TWI547364B - Carbon fiber reinforced composite material and its manufacturing method - Google Patents

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TWI547364B TW101138324A TW101138324A TWI547364B TW I547364 B TWI547364 B TW I547364B TW 101138324 A TW101138324 A TW 101138324A TW 101138324 A TW101138324 A TW 101138324A TW I547364 B TWI547364 B TW I547364B
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Description

碳纖維強化複合材料及其製造方法
本發明係關於一種再加工性或再利用性優異且表面平滑性良好之碳纖維強化複合材料及其製造方法。
近年來發展之移動式電子機器亦被設想於野外使用。因此，殼體材料必需輕量、薄壁且高剛性。例如，專利文獻1中提出有一種輕量、薄壁、高剛性之碳纖維強化複合材料，其係由積層2片碳纖維預浸體，並於其間積層有熱硬化性連續氣泡發泡體作為芯材之夾層結構體所形成。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2011-093175號公報
然而，專利文獻1中提出之碳纖維強化複合材料係使用熱硬化性樹脂作為芯材，因此進行加熱無法使其變形，再加工性或再利用性、進行後加工而成形為特定形狀等較為困難。因此，本發明者等人研究使用熱塑性樹脂代替熱硬化性樹脂。然而，於專利文獻1之技術中，於使用熱塑性樹脂代替熱硬化性樹脂之情形時，會於伴隨樹脂之熔融、硬化過程之一次製造步驟及再加工步驟中確認到表面平滑性變差。因此，本發明之目的在於提供一種確保輕量、薄壁且高剛性，並且再加工性或再利用性優異且表面平滑性 良好之碳纖維強化複合材料。
本發明者等人發現，使用熱塑性樹脂代替熱硬化性樹脂之情形時表面平滑性惡化之原因在於樹脂之熔融過程中殘存於碳纖維強化複合材料內部之空隙，從而完成本發明。
本發明係一種碳纖維強化複合材料，其特徵在於：其係含有至少2片碳纖維織物及熱塑性樹脂者，且上述至少2片碳纖維織物分別包含碳纖維束經解開之開纖絲，且上述熱塑性樹脂以固化之狀態含浸於上述至少2片碳纖維織物內，藉此上述碳纖維強化複合材料作為整體而一體化。
此處，亦可於本發明之碳纖維強化複合材料之至少一面上存在熱塑性樹脂層。
又，本發明之碳纖維強化複合材料中所含之所有熱塑性樹脂可為同一種。
又，本發明之碳纖維強化複合材料之最大高度(Rmax)可為12.0 μm以下，十點平均粗糙度(Rz)可為6.0 μm以下。
又，本發明之碳纖維強化複合材料之彎曲彈性模數可為25 GPa以上，彎曲強度可為170 MPa以上。
又，本發明之碳纖維強化複合材料之厚度可為0.5 mm以下。
又，於本發明之碳纖維強化複合材料中，固化狀態之熱塑性樹脂可為非發泡狀態。
進而，本發明係一種碳纖維強化複合材料之製造方法，其特徵在於包括如下步驟：對於含有至少2片包含碳纖維束經解開之開纖絲之碳纖維織物且於上述至少2片碳纖維織物間夾持有發泡體狀熱塑性樹脂之積層體，於將上述發泡體狀之上述熱塑性樹脂熔融且使經熔融之上述熱塑性樹脂含浸於上述至少2片碳纖維織物間之條件下進行熱壓；以及使含浸於上述2片碳纖維織物間之處於熔融狀態之上述熱塑性樹脂固化。
又，於本發明之碳纖維強化複合材料之製造方法中，發泡體狀熱塑性樹脂可為獨立氣泡發泡體。
又，於本發明之碳纖維強化複合材料之製造方法中，亦可於碳纖維織物之至少單面配置熱塑性樹脂膜。
此處，所謂「配置」，係不僅包含於碳纖維織物上接合(包括暫時固定及點熔接)熱塑性樹脂膜之態樣，亦包含未接合之態樣(如下述之實施例4般僅處於接觸狀態之態樣)之概念。
又，於本發明之碳纖維強化複合材料之製造方法中，積層體亦可為包含自單面依序為熱塑性樹脂膜、碳纖維織物、發泡體狀熱塑性樹脂、碳纖維織物、熱塑性樹脂膜之至少5層者。
又，於本發明之碳纖維強化複合材料之製造方法中，積層體亦可為由自單面依序為熱塑性樹脂膜、碳纖維織物、熱塑性樹脂膜、發泡體狀熱塑性樹脂、熱塑性樹脂膜、碳 纖維織物、熱塑性樹脂膜之7層所構成者。
又，於本發明之碳纖維強化複合材料之製造方法中，發泡體狀熱塑性樹脂及熱塑性樹脂膜可為同一種熱塑性樹脂。
此處，進行熱壓之步驟與使經熔融之熱塑性樹脂固化之步驟可為不同之步驟，亦可為連續之步驟，進而，亦可為一面施加壓力一面使樹脂固化等部分或全部同時進行者。
又，所謂同一種，不僅包含構成聚合物之單體完全相同之態樣，亦包含構成聚合物之單體骨架類似之態樣{例如單體之側鏈或構成單體之元素(具體而言為碳)之個數等不同之態樣}。
又，所謂實質上為非發泡狀態，係指以目測觀察未確認到發泡之狀態。
根據本發明，可發揮如下效果：可提供一種確保輕量、薄壁且高剛性，並且再加工性或再利用性優異且表面平滑性良好之碳纖維強化複合材料。
以下，使用圖1~4對本發明之碳纖維強化複合材料之一形態進行詳細說明。又，本發明之技術範圍並不受該形態任何限定。
《本形態之碳纖維強化複合材料》
如圖1至4所示，本形態之面狀之碳纖維強化複合材料100包含：含浸有熱塑性樹脂之2片碳纖維織物(開纖絲織 物)111及112；夾持於該2片開纖絲織物111與112之間之第一熱塑性樹脂層(中間熱塑性樹脂層)145；及設置於該2片開纖絲織物111及112各自之與第一熱塑性樹脂層145接觸之面的相反面(相當於碳纖維強化複合材料100之外表面)上之第二熱塑性樹脂層(表層熱塑性樹脂層)151及152。而且，碳纖維強化複合材料100具有藉由熱塑性樹脂而使第一熱塑性樹脂層、第二熱塑性樹脂層及碳纖維織物一體化之結構。又，關於該碳纖維強化複合材料100之結構及物性等，後面將進行闡述。以下，依序說明本形態之碳纖維強化複合材料100之製造方法、藉由該製造方法獲得之碳纖維強化複合材料(結構、性質)、本形態之碳纖維強化複合材料之使用方法(用途)。
《本形態之碳纖維強化複合材料之製造方法》
本形態之碳纖維強化複合材料100之製造方法包括如下製程：藉由對於於包含開纖絲(使織眼解開之碳纖維束)之開纖絲織物110(111及112)之上表面及底面配置有膜狀熱塑性樹脂(熱塑性樹脂膜)120(121及122)之碳纖維片材130(131及132)間夾持有發泡體狀之上述熱塑性樹脂(熱塑性樹脂發泡體)140之積層體101進行熱壓，將上述發泡體狀之上述熱塑性樹脂140及上述膜狀之熱塑性樹脂120熔融且使經熔融之該等熱塑性樹脂含浸於上述開纖絲織物110中，其後將含浸於開纖絲織物間之處於熔融狀態之上述熱塑性樹脂冷卻、固化。以下，詳細說明該製造方法之製造原料及製造製程。
<製造原料> [開纖絲織物] {結構} (開織)
本形態之開纖絲織物係藉由將開纖絲進行平織而形成。藉由使用開纖絲作為織布纖維，可使纖維厚度變薄，單位面積重量亦減少。藉由使用開纖絲織物，可於熱壓製程中，使空隙容易自打開之織眼消泡。其結果為，殘存於碳纖維強化複合材料100內部之空隙量減少。因此，可防止因進行再加工加熱時碳纖維強化複合材料100內之空隙到達表層而導致表面平滑性之惡化(厚度不足、泡孔不均)。又，本發明之開纖絲織物可利用日本專利特開2000-096387號、日本專利特開2000-110048號、日本專利特開2001-164441號等中所揭示者。
(厚度)
若開纖絲織物過厚，則無法進行空隙自開纖絲織物中之消泡，殘存於碳纖維強化複合材料100內部之空隙量增多。然而，若開纖絲織物過薄，則無法發揮碳纖維強化複合材料所必需之高剛性。因此，作為開纖絲織物之厚度，較佳為0.05~0.20 mm，更佳為0.08~0.10 mm。
{物性、性質} (單位面積重量)
藉由使用開纖絲織物，可使形成於碳纖維強化複合材料100內部之空隙易得以消泡，但若開纖絲織物之單位面積 重量過小，則難以發揮高剛性。若開纖絲織物之單位面積重量過大，則雖可打開織眼但變得蓬鬆，因此難以進行空隙之消泡。因此，開纖絲織物之單位面積重量較佳為70~400 g/m2，更佳為30~160 g/m2，特佳為40~90 g/m2。
{原材料}
本形態之開纖絲織物係藉由將開纖絲進行平織而形成。此處，對作為本形態之開纖絲織物之材質的開纖絲進行詳細說明。
[開纖絲] 「結構」
開纖絲係指以單絲纖維大致保持直線狀且保持平行狀態之方式平坦地配置1根或數根紗線(複絲纖維絲線)者。結果為單絲纖維微黏著，碳纖維束之織眼容易打開之纖維絲。
．厚度
若開纖絲較厚，則開纖絲織物自身亦變厚，於所形成之碳纖維強化複合材料中無法達成薄壁性。因此，開纖絲之厚度較佳為1 μm~60 μm。
．寬度
開纖絲之寬度較佳為1 mm~60 mm。藉由設為此種開纖絲寬度，可使開纖絲之縱橫比成為較佳之形態。
．縱橫比
於本形態之碳纖維強化複合材料所使用之開纖絲中，開纖絲寬度與開纖絲厚度之比(絲寬度/絲厚度)即縱橫比較佳為30以上。藉由設為此種縱橫比，捲曲角度變小，可獲得 優異之表面平滑性。
「材質」
作為開纖絲之材質，並無特別限定，可為PAN(Polyacrylo Nitrile，聚丙烯腈)系、瀝青(Pitch)系之任一者，較佳為廣泛使用之PAN系。
[熱塑性樹脂膜] {結構}
較佳為於進行熱壓製程前預先於開纖絲織物110之上表面及底面配置熱塑性樹脂膜。藉由於開纖絲織物之底面配置熱塑性樹脂膜，可彌補碳纖維強化複合材料之樹脂不足，提高作業性或量產性。藉由於開纖絲織物之上表面配置熱塑性樹脂膜，不僅含浸熱塑性樹脂膜，而且於碳纖維強化複合材料之表面尤其於設計面上積層熱塑性樹脂層而形成皮膜，因此可提高複合材料之表面平滑性。又，較佳為預先將該熱塑性樹脂膜暫時固定於開纖絲織物之上表面及底面。又，於本實施例中使用將熱塑性樹脂膜配置於開纖絲織物之上表面之材料，但即便不使用該熱塑性樹脂膜，亦可於碳纖維強化複合材料之表面形成熱塑性樹脂層。例如，於熱壓製程中使熱塑性樹脂發泡體熔融，使經熔融之熱塑性樹脂充分地含浸於開纖絲織物中並加以固化，藉此可於碳纖維強化複合材料之表面形成熱塑性樹脂層。
(厚度)
熱塑性樹脂膜之厚度並無特別限制，但必需獲得所需之 複合材料厚壁部，並且減少成形時之毛邊、厚度不均等不良。因此，熱塑性樹脂膜之厚度較佳為10~500 μm，更佳為15~400 μm，特佳為20~300 μm。
若熱塑性樹脂膜較薄，則無法充分地進行向開纖絲織物之含浸。又，其原因在於，於熱塑性樹脂膜較厚之情形時，為獲得較厚之複合材料而必需使開纖絲織物之單位面積重量增大，開纖絲織物變得蓬鬆，因此必需增加膜之樹脂量。由於複合材料之平面面積預先決定，故而為增加樹脂量而只能使厚度變厚。
{物性、性質} (感熱收縮率)
熱塑性樹脂膜較佳為熱壓成形時不會熱收縮者，較佳為不會因熱收縮使開纖絲織物產生位置偏移而增多皺褶等。熱塑性樹脂膜於熱壓成形時熔融含浸而形成基質，而不會加熱壓縮而產生位置偏移。
{材質}
熱塑性樹脂膜只要為熱塑性則無特別限定，例如可使用聚烯烴系，例如聚乙烯、聚丙烯；聚醯胺系，例如尼龍；聚酯系，例如聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯；此外亦可使用聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚苯硫醚。此處，藉由使用與熱塑性樹脂發泡體為同一種之熱塑性樹脂，可提高熱壓製程中遍及表背中間層之樹脂之密接性，獲得高剛性。選定與所要求之物性吻合且與熱塑性樹脂發泡體相同之材質，並且作為熱塑性樹脂膜之材質，特佳為 聚乙烯、聚碳酸酯、聚醯胺。
[熱塑性樹脂發泡體] {結構} (氣泡)
藉由使用熱塑性樹脂發泡體，可發揮發泡體之彈簧(spring)效果，於熱壓製程中，熔融樹脂以擴展開纖絲織物之方式含浸，形成無空隙之均質之複合材料。於熱壓製程時，熱塑性樹脂發泡體一面進行熔融一面形成緩衝層，另一方面確保熱塑性樹脂向碳纖維之含浸。
又，熱塑性樹脂發泡體較佳為具有獨立氣泡之發泡體。藉由設為此種構成，可使空隙容易消泡。又，亦可使用連續氣泡結構物。發泡體可為化學發泡、物理發泡之任一製法者，亦可為於形成獨立氣泡後物理性地粉碎氣泡而連通之連續氣泡發泡體。
於複合材料之積層結構中，成形前作為中間層而被夾持之熱塑性樹脂發泡體於成形後形成中間層。形成中間層之熱塑性樹脂發泡體壓縮至上下之碳纖維片材接觸且相互纏繞之程度為止。其結果，形成熱塑性樹脂含浸於碳纖維片材中而成之碳纖維強化層。
(厚度)
若熱塑性樹脂發泡體過厚，則熱壓製程中之發泡體之壓縮變得困難，若過薄，則難以發揮發泡體之彈簧(spring)效果。因此，熱塑性樹脂發泡體之厚度較佳為1.5 mm~2.3 mm。
{物性、性質}
於熱塑性樹脂發泡體之厚度較厚之情形時，即便進行熱壓，2片開纖絲織物之間隔亦擴展得較遠，因此通常有彈性模數變高之傾向。另一方面，若採用厚度相對較薄之熱塑性樹脂發泡體，則2片開纖絲織物之間隔變窄，彈性模數降低。熱塑性樹脂發泡體之密度為15~80 kg/m3。若使用該密度範圍之發泡體，則可獲得對成形所需厚度之複合材料而言適度之彈簧(spring)效果，並且形成適度之含浸量，從而可獲得具有所需剛性之碳纖維強化複合材料。
(氣泡結構)
於熱壓製程中，熱塑性樹脂發泡體發揮彈簧(spring)效果。即，藉由熱塑性樹脂發泡體之彈簧(spring)效果，將開纖絲織物擠壓至壓製面。此時，設置於開纖絲織物之上表面及底面之熱塑性樹脂膜被擠壓至開纖絲織物中，因此經熔融之熱塑性樹脂膜容易含浸於開纖絲中。其結果，可獲得薄壁且高剛性，並且表面平滑性良好之碳纖維強化複合材料。適合發揮此種彈簧效果之熱塑性樹脂發泡體較佳為獨立氣泡結構體。可認為係藉由設為獨立氣泡結構，可於藉由熱壓進行熔融時對應於壓製壓力而產生氣體漏出，並且封入獨立氣泡內之空氣膨脹，同時氣泡破裂，認為可獲得彈簧(spring)效果者。
{材質}
熱塑性樹脂發泡體只要為熱塑性則無特別限定，例如可使用聚烯烴系，例如聚乙烯、聚丙烯；聚醯胺系，例如尼 龍；聚酯系，例如聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯；此外亦可使用聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚苯硫醚。此處，藉由使用與熱塑性樹脂膜為同一種之熱塑性樹脂，可提高熱壓製程中之樹脂彼此之密接性，獲得高剛性。選定與所要求之物性配合且與熱塑性樹脂膜相同之材質，並且熱塑性樹脂發泡體之材質特佳為聚乙烯、聚碳酸酯、聚醯胺。
<製造製程> [碳纖維片材形成製程]
於開纖絲織物110之上表面及底面積層熱塑性樹脂膜120(121及122)，進而藉由點熔接等進行熱塑性樹脂膜之暫時固定，形成碳纖維片材130(圖2)。
[積層體形成製程]
其次，將碳纖維片材130(131及132)積層於熱塑性樹脂獨立發泡體140之上表面及底面，形成積層體101(圖1)。
[熱壓製程]
藉由自積層面方向對積層體101進行熱壓，使積層於碳纖維片材之各熱塑性樹脂膜及/或熱塑性樹脂獨立發泡體全部或部分熔融，成為形成碳纖維強化複合材料之厚壁部之樹脂。此時，熱塑性樹脂獨立發泡體藉由熱壓而壓縮，從而發揮彈簧效果(圖3)。
雖然亦取決於成形品之大小、成形品之厚度等，但通常於加壓為0.25~0.75 MPa，氛圍溫度為環境溫度即15~35℃，時間為3~20分鐘之條件下進行。加熱係升溫至200~300℃ 為止。於本發明中，使0.2~0.5 mm之相對較薄之平板成形，壓製時無需使用間隔件確保特定之空間。
[冷卻製程]
將藉由熱壓製程而熔融之樹脂放置於常溫環境下，使其冷卻、硬化，形成碳纖維強化複合材料100。
《本形態之碳纖維強化複合材料之結構》
碳纖維強化複合材料100藉由熱塑性樹脂而一體化，於碳纖維強化複合材料之表層形成表層熱塑性樹脂層151及152。又，碳纖維強化複合材料100中之開纖絲織物111及112藉由熱塑性樹脂發泡體之彈簧效果而配置於厚壁內之外側(圖4)。於熱碳纖維強化複合材料100之中心部有時存在由熱壓過程中未熔融之熱塑性樹脂發泡體之殘渣或其他熱塑性樹脂而構成之中間熱塑性樹脂層145。又，表層熱塑性樹脂層亦可僅存在於單面(例如成為設計面之面)等而並非一定存在於碳纖維強化複合材料100之表層兩側。
<厚度>
藉由使碳纖維強化複合材料之壁厚變薄，於用於電子機器等之殼體中之情形時，可實現輕量化並且內容積增大，收納效率、內部設計之自由度提高。因此，碳纖維強化複合材料之厚度較佳為0.2~0.5 mm，更佳為0.25~0.40 mm，特佳為0.27~0.38 mm。
《本形態之碳纖維強化複合材料之物性、性質》
藉由組合開纖絲及熱塑性樹脂發泡體而使用，可產生協同效果，而獲得表面平滑性良好之碳纖維強化複合材料。 即，藉由配合熱塑性樹脂發泡體之彈簧效果，打開碳纖維束之孔，可迅速進行熔融樹脂向開纖絲織物之含浸，而使存在於內部之空隙通過開纖絲之孔迅速地消泡。因此，於厚壁內空隙減少，一次生產步驟或再加工步驟中之由空隙所致之表面凹凸減少，形成確保輕量、薄壁且高剛性並且表面平滑性亦良好之碳纖維強化複合材料。關於由該形態而獲得之碳纖維強化複合材料之表面粗糙度，最大高度(Rmax)為5.0~12.0 μm，十點平均粗糙度(Rz)為2.5~6.0 μm左右，彎曲彈性模數為25~65 GPa左右，彎曲強度為170~660 MPa左右。
《本形態之碳纖維強化複合材料之用途》
本發明係一種再加工性或再利用性優異，同時於複合材料內部空隙較少，確保輕量、薄壁且高剛性，並且亦具有良好之表面平滑性的碳纖維強化複合材料，可有效用作以移動式電子機器為代表之所有機器之殼體材料。
實施例
以下，作為本發明之具體例，對實施例進行說明。又，本發明之技術範圍並不受本實施例之任何限定。
《實施例1》
對24 K(長絲數24000)之PAN系碳纖維原絲(拉伸強度：5800 MPa，拉伸彈性模數：290 GPa)進行開纖處理，製成開纖絲。使用開纖織布專用之織布機(例如日本專利特開2003-253547號所揭示)對該開纖絲進行製織。獲得之開纖織布為平織、單位面積重量78 g/m2、厚度0.1 mm之開纖絲 織物。
又，熱塑性樹脂發泡體係使用厚度2.0 mm、密度52 kg/m3之聚醯胺(6尼龍)獨立氣泡發泡體。作為熱塑性樹脂膜，使用25 μm之Unitika公司製造之聚醯胺EMBLEM片材。
於開纖絲織物之兩面設置熱塑性樹脂膜，使碳纖維片材形成為中間材料。其後，對在熱塑性樹脂發泡體之上表面及底面積層有作為上述中間材料之碳纖維片材的積層體進行熱壓。因此，於位於中心之熱塑性樹脂發泡體之表背面存在熱塑性樹脂，進而具有2片碳纖維織物，於最外部對表背面具有熱塑性樹脂膜之合計包含7層之積層體進行熱壓。
對該積層體進行以壓力0.49 MPa、加壓時間10分鐘、氛圍23℃作為加壓條件，以溫度280℃、時間10分鐘作為加熱條件之熱壓製程。其次，進行開模，脫模後放置於常溫環境下使其冷卻硬化，形成厚度0.27 mm之碳纖維強化複合材料。測定該碳纖維強化複合材料之表面粗糙度，結果以最大高度(Rmax)計為6.9 μm，以十點平均高度(Rz)計為3.1 μm。
《實施例2》
使用作為厚度1.8 mm、密度55 kg/m3之聚乙烯獨立氣泡發泡體之ZOTEK、NB-50{Inoac(股)}作為熱塑性樹脂發泡體，使用厚度25 μm之Unitika公司製造之聚醯胺EMBLEM片材作為熱塑性樹脂膜，依據實施例1之製造方法，形成 厚度0.36 mm之碳纖維強化複合材料。
《實施例3》
使用作為厚度2.0 mm、密度52 kg/m3之聚醯胺(6尼龍)獨立氣泡發泡體之ZOTEK、NB-50{Inoac(股)}作為熱塑性樹脂發泡體，使用厚度30 μm之International Chemical公司製造之聚碳酸酯片材作為熱塑性樹脂膜，依據實施例1之製造方法，形成厚度0.28 mm之碳纖維強化複合材料。
《實施例4》
使用作為厚度1.8 mm、密度55 kg/m3之聚乙烯獨立氣泡發泡體之ZOTEK、NB-50{Inoac(股)}作為熱塑性樹脂發泡體，使用厚度30 μm之International Chemical公司製造之聚碳酸酯片材，形成厚度0.38 mm之碳纖維強化複合材料。其中，於熱壓成形時未將作為中間材料之碳纖維片材成形，而於壓製模具中依序積層熱塑性樹脂膜、碳纖維織物、熱塑性樹脂發泡體、碳纖維織物、熱塑性樹脂膜，形成5層後一次進行熱壓成形。測定獲得之複合材料之表面粗糙度，結果以Rmax計為10.4 μm，以Rz計為4.9 μm。
《評價試驗》
於實施例1~4中獲得之碳纖維強化複合材料中，比較彎曲彈性模數、彎曲強度。又，將不使用熱塑性樹脂發泡體，且僅積層1片未開纖之碳纖維織物，藉由基質樹脂而成形之碳纖維強化複合材料作為比較例。準備基質樹脂為聚醯胺、複合材料之厚度為0.32 mm之碳纖維強化複合材料作為比較例1，準備基質樹脂為聚碳酸酯、複合材料之 厚度為0.35 mm之碳纖維強化複合材料作為比較例2。再者，測定比較例1中獲得之複合材料之表面粗糙度，結果反映出未開纖之碳纖維織物之織眼，以Rmax計為41.6 μm，以Rz計為31.3 μm。
表1係實施例1~4及比較例1~2之結果。又，彎曲強度、彎曲彈性模數之測定方法係依據JIS規格之K7017(纖維強化塑膠-彎曲特性之求出方法)。表面粗糙度係依據JIS0601-1976，利用觸針式表面粗糙度測定器進行測量。
圖5係實施例1之碳纖維強化複合材料之剖面圖。圖6係比較例3之碳纖維強化複合材料之剖面圖。比較例3係使用通常之未開纖之碳纖維織物代替實施例1之開纖絲織物，此外與實施例1為相同構成。
此處，於同一圖中，大致白色部為碳纖維強化複合材料之剖面，存在於該碳纖維強化複合材料之剖面之大致黑點表示空隙。於比較例3之碳纖維強化複合材料中觀測到由空隙所致之缺陷，於實施例1之例碳纖維強化複合材料中未觀測到由空隙所致之缺陷。於成形薄物複合材料並且使用厚度較小之開纖絲織物而減小積層體各層之厚度時，可使熱塑性樹脂發泡體層中之氣體漏出變得迅速，於具有殼體等設計面之成形物之成形加工中非常有效。同樣地，於實施例2~4之任一複合材料中，均不產生空隙。由空隙所致之缺陷數明顯減少，成形品本身之不良率減半。
又，由於複合材料之表面存在熱塑性樹脂層，故而轉印有壓製模具之平滑面，以目視確認到不存在由開纖絲織物 所致之凹凸。
100‧‧‧碳纖維強化複合材料
101‧‧‧積層體
110~112‧‧‧開纖絲織物
121~122‧‧‧熱塑性樹脂膜
130~132‧‧‧碳纖維片材
140‧‧‧熱塑性樹脂發泡體
145‧‧‧中間熱塑性樹脂層
151~152‧‧‧表層熱塑性樹脂層
圖1係本形態之於碳纖維片材間夾持有熱塑性樹脂發泡體之積層體(熱壓前)之概念圖。
圖2係本形態之熱壓前之碳纖維片材之概念圖。
圖3係本形態之碳纖維強化複合材料製造中之熱壓製程之概念圖。
圖4係本形態之所形成之碳纖維強化複合材料之概念圖。
圖5係實施例1之碳纖維強化複合材料之剖面圖。
圖6係比較例3之碳纖維強化複合材料之剖面圖。
101‧‧‧積層體
131、132‧‧‧碳纖維片材
140‧‧‧熱塑性樹脂發泡體

Claims (15)

  1. 一種碳纖維強化複合材料，其特徵在於：其係含有至少2片碳纖維織物及熱塑性樹脂者，且上述至少2片碳纖維織物分別包含碳纖維束經解開之開纖絲，上述熱塑性樹脂以固化之狀態含浸於上述至少2片碳纖維織物內，藉此上述碳纖維強化複合材料作為整體而一體化，且最大高度(Rmax)為12.0μm以下，十點平均粗糙度(Rz)為6.0μm以下，彎曲彈性模數為25GPa以上，彎曲強度為170MPa以上，且厚度為0.5mm以下。
  2. 如請求項1之碳纖維強化複合材料，其中於上述碳纖維強化複合材料之至少一面上存在熱塑性樹脂層。
  3. 如請求項1或2之碳纖維強化複合材料，其中上述碳纖維強化複合材料中所含之所有熱塑性樹脂為同一種。
  4. 如請求項1或2之碳纖維強化複合材料，其中固化狀態之上述熱塑性樹脂實質上為非發泡狀態。
  5. 一種碳纖維強化複合材料之製造方法，其特徵在於包括如下步驟：對於含有至少2片包含碳纖維束經解開之開纖絲之碳纖維織物且於上述至少2片碳纖維織物間夾持有發泡體狀熱塑性樹脂之積層體，於將上述發泡體狀之上述熱塑性樹脂熔融且使經熔融之上述熱塑性樹脂含浸於上述至少2片碳纖維織物間之條件下進行熱壓；以及 使含浸於上述2片碳纖維織物間之處於熔融狀態之上述熱塑性樹脂固化。
  6. 如請求項5之方法，其中上述發泡體狀熱塑性樹脂為獨立氣泡發泡體。
  7. 如請求項5或6之方法，其中於上述碳纖維織物之至少單面配置有熱塑性樹脂膜。
  8. 如請求項5或6之方法，其中上述積層體包含自單面依序為熱塑性樹脂膜、碳纖維織物、發泡體狀熱塑性樹脂、碳纖維織物、熱塑性樹脂膜之至少5層。
  9. 如請求項5或6之方法，其中上述積層體係由自單面依序為熱塑性樹脂膜、碳纖維織物、熱塑性樹脂膜、發泡體狀熱塑性樹脂、熱塑性樹脂膜、碳纖維織物、熱塑性樹脂膜之7層所構成。
  10. 如請求項7之方法，其中發泡體狀熱塑性樹脂及熱塑性樹脂膜為同一種熱塑性樹脂。
  11. 如請求項5或6之方法，其中上述碳纖維強化複合材料係含有至少2片碳纖維織物及熱塑性樹脂者，且上述至少2片碳纖維織物分別包含碳纖維束經解開之開纖絲，且上述熱塑性樹脂以固化之狀態含浸於上述至少2片碳纖維織物內，藉此上述碳纖維強化複合材料作為整體而一體化。
  12. 如請求項11之方法，其中於上述碳纖維強化複合材料之至少一面上存在熱塑性樹脂層。
  13. 如請求項11之方法，其中上述碳纖維強化複合材料中所含之所有熱塑性樹脂為同一種。
  14. 如請求項11之方法，其中最大高度(Rmax)為12.0μm以下，十點平均粗糙度(Rz)為6.0μm以下，彎曲彈性模數為25GPa以上，彎曲強度為170MPa以上，且厚度為0.5mm以下。
  15. 如請求項11之方法，其中固化狀態之上述熱塑性樹脂實質上為非發泡狀態。
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