Мат с произвольной ориентацией волокон и формованный продукт из армированного волокном композитного материала

Мат с произвольной ориентацией волокон и формованный продукт из армированного волокном композитного материала

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к мату с произвольной ориентацией волокон, используемому в качестве промежуточного материала для формованного продукта из армированного волокном композитного материала, содержащего термопластичную смолу в качестве матрицы, и к формованному продукту из армированного волокном композитного материала, полученному из него.

Предпосылки создания изобретения

В качестве армированного волокном композитного материала, в котором углеродное волокно, арамидное волокно, стеклянное волокно или подобное используется как армирующее волокно, используется изотропный мат с произвольной ориентацией волокон благодаря формуемости или удобству переработки. Мат с произвольной ориентацией волокон может быть получен способом напыления (сухой способ) одновременного напыления отрезков армирующего волокна или термоотверждающейся смолы на форму, бумагоделательным способом (мокрый способ) при введении резаного армирующего волокна в суспензию, содержащую связующее заранее, или подобное.

Как средство улучшения механических свойств композитного материала известно увеличение степени Vf объемного содержания армирующих волокон, но в случае мата с произвольной ориентацией волокон, в котором используются резаные волокна, трудно увеличить степень объемного содержания армирующих волокон благодаря присутствию волокон трехосной ориентации, множеству переплетений волокон и т.п.Кроме того, в случае использования мата с произвольной ориентацией волокон, т.к. волокна являются прерывными по сравнению со случаем использования непрерывного волокна, трудно достаточно проявить прочность армирующих волокон, и степень проявления прочности армирующих волокон после формования формованного продукта становится 50% или менее по отношению к теоретическому значению. В не патентном документе 1 приводится пример композитного материала, выполненного из мата с произвольной ориентацией волокон из углеродного волокна, в котором термоотверждающаяся смола используется в качестве матрицы. Степень проявления прочности композитного материала составляет около 44% по отношению к теоретическому значению.

Кроме того, композитный материал, в котором термопластичная смола используется в качестве матрицы, в прототипе получают при нагревании и прессовании при использовании автоклава в течение 2 ч или более промежуточного материала, называемого препрегом, в котором материал, содержащий армирующее волокно, пропитан термоотверждающейся смолой заранее. Недавно был предложен метод центробежного формования (RTM), в котором материал, содержащий армирующее волокно, не пропитанный термоотверждающейся смолой, укладывается в форму, и затем вливается термоотверждающаяся смола. Метод центробежного формования обеспечивает, что время формования значительно снижается, но даже при использовании метода центробежного формования требуется 10 мин или более для формования одного компонента.

Соответственно, композит, в котором термопластичная смола используется вместо термоотверждающейся смолы в качестве матрицы, заслуживает внимания.

Формование термопластичной штамповкой (TP-SMC) с использованием термопластичной смолы в качестве матрицы (патентный документ 1) представляет собой способ, в котором резаные волокна, которые заранее пропитаны термопластичной смолой, нагреваются до температуры плавления, нагретые волокна укладывают в часть формы, форма сразу же уплотняется, и затем волокнам и смоле позволяют течь в форме с получением формы продукта и охлаждаться с формованием формованного продукта. В данном способе формование может осуществляться в короткое время около 1 мин при использовании волокон, которые заранее пропитаны смолой. Способ представляет собой способ, использующий формующийся материал, названный как SMC, или штампующийся лист, и в формовании термопластичной штамповкой имеются проблемы в том, что, поскольку волокна и смола должны течь в форме, тонкостенный продукт не может быть получен, и поскольку ориентация волокон является неупорядоченной, регулирование этого является трудным.

Кроме того, в патентном документе 2 совокупность волокон непрерывно распределяется в интервале 1-15 мм длин волокон, короткие волокна агрегируются при произвольном смешении с предотвращением появления частичной неравномерности агрегирования волокон и с получением волокнистого изделия, которое является однородным и имеет превосходную изотропию. Однако, в способе имеется проблема в том, что короткие волокна ориентируются также в направлении толщины.

Перечень ссылок

Патентные документы

Патентный документ 1: Японский патент №4161409

Патентный документ 2: Выложенная Японская заявка №5-9853

Не патентные документы

Не патентный документ 1: Composites Part А 38(2007) р. 755-770

Краткое описание изобретения

Проблемы, решаемые изобретением

Однако, в прототипе формованный продукт из армированного волокном композитного материала, имеющий изотропию, превосходную прочность при растяжении и высокий модуль упругости при растяжении, не рассматривается. Для того, чтобы решить многие проблемы прототипа, целью настоящего изобретения является создание формованного продукта из армированного волокном композитного материала, имеющего изотропию и превосходную механическую прочность, и мата с произвольной ориентацией волокон, используемого в качестве его промежуточного материала. В частности, целью настоящего изобретения является создание формованного продукта из армированного волокном композитного материала, имеющего высокое отношение объемного содержания армирующих волокон, введенных в формованный продукт из армированного волокном композитного материала, и формованный продукт из армированного волокном композитного материала, имеющий превосходный модуль упругости при растяжении.

Решение проблемы

Авторами изобретения разработан формованный продукт из армированного волокном композитного материала, имеющего превосходную механическую прочность, превосходную изотропию и высокую механическую прочность, в частности, модуль упругости при растяжении, из мата с произвольной ориентацией волокон, содержащего термопластичную смолу и армирующие волокна, которые имеют заданную среднемассовую ширину волокон, коэффициент дисперсии волокон по средней ширине и прерывную среднемассовую толщину волокон.

Кроме того, авторами изобретения установлено, что в мате с произвольной ориентацией волокон может быть предотвращено появление частичной неравномерности агрегирования армирующих волокон при смешении армирующих волокон, имеющих различные большие и малые размеры, и в мате с произвольной ориентацией волокон, образованном только армирующими волокнами с малым диаметром, таким как форма единичного волокна, при ориентации в направлении толщины и переплетениях волокон может быть предотвращено получение высокообъемного мата. Кроме того, при использовании мата с произвольной ориентацией волокон, содержащего термопластичную смолу и армирующие волокна, которые имеют различные большие и малые размеры, авторами изобретения разработан формованный продукт из армированного волокном композитного материала, имеющего высокое отношение объемного содержания армирующих волокон и превосходную механическую прочность, с осуществлением настоящего изобретения.

Т.е., предметом настоящего изобретения является мат с произвольной ориентацией волокон, содержащий армирующие волокна, имеющие среднюю длину волокна 3-100 мм, и термопластичную смолу, в котором армирующие волокна удовлетворяют последующим положениям i)-iii), и формованный продукт из армированного волокном композитного материала, полученный его формованием.

i) Среднемассовая ширина (Ww) волокна армирующих волокон удовлетворяет следующему уравнению (1):

0,03 мм<(Ww)<5,0 мм (1)

ii) Коэффициент дисперсии (Ww/Wn) по средней ширине волокна, определенный как отношение среднемассовой ширины (Ww) волокна к среднечисленной ширине (Wn) волокна для армирующих волокон, составляет 1,8 или более и 20,0 или менее.

iii) Среднемассовая толщина волокна армирующих волокон является меньше среднемассовой ширины (Ww) волокна.

Полезные эффекты изобретения

Согласно настоящему изобретению в мате с произвольной ориентацией волокон, содержащем термопластичную смолу и армирующие волокна, введенные армирующие волокна имеют определенное распределение по ширине волокна с увеличением свойства заполнения армирующих волокон и имеют превосходную механическую прочность. Кроме того, в направлениях плоскости армирующие волокна не являются ориентированными в определенном направлении, а являются изотропными.

Соответственно, поскольку формованный продукт из армированного волокном композитного материала, полученный из мата с произвольной ориентацией волокон настоящего изобретения, имеет превосходную прочность, превосходную изотропию и высокую механическую прочность, в частности, модуль упругости при растяжении, формованный продукт из армированного волокном композитного материала может быть использован в различных типах конструкционных элементов, например, внутренняя панель, наружная панель, и конструкционных элементов транспортного средства, различных типов электрических продуктов, раме и корпусе машины или подобном.

Краткое описание чертежей

На фигуре 1 представлен схематический пример способа резки с использованием дискового ножа.

На фигуре 2 представлен схематический вид спереди и поперечное сечение в примере предпочтительного дискового разделительного ножа.

На фигуре 3 представлен схематический пример способа расширения и раскрытия волокна.

Описание вариантов

Здесь варианты настоящего изобретения описываются в последовательности. В описании настоящего изобретения «вес» означает «масса».

Настоящее изобретение относится к мату с произвольной ориентацией волокон, содержащему армирующие волокна, имеющие среднюю длину волокна 3-100 мм, и термопластичную смолу, в котором армирующие волокна удовлетворяют последующим положениям i)-iii).

i) Среднемассовая ширина (Ww) волокна армирующих волокон удовлетворяет следующему уравнению (1):

0,03 мм<(Ww)<5,0 мм (1)

ii) Коэффициент дисперсии (Ww/Wn) по средней ширине волокна, определенный как отношение среднемассовой ширины (Ww) волокна к среднечисленной ширине (Wn) волокна для армирующих волокон, составляет 1,8 или более и 2 0,0 или менее.

iii) Среднемассовая толщина волокна армирующих волокон является меньше среднемассовой ширины (Ww) волокна.

Среднемассовая ширина (Ww) волокна армирующих волокон, введенных в мат с произвольной ориентацией волокон настоящего изобретения, может быть получена по следующему уравнению (5) ширины (здесь также указана как ширина волокна, или W_i) и массе (далее также указанной как масса волокна, или w_i) и общей массе w извлеченных армирующих волокон, по отношению к каждому из армирующих волокон, имея достаточное число, извлеченное из мата с произвольной ориентацией волокон (предпочтительно, 200-1000, извлеченное из мата с произвольной ориентацией волокон 100 мм × 100 мм, и, более предпочтительно, 300-1000, например, 300).

Ww=Σ (W_i×W_i/w) (5)

В уравнении (5) i представляет собой натуральное число от 1 до числа армирующих волокон, извлеченных из мата.

Что касается мата с произвольной ориентацией волокон настоящего изобретения, как показано в уравнении (1), среднемассовая ширина (Ww) волокна армирующих волокон является больше 0,03 мм и меньше 5,0 мм, предпочтительно, больше 0,03 мм и меньше 4,0 мм, предпочтительно, больше 0,1 мм и меньше 3,0 мм, т.е. представленной следующим уравнением (2):

0,1 мм<Ww<3,0 мм (2)

Более предпочтительно, она составляет больше 0,2 мм и меньше 2,4 мм и, особенно предпочтительно, больше 0,3 мм и меньше 2,0 мм. Когда среднемассовая ширина (Ww) волокна армирующих волокон составляет 0,03 или менее, может быть трудно регулировать коэффициент дисперсии по ширине волокна, а когда среднемассовая ширина (Ww) волокна армирующих волокон составляет 5,0 мм или более, имеются проблемы в том, что характеристика заполнения армирующих волокон в мате с произвольной ориентацией волокон может быть уменьшена, и отношение объемного содержания армирующих волокон или механическая прочность формованного продукта, полученного из мата с произвольной ориентацией волокон, могут быть недостаточными.

В мате с произвольной ориентацией волокон настоящего изобретения коэффициент дисперсии по средней ширине волокна (Ww/Wn), определенный как отношение среднемассовой ширины волокна (Ww) к среднечисленной ширине волокна (Wn), для введенных армирующих волокон составляет 1,8 или более и 20,0 или менее и, предпочтительно, 1,8 или более и 10,0 или менее. Нижний предел (Ww/Wn) составляет, предпочтительно, более 2,0, например, 2,01 или более. (Ww/Wn) составляет, предпочтительно, более 2,0 и 15,0 или менее, более предпочтительно, более 2,0 и 12,0 или менее, намного более предпочтительно, более 2,0 и 10,0 или менее, особенно предпочтительно, более 2,0 и 8,0 или менее, и, наиболее более предпочтительно, более 2,0 и 6,0 или менее. Предпочтительно, что коэффициент дисперсии по средней ширине волокна (Ww/Wn) (в настоящем изобретении просто сокращенное как коэффициент дисперсии) составляет 1,8 или более, потому что оно не связано с формой зазора между армирующими волокнами, и коэффициент объемного содержания армирующих волокон легко увеличивается. Является непредпочтительным, когда (Ww/Wn) составляет более 20,0, потому что трудно регулировать коэффициент дисперсии.

Здесь среднемассовая ширина волокна (Ww) рассчитывается по следующему уравнению (4) после извлечения достаточного числа (I) армирующих волокон из мата с произвольной ориентацией волокон в вышеуказанном порядке среднемассовой ширины волокна (Ww) и измерения ширины волокна W_i каждого армирующего волокна.

W_n=ΣW_i/I (4)

В армирующих волокнах, введенных в мат с произвольной ориентацией волокон настоящего изобретения, среднемассовая толщина волокна является меньше среднемассовой ширины волокна (Ww), и среднемассовая толщина волокна составляет, предпочтительно, 1/5 или менее среднемассовой ширины волокна (Ww), более предпочтительно, 1/7 или менее, намного более предпочтительно, 1/10 или менее, намного более предпочтительно, 1/20 или менее, и, особенно предпочтительно, 1/50 или менее. Когда среднемассовая толщина волокна армирующих волокон является такой же, как среднемассовая ширина волокна (Ww), волокна ориентируются не только в направлениях плоскости, но также в направлении толщины, и как результат считается, что проблема состоит в том, что трудно увеличить коэффициент объемного содержания армирующих волокон благодаря тому, что вызываются переплетения армирующих волокон.

В настоящем изобретении короткая длина называется как «толщина» длин двух направлений, за исключением продольного направления армирующего волокна, а другая длина называется как «ширина». Когда размеры двух направлений, которые являются ортогональными друг другу в поперечном сечении в вертикальном направлении к продольному направлению армирующего волокна, являются равными друг другу, произвольное направление называется шириной армирующего волокна, а другое направление называется толщиной армирующего волокна.

Среднемассовая толщина волокна армирующих волокон, введенных в мат с произвольной ориентацией волокон настоящего изобретения, составляет, предпочтительно, 0,01 мм или более и 0,30 мм или менее, более предпочтительно, 0,02 мм или более и 0,20 мм или менее, намного более предпочтительно, 0,03 мм или более и 0,15 мм или менее, и, особенно предпочтительно, 0,03 мм или более и 0,10 мм или менее. В плане пропитки термопластичной смолой, которая должна быть матрицей, среднемассовая толщина волокна армирующих волокон составляет, предпочтительно, 0,30 мм или менее. Значение 0,01 мм или более, которое является нижним пределом среднемассовой толщины волокна армирующих волокон, не является особенно строгим.

Тем не менее, среднемассовая толщина t волокна армирующих волокон может быть получена по следующему уравнению (7) после процедуры, как описано в среднемассовой ширине (Ww) волокна, и измерения толщины t_i волокна и определения массы w_i волокна всех извлеченных армирующих волокон и общей массы w извлеченных армирующих волокон.

t=Σ(t_i×W_i/w) (7)

В плоскости мата с произвольной ориентацией волокон настоящего изобретения армирующие волокна не ориентированы в определенном направлении, но расположены диспергированными в произвольных направлениях. Мат с произвольной ориентацией волокон настоящего изобретения является промежуточным материалом, изотропным в плоскости. В формованном продукте, полученном переработкой мата с произвольной ориентацией волокон настоящего изобретения, изотропная характеристика армирующих волокон в мате с произвольной ориентацией волокон сохраняется. Изотропные свойства мата с произвольной ориентацией волокон и формованного продукта из мата с произвольной ориентацией волокон могут быть оценены количественно при расчете отношения модулей упругости при растяжении в двух направлениях, которые являются ортогональными друг другу после получения формованного продукта из мата с произвольной ориентацией волокон. Когда отношение, полученное делением большего значения на меньшее значение из значений модулей упругости при растяжении в двух направлениях, составляет не более 2 в формованном продукте, полученном из мата с произвольной ориентацией волокон, это считается изотропной характеристикой. Когда отношение составляет не более 1,3, считается, что изотропная характеристика является превосходной.

Как описано выше, мат с произвольной ориентацией волокон настоящего изобретения состоит из армирующих волокон, имеющих определенную среднемассовую ширину волокна, коэффициент дисперсии по средней ширине волокна и среднемассовую толщину волокна, и термопластичной смолы. Мат с произвольной ориентацией волокон настоящего изобретения, предпочтительно, содержит термопластичную смолу и армирующий волокнистый мат, составленный армирующими волокнами. Армирующий волокнистый мат настоящего изобретения представляет собой плоское тело (типа мата), составленное непрерывными армирующими волокнами без введения термопластичной смолы в качестве матрицы. В армирующем волокнистом мате согласно настоящему изобретению армирующие волокна могут содержать проклеивающее вещество или небольшое количество связующего при формовании мата. Кроме того, предпочтительно, что армирующие волокна ориентированы в произвольных направлениях в направлениях плоскости, и мат имеет, по существу, вертикальное и горизонтальное направления одинакового свойства в направлениях плоскости.

Тип армирующего волокна специально не ограничивается и может быть единственным или комбинацией двух или более типов.

В мате с произвольной ориентацией волокон настоящего изобретения как вариант, где армирующий волокнистый мат содержит термопластичную смолу, термопластичная смола порошкообразного, волокнистого или комкообразного типа может быть введена в армирующий волокнистый мат, термопластичная смола как матрица может скреплять армирующий волокнистый мат, или термопластичная смола листового или пленочного типа может быть введена в армирующий волокнистый мат или наслоена на армирующий волокнистый мат.Термопластичная смола мата с произвольной ориентацией волокон может быть в расплавленном состоянии. Кроме того, разумеется, что, когда рассчитываются среднемассовая ширина (Ww) волокна, коэффициент дисперсии волокна по ширине (Ww/Wn) и подобное для армирующего волокнистого мата, введенного в мат с произвольной ориентацией волокон настоящего изобретения, расчетные значения могут считаться значениями мата с произвольной ориентацией волокон.

Мат с произвольной ориентацией волокон настоящего изобретения может непосредственно использоваться как предварительно отформованная заготовка для получения формованного продукта из армированного волокном материала (далее просто указывается как формованный продукт), который является конечной формой. Мат с произвольной ориентацией волокон настоящего изобретения может использоваться для получения формованного продукта, который является конечной формой после пропитки термопластичной смолой путем нагревания или подобного с формованием препрега. Мат с произвольной ориентацией волокон настоящего изобретения содержит препрег, который пропитан термопластичной смолой.

Здесь формованный продукт, который является конечной формой, означает формованный продукт в форме, когда продукт, полученный прессованием и нагреванием мата с произвольной ориентацией волокон, или его формованная плита, дополнительно не нагревается и не прессуется (дополнительно не формуется) с расплавлением термопластичной смолы в качестве матрицы и с изменением формы или толщины полученного продукта.

Соответственно, когда продукт, полученный прессованием и нагреванием мата с произвольной ориентацией волокон, режут с образованием другой формы, шлифуют, чтобы он был тонким, и покрывают смолой или подобным, чтобы он был толстым, прессование и нагревание не осуществляется, и как результат полученный продукт представляет собой формованный продукт, который является конечной формой. Кроме того, использование тепла средства резки или переработки не соответствует описанному здесь нагреванию.

Кроме того, в случае, когда формуется мат с произвольной ориентацией волокон, в который термопластичная смола подается в расплавленном состоянии, когда подаваемая термопластичная смола формуется в расплавленном состоянии, например, формованный продукт может быть получен формованием, включающим только прессование.

Мат с произвольной ориентацией волокон настоящего изобретения может непосредственно использоваться для формования, как есть, в качестве предварительно отформованной заготовки и может быть использован для формования после формования как формованная плита, и могут быть выбраны различные массы единицы площади волокна согласно желаемому формованию. Масса единицы площади волокна армирующих волокон составляет, предпочтительно, 25-10000 г/м², более предпочтительно, 50-4000 г/м², намного более предпочтительно, 600-3000 г/м², и намного более предпочтительно, 600-2200 г/м².

В мате с произвольной ориентацией волокон настоящего изобретения распределение по ширине армирующего волокна (далее просто сокращено как распределение по ширине волокна), представленное графиком или подобным, на котором ширина волокна введенных армирующих волокон отображается горизонтальной осью, а массовая концентрация волокна армирующего волокна каждой ширины волокна отображается вертикальной осью, предпочтительно, имеет один или более пиков и, более предпочтительно, имеет, по меньшей мере, два пика. Здесь пик не ограничен остроугольной формой и может иметь горообразную форму, имеющую широкую половинную ширину, или трапециевидную форму. Кроме того, пик может иметь симметричную форму или асимметричную форму.

Когда распределение по ширине волокна армирующих волокон, введенных в мат с произвольной ориентацией волокон настоящего изобретения, имеет, предпочтительно, по меньшей мере, два пика, зазоры между армирующими волокнами в мате с произвольной ориентацией волокон являются довольно малыми, и, таким образом, характеристика заполнения может быть улучшена.

Когда распределение по ширине армирующего волокна имеет, по меньшей мере, два пика, мат с произвольной ориентацией волокон может быть получен при использовании среза армирующих волокон при, по меньшей мере, двух различных типах расстояний.

В случае, по меньшей мере, двух пиков распределения по ширине волокна армирующих волокон, введенных в мат с произвольной ориентацией волокон настоящего изобретения, предпочтительно, один пик находится в интервале от 0,01 мм или более до менее 0,50 мм ширины волокна, а другой пик находится в интервале от 0,50 мм или более до 2,00 мм или менее ширины волокна. Кроме того, предпочтительно, один пик находится в интервале от 0,10 мм или более до менее 1,00 мм ширины волокна, а другой пик находится в интервале от 1,00 мм или более до 5,00 мм или менее ширины волокна. Кроме того, довольно предпочтительным является мат с произвольной ориентацией волокон, имеющий пики в этих интервалах и массовую концентрацию волокна ширины волокна в небольшом интервале, большую, чем массовая часть волокна ширины волокна в большом интервале.

В том случае, когда распределение по ширине волокна имеет три или более пиков, когда его два пика попадают в интервал, оставшийся пик может быть вне интервала или может находиться в интервале.

Армирующее волокно

Армирующие волокна, введенные в мат с произвольной ориентацией волокон, являются прерывными и характеризуются введением длинного армирующего волокна на некотором уровне для создания армирующей функции. Длина волокна выражается как средняя длина волокна, рассчитанная при измерении длин волокна армирующих волокон в полученном мате с произвольной ориентацией волокон. Метод измерения средней длины волокна может включать в себя метод расчета среднего при измерении длины волокна 100 волокон, которые произвольно извлечены, штангенциркулем при единице 1 мм или подобным.

Средняя длина волокна армирующих волокон в мате с произвольной ориентацией волокон настоящего изобретения составляет от 3 мм или более до 100 мм или менее, предпочтительно, 4 мм или более и 50 мм или менее, более предпочтительно, 5 мм или более и 30 мм или менее, и намного более предпочтительно, 5 мм или более и 20 мм или менее. Для того, чтобы увеличить характеристику заполнения армирующих волокон в мате с произвольной ориентацией волокон, длина волокна армирующих волокон является, предпочтительно, ближе к ширине волокна, и соотношение средней длины волокна и среднемассовой ширины (Ww) волокна составляет, предпочтительно, 50/1 или менее, более предпочтительно, 30/1 или менее и, намного более предпочтительно, 10/1 или менее.

Распределение длин волокон может быть либо единственным, либо комбинацией двух типов или более.

В предпочтительном способе резки армирующих волокон, описанном ниже, в случае формования мата с произвольной ориентацией волокон при резке армирующих волокон с фиксированной длиной средняя длина волокна становится такой же, как длина резаного волокна.

Армирующие волокна являются, предпочтительно, по меньшей мере, одного типа, выбранного из группы, состоящей из углеродных волокон, арамидных волокон и стеклянных волокон. В качестве армирующих волокон, составляющих мат с произвольной ориентацией волокон, углеродные волокна являются предпочтительными в том, что углеродные волокна могут обеспечить легковесный композитный материал с превосходной прочностью. В качестве углеродного волокна общеизвестными являются полиакрилонитрилсодержащее углеродное волокно (здесь сокращено как ПАН-содержащее углеродное волокно), (нефтяной пек)содержащее углеродное волокно, (каменноугольный пек)содержащее углеродное волокно, вискозосодержащее углеродное волокно, целлюлозосодержащее углеродное волокно, лигнинсодержащее углеродное волокно, фенолсодержащее углеродное волокно, образующееся в паровой фазе углеродное волокно и т.п., и настоящее изобретение может должным образом использовать любые углеродные волокна из них. В частности, ПАН-содержащее углеродное волокно является предпочтительным и может использоваться либо в отдельности, либо в комбинации с множеством типов. Армирующие волокна, используемые в мате с произвольной ориентацией волокон настоящего изобретения, могут быть только углеродными волокнами или содержать стеклянные волокна или арамидные волокна для того, чтобы придать ударную прочность. В случае углеродных волокон средний диаметр волокна составляет, предпочтительно, 1-50 мкм, более предпочтительно, 3-12 мкм, намного более предпочтительно, 5-9 мкм, и, наиболее предпочтительно, 5-7 мкм. Предпочтительно, используются углеродные волокна с проклеивающим веществом, и, предпочтительно, проклеивающее вещество может составлять более 0-10 мас. ч. на 100 мас. ч. углеродных волокон.

Армирующие волокна в настоящем изобретении могут быть, предпочтительно, в раскрытом состоянии как единичный филамент, пучок волокон, имеющий множество единичных филаментов, или в комбинации единичного филамента и пучка волокон.

Матричная смола

Термопластичная смола является матричной смолой, введенной в мат с произвольной ориентацией волокон настоящего изобретения. Тип термопластичной смолы может включать в себя один или более типов, выбранных из группы, состоящей из, например, винилхлоридной смолы, винилиденхлоридной смолы, винилацетатной смолы, смолы поливинилового спирта, полистирольной смолы, акрилонитрилстирольной смолы (АС-смолы), акрилонитрилбутадиенстирольной смолы (АБС-смолы), акриловой смолы, метакриловой смолы, полиэтиленовой смолы, полипропиленовой смолы, смолы полиамида-6, смолы полиамида-11, смолы полиамида-12, смолы полиамида-46, смолы полиамида-66, смолы полиамида-610, полиацетальной смолы, поликарбонатной смолы, полиэтилентерефталатной смолы, полиэтилена-фталатной смолы, полибутиленафталатной смолы, полибутилентерефталатной смолы, полиарилатной смолы, полифениленэфирной смолы, полифениленсульфидной смолы, полисульфоновой смолы, поли (простой эфир)сульфоновой смолы, поли(простой эфир) - (простой эфир)кетоновой смолы, смолы поли(молочной кислоты) и т.п.В настоящем изобретении термопластичная смола может использоваться в отдельности, в комбинации множества типов или как сополимер или модифицированный полимер.

Содержание матричной смолы составляет, предпочтительно, 10-800 мас. ч., более предпочтительно, 20-300 мас. ч., намного более предпочтительно, 20-200 мас. ч., намного более предпочтительно, 30-150 мас. ч., и, особенно предпочтительно, 50-100 мас. ч., на 100 мас. ч. армирующих волокон.

Кроме того, зависимость в количестве между армирующими волокнами и термопластичной смолы может быть отнесена к отношению объемного содержания армирующих волокон (далее сокращено как Vf), определенному по следующему уравнению:

Отношение объемного содержания армирующих волокон (% об.)=100×[(объем армирующих волокон)/((объем армирующих волокон)+(объем термопластичной смолы))]

Соотношение объемного содержания Vf армирующих волокон и содержания термопластичной смолы, представленное в мас. ч. на 100 мас. ч. армирующих волокон, преобразуется при использовании плотности армирующих волокон и плотности термопластичной смолы.

Кроме того, в пределах без ущерба для цели настоящего изобретения в мат с произвольной ориентацией волокон настоящего изобретения могут быть введены добавки, такие как различные волокнистые и неволокнистые наполнители из органических волокон и неорганических волокон, антипирены, анти-УФ-агенты, пигменты, смазки для форм, мягчители, пластификаторы и поверхностно-активные вещества.

Формованный продукт из армированного волокном композитного материала

Поскольку армирующие волокна, составляющие мат с произвольной ориентацией волокон, имеют вышеуказанные характеристики, мат с произвольной ориентацией волокон настоящего изобретения имеет преимущество, которое является высокой формуемостью. Таким образом, мат с произвольной ориентацией волокон настоящего изобретения может использоваться как промежуточный материал для получения формованного продукта из армированного волокном композитного материала.

Т.е. настоящее изобретение имеет предметом изобретения формованный продукт из армированного волокном композитного материала, полученный из мата с произвольной ориентацией волокон.

Формованный продукт из армированного волокном композитного материала настоящего изобретения содержит армирующие волокна, имеющие среднюю длину волокна 3-100 мм, и термопластичную смолу, и, предпочтительно, армирующие волокна могут удовлетворять следующим положениям i)-iii):

i) среднемассовая ширина волокна (Ww) армирующих волокон удовлетворяет следующему уравнению (1):

0,03 мм<Ww<5,0 мм (1);

ii) коэффициент дисперсии (Ww/Wn), определенный как отношение среднемассовой ширины волокна (Ww) к среднечисленной ширине волокна (Wn) армирующих волокон, составляет 1,8 или более и 20,0 или менее; и

iii) среднемассовая толщина волокна является меньше, чем среднемассовая ширина волокна (Ww).

Толщина формованного продукта из армированного волокном композитного материала настоящего изобретения может регулироваться в соответствующем интервале путем регулирования массы единицы площади волокна и количества термопластичной смолы.

Тип армирующих волокон, составляющих формованный продукт из армированного волокном композитного материала настоящего изобретения, специально не ограничивается и может, предпочтительно, включать в себя примеры, описанные для армирующих волокон в мате с произвольной ориентацией волокон.

Тип смолы, составляющей формованный продукт из армированного волокном композитного материала настоящего изобретения, специально не ограничивается и может, предпочтительно, включать в себя примеры, описанные для матричной смолы в мате с произвольной ориентацией волокон.

Содержание термопластичной смолы формованного продукта из армированного волокном композитного материала настоящего изобретения составляет, предпочтительно, 10-800 мас. ч., более предпочтительно, 20-300 мас. ч., намного более предпочтительно, 20-200 мас. ч., намного более предпочтительно, 30-150 мас. ч., и, особенно, предпочтительно 50-100 мас. ч. на 100 мас. ч. армирующих волокон, как описано выше по отношению к содержанию термопластичной смолы в мате с произвольной ориентацией волокон.

Форма формованного продукта из армированного волокном композитного материала настоящего изобретения специально не ограничивается. Форма может быть, например, листовой формы и плитчатой формы и может иметь изогнутую часть, и поперечное сечение может быть формы, имеющей установленную плоскость, такой как форма в виде буквы Т, форма в виде буквы L, форма в виде буквы U, и формы шляпы, и может быть формы 3D, включая указанные формы.

Формованный продукт из армированного волокном композитного материала настоящего изобретения может иметь различные типы толщины, например, 0,2-100 мм, но даже хотя формованный продукт из армированного волокном композитного материала является тонкостенным формованным продуктом, качество и внешний тип могут быть очень хорошими. Подробно толщина формованной плиты может быть 0,2-2,0 мм (более точно толщина при 25°С, если необходимо очень точное измерение). Масса единицы площади волокна в формованном продукте из армированного волокном композитного материала составляет, предпочтительно, 25-10000 г/м², более предпочтительно, 50-4000 г/м², более предпочтительно, 600-3000 г/м², и, наиболее предпочтительно, 600-2200 г/м².

Настоящее изобретение содержит ламинат, в котором, по меньшей мере, один тип формованного продукта из армированного волокном композитного материала настоящего изобретения используется в сердцевинном или оболочечном слое. Ламинат настоящего изобретения может дополнительно содержать один тип однонаправленного армированного волокном композитного материала, в котором непрерывные армирующие волокна однонаправлено расположены параллельно, в качестве сердцевинного или оболочечного слоя. Ламинат настоящего изобретения может дополнительно содержать один тип формованного продукта из армированного волокном композитного материала (далее называемого как другой формованный продукт из армированного волокном композитного материала), иного, чем формованный продукт из армированного волокном композитного материала настоящего изобретения, или однонаправленный армированный волокном композитный материал, в качестве сердцевинного или оболочечного слоя. Ламинат настоящего изобретения может дополнительно содержать, по меньшей мере, один тип смолы, в которую не введены армирующие волокна, в качестве сердцевинного или оболочечного слоя.

Матричной смолой однонаправленного армир