造本發(fā)明的耐沖擊構(gòu)件的更優(yōu)選的方法是包括對由纖維長度為3mm至IOOmm的碳纖維和熱塑性樹脂構(gòu)成的無序氈進行壓制成型的制造方法，其中碳纖維具有25g/m2至3，000g/m2的單位面積纖維重量，并且無序氈中由上式(I)所定義的臨界單纖維數(shù)以上的碳纖維構(gòu)成的碳纖維束(A)與碳纖維總量的比率為20VOl%以上并且99Vol%以下，并且碳纖維束(A)中的纖維平均數(shù)量(N)滿足上式(2)。
[0094]就制造效率而言，優(yōu)選地通過進行一次壓制成型來獲得具有開口截面部和肋部的耐沖擊構(gòu)件，但是耐沖擊構(gòu)件也可以通過對開口截面部和肋部進行分開模制，然后聯(lián)結(jié)這些部分來制造，并且可以如上所述通過對無序氈進行壓制成型來獲得開口截面部和肋部中的一個，通過另一種方法獲得另一個，并聯(lián)結(jié)這些部分來制造。
[0095]本發(fā)明還包括用于制造耐沖擊構(gòu)件的優(yōu)選方法。本發(fā)明可以提供一種耐沖擊構(gòu)件，其中將平均纖維長度為3mm至IOOmm的相對長的碳纖維以高填充比率填充，使得以100質(zhì)量份的碳纖維計，熱塑性樹脂的存在量為30至1000質(zhì)量份，并且其中在形狀上的自由度高，耐沖擊性優(yōu)異，此外，對從縱向方向、寬度方向和高度方向中的每個方向輸入的載荷的耐沖擊性是優(yōu)異的。
[0096]也可以使用熱壓法，其中將模具加熱至熱塑性樹脂的軟化溫度以上的溫度以進行壓制成型，然后將模具和制品冷卻至低于熱塑性樹脂的軟化溫度的溫度，并且也可以使用冷壓法，其中將使用無序氈獲得的預(yù)浸料坯加熱至熱塑性樹脂的軟化溫度以上的溫度，并使用具有低于熱塑性樹脂的軟化溫度的溫度的模具進行壓制成型。在本發(fā)明的方法中，具有復(fù)雜形狀的耐沖擊構(gòu)件可以通過一次成型來獲得，并且可以通過對開口截面部、肋部和鑲板部進行一體成型來獲得耐沖擊構(gòu)件。此外，在本申請中，熱塑性樹脂的軟化溫度，在熱塑性樹脂為結(jié)晶體的情況下是指熔化溫度，在熱塑性樹脂為無定形的情況下是指玻璃化轉(zhuǎn)
變溫度。
[0097]<無序氈>
[0098]在本發(fā)明的制造耐沖擊構(gòu)件的方法中使用的無序氈由平均纖維長度為3mm至IOOmm的碳纖維和熱塑性樹脂構(gòu)成,其中所述碳纖維具有25g/m2至3，000g/m2的單位面積纖維重量，并且所述無序氈中由上式(I)定義的臨界單纖維數(shù)以上的碳纖維所構(gòu)成的碳纖維束(A)與纖維總量的比率為20VOl%以上并且99Vol%以下，并且碳纖維束(A)中的纖維平均數(shù)量(N)滿足上式(2)。
[0099]本發(fā)明中的無序氈是指熱塑性樹脂被附著到碳纖維彼此纏結(jié)的氈狀材料的無序氈。
[0100]無序氈中碳纖維、熱塑性樹脂和碳纖維束(A)的詳細情況與上面對構(gòu)成耐沖擊構(gòu)件的碳纖維增強的復(fù)合材料所描述的相同，但是補充如下。
[0101]在無序氈的平面中，碳纖維不以特定方向排列，而是以隨機方向分散和取向。優(yōu)選地，在本發(fā)明的制造方法中使用的無序氈是各向同性材料。當(dāng)由無序氈獲得耐沖擊構(gòu)件時，無序氈中碳纖維的各向同性在耐沖擊構(gòu)件中也得以維持。通過由無序氈獲得耐沖擊構(gòu)件，并獲得耐沖擊構(gòu)件的在彼此正交的兩個方向上的拉伸模量中較大值與較小值的比率(Εδ)，可以定量評價無序氈和由其獲得的耐沖擊構(gòu)件的各向同性。Εδ小于2的耐沖擊構(gòu)件被評價為是各向同性的，Εδ為1.3以下的耐沖擊構(gòu)件被評價為在各向同性方面特別優(yōu)
巳
[0102]首先，在本發(fā)明的制造方法中使用的無序氈的優(yōu)點是:因為當(dāng)無序氈中碳纖維束(A)與纖維總量的比率低于20νΟ1%時，可以獲得具有優(yōu)異表面質(zhì)量的耐沖擊構(gòu)件，但是難以獲得具有優(yōu)異機械性質(zhì)的耐沖擊構(gòu)件。當(dāng)碳纖維束(A)的比率超過99ν01%時，纖維的交叉部分變得局部加厚，使得難以獲得薄壁耐沖擊構(gòu)件。無序氈中碳纖維束(A)的比率優(yōu)選為30vol %以上并低于90vol %，更優(yōu)選為30vol %以上并低于80vol %。
[0103]如上對構(gòu)成本發(fā)明的耐沖擊構(gòu)件的碳纖維復(fù)合材料所述，只要碳纖維束(A)中的纖維平均數(shù)量(N)滿足上式(2)，無序氈也是優(yōu)選的。當(dāng)使用纖維平均數(shù)量(N)為0.7 X IO4/D2以下的無序氈時，難以獲得具有高的碳碳纖維體積分?jǐn)?shù)(Vf)的耐沖擊構(gòu)件。此外，當(dāng)使用纖維平均數(shù)量(N)為IXlOVD2以上的無序氈時，產(chǎn)生局部增厚的部分，這可能造成空隙。對于上述碳纖維束(A)中的纖維平均數(shù)量(N)來說，滿足式(2’ )的數(shù)量是更優(yōu)選的。
[0104]0.7 X 104/D2〈N〈6 X IO4/O2 (2’ )
[0105](其中D是單碳纖維的平均纖維直徑(μm))。
[0106]此外，當(dāng)使用在本發(fā)明的制造方法中使用的無序氈來進行浸潰?成型，并且打算獲得1_以下的薄壁耐沖擊構(gòu)件時，使用簡單分離的纖維導(dǎo)致纖維密度的相當(dāng)大的不均勻性，并且不能獲得良好的物理性質(zhì)。此外，當(dāng)所有纖維被打開時，容易獲得更薄的耐沖擊構(gòu)件，但是纖維的纏結(jié)增加，并且不可能獲得具有高的纖維體積分?jǐn)?shù)的耐沖擊構(gòu)件。通過允許耐沖擊構(gòu)件中同時存在由上式(I)定義的臨界單纖維數(shù)以上的碳纖維構(gòu)成的碳纖維束(A)以及處于單纖維狀態(tài)或由少于臨界單纖維數(shù)的碳纖維構(gòu)成的碳纖維(B)，可以獲得具有高的物理性質(zhì)展開率的薄壁耐沖擊構(gòu)件。本發(fā)明的制造方法可以提供具有各種不同厚度的耐沖擊構(gòu)件，但是特別適合于獲得厚度約為0.2mm至1_的薄壁耐沖擊構(gòu)件。[0107]對在本發(fā)明的制造方法中使用的無序氈的厚度沒有特別限制，但是可以獲得厚度為Imm至150_的無序氈。由于表現(xiàn)出本發(fā)明的獲得比本發(fā)明的無序氈更薄壁的耐沖擊構(gòu)件的效果，2_至100_的厚度是優(yōu)選的。此外，在使用適合的加壓或減壓裝置將無序氈的體積減小到易于使用的厚度之后，無序氈也可以使用下一步驟中。
[0108]當(dāng)在本發(fā)明的制造方法中使用的無序氈中的碳纖維和熱塑性樹脂的存在量以質(zhì)量來表述時，以100質(zhì)量份的碳纖維計，所述量優(yōu)選為30至1，000質(zhì)量份，更優(yōu)選為30至500質(zhì)量份,還更優(yōu)選為50至500質(zhì)量份,此外,進一步優(yōu)選地，以100質(zhì)量份的碳纖維計，熱塑性樹脂的量為60至200質(zhì)量份。當(dāng)熱塑性樹脂與100質(zhì)量份的碳纖維的比率小于30質(zhì)量份時，在獲得的碳纖維增強的復(fù)合材料中容易產(chǎn)生空隙，因此存在著強度或剛度可能降低的顧慮。相反，當(dāng)熱塑性樹脂的比率大于1，000質(zhì)量份時，可能難以表現(xiàn)出碳纖維的增強效果。
[0109]〈預(yù)浸料坯〉
[0110]在本發(fā)明中，當(dāng)進行冷壓制成型制時，將無序氈加熱至無序氈中包含的熱塑性樹脂的軟化溫度以上并低于其熱分解溫度的溫度，也就是說，在熱塑性樹脂為結(jié)晶體的情況下將無序氈加熱至熔化溫度以上并低于熱分解溫度的溫度，并且在樹脂為無定形的情況下加熱至玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上并低于熱分解溫度的溫度，以便將碳纖維用熱塑性樹脂浸潰以獲得預(yù)浸料坯，并將它用于成型。預(yù)浸料坯中碳纖維的形式維持在無序氈中的狀態(tài)。也就是說，預(yù)浸料坯中的碳纖維維持在無序氈中的纖維長度或各向同性和開纖程度，并且與對上述無序氈的描述相同。
[0111]也就是說，本發(fā)明還包括上述用于制造耐沖擊構(gòu)件的方法，其中耐沖擊構(gòu)件如下獲得:提供無序氈，通過將由纖維長度為3_至100_的碳纖維和熱塑性樹脂所構(gòu)成的無序氈加熱至熱塑性樹脂的軟化溫度以上并低于其熱分解溫度的溫度來提供預(yù)浸料坯，其中碳纖維具有25g/m2至3，000g/m2的單位面積纖維重量，無序氈中由上式(I)所定義的臨界單纖維數(shù)以上碳纖維構(gòu)成的碳纖維束(A)與碳纖維的總量的比率為20Vol%以上并低于99ν01%，并且碳纖維束(A)中的纖維平均數(shù)量(N)滿足上式(2);以及對所述預(yù)浸料坯進行壓制成型。
[0112]此外，在本申請中，作為熱塑性樹脂的熱分解溫度，可以示例的是在空氣中的熱分
解溫度。
[0113]本發(fā)明的耐沖擊構(gòu)件不限于圖1中示出的情況，并且可以是例如圖2至10中示出的情況。
[0114]實施例
[0115]將參考實施例對本發(fā)明進行更詳細地描述，但是本發(fā)明絕不限于所述實施例。此夕卜，對于所使用的熱塑性樹脂來說，尼龍6(在空氣中)的熔化溫度和熱分解溫度分別為225°C和300°C，聚對苯二甲酸丁二酯(在空氣中)的熔化溫度和熱分解溫度分別為230°C和 300。。。
[0116]I)無序氈中碳纖維束的分析
[0117]切割出尺寸約為100_X IOOmm的無序租。通過鑷子將纖維束從切開的無序租中全部抽出，測量并記錄碳纖維束(A)的束數(shù)(I)以及碳纖維束(A)的長度(Li)和質(zhì)量(Wi)。對于小得不能通過鑷子抽取的纖維束來說，其質(zhì)量(Wk)在最后作為整體進行測量。在質(zhì)量的測量中，使用可測量至l/100mg(0.01mg)的天平。
[0118]從在無序氈中使用的碳纖維的纖維直徑(D)來計算臨界單纖維數(shù)，并將碳纖維分類為具有臨界單纖維數(shù)以上纖維的碳纖維束(A)和其他纖維。此外，當(dāng)使用兩種以上種碳纖維時，將纖維分類到每個種類中，然后對每個種類進行測量和評價。獲得碳纖維束(A)中的纖維平均數(shù)量(N)的方法如下:
[0119]由所使用的碳纖維的tex(F)，通過下式獲得單個碳纖維束中纖維的數(shù)量(Ni)。
[0120]Ni = ffi/(Li XF)
[0121]碳纖維束(A)中的纖維平均數(shù)量(N)由碳纖維束(A)的束數(shù)(I)，通過下式來確定。
[0122]N = ΣΝ?/Ι
[0123]無序氈的碳纖維束(A)與纖維總量的比率(VR)，使用碳纖維的密度(P)，通過下式來獲得。 [0124]VR = Σ (ffi/ P ) X 100/ ((Wk+ Σ Wi) / p )
[0125]2)耐沖擊構(gòu)件中包含的碳纖維的平均纖維長度的分析
[0126]對于獲得的耐沖 小時以除去樹脂，然后通過一副游標(biāo)卡尺和放大鏡將任意抽取的100根碳纖維的長度測量至Imm并記錄，并從測量的所有碳纖維的長度(Li，其中i = I至100的整數(shù))，通過式獲得平均纖維長度(La)。
[0127]La = Σ Li/100
[0128]此外，也可以通過上述方法測量無序氈中碳纖維的平均纖維長度。
[0129]3)耐沖擊構(gòu)件中碳纖維束的分析
[0130]對于耐沖擊構(gòu)件來說，通過將耐沖擊構(gòu)件在熔爐中在500°C下加熱約I小時以除去樹脂，然后使用上述無序氈中的方法，來進行測量。
[0131]4)耐沖擊構(gòu)件中存在的纖維和樹脂的分析
[0132]通過從耐沖擊構(gòu)件的開口截面部和肋部切下試驗樣本，將試驗樣本在熔爐中在500°C下加熱約I小時以除去樹脂，并且測量處理之前和之后的樣本質(zhì)量，來計算碳纖維和樹脂的質(zhì)量。
[0133]5)拉伸模量試驗
[0134]使用水射流從耐沖擊構(gòu)件切下試驗樣本,并使用由A&D Company, Limited制造的Tensilon通用試驗機，來測量在開口截面部的底表面中的任何方向和在同一平面內(nèi)與所述方向垂直的方向上的拉伸模量，并計算用較大值除以較小值獲得的比率。
[0135]6)評價耐沖擊性的方法
[0136]當(dāng)以高速壓縮耐沖擊構(gòu)件時，使用落錘試驗機測量耐受載荷。為了做出還添加了單向之外的輸入的性能的評價，通過用長度方向、寬度方向和高度方向上的耐受載荷之積除以構(gòu)件質(zhì)量所獲得的值來做出評價。
[0137][參考例I]
[0138]將作為增強纖維的碳纖維(TENAX (注冊商標(biāo))STS40-24KS (纖維直徑7 μ m)，由TOHO TENAX C0.，Ltd.制造)切割成IOmm的纖維長度并同時拓寬至20mm的寬度，以820g/min的碳纖維進料速率導(dǎo)入到錐形管中，同時將空氣吹向錐形管中的碳纖維以對纖維束進行部分開纖，將碳纖維噴撒在設(shè)置在錐形管出口的下方部分處的臺子上。
[0139]此外，將作為基質(zhì)樹脂的平均粒徑約為Imm并冷凍粉碎的尼龍6 (聚酰胺6:在后文中有時被描述為PA6)樹脂(由Ube Industries, Ltd.制造的1015B)以1000g/min的速率供應(yīng)到錐形管，并與碳纖維同時進行噴撒，以獲得其中混合有平均纖維長度為10_的碳纖維和PA6的無序氈。無序氈的增強纖維(碳纖維)體積分?jǐn)?shù)(Vf)為35%，增強纖維的單位面積纖維重量為910g/m2。作為調(diào)查獲得的無序氈的平均纖維長度(La)、增強纖維束(A)的比率和纖維平均數(shù)量(N)的結(jié)果，平均纖維長度(La)為10mm，由式(I)所定義的臨界單纖維數(shù)為86，氈中增強纖維束(A)與纖維總量的比率為33%，增強纖維束(A)中的纖維平均數(shù)量(N)為230。作為觀察無序氈中增強纖維的形式的結(jié)果，增強纖維的纖維軸幾乎平行于平面，并且增強纖維在平面內(nèi)隨機分散。
[0140][參考例2]
[0141]將作為增強纖維的碳纖維(TENAX(注冊商標(biāo))STS40-24KS (纖維直徑7μπι)，由TOHO TENAX C0.，Ltd.制造)切割成4mm的纖維長度，以240g/min的碳纖維進料速率導(dǎo)入到錐形管中，同時將空氣吹向錐形管中的碳纖維以對纖維束進行開纖，直至纖維束幾乎完全變成單纖維，將碳纖維噴撒在設(shè)置在錐形管出口的下方部分處的臺子上。
[0142]此外，將作為基質(zhì)樹脂的平均粒徑約為Imm并冷凍粉碎的尼龍6樹脂(由UbeIndustries, Ltd.制造的1015B)以1，400g/min的速率供應(yīng)到錐形管，并與碳纖維同時進行噴撒，以獲得其中混合有平均纖維長度為4mm的碳纖維和PA6的無序氈。無序氈的增強纖維(碳纖維)體積分?jǐn)?shù)(Vf)為10%，增強纖維的單位面積纖維重量為260g/m2。作為調(diào)查獲得的無序氈的平均纖維長度(La)、增強纖維束(A)比率和纖維平均數(shù)量(N)的結(jié)果，平均纖維長度(La)為4mm，由式(I)所定義的臨界單纖維數(shù)為86，沒有觀察到增強纖維束(A)。作為觀察無序氈中增強纖維的形式的結(jié)果，增強纖維的纖維軸幾乎平行于平面，并且增強纖維在平面內(nèi)隨機分散。
[0143][參考例3]
[0144]將作為增強纖維的碳纖維(TENAX (注冊商標(biāo))HTS40-12KS (纖維直徑7 μ m，纖維寬度IOmm)，由TOHO TENAX C0.，Ltd.制造)切割成30mm的纖維長度，以950g/min的碳纖維進料速率導(dǎo)入到錐形管中，同時將空氣吹向錐形管中的碳纖維以對纖維束進行部分開纖，將碳纖維噴撒在設(shè)置在錐形管出口的下方部分處的臺子上。
[0145]此外，將作為基質(zhì)樹脂的平均粒徑約為Imm并冷凍粉碎的聚對苯二甲酸丁二酯樹脂(在后文中有時被稱為PBT，由Polyplastic C0.，Ltd.制造的DURANEX (注冊商標(biāo))2002)以1，060g/min的速率供應(yīng)到錐形管，并與碳纖維同時進行噴撒，以獲得其中混合有平均纖維長度為30mm的碳纖維和PBT的無序氈。無序氈的增強纖維(碳纖維)體積分?jǐn)?shù)(Vf)為40%，增強纖維的單位面積纖維重量為l，050g/m2。作為調(diào)查平均纖維長度(La)、增強纖維束(A)的比率和纖維平均數(shù)量(N)的結(jié)果，獲得的無序氈的平均纖維長度(La)為30mm，由式(I)所定義的臨界單纖維數(shù)為86，氈中增強纖維束(A)與纖維總量的比率為85%，增強纖維束(A)中的纖維平均數(shù)量(N)為1，500。作為觀察無序氈中增強纖維的形式的結(jié)果，增強纖維的纖維軸幾乎平行于平面，并且增強纖維在平面內(nèi)隨機分散。
[0146][實施例1]
[0147]使用由Kawasaki Hydromechanics Corp.制造的其中設(shè)置有用于浸潰的平板模具的壓機，將在參考例3中獲得的無序氈在260°C和4MPa下熱壓5分鐘，然后冷卻至50°C，以獲得增強纖維中單位面積纖維重量為l，050g/m2的預(yù)浸料坯，其中以100質(zhì)量份的碳纖維計，PBT的存在量為112質(zhì)量份。
[0148]接下來,使用由NGK Kilntech Corporation制造的IR烘箱將獲得的預(yù)浸料還加熱至260°C并以IOMPa的壓力冷壓60秒，以獲得如圖2中所示的成形制品(耐沖擊構(gòu)件)。
[0149]本實施例的形狀由寬度為40mm、長度為50mm、高度為22mm、厚度為2mm的開口截面部和厚度為2mm的肋部構(gòu)成。耐沖擊構(gòu)件中碳纖維的平均纖維長度為30mm,碳纖維束(A)比率為85%，并且碳纖維束(A)中的纖維平均數(shù)量(N)為1，500。以100質(zhì)量份的碳纖維計，開口截面部和鑲板部中熱塑性樹脂的存在量各為112質(zhì)量份，肋部中熱塑性樹脂的存在量為112質(zhì)量份，在開口截面部的底表面中的任何方向上和在同一平面內(nèi)與所述方向正交的方向上的拉伸模量的比率為1.02。
[0150]所述構(gòu)造中的耐沖擊性能為1.6X 1012N3/g，結(jié)果表明耐沖擊構(gòu)件對于由長度方向、寬度方向和高度方向中的每個方向上輸入的載荷來說，耐沖擊性優(yōu)異。
[0151][實施例2]
[0152]使用由Kawasaki Hydromechanics Corp.制造的其中設(shè)置有用于浸潰的平板模具的壓機，將在參考例I中獲得的無序氈在260°C和4MPa下熱壓5分鐘，然后冷卻至50°C，以獲得增強纖維中單位面積纖維重量為910g/m2的預(yù)浸料坯，其中以100質(zhì)量份的碳纖維計，PA6的存在量為122質(zhì)量份。
[0153]接下來,使用由NGK Kilntech Corporation制造的IR烘箱將獲得的預(yù)浸料還加熱至260°C并以IOMPa的壓力冷壓60秒，以獲得如圖4中所示的成形制品(耐沖擊構(gòu)件)。
[0154]本實施例的形狀由寬度為40mm、長度為50mm、高度為22mm、厚度為2mm的開口截面部和厚度為2mm的肋部構(gòu)成。耐沖擊構(gòu)件中碳纖維的平均纖維長度為IOmm,碳纖維束(A)比率為33%，并且碳纖維束(A)中的纖維平均數(shù)量(N)為230。以100質(zhì)量份的碳纖維計，開口截面部和鑲板部存在的熱塑性樹脂的量各為122質(zhì)量份，肋部中熱塑性樹脂的存在量為122質(zhì)量份，在開口截面部的底表面中的任何方向上和在同一平面內(nèi)與所述方向正交的方向上的拉伸模量的比率為1.05。所述構(gòu)造中的耐沖擊性能為1.6X 1012N3/g，結(jié)果表明耐沖擊構(gòu)件對于由長度方向、寬度方向和高度方向中的每個方向上輸入的載荷來說，耐沖擊性優(yōu)異。
[0155][比較例I]
[0156]以與實施例2中相同的方式從參考例I中獲得的無序氈獲得預(yù)浸料坯，使用由NGKKilntech Corporation制造的IR烘箱將獲得的預(yù)浸料坯加熱至260°C并以30MPa的壓力冷壓60秒，以獲得如圖11中所示的耐沖擊構(gòu)件。本實施例的形狀由寬度為40mm、長度為50mm、高度為22mm并且厚度為2mm的開口截面部構(gòu)成。耐沖擊構(gòu)件中碳纖維的平均纖維長度為10mm，碳纖維束(A)比率為33%，并且碳纖維束(A)中的纖維平均數(shù)量(N)為230。以100質(zhì)量份的碳纖維計，開口截面部和鑲板部中熱塑性樹脂的存在量各為122質(zhì)量份，在開口截面部的底表面中的任何方向上和在同一平面內(nèi)與所述方向正交的方向上的拉伸模量的比率為1.05。所述構(gòu)造中的耐沖擊性能為1.lX10nN3/g。與本發(fā)明的實施例相比，獲得了結(jié)構(gòu)剛性弱和耐沖擊性能低的結(jié)果。
[0157][實施例3][0158]使用由Kawasaki Hydromechanics Corp.制造的其中設(shè)置有用于浸潰的平板模具的壓機，將在參考例2中獲得的無序氈在260°C和4MPa下熱壓5分鐘，然后冷卻至50°C，以獲得增強纖維中單位面積纖維重量為260g/m2的預(yù)浸料坯，其中以100質(zhì)量份的碳纖維計，PA6的存在量為583質(zhì)量份。
[0159]接下來,使用由NGK Kilntech Corporation制造的IR烘箱將獲得的預(yù)浸料還加熱至260°C并以IOMPa的壓力冷壓60秒，以獲得與實施例2中相同的形狀。耐沖擊構(gòu)件中碳纖維的平均纖維長度為4mm，并且而沒有觀察到碳纖維束(A)。以100質(zhì)量份的碳纖維計，開口截面部和鑲板部中熱塑性樹脂的存在量各為583質(zhì)量份，肋部中熱塑性樹脂的存在量為583質(zhì)量份，在開口截面部的底表面中的任何方向上和在同一平面內(nèi)與所述方向正交的方向上的拉伸模量的比率為1.06。所述構(gòu)造中的耐沖擊性能為3.2X IO11NVgo
[0160]工業(yè)實用性
[0161]根據(jù)本發(fā)明，可以提供輕量、在形狀上具有高自由度并具有優(yōu)異的耐沖擊性的耐沖擊構(gòu)件。
[0162]此外，提供了用于以高效率制造耐沖擊構(gòu)件的方法，所述耐沖擊構(gòu)件是輕量的，在形狀上具有高自由度并且具有優(yōu)異的耐沖擊性。
[0163]盡管已經(jīng)參考【具體實施方式】對本發(fā)明進行了詳細描述，但對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，顯然可以做出各種改變和修改而不背離本發(fā)明的精神和范圍。
[0164]本申請是基于2011年12月7日提交的日本專利申請(專利申請N0.2011-268176)和2011年11月28日提交的日本專利申請(專利申請N0.2011-259046)，所述專利申請的內(nèi)容通過參考并入本文。
【權(quán)利要求】
1.一種耐沖擊構(gòu)件，包括: 開口截面部；以及 肋部，該肋部存在于所述開口截面部內(nèi)部中， 其中，所述開口截面部和所述肋部中的至少一個包括包含熱塑性樹脂的碳纖維增強的復(fù)合材料，并且另一個可以包含熱塑性樹脂，并且 其中，以100質(zhì)量份的碳纖 維計，耐沖擊構(gòu)件中所述熱塑性樹脂的存在量為30至1，000質(zhì)量份，并且所述碳纖維的平均纖維長度為3至100mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐沖擊構(gòu)件，其中，所述開口截面部和所述肋部兩者都包含碳纖維增強的復(fù)合材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的耐沖擊構(gòu)件，其中，所述熱塑性樹脂的存在量的比率為-60%至+45%，該比率通過下式(i)，基于所述開口截面部中所述熱塑性樹脂的存在量(每100質(zhì)量份的碳纖維的質(zhì)量份數(shù))和所述肋部中所述熱塑性樹脂的存在量(每100質(zhì)量份的碳纖維的質(zhì)量份數(shù))來獲得: 熱塑性樹脂的存在量的比率(％) = 100X ((肋部中熱塑性樹脂的存在量)-(開口截面部中熱塑性樹脂的存在量))/ (開口截面部中熱塑性樹脂的存在量)(i)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3的任意一項所述的耐沖擊構(gòu)件，其中，通過用所述耐沖擊構(gòu)件中所述開口截面部的底表面的任何平面內(nèi)方向上和同一平面內(nèi)與所述方向正交的方向上的拉伸模量中的較大值除以較小值而獲得的比率為1.0至1.3。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4的任意一項所述的耐沖擊構(gòu)件，其中，所述熱塑性樹脂的存在量的比率為-60%至+45%，該比率通過下式(i)，從所述開口截面部中所述熱塑性樹脂的存在量(每100質(zhì)量份的碳纖維的質(zhì)量份數(shù))和所述肋部中所述熱塑性樹脂的存在量(每100質(zhì)量份的碳纖維的質(zhì)量份數(shù))，來獲得: 熱塑性樹脂的存在量的比率(％) = 100X ((肋部中熱塑性樹脂的存在量)-(開口截面部中熱塑性樹脂的存在量))/ (開口截面部中熱塑性樹脂的存在量)(i)，并且 對于在所述開口截面部的所述底表面內(nèi)的任一方向和同一平面內(nèi)與所述方向正交的方向上的拉伸模量來說，通過用較大值除以較小值而獲得的比率為1.0至1.3。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5的任意一項所述的耐沖擊構(gòu)件，其中，所述開口截面部和所述肋部中所述熱塑性樹脂的存在量相同，并且 通過用所述開口截面部中所述底表面的任何平面內(nèi)方向上和同一平面內(nèi)與所述方向正交的方向上的拉伸模量中的較大值除以較小值而獲得的比率為1.0至1.3。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的耐沖擊構(gòu)件，其中，碳纖維束(A)與所述碳纖維增強的復(fù)合材料中碳纖維的總量的比率為20vOl%以上并低于99ν01%，所述碳纖維束(A)由所述碳纖維增強的復(fù)合材料中包含的臨界單纖維數(shù)以上的碳纖維構(gòu)成，所述臨界單纖維數(shù)由下式(I)定義，并且所述碳纖維束(A)中的纖維平均數(shù)量(N)滿足下式(2): 臨界單纖維數(shù)=600/D (I)
0.7X104/D2〈N〈1X105/D2 (2) 其中D是單碳纖維的平均纖維直徑(μ m)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7的任意一項所述的耐沖擊構(gòu)件，其中，所述耐沖擊構(gòu)件具有一結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，所述肋部連接所述開口截面部中的對向的表面。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8的任意一項所述的耐沖擊構(gòu)件，該耐沖擊構(gòu)件包括兩個以上肋部。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9的任意一項所述的耐沖擊構(gòu)件，其中，所述肋部的高度為從所述開口截面部的所述底表面到開口部的高度的5 %至100 %。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10的任意一項所述的耐沖擊構(gòu)件，其中，所述肋部是垂直于所述開口截面部的板體的肋部。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11的任意一項所述的耐沖擊構(gòu)件，其中，所述肋部是相對于與所述開口截面部正交的表面對稱的肋部。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12的任意一項所述的耐沖擊構(gòu)件，其中，肋被形成為使得以所述開口截面部的板體的總面積計，所述肋部的總面積的比率為1%以上。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13的任意一項所述的耐沖擊構(gòu)件，其中，耐沖擊性能為4X IO11(NVg)以上。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14的任意一項所述的耐沖擊構(gòu)件，該耐沖擊構(gòu)件還包括鑲板部，該鑲板部接續(xù)到所述開口截面部的末端，其中，所述開口截面部、所述肋部和所述鑲板部被一體模制。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至15的任意一項所述的耐沖擊構(gòu)件，其中，以100質(zhì)量份的所述碳纖維計，所述耐沖擊構(gòu)件中所述熱塑性樹脂的存在量為30至500質(zhì)量份。
17.一種用于制造根據(jù)權(quán)利要求1至16的任意一項所述的耐沖擊構(gòu)件的方法，所述耐沖擊構(gòu)件通過對無序租進行壓制成型來獲得，所述無序租由纖維長度為3mm至100_的碳纖維和熱塑性樹脂構(gòu)成，其中，所述碳纖維具有25g/m2至3，000g/m2的單位面積纖維重量，在所述無序氈中，由上式(I)所定義的臨界單纖維數(shù)以上所述碳纖維構(gòu)成的碳纖維束(A)與所述碳纖維總量的比率為20VOl%以上并低于99Vol%，并且所述碳纖維束(A)中的纖維平均數(shù)量(N)滿足上式(2)。
18.一種用于制造根據(jù)權(quán)利要求1至16的任意一項所述的耐沖擊構(gòu)件的方法，所述耐沖擊構(gòu)件通過下列步驟來獲得: 提供預(yù)浸料坯，該預(yù)浸料坯通過將由纖維長度為3_至100_的碳纖維和熱塑性樹脂構(gòu)成的無序氈加熱至所述熱塑性樹脂的軟化溫度以上并低于所述熱塑性樹脂的熱分解溫度的溫度來獲得，其中，所述碳纖維具有25g/m2至3，000g/m2的單位面積纖維重量，在所述無序氈中，由上式(I)所定義的臨界單纖維數(shù)以上所述碳纖維構(gòu)成的碳纖維束(A)與所述碳纖維總量的比率為20vOl%以上并低于99ν01%，并且所述碳纖維束(A)中的纖維平均數(shù)量(N)滿足上式(2)，以及 對所述預(yù)浸料坯進行壓制成型。
【文檔編號】F16F7/00GK103958925SQ201280058544
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2012年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月28日
【發(fā)明者】手島雅智, 新井司 申請人:帝人株式會社