CN107429016B

CN107429016B - 碳纤维强化成形体

Info

Publication number: CN107429016B
Application number: CN201680013244.0A
Authority: CN
Inventors: 小向拓治; 辉平广美; 中井勉之
Original assignee: Nitta Corp
Current assignee: Nitta Corp
Priority date: 2015-03-31
Filing date: 2016-03-30
Publication date: 2020-07-24
Anticipated expiration: 2036-03-30
Also published as: TW201708097A; KR102511974B1; JP6835393B2; EP3279255A1; EP3279255A4; US20180112047A1; EP3279255C0; KR20170133335A; JP2016190969A; TWI738644B; CN107429016A; US10329392B2; EP3279255B1; WO2016159121A1

Abstract

本发明提供一种碳纤维强化成形体，能够避免碳纤维从基材上剥离，由此具有高强度。所述碳纤维强化成形体包括基材(12)和分散在所述基材(12)中的复合材料(14)，其特征在于，所述复合材料(14)包括：碳纤维(16)和结构体，所述结构体形成在所述碳纤维(16)的表面，且包括多个碳纳米管(18a)，其中，所述多个碳纳米管(18a)形成相互直接连接的网络结构，所述碳纳米管将其表面的一部分作为附着部(20)直接附着在所述碳纤维(16)的表面上，且通过设置在除所述附着部(20)以外的至少一部分上的粘接部件(22)物理性地结合在所述碳纤维(16)的表面上。

Description

碳纤维强化成形体

技术领域

本发明涉及一种碳纤维强化成形体。

背景技术

揭示有一种复合材料，该复合材料包括：由碳材料等形成的纤维、及形成在所述纤维表面的结构体(例如，专利文献1)。专利文献1中，所述结构体含有多个碳纳米管，所述多个碳纳米管形成相互直接连接的网络结构的同时，直接附着在所述纤维表面。根据记载，含有这种复合材料的成形体可以体现出纤维原有功能的同时，能够发挥出基于CNT的电导电性、热传导性、机械强度等功能。

作为复合材料使用碳纤维的成形体(以下，将该成形体称为碳纤维强化成形体)，在航空机、汽车、普通产业、体育用品等各种领域中的用途在扩大。在这样的碳纤维强化成形体中，对强度等特性的要求正变得更加严格。

现有技术文献：

专利文献

专利文献1：国际公开第2014/175319号

发明内容

发明要解决的技术问题

碳纤维强化成形体中，当碳纤维与基材之间的粘结力较小时，碳纤维有时会从基材上剥离下来。这种表面剥离现象会导致成形体的机械强度下降，因此需要尽可能地避免上述情况的发生。

由此，本发明的目的在于，避免碳纤维从基材上剥离下来，由此提供具有高强度的碳纤维强化成形体。

为解决技术问题的技术方案

本发明涉及的碳纤维强化成形体，包括基材和分散在所述基材中的复合材料，其特征在于，所述复合材料包括：碳纤维；以及结构体，所述结构体形成在所述碳纤维的表面上，且包括多个碳纳米管，其中，所述多个碳纳米管形成相互直接连接的网络结构，所述碳纳米管将其表面的一部分作为附着部直接附着在所述碳纤维的表面上，且通过设置在除所述附着部以外的至少一部分上的粘接部件物理性地结合在所述碳纤维的表面上。

发明效果

根据本发明，碳纤维强化成形体包括分散在基材中的复合材料。复合材料中，在碳纤维的表面形成有含多个CNT的结构体。多个CNT将一部分表面作为附着部直接附着在碳纤维表面上。而且，在除附着部以外的至少一部分，于CNT与碳纤维之间存在粘接部件。通过该粘接部件，CNT能够物理性地结合在碳纤维表面上。通过CNT牢固地粘结在碳纤维表面，从而提高CNT与碳纤维之间的粘结力。

另外，在基材和碳纤维之间，由于介有牢固地粘结在碳纤维表面上的CNT，因此基材和碳纤维之间的粘结力也得到提高。其结果，能够避免碳纤维从基材上剥离，由此能够获得具有高强度的碳纤维强化成形体。

附图说明

图1为表示第一实施方式的碳纤维强化成形体结构的概略图；

图2为表示包含在复合材料中的碳纤维表面结构的概略图；

图3为用以说明碳纤维表面的CNT状态的放大概略图；

图4为用以说明应力缓和的示意图；

图5为表示界面剪切强度测定方法的示意图；

图6为对取出自样品复合材料中的碳纤维进行界面剪切强度的测定后所得到的碳纤维表面的SEM照片；图6A为样品1、图6B为样品2；

图7为表示第二实施方式的碳纤维强化成形体结构的概略图。

附图标号说明

10、40 碳纤维强化成形体

12、42 基材

14 复合材料

16 碳纤维

18 结构体

18a 碳纳米管(CNT)

20 附着部

22 粘接部件

24 CNT复合树脂层

30 被测物体

32 刮刀

34 微液滴

34a 热塑性树脂

44 树脂

46 填充剂

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细地说明。

1、第一实施方式

[整体结构]

如图1所示，碳纤维强化成形体10包括基材12、分散在该基材12中的多个复合材料14。

采用本实施方式的情况下，基材12为由粘度较高的树脂材料固化物形成的材料。所用的树脂材料为，通过JIS K7210所记载的熔融指数仪，在每个材料种类所规定的标准条件的温度和负荷状态下所测定的熔体流动速率(MFR)为1～100g/10min左右的树脂材料，例如可举出热塑性树脂。在热塑性树脂中也可特别举出非极性树脂，如可以使用聚丙烯。聚丙烯的通过熔融指数仪测定的在温度230℃、负荷2.16kg条件下的MRF为10～70g/10min左右。

如图2所示，复合材料14是一种在碳纤维16表面形成有结构体18的材料。图2中，为了便于说明，仅表示了一根碳纤维16，但本实施方式中，表面形成有结构体18的碳纤维16以多根、成束状的状态构成复合材料14。对碳纤维后面将进行说明。

作为碳纤维16，例如，可以使用从市售的碳纤维包头去除树脂组合物而得到的纤维束所包含的纤维。其中，碳纤维包头是一种捆绑有数千～数万根碳纤维且附着有用以聚束的微量树脂(上浆剂)的纤维。

碳纤维16表面上的结构体18包括多个碳纳米管(以下，称为CNT)18a。CNT18a在碳纤维16的几乎整个表面处于均匀分散且相互缠绕的状态，因此在相互之间不存在中介物的情况下，形成相互直接接触或直接连接的网络结构的同时，在与碳纤维16的表面的边界不存在中介物的情况下，CNT18a直接附着在该表面。此处所说的连接包括物理连接(单纯接触)。另外，此处所说的附着是指，基于范德华力的结合。而且，“直接接触或直接连接”是指，除了包括多个CNT单纯接触状态的情况以外，也包括多个CNT成一体而呈连接状态的情况，这不应该进行限定而解释。

用以形成结构体18的CNT18a的长度，优选为0.1～50μm。若CNT18a的长度为0.1μm以上，则CNT18a之间相互缠绕而呈直接连接状态。另外，若CNT18a的长度为50μm以下，则变得易于均匀分散。另一方面，若CNT18a的长度小于0.1μm，则CNT18a之间难以实现相互缠绕。另外，若CNT18a的长度超过50μm，则变得易于聚集在一起。

优选CNT18a的平均直径约为30nm以下。若CNT18a的直径为30nm以下，则其富有柔软性，能够在各个碳纤维16的表面形成网络结构。另一方面，若CNT18a的直径超过30nm，则柔软性消失，难以在各个碳纤维16的表面形成网络结构。其中，CNT18a的直径是通过透射电子显微镜(TME:Transmission Electron Microscope)照片进行测定，并将其结果作为平均直径。更优选CNT18a的平均直径约为20nm以下。

优选多个CNT18a均匀附着在碳纤维16的表面。在此所说的附着是指，基于范德华力的结合。如图3所示，CNT18a将其表面的一部分作为附着部20而直接附着在碳纤维16的表面。

本实施方式中，如图所示，还设置有与附着部20呈相邻状态的粘接部件22。粘接部件22是一种由热固性树脂固化物形成的部件，例如可使用环氧树脂的固化物。粘接部件22通过湿润粘接使CNT18a与碳纤维16实现物理性结合。在附着部20周围，除附着部20以外的至少一部分，通过粘接部件22加强粘接效果，从而使CNT18和碳纤维16之间的粘结力得到提高。

[制造方法]

接下来，对碳纤维强化成形体10的制造方法进行说明。制造碳纤维强化成形体10时，首先，通过含有CNT18a的分散液，在碳纤维16的表面形成结构体18，并在碳纤维16和CNT18a之间设置粘接部件22，由此得到复合材料14。接下来，对基材12的原料和复合材料14进行混合、混炼后使其固化，从而能够制造出碳纤维强化成形体10。以下，对各个工序进行依次说明。

<分散液的调制>

分散液的调制中可使用通过下述方式制造的CNT18a。例如，采用特开2017-126311号公报所记载的采用热CVD法，在硅基板上形成由铝、铁组成的催化膜，并对用以CNT生长的催化金属进行微粒子化，在加热环境下使烃气体接触催化金属，由此制造出CNT18a。虽然也可以使用通过电弧放电法、激光蒸发法等其它制造方法来获得的CNT，但优选使用尽可能不含CNT以外的杂质的CNT。对于这种杂质，制造出CNT后，也可以通过在惰性气体中的高温退火处理来去除杂质。通过该制造例制造出的CNT是其直径为30nm以下、长度达数百μm到数mm的具有高长径比的直线取向的长CNT。虽然单层、多层CNT均可以使用，但优选多层CNT。

接下来，利用上述制造的CNT 18a制造出CNT 18a单离分散的分散液。单离分散是指，CNT18a以一根一根地物理性分离而并不缠绕的状态下分散在分散介质中的状态，是指两个以上的CNT18a聚集成束状而形成的聚集物的比例为10％以下的状态。

对于分散液，将通过如上所述方式而制造出的CNT18a加入到分散介质中，并通过均化器或剪切、超声波分散机等实现CNT18a的分散均匀化。作为分散介质，可使用水、乙醇、甲醇、异丙醇等的醇类或甲苯、丙酮、四氢呋喃、甲基乙基酮、己烷、正己烷、乙醚、二甲苯、乙酸甲酯、乙酸乙酯等的有机溶剂。在分散液的调制中，虽然分散剂、表面活性剂等添加剂并不是必须所使用的，但只要不限制碳纤维16和CNT18a的功能，也可以使用上述的添加剂。

<结构体的形成>

碳纤维16可通过下述方式准备：将市售的碳纤维包头浸渍在树脂去除剂中以除去树脂组合物。对于碳纤维包头没有特别的限定，例如可以举出由东丽株式会社制造的型号：东丽(Torayca)T700SC-12000的碳纤维包头。作为树脂去除剂，例如可以使用甲基乙基酮等有机溶剂。为了有效去除树脂组合物，优选向浸渍有碳纤维包头的树脂去除剂中赋予超声波等机械能。通过从碳纤维包头中除掉树脂组合物，能够得到包括多个碳纤维16的纤维束。

将含有如上所准备的碳纤维16的纤维束浸渍于上述分散液中，并在该状态下，向该分散液中赋予剪切或超声波等的机械能。CNT18a通过作用于碳纤维16表面之间的范德华力，附着在各碳纤维16的表面。然后，将包括多个碳纤维16的纤维束从分散液中取出并进行干燥处理，由此在附着部20，CNT18a直接附着于碳纤维16的表面。

由此，具有CNT18a相互直接连接而成的网络结构的结构体18形成在纤维束中的各碳纤维16的表面。其中，通过反复进行浸渍和干燥工序，能够在碳纤维16的表面形成规定厚度的结构体18。

<粘接部件的形成>

用作粘接部件22原料的环氧树脂，将其溶解于溶剂中以调制出溶液。作为溶剂，例如可以使用甲苯、二甲苯、甲基乙基酮(MEK)、甲基异丁基酮(MIBK)、丁醇、乙酸乙酯和乙酸丁酯。

将包括表面形成有结构体18的碳纤维16的纤维束浸渍在环氧树脂溶液中。然后，将其放在烘箱内进行加热，从而使环氧树脂固化。对于加热处理，如80～150℃温度下加热0.5～5小时左右即可。由此，由环氧树脂的固化物构成的粘接部件22形成在除CNT18a的附着部20以外的至少一部分，并通过CNT18a和碳纤维16之间物理性结合可以得到复合材料14。

通过上述方式制造的复合材料14按照适合与树脂片进行混炼的大小预先切割好后备用。对于复合材料14采用如纤维切割机等，可切割成1～20mm左右的长度。

<成形体的制造>

将通过上述方式制造的复合材料14与用作基材12原料的热塑性树脂片混合后进行混炼。作为热塑性树脂可以使用聚丙烯。

例如，对含有被切割的复合材料14和聚丙烯碎片的混合物进行熔融、混炼，且将其挤压成型为线状。混炼一般在190～230℃温度下进行，因此此时的树脂熔融物(基材的树脂材料)粘度为10～70g/10min左右。冷却后，切割成所需长度，由此可获得本实施方式的碳纤维强化成形体10。

<作用及效果>

按照上述方式构成的碳纤维强化成形体10中，碳纤维16的表面形成有包括CNT18a的结构体18，通过包括这样的碳纤维16的复合材料14，所述碳纤维强化成形体10得到强化。复合材料14中，由于表面上存在由结构体18而引起的微细凹凸，因此通过锚固效果，碳纤维16和基材12之间的粘结力得到强化。

复合材料14中碳纤维16的弹性模量较高，相对于此，由树脂材料固化物组成的基材12的弹性模量较低。碳纤维强化成形体10中，通过部分基材12和CNT18a，在碳纤维16和基材12之间的界面形成有如图4所示的CNT复合树脂层24。通过碳纤维16和基材12之间所介有的CNT复合树脂层24，能够抑制急剧的弹性模量变化，因此碳纤维16和基材12界面的应力集中现象得到缓和。

而且，本实施方式的碳纤维强化成形体10所含有的复合材料14中，CNT18a不仅直接附着在碳纤维16的表面，而且通过粘接部件22物理性地结合在碳纤维16的表面。由于存在粘接部件22，因此CNT18a和碳纤维16之间的粘结力得到提高，即使在受到切割力的情况下，担心CNT18a从碳纤维16剥离下来的情况也变得极少。由此，在制造本实施方式的碳纤维强化成形体10时，即使作为基材12的原料采用高粘度的树脂材料进行混炼的情况下，CNT18a也继续保持在碳纤维16表面。

在碳纤维强化成形体10，碳纤维16和基材12之间可靠地介有CNT18a。通过该CNT18a，可以提高碳纤维16和基材12之间的粘结力。

在这样的本实施方式中，由于在碳纤维16和基材12之间介有CNT18a，因此碳纤维16和基材12之间的粘结性才能得到提高。为了提高与碳纤维16之间的粘结性，无需对基材12自身进行改性。

[实施例]

下述记载中，采用含有多个碳纤维的碳纤维包头制造出复合材料，将取自复合材料中的碳纤维用作被测物体，通过微滴法测定出碳纤维和树脂之间的界面剪切强度。

(试样)

附着在碳纤维表面上的CNT使用了通过热CVD法在硅基板上成长为直径10～15nm、长度100μm以上的MW-CNT(Multi-Walled Carbon Nanotubes，多层碳纳米管)。为了去除CNT的催化剂残渣，利用硫酸和硝酸3:1形成的混酸清洗后，进行过滤干燥处理。作为CNT分散介质采用甲基乙基酮，用甲基乙基酮来调制分散液。将分散液中的CNT浓度调成0.01wt％。

作为碳纤维包头，使用了将12000根直径7μm的碳纤维捆绑在一起而形成的碳纤维包头(东丽株式会社制造、型号：东丽(Torayca)T700SC-12000)。首先，将碳纤维包头浸渍在树脂去除剂中以去除树脂组合物，从而获得包括多个碳纤维的纤维束。作为树脂去除剂使用了MEK。去除树脂组合物时，通过超声波向浸渍有碳纤维包头的树脂去除剂赋予机械能。

接下来，将纤维束浸渍于分散液中，并通过超声波赋予机械能，从而使CNT附着在纤维束中的各碳纤维表面。然后，从分散液中取出纤维束，用干燥机进行干燥，由此在纤维束中的各碳纤维表面形成结构体。

作为粘接部件的原料，在MEK中溶解环氧树脂，从而调制出溶液。如上所述，将包括如上所述在表面上形成有结构体的碳纤维的碳纤维束浸渍于所述溶液中。然后，在130℃的烤箱内加热一个小时左右，从而使环氧树脂固化。由此，在除CNT附着部以外的至少一部分形成粘接部件，从而获得试样1的复合材料。在试样1的复合材料中，CNT直接附着在碳纤维表面，且通过粘接部件呈物理性结合状态。

另外，除了改变下述点之外，通过与试样1相同的方式获得试样2～4的复合材料。

试样2：在碳纤维表面不设置使CNT物理性地结合的粘接部件

试样3：在碳纤维表面不附着有CNT，仅设置粘接部件

试样4：在碳纤维表面不附着有CNT，也没有设置粘接部件

(评价1)

从各试样1～4的复合材料中取出一根碳纤维，并将其用作被测物，测定被测物的界面剪切强度。界面剪切强度测定中，采用了复合材料界面性能评价装置(由东荣产业株式会社制，HM410)。首先，在80℃环境下，将液体状的热塑性树脂涂布在被测物上，从而制造出微液滴，并在125℃×1小时的条件下进行加热。作为热塑性树脂使用了日本SunAllomer株式会社制造的型号PM801A的热塑性树脂。

在室温下冷却后，如图5所示，用刮刀32夹住被测物体30。然后，以0.12mm/min的速度沿被测物30的长度方向(图中箭头方向)移动被测物30，从微液滴34抽出被测物30的同时，通过称重传感器(未图示)测定抽出时的最大负重F。在室温、大气环境下，每个被测物进行5次测定。通过下式(1)计算出界面剪切强度τ，进而对试样1～4的界面剪切强度进行了评价。其结果与被测物的表面状态一起表示在表1中。其中，下述式(1)中，F为抽出时的最大负重、d为纤维直径、L为微液滴的抽出方向上的长度。

τ＝F/(dπL)···(1)

[表1]

如上述表1所示，对于CNT与碳纤维之间设置有粘接部件的试样1，界面剪切强度为12.4MPa，比较高。对于碳纤维表面附着有CNT但并不具有粘接部件的试样2，界面剪切强度落在10.6MPa。对于碳纤维表面没有附着有CNT的情况下(试样3、4)，粘接部件存在与否，界面剪切强度不太受粘接部件的影响，其值为9.7～9.8MPa。对于没有进行树脂组合物去除处理的碳纤维包头(由东丽株式会社制造，型号：东丽T-700SC-12000)，通过相同方式所求出的界面剪切强度为8.0MPa。

试样1的复合材料中，在碳纤维表面附着有CNT，而且CNT与碳纤维之间存在粘接部件。CNT通过粘接部件物理性地结合在碳纤维表面上，从而使CNT与碳纤维之间的粘结力得到提高，由此推测界面剪切强度得到了提高。

图6A、图6B为界面剪切强度的测定结束后的试样1和试样2中碳纤维的微液滴剥离后的部分的SEM照片。如图6A所示，从试样1取出的碳纤维16的表面上，被确认了不仅具有CNT18a，还具有热塑性树脂34a。热塑性树脂34a是由微液滴34的一部分残存下来的物质。

虽然在SEB照片中并没有明确显示，但试样1中，CNT18a通过粘接部件物理性地结合在碳纤维16表面上。CNT18a牢固地粘结在碳纤维16，担心其从碳纤维16表面剥离下来的可能性极小。微液滴34通过这样的CNT18a粘结在碳纤维16上，因此微液滴34和碳纤维16之间的粘结力也得到提高。其结果，推测能够获得较高的界面剪切强度。

另一方面，如图6B所示，试样2的情况下，未被确认在碳纤维56的表面存在热塑性树脂，且也不附着有CNT。可知设置在碳纤维56表面的微液滴是与CNT一起从碳纤维56的表面剥离下来的。由于CNT并没有通过粘接部件物理性地结合在碳纤维上，所以由此可知与试样1相比，试样2的界面剪切强度小。

如上所述，从如上所获得的界面剪切强度测定结果中揭示下述事实：通过设置粘接部件以使CNT物理性地结合在碳纤维上，由此能够获得可与微液滴坚固粘结的复合材料。通过使用这样的复合材料，能够推测出可获得碳纤维和基材之间的界面剪切强度得到提高的碳纤维强化成形体。

(评价2)

使用了试样1和试样3的复合材料，制造出了以聚丙烯树脂为基材的单一方向的半固化片(纤维体积含量：60％)。用热压力机(成形温度：190℃)对所制造的半固化片进行3层层叠，从而获得评价用薄片(厚度：约0.4mm)。

评价用薄片通过冲压加工被制成了JIS K6252所示的角型试验片。利用自动绘图仪(由岛津制作所制造；AGS-5kNX)对所得到的试验片进行撕破试验(试验速度：1mm/min)。将其结果与复合材料的表面状态一起表示在下表2中。

[表2]

如上述表2所示，试样1与试样3相比，通过在碳纤维的表面存在碳纳米管网络结构，由此其撕破强度呈增大。可以考虑其原因在于，通过存在于碳纤维表面的碳纳米管，碳纤维和基材之间的界面粘结性得到了提高。

2、第二实施方式

[整体结构]

接下来，对本发明第二实施方式的碳纤维强化成形体40的整体结构，参照与第一实施方式的碳纤维强化成形体10具有相同结构的部分附上相同符号的图7进行说明。

图7所示的碳纤维强化成形体40包括：基材42、及分散在该基材42中的多个复合材料14。采用本实施方式的情况下，基材42由含填充剂46的树脂44的固化物形成，除了该点不同之外，与第一实施方式的碳纤维强化成形体10具有相同结构。

在本实施方式，基材42同样是由通过熔融指数仪测定的230℃时MRF为10～70g/10min左右的树脂组合物的固化物形成的材料。在基材42，作为树脂44的聚丙烯中分散有用作填充剂的CNT。作为CNT，如第一实施方式中的说明所述，可以使用在碳纤维16的表面形成结构体18时的情况相同的CNT。

作为填充剂46的CNT，以1～20vol％左右的浓度包含在树脂44中。

如参照图3所进行的说明，在CNT18a将其一部分表面作为附着部20而直接附着在碳纤维16的表面上。通过在除附着部20以外的至少一部分所设置的粘接部件22，CNT18a物理性地结合在碳纤维16上，因此可提高CNT18a和碳纤维16之间的粘结力。

[制造方法]

接下来，对碳纤维强化成形体40的制造方法进行说明。对于碳纤维强化成形体40，除了作为基材42的原料使用含填充剂46的树脂44以外，可通过与第一实施方式相同的方法来制造。

混合作为填充剂46的CNT和树脂44，由此调制出通过熔融指数仪测定的230℃时MRF为10～70g/10min左右的树脂组合物。进行混合时，根据树脂44、填充剂46采用适当的方式即可。

对通过与第一实施方式相同的方法获得的复合材料14和树脂组合物进行混合并进行成形，由此可获得第二实施方式的碳纤维强化成形体40。根据树脂组合物，可采用适当的方式进行混合、成形。

[作用及效果]

在第二实施方式的碳纤维强化成形体40中，基材42由分散有填充剂46的树脂44的固化物构成。除了这一点以外，与第一实施方式的碳纤维强化成形体10相同，因此在第二实施方式的碳纤维强化成形体中，也能够获得与第一实施方式相同的效果。

而且，由分散有填充剂46的树脂44的固化物构成基材42，因此第二实施方式的碳纤维强化成形体40也具有高压缩强度的优点。

3、变形例

本发明并不限定于上述实施方式，可以在本发明的主要内容范围内进行适宜的改变。

例如，在第一实施方式中，虽然对由作为热塑性树脂的聚丙烯形成基材12的情况进行了说明，但也可以使用PA(聚酰胺)、PPS(聚苯硫醚)、PEI(聚醚酰亚胺)、PC(聚碳酸酯)、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PEEK(聚醚醚酮)、PEKK(聚醚酮酮)、聚乙烯等的热塑性树脂。在第二实施方式中，作为包含在基材42中的树脂44，例如可使用PA，作为填充剂46，例如可以使用碳纳米管、碳纳米纤维、炭黑等。可以使用通过任意组合树脂44和填充剂46而调制出来的树脂材料来制造出基材42。

在任何一个实施方式中，使用下述树脂材料时，本发明的效果可得到充分的发挥：通过JIS K7210所记载的熔融指数仪，在每个材料种类所规定的标准条件的温度和负荷状态下所测定的熔体流动速率为1～100g/10min左右的树脂材料。

虽然对作为碳纤维16使用从市售的碳纤维包头中去除树脂组合物的纤维束所含有的纤维而制造复合材料14的步骤进行了说明，但本发明并不限于此。例如，只要是没有被树脂组合物所覆盖的纤维，就可以省略去除树脂组合物的工序。

另外，对于复合材料14，例如，虽然对包括捆绑数千～数万根左右碳纤维的纤维束的情况进行了说明，但本发明并不限定于此，也可以由一根碳纤维形成复合材料。此时，作为碳纤维16，可以使用来自于聚丙烯腈、人造丝、沥青等的石油、煤炭、煤焦油的有机纤维，或者是来自于木材或植物纤维的有机纤维经焙烧处理而获得的直径约3～15μm的纤维。

碳纤维16并不限定于如碳纤维包头这样的连续纤维，也可以使用长度1～20mm左右的纤维。此时，为了制造成形体，与树脂片进行混炼之前，可省略切割复合材料14的工序。

在粘接部件22的形成中，也可以对用作粘接部件22材料的环氧树脂溶液进行乳化处理后使用。例如，向环氧树脂溶解于溶剂而形成的溶液中添加如非离子型乳化剂等的乳化剂，由此可实现乳化。作为粘接部件22，除环氧树脂的固化物以外，使用例如酚醛树脂、聚氨酯树脂、蜜胺树脂、脲醛树脂、聚酰亚胺树脂等的固化物情况下，也能够获得相同的效果。另外，也可以将硅烷偶联剂用作粘接部件。即使在改变粘接部件22的材料的情况下，通过与环氧树脂的情况相同的方式，也可以形成粘接部件22。

只要在CNT18a中除附着部20以外的至少一部分设置有粘接部件22，则就可以获得能够提高碳纤维16和基材12、42之间的粘结力的效果。在CNT18a的剩余部分也可以设置有粘接部件22。

在包括直接附着在碳纤维16表面的CNT18a的复合材料14中，若CNT18a通过粘接部件22物理性地结合在碳纤维16上，则如上所述，能够避免碳纤维16从基材12、42上的剥离，由此能够获得具有高强度的碳纤维强化成形体10、40。

Claims

1.一种碳纤维强化成形体，包括基材和分散在所述基材中的复合材料，其特征在于，

所述复合材料包括：碳纤维；以及结构体，所述结构体形成在所述碳纤维的表面，且包括多个碳纳米管，其中，

所述多个碳纳米管形成相互直接连接的网络结构，所述碳纳米管将其表面的一部分作为附着部直接附着在所述碳纤维的表面上，且通过设置在除所述附着部以外的至少一部分上的粘接部件物理性地结合在所述碳纤维的表面上，所述粘接部件存在于所述多个碳纳米管与所述碳纤维之间，

所述粘接部件为热固性树脂的固化物，

所述基材为热塑性树脂的固化物，

在所述基材和所述碳纤维之间的界面，由所述基材的一部分和所述多个碳纳米管形成有碳纳米管复合树脂层。

2.根据权利要求1所述的碳纤维强化成形体，其特征在于，

所述热固性树脂为选自环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂、蜜胺树脂、脲醛树脂及聚酰亚胺树脂中的热固性树脂。

3.根据权利要求2所述的碳纤维强化成形体，其特征在于，

所述热固性树脂为环氧树脂。

4.根据权利要求1所述的碳纤维强化成形体，其特征在于，

所述热塑性树脂为非极性树脂。

5.根据权利要求4所述的碳纤维强化成形体，其特征在于，

所述非极性树脂为聚丙烯。

6.根据权利要求1～3中任一项所述的碳纤维强化成形体，其特征在于，

所述基材含有1～20vol％的填充剂。

7.根据权利要求6所述的碳纤维强化成形体，其特征在于，

所述填充剂为选自碳纳米管、碳纳米纤维、炭黑中的填充剂。