TW202323445A - 多孔質體及複合結構體 - Google Patents
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Abstract
一種多孔質體,空隙率為10體積%~95體積%,包含超過50重量%且為99重量%以下的碳纖維(A)、以及1重量%以上且小於50重量%的拉伸斷裂伸長率為2.5%~100%的有機纖維(B)作為強化纖維,並藉由樹脂(C)將該強化纖維固定而成。本發明提供一種具有優異的輕量性與衝擊強度及剛性的纖維強化樹脂的多孔質體。
Description
本發明是有關於一種用於體育用品、電子設備框體、建築構件等產業製品的纖維強化樹脂的多孔質體。
近年來,於各種電子設備框體或體育用品等產業用製品中,剛性或輕量性變得越來越重要,對於比強度或比剛性優異的結構構件的需要正在擴大。特別是內部具有空隙的結構構件對製品的輕量化極為有效,作為輕量性與力學特性優異的結構構件,存在包含強化纖維、基質樹脂及空隙的纖維強化樹脂的結構體(專利文獻1)。另外,作為除了具有輕量性以外亦具有柔軟性的結構構件,存在包含顯示出橡膠彈性的樹脂的結構體(專利文獻2)。
[現有技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1:國際公開第2017/110528號
專利文獻2:國際公開第2018/117188號
[發明所欲解決之課題]
但是,如專利文獻1般的包含空隙的結構體存在衝擊強度不充分的問題。另外,如專利文獻2般的包含顯示出橡膠彈性的樹脂的結構體由於樹脂的橡膠彈性而顯現出優異的衝擊強度,但另一方面對強化纖維進行固定的效果減少,無法使其增強效果充分,存在剛性或強度不充分的課題。
本發明是鑒於所述課題而成者,其目的在於提供一種具有優異的輕量性、衝擊強度及剛性的纖維強化樹脂的多孔質體。
[解決課題之手段]
用於解決所述課題的本發明具有以下結構。
[1]一種多孔質體,空隙率為10%~95%,包含超過50重量%且為99重量%以下的碳纖維(A)、以及1重量%以上且小於50重量%的拉伸斷裂伸長率為2.5%~100%的有機纖維(B)作為強化纖維,並藉由樹脂(C)將所述強化纖維固定而成。
[2]如[1]所述的多孔質體,其中,所述有機纖維(B)與所述碳纖維(A)均勻地分散。
[3]如[1]或[2]所述的多孔質體,其中,所述強化纖維的交點利用所述樹脂(C)結合,並且形成有多孔質體的空隙作為既不存在所述強化纖維亦不存在所述樹脂(C)的部分。
[4]如[3]所述的多孔質體,其中,所述交點藉由所述碳纖維(A)的單纖維與其他纖維交叉而形成。
[5]如[3]所述的多孔質體,其中,所述交點藉由所述有機纖維(B)的單纖維與其他纖維交叉而形成。
[6]如[3]所述的多孔質體,其中,由構成所述交點的強化纖維彼此形成的平均二維配向角為10度~80度。
[7]如[1]至[6]中任一項所述的多孔質體,其中,相對於所述碳纖維(A)與有機纖維(B)的合計5重量份~90重量份,包含10重量份~95重量份的所述樹脂(C)。
[8]如[1]至[7]中任一項所述的多孔質體,密度為0.02 g/cm
3~0.9 g/cm
3。
[9]如[1]至[8]中任一項所述的多孔質體,其中,所述碳纖維(A)的平均纖維長度為1 mm~15 mm。
[10]如[1]至[9]中任一項所述的多孔質體,其中,所述有機纖維(B)的平均纖維長度為4 mm~20 mm。
[11]如[1]至[10]中任一項所述的多孔質體,其中,所述有機纖維(B)選自聚酯系樹脂、聚芳基醚酮系樹脂及聚伸芳基硫醚系樹脂中。
[12]如[1]至[11]中任一項所述的多孔質體,其中,所述有機纖維(B)的直徑為15 μm~50 μm。
[13]如[1]至[12]中任一項所述的多孔質體,其中,所述有機纖維(B)的拉伸強度為1 GPa~6 GPa。
[14]如[1]至[13]中任一項所述的多孔質體,其中,所述有機纖維(B)的拉伸斷裂伸長率為2.5%~30%。
[15]如[1]至[14]中任一項所述的多孔質體,其中,所述樹脂(C)為選自聚烯烴系樹脂、聚醯胺系樹脂及聚伸芳基硫醚系樹脂中的熱塑性樹脂、及/或選自環氧樹脂、酚樹脂及丙烯酸樹脂中的熱硬化性樹脂。
[16]如[1]至[15]中任一項所述的多孔質體,其中,所述多孔質體的夏比(Charpy)衝擊強度為10 kJ/m
2~100 kJ/m
2。
[17]一種複合結構體,是於如[1]至[16]中任一項所述的多孔質體的表面配置有包含連續的強化纖維的纖維強化樹脂而成。
[18]如[1]至[17]中任一項所述的多孔質體,用於選自體育用品、電子設備框體及建築構件中的用途。
[發明的效果]
藉由本發明,可獲得一種具有優異的輕量性與衝擊強度及剛性的多孔質體。
以下,為了容易理解,適宜地參照圖式對本發明進行了說明,但本發明並不受該些圖式限定。
本發明的多孔質體是包含強化纖維及樹脂的所謂纖維強化樹脂,包含超過50重量%且為99重量%以下的碳纖維(A)、以及1重量%以上且小於50重量%的拉伸斷裂伸長率為2.5%~100%的有機纖維(B)作為強化纖維,並藉由樹脂(C)將該強化纖維固定而成。碳纖維(A)的剛性或強度優異,藉由包含超過50重量%且為99重量%以下的碳纖維(A)作為強化纖維,可使源自碳纖維(A)的增強效果充分,可賦予優異的剛性或強度。與碳纖維(A)相比,有機纖維(B)的延展性或拉伸斷裂伸長率比較優異,不易因衝擊而斷裂。因此,由於在藉由衝擊來破壞包含有機纖維(B)的多孔質體時,需要伴隨由有機纖維(B)引起的樹脂(C)的破壞或自樹脂(C)的脫出,因此可賦予多孔質體優異的衝擊強度。藉由包含1重量%以上的有機纖維(B)作為強化纖維,可使源自有機纖維(B)的增強效果充分,可賦予優異的衝擊強度。藉由包含小於50重量%的有機纖維(B),碳纖維(A)相對於有機纖維(B)的含有率相對變大,可兼顧由碳纖維(A)賦予的優異的剛性或強度以及由有機纖維(B)賦予的優異的衝擊強度。碳纖維(A)的含有率更佳為60重量%~80重量%,有機纖維(B)的含有率更佳為20重量%~40重量%。
另外,藉由有機纖維(B)的拉伸斷裂伸長率為2.5%以上,可充分抑制衝擊時的纖維斷裂,可賦予多孔質體優異的衝擊強度。另一方面,藉由拉伸斷裂伸長率為100%以下,可抑制衝擊時的有機纖維(B)的伸長而承擔充分的負荷,可賦予優異的衝擊強度。有機纖維(B)的拉伸斷裂伸長率較佳為2.5%~30%,更佳為2.5%~15%。
有機纖維(B)的拉伸斷裂伸長率(%)可藉由以下的方法求出。於標準狀態(20℃、65%RH)的室內,於夾持間隔250 mm、拉伸速度300 mm/分鐘的條件下進行1根纖維的拉伸試驗,對纖維切斷時的長度進行測定(其中,於在卡盤附近切斷的情況下作為卡盤斷裂而自資料中除去),根據下式算出至小數點2位,對小數點第二位進行四捨五入。求出資料數n=3的平均值,作為本發明中的拉伸斷裂伸長率。
拉伸斷裂伸長率(%)=[(切斷時的長度(mm)-250)/250]×100
本發明的多孔質體的空隙率為10體積%~95體積%。藉由空隙率為10體積%以上,比重變小,可獲得充分的輕量性。另一方面,藉由空隙率為95體積%以下,可使強化纖維及樹脂帶來的增強效果充分,可賦予多孔質體優異的力學特性。空隙率更佳為20體積%以上且90體積%以下。
圖1是表示本發明的多孔質體的剖面結構的示意圖。如圖1所示,本發明的多孔質體1包含碳纖維2、有機纖維3、樹脂4及空隙5,碳纖維2與有機纖維3是由樹脂4固定。
於本發明的多孔質體中,較佳為有機纖維(B)與碳纖維(A)均勻地分散。於本發明中,所謂均勻地分散是指與任意選擇的有機纖維(B)交叉的碳纖維(A)的數量的變異係數為50%以下。再者,所謂本發明中的交叉是指於要觀察的二維平面中觀察到作為基準的有機纖維(B)與碳纖維(A)相交的狀態,兩者無需接觸。碳纖維(A)相對少的部位成為強度或剛性的脆弱部,有機纖維(B)相對少的部位容易發生纖維斷裂而成為衝擊強度的脆弱部。因此,藉由有機纖維(B)與碳纖維(A)均勻地分散,不存在局部的脆弱部,多孔質體可兼顧優異的剛性與衝擊強度。關於與有機纖維(B)交叉的碳纖維(A)的數量的變異係數,任意選擇5根有機纖維(B),根據於該選擇範圍內與有機纖維(B)交叉的碳纖維(A)的數量n
i藉由下述式計算出。再者,於與有機纖維(B)交叉的碳纖維(A)為多數的情況下,可任意選擇5個部位有機纖維(B)的連續1 mm的範圍,並於該選擇範圍內以與有機纖維(B)交叉的碳纖維(A)的數量代替。
本發明的多孔質體較佳為強化纖維的交點利用樹脂(C)結合,並且形成有多孔質體的空隙作為既不存在強化纖維亦不存在樹脂(C)的部分。典型而言,空隙多數散佈於多孔質體中。藉由包含此種空隙,可減小比重,為輕量的同時可顯現出優異的力學特性。藉此,施加至多孔質體的負荷經由樹脂及接點分散,強化纖維承擔負荷,藉此發揮優異的力學特性。另外,於強化纖維不會因衝擊而斷裂的情況下,由於在藉由衝擊來破壞多孔質體時,強化纖維需要於接點處伴隨樹脂的破壞或者強化纖維自樹脂中的脫出,因此可顯現出優異的衝擊強度。而且,藉由強化纖維利用樹脂結合,可使強化纖維帶來的增強效果充分。
進而,較佳為多數存在的強化纖維的交點中的至少一部分藉由碳纖維(A)的單纖維與其他纖維交叉而形成。此處,所謂其他纖維是指與該碳纖維(A)不同的碳纖維(A)或有機纖維(B),其他纖維可為單纖維的狀態,亦可為纖維束的狀態。藉此,施加至多孔質體的負荷被分散於強度或剛性優異的碳纖維(A)中,可賦予多孔質體優異的強度或剛性。另外,較佳為多數存在的強化纖維的交點中的至少一部分藉由有機纖維(B)的單纖維與其他纖維交叉而形成。此處,所謂其他纖維是指與該有機纖維(B)不同的有機纖維(B)或碳纖維(A),其他纖維可為單纖維的狀態,亦可為纖維束的狀態。藉此,施加至多孔質體的負荷被分散於不易斷裂的有機纖維(B)中,由於在衝擊時伴隨樹脂(C)的破壞或者有機纖維(B)自樹脂(C)中的脫出,因此可賦予多孔質體優異的衝擊強度。
另外,較佳為由構成交點的強化纖維彼此形成的平均二維配向角為10度~80度。所謂本發明中的二維配向角定義為交叉的單纖維彼此形成的角度中存在於0°以上且90°以下的範圍內的銳角側的角度。藉由平均二維配向角為10度~80度,可賦予力學特性各向同性。另外,藉由強化纖維各向同性地存在,無論衝擊時的龜裂發展方向如何,均伴隨樹脂(C)的破壞或強化纖維自樹脂(C)中的脫出,因此可賦予多孔質體優異的衝擊強度。平均二維配向角更佳為30度~60度,進而佳為40度~50度。
作為用於測定二維配向角的觀察方法,並無特別限制,例如可例示自構成要素的表面觀察強化纖維的配向的方法。於所述情況下,藉由對多孔質體的表面進行研磨來使強化纖維露出,更容易觀察強化纖維。另外,亦可例示進行X射線電腦斷層掃描(computed tomography,CT)透射觀察並拍攝強化纖維的配向圖像的方法。於X射線透射性高的強化纖維的情況下,若於強化纖維中混合示蹤劑(tracer)用的纖維,或者於強化纖維上塗佈示蹤劑用的藥劑,則容易觀察到強化纖維,因此較佳。另外,於利用所述方法難以觀察的情況下,可例示於藉由加熱爐等使多孔質體在高溫下燒毀樹脂成分後,使用光學顯微鏡或電子顯微鏡自取出的強化纖維中觀察強化纖維的配向的方法。平均二維配向角按照以下順序進行測定。即,對隨機選擇的單纖維測定與交叉的所有單纖維的二維配向角的平均值。例如,於與某單纖維交叉的其他單纖維為多數的情況下,亦可代用隨機選擇20根交叉的其他單纖維進行測定的算術平均值。以其他單纖維為基準將所述測定反覆進行合計5次,將其算術平均值作為平均二維配向角算出。
相對於碳纖維(A)與有機纖維(B)的合計5重量份~90重量份,本發明的多孔質體較佳為包含10重量份~95重量份的樹脂(C)。藉由碳纖維(A)與有機纖維(B)合計為5重量份以上且樹脂(C)為95重量份以下,可使源自碳纖維(A)及有機纖維(B)的增強效果充分,可顯現出優異的力學特性。另一方面,藉由碳纖維(A)與有機纖維(B)合計為90重量份以下且樹脂(C)為10重量份以上,可利用樹脂(C)使強化纖維彼此充分接著,使強化纖維的增強效果充分。
本發明的多孔質體的密度較佳為0.02 g/cm
3~0.9 g/cm
3。藉由密度為0.02 g/cm
3以上,可賦予多孔質體充分的力學特性。藉由密度為0.9 g/cm
3以下,可具有充分的輕量性,可為輕量的同時顯現出優異的力學特性。
於本發明中,碳纖維(A)的平均纖維長度較佳為1 mm~15 mm。藉由碳纖維(A)的平均纖維長度為1 mm以上,可使碳纖維(A)帶來的增強效果充分,可賦予優異的剛性。另一方面,藉由碳纖維(A)的平均纖維長度為15 mm以下,於多孔質體中碳纖維(A)難以彎曲,可充分地有效利用碳纖維(A)的高的剛性並賦予多孔質體優異的剛性。碳纖維(A)的平均纖維長度更佳為2 mm~13 mm。
另外,有機纖維(B)的平均纖維長度較佳為4 mm~20 mm。藉由有機纖維(B)的平均纖維長度為4 mm以上,有機纖維(B)與其他纖維或樹脂具有多數的接點,於衝擊時伴隨多數的樹脂的破壞或者有機纖維(B)自樹脂中的脫出,可賦予多孔質體優異的衝擊強度。另一方面,藉由有機纖維(B)的平均纖維長度為20 mm以下,可使有機纖維(B)的每單位體積的纖維根數充分多,於衝擊時伴隨多數的樹脂的破壞或有機纖維(B)自樹脂中的脫出。有機纖維(B)的平均纖維長度更佳為6 mm~15 mm。
強化纖維的平均纖維長度可藉由燒毀或溶出等方法去除基質樹脂成分,自剩餘的強化纖維中隨機選擇400根,測定其長度至100 μm單位,作為該些的平均長度算出。
作為碳纖維(A),可例示聚丙烯腈(polyacrylonitrile,PAN)系、人造絲系、木質素系、瀝青系的碳纖維。
作為有機纖維(B),可例示對聚乙烯、聚丙烯等聚烯烴系樹脂、尼龍6、尼龍66、芳香族聚醯胺等聚醯胺系樹脂、聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、液晶聚酯等聚酯系樹脂、聚醚酮等聚芳基醚酮系樹脂、聚醚碸、聚伸芳基硫醚、氟樹脂等樹脂進行紡絲而獲得的纖維。可併用兩種以上該些纖維。其中,就抑制衝擊時的纖維斷裂的觀點而言,本發明的有機纖維(B)較佳為選自聚酯系樹脂、聚芳基醚酮系樹脂及聚伸芳基硫醚系樹脂中。
另外,亦可對該些纖維實施表面處理。作為表面處理,除了作為導電體的金屬的黏附處理以外,有利用偶合劑的處理、利用上漿劑(sizing agent)的處理、利用捆紮劑的處理、添加劑的附著處理等。
於本發明中,有機纖維(B)的直徑較佳為15 μm~50 μm。藉由有機纖維(B)的直徑為15 μm以上,伴隨著剖面積的增加,有機纖維(B)的耐負荷變得充分大,可充分抑制由衝擊時的負荷引起的有機纖維(B)的斷裂,可賦予多孔質體優異的衝擊強度。藉由有機纖維(B)的直徑為50 μm以下,可使有機纖維(B)的每單位體積的纖維根數充分多,於衝擊時伴隨多數的樹脂的破壞或者有機纖維(B)自樹脂中的脫出,可賦予多孔質體優異的衝擊強度。
於本發明中,有機纖維(B)的拉伸強度較佳為1 GPa~6 GPa。藉由設為所述範圍,可充分抑制衝擊時的有機纖維(B)的斷裂,可賦予多孔質體優異的衝擊強度。
於本發明中,樹脂(C)可為熱塑性樹脂,亦可為熱硬化性樹脂,亦可使用將兩者摻雜而成的樹脂。
作為熱塑性樹脂,可例示選自「聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate,PET)、聚對苯二甲酸丁二酯(polybutylene terephthalate,PBT)、聚對苯二甲酸丙二酯(polytrimethylene terephthalate,PTT)、聚萘二甲酸乙二酯(polyethylene naphthalate,PEN)、液晶聚酯等聚酯、聚乙烯(polyethylene,PE)、聚丙烯(polypropylene,PP)、聚丁烯等聚烯烴、聚甲醛(polyoxymethylene,POM)、聚醯胺(polyamide,PA)、聚苯硫醚(polyphenylene sulfide,PPS)等聚伸芳基硫醚、聚酮(polyketone,PK)、聚醚酮(polyether ketone,PEK)、聚醚醚酮(polyether ether ketone,PEEK)、聚醚酮酮(polyether ketone ketone,PEKK)、聚醚腈(polyether nitrile,PEN)、聚四氟乙烯等氟系樹脂、液晶聚合物(liquid crystal polymer,LCP)」等結晶性樹脂、「苯乙烯系樹脂以外的聚碳酸酯(polycarbonate,PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate,PMMA)、聚氯乙烯(polyvinyl chloride,PVC)、聚苯醚(polyphenylene ether,PPE)、聚醯亞胺(polyimide,PI)、聚醯胺醯亞胺(polyamideimide,PAI)、聚醚醯亞胺(polyetherimide,PEI)、聚碸(polysulfone,PSU)、聚醚碸、聚芳酯(polyarylate,PAR)」等非晶性樹脂、除此以外的酚系樹脂、苯氧基樹脂、以及聚苯乙烯系、聚烯烴系、聚胺基甲酸酯系、聚酯系、聚醯胺系、聚丁二烯系、聚異戊二烯系、氟系及丙烯腈系等熱塑性彈性體等、或該些的共聚物及改質體等中的熱塑性樹脂。其中,就表面外觀的觀點而言,較佳為如聚碳酸酯或苯乙烯系樹脂般的非晶性樹脂,就連續使用溫度的觀點而言,較佳為聚醚醚酮,進而就耐化學品性的觀點而言,可較佳地使用氟系樹脂。於本發明的多孔質體中,樹脂(C)更佳為選自聚烯烴系樹脂、聚醯胺系樹脂及聚伸芳基硫醚系樹脂中的熱塑性樹脂。具體而言,就輕量性的觀點而言,較佳為聚烯烴系樹脂,就強度的觀點而言,較佳為聚醯胺系樹脂,就耐熱性的觀點而言,可較佳地使用聚伸芳基硫醚系樹脂。
作為熱硬化性樹脂,可例示:不飽和聚酯樹脂、乙烯基酯樹脂、環氧樹脂、酚樹脂、丙烯酸樹脂、脲樹脂、三聚氰胺樹脂、熱硬化性聚醯亞胺樹脂、該些的共聚物、改質體、以及將該些摻雜而成的樹脂。於本發明的多孔質體中,樹脂(C)更佳為選自環氧樹脂、酚樹脂及丙烯酸樹脂中的熱硬化性樹脂。具體而言,就強度的觀點而言,較佳為環氧樹脂,就耐熱性的觀點而言,較佳為酚樹脂,就衝擊強度的觀點而言,可較佳地使用丙烯酸樹脂。
另外,於不損害本發明的目的的範圍內,基質樹脂亦可含有彈性體或橡膠成分等耐衝擊性提高劑、其他填充材或添加劑。作為填充材或添加劑的例子,可例示:無機填充材、阻燃劑、導電性賦予劑、結晶成核劑、紫外線吸收劑、抗氧化劑、減振劑、抗菌劑、防蟲劑、防臭劑、著色防止劑、熱穩定劑、脫模劑、抗靜電劑、塑化劑、潤滑劑、著色劑、顏料、染料、發泡劑、製泡劑或偶合劑。
本發明的多孔質體的夏比衝擊強度較佳為10 kJ/m
2~100 kJ/m
2。藉由夏比衝擊強度為10 kJ/m
2以上,可減輕對供於實用的多孔質體的範圍的限制。藉由夏比衝擊強度為100 kJ/m
2以下,可於不損害多孔質體的輕量性的情況下顯現出充分的衝擊強度。多孔質體的夏比衝擊強度更佳為15 kJ/m
2~90 kJ/m
2,進而佳為20 kJ/m
2~80 kJ/m
2。再者,夏比衝擊強度可按照日本工業標準(Japanese Industrial Standards,JIS)K 7111(2006),藉由使用了長度80 mm±2 mm、寬度10.0 mm±0.2 mm、厚度4.0 mm±0.2 mm的無凹口試驗片的邊緣衝擊試驗求出。
本發明的另一態樣是於本發明的多孔質體的表面配置包含連續的強化纖維的纖維強化樹脂而成的複合結構體。本發明的複合結構體藉由表面的纖維強化樹脂,可顯現出僅藉由本發明的多孔質體無法顯現的剛性或衝擊強度等。另外,藉由至少一部分包含本發明的多孔質體,可賦予複合結構體優異的輕量性。
作為本發明的多孔質體的用途的一例,可列舉體育用品、電子設備框體、建築構件等。本發明的多孔質體具有優異的輕量性、剛性及衝擊強度,因此作為體育用品,輕量性與反彈力的平衡優異,可期待體育用品的性能提高。另外,作為電子設備框體或建築構件,輕量性與形狀維持所需的剛性的平衡優異,可期待電子設備框體的可攜性的提高、建築物的高層化。進而,作為體育用品、電子設備框體、建築構件,輕量性與耐衝擊性的平衡優異,可期待於為輕量的同時抑制由落下或碰撞等引起的破損。
[實施例]
以下,藉由實施例對本發明進行更詳細的說明,但本發明的範圍並不限定於該些實施例。
(1)多孔質體中的樹脂(C)的重量含有率、空隙的體積含有率的測定
多孔質體是由將樹脂片與纖維氈積層而製作的不含空隙的片狀基材成形。根據樹脂片的單位面積重量Wr(g/m
2)及積層張數Nr、纖維氈中的碳纖維的單位面積重量Wf(g/m
2)及有機纖維的單位面積重量Wo(g/m
2)以及纖維氈的積層張數Nm,利用下式算出樹脂(C)的重量含量。另外,對片狀基材的體積Tb及多孔質體的體積Ts進行測定,利用下式算出空隙的體積含有率。
樹脂(C)的重量含量(重量份)=(Wr×Nr)/{(Wf×Nm)+(Wo×Nm)+(Wr×Nr)}×100
空隙的體積含有率(體積%)=(Ts-Tb)/Ts×100
(2)多孔質體中,由構成交點的強化纖維彼此形成的平均二維配向角
由構成交點的強化纖維彼此形成的平均二維配向角按照以下順序進行測定。即,對隨機選擇的單纖維測定與交叉的所有單纖維的二維配向角的平均值。例如,於與某單纖維交叉的其他單纖維為多數的情況下,亦可代用隨機選擇20根交叉的其他單纖維進行測定的算術平均值。以其他單纖維為基準將所述測定反覆進行合計5次,將其算術平均值作為平均二維配向角算出。
(3)多孔質體的密度ρ的測定
自多孔質體中切出試驗片,參考JIS K 7222(2005)對多孔質體的表觀密度進行測定。試驗片的尺寸設為縱100 mm、橫100 mm。利用測微計(micrometer)對試驗片的縱、橫、厚度進行測定,根據所獲得的值算出試驗片的體積V(mm
3)。另外,利用電子天平對切出的試驗片的質量M(g)進行測定。藉由將所獲得的質量M及體積V代入下式而算出多孔質體的密度ρ。
ρ(g/cm
3)=10
3×M/V
(4)多孔質體的夏比衝擊試驗
自多孔質體中切出試驗片,參考JIS K 7111(2006)對多孔質體的夏比衝擊強度進行測定。將試驗片切出為長度80 mm±2 mm、寬度10.0 mm±0.2 mm、厚度4.0 mm±0.2 mm。再者,採用使用無凹口試驗片的邊緣衝擊試驗。設為測定n=3,將算術平均值設為衝擊強度Ac(kJ/m
2)。
(5)多孔質體的彎曲試驗
自多孔質體中切出試驗片,參考國際標準化組織(International Standardization Organization,ISO)178法(1993)對彎曲彈性係數進行測定。關於試驗片,於將任意的方向設為0°方向的情況下,製作於+45°、-45°、90°方向此四個方向上切出的試驗片,對於各自的方向,設為測定數n=3,將算術平均值設為彎曲彈性係數Ec(GPa)。
(6)與有機纖維(B)交叉的碳纖維(A)的數量的變異係數
任意選擇5個部位有機纖維(B)的連續1 mm的範圍,根據於該選擇範圍內與有機纖維(B)交叉的碳纖維(A)的數量n
i藉由下述式計算出。
(7)試驗體的材料
[碳纖維(CF)]
自以聚丙烯腈為主成分的共聚物進行紡絲、煆燒處理及表面氧化處理,而獲得總單絲數12,000根的連續碳纖維。所述連續碳纖維的特性如以下所示。
單纖維直徑:7 μm
密度:1.8 g/cm
3拉伸強度:4,600 MPa
拉伸彈性係數:220 GPa
拉伸斷裂伸長率:2.1%
[PET纖維1]
使用聚酯纖維(東麗(Toray)(股)製造的「特多龍(Tetoron)」(註冊商標)1670T-288F-702C,纖維直徑23 μm,拉伸強度1.1 GPa,拉伸斷裂伸長率14.0%)。
[PET纖維2]
使用聚酯纖維(東麗(Toray)(股)製造的「特多龍(Tetoron)」(註冊商標),纖維直徑7 μm,拉伸強度0.5 GPa,拉伸斷裂伸長率:46%)。
[PET纖維3]
使用聚酯纖維(東麗(Toray)(股)製造的「特多龍(Tetoron)」(註冊商標),熔點260℃,纖維直徑10 μm,拉伸強度0.5 GPa,拉伸斷裂伸長率:42%)。
[PET纖維4]
使用聚酯纖維(東麗(Toray)(股)製造的「特多龍(Tetoron)」(註冊商標),熔點260℃,纖維直徑18 μm,拉伸強度0.5 GPa,拉伸斷裂伸長率:36.5%)。
[LCP纖維]
使用液晶聚酯纖維(東麗(Toray)(股)製造的「西貝拉斯(siveras)」(註冊商標)1700T-288F,纖維直徑23 μm,拉伸強度3.3 GPa,拉伸斷裂伸長率2.8%)。
[聚芳醯胺纖維]
使用對位系聚芳醯胺纖維(東麗(Toray)(股)製造的「凱芙拉(kevlar)」(註冊商標),纖維直徑12 μm,拉伸強度2.9 GPa,拉伸斷裂伸長率:3.6%)。
[樹脂片1]
製作包含未改質聚丙烯樹脂(普瑞曼聚合物(Prime Polymer)(股)製造的「普瑞曼波利普羅(prime polypro)」(註冊商標)J105G)80質量%、及酸改質聚丙烯樹脂(三井化學(股)製造的「艾德瑪(admer)」(註冊商標)QB510)20質量%的單位面積重量為150 g/m
2的樹脂片1。
[樹脂片2]
製作包含未改質聚丙烯樹脂(普瑞曼聚合物(Prime Polymer)(股)製造的「普瑞曼波利普羅(prime polypro)」(註冊商標)J105G)80質量%、及酸改質聚丙烯樹脂(三井化學(股)製造的「艾德瑪(admer)」(註冊商標)QB510)20質量%的單位面積重量為200 g/m
2的樹脂片2。
[樹脂片3]
製作包含聚醚酮酮(阿科瑪(Arkema)公司製造的「凱普斯坦(Kepstan)」(註冊商標)6003)的單位面積重量150 g/m
2的樹脂片3。
[樹脂片4]
將「jER」(註冊商標)828(三菱化學(股)製造)30質量份、「jER」(註冊商標)1001 35質量份、「jER」(註冊商標)154 35質量份投入至捏合機中,於混練的同時升溫至150℃,於150℃下混練1小時,藉此獲得透明的黏稠液。將黏稠液一邊混練至60℃一邊降溫後,調配作為硬化劑的DYCY7(三菱化學(股)製造)3.7質量份、作為硬化促進劑的DCMU99(保土谷化學工業(股)製造)3質量份、作為粒子的「松本微球(Matsumoto Microsphere)」(註冊商標)M(松本油脂製藥(股)製造)3質量份,於60℃下混練30分鐘,藉此製備環氧樹脂組成物。製作包含該環氧樹脂組成物的單位面積重量為150 g/m
2的樹脂片4。
[纖維氈1]
將碳纖維及PET纖維1分別切成長度6 mm及13 mm,獲得短切碳纖維及短切PET纖維1。製作包含水及界面活性劑(那卡萊科技(nacalai tesque)(股)製造,聚氧乙烯月桂基醚(商品名))的濃度0.1質量%的分散液,使用分散液及短切碳纖維以及短切PET纖維1製造纖維氈。纖維氈的製造裝置包括直徑1000 mm的圓筒形狀的容器,該容器於作為分散槽的容器下部具有開口旋塞。於分散槽的上面的開口部附帶有攪拌機,能夠自開口部投入短切碳纖維、短切PET纖維1及分散液。將抄紙基材於200℃的乾燥爐中乾燥30分鐘,而獲得網。將所述網重疊而獲得纖維氈1。另外,纖維氈中的碳纖維及PET纖維1的平均纖維長度分別為6 mm及13 mm,碳纖維的單位面積重量為72 g/m
2,PET纖維1的單位面積重量為28 g/m
2。
[纖維氈2]
將纖維氈1中的PET纖維1設為LCP纖維,除此以外,與纖維氈1同樣地獲得纖維氈2。纖維氈中的強化纖維1及強化纖維3的平均纖維長度分別為6 mm及13 mm,強化纖維1的單位面積重量為72 g/m
2,強化纖維3的單位面積重量為28 g/m
2。
[纖維氈3]
將纖維氈1中的PET纖維1設為PET纖維2,除此以外,與纖維氈1同樣地獲得纖維氈3。纖維氈中的碳纖維及PET纖維2的平均纖維長度分別為6 mm及13 mm,碳纖維的單位面積重量為72 g/m
2,PET纖維2的單位面積重量為28 g/m
2。
[纖維氈4]
將纖維氈1中的PET纖維1設為PET纖維3,除此以外,與纖維氈1同樣地獲得纖維氈4。纖維氈中的碳纖維及PET纖維3的平均纖維長度分別為6 mm及13 mm,碳纖維的單位面積重量為72 g/m
2,PET纖維3的單位面積重量為28 g/m
2。
[纖維氈5]
將纖維氈1中的PET纖維1設為PET纖維4,除此以外,與纖維氈1同樣地獲得纖維氈5。纖維氈中的碳纖維及PET纖維4的平均纖維長度分別為6 mm及13 mm,碳纖維的單位面積重量為72 g/m
2,PET纖維4的單位面積重量為28 g/m
2。
[纖維氈6]
將纖維氈2中的碳纖維切成長度0.5 mm,除此以外,與纖維氈2同樣地獲得纖維氈6。纖維氈中的碳纖維及LCP纖維的平均纖維長度分別為0.5 mm及13 mm,碳纖維的單位面積重量為72 g/m
2,LCP纖維的單位面積重量為28 g/m
2。
[纖維氈7]
將纖維氈2中的碳纖維切成長度20 mm,除此以外,與纖維氈2同樣地獲得纖維氈7。纖維氈中的碳纖維及LCP纖維的平均纖維長度分別為20 mm及13 mm,碳纖維的單位面積重量為72 g/m
2,LCP纖維的單位面積重量為28 g/m
2。
[纖維氈8]
將纖維氈2中的LCP纖維切成長度2 mm,除此以外,與纖維氈2同樣地獲得纖維氈8。纖維氈中的碳纖維及LCP纖維的平均纖維長度分別為6 mm及2 mm,碳纖維的單位面積重量為72 g/m
2,LCP纖維的單位面積重量為28 g/m
2。
[纖維氈9]
將纖維氈2中的LCP纖維切成長度30 mm,除此以外,與纖維氈2同樣地獲得纖維氈9。纖維氈中的碳纖維及LCP纖維的平均纖維長度分別為6 mm及30 mm,碳纖維的單位面積重量為72 g/m
2,LCP纖維的單位面積重量為28 g/m
2。
[纖維氈10]
將纖維氈1中的PET纖維1設為聚芳醯胺纖維,除此以外,與纖維氈1同樣地獲得纖維氈10。纖維氈中的碳纖維及聚芳醯胺纖維的平均纖維長度分別為6 mm及13 mm,碳纖維的單位面積重量為72 g/m
2,聚芳醯胺纖維的單位面積重量為28 g/m
2。
[纖維氈11]
於纖維氈2中,將短切LCP纖維設為殘留有一部分最初粗細的纖維束的狀態,除此以外,與纖維氈2同樣地獲得纖維氈11。纖維氈中的碳纖維及LCP纖維的平均纖維長度分別為6 mm及13 mm,碳纖維的單位面積重量為72 g/m
2,LCP纖維的單位面積重量為28 g/m
2。
[纖維氈12]
於纖維氈2中,變更投入至分散槽中的短切碳纖維及短切LCP纖維的比例,除此以外,與纖維氈2同樣地獲得纖維氈12。纖維氈中的碳纖維及LCP纖維的平均纖維長度分別為6 mm及13 mm,碳纖維的單位面積重量為39 g/m
2,LCP纖維的單位面積重量為61 g/m
2。
[纖維氈13]
將碳纖維切成長度6 mm,獲得短切碳纖維。製作包含水及界面活性劑(那卡萊科技(nacalai tesque)(股)製造,聚氧乙烯月桂基醚(商品名))的濃度0.1質量%的分散液,使用分散液及短切碳纖維製造纖維氈。纖維氈的製造裝置包括直徑1000 mm的圓筒形狀的容器,該容器於作為分散槽的容器下部具有開口旋塞。於分散槽的上面的開口部附帶有攪拌機,能夠自開口部投入短切碳纖維及分散液。將抄紙基材於200℃的乾燥爐中乾燥30分鐘,而獲得網。將所述網重疊而獲得纖維氈13。另外,纖維氈中的碳纖維的平均纖維長度為6 mm,單位面積重量為90 g/m
2。
[纖維氈14]
與纖維氈13同樣地獲得單位面積重量為110 g/m
2的纖維氈14。
(實施例1)
製作將纖維氈1與樹脂片1按照[樹脂片1/纖維氈1/樹脂片1/纖維氈1/樹脂片1/纖維氈1/樹脂片1/纖維氈1/樹脂片1/纖維氈1/樹脂片1]的順序配置而成的積層物。繼而,藉由經過以下的步驟(A)~步驟(C)而獲得片狀基材。
(A)將積層體配置於預熱至180℃的壓製成形用模具模槽內並關閉模具。
(B)於賦予3 MPa的壓力並保持5分鐘後,於保持壓力的狀態下將模槽溫度冷卻至50℃。
(C)打開模具,取出片狀基材。
然後,藉由經過以下的步驟(D)~步驟(F)而獲得多孔質體。將所獲得的多孔質體的特性示於表1中。與比較例1相比,衝擊強度變高。
(D)將片狀基材配置於預熱至180℃的與(A)相同的壓製成形用模具模槽內,於緊固模具並保持5分鐘後,開放模具,於其末端插入金屬間隔物,調整為成形體的厚度成為4.0 mm。
(E)再次緊固模具模槽,於保持壓力的狀態下將模槽溫度冷卻至50℃。
(F)打開模具,取出成形體。
(實施例2)
將纖維氈1設為纖維氈2,除此以外,藉由經過與實施例1相同的步驟而獲得多孔質體。將所獲得的多孔質體的特性示於表1中。與實施例1相比,使用拉伸強度更大的有機纖維(B),衝擊強度變得特別高。
(實施例3)
將纖維氈1設為纖維氈2,將樹脂片1設為樹脂片3,將步驟(A)中的預熱溫度設為350℃,將步驟(B)中的壓力設為10 MPa,且將保持時間設為10分鐘,除此以外,藉由經過與實施例1相同的步驟而獲得多孔質體。將所獲得的多孔質體的特性示於表1中。與實施例2相比,於使用熔點更高的樹脂的情況下,亦與實施例2同樣地,衝擊強度變得特別高。
(實施例4)
將實施例1中的樹脂片1設為樹脂片4,藉由經過以下的步驟(A)~步驟(C)而獲得片狀基材。
(A)將積層體配置於預熱至60℃的壓製成形用模具模槽內並關閉模具。
(B)賦予5 MPa的壓力並保持90分鐘。
(C)打開模具,取出片狀基材。
然後,藉由經過以下的步驟(D)~步驟(F)而獲得多孔質體。將所獲得的多孔質體的特性示於表1中。即便於自實施例2變更樹脂而使用熱硬化性樹脂的情況下,亦與實施例2同樣地,衝擊強度變得特別高。
(D)將片狀基材配置於預熱至60℃的壓製成形用模具模槽內,於賦予5 MPa的壓力並保持5分鐘後,開放模具,於其末端插入金屬間隔物,調整為多孔質體的厚度成為4.0 mm。
(E)再次緊固模具模槽,於保持壓力的狀態下將模具升溫至150℃,進行90分鐘硬化。
(F)打開模具,取出多孔質體。
(實施例5)
將纖維氈1設為纖維氈11,除此以外,藉由經過與實施例1相同的步驟而獲得多孔質體。將所獲得的多孔質體的特性示於表1中。與比較例1相比,衝擊強度變高。若對實施例2與實施例5進行比較,則實施例2中與有機纖維(B)交叉的碳纖維(A)的數量的變異係數變得更小,衝擊強度變得特別高。
(實施例6)
將纖維氈1設為纖維氈2,將纖維氈2與樹脂片1按照[樹脂片1/樹脂片1/樹脂片1/樹脂片1/樹脂片1/樹脂片1/樹脂片1/樹脂片1/纖維氈2/樹脂片1/樹脂片1/樹脂片1/樹脂片1/樹脂片1/樹脂片1/樹脂片1/樹脂片1]的順序配置,除此以外,藉由經過與實施例1相同的步驟而獲得多孔質體。將所獲得的多孔質體的結構示於表1中。其中,實施例6中,樹脂(C)的含有率大,多孔質體未品質良好地膨脹至4 mm厚度,因此未對多孔質體的各特性進行評價。
(實施例7)
將纖維氈1設為纖維氈2,將纖維氈2與樹脂片1按照[樹脂片1/纖維氈2(65張)/樹脂片1]的順序配置,除此以外,藉由經過與實施例1相同的步驟而獲得多孔質體。將所獲得的多孔質體的特性示於表1中。若對實施例2及實施例7進行比較,則與實施例2相比,樹脂(C)的含有率變得更大,衝擊強度及彎曲彈性係數變得特別高。
(實施例8)
將纖維氈1設為纖維氈6,除此以外,藉由經過與實施例1相同的步驟而獲得多孔質體。將所獲得的多孔質體的特性示於表1中。與比較例1相比,衝擊強度變高。若對實施例2與實施例8進行比較,則實施例2中碳纖維(A)的平均纖維長度變得更大,衝擊強度與彎曲彈性係數變得特別高。
(實施例9)
將纖維氈1設為纖維氈7,除此以外,藉由經過與實施例1相同的步驟而獲得多孔質體。將所獲得的多孔質體的特性示於表1中。與比較例1相比,衝擊強度變高。若對實施例2與實施例9進行比較,則實施例2中碳纖維(A)的平均纖維長度變得更小,衝擊強度與彎曲彈性係數變得特別高。
(實施例10)
將纖維氈1設為纖維氈8,除此以外,藉由經過與實施例1相同的步驟而獲得多孔質體。將所獲得的多孔質體的特性示於表2中。與比較例1相比,衝擊強度變高。若對實施例2與實施例10進行比較,則實施例2中有機纖維(B)的平均纖維長度變得更大,衝擊強度變得特別高。
(實施例11)
將纖維氈1設為纖維氈9,除此以外,藉由經過與實施例1相同的步驟而獲得多孔質體。將所獲得的多孔質體的特性示於表2中。與比較例1相比,衝擊強度變高。若對實施例2與實施例11進行比較,則實施例2中有機纖維(B)的平均纖維長度變得更小,衝擊強度變得特別高。
(實施例12)
將纖維氈1設為纖維氈10,除此以外,藉由經過與實施例1相同的步驟而獲得多孔質體。將所獲得的多孔質體的特性示於表2中。與比較例1相比,衝擊強度變高。若對實施例2與實施例12進行比較,則實施例2中藉由使用直徑更大的有機纖維(B),衝擊強度變得特別高。
(實施例13)
將纖維氈1設為纖維氈3,除此以外,藉由經過與實施例1相同的步驟而獲得多孔質體。將所獲得的多孔質體的特性示於表2中。與比較例2相比,衝擊強度變高。若對實施例1與實施例13進行比較,則實施例1中藉由使用直徑與拉伸強度更大的有機纖維(B),衝擊強度變得特別高。
(實施例14)
將纖維氈1設為纖維氈4,除此以外,藉由經過與實施例1相同的步驟而獲得多孔質體。將所獲得的多孔質體的特性示於表2中。與比較例2相比,衝擊強度變高。若對實施例1與實施例14進行比較,則實施例1中藉由使用直徑與拉伸強度更大的有機纖維(B),衝擊強度變得特別高。
(實施例15)
將纖維氈1設為纖維氈5,除此以外,藉由經過與實施例1相同的步驟而獲得多孔質體。將所獲得的多孔質體的特性示於表2中。若對實施例14與實施例15進行比較,則實施例15中藉由使用直徑更大的有機纖維(B),衝擊強度變得特別高。
(比較例1)
製作將纖維氈13與樹脂片2按照[樹脂片2/纖維氈3/樹脂片2/纖維氈3/樹脂片2/纖維氈3/樹脂片2/纖維氈3/樹脂片2]的順序配置而成的積層物。繼而,藉由經過以下的步驟(A)~步驟(C)而獲得片狀基材。
(A)將積層體配置於預熱至180℃的壓製成形用模具模槽內並關閉模具。
(B)於賦予3 MPa的壓力並保持5分鐘後,於保持壓力的狀態下將模槽溫度冷卻至50℃。
(C)打開模具,取出片狀基材。
然後,藉由經過以下的步驟(D)~步驟(F)而獲得多孔質結構構件。將所獲得的多孔質體的特性示於表2中。
(D)將片狀基材配置於預熱至180℃的與(A)相同的壓製成形用模具模槽內,於緊固模具並保持5分鐘後,開放模具,於其末端插入金屬間隔物,調整為成形體的厚度成為4.0 mm。
(E)再次緊固模具模槽,於保持壓力的狀態下將模槽溫度冷卻至50℃。
(F)打開模具,取出成形體。
(比較例2)
將纖維氈1設為纖維氈14,除此以外,藉由經過與實施例1相同的步驟而獲得多孔質體。將所獲得的多孔質體的特性示於表2中。
(比較例3)
將纖維氈1設為纖維氈12,除此以外,藉由經過與實施例1相同的步驟而獲得多孔質體。將所獲得的多孔質體的結構示於表2中。其中,比較例3中,多孔質體未品質良好地膨脹至4 mm厚度,因此未對多孔質體的各特性進行評價。
[表1]
[表1]
單位 | 實施例1 | 實施例2 | 實施例3 | 實施例4 | 實施例5 | 實施例6 | 實施例7 | 實施例8 | 實施例9 | ||
多孔質體的結構 | 碳纖維(A) | - | CF | CF | CF | CF | CF | CF | CF | CF | CF |
有機纖維(B) | - | PET1 | LCP | LCP | LCP | LCP | LCP | LCP | LCP | LCP | |
樹脂(C) | - | PP | PP | PEKK | EP | PP | PP | PP | PP | PP | |
強化纖維中的碳纖維(A)的含有率 | 重量% | 72 | 72 | 72 | 72 | 72 | 72 | 72 | 72 | 72 | |
強化纖維中的有機纖維(B)的含有率 | 重量% | 28 | 28 | 28 | 28 | 28 | 28 | 28 | 28 | 28 | |
樹脂(C)的含有率 | 重量% | 64 | 64 | 72 | 79 | 64 | 96 | 4 | 64 | 64 | |
空隙的含有率 | 體積% | 66.7 | 66.7 | 66.7 | 66.7 | 66.7 | 16.7 | 66.7 | 66.7 | 66.7 | |
碳纖維(A) | 平均纖維長度 | mm | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 0.5 | 20 |
有機纖維(B) | 平均纖維長度 | mm | 13 | 13 | 13 | 13 | 13 | 13 | 13 | 13 | 13 |
直徑 | μm | 23 | 23 | 23 | 23 | 23 | 23 | 23 | 23 | 23 | |
拉伸強度 | GPa | 1.1 | 3.3 | 3.3 | 3.3 | 3.3 | 3.3 | 3.3 | 3.3 | 3.3 | |
拉伸斷裂伸長率 | % | 14 | 2.8 | 2.8 | 2.8 | 2.8 | 2.8 | 2.8 | 2.8 | 2.8 | |
多孔質體的特性 | 與有機纖維(B)交叉的碳纖維(A)數量的變異係數 | % | 8 | 9 | 9 | 9 | 66 | - 注 1 ) | 9 | 12 | 11 |
平均二維配向角 | 度 | 44 | 43 | 43 | 44 | 36 | 40 | 43 | 44 | 39 | |
密度ρ | g/cm 3 | 0.36 | 0.36 | 0.45 | 0.6 | 0.36 | - 注 1 ) | 0.54 | 0.36 | 0.36 | |
夏比衝擊強度 | kJ/m 2 | 15 | 35 | 38 | 36 | 11 | - 注 1 ) | 0.1 | 20 | 30 | |
彎曲彈性係數 | GPa | 4.6 | 4.4 | 7.4 | 5.4 | 3.6 | - 注 1 ) | 0.1 | 2.5 | 3.8 | |
注 1 )無法評價。 |
[表2]
[表2]
單位 | 實施例10 | 實施例11 | 實施例12 | 實施例13 | 實施例14 | 實施例15 | 比較例1 | 比較例2 | 比較例3 | ||
多孔質體的結構 | 碳纖維(A) | - | CF | CF | CF | CF | CF | CF | CF | CF | CF |
有機纖維(B) | - | LCP | LCP | 聚芳醯胺 | PET2 | PET3 | PET4 | - 注 1 ) | - 注 1 ) | LCP | |
樹脂(C) | - | PP | PP | PP | PP | PP | PP | PP | PP | PP | |
強化纖維中的碳纖維(A)的含有率 | 重量% | 72 | 72 | 72 | 72 | 72 | 72 | 100 | 100 | 39 | |
強化纖維中的有機纖維(B)的含有率 | 重量% | 28 | 28 | 28 | 28 | 28 | 28 | 0 | 0 | 61 | |
樹脂(C)的含有率 | 重量% | 64 | 64 | 64 | 64 | 64 | 64 | 75 | 65 | 64 | |
空隙的含有率 | 體積% | 66.7 | 66.7 | 66.7 | 66.7 | 66.7 | 66.7 | 66.7 | 66.7 | 61.3 | |
碳纖維(A) | 平均纖維長度 | mm | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 |
有機纖維(B) | 平均纖維長度 | mm | 2 | 30 | 13 | 13 | 13 | 13 | - 注 2 ) | - 注 2 ) | 13 |
直徑 | μm | 23 | 23 | 12 | 7 | 10 | 18 | - 注 2 ) | - 注 2 ) | 23 | |
拉伸強度 | GPa | 3.3 | 3.3 | 2.9 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | - 注 2 ) | - 注 2 ) | 3.3 | |
拉伸斷裂伸長率 | % | 2.8 | 2.8 | 3.6 | 46 | 42 | 36.5 | - 注 2 ) | - 注 2 ) | 2.8 | |
多孔質體的特性 | 與有機纖維(B)交叉的碳纖維(A)數的變異係數 | % | 10 | 20 | 10 | 7 | 8 | 10 | 8 | 8 | - 注 3 ) |
平均二維配向角 | 度 | 46 | 40 | 45 | 46 | 44 | 43 | 46 | 46 | - 注 3 ) | |
密度ρ | g/cm 3 | 0.36 | 0.36 | 0.36 | 0.36 | 0.36 | 0.36 | 0.35 | 0.37 | - 注 3 ) | |
夏比衝擊強度 | kJ/m 2 | 13 | 22 | 19 | 9 | 9 | 11 | 9 | 7 | - 注 3 ) | |
彎曲彈性係數 | GPa | 4.5 | 4.5 | 4.4 | 1.9 | 1.9 | 1.9 | 2.4 | 1.9 | - 注 3 ) | |
注 2 )不包含有機纖維(B)。 注 3 )無法評價。 |
1:多孔質體
2:碳纖維(A)
3:有機纖維(B)
4:樹脂(C)
5:空隙
圖1是表示本發明的多孔質體的剖面結構的示意圖。
1:多孔質體
2:碳纖維(A)
3:有機纖維(B)
4:樹脂(C)
5:空隙
Claims (18)
- 一種多孔質體,空隙率為10體積%~95體積%,包含超過50重量%且為99重量%以下的碳纖維(A)、以及1重量%以上且小於50重量%的拉伸斷裂伸長率為2.5%~100%的有機纖維(B)作為強化纖維,並藉由樹脂(C)將所述強化纖維固定而成。
- 如請求項1所述的多孔質體,其中,所述有機纖維(B)與所述碳纖維(A)均勻地分散。
- 如請求項1所述的多孔質體,其中,所述強化纖維的交點利用所述樹脂(C)結合,並且形成有多孔質體的空隙作為既不存在所述強化纖維亦不存在所述樹脂(C)的部分。
- 如請求項3所述的多孔質體,其中,所述交點藉由所述碳纖維(A)的單纖維與其他纖維交叉而形成。
- 如請求項3所述的多孔質體,其中,所述交點藉由所述有機纖維(B)的單纖維與其他纖維交叉而形成。
- 如請求項3所述的多孔質體,其中,由構成所述交點的強化纖維彼此形成的平均二維配向角為10度~80度。
- 如請求項1所述的多孔質體,其中,相對於所述碳纖維(A)與有機纖維(B)的合計5重量份~90重量份,包含10重量份~95重量份的所述樹脂(C)。
- 如請求項1所述的多孔質體,密度為0.02 g/cm 3~0.9 g/cm 3。
- 如請求項1所述的多孔質體,其中,所述碳纖維(A)的平均纖維長度為1 mm~15 mm。
- 如請求項1所述的多孔質體,其中,所述有機纖維(B)的平均纖維長度為4 mm~20 mm。
- 如請求項1所述的多孔質體,其中,所述有機纖維(B)選自聚酯系樹脂、聚芳基醚酮系樹脂及聚伸芳基硫醚系樹脂中。
- 如請求項1所述的多孔質體,其中,所述有機纖維(B)的直徑為15 μm~50 μm。
- 如請求項1所述的多孔質體,其中,所述有機纖維(B)的拉伸強度為1 GPa~6 GPa。
- 如請求項1所述的多孔質體,其中,所述有機纖維(B)的拉伸斷裂伸長率為2.5%~30%。
- 如請求項1所述的多孔質體,其中,所述樹脂(C)為選自聚烯烴系樹脂、聚醯胺系樹脂及聚伸芳基硫醚系樹脂中的熱塑性樹脂、及/或選自環氧樹脂、酚樹脂及丙烯酸樹脂中的熱硬化性樹脂。
- 如請求項1所述的多孔質體,其中,所述多孔質體的夏比衝擊強度為10 kJ/m 2~100 kJ/m 2。
- 一種複合結構體,是於如請求項1所述的多孔質體的表面配置有包含連續的強化纖維的纖維強化樹脂而成。
- 如請求項1所述的多孔質體,用於選自體育用品、電子設備框體及建築構件中的用途。
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