冲击吸收构件的制作方法

冲击吸收构件的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种冲击吸收构件，其是轻量的，在形状上具有高自由度，并且能够有效吸收震动能。一种冲击吸收构件，其包括底表面部和树脂在底表面部上的直立部，其中，底表面部和直立部中的至少一个包括包含热塑性树脂的碳纤维增强的复合材料，并且另一个可以包含热塑性树脂，并且，其中，以100质量份的碳纤维计，热塑性树脂的存在量为30至1,000质量份，并且碳纤维的平均纤维长度为3至100mm。
【专利说明】冲击吸收构件
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种冲击吸收构件，所述冲击吸收构件是轻量的，并包括底表面部和设置在所述底表面部上的直立部，其中所述底表面部和所述直立部中的至少一个包括包含热塑性树脂的碳纤维增强的复合材料，另一个可以包含热塑性树脂，并且本发明还涉及优选地用于移动交通工具例如飞机、汽车、火车和两轮交通工具的冲击吸收构件。此外，本发明还涉及用于制造所述冲击吸收构件的方法。
【背景技术】
[0002]在移动交通工具中，为了在碰撞期间吸收冲击以保护人体或车体，已经采用了各种冲击吸收构件。最近，从提高移动交通工具的燃料效率或提高驱动性能的观点来看，对减轻重量的要求逐渐增加，对移动交通工具中使用的壳体或构件已提出了轻量和高刚性的要求。同时，对于碰撞期间的安全性倾向于提出更高水平的要求，并且轻量和冲击吸收的相容性变得越来越重要。
[0003]从这一背景出发，公开了在其中使用树脂或复合材料的大量冲击吸收构件。例如，专利文献I公开了一种由通过长纤维的交叉堆叠而形成为多层的纤维增强复合材料制成的能量吸收构件。因此，该能量吸收构件可以相当良好地吸收震动能，但是由于在形状上的低自由度而限于可以使用的位点处。此外，由于长纤维需要在一定范围内交叉堆叠，因此模制变得复杂，并且制造技巧和制造成本高。
[0004]同时，专利文献2公开了一种能量吸收构件，在其中使用了掺有短纤维的纤维增强树脂。然而，由于在所述掺有短纤维的纤维增强树脂中单位质量的构件所吸收的能量的量低，因此能够吸收高能量的构件的质量大。
[0005]相关技术
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本专利申请公布N0.2010-138953
[0008]专利文献2:日本专利申请公布N0.H6-123322
[0009]发明概述
[0010]本发明待解决的问题
[0011]本发明的目的是提供一种冲击吸收构件，其是轻量的，在形状上具有高自由度，并且可以有效地吸收震动能。
[0012]解决所述问题的手段
[0013]作为为实现上述目的而进行的深入研究的结果，本发明人完成了本发明。也就是说，本发明涉及:一种冲击吸收构件，该冲击吸收构件包括底表面部和设置在所述底表面部上的直立部，其中，所述底表面部和所述直立部中的至少一个包括包含热塑性树脂的碳纤维增强的复合材料，另一个可以包含热塑性树脂，并且，其中，以100质量份的碳纤维计，所述冲击吸收构件中所述热塑性树脂的存在量为30至1，000质量份，所述碳纤维的平均纤维长度为3至100_ ;以及所述冲击吸收构件的制造方法。[0014]本发明的效果
[0015]根据本发明，可以提供轻量的、在形状上具有高自由度并且可以有效地吸收震动能的冲击吸收构件。此外，可以提供用于制造轻量的、在形状上具有高自由度并且可以以高效率有效地吸收震动能的冲击吸收构件的方法。
[0016]附图简述
[0017]图1是本发明的第一实施方式(其中直立部具有十字形柱体形状的冲击吸收构件)的透视图。
[0018]图2是本发明的第二实施方式(其中直立部具有圆柱体形状的冲击吸收构件)的透视图。
[0019]图3是本发明的第三实施方式(其中直立部具有中空多边形柱体形状(中空六边形形状)的冲击吸收构件)的透视图。
[0020]图4是本发明的第四实施方式(其中直立部具有蜂窝形柱体形状的冲击吸收构件)的透视图。
[0021]图5是本发明的第五实施方式(其中直立部具有横截面是格架形状的柱体形状的冲击吸收构件)的透视图。
[0022]图6是本发明的第六实施方式(其中直立部具有横截面是三角格架形状的柱体形状的冲击吸收构件)的透视图。
[0023]图7是本发明的第七实施方式(其中直立部具有波纹板形状的冲击吸收构件)的透视图。
[0024]图8是本发明的第八实施方式(其中直立部具有横截面是格架形状的柱体形状的冲击吸收构件)的透视图。
[0025]图9是本发明的第九实施方式(其中直立部具有蜂窝形柱体形状的冲击吸收构件)的透视图。
[0026]图10是本发明的第十实施方式(其中直立部具有十字形柱体形状的冲击吸收构件)的透视图。
[0027]图11是本发明的第十一实施方式(其中直立部具有中空截锥形状的冲击吸收构件)的透视图。
[0028]图12是本发明的第十二实施方式(其中直立部具有厚度阶梯式变化的圆柱体形状，并且具有其中直立部的顶部变得比直立部的底部更厚的形状的冲击吸收构件)的透视图。
[0029]图13是本发明的第十三实施方式(其中直立部具有厚度阶梯式变化的圆柱体形状，并且具有其中直立部的底部变得比直立部的顶部更厚的形状的冲击吸收构件)的透视图。
[0030]图14是本发明的第十四实施方式(其中直立部具有横截面是格架形状的柱体形状，并且在格架形状的中央部分处还具有圆柱状直立部的冲击吸收构件)的透视图。
[0031]图15是本发明的第十五实施方式(其中直立部具有中空多边形柱体形状(中空五边形形状)的冲击吸收构件)的透视图。
【具体实施方式】[0032]在后文中，将描述本发明的冲击吸收构件的实施方式，但是本发明不限于所述实施方式。
[0033][冲击吸收构件]
[0034]本发明的冲击吸收构件是包括底表面部和设置在底表面部上的直立部的冲击吸收构件，其中底表面部和直立部中的至少一个包括包含热塑性树脂的碳纤维增强的复合材料，另一个可以包含热塑性树脂，并且其中冲击吸收构件中热塑性树脂的存在量，以100质量份的碳纤维计，为30至1，000质量份，并且碳纤维的平均纤维长度为3至100mm。此外，本发明的冲击吸收构件可以包括碳纤维增强的复合材料的成形制品，或者也可以使用所述成形制品。
[0035]优选地，本发明的冲击吸收构件具有底表面部和直立部，该直立部在与底表面部垂直的方向上延伸。直立部相对于底表面部可以不是严格的直角，只要直立部在与底表面部垂直的方向上即可，并且可以采取使本发明的意图不受损害的程度的任何角度或用于确保模具的拔模角。在这种情况下，底表面部与直立部之间的角度优选为30至90度，更优选为40至90度。在底表面部与直立部之间还可以添加使本发明的意图不受损害的程度的任何倒角或曲率。对倒角或曲率的尺寸没有特别限制，但是优选地，对于倒角来说尺寸为C0.2至IOmm,对于曲率来说尺寸为R0.2至10mm。
[0036]对设置在底表面部上的直立部的数量没有限制，可以是一个或多个。
[0037]直立部和底表面部可以一体模制，并且可以将每个部件作为独立的构件进行模制然后再联结在一起，例如，直立部可以由碳纤维复合材料模制而成，底表面部可以由热塑性树脂模制而成，但是优选地将部件一体模制以便有效地吸收能量。也就是说，本发明的冲击吸收构件优选地是底表面部和直立部两者都由碳纤维增强的复合材料制成的冲击吸收构件。
[0038][底表面部]
[0039]在本发明的冲击吸收构件中，底表面部是指基本上平坦并且作为直立部的基础的部位。底表面部不必完全平坦，并且可以具有局部凹凸或卷边(bead)。对凹凸和卷边的高度和宽度没有特别限制，但是优选地高度为位于下方的底表面部的板厚度的0.5至2倍。此夕卜，底表面部可以具有通孔，用于通风、螺栓紧固和在底表面上布线。在这种情况下，可以通过在模具中使用剪切等在冲击吸收构件(成形制品)的模制同时来开孔，并且也可以使用钻孔、冲孔、切削工艺等作为后处理来开孔。对底表面部的板厚度没有特别限制，但是优选为0.2至5mm,更优选为I至3mm。
[0040]底表面部的板厚度不必是均匀的，并且也可以局部增大或减小。在这种情况下，对板厚度增大或减小的范围没有特别限制，但是优选为基础(underlying)的底表面部的板厚度的30至300%，更优选为50至200%。还可以阶梯式地改变板厚度，并且也可以通过使板厚度具有锥度或曲度来连续地改变板厚度，但是从避免应力集中的观点来看，优选连续地改变板厚度。
[0041][直立部]
[0042]在本发明的冲击吸收构件中，直立部是指在与上述底表面部垂直的方向上，在同一侧上延长的部位，其实例包括肋和圆凸。对直立部的高度没有特别限制，但是优选为I至300mm,更优选为5至100mm。直立部的高度不必是均勻的，并且也可以局部增大或减小。对直立部的高度的增大或减小的范围没有特别限制，并且优选为最大高度的10至90%，更优选为20至80%。直立部的高度优选为底表面部的板厚度的2倍以上，更优选为5倍以上。对直立部的高度的上限没有特别限制，但是当高度为底表面部的板厚度的1500倍以下时，该高度足以用于大多数应用，并且当高度为底表面部的板厚度的100倍以下时，该高度足以用于许多应用。
[0043]对直立部的板厚度没有特别限制，并且可以与底表面部的板厚度相同或不同。由于在许多情况下对直立部要求比底表面部更复杂的形状，因此直立部的板厚度优选为0.2至100mm,更优选为I至50mm。直立部的板厚度不必是均勻的，并且可以局部增大或减小。在这种情况下，对板厚度的增大或减小的范围没有特别限制，但是优选为基础的直立部的板厚度的20至500%，更优选为50至200%。也可以阶梯式地改变直立部的板厚度(例如图12和13)，并且也可以通过使板厚度具有锥度或曲度来连续地改变板厚度，但是从避免应力集中的观点来看，优选连续地改变板厚度。此外，优选地在直立部上设置使本发明的意图不受损害的程度的用于确保模具的拔模角的角度。模具的拔模角优选为O至45度，更优选为O至10度。
[0044]对于本发明的冲击吸收构件来说，其直立部优选地具有选自下列的至少一种形状:十字形柱体形状，圆柱体形状，中空多边形柱体形状，蜂窝形柱体形状，波纹板形状，中空截锥形状，横截面为格架形状的柱体形状和横截面为三角格架形状的柱体形状。
[0045]当本发明的冲击吸收构件具有冲击吸收构件的直立部具有彼此相连的相对表面的结构时，其物理性质更好，这是优选的。具有彼此相连的相对表面的直立部的实例包括如图5中所示的横截面是格架形状的直立部，但直立部不限于此，并且还包括图3等中示出的横截面具有中空多边形形状的直立部，或如图2中所示的具有圆柱形状的直立部。
[0046]本发明的冲击吸收构件可以是如图7中所示的具有两个以上直立部的冲击吸收构件。
[0047]此外，作为包括具有多种形状的直立部的冲击吸收构件的实施方式，示例了同时使用多种冲击吸收构件的形式，但是此外，其实施方式可以是例如图14中所示的形式，即一个冲击吸收构件包括具有多种形状的直立部，其中在图5的直立部的格架形状的中央部分中还包括图2的具有圆柱形状的直立部。
[0048][热塑性树脂]
[0049]构成本发明的冲击吸收构件的碳纤维增强的复合材料中热塑性树脂的存在量，以100质量份的碳纤维计，为30至1，000质量份，优选为30至500质量份。以100质量份的碳纤维计，热塑性树脂的存在量更优选为30至200质量份，还更优选为70至160质量份，特别优选为100至130质量份。
[0050]对构成冲击吸收构件的热塑性树脂没有特别限制，但是其优选实例包括选自下列的至少一种:氯乙烯树脂，偏氯乙烯树脂，乙酸乙烯酯树脂，聚乙烯醇树脂，聚苯乙烯树脂，丙烯腈-苯乙烯树脂(AS树脂)，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(ABS树脂)，丙烯酸树脂，甲基丙烯酸树脂，聚乙烯树脂，聚丙烯树脂，聚酰胺树脂(例如聚酰胺6树脂、聚酰胺11树脂、聚酰胺12树脂、聚酰胺46树脂、聚酰胺66树脂和聚酰胺610树脂)，聚缩醛树脂，聚碳酸酯树脂，聚对苯二甲酸乙二酯树脂，聚萘二甲酸乙二酯树脂，聚对苯二甲酸丁二酯树脂，聚芳酯树脂，聚苯醚树脂，聚苯硫醚树脂，聚砜树脂，聚醚砜树脂，聚醚醚酮树脂，聚乳酸树脂，以及选自这些树脂的两种以上树脂的混合物(树脂组合物)。热塑性树脂优选为选自聚碳酸酯树脂、聚酯树脂、聚碳酸酯、ABS树脂、聚苯醚树脂、聚酰胺树脂中的至少一种以及选自这些树脂的两种以上树脂的混合物，更优选为聚酰胺树脂或聚酯树脂。
[0051]作为上述树脂组合物，更优选的是选自下列的至少一种组合物:聚碳酸酯树脂与聚酯树脂的组合物，聚碳酸酯与ABS树脂的组合物，聚苯醚树脂与聚酰胺树脂的组合物，聚酰胺树脂与ABS树脂的组合物，以及聚酯树脂与聚酰胺树脂的组合物。
[0052]此外，在不损害本发明的目的的范围内，在碳纤维增强的复合材料或热塑性树脂中可以含有功能性填充剂或添加剂。其实例包括有机/无机填充剂、阻燃剂、抗UV剂、颜料、脱模剂、软化剂、增塑剂、表面活性剂等，但是不限于此。
[0053][冲击吸收构件中包含的碳纤维]
[0054]构成本发明的冲击吸收构件的碳纤维是平均纤维长度为3mm至IOOmm的不连续碳纤维。因此，冲击吸收构件变成不仅对静强度和刚度，而且对冲击载荷或长期疲劳载荷显示出高物理性质的冲击吸收构件(成形制品)。当平均纤维长度小于3mm时，存在着冲击吸收构件的物理性质变差的问题，并且当平均纤维长度大于IOOmm时，存在着碳纤维的可操纵性变差的问题。碳纤维的平均纤维长度优选为8mm以上，更优选为IOmm以上，还更优选为15mm以上，进一步优选为20mm以上。此外，碳纤维的纤维长度优选为80mm以下，更优选为60mm以下。平均纤维长度特别优选为8mm至100mm，还更优选为8mm至80mm。
[0055]对于本发明的冲击吸收构件来说，优选地，由碳纤维增强的复合材料中包含的临界单纤维数以上的碳纤维构成的碳纤维束(A)与碳纤维增强的复合材料中碳纤维的总量的比率为20vOl%以上至99ν01%以下，所述临界单纤维数由下式(I)定义:
[0056]临界单纤维数=600/D (I)
[0057](其中D是单碳纤维的平均纤维直径(μm))。
[0058]对于本发明的冲击吸收构件来说，更优选地，由碳纤维增强的复合材料中包含的临界单纤维数以上的碳纤维构成的碳纤维束(A)与碳纤维增强的复合材料中碳纤维的总量的比率为20Vol%以上并低于99ν01%，所述临界单纤维数由上式(I)定义，并且所述碳纤维束(A)中的纤维平均数量(N)满足下式(2):
[0059]0.7 X 104/D2〈N〈1 X 105/D2 (2)
[0060](其中D是单碳纤维的平均纤维直径(μm))。
[0061]当上述碳纤维束(A)与碳纤维的总量的比率低于20VOl%时，存在着可以获得具有优异表面质量的冲击吸收构件(成形制品)的优点，但是难以获得具有优异机械性质的冲击吸收构件(成形制品)。当所述碳纤维束(A)的比率超过99ν01%时，纤维的交叉部分局部变厚，使得难以获得薄壁的冲击吸收构件。所述碳纤维束(A)的比率优选为30Vol%以上并低于90vol %，更优选为30vol %以上并低于80vol %。
[0062]此外，当对上述构成本发明的冲击吸收构件的碳纤维增强的复合材料中的碳纤维束(A)使用另一种表述方式时，20Vol%以上且99ν01%以下的碳纤维变为由上式(I)所定义的临界单纤维数以上的碳纤维构成的碳纤维束(A)，并且lVol%以上且80%以下的其他碳纤维变为单纤维状态或由少于上述临界单纤维数的碳纤维构成的纤维束，并且分散在热塑性树脂中。
[0063]此外，在构成本发明的冲击吸收构件的碳纤维增强的复合材料中，当由临界单纤维数以上的碳纤维所构成的碳纤维束(A)中的纤维平均数量(N)满足下式(2)时，即使在厚度为约0.2mm至Imm的薄壁冲击吸收构件的情况下，表面也特别光滑并且厚度均匀，这种情况是优选的。
[0064]0.7 X 104/D2〈N〈1 X 105/D2 (2)
[0065](其中D是单碳纤维的平均纤维直径(μm))。
[0066]具体地，对于碳纤维束(A)中的纤维平均数量(N)来说，当碳纤维的平均纤维直径为5至7 μ m时，临界单纤维数为86至120，并且当碳纤维的平均纤维直径为5 μ m时，纤维束中的纤维平均数量在大于280并小于4，000的范围内，但是其中，该数量优选为600至2，500，更优选为600至1，600。当碳纤维的平均纤维直径为7 μ m时，纤维束中的纤维平均数量在大于142并小于2，040的范围内，但是其中，该数量优选为300至1，600。该数量更优选为300至800。
[0067]当碳纤维束㈧中的纤维平均数量(N)为0.7X 104/D2以下时，难以获得高的纤维体积分数(Vf)。此外，当碳纤维束(A)中的纤维平均数量(N)为IXioVD2以上时，产生局部厚的部分，这可能造成空隙。对于上述碳纤维束(A)中的纤维平均数量(N)来说，满足下式(2’ )的数量是更加优选的。
[0068]0.7 X 104/D2〈N〈6 X IO4/O2 (2，)
[0069](其中D是碳纤维的平均纤维直径(μm))。
[0070]优选地，本发明的冲击吸收构件(成形制品)的通过用任何平面内方向上和同一平面内与所述方向垂直的方向上(在后文中，有时分别被称为O度方向和90度方向)的拉伸模量中的较大值除以较小值而获得的比率(在后文中有时简称为E δ )为1.0至1.3。Εδ是材料的各向同性指数，并且当E δ小于2时，冲击吸收构件被评价为是各向同性的，当Εδ为1.3以下时，冲击吸收构件被评价为在各向同性上是特别优异的。
[0071]对于本发明的冲击吸收材料来说，根据底表面部中热塑性树脂的存在量(每100质量份的碳纤维的质量份数)和直立部中热塑性树脂的存在量(每100质量份的碳纤维的质量份数)，通过下式α)获得的热塑性树脂的存在量的比率，优选为-60%至+45%，更优选为-40 %至+30 %，还更优选为-20 %至+20 %，进一步优选为-10 %至+10 %，特别优选为0%,也就是说，特别优选地，底表面部与直立部中热塑性树脂的存在量彼此相同。
[0072]热塑性树脂的存在量的比率(％) = 100X ((直立部中热塑性树脂的存在量)-(底表面部中热塑性树脂的存在量))/(底表面部中热塑性树脂的存在量)(i)
[0073]此外，在冲击吸收构件中，底表面部与直立部的拉伸模量之间的差优选为0%至12%。拉伸模量之间的差)可以通过下式(ii)获得
[0074]拉伸模量之间的差) = I底表面部的拉伸模量-直立部的拉伸模量I/直立部的拉伸模量χιοοα i)
[0075]从底表面部与直立部的拉伸模量的比率可以证实，拉伸模量之间的差在所述范围之内。
[0076]下面对具体方法进行示例。
[0077]首先，对于从冲击吸收构件的直立部收集的试验样本来说，测量在任何平面内方向上的拉伸模量，并且在上述底表面部的试验样本在O度方向上和90度方向上的拉伸模量中，使用接近于直立部的试验样本的拉伸模量的值作为底表面部的拉伸模量，通过用较大值除以较小值来计算底表面部与直立部的拉伸模量的比率。当所述拉伸模量的比率为1.12以下时，显然上述拉伸模量之间的差为12%以下。
[0078]对于本发明的冲击吸收构件来说，优选地，在冲击吸收构件中，在底表面部和直立部中热塑性树脂的存在量和拉伸模量每个都相同(差为0% )。
[0079]对于本发明的冲击吸收构件来说，更优选地，在冲击吸收构件中，底表面部和直立部中热塑性树脂的存在量的比率为-60%至+45%，热塑性树脂的拉伸模量之间的差为0%至12 %，并且对于在底表面部的任何平面内方向上和同一平面内与所述方向正交的方向上的拉伸模量来说，通过用较大值除以较小值而获得的比率为1.0至1.3。
[0080]对于本发明的冲击吸收构件来说，更优选地，在冲击吸收构件中，在底表面部和直立部中热塑性树脂的存在量和拉伸模量每个都相同，并且对于在底表面部的任何平面内方向上和同一平面内与所述方向正交的方向上的拉伸模量来说，通过用较大值除以较小值而获得的比率为1.0至1.3。
[0081]对于本发明的冲击吸收构件来说，优选地，冲击吸收构件的冲击吸收效率为70 (J/g)以上。冲击吸收效率可以根据使用冲击吸收构件的部位适当地调整，并且当冲击吸收效率为70(J/g)以上时，可以表现出作为冲击吸收构件的足够的性能。即使在本发明的冲击吸收构件中的冲击吸收效率甚至如此之高时，也没有特别的问题，但是如果允许设置上限的话，它可以是500 (J/g)，并且在可用于许多应用的典型性能范围的上限的意义上，它还可以是 200(J/g)。
[0082]冲击吸收效率可以作为能量吸收效率，通过将直立部压缩至15mm以上来测量。通过用对载荷-位移曲线从Omm至15mm的位移量进行积分而获得的能量吸收的量除以试验样本从前末端直至15mm的质量,可以计算能量吸收效率。当直立部的高度为15mm以下时，可以通过使用直至高度的一半的位移量，同样地计算能量吸收效率。例如，可以使用冲击压缩试验机aM10T-20HV，由IMATEK C0., Ltd.制造)来测量能量吸收效率。
[0083]〈用于制造冲击吸收构件的方法〉
[0084]用于制造本发明的冲击吸收构件的优选方法是包括对无序毡进行压制成型的制造方法，该无序租由平均纤维长度为3mm至IOOmm的碳纤维和热塑性树脂构成,其中碳纤维具有25g/m2至3，000g/m2的单位面积纤维重量，并且无序毡中由上式(I)所定义的临界单纤维数以上的碳纤维构成的碳纤维束(A)与碳纤维总量的比率为20vOl%以上并且99vol % 以下。
[0085]用于制造本发明的冲击吸收构件的更优选的方法是包括对无序毡进行压制成型的制造方法，该无序租由纤维长度为3mm至100_的碳纤维和热塑性树脂构成,其中碳纤维具有25g/m2至3，000g/m2的单位面积纤维重量，并且无序毡中由上式(I)所定义的临界单纤维数以上的碳纤维构成的碳纤维束(A)与碳纤维总量的比率为20vOl%以上并且99ν01%以下，并且碳纤维束(A)中的纤维平均数量(N)满足上式(2)。
[0086]就制造效率而言，优选地通过进行一次压制成型来获得具有底表面部和直立部的冲击吸收构件，但是冲击吸收构件也可以通过对底表面部和直立部进行分开成型，然后将这些部分联结来制造，并且可以如上所述通过对无序毡进行压制成型来获得底表面部和直立部中的一个，通过另一种方法获得另一个部分，并将这些部分联结来制造。
[0087]通过本发明的制造方法，可以获得尽管薄且轻量但也可以相当好地吸收震动能，并且在形状上也具有高自由度的冲击吸收构件。
[0088]也可以使用热压法，其中将模具加热至热塑性树脂的软化温度以上的温度以进行压制成型，然后将模具和制品冷却至热塑性树脂的软化温度以下的温度，并且也可以使用冷压法，其中将使用无序毡的预浸料坯加热至热塑性树脂的软化温度以上的温度，并使用具有等于或低于热塑性树脂的软化温度的温度的模具进行压制成型。同时，在本发明中，热塑性树脂的软化温度，在热塑性树脂为结晶体的情况下是指熔化温度，而在热塑性树脂为无定形的情况下是指玻璃化转变温度。
[0089]?无序毡>>
[0090]在本发明的制造冲击吸收构件的方法中使用的无序毡由平均纤维长度为3_至IOOmm的碳纤维和热塑性树脂构成,其中所述碳纤维具有25g/m2至3，000g/m2的单位面积纤维重量，并且所述无序毡中由上式(I)定义的临界单纤维数以上的碳纤维所构成的碳纤维束(A)与纤维总量的比率为20VOl%以上并且99Vol%以下，并且碳纤维束(A)中的纤维平均数量(N)满足上式(2)。
[0091]本发明中的无序毡是指其中热塑性树脂附着到碳纤维彼此缠结的毡状材料的无序租。
[0092]无序毡中碳纤维、热塑性树脂和碳纤维束(A)的详细情况与上面对构成冲击吸收构件的碳纤维增强的复合材料所描述的相同，但是补充如下。
[0093]在无序毡的平面中，碳纤维不以特定方向排列，而是以随机方向分散和取向。优选地，在本发明的制造方法中使用的无序毡是各向同性材料。当由无序毡获得冲击吸收构件时，无序毡中碳纤维的 各向同性在冲击吸收构件中也得以维持。通过由无序毡获得冲击吸收构件，并为冲击吸收构件获得在彼此正交的两个方向上的拉伸模量中较大值与较小值的比率(E δ )，可以定量评价无序毡和由其获得的冲击吸收构件的各向同性。E δ小于2的冲击吸收构件被评价为是各向同性的，Εδ为1.3以下的冲击吸收构件被评价为在各向同性方面特别优异。
[0094]首先，在本发明的制造方法中使用的无序毡的优点是，当无序毡中碳纤维束(A)与纤维总量的比率低于20vol %时，可以获得具有优异表面质量的冲击吸收构件，但是难以获得具有优异机械性质的冲击吸收构件。当碳纤维束(A)的比率高于99ν01%时，纤维的交叉部分变得局部加厚，使得难以获得薄壁冲击吸收构件。无序毡中碳纤维束(A)的比率优选为30vol %以上并低于90vol %，更优选为30vol %以上并低于80vol %。
[0095]如上对构成本发明的冲击吸收构件的碳纤维复合材料所述，只要碳纤维束(A)中的纤维平均数量(N)满足上式(2)，无序毡也是优选的。当使用纤维平均数量(N)为
0.7X IOVd2以下的无序毡时，难以获得具有高的碳纤维体积分数(Vf)的冲击吸收构件。此外，当使用纤维平均数量(N)为IXioVD2以上的无序毡时，产生局部增厚的部分，这可能造成空隙。对于上述碳纤维束(A)中的纤维平均数量(N)来说，满足下式(2’)的数量是更优选的。
[0096]0.7 X 104/D2〈N〈6 X IO4/O2 (2，)
[0097](其中D是单碳纤维的平均纤维直径(μm))。
[0098]此外，当使用在本发明的制造方法中使用的无序毡来进行浸溃~成型，并且打算获得1_以下的薄壁冲击吸收构件时，简单分离的纤维的使用导致纤维密度的相当大的不均匀性，并且无法获得良好的物理性质。此外，当所有纤维被开纤时，容易获得更薄的冲击吸收构件，但是纤维的缠结增加，并且可能无法获得具有高的纤维体积分数的冲击吸收构件。通过允许冲击吸收构件中同时存在由上式(I)定义的临界单纤维数以上的碳纤维构成的碳纤维束(A)以及处于单纤维状态或由少于临界单纤维数的碳纤维构成的碳纤维(B)，可以获得具有高的物理性质表征率(development rate)的薄壁冲击吸收构件。本发明的制造方法可以提供具有各种不同厚度的冲击吸收构件，但是特别适合于获得厚度约为0.2mm至1_的薄壁冲击吸收构件。
[0099]对在本发明的制造方法中使用的无序毡的厚度没有特别限制，但是可以获得厚度为Imm至150mm的无序毡。由于表现出本发明的获得比本发明的无序毡更薄壁的冲击吸收构件的效果，2_至100_的厚度是优选的。此外，在使用适合的加压或减压装置将无序毡的体积减小到易于使用的厚度之后，无序毡也可以下一步骤中。
[0100]当在本发明的制造方法中使用的无序毡中碳纤维和热塑性树脂的存在量以质量形式来表述时，以100质量份的碳纤维计，所述量优选为30至1，000质量份，更优选为30至500质量份，还更优选为50至500质量份，此外，进一步优选地，以100质量份的碳纤维计，热塑性树脂的存在量为60至200质量份。当热塑性树脂与100质量份的碳纤维的比例小于30质量份时，在获得的碳纤维增强的复合材料中容易产生空隙，因此存在着强度或刚度可能降低的顾虑。相反，当热塑性树脂的比例大于1，000质量份时，难以表现出碳纤维的增强效果。
[0101]〈预浸料坯〉
[0102]在本发明中，当进行冷压制成型时，将无序毡加热至无序毡中包含的热塑性树脂的软化温度以上并低于其热分解温度的温度，也就是说，在热塑性树脂为结晶体的情况下将无序毡加热至熔化温度以上并低于热分解温度的温度，并且在树脂为无定形的情况下加热至玻璃化转变温度以上并低于热分解温度的温度，以便将碳纤维用热塑性树脂浸溃以获得预浸料坯，并将它用于成型。预浸料坯中碳纤维的形式维持在无序毡中的状态。也就是说，预浸料坯中的碳纤维维持在无序毡中的纤维长度或各向同性和开纤程度，并且与对上述无序毡的描述相同。
[0103]也就是说，本发明还包括上述用于制造冲击吸收构件的方法，其中冲击吸收构件如下获得:通过将无序毡加热至热塑性树脂的软化温度以上并低于其热分解温度的温度来提供预浸料坯，该无序毡由纤维长度为3mm至IOOmm的碳纤维和热塑性树脂所构成，其中碳纤维具有25g/m2至3，000g/m2的单位面积纤维重量，无序毡中由上式(I)所定义的临界单纤维数以上碳纤维构成的碳纤维束(A)与碳纤维的总量的比率为20Vol%以上并低于99ν01%，并且碳纤维束(A)中的纤维平均数量(N)满足上式(2);以及对已预浸料坯进行压制成型。
[0104]此外，在本申请中，作为热塑性树脂的热分解温度，可以示例的是在空气中的热分
解温度。
[0105]实施例
[0106]将参考实施例对本发明进行更详细地描述，但是本发明绝不限于所述实施例。
[0107]此外，对于所使用的热塑性树脂来说，尼龙6的熔化温度和热分解温度(在空气中)分别为225°C和300°C，聚对苯二甲酸丁二酯的熔化温度和热分解温度(在空气中)分别为 230 °C 和 300 °C ο
[0108]I)无序毡中碳纤维束的分析
[0109]切割出尺寸约为IOOmmX IOOmm的无序租。通过镊子将纤维束从切开的无序租中全部抽出，测量并记录碳纤维束(A)的束数(I)以及碳纤维束(A)的长度(Li)和质量(Wi)。对于小得不能通过镊子抽取的纤维束，其质量(Wk)在最后作为整体进行测量。在质量的测量中，使用可测量至l/100mg(0.01mg)的天平。
[0110]由在无序毡中使用的碳纤维的纤维直径(D)来计算临界单纤维数，并将碳纤维分类为具有临界单纤维数以上纤维的碳纤维束(A)和其他纤维。此外，当使用两种以上种碳纤维时，将纤维分类到每个种类中，然后对每个种类进行测量和评价。获得碳纤维束(A)中的纤维平均数量(N)的方法如下:
[0111]由所使用的碳纤维的tex(F)，通过下式获得单个碳纤维束中纤维的数量(Ni)。
[0112]Ni = ffi/(Li XF)
[0113]碳纤维束(A)中的纤维平均数量(N)由碳纤维束(A)的束数(I)，通过下式来确定。
[0114]N = ΣΝ?/Ι
[0115]无序毡的碳 纤维束(A)与纤维总量的比率(VR)，使用碳纤维的密度(P)，通过下式来获得。
[0116]VR= Σ (ffi/p) X100/((ffk+Xffi)/p)
[0117]2)冲击吸收构件中包含的碳纤维的平均纤维长度的分析
[0118]对于在获得的冲击吸收构件中包含的碳纤维的平均纤维长度来说，将冲击吸收构件在熔炉中在500°C下加热约I小时以除去树脂，然后通过一副游标卡尺和放大镜将任意抽取的100根碳纤维的长度测量至Imm并记录，并由测量的所有碳纤维的长度(Li，其中i=I至100的整数)，通过下式获得平均纤维长度(La)。
[0119]La = Σ Li/100
[0120]此外，也可以通过上述方法测量无序毡中碳纤维的平均纤维长度。
[0121]3)冲击吸收构件中碳纤维束的分析
[0122]对于冲击吸收构件来说，通过将冲击吸收构件在熔炉中在500°C下加热约I小时以除去树脂，然后使用上述无序毡中的方法，来进行测量。
[0123]4)冲击吸收构件中存在的纤维和树脂的分析
[0124]通过从冲击吸收构件的底表面部和直立部切下试验样本，将试验样本在熔炉中在500°C下加热约I小时以除去树脂，以及测量处理之前和之后的样本质量，来计算碳纤维和树脂的质量。
[0125]5)冲击吸收构件中拉伸模量的测量(拉伸试验)
[0126]通过使用水射流从冲击吸收构件的底表面部或直立部切下试验样本，并使用由A&D Company, Limited制造的Tensilon通用试验机,来测量拉伸模量。对于从底表面部获得试验样本来说，测量在任何平面内方向和在同一平面内与所述方向垂直的方向(分别为O度方向和90度方向)上的拉伸模量，并计算用较大值除以较小值获得的比率(Εδ)。
[0127]对于从直立部收集的试验样本来说，测量在任何平面内方向上的拉伸模量。此外，在上述底表面部的O度方向和90度方向上的试验样本拉伸模量中，使用与直立部的试验样本拉伸模量接近的值作为底表面部的拉伸模量，并计算用较大值除以较小值的比率。
[0128]6)测量冲击吸收性能的方法
[0129]使用冲击压缩试验机(由IMATEK C0.，Ltd.制造的M10T-20HV)，通过将冲击吸收构件的直立部压缩至15mm以上，来测量能量吸收效率。通过用对载荷-位移曲线从Omm至15_的位移量进行积分而获得的能量吸收的量除以试验样本从前端直至15_的质量，来计算能量吸收效率。当直立部的高度为15mm以下时，使用直至高度一半的位移量来进行相同的计算。
[0130][参考例I]
[0131]将作为增强纤维的碳纤维(TENAX(注册商标)STS40-24KS (纤维直径7μπι)，由TOHO TENAX C0.，Ltd.制造)切割成IOmm的纤维长度并同时拓宽至20mm的宽度，以820g/min的碳纤维进料速率导入到锥形管中，同时将空气吹向锥形管中的碳纤维以对纤维束进行部分开纤，将碳纤维喷撒在设置在锥形管出口的下方部分处的台子上。
[0132]此外，将作为基质树脂的平均粒径约为Imm并冷冻粉碎的尼龙6 (聚酰胺6:在后文中有时被描述为PA6)树脂(由Ube Industries, Ltd.制造的1015B)以1000g/min的速率供应到锥形管，并与碳纤维同时进行喷撒，以获得其中混合有平均纤维长度为10_的碳纤维和PA6的无序毡。无序毡的增强纤维(碳纤维)体积分数(Vf)为35%，增强纤维的单位面积纤维重量为910g/m2。作为调查获得的无序毡的平均纤维长度(La)、增强纤维束(A)比率和纤维平均数量(N)的结果，平均纤维长度(La)为10mm，由式(I)所定义的临界单纤维数为86，无序毡中增强纤维束(A)与纤维总量的比率为33%，增强纤维束(A)中的纤维平均数量(N)为230。作为观察无序毡中增强纤维的形式的结果，增强纤维的纤维轴几乎平行于平面，并且增强纤维在平面内随机分散。
[0133][参考例2]
[0134]将作为增强纤维的碳纤维(TENAX (注册商标)STS40-24KS (纤维直径7 μ m)，由TOHO TENAX C0.，Ltd.制造)切割成4mm的纤维长度，以240g/min的碳纤维进料速率导入到锥形管中，同时将空气吹向锥形管中的碳纤维以对纤维束进行开纤，直至纤维束几乎完全变成单纤维，将碳纤维喷撒在设置在锥形管出口的下方部分处的台子上。
[0135]此外，将作为基质树脂的平均粒径约为Imm并冷冻粉碎的尼龙6树脂(由UbeIndustries, Ltd.制造的1015B)以1，400g/min的速率供应到锥形管，并与碳纤维同时进行喷撒，以获得其中混合有平均纤维长度为4mm的碳纤维和PA6的无序毡。无序毡的增强纤维(碳纤维)体积分数(Vf)为10%，增强纤维的单位面积纤维重量为260g/m2。作为调查获得的无序毡的平均纤维长度(La)、增强纤维束(A)比率和纤维平均数量(N)的结果，平均纤维长度(La)为4mm，由式(I)所定义的临界单纤维数为86，没有观察到增强纤维束(A)。作为观察无序毡中增强纤维的形式的结果，增强纤维的纤维轴几乎平行于平面，并且增强纤维在平面内随机分散。
[0136][参考例3]
[0137]将作为增强纤维的碳纤维(TENAX (注册商标)HTS40-12KS (纤维直径7 μ m，纤维宽度IOmm)，由TOHO TENAX C0.，Ltd.制造)切割成30mm的纤维长度，以950g/min的碳纤维进料速率导入到锥形管中，同时将空气吹向锥形管中的碳纤维以对纤维束进行部分开纤，将碳纤维喷撒在设置在锥形管出口的下方部分处的台子上。[0138]此外，将作为基质树脂的平均粒径约为Imm并冷冻粉碎的聚对苯二甲酸丁二酯树脂(在后文中有时被称为PBT，由Polyplastic C0.，Ltd.制造的DURANEX (注册商标)2002)以l，060g/min的速率供应到锥形管，并与碳纤维同时进行喷撒，以获得其中混合有平均纤维长度为30mm的碳纤维和PBT的无序毡。无序毡的增强纤维(碳纤维)体积分数(Vf)为40%，增强纤维的单位面积纤维重量为l，050g/m2。作为调查平均纤维长度(La)、增强纤维束(A)比率和纤维平均数量(N)的结果，获得的无序毡的平均纤维长度(La)为30mm，由式(I)所定义的临界单纤维数为86，毡中增强纤维束(A)与纤维总量的比率为85%，增强纤维束(A)中的纤维平均数量(N)为1，500。作为观察无序毡中增强纤维的形式的结果，增强纤维的纤维轴几乎平行于平面，并且增强纤维在平面内随机分散。
[0139][实施例1]
[0140]使用由Kawasaki Hydromechanics Corp.制造的设置有用于浸溃的平板模具的压机，将在参考例I中获得的无序毡在260°C和4MPa下热压5分钟，然后冷却至50°C，以获得增强纤维的单位面积纤维重量为910g/m2的预浸料坯，其中以100质量份的碳纤维计，PA6以122质量份的量存在。
[0141]接下来,使用由NGK Kilntech Corporation制造的IR烘箱将获得的预浸料还加热至260°C并以IOMPa的压力冷压60秒，以获得如图1中所示的成形制品(冲击吸收构件)。
[0142]本实施例的形状为:底板部长为30mm,宽为40mm并且厚为3mm,并且作为直立部，两条肋在其中心以直角相互交叉，每条肋高度为30mm，前端部厚为2mm并且锥角为I度，在底板部与直立部之间施加R2mm的曲率。成形制品中碳纤维的平均纤维长度为10mm，碳纤维束(A)比率为33%，并且碳纤维束(A)中的纤维平均数量(N)为230。以100质量份的碳纤维计，底表面部和直立部中热塑性树脂的存在量分别为122质量份和122质量份，，底表面部与和直立部中的拉伸模量的比率为1.05，在底表面部的任何平面内方向上与在同一平面内与所述方向正交的方向上的拉伸模量的比率为1.05。所述构造中的能量吸收效率为75J/g。
[0143][实施例2]
[0144]以与实施例1中相同的方式由参考例I中获得的无序毡获得预浸料坯，使用由NGKKilntech Corporation制造的IR烘箱将获得的预浸料还加热至26(TC并以IOMPa的压力冷压60秒，以获得如图2中所示的成形制品(冲击吸收构件)。
[0145]本实施例的形状为:底板部长为40mm,宽为40mm并且厚为3mm,并且作为直立部，设置高度为30mm,前端部厚为2.5mm,中立面半径为15mm并且锥角为O度的圆凸，并且底部部分与直立部之间的角为90度。成形制品中碳纤维的平均纤维长度为10mm，碳纤维束(A)比率为33%，并且碳纤维束(A)中的纤维平均数量(N)为230。以100质量份的碳纤维计，底表面部和直立部中热塑性树脂的存在量分别为122质量份和122质量份，底表面部与直立部中的拉伸模量的比率为1.05，在底表面部的任何平面内方向上与在同一平面内与所述方向正交的方向上的拉伸模量的比率为1.05。所述构造中的能量吸收效率为113J/g。
[0146][实施例3]
[0147]以与实施例1中相同的方式由参考例I中获得的无序毡获得预浸料坯，使用由NGKKilntech Corporation制造的IR烘箱将获得的预浸料还加热至26(TC并以IOMPa的压力冷压60秒，以获得如图3中所示的成形制品(冲击吸收构件)。
[0148]本实施例的形状为正六边形,底板部长为60mm,宽为60mm并且厚为3mm,直立部高为45mm,前端部厚为2mm,锥角为I度,并且其边长为15mm。此外,在底板部与直立部之间施加Rl.5mm的曲率。成形制品中碳纤维的平均纤维长度为10mm，碳纤维束(A)比率为33%，并且碳纤维束(A)中的纤维平均数量(N)为230。以100质量份的碳纤维计，底表面部和直立部中热塑性树脂的存在量分别为122质量份和122质量份，底表面部与直立部中的拉伸模量的比率为1.05，在底表面部的任何平面内方向上与在同一平面内与所述方向正交的方向上的拉伸模量的比率为1.05。所述构造中的能量吸收效率为104J/g。
[0149][实施例4]
[0150]以与实施例1中相同的方式由参考例I中获得的无序毡获得预浸料坯，使用由NGKKilntech Corporation制造的IR烘箱将获得的预浸料还加热至26(TC并以IOMPa的压力冷压60秒，以获得如图4中所示的成形制品(冲击吸收构件)。
[0151]本实施例的形状为蜂窝结构，底板部长为90mm,宽为90mm并且厚为3mm,直立部高为30mm,前端部厚为2mm并且锥角为I度。蜂窝的边为15mm,并且在底板部与直立部之间施加R2mm的曲率。冲击吸收构件中碳纤维的平均纤维长度为10mm，碳纤维束(A)比率为33%，并且碳纤维束(A)中的纤维平均数量(N)为230。以100质量份的碳纤维计，底表面部和直立部中热塑性树脂的存在量分别为122质量份和122质量份，底表面部与直立部中的拉伸模量的比率为1.07，在底表面部的任何平面内方向上与在同一平面内与所述方向正交的方向上的拉伸模量的比率为1.05。所述构造中的能量吸收效率为128J/g。
[0152][实施例5]
[0153]以与实施例1中相同的方式由参考例I中获得的无序毡获得预浸料坯，使用由NGKKilntech Corporation制造的IR烘箱将获得的预浸料还加热至26(TC并以IOMPa的压力冷压60秒，以获得如图5中所示的成形制品(冲击吸收构件)。
[0154]本实施例的形状为:底板部长为40mm,宽为40mm并且厚为2mm,并且作为直立部，四条肋以符号“#，，的形状交叉，每条肋高度为30mm，前端部厚为2mm并且锥角为1.5度，在底板部与直立部之间施加Rlmm的曲率。冲击吸收构件中碳纤维的平均纤维长度为10mm，碳纤维束(A)比率为33%，并且碳纤维束(A)中的纤维平均数量(N)为230。以100质量份的碳纤维计，底表面部和直立部中热塑性树脂的存在量分别为122质量份和122质量份，底表面部与直立部中的拉伸模量的比率为1.07，在底表面部的任何平面内方向上与在同一平面内与所述方向正交的方向上的拉伸模量的比率为1.05。所述构造中的能量吸收效率为118J/g。
[0155][实施例6]
[0156]以与实施例1中相同的方式由参考例I中获得的无序毡获得预浸料坯，使用由NGKKilntech Corporation制造的IR烘箱将获得的预浸料还加热至26(TC并以IOMPa的压力冷压60秒，以获得如图6中所示的成形制品(冲击吸收构件)。
[0157]本实施例的形状为:底板部长为80mm,宽为80mm并且厚为2mm,并且作为直立部，九条肋以符号“# ”的形状并以交叉形式布置，每条肋高度为25mm，前端部厚为2mm并且锥角为1.5度，在底板部与直立部之间施加Rl.5mm的曲率。冲击吸收构件中碳纤维的平均纤维长度为10mm，碳纤维束(A)比率为33%，并且碳纤维束(A)中的纤维平均数量(N)为230。以100质量份的碳纤维计，底表面部和直立部中热塑性树脂的存在量分别为122质量份和122质量份，底表面部与直立部中的拉伸模量的比率为1.07，在底表面部的任何平面内方向上与在同一平面内与所述方向正交的方向上的拉伸模量的比率为1.05。所述构造中的能量吸收效率为86J/g。
[0158][实施例7]
[0159]以与实施例1中相同的方式由参考例I中获得的无序毡获得预浸料坯，使用由NGKKilntech Corporation制造的IR烘箱将获得的预浸料还加热至26(TC并以IOMPa的压力冷压60秒，以获得如图7中所示的成形制品(冲击吸收构件)。
[0160]本实施例的形状为:底板部长为80mm,宽为80mm并且厚为3mm,并且作为直立部设置两条肋，每条肋高度为30mm，前端部厚为2.5mm,锥角为O度并且横截面为波纹形，在底板部与直立部之间施加R3mm的曲率。底板部与直立部之间的角为90度。冲击吸收构件中碳纤维的平均纤维长度为10mm，碳纤维束(A)比率为33%，并且碳纤维束(A)中的纤维平均数量(N)为230。以100质量份的碳纤维计，底表面部和直立部中热塑性树脂的存在量分别为122质量份和122质量份，底表面部与直立部中的拉伸模量的比率为1.05，在底表面部的任何平面内方向上与在同一平面内与所述方向正交的方向上的拉伸模量的比率为1.05。所述构造中的能量吸收效率为100J/g。
[0161][实施例8]
[0162]以与实施例1中相同的方式从参考例I中获得的无序毡获得预浸料坯，使用由NGKKilntech Corporation制造的IR烘箱将获得的预浸料还加热至26(TC并以IOMPa的压力冷压60秒，以获得如图8中所示的成形制品(冲击吸收构件)。
[0163]本实施例的形状为:底板部长为40mm,宽为40mm并且厚为2.5mm,并且作为直立部，六条肋以筛网的形式布置，每条肋高度为30mm，前端部厚为1.5mm并且锥角为I度，在底板部与直立部之间施加Rl.5mm的曲率。冲击吸收构件中碳纤维的平均纤维长度为10mm，碳纤维束(A)比率为33%，并且碳纤维束(A)中的纤维平均数量(N)为230。以100质量份的碳纤维计，底表面部和直立部中热塑性树脂的存在量分别为122质量份和122质量份，底表面部与直立部中的拉伸模量的比率为1.07，在底表面部的任何平面内方向上与在同一平面内与所述方向正交的方向上的拉伸模量的比率为1.05。所述构造中的能量吸收效率为118J/g。
[0164][实施例9]
[0165]以与实施例1中相同的方式由参考例I中获得的无序毡获得预浸料坯，使用由NGKKilntech Corporation制造的IR烘箱将获得的预浸料还加热至26(TC并以IOMPa的压力冷压60秒，以获得如图9中所示的成形制品(冲击吸收构件)。
[0166]本实施例的形状为蜂窝结构，底板部长为80mm,宽为80mm并且厚为3mm,直立部高为30mm，前端部厚为1.4mm并且锥角为2度。蜂窝的边长为10mm，在底板部与直立部之间施加R2mm的曲率。冲击吸收构件中碳纤维的平均纤维长度为10mm，碳纤维束(A)比率为33%，并且碳纤维束(A)中的纤维平均数量(N)为230。以100质量份的碳纤维计，底表面部和直立部中热塑性树脂的存在量分别为122质量份和122质量份，底表面部与直立部中的拉伸模量的比率为1.05，在底表面部的任何平面内方向上与在同一平面内与所述方向正交的方向上的拉伸模量的比率为1.05。所述构造中的能量吸收效率为136J/g。[0167][实施例10]
[0168]使用由Kawasaki Hydromechanics Corp.制造的设置有用于浸溃的平板模具的压机，将在参考例3中获得的无序毡在260°C和4MPa下热压5分钟，然后冷却至50°C，以获得增强纤维的单位面积纤维重量为l，050g/m2的预浸料坯，其中以100质量份的碳纤维计，PBT以112质量份的量存在。接下来，使用由NGK Kilntech Corporation制造的IR烘箱将获得的预浸料坯加热至260°C并以IOMPa的压力冷压60秒，以获得与实施例2中相同的形状。冲击吸收构件中碳纤维的平均纤维长度为30mm，碳纤维束(A)比率为85%，并且碳纤维束(A)中的纤维平均数量(N)为1，500。以100质量份的碳纤维计，底表面部和直立部中热塑性树脂的存在量分别为112质量份和112质量份，底表面部与直立部中的拉伸模量的比率为1.05，在底表面部的任何平面内方向上与在同一平面内与所述方向正交的方向上的拉伸模量的比率为1.02。所述构造中的能量吸收效率为147J/g。
[0169][实施例11]
[0170]以与实施例1中相同的方式由参考例I中获得的无序毡获得预浸料坯，使用由NGKKilntech Corporation制造的IR烘箱将获得的预浸料还加热至26(TC并以IOMPa的压力冷压60秒，以获得如图10中所示的成形制品(冲击吸收构件)。
[0171]本实施例的形状为:中底板部长为30mm,宽为40mm并且厚为3mm,并且作为直立部，两条肋在其中心以直角相互交叉，每条肋高度为10mm，前端部厚为2mm并且锥角为I度，在底板部与直立部之间施加R2mm的曲率。冲击吸收构件中碳纤维的平均纤维长度为10mm，碳纤维束(A)比率为33%，并且碳纤维束(A)中的纤维平均数量(N)为230。以100质量份的碳纤维计，底表面部和直立部中热塑性树脂的存在量分别为122质量份和122质量份，底表面部与直立部中的拉伸模量的比率为1.05，在底表面部的任何平面内方向上与在同一平面内与所述方向正交的方向上的拉伸模量的比率为1.05。所述构造中的能量吸收效率为80J/g。
[0172][实施例12]
[0173]以与实施例1中相同的方式由参考例I中获得的无序毡获得预浸料坯，使用由NGKKilntech Corporation制造的IR烘箱将获得的预浸料坯加热至260°C并以30MPa的压力冷压60秒，以获得如图11中所示的成形制品(冲击吸收构件)。
[0174]本实施例的形状为截锥形状，底板部长为150mm,宽为150mm并且厚为3mm,直立部高为300mm,前端部厚为2.5mm,中立面半径为15mm,下端部厚为2.5mm并且中立面半径为30mm。冲击吸收构件中碳纤维的平均纤维长度为10mm，碳纤维束(A)比率为33%，并且碳纤维束(A)中的纤维平均数量(N)为230。以100质量份的碳纤维计，底表面部中热塑性树脂的存在量为122质量份，底表面部与直立部中的拉伸模量的比率为1.00，直立部中热塑性树脂的存在量为122质量份，在底表面部的任何平面内方向上与在同一平面内与所述方向正交的方向上的拉伸模量的比率为1.05。所述构造中的能量吸收效率为89J/g。
[0175][实施例13]
[0176]以与实施例1中相同的方式由参考例I中获得的无序毡获得预浸料坯，使用由NGKKilntech Corporation制造的IR烘箱将获得的预浸料坯加热至260°C并以30MPa的压力冷压60秒，以获得如图1中所示的成形制品(冲击吸收构件)。
[0177]本实施例的形状为:底板部长为30mm,宽为40mm并且厚为3mm,并且作为直立部，两条肋在其中心以直角相互交叉，每条肋高度为30mm，前端部厚为2mm并且锥角为I度，在底板部与直立部之间施加R2mm的曲率。成形制品中碳纤维的平均纤维长度为10mm，碳纤维束(A)比率为33%，并且碳纤维束(A)中的纤维平均数量(N)为230。以100质量份的碳纤维计，底表面部和直立部中热塑性树脂的存在量分别为122质量份和122质量份，底表面部与直立部中的拉伸模量的比率为1.05，在底表面部的任何平面内方向上与在同一平面内与所述方向正交的方向上的拉伸模量的比率为1.05。所述构造中的能量吸收效率为80J/g°
[0178][实施例14]
[0179]使用由Kawasaki Hydromechanics Corp.制造的其中设置有用于浸溃的平板模具的压机，将在参考例2中获得的无序毡在260°C和4MPa下热压5分钟，然后冷却至50°C，以获得增强纤维的单位面积纤维重量为260g/m2的预浸料坯，其中以100质量份的碳纤维计，PA6以583质量份的量存在。接下来，使用由NGK Kilntech Corporation制造的IR烘箱将获得的预浸料坯加热至260°C并以IOMPa的压力冷压60秒，以获得与实施例2中相同的形状。成形制品(冲击吸收构件)中碳纤维的平均纤维长度为4mm，并且没有观察到碳纤维束(A)。以100质量份的碳纤维计，底表面部和直立部中热塑性树脂的存在量分别为583质量份和583质量份，底表面部与直立部中的拉伸模量的比率为1.07，在底表面部的任何平面内方向上与在同一平面内与所述方向正交的方向上的拉伸模量的比率为1.06。所述构造中的能量吸收效率为65J/g。能量吸收效率略低。
[0180]实施例的概述
[0181]在后文中，对于上述实施例1至14，将所使用的基材(无序毡)和获得的成形制品(冲击吸收构件)的结果概述在表1和2中。
[0182]表1
[0183]
【权利要求】
1.一种冲击吸收构件，包括: 底表面部；以及 直立部，该直立部设置在所述底表面部上， 其中，所述底表面部和所述直立部中的至少一个包括包含热塑性树脂的碳纤维增强的复合材料，并且另一个可以包含热塑性树脂，并且 其中，以100质量份的碳纤维计，所述冲击吸收构件中所述热塑性树脂的存在量为30至1，000质量份，并且所述碳纤维的 平均纤维长度为3至100mm。
2.根据权利要求1所述的冲击吸收构件，其中，所述底表面部和所述直立部中的每一个都包括碳纤维增强的复合材料。
3.根据权利要求1或2所述的冲击吸收构件，其中，所述热塑性树脂的存在量的比率为-60%至+45%，该比率通过下式(i)，基于所述底表面部中所述热塑性树脂的存在量(每100质量份的碳纤维的质量份数)和所述直立部中所述热塑性树脂的存在量(每100质量份的碳纤维的质量份数)来获得: 热塑性树脂的存在量的比率(％) = 100X ((直立部中热塑性树脂的存在量)-(底表面部中热塑性树脂的存在量))/(底表面部中热塑性树脂的存在量)(i)。
4.根据权利要求1至3的任意一项所述的冲击吸收构件，其中，所述冲击吸收构件中所述底表面部的拉伸模量与所述直立部的拉伸模量之间的差为0%至12%。
5.根据权利要求1至4的任意一项所述的冲击吸收构件，其中，通过用所述冲击吸收构件中在所述底表面部的任何平面内方向上和同一平面内与所述方向正交的方向上的拉伸模量中的较大值除以较小值而获得的比率，为1.0至1.3。
6.根据权利要求1至5的任意一项所述的冲击吸收构件，其中，所述热塑性树脂的存在量的比率为-60 %至+45 %，该比率通过下式(i)，基于所述底表面部中所述热塑性树脂的存在量(每100质量份的碳纤维的质量份数)和所述直立部中所述热塑性树脂的存在量(每100质量份的碳纤维的质量份数)来获得: 热塑性树脂的存在量的比率(％) = 100X ((直立部中热塑性树脂的存在量)-(底表面部中热塑性树脂的存在量))/(底表面部中热塑性树脂的存在量)(i)，并且 其中，通过用在所述底表面部的任何平面内方向上和同一平面内与所述方向正交的方向上的拉伸模量中的较大值除以较小值而获得的比率，为1.0至1.3。
7.根据权利要求1至6的任意一项所述的冲击吸收构件，其中，在所述冲击吸收构件中的所述底表面部中和所述直立部中，热塑性树脂的存在量和拉伸模量各自相同，并且 通过用在所述底表面部的任何平面内方向上和同一平面内与所述方向正交的方向上的拉伸模量中的较大值除以较小值而获得的比率，为1.0至1.3。
8.根据权利要求1至7的任意一项所述的冲击吸收构件，其中，碳纤维束(A)与所述碳纤维增强的复合材料中所述碳纤维的总量的比率为20Vol%以上并低于99ν01%，所述碳纤维束(A)由临界单纤维数以上的所述碳纤维增强的复合材料中包含的碳纤维构成，所述临界单纤维数由下式(I)定义，并且所述碳纤维束(A)中的纤维平均数量(N)满足下式(2): 临界单纤维数=600/D (I)0.7X104/D2〈N〈1X105/D2 (2)其中，D是单碳纤维的平均纤维直径(μ m)。
9.根据权利要求1至8的任意一项所述的冲击吸收构件，其中，所述冲击吸收构件的冲击吸收效率为70J/g以上。
10.根据权利要求1至9的任意一项所述的冲击吸收构件，其中，所述直立部具有选自下列的至少一种形状:十字形柱体形状，圆柱体形状，中空多边形柱体形状，蜂窝形柱体形状，波纹板形状，中空截锥形状，横截面为格架形状的柱体形状，以及横截面为三角格架形状的柱体形状。
11.根据权利要求1至10的任意一项所述的冲击吸收构件，其中，所述冲击吸收构件包括一结构，在该结构中，所述直立部具有彼此相连的相对表面的结构。
12.根据权利要求1至11的任意一项所述的冲击吸收构件，其中，所述冲击吸收构件具有两个以上的直立部。
13.根据权利要求1至12的任意一项所述的冲击吸收构件，其中，所述直立部的高度为所述底表面部的板厚度的两倍以上。
14.根据权利要求1至13的任意一项所述的冲击吸收构件，其中，所述冲击吸收构件具有在与所述底表面部垂直的方向上延伸的直立部。
15.根据权利要求1至14的任意一项所述的冲击吸收构件，其中，所述冲击吸收构件具有所述直立部的板厚度阶梯式改变的形状。
16.根据权利要求1至15的任意一项所述的冲击吸收构件，其中，以100质量份的所述碳纤维计，所述冲击吸收构件中热塑性树脂的存在量为30至500质量份。
17.一种用于制造根据权利要求1至16的任意一项所述的冲击吸收构件的方法，所述冲击吸收构件通过对无序毡进行压制成型来获得，所述无序毡由纤维长度为3_至100_的碳纤维和热塑性树脂构成，其中，所述碳纤维具有25g/m2至3，000g/m2的单位面积纤维重量，在所述无序毡中由上式(I)所定义的临界单纤维数以上的所述碳纤维构成的碳纤维束(A)与所述碳纤维总量的比率为20vOl%以上并低于99ν01%，并且所述碳纤维束(A)中的纤维平均数量(N)满足上式(2)。
18.一种用于制造根据权利要求1至17的任意一项所述的冲击吸收构件的方法，所述冲击吸收构件通过下述步骤获得: 提供预浸料坯，所述预浸料坯通过将由纤维长度为3_至100_的碳纤维和热塑性树脂所构成的无序毡加热至所述热塑性树脂的软化温度以上并低于所述热塑性树脂的热分解温度的温度来获得，其中，所述碳纤维具有25g/m2至3，000g/m2的单位面积纤维重量，在所述无序毡中由上式(I)所定义的临界单纤维数以上的所述碳纤维构成的碳纤维束(A)与所述碳纤维总量的比率为20VOl%以上并低于99Vol%，并且所述碳纤维束(A)中的纤维平均数量(N)满足上式⑵； 以及 对所述预浸料坯进行压制成型。
【文档编号】F16F7/00GK103958924SQ201280058543
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2012年11月27日 优先权日:2011年11月28日
【发明者】新井司, 小永井祐平, 大坪诚, 手岛雅智 申请人:帝人株式会社