碳纤维增强热塑性树脂复合材料和使用其的成型体的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及刚性与强度的平衡优异的碳纤维增强热塑性树脂复合材料和成型体。
[0002] 本申请基于2013年3月7日在日本申请的日本特愿2013-45374号主张优先权， 其内容援引于此。
【背景技术】
[0003] 碳纤维复合材料、尤其是碳纤维增强塑料（CFRP)为轻量且高强度，由于该特征而 被用于飞机、汽车、体育、休闲和其他各种工业用途。此外，碳纤维复合材料由于构成其的碳 纤维集束体的取向性而具有特征性各向异性光泽，通过进一步对表面实施涂布等处理而赋 予具有深度的厚重的外观，以及还具有导电性、X射线透过性和电磁波屏蔽性等特征。一般 而言，碳纤维复合材料以层压板、蜂窝夹层板等形态用于各种工业用途。然而，大多使用热 固性树脂作为基质，故而为了使它们成型，使用的是伴随着树脂的固化反应的成型时间较 长、即以高压釜成型为代表的不针对大量生产的方法。
[0004]另一方面，提出了多种以热塑性树脂为基质的那样的复合材料及其成型品。例如 专利文献1公开的技术中，提出了包含单向拉齐的增强纤维和热塑性树脂的预浸料和使用 其的结构材料。
[0005] 此外，专利文献2中，提出了将由特定沥青系碳纤维（A)形成的单向预浸料和由作 为聚丙烯腈系碳纤维的碳纤维（B)形成的单向预浸料组合、层压并成型而得到的碳纤维增 强树脂复合材料，实施例中使用热固性环氧树脂作为基质树脂。
[0006] 现有技术文献
[0007] 专利文献
[0008] 专利文献1:日本特许第4324649号公报
[0009] 专利文献2:日本特许第2554821号公报
【发明内容】
[0010] 发明所要解决的课题
[0011] 鉴于上述背景，本发明得到了在获得上述复合材料的优点的同时进一步缩短了成 型时间、能够面向大量生产等的复合材料。即，本发明提供一种复合材料，所述复合材料的 基质为热塑性树脂，因此成型时间短，刚性、强度、导热系数的平衡优异。
[0012] 用于解决课题的方法
[0013] 本发明的上述目的通过下述的本发明的各方式来实现。
[0014] (1) -种碳纤维增强热塑性树脂复合材料，其具有含有单向取向的碳纤维（A)和 热塑性树脂（C-1)的层（I)、以及含有单向取向的碳纤维（B)和热塑性树脂（C-2)的层 (II)，上述碳纤维（A)的弹性模量比上述碳纤维（B)高。
[0015] (2)根据（1)所述的碳纤维增强热塑性树脂复合材料，上述碳纤维（A)的弹性模量 为350GPa以上，上述碳纤维（B)的弹性模量为200GPa以上且低于350GPa。
[0016] (3)根据（1)或（2)所述的碳纤维增强热塑性树脂复合材料，相对于上述碳纤维增 强热塑性树脂复合材料的厚度，上述层（I)占1/3以下。
[0017] (4)根据⑴至⑶中任一项所述的碳纤维增强热塑性树脂复合材料，对于上述碳 纤维增强热塑性树脂复合材料的至少一侧，从表面开始占上述碳纤维增强热塑性树脂复合 材料的厚度的10%的部位中，相对于上述部位的厚度，上述层（I)占1/3以上。
[0018] (5)根据（4)所述的碳纤维增强热塑性树脂复合材料，对于上述碳纤维增强热塑 性树脂复合材料的两侧，从表面开始占上述碳纤维增强热塑性树脂复合材料的厚度的10% 的部位，上述层（I)占上述部位各自的厚度之中的1/3以上。
[0019] (6)根据⑴~（5)中任一项所述的碳纤维增强热塑性树脂复合材料，上述碳纤维 (B)为聚丙烯腈系碳纤维。
[0020] (7)根据⑴~（5)中任一项所述的碳纤维增强热塑性树脂复合材料，上述碳纤维 (A)为沥青系碳纤维。
[0021] (8)根据⑴~（5)中任一项所述的碳纤维增强热塑性树脂复合材料，上述碳纤维 (A)为沥青系碳纤维且上述碳纤维（B)为聚丙烯腈系碳纤维。
[0022] (9)根据⑴~⑶中任一项所述的碳纤维增强热塑性树脂复合材料，上述层（I) 的厚度为〇? 1~〇? 3_。
[0023] (10)根据⑴至（9)中任一项所述的碳纤维增强热塑性树脂复合材料，上述碳纤 维（A)的导热系数为20W/mK以上且600W/mK以下，并且上述碳纤维（B)的导热系数为3W/ mK以上且低于20W/mK。
[0024] (11)根据⑴至（10)中任一项所述的碳纤维增强热塑性树脂复合材料，上述碳纤 维（A)为连续的碳纤维，上述碳纤维（B)的平均纤维长度为10~50mm。
[0025] (12)根据（1)至（11)中任一项所述的碳纤维增强热塑性树脂复合材料，碳纤维增 强热塑性树脂复合材料在3点弯曲试验中施加最大负荷的70%的负荷后的弹性模量相比 于施加上述负荷前的弹性模量为20~60%。
[0026] (13)根据（1)至（12)中任一项所述的碳纤维增强热塑性树脂复合材料，碳纤维增 强热塑性树脂复合材料的等效刚性重量为80~92g，上述等效刚性重量为在200mmX 320mm 的试样板的大体中央部施加10N的负荷的情况下施加了上述负荷的部位的移动量成为 0. 88mm时的上述试样板的重量。
[0027] (14)根据（1)至（13)中任一项所述的碳纤维增强热塑性树脂复合材料，其为在至 少2层上述层（I)之间夹持至少1层上述层（II)而成。
[0028] (15)根据（14)所述的碳纤维增强热塑性树脂复合材料，其为在至少2层上述层 (I)之间夹持2层以上的上述层（II)而成。
[0029] (16)根据⑴至（15)中任一项所述的碳纤维增强热塑性树脂复合材料，在上述层 (I)和层（II)重叠而成的、上述层（I)和层（II)直接重叠的两层中，各层中所含的碳纤维 的纤维方向相互大体正交。
[0030] (17) -种成型体，其为使（1)至（16)中任一项所述的碳纤维增强热塑性树脂复合 材料热成型而成。
[0031] (18)根据（17)所述的成型体，在任意面的表面上具有高度为3mm以上的凸部。
[0032] (19) -种电子设备壳体用构件，其包含（17)或（18)所述的成型体。
[0033] 此外，本发明的另一方面具有以下方式。
[0034] (20) -种碳纤维增强热塑性树脂复合材料，其具有包含单向排列的沥青系碳纤维 (A1)和热塑性树脂（C-1)的层、以及包含单向排列的聚丙烯腈系碳纤维（B1)和热塑性树脂 (C-2)的层。
[0035] (21) -种成型体，其包含（20)所述的复合材料。
[0036] (22)根据（20)所述的复合材料的制造方法，其特征在于，将包含单向排列的沥青 系碳纤维（A1)和热塑性树脂（C-1)的热塑性预浸料、以及包含单向排列的聚丙烯腈系碳纤 维（B1)和热塑性树脂（C-2)的热塑性预浸料组合并层压。
[0037] 发明的效果
[0038] 根据本发明，能够在短的成型时间内获得刚性、强度、导热系数的平衡优异的成型 体。
【附图说明】
[0039] 图1是表示本发明的实施方式涉及的碳纤维增强热结构树脂复合材料的概略立 体图。
[0040] 图2是表示本发明的实施方式涉及的碳纤维增强热结构树脂复合材料和使其成 型而得的成型体的概略立体图。
[0041] 图3是表示本发明的实施方式涉及的电子设备壳体用构件的一个例子的概略立 体图。
【具体实施方式】
[0042] 以下，给出实施方式具体地对本发明进行说明。
[0043] 本实施方式涉及的碳纤维增强热塑性树脂复合材料具有含有单向取向的碳纤维 (A)和热塑性树脂（C-1)的层（I)、以及含有单向取向的、弹性模量比上述碳纤维（A)小的 碳纤维⑶和热塑性树脂（C-2)的层（II)。
[0044] 本实施方式中，如图1所示，碳纤维增强热塑性树脂复合材料1具有层（I)2A和 2B、以及层（11)3。图中所示的例子中，碳纤维增强热塑性树脂复合材料1的两面的表面具 有层⑴2A和2B，该层⑴2A和2B之间夹持2层以上（在图中所示的例子中为6层）的层 (11)3而成。
[0045] 以下，对各层的构成进行说明。
[0046] (层⑴）
[0047] 层⑴含有单向取向的碳纤维（A)和热塑性树脂（C-1)。本实施方式中，单向取 向是指，在包含碳纤维等纤维的原材料中，纤维的长度方向大体平行。大体平行具体而言是 指，层（I)、层（II)等层所含的后述纤维之中90~100%的长度方向处于-5°~+5°的范 围内，优选层中所含的碳纤维之中95~100%的长度方向处于-2°~+2°的范围内。
[0048] 本实施方式中，尤其在后述预浸料的制造方法中，优选通过对聚集了纤维的纤维 束施加张力而使纤维的方向大体一致（也将该状态称为纤维单向拉齐）。
[0049] 本实施方式的碳纤维增强热塑性树脂复合材料中能够使用的碳纤维（A)使用弹 性模量比后述碳纤维（B)高的纤维。本实施方式的碳纤维增强热塑性树脂复合材料通过将 弹性模量高的层与弹性模量较低、强度高的层层压，从而具有弹性模量与强度的平衡优异 的效果。这里，碳纤维的弹性模量是通过JISR7608 :2007(IS016018 :2004)的B法测定的碳 纤维的拉伸弹性模量。
[0050] 碳纤维（A)的弹性模量优选为350GPa以上。此外，碳纤维（A)的弹性模量进一步 优选为400GPa以上，特别优选为600GPa以上。通过使用这样的碳纤维，有效发挥本实施方 式的效果。拉伸弹性模量的上限并无实质性规定，弹性模量越高，则本实施方式越能有效地 发挥效果，作为指标，可以列举900GPa以下。碳纤维（A)的弹性模量根据设计上、制造上的 方便等选择即可。此外，碳纤维（A)的强度（拉伸强度）优选为2000MPa以上。这里，碳纤 维的强度是通过JIS R7608 :2007(IS016018 :2004)测定的拉伸强度。
[0051] 本实施方式的碳纤维增强热塑性树脂复合材料中使用的碳纤维（A)优选为沥青 系碳纤维。这里，作为沥青系碳纤维，意思是以"将对中间相沥青即石油焦油、煤焦油等进 行处理而生成的部分显示液晶结构的树脂或人工合成的中间相沥青进行纺丝、并且使其不 熔、进而进行炭化而生成的、石墨晶体结构在纤维轴向高度发达的、实质上仅由碳形成的长 丝纤维"为主要成分而构成的纤维的集合体。沥青系碳纤维有弹性模量高、热膨胀小的优 点。进而，如后所述，通过层（I)的碳纤维（A)使用沥青系碳纤维、与之并用的层（II)的碳 纤维（B)使用聚丙烯腈系碳纤维，本实