CN113547801A - 碳纤维强化塑料板、加工品以及碳纤维强化塑料板的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在特定的一个方向上具有较强的机械特性的碳纤维强化塑料板、加工品以及碳纤维强化塑料板的制造方法。该碳纤维强化塑料板具有碳纤维无纺布和母材，该碳纤维无纺布含有纤维长度为10～70mm的碳纤维，且沿着一个方向具有取向方向，第一弯曲强度和第二弯曲强度的强度比为1.5～3.0∶1.0，所述第一弯曲强度为与所述取向方向平行的方向上的弯曲强度，所述第二弯曲强度为与同所述取向方向正交的正交方向平行的方向上的弯曲强度。

Description

碳纤维强化塑料板、加工品以及碳纤维强化塑料板的制造 方法
技术领域
本发明涉及碳纤维强化塑料板、加工品以及碳纤维强化塑料板的制造方法。
背景技术
碳纤维强化塑料(以下，有时称为“CFRP”)轻量且具有高强度，除了钓竿、高尔夫球杆的球杆柄等体育用途、汽车、飞机等工业用途等之外，还广泛用于建筑物的加强等建设领域等。
例如，在专利文献1中，公开了一种碳纤维复合材料，是由纤维长度为5～50mm的碳纤维构成的无纺布和重均分子量为7万以上且30万以下的聚亚芳基硫醚作为基体树脂的碳纤维复合材料，在仪器化夏比冲击试验中得到的裂纹传播能量Ep为0.2～2[J]的范围内。
另外，在专利文献2中，公开了一种碳纤维集合体的制造方法，将含有碳纤维而成的碳纤维基材的端材切断而得到切断片，将该切断片无纺布化并进行梳理和/或冲孔，由此得到碳纤维集合体。进一步地，公开了在通过该制造方法制造的碳纤维集合体中浸渍基体树脂的碳纤维强化塑料的制造方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-169276号公报
专利文献2：日本特许第5861941号公报
发明内容
发明所要解决的问题
在线性引导件、机械臂等中使用的部件在长尺寸方向等特定的一个方向上要求刚性等较强的机械特性。以往，这样的部件是通过对不锈钢、铝等金属进行加工而制成的。若能够利用加工性比金属良好的、廉价且不腐蚀的CFRP制的部件来代替这样的金属制的部件，则能够拓展新的市场。为了新市场的开拓，发现在特定的一个方向上具有较强的机械特性的CFRP是重要的，如果能够实现该发现，则能够将金属制的上述部件代替为CFRP制的部件。
因此，本发明的目的在于提供在特定的一个方向上具有较强的机械特性的碳纤维强化塑料板、加工品以及碳纤维强化塑料板的制造方法。
为了解决上述问题，本发明的碳纤维强化塑料板具有碳纤维无纺布和母材，所述碳纤维无纺布含有纤维长度为10～70mm的碳纤维，且沿着一个方向具有取向方向，第一弯曲强度和第二弯曲强度的强度比为1.5～3.0∶1.0，所述第一弯曲强度为与所述取向方向平行的方向上的弯曲强度，所述第二弯曲强度为与同所述取向方向正交的正交方向平行的方向上的弯曲强度。
也可以是，所述第一弯曲强度和第三弯曲强度的强度比为1.5～3.0∶1.0，所述第三弯曲强度为与所述取向方向及所述正交方向在同一平面上的、与同所述取向方向及所述正交方向以45度的角度交叉的方向平行的方向上的弯曲强度。
也可以是，所述母材为热固性树脂。
也可以是，碳纤维无纺布的纤维体积含有率为20～40体积％。
也可以是，所述碳纤维强化塑料板的表面的平面度为每50mm为0.005～0.05mm。
另外，为了解决上述问题，本发明的加工品为通过对本发明的碳纤维强化塑料板进行磨削加工而成的加工品。
也可以是，本发明的加工品具有与所述碳纤维无纺布的所述取向方向平行的长度方向。
也可以是，所述加工品为线性引导件。
另外，为了解决上述问题，本发明的碳纤维强化塑料板的制造方法是制造上述碳纤维强化塑料板的方法，所述制造方法包括使浸渍了母材的所述碳纤维无纺布固化的固化工序，所述碳纤维无纺布是通过针刺法使纤维长度为10～70mm的所述碳纤维交织而得到的无纺布。
也可以是，所述制造方法包括在使所述母材浸渍之前，将由所述碳纤维无纺布形成的多个片材以使所述取向方向一致的方式形成为层叠体的层叠工序，并包括在所述层叠工序之后，使所述母材浸渍于所述层叠体的浸渍工序。
也可以是，所述制造方法包括在所述固化工序之后对所述层叠体的表面进行铣削加工的铣削加工工序。
发明效果
本发明能够提供在特定的一个方向上具有较强的机械特性的碳纤维强化塑料板、加工品以及碳纤维强化塑料板的制造方法。
附图说明
图1是对碳纤维的取向方向进行说明的碳纤维无纺布的示意立体图。
图2是本发明的一个实施方式所涉及的碳纤维强化塑料板150的示意立体图。
图3是碳纤维强化塑料板150、200的示意立体图。
图4是线性引导件400的立体图。
图5是碳纤维强化塑料板200的示意立体图。
图6是对实施例1以及比较例2的碳纤维强化塑料板进行的弯曲强度的评价结果的图表。
图7是对实施例1以及比较例2的碳纤维强化塑料板进行的弹性模量的评价结果的图表。
图8是对实施例1、比较例2以及比较例3的碳纤维强化塑料板进行的弯曲强度的评价结果的图表。
图9是对实施例1、比较例2以及比较例3的碳纤维强化塑料板进行的弹性模量的评价结果的图表。
附图标记说明
100：碳纤维无纺布片；101：第一碳纤维无纺布片；102：第二碳纤维无纺布片；150：碳纤维强化塑料板；200：碳纤维强化塑料板；400：线性引导件；410：导轨；420：滑块。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明所涉及的碳纤维强化塑料板、加工品以及碳纤维强化塑料板的制造方法的一个实施方式进行说明。此外，本发明并不限定于以下的例子。
[碳纤维强化塑料板]
本发明的碳纤维强化塑料板具有碳纤维无纺布和母材。其是采用无纺布作为碳纤维，制成与母材组合而成的复合材料板。是不具有CFRP片、预浸料、薄膜那样的可弯曲的柔软性的、硬且具有刚性的板。
〈碳纤维无纺布〉
本发明中能够使用的碳纤维无纺布是不对碳纤维进行编织而是通过针刺法使其三维地相互交织而成的片状的布。碳纤维具有轻且强的优点，例如与铁相比，比重为1/4倍，比强度为10倍，比弹性模量为7倍。此外，耐磨损性、耐热性、热伸缩性、耐酸性、导电性优异。例如，能够以丙烯酸纤维或沥青作为原料并在高温下对原料进行碳化而制得，作为碳纤维，可列举为对有机纤维的前体进行加热碳化处理而得到的、以质量比计90％以上由碳构成的纤维。
作为碳纤维，区分为使用了丙烯酸纤维的碳纤维即PAN(聚丙烯腈，Polyacrylonitrile)系碳纤维和使用了沥青的碳纤维即沥青(PITCH)系碳纤维。进一步地，在为沥青系碳纤维的情况下，由各向同性沥青系碳纤维制造通用的碳纤维，由中间相沥青系制造高强度且高弹性模量的碳纤维。在本发明中，PAN系碳纤维以及沥青系碳纤维均可以使用。例如，为了得到具有刚性的CFRP，可以使用刚性优异的沥青系碳纤维，另外，为了得到具有强度的CFRP，可以使用强度优异的PAN系碳纤维。
作为这样的碳纤维无纺布，例如可以使用以PAN系的碳纤维为基础、质量为300～1500g/m2、厚度为3～15mm的碳纤维无纺布。另外，也可以使用将人造丝纤维、丙烯酸纤维、可塑性树脂纤维、其他各种纤维以规定比率与碳纤维复合而成的混合纤维。
作为碳纤维无纺布，由于能够再利用飞机的端材，因此与将连续纤维的中间基材设为碳纤维无纺布的情况相比，对飞机的端材进行再利用的碳纤维无纺布的成本低廉，这一点成为优势。另外，碳纤维无纺布与碳纤维织布相比，在铣削加工等加工时可抑制起毛而使加工性优异，另外，加工后的加工品的表面状态平滑且精加工性也优异。
(碳纤维的纤维长度)
碳纤维无纺布含有纤维长度为10～70mm的碳纤维。纤维长度为10～70mm，由此能够通过针刺法使碳纤维三维地相互交织，并且能够对碳纤维赋予取向性。在纤维长度小于10mm的情况下，难以使碳纤维三维地交织，因此有时无法形成无纺布。另外，纤维长度大于70mm的碳纤维存在由于纤维长度过长而难以对碳纤维赋予取向性的隐患。
(碳纤维无纺布的纤维的取向方向)
使用图1对碳纤维无纺布的纤维的取向方向进行说明。图1是对碳纤维的取向方向进行说明的碳纤维无纺布的示意立体图。碳纤维无纺布片100是通过针刺法形成的片材，碳纤维在箭头所示的取向方向上取向。在针刺法中，该取向方向与例如通过将带有被称为倒钩的突起的针刺入数10次/cm2以上而将纤维彼此机械地交织而加工成无纺布时的、碳纤维的行进方向(即机器方向)正交。
但是，与织布不同，在无纺布的情况下，碳纤维并非全部向同一方向取向，而是如虚线所示的纤维那样，也存在朝向与取向方向不同的方向的碳纤维。在本发明中，将取向比例最高的方向作为取向方向。取向比率最高的方向的机械特性变得最高。
(母材)
在本发明的碳纤维强化塑料板中，母材是填充碳纤维的间隙的材料，可以使用合成树脂、天然树脂。从确保作为CFRP板的强度的观点出发，可以使用环氧树脂、聚氨酯树脂等热固性树脂作为母材。另外，从与碳纤维的相容性的方面出发，也可以使用聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚苯硫醚(PPS)。
尤其是，在使用环氧树脂作为母材的情况下，可以使用双酚A、双酚F与环氧氯丙烷的共聚物作为主剂，并使用各种多胺、邻苯二甲酸酐等酸酐作为固化剂。另外，为了使CFRP板不含有溶剂，并且为了不产生作为板的变薄，优选使用无溶剂型的树脂，从与碳纤维的复合的容易性的观点出发，与常温下为固态的树脂相比，优选使用常温下为液态的树脂。
作为环氧树脂，具体而言，可以使用环氧当量为150～300的液态无溶剂型的双酚A作为主剂，并使用能够与其相容并反应固化的双氨基化合物作为固化剂。例如，通过将上述主剂与固化剂混合后，在适用期之前与碳纤维复合化，而能够制成CFRP板。
使用图2对本发明的碳纤维强化塑料板的具体例进行说明。图2是本发明的一个实施方式所涉及的碳纤维强化塑料板的示意立体图。图2中的(a)是按照层叠四片碳纤维无纺布片100的顺序进行重叠的图。在将片材平面中的左右方向(图2的横向)设为x方向的情况下，四片碳纤维无纺布片100的任一片都朝向x方向，与x方向平行的方向为碳纤维无纺布片100的取向方向。
图2中的(b)是图2中的(a)的四片碳纤维无纺布片100以使碳纤维的取向方向在x方向一致的方式进行层叠并通过母材固化、而成为作为一个方向在x方向上具有取向方向的碳纤维强化塑料板150的图。通过这样使碳纤维的取向方向在特定的一个方向上一致，碳纤维强化塑料板在特定的一个方向上具有较强的机械特性。在碳纤维强化塑料板150的情况下，通过使碳纤维的取向方向在x方向上一致，从而在x方向上具有较强的机械特性。
(其他结构)
本发明的碳纤维强化塑料板除了具备碳纤维无纺布以及母材之外，还可以具备其他结构。例如，在通过将多片一片碳纤维无纺布片100通过母材固化而成的碳纤维强化塑料板粘接而进行层叠的情况下，可以在这些板之间具备与母材的相容性良好的树脂系的粘接剂层。另外，为了避免在碳纤维强化塑料板150的任一表面产生损伤、对表面造成污染，可以具备直至即将使用碳纤维强化塑料板150之前对表面进行保护的保护层、保护膜等。
图3表示碳纤维强化塑料板150、200的示意立体图，这里对图3中的(a)的碳纤维强化塑料板150进行说明。在碳纤维强化塑料板150的同一平面上，示出了对与碳纤维的取向方向(x方向)平行的方向标注了D1的箭头、对与同碳纤维的取向方向(x方向)正交的正交方向平行的方向标注了D2的箭头、对与同取向方向以及正交方向以45度的角度交叉的方向平行的方向，即与同D1以及D2以45度的角度交叉的方向平行的方向，标注了D3的箭头。
在碳纤维强化塑料板150中，与碳纤维的取向方向(x方向)平行的方向D1上的弯曲强度(第一弯曲强度)、以及与同取向方向正交的正交方向平行的方向D2上的弯曲强度(第二弯曲强度)的强度比为以下的比。
第一弯曲强度：第二弯曲强度＝1.5～3.0∶1.0
另外，在碳纤维强化塑料板150中，第一弯曲强度、以及与碳纤维的取向方向(x方向)及正交方向在同一平面上的、与同取向方向及正交方向以45度的角度交叉的方向平行的方向D3(即在同一平面上的、与同D1及D2以45度的角度交叉的方向平行的方向D3)上的弯曲强度(第三弯曲强度)的强度比优选为以下的比。
第一弯曲强度∶第三弯曲强度＝1.5～3.0∶1.0
通过使第一弯曲强度与第二弯曲强度的强度比满足上述的比，本发明的碳纤维强化塑料板成为在特定的一个方向上具有较强的机械特性的碳纤维强化塑料板。在碳纤维强化塑料板150的情况下，在与x方向平行的方向上具有较强的机械特性。在第一弯曲强度与第二弯曲强度的强度比未满足上述的比的情况下，存在不能仅在特定的一个方向上具有较强的机械特性的隐患。
另外，通过使第一弯曲强度与第三弯曲强度的强度比满足上述的比，本发明的碳纤维强化塑料板成为在特定的一个方向上具有较强的机械特性的碳纤维强化塑料板。在碳纤维强化塑料板150的情况下，在与x方向平行的方向上具有特别强的机械特性。在第一弯曲强度与第三弯曲强度的强度比未满足上述的比的情况下，存在不能仅在特定的一个方向上具有较强的机械特性的隐患。
作为本发明的碳纤维强化塑料板，板的厚度一般为5～50mm，特别常用的是10～30mm的厚度的板。
在本发明中，相对于本发明的碳纤维强化塑料板的碳纤维无纺布的纤维体积含有率(Vf)优选为20～40体积％。若Vf较高，则具有机械特性、物理特性优异的优点，但由于母材的量变少，因此存在难以形成碳纤维强化塑料板的隐患。另外，若Vf较高，则存在韧性、加工性、表面平滑性变差的隐患。另一方面，若Vf较低，则母材的特性优先显现，从而存在损害由碳纤维带来的强化提高效果的隐患。考虑到这些方面，在本发明的碳纤维强化塑料板的情况下，通过将Vf设定为20～40体积％，能够满足加工性、表面的平滑性。
在本发明中，本发明的碳纤维强化塑料板的表面的平面度可以为每50mm为0.005～0.05mm。例如，通过对碳纤维强化塑料板的表面进行铣削加工，能够得到这样的平面度的表面。此外，在要求碳纤维强化塑料板的表面的平滑性的情况下，更优选将本发明的碳纤维强化塑料板的表面的平面度设为每100mm为0.005～0.05mm。另外，在更严格地要求碳纤维强化塑料板的表面的平滑性的情况下，本发明的碳纤维强化塑料板的表面的平面度进一步优选为每500mm为0.005～0.05mm。
[加工品]
本发明的加工品是对上述本发明的碳纤维强化塑料板进行磨削加工而成的加工品。作为这样的加工品，没有特别限定。例如，作为在特定的一个方向上具有较强的机械特性的加工品，可列举为机械臂、线性引导件等的具有与碳纤维无纺布的取向方向x平行的长度方向的加工品。图4中作为加工品的一个例子而表示线性引导件400的立体图。
线性引导件400具备导轨410和滑块420，滑块420能够沿着箭头所示的导轨410的长度方向移动。为了满足滑块420能够进行长期往返移动的充分的耐久性，在导轨410的长度方向上具有较强的机械特性是重要的。本发明的碳纤维强化塑料板通过加工为导轨410的长度方向与碳纤维无纺布的取向方向x成为平行的方向，能够满足导轨410所要求的充分的耐久性。
另外，关于滑块420，也可以使用本发明以外的碳纤维强化塑料板进行加工，但也可以对本发明的碳纤维强化塑料板进行加工而得到。例如，通过加工为滑块420的移动方向与碳纤维无纺布的取向方向x成为平行的方向，能够对滑块420赋予充分的耐久性。
[碳纤维强化塑料板的制造方法]
接下来，对上述本发明的碳纤维强化塑料板的制造方法进行说明。
〈固化工序〉
固化工序是使浸渍有母材的碳纤维无纺布固化的工序。例如，如果母材为热固性树脂，则能够通过加热使其固化。另外，如果是热塑性树脂，则可以通过在加热熔融的状态下使树脂浸渍于碳纤维无纺布之后冷却至常温而使其固化。
作为使用的碳纤维无纺布，使用通过针刺法使纤维长度为10～70mm的碳纤维交织而得到的无纺布。已经对纤维长度以及针刺法进行了说明，从而这里省略说明。
(层叠工序、浸渍工序)
本发明的碳纤维强化塑料板可以通过将多张碳纤维无纺布片层叠而制造，在该情况下本发明的制造方法可以包括层叠工序和浸渍工序。层叠工序是在使母材浸渍之前使由例如碳纤维无纺布片100这样的碳纤维无纺布形成的多片的片材以使取向方向一致的方式构成层叠体的工序。另外，浸渍工序包括在层叠工序之后使母材浸渍于层叠体的工序。
作为本发明的碳纤维强化塑料板的制造顺序的一个例子，可以顺序地执行层叠工序、固化工序以及浸渍工序，另外，也可以通过使母材分别浸渍于多个碳纤维无纺布片后，将它们层叠而作为层叠体，然后实施固化工序的顺序，来制造碳纤维强化塑料板。
另外，也可以通过粘接剂粘接多个碳纤维强化塑料板150，形成厚度增加的碳纤维强化塑料板。此外，在由于具有粘接剂层而存在使碳纤维强化塑料板的强度降低的隐患的情况下，例如通过Va RTM法，使母材浸渍于层叠体，之后进行室温固化和加热固化，由此能够制造不存在粘接剂层的碳纤维强化塑料板。
〈铣削加工工序〉
在本发明中，在固化工序之后，可以设置对所述层叠体的表面进行铣削加工的工序，为了提高CFRP板的表面平滑性，例如在要将表面的平面度设为每50mm为0.005～0.05mm的情况下，进行铣削加工即可。
(其他工序)
本发明的碳纤维强化塑料板的制造方法可以在固化工序、层叠工序、浸渍工序、铣削加工工序的基础上具备其他构成。例如，可列举为在层叠工序之前从由碳纤维无纺布形成的一片片材中切出多片相同尺寸的片材的切出工序。在层叠工序中，通过使由切出工序得到的多片片材以使取向方向一致的方式进行层叠，能够得到层叠体。
[实施例]
以下，使用实施例对本发明进一步具体地进行说明，但本发明不受实施例的任何限定。在以下的实施例中，制造碳纤维强化塑料板，对所制造的碳纤维强化塑料板进行铣削加工、弯曲强度以及弹性模量的评价。
[碳纤维强化塑料板的制造]
〈实施例1〉
在模具(内部尺寸：15×15×1cm)内配置四层通过针刺法制造的碳纤维无纺布片100(日本聚合物产业株式会社制造的CFZ-1000SD)。在此，各层的碳纤维无纺布片以使碳纤维的取向方向在同一方向(x方向)上一致的方式进行层叠。然后，将环氧树脂主剂(三菱化学株式会社制造的jER806)和固化剂(东京化成工业株式会社制造的4,4'-亚甲基双(2-甲基环己胺))以质量比计为100∶36的比例混合之后，以0.5MPa的压力将混合后的树脂加压注入于加热至100℃的密闭的模具内。注入混合后的树脂后，在100℃下进行20分钟的加热固化，得到厚度为10mm、Vf为21体积％的碳纤维强化塑料板150。此外，不使用碳纤维织布。
〈比较例1〉
将以各层的碳纤维的经纱和纬纱的各方向均平行的方式重叠有10层纵为12cm、横为12cm的碳纤维织布(东丽株式会社制造的BT70-20)而成的碳纤维配置于金属板上，为了防止母材泄漏，用薄膜和密封胶对碳纤维的周围进行密封。然后，将环氧树脂主剂(三菱化学株式会社制造的jER806)和固化剂(三菱瓦斯化学株式会社制造的1,3-BAC)以质量比计为100∶21的比例混合之后，通过Va RTM法，将混合后的树脂注入碳纤维。在注入后使其在室温下固化，并进一步地在150℃、60分钟的条件下进行加热固化，得到厚度为2mm、Vf为57体积％的碳纤维强化塑料板。此外，不使用碳纤维无纺布。
〈比较例2〉
在模具(内部尺寸：15×15×1cm)内配置四层通过针刺法制造的碳纤维无纺布片100(日本聚合物产业株式会社制造的CFZ-1000SD)。在此，碳纤维无纺布片的配置如图5中的(a)所示，以碳纤维的取向方向相差90度的方式将第一碳纤维无纺布片101和第二碳纤维无纺布片102交替地、每两片进行层叠。即，如果将片材平面中的左右方向(图5中的(a)的横向)设为x方向，并将作为与x方向正交的方向而在片材平面中的上下方向(图5中的(b)的纵向)设为y方向，则第二碳纤维无纺布片102的碳纤维的取向方向为与x方向平行的方向，第一碳纤维无纺布片101的碳纤维的取向方向为与y方向平行的方向。此外，作为第一碳纤维无纺布片101和第二碳纤维无纺布片102，使用了相同的碳纤维无纺布片。然后，将环氧树脂主剂(三菱化学株式会社制造的jER806)和固化剂(东京化成工业株式会社制造的4,4'-亚甲基双(2-甲基环己胺))以质量比计为100∶36的比例混合之后，以0.5MPa的压力将混合后的树脂加压注入于加热至100℃的密闭的模具内。注入混合后的树脂后，在100℃下进行20分钟的加热固化，得到厚度为10mm、Vf为21体积％的碳纤维强化塑料板200。此外，不使用碳纤维织布。
[铣削加工后的平面度的评价]
〈铣削加工处理〉
使用三个所制造的实施例1、比较例1以及比较例2的碳纤维强化塑料板，通过以下的条件对表面进行0.5mm的磨削的铣削加工。
(铣削加工条件)
装置：旋入式通用正面铣床(三菱综合材料制造)
刀具型号：ASX44R10005D
嵌件：SEGT13T3AGFN-JP HTi10
转速：S＝615min-1(V＝193m/min)
进给速度：F＝369mm/min
对于铣削加工后的实施例1、比较例1以及比较例2的碳纤维强化塑料板，使用三维精密测定机(ZEISS公司制造，型号：UPMC 850)对它们的表面的平面度(相对于在平面形体的几何学上正确的平面偏离的大小)进行测定。将各例的三个碳纤维强化塑料板的平面度的平均值示于表1。
表1
Figure BDA0003026785210000111
在实施例1以及比较例2的碳纤维强化塑料板中，不使用碳纤维织布而是使用碳纤维无纺布，由此铣削加工后的平面度没有问题，成为平面性较高的结果。
另一方面，不使用碳纤维无纺布而使用了碳纤维织布的比较例1的碳纤维强化塑料板因铣削加工而纤维起毛，平面度的值因起毛而变大，是平面性较低的板。
[弯曲强度以及弹性模量的评价1]
对于实施例1的碳纤维强化塑料板150，在基于JIS K7074的以下条件下，实施图3中的(a)所示的D1、D2、D3方向的弯曲试验，对在将D1方向的弯曲强度以及弹性模量设为100％的情况下的D2、D3方向的弯曲强度及弹性模量进行比较。将弯曲强度的结果示于图6，将弹性模量的结果示于图7。另外，对于比较例2的碳纤维强化塑料板200也同样地，对图3中的(b)所示的D1、D2、D3方向的弯曲强度及弹性模量进行比较，并示于图6、图7。此外，图3中的(b)所示的D1、D2、D3方向分别与图3中的(a)所示的D1、D2、D3方向是同一方向。
试验片的尺寸：100×15mm，厚度为2mm
试验速度：5mm/分钟
支点间距离L：L＝40×h(80mm)
压头的半径R1：R1＝5mm
支承台的半径R2：R2＝2mm
弯曲弹性模量：切线法
根据图6的结果，实施例1的碳纤维强化塑料板150的弯曲强度的比为D1∶D2＝1.9∶1.0，D1∶D3＝1.7∶1.0。即为满足第一弯曲强度∶第二弯曲强度＝1.5～3.0∶1.0的条件、以及第一弯曲强度∶第三弯曲强度＝1.5～3.0∶1.0的条件的碳纤维强化塑料板。这样，如果是第一弯曲强度比第二弯曲强度以及第三弯曲强度强的碳纤维强化塑料板150，则通过将与第一弯曲强度的方向平行的方向作为长尺寸方向进行加工，能够在线性引导件、机械臂等中由金属代替为碳纤维强化塑料。此外，具体而言，第一弯曲强度为473MPa，第二弯曲强度为246MPa，第三弯曲强度为285MPa。
另外，根据图7的结果，实施例1的碳纤维强化塑料板150的弯曲弹性模量的比为D1：D2＝1.8∶1.0，D1∶D3＝2.1∶1.0。即为满足第一弯曲弹性模量(在与碳纤维的取向方向平行的方向上的弯曲弹性模量)∶第二弯曲弹性模量(在与同碳纤维的取向方向正交的正交方向平行的方向上的弯曲弹性模量)＝1.5～3.0∶1.0的条件、以及第一弯曲弹性模量∶第三弯曲弹性模量(在与碳纤维的取向方向及同碳纤维的取向方向正交的正交方向在同一平面上的、与同碳纤维的取向方向及所述正交方向以45度的角度交叉的方向平行的方向上的弯曲强度)＝1.5～3.0∶1.0的条件的碳纤维强化塑料板。这样，如果是第一弯曲弹性模量比第二弯曲弹性模量以及第三弯曲弹性模量高的碳纤维强化塑料板150，则通过将与第一弯曲弹性模量的方向平行的方向作为长尺寸方向进行加工，能够在线性引导件、机械臂等中由金属代替为碳纤维强化塑料。
此外，通过满足第一弯曲弹性模量∶第二弯曲弹性模量＝1.5～3.0∶1.0的条件，本发明的碳纤维强化塑料板成为在特定的一个方向具有较强的机械特性的碳纤维强化塑料板。在碳纤维强化塑料板150的情况下，在与x方向平行的方向上具有较强的机械特性。在未满足第一弯曲弹性模量与第二弯曲弹性模量的比为上述的比的情况下，存在不能在特定的方向上具有较强的机械特性的隐患。
另外，通过满足第一弯曲弹性模量∶第三弯曲弹性模量＝1.5～3.0∶1.0的条件，本发明的碳纤维强化塑料板成为在特定的一个方向具有较强的机械特性的碳纤维强化塑料板。在碳纤维强化塑料板150的情况下，能够在与x方向平行的方向上具有特别强的机械特性。在未满足第一弯曲弹性模量与第三弯曲弹性模量的比为上述的比的情况下，存在不能在特定的方向上具有特别强的机械特性的隐患。
另一方面，可知比较例2的碳纤维强化塑料板200的D1～D3方向的弯曲强度的比为D1∶D2∶D3＝100∶101∶98，满足在不存在极端偏差的程度下具有各向同性的强度(图6)。可知这样的碳纤维强化塑料板，与线性引导件、机械臂等要求在长尺寸方向等特定的一个方向上刚性等较强的机械特性的用途相比，对于要求具有各向同性的强度的、使其旋转而使用的作为辊或磨削用轮的用途是有用的。
另外，根据图7的结果可知，比较例2的碳纤维强化塑料板200的D1～D3方向的弯曲弹性模量的比为D1∶D2∶D3＝100∶101∶96，满足在不存在极端偏差的程度下具有各向同性的弹性。可知这样的碳纤维强化塑料板，与线性引导件、机械臂等要求在长尺寸方向等特定的一个方向上弹性等较强的机械特性的用途相比，对于要求具有各向同性的弹性的、使其旋转而使用的作为辊或磨削用轮的用途是有用的。
[弯曲强度以及弹性模量的评价2]
使用与实施例1的碳纤维无纺布片相比碳纤维的取向有偏差的碳纤维无纺布片来制造碳纤维强化塑料板，比较实施例1及比较例2的该板的D1方向以及D2方向的弯曲强度比率和弯曲弹性模量比率。
〈比较例3〉
代替实施例1中使用的碳纤维无纺布片100，在模具(内部尺寸：15×15×1cm)内配置四层碳纤维无纺布片100(日本聚合物产业株式会社制造的CFZ-400RD)。在此，各层碳纤维无纺布片以使碳纤维的取向方向在同一方向(x方向)上一致的方式进行层叠。然后，将环氧树脂主剂(三菱化学株式会社制造的jER806)和固化剂(东京化成工业株式会社制造的4,4'-亚甲基双(2-甲基环己胺))以质量比计为100∶36的比例混合之后，以0.5MPa的压力将混合后的树脂加压注入于加热至100℃的密闭的模具内。注入混合后的树脂后，在100℃下进行20分钟的加热固化，得到厚度为10mm、Vf为21体积％的碳纤维强化塑料板150。此外，不使用碳纤维织布。
对于比较例3的碳纤维强化塑料板150，与实施例1同样地实施弯曲试验，对在将D2方向的弯曲强度以及弹性模量设为1的情况下的D1方向的弯曲强度及弹性模量进行比较。将表示弯曲强度的比的结果示于图8，将表示弹性模量的比的结果示于图9。另外，对于实施例1的碳纤维强化塑料板150以及比较例2的碳纤维强化塑料板200也同样地实施弯曲试验，并将结果示于图8、图9。此外，图3中的(b)所示的D1、D2、D3方向分别与图3中的(a)所示的D1、D2、D3方向是同一方向。
根据图8的弯曲强度比率的结果，在实施例1的碳纤维强化塑料板150中，与D2相比D1最大，接下来在比较例3的碳纤维强化塑料板150中，与D2相比D1最大，然后在比较例2的碳纤维强化塑料板200中，D2与D1基本相同。根据该结果可知，通过使用碳纤维的取向偏差较少的碳纤维无纺布，使各层的碳纤维无纺布片中的碳纤维的取向方向一致，能够得到仅在特定的一个方向(本实施例中为D1方向)上具有较强的弯曲强度的碳纤维强化塑料板。
另外，根据图9的弯曲弹性模量比率的结果，在实施例1的碳纤维强化塑料板150中，与D2相比D1最大，接下来在比较例3的碳纤维强化塑料板150中，与D2相比D1最大，然后在比较例2的碳纤维强化塑料板200中，D2与D1基本相同。根据该结果认为，存在与图8的弯曲强度比率的结果相同的倾向。根据图9的结果可知，通过使用碳纤维的取向偏差较少的碳纤维无纺布，使各层的碳纤维无纺布片中的碳纤维的取向方向一致，能够得到仅在特定的一个方向(本实施例中为D1方向)上具有较强的弯曲弹性模量的碳纤维强化塑料板。
〈总结〉
这样，如果是本发明的碳纤维强化塑料板，则能够在特定的一个方向上具有较强的机械特性，另外，能够满足铣削加工性、铣削加工后的平滑性。因此，本发明的碳纤维强化塑料板对于要求在长尺寸方向等的特定的一个方向上具有刚性等的较强的机械特性的线性引导件、机械臂等的用途是有用的。

Claims (11)

1.一种碳纤维强化塑料板，其特征在于，
所述碳纤维强化塑料板具有碳纤维无纺布和母材，所述碳纤维无纺布含有纤维长度为10～70mm的碳纤维，且沿着一个方向具有取向方向，
第一弯曲强度和第二弯曲强度的强度比为1.5～3.0∶1.0所述第一弯曲强度为与所述取向方向平行的方向上的弯曲强度，所述第二弯曲强度为与同所述取向方向正交的正交方向平行的方向上的弯曲强度。
2.根据权利要求1所述的碳纤维强化塑料板，其特征在于，
所述第一弯曲强度和第三弯曲强度的强度比为1.5～3.0∶1.0，所述第三弯曲强度为与所述取向方向及所述正交方向在同一平面上的、与同所述取向方向及所述正交方向以45度的角度交叉的方向平行的方向上的弯曲强度。
3.根据权利要求1或2所述的碳纤维强化塑料板，其特征在于，所述母材为热固性树脂。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的碳纤维强化塑料板，其特征在于，碳纤维无纺布的纤维体积含有率为20～40体积％。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的碳纤维强化塑料板，其特征在于，所述碳纤维强化塑料板的表面的平面度为每50mm为0.005～0.05mm。
6.一种加工品，其特征在于，所述加工品为通过对根据权利要求1至5中任一项所述的碳纤维强化塑料板进行磨削加工而成的加工品。
7.根据权利要求6所述的加工品，其特征在于，所述加工品具有与所述碳纤维无纺布的所述取向方向平行的长度方向。
8.根据权利要求7所述的加工品，其特征在于，所述加工品为线性引导件。
9.一种碳纤维强化塑料板的制造方法，其实根据权利要求1至5中任一项所述的碳纤维强化塑料板的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括使浸渍了母材的所述碳纤维无纺布固化的固化工序，
所述碳纤维无纺布是通过针刺法使纤维长度为10～70mm的所述碳纤维交织而得到的无纺布。
10.根据权利要求9所述的碳纤维强化塑料板的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括在使所述母材浸渍之前，将由所述碳纤维无纺布形成的多个片材以使所述取向方向一致的方式形成为层叠体的层叠工序，
并包括在所述层叠工序之后，使所述母材浸渍于所述层叠体的浸渍工序。
11.根据权利要求9或10所述的碳纤维强化塑料板的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括在所述固化工序之后对所述层叠体的表面进行铣削加工的铣削加工工序。
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