用于结构体的结构材料的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种用于结构体的结构材料，目的在于能够确保抗雷击性能、减少制造时的时间和劳力，并且减轻重量。用于结构体的结构材料具备碳纤维增强塑料，该碳纤维增强塑料的增强材料包括碳纤维，基体包括塑料，板厚方向的电阻率在1Qcm以上200Qcm以下。碳纤维增强塑料的板厚方向的电阻率可以在100Qcm以下，也可以在碳纤维增强塑料的表面设置金属箔或金属网。
【专利说明】CN 104220494 A 说明书 1/5页 用于结构体的结构材料
【技术领域】
[0001] 本发明涉及具备碳纤维增强塑料的用于结构体的结构材料。
【背景技术】
[0002] 作为适用于航空器、海上风电站或机动车、铁路车辆等的结构体的结构材料，会使 用复合材料，例如碳纤维增强塑料（CFRP)。CFRP使用碳纤维作为增强材料，使用合成树脂 作为基体。
[0003] 在专利文献1的三维纤维强化树脂复合材料的发明中，为了不影响生产率地对纤 维强化树脂复合材料付与导电性，公开了纤维强化树脂复合材料由边线比面内方向线导电 性高的导电性材料构成的技术。并且，在专利文献 2及3的预浸料及碳纤维强化复合材料 的发明中，为了兼具优异的耐冲击性和导电性，公开了使预浸料及碳纤维强化复合材料包 括导电性的粒子或纤维的技术。另外，在专利文献4的改良型复合材料料的发明中，为了具 有导电性且与标准的复合材料料相比重量几乎或完全不增加，公开了使该复合材料包括分 散在高分子树脂中的导电性粒子的技术。
[0004] 现有技术文献
[0005] 专利文献
[0006] 专利文献1 :(日本）特开2〇〇7_301838号公报
[0007] 专利文献2 :(日本）特开2〇10_28〇904号公报
[0008] 专利文献3 :(日本）特开2〇11_219766号公报
[0009] 专利文献4 :(日本）特开2〇11-168792号公报
【发明内容】
[0010] 发明所要解决的技术问题
[0011] 如果使用CFRP的用于结构体的结构材料受到雷击，则在结构材料内部流动的电 流会在其内部产生焦耳热（Ri2)。而且，由于该发热的影响，从雷击点附近的结构材料的外 板到其内部会产生损伤。
[0012] 以往，为了防止雷击造成的损伤，在CFRP的表面安装金属制的抗雷击网或抗雷击 箱，对结构材料付与导电性。由此，在雷击时，使电流流过网或猜，使电流不在CFRP的内部 流动。然而，网或箔的施工性差，特别是箔的重量重。因此，存在在制造时耗费时间或劳力， 并且结构体整体的重量增加的问题。
[0013] 本发明是鉴于这样的情况而做出的，目的在于提供一种用于结构体的结构材料， 能够确保抗雷击性能、减少制造时的时间和劳力，并且减轻重量。 ^
[0014] 用于解决技术问题的技术方案
[0015] 为了解决上述课题，本发明的用于结构体的结构材料采用以下方案。
[0016] 即，本发明的用于结构体的结构材料具备碳纤维增强塑料，该碳纤维增强塑I斗白勺 增强材料包括碳纤维，基体包括塑料，板厚方向的电阻率在1 Ω cm以上200 Ωαη以下。 3 CN 104220494 A 说明书 2/5页
[0017] 根据该发明，碳纤维增强塑料的增强材料包括碳纤维，基体包括塑料，板厚方向的 电阻率在1 Ω cm以上200 Ω cm以下，因此用于结构体的结构材料被付与导电性。因此，在用 于结构体的结构材料受到雷击时，能够抑制在其内部产生的焦耳热。如果提高导电性而使 板厚方向的电阻率没有达到ΙΩαη，取决于对碳纤维增强塑料付与导电性的方法的影响，不 能保持用于结构体的结构材料的强度。另一方面，如果使导电性降低而使板厚方向的电阻 率超过200 Ω cm，则雷击时在其内部产生的焦耳热上升，用于结构体的结构材料的损伤的程 度变大。用于结构体的结构材料是适用于例如，航空器、海上风电站或汽车、铁路车辆等的 结构体的结构材料。
[0018] 在上述发明中，所述碳纤维增强塑料的所述板厚方向的电阻率可以在IOODcm以 下。
[0019] 根据该发明，碳纤维增强塑料的板厚方向的电阻率在比200 Ω cm低的100 Ω cm以 下，因此在用于结构体的结构材料受到雷击时，能够进一步抑制在其内部产生的焦耳热。
[0020] 在上述发明中，可以在所述碳纤维增强塑料的表面设置金属箔或金属网。
[0021] 根据该发明，利用金属箔或金属网，能够增强用于结构体的结构材料的导电性。在 上述发明中，碳纤维增强塑料也具有导电性，在用于结构体的结构材料中，与碳纤维增强塑 料不具有导电性的情况相比，能够缓和金属箔或金属网所要求的抗雷击性能。例如，能够使 金属箔的厚度变薄而实现轻量化，也能够用金属网来代替需要金属箔的部位，或者更换为 金属网的网眼的大小更大的金属网。
[0022] 发明的效果
[0023] 根据本发明，用于结构体的结构材料被碳纤维增强塑料付与导电性，在用于结构 体的结构材料受到雷击时，能够抑制在其内部产生的焦耳热。因此,能够确保抗雷击性能、 减少制造时的时间和劳力，并且减轻重量。
【专利附图】
【附图说明】
[0024] 图1是表示试验体的板厚方向的电阻率[Ω cm]与相对损伤面积[% ]的关系的曲 线图。
【具体实施方式】
[0025]以下对本发明的实施方式进行说明。
[0026]【第一实施方式】
[0027]以下，对本发明的第一实施方式的用于结构体的结构材料进行说明。
[0028] 本发明的第一实施方式的用于结构体的结构材料具备碳纤维增强塑料（CFRP)。用 于结构体的结构材料适用于例如，航空器、海上风电站或汽车、铁路车辆等的结构体。因此， 用于结构体的结构材料具有适用的结构体所要求的强度。
[0029] 在本实施方式的用于结构体的结构材料中所适用的CFRP的增强材料具有碳纤 维，基体具有塑料。对CFRP的增强材料及基体的至少任一方进行调整，而使其具有导电性。 例如，对碳纤维或塑料的材料的种类、含有量、结构、特性等进行调整。
[0030]碳纤维可以在用于结构体的结构材料的厚度方向上层叠多层。作为层叠碳纤维的 方法，存在例如，将连续碳纤维切断为细的纤维而均匀涂在塑料层之间的方法和使连续碳 4 CN 104220494 A 说明书 3/5页 纤维具有方向性地排列的碳纤维层浸润在塑料中的方法。使用碳纤维对CFRP付与导电性 的方法能够适用各种技术，在本说明书中省略详细的说明。举其中一个例子，通过使用将连 续碳纤维切细的纤维，能够对CFRP整体付与导电性。
[0031] 基体具有例如，不饱和聚酯树脂、环氧树脂等热固性树脂等塑料。可以对基体付与 导电性，对热固性树脂等塑料付与导电性的方法能够适用各种技术，在本说明书中省略详 细的说明。作为对基体付与导电性的方法，存在例如，使塑料内包括导电性的粒子或纤维的 方法和对塑料自身付与导电性的方法等。
[0032] 用于结构体的结构材料的板厚方向的电阻率在例如ΙΩατι以上200Ω〇η以下，优 选在1Ω cm以上100 Ω cm以下。在用于结构体的结构材料的板厚方向的电阻率在该范围的 情况下，用于结构体的结构材料被付与导电性而电阻率低，因此在用于结构体的结构材料 受到雷击时,能够抑制在内部产生的焦耳热（RI 2)。需要说明的是，用于结构体的结构材料 的板厚方向是相对于用于结构体的结构材料的面内方向垂直的方向，即设想雷击时的雷电 电流贯通的方向而进行测定的方向。
[0033] 如果提高导电性而使板厚方向的电阻率没有达到1 Ω cm，则对CFRP付与导电性的 各种材料等，取决于付与导电性的方法的影响，而不能保持用于结构体的结构材料的强度。 因此，优选用于结构体的结构材料的板厚方向的电阻率在1Ω cm以上。
[0034]另一方面，如果使导电性降低而板厚方向的电阻率超过200 Ω cm，则雷击时在内部 产生的焦耳热上升，用于结构体的结构材料的损伤的程度变大。因此，希望用于结构体的结 构材料的板厚方向的电阻率在200 Qcm以下。并且，如果用于结构体的结构材料的板厚方 向的电阻率在比200 Qcm低的100 Ω cm以下，则在用于结构体的结构材料受到雷击时，能够 进一步抑制在其内部产生的焦耳热，使用于结构体的结构材料的损伤的程度更小。
[0035]【第二实施方式】
[0036]接着，本发明的第二实施方式的用于结构体的结构材料进行说明。
[0037]对上述第一实施方式的用于结构体的结构材料具备碳纤维增强塑料（CFRP)，在 CFRP表面没有设置金属箔或金属网的情况进行了说明，但本发明不限于该例子。
[0038]本实施方式的用于结构体的结构材料具备CFRP和设置在CFRP的表面的金属箔或 金属网。
[0039]在本实施方式的用于结构体的结构材料中所适用的CFRP与上述第一实施方式的 CFRP相同，碳纤维及塑料的至少一方被调整，而具有导电性。CFRP的详细说明与上述说明 相同，因此省略。
[0040] 金属箔或金属网（以下，分别称为"箔"或"网"。）是由例如导电性高的铜制成的。 箱或网的表面沿CFRP的整个面或一部分设置。通过设置箔或网，能够增强用于结构体的结 构材料的导电性。
[0041]在本实施方式中，构成用于结构体的结构材料的CFRP也具有导电性。因此，在用 于结构体的结构材料中与CFRP不具有导电性的现有例相比，能够缓和对与CFRP 一起设置 的箔或网所要求的抗雷击性能。例如，能够使金属箔的厚度变薄而实现轻量化，也能够用金 属网来代替需要金属箔的部位，或者更换为金属网的网眼的大小更大的金属网。
[0042]【实施例】
[0043]接着，分别将本发明的第一实施方式和现有例制成试验体，对实施抗雷击试验的 5 CN 104220494 A 说明书 4/5页 结果进行说明。
[0044] 在本试验中，对具备被付与了导电性的CFRP的用于结构体的结构材料（第一实施 方式）和具备没有被付与导电性的CFRP的用于结构体的结构材料（现有）的损伤的不同 进行了比较。两者均未设置金属网或金属箔。
[0045] 基于第一实施方式的试验体（以下称为"第一实施例"。）和基于现有例的试验体 均以约50cm方形，板厚约1. 5臟的板状部件为试验对象。并且，各试验体的CFRP均为八层 (层叠八片）纤维层的构造。
[0046] 第一实施例被付与导电性，板厚方向的电阻率为6 Ω cm。另一方面，现有例不被付 与导电性，板厚方向的电阻率为3000 Ω cm。
[0047] 抗雷击试验的试验方法是按照SAE国际（international)的飞行器雷电测试方法 (Aircraft Lightning Test Methods) (ARP5416)的电弧输入试验（Arc Entry Test)的记 载进行的。
[0048] 以下，对试验结果进行说明。
[0049] 通过目视，在没有付与导电性的现有例中，在施加有通过放电而产生的电压的表 面，在纵225mmX横250mm的范围内产生损伤。并且，在与施加有电压的一侧相反的背面， 产生比表面范围小的损伤。
[0050] 另一方面，在付与了导电性的第一实施例中，在施加有由放电造成的电压的表面， 在纵130mmX横140mm的范围内产生损伤。在与施加有电压的一侧相反的背面，维持与施 加前相同的状态，产生损伤。
[0051] 因此，根据目视的结果，在板厚方向的电阻率为6Qcm的被付与了导电性的CFRP 中，确认能够降低雷电电流造成的损伤。
[0052] 并且，通过非破坏检查（NDI :Non-Destructive Inspection)，被付与了导电性的 第一实施例的损伤面积与没有被付与导电性的现有例相比，在施加有由放电产生的电压的 表面上为一半。并且，在现有例中，损伤部分从表面贯通到背面地产生，但是在付与了导电 性的第一实施例中，止于从表面侧到第二层的损伤。
[0053] 以上，根据抗雷击试验可知，在具备被付与了导电性的CFRP的用于结构体的结构 材料中，损伤部分限制于表层部分，确认能够使其范围缩小，通过付与导电性，能够使CFRP 得到抗雷击效果。
[0054] 接着，参照图1，进一步将本发明的第一实施方式和现有例分别制成试验体， 对实施抗雷击试验的结果进行说明。抗雷击试验的试验方法与上述相同，是按照SAE international 的Aircraft Lightning Test Methods(飞行器雷电测试方法：ARP5416)的 电弧输入试验（Arc Entry Test)的记载而进行的。
[0055] 图1表示试验体的板厚方向的电阻率[Ωαη]与相对损伤面积[%]的关系。通 过对板厚方向的电阻率不同的多个试验体实施抗雷击试验，能够得到图1所示的结果。在 图1中以比例表示以具备没有被付与导电性的CFRP的用于结构体的结构材料的损伤面积 为100%时的各试验体的损伤面积。
[0056] 根据试验结果可知，在被付与导电性，板厚方向的电阻率在200Ω〇η以下的情况 下，具备被付与了导电性的CFRP的用于结构体的结构材料的相对损伤面积被抑制在约 60%以下，并且，在板厚方向的电阻率在IOOQcm以下的情况下，相对损伤面积被抑制在 6 CN 104220494 A 说明书 5/5页 50%以下。
[0057]即，在板厚方向的电阻率在200 Qcm以下的被付与了导电性的CFRp中，与没有被 付与导电性的CFRP相比，确认能够降低雷电电流造成的损伤，在板厚方向的电阻率在约 100 Ωαη以下的被付与了导电性的CFRP中，确认能够进一步降低雷电电流造成的损伤。 [0058]以上，根据本发明的第一及第二实施方式，即使省略现有的设置的金属网和金属 箔，也能够得到抗雷击效果，因此能够大幅度地削减抗雷击措施。并且，在付与了导电性的 CFRP设置网或箔的情况下，与现有情况相比，能够使金属箔的厚度变薄而实现轻量化，也能 棚金顧来傭需魏属麵驗，齡更换为金麵剛關大小更大酸属网。因 够省略或削减网或箱的施工所耗费的时间和劳力。并且，難抑网和箱造 构体整体的重量的增加。 咖于结祕的结构撕被?5付与导植，棚于结构体的结 7
【权利要求】
CN 104220494 A
1·种用于结构体的结构材料，其特征在于，具备碳纤维增强麵，该碳纤维增强塑料的增强材料包括碳纤维，基体包括麵， 方向的电阻率在IQcm以上2OODcm以下。
2. 根据权利要求1所述的用于结构体的结构材料，其特征在于， 所述碳纤维增强塑料的所述板厚方向的电阻率在IOOQcm以下。
3. 根据权利要求1或2所述的用于结构体的结构材料，其特征在于， 在所述碳纤维增强塑料的表面设置金属箱或金属网。 2
【文档编号】C08J5/04GK104220494SQ201380016906
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2013年3月12日 优先权日:2012年3月27日
【发明者】神原信幸, 山下政之, 阿部俊夫, 神纳佑一郎 申请人:三菱重工业株式会社