耐冲击构件的制作方法

耐冲击构件的制作方法
【专利摘要】提供了一种耐冲击构件，其是轻量的，在形状上具有高自由度，具有具有优异的耐冲击性。一种耐冲击构件，其包括开口截面部和存在于所述开口截面部内部的肋部，其中所述开口截面部和所述肋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，所述耐冲击构件中所述热塑性树脂的存在量为30至500质量份，并且所述碳纤维的平均纤维长度为3至100mm。
【专利说明】耐冲击构件
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种耐冲击构件，其包括开口截面部和开口截面部的内侧中的肋部，其中开口截面部和肋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。此外，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耐冲击构件。
【背景技术】
[0002]对于移动交通工具来说，需要在碰撞期间吸收冲击的部件和经受冲击并保护乘客空间的部件。最近，从提高移动交通工具的燃料效率或驱动性能的观点来看，对减轻重量的要求逐渐增加，对用于移动交通工具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逐渐倾向于提出高水平的要求，并且轻量和乘客空间保护的相容性变得越来越重要。
[0003]在这一背景下，公开了大量使用树脂或复合材料的乘客空间保护结构。例如，专利文献I公开了一种将由长纤维增强复合材料制成的多个骨架构件合并的结构。因此，可以将从一端输入的载荷转移到另一端，但是形状上的自由度小，使得能够对其做出响应的输入载荷方向也限于纤维方向。此外，由于需要将长纤维在一定范围内取向的构件合并，因此模制变得复杂，并且制造技巧和制造成本高。
[0004]另一方面，专利文献2公开了一种使用合成树脂的结构。对于所述结构来说，形状上的自由度高，并且通过设置肋可以增加刚度，但是耐冲击性低，抵抗高冲击的结构的质量重。
[0005]现有技术
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本专利申请公布N0.2008-68720
[0008]专利文献2:日本专利申请公布N0.H6-305378

【发明内容】

[0009]本发明待解决的问题
[0010]本发明的目的是提供一种耐冲击构件及其制造方法，所述耐冲击构件是轻量的，在形状上具有高自由度并具有优异耐冲击性，此外对于从纵向方向、宽度方向和高度方向中的每个方向输入的载荷具有优异的耐冲击性。
[0011]解决所述问题的手段
[0012]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，本发明涉及一种耐冲击构件，所述耐冲击构件包括开口截面部和位于所述开口截面部的内侧中的肋部，其中所述开口截面部和所述肋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，所述耐冲击构件中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 100mm。
[0013]本发明的效果
[0014]根据本发明，可以制造轻量的、在形状上具有高自由度并具有优异的耐冲击性的耐冲击构件。此外，可以提供一种制造方法，通过所述制造方法可以高效率地制造轻量的、在形状上具有高自由度并具有优异的耐冲击性的耐冲击构件。
[0015]附图简述
[0016]图1是本发明的第一实施方式(肋部的总面积与开口截面部的板体的总面积的比率为18% )的透视图。
[0017]图2是本发明的第二实施方式(肋部的总面积与开口截面部的板体的总面积的比率为53% )的透视图。
[0018]图3是本发明的第三实施方式(肋部的总面积与开口截面部的板体的总面积的比率为48% )的透视图。
[0019]图4是本发明的第四实施方式(肋部的总面积与开口截面部的板体的总面积的比率为44% )的透视图。
[0020]图5是本发明的第五实施方式(肋部的总面积与开口截面部的板体的总面积的比率为65% )的透视图。
[0021]图6是本发明的第六实施方式(肋部的总面积与开口截面部的板体的总面积的比率为25% )的透视图。
[0022]图7是本发明的第七实施方式(肋部的总面积与开口截面部的板体的总面积的比率为42% )的透视图。
[0023]图8是本发明的第八实施方式(肋部的总面积与开口截面部的板体的总面积的比率为20% )的透视图。
[0024]图9是本发明的第九实施方式(肋部的总面积与开口截面部的板体的总面积的比率为60% )的透视图。
[0025]图10是本发明的第十实施方式(肋部的总面积与开口截面部的板体的总面积的比率为34% )的透视图。
[0026]图11是比较形式的透视图。
[0027]参考数字和符号的解释
[0028]I开口截面部
[0029]2 肋部
[0030]3镶板部
[0031]4开口截面部的内侧
【具体实施方式】
[0032]本发明提供了一种耐冲击构件，该耐冲击构件包括开口截面部和位于开口截面部的内侧中的肋部，其中开口截面部和肋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。作为碳纤维增强的复合材料，优选的是热塑性树脂中的不连续的碳纤维在平面内随机取向并存在的各向同性的碳纤维增强的复合材料。在后文中将描述本发明的耐冲击构件的实施方式，但本发明不限于此。[0033][耐冲击构件]
[0034]本发明的耐冲击构件是包括开口截面部和位于开口截面部的内侧中的肋部的耐冲击构件，其中开口截面部和肋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，所述耐冲击构件中存在的热塑性树脂的量为30至1，000质量份，并且碳纤维的平均纤维长度为3至100mm。
[0035]在本发明的耐冲击构件中，当开口截面部和肋部中的一个包含碳纤维增强的复合材料并且另一个包含热塑性树脂时，碳纤维增强的复合材料中包含的热塑性树脂和另一个中包含的热塑性树脂可以是相同种类或不同种类。
[0036]在本发明的耐冲击构件中，优选地开口截面部和肋部两者都包含碳纤维增强的复合材料，并且构成开口截面部和肋部的碳纤维增强的复合材料可以是相同种类或不同种类。
[0037]图1示出了本发明的实施方式的实例。如图1中所示，开口截面部和肋部分别被表不为I和2。
[0038]开口截面部是这样结构:其截面被构造成开口截面状例如草帽状和U形，并且在其内侧中具有一对对向的表面(相对表面)，以及连接该一对相对表面的边缘的底表面。肋部是指延伸到开口截面部的内侧的部位。开口截面部的内侧是指当将开口截面部暂时封闭时中空的部分。
[0039]优选地，肋部被设置成在与位于开口截面部的内侧中的底表面垂直的方向上延伸。此外，在与底表面垂直的方向上延伸意味着相对于底表面的角度可以不是严格的直角，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的角度。在这种情况下，开口截面部与肋部之间的角度优选为30至90度，更优选为40至90度。在开口截面部与肋部之间还可以添加使本发明的意图不受损害的的程度任何倒角或曲率。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10mm，并且对于曲率来说尺寸为R0.2至10mm。
[0040]对肋的数量没有限制，并且可以是一个或多个。对肋部的形状的类型没有特别限制，并且可以是一种形状或多种形状类型的组合。
[0041]肋部和开口截面部可以彼此一体模制，并且可以作为独立的构件进行模制，例如在肋部中使用碳纤维复合材料并且在开口截面部中使用热塑性树脂，然后再彼此联结，但是为了提高耐冲击性能，优选地使用碳纤维复合材料将肋部和开口截面部一体模制。本文中指称的耐冲击性能不限于冲击载荷方向。
[0042][开口截面部]
[0043]在本发明的耐冲击构件中，开口截面部是开口截面由多个基本上平坦的板体形成的结构，并且是指作为肋部的基础的部位。图1示出了本发明的实施方式的实例，但是开口截面部和开口截面部的内侧分别表示为I和4。此外，上述板体可以是所谓的曲面板，而不限于平板。
[0044]开口截面部的每个表面不必是完全平坦的，可以具有部分凹凸或卷边(bead)。对凹凸或卷边的高度或宽度没有特别限制，但是优选地高度为作为基础的开口截面部的板厚度的0.5至2倍。开口截面部可以具有通孔，用于通风、螺栓紧固和布线。在这种情况下，可以在耐冲击构件(成形制品)的模制同时地通过在模具中使用剪切等来开孔，也可以使用钻孔、冲孔、切削工艺等作为后处理来开孔。对开口截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。开口截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，但是优选为作为基础的开口截面部的板厚度的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。
[0045][肋部]
[0046]在本发明的耐冲击构件中，肋部是指在上述开口截面部的内侧中延伸的部位，并且优选地是在与开口截面部的内侧垂直的方向上延伸的部位。
[0047]此外，优选地，本发明的耐冲击构件具有其肋部与上述开口截面部的对向的表面(相对表面)相连的结构。具有优异的耐冲击性的耐冲击构件，可以通过设置肋部以便连接开口截面部的相对表面来制造。此外，上述的其肋部与开口截面部的相对表面相连的结构不仅可以是相对表面由同一肋部直接连接的结构，而且可以是通过将设置在相对表面之间的采取壁状形式的肋部与每个相对表面肋部相连，而将相对表面在肋部处间接连接的结构，例如图7中所示。
[0048]作为本发明的耐冲击构件，如图1等中所示，由于耐冲击性增强，具有两个以上肋部的耐冲击构件是优选的。
[0049]对于本发明的耐冲击构件来说，优选地，肋部的高度与从开口截面部的底表面到开口的高度的比率为5% 至100%。例如，在图8中示出的耐冲击构件中，肋部的高度与开口截面部的开口的高度的比率为70%。
[0050]上述肋部的高度的比率，在开口的高度改变的情况下可以是当最低点为100%时肋部的高度的比率，并且在具有多个高度不同的肋部的耐冲击构件中可以是通过使用最高肋部的高度获得的比率。此外，当耐冲击构件的开口截面部的底表面的板体是具有弧形截面等的曲面板时，肋部的高度的比率可以由以最下方部分为基准的肋部或开口的高度来计
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[0051]本发明的耐冲击构件优选为肋部垂直(可能近似垂直)于开口截面部的板体的耐冲击构件。如上所述，垂直于位于开口截面部的内侧中的底表面处的板体的肋部是优选的，垂直于相对表面的板体的肋部也优选地的，并且垂直于底表面的板体和相对表面的板体中的任意一个的肋部也可以优选地作为图2中所示的耐冲击构件等。
[0052]本发明的耐冲击构件优选地是肋部相对于与开口截面部正交的表面对称的耐冲击构件。与开口截面部正交的表面的实例包括在图1的耐冲击构件中，与底表面的板体正交并在其中间处将两个对向的表面(两个相对表面)二分的虚拟表面等。
[0053]本发明的耐冲击构件优选地是肋形成为使得以开口截面部的板体的总面积计，肋部的总面积比率为1%以上的耐冲击构件。当肋部的总面积为1%以上时，产生更有用的耐冲击构件，这是优选的。本发明的耐冲击构件可以是肋部的总面积比率为100%，即开口截面部的板体的总面积等于肋部的总面积的耐冲击构件，并且可以是其中通过极大增加肋的数量等使肋部的总面积比率超过100%的耐冲击构件，但是其优选范围的实例包括10%至80%。
[0054]在图1中示出的本发明的实施方式的实例中，肋部被表示为2。对肋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。肋部的高度不必是均勻的，并且也可以局部增大或减小。对肋部的高度的增大或减小范围没有特别限制，并且优选为最大高度的10至90%，更优选为20至80%。对肋部的板厚度没有特别限制，并且可以与开口截面部的板厚度相同或不同。
[0055]肋部的厚度优选为0.2至100mm,更优选为I至50mm。肋部的板厚度不必是均勻的，并且也可以局部增大或减小。在这种情况下，对增大或减小的范围没有特别限制，并且优选为作为基础的肋部的板厚度的20至500%，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。此外，优选地以使本发明的意图不受损害程度在肋部上设置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。
[0056][镶板部]
[0057]本发明的耐冲击构件优选地是还具有接续到开口截面部的末端的镶板部的耐冲击构件。
[0058]在本发明的耐冲击构件中，镶板部是指基本上平面的并接续到开口截面部的末端的部位。在图1中示出的本发明的实施方式的实例中，镶板部被表示为3。镶板部不必是完全平面的，并且可以具有局部凹凸或卷边。对凹凸或卷边的高度或宽度没有特别限制，但是优选地高度是作为基础的镶板部的板厚度的0.5至2倍。镶板部可以具有通孔，用于通风、螺栓紧固和布线。在这种情况下，可以与耐冲击构件(成形制品)的模制同时地通过在模具中使用剪切等来开孔，并且也可以使用钻孔、冲孔、切削工艺等作为后处理来开孔。对镶板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。镶板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，但是优选为作为基础的镶板部的板厚度的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。镶板部和开口截面部可以一体模制，并且所述部件可以作为独立的构件进行模制，然后再联结到一起，但是为了提高耐冲击性能，优选地将所述部件整体模制。此外，开口截面部、肋部和镶板部一体模制的耐冲击构件是优选的。
[0059][热塑性树脂]
[0060]在本发明的耐冲击构件中，以100质量份的碳纤维计，存在的热塑性树脂的量为30至1，000质量份。以100质量份的碳纤维计，存在的热塑性树脂的量更优选为30至500质量份，还更优选为30至200质量份,特别优选为60至200质量份。
[0061]本发明的耐冲击构件更优选地是包括开口截面部、肋部以及镶板部的所有部件都由碳纤维增强的复合材料制成，并且在所述碳纤维增强的复合材料中，以100质量份的碳纤维计，存在的热塑性树脂的量为30至1，000质量份的耐冲击构件。以100质量份的碳纤维计，存在的热塑性树脂的量还更优选为30至500质量份，进一步优选为30至200质量份，特别优选为60至200质量份。
[0062]对于在本发明中使用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的混合物(树脂组合物)。热塑性树脂优选为选自聚碳酸酯树月旨、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种的混合物，更优选为聚酰胺树脂或聚酯树脂。
[0063]作为上述树脂的组合物，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。
[0064]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。
[0065][耐冲击构件中包含的碳纤维]
[0066]构成本发明的耐冲击构件的碳纤维复合材料中包含的碳纤维是平均纤维长度为3mm至IOOmm的不连续碳纤维。因此，耐冲击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耐冲击构件(成形制品)。当平均纤维长度小于3_时，存在着耐冲击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80mm。
[0067]对于本发明的耐冲击构件来说，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)与碳纤维的总量的比率为20vOl%以上并且99ν01%以下，所述临界单纤维数由式(I)定义:
[0068]临界单纤维数=600/D (I)
[0069](其中D是单个碳纤维的平均纤维直径(μm))
[0070]对于本发明的耐冲击构件来说，更优选地，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%，该碳纤维束(A)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，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)满足式(2):
[0071]0.7X104/D2〈N〈1X105/D2 (2)
[0072](其中D是单碳纤维的平均纤维直径(μm))。
[0073]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耐冲击构件(成形制品)的优点，但是难以获得具有优异机械性质的耐冲击构件(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耐冲击构件。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 %。
[0074]此外，当碳纤维束(A)使用另一种表述方式时，在上述构成本发明的耐冲击构件的碳纤维增强的复合材料中，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，并且被分散在热塑性树脂中。此外，在构成本发明的耐冲击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，即使在耐冲击构件具有厚度为约0.2mm至Imm的薄壁部的情况下,表面也特别光滑并且厚度均勻，这种情况是优选的。
[0075]0.7 X 104/D2〈N〈1 X 105/D2 (2)
[0076](其中D是单碳纤维的平均纤维直径(μm))。
[0077]对于碳纤维束(A)中的纤维平均数量(N)来说，具体来说，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超过280并小于4，000的范围内，但是在其中，所述数量优选为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超过142并小于2，040的范围内，但是在其中，所述数量优选为300至1，600。所述数量更优选为300至800。
[0078]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。
[0079]0.7 X 104/D2〈N〈6 X IO4/O2 (2，)
[0080](其中D是单碳纤维的平均纤维直径(μm))。
[0081]优选地，本发明的耐冲击构件(成形制品)的通过用底表面中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Εδ)为1.0至1.3。E δ是材料的各向同性指数，并且当E δ小于2时，耐冲击构件被评价为是各向同性的，当Εδ为1.3以下时，耐冲击构件被评价为在各向同性上是特别优异的。此外，在选自开口截面部、肋部和镶板部的一个或多个部位中设置其中连续纤维在一个方向上均匀排列在热塑性树脂中的单向材料层，也是优选的。
[0082]对于本发明的耐冲击材料来说，根据开口截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)和肋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(i)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，开口截面部和肋部中热塑性树脂的存在量彼此相同。
[0083]热塑性树脂的存在量的比率) = 100X ((肋部中热塑性树脂的存在量)-(开口截面部中热塑性树脂的存在量))/(开口截面部中热塑性树脂的存在量)(i)
[0084]对于本发明的耐冲击构件来说，优选地，上述热塑性树脂的存在量的比率为-60%至+45 %，并且对于在开口截面部的底表面内任何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。
[0085]对于本发明的耐冲击构件来说，更优选地，在耐冲击构件中，开口截面部和肋部中热塑性树脂的存在量相同，并且对于在开口截面部的底表面内任何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。
[0086]对于本发明的耐冲击构件来说，耐冲击构件的耐冲击性能优选为4X IO11 (N3/g)以上，更优选为7X10n(N3/g)以上，甚至更优选为I XlO12 (N3/g)以上。耐冲击性能可以根据使用耐冲击构件的部位适当地调整，但是只要耐冲击性能为4X IO11 (NVg)以上，即可表现出足以作为耐冲击构件的性能。对耐冲击性能的上限没有特别限制，但是5 X IO13 (N3/g)以下的值足以用于许多用途。
[0087]耐冲击性能可以通过在以高速压缩耐冲击构件时测量耐受载荷来评价。也就是说，通过用耐冲击构件的纵向方向、宽度方向和高度方向上的耐受载荷之积除以耐冲击构件的质量，可以做出其中还添加了关于单向之外的输入的性能的评价。
[0088]耐受载荷可以使用例如落锤试验机来测量。
[0089]<制造耐冲击构件的方法>
[0090]用于制造本发明的耐冲击构件的优选方法是包括对由平均纤维长度为3mm至IOOmm的碳纤维和热塑性树脂构成的无序毡进行压制成型的制造方法，其中纤维具有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。
[0091]临界单纤维数=600/D (I)
[0092](其中D是单纤维的平均纤维直径(μm))
[0093]用于制造本发明的耐冲击构件的更优选的方法是包括对由纤维长度为3mm至IOOmm的碳纤维和热塑性树脂构成的无序毡进行压制成型的制造方法，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，并且碳纤维束(A)中的纤维平均数量(N)满足上式(2)。
[0094]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开口截面部和肋部的耐冲击构件，但是耐冲击构件也可以通过对开口截面部和肋部进行分开模制，然后联结这些部分来制造，并且可以如上所述通过对无序毡进行压制成型来获得开口截面部和肋部中的一个，通过另一种方法获得另一个，并联结这些部分来制造。
[0095]本发明还包括用于制造耐冲击构件的优选方法。本发明可以提供一种耐冲击构件，其中将平均纤维长度为3mm至IOOmm的相对长的碳纤维以高填充比率填充，使得以100质量份的碳纤维计，热塑性树脂的存在量为30至1000质量份，并且其中在形状上的自由度高，耐冲击性优异，此外，对从纵向方向、宽度方向和高度方向中的每个方向输入的载荷的耐冲击性是优异的。
[0096]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低于热塑性树脂的软化温度的温度，并且也可以使用冷压法，其中将使用无序毡获得的预浸料坯加热至热塑性树脂的软化温度以上的温度，并使用具有低于热塑性树脂的软化温度的温度的模具进行压制成型。在本发明的方法中，具有复杂形状的耐冲击构件可以通过一次成型来获得，并且可以通过对开口截面部、肋部和镶板部进行一体成型来获得耐冲击构件。此外，在本申请中，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，在热塑性树脂为无定形的情况下是指玻璃化转
变温度。
[0097]<无序毡>
[0098]在本发明的制造耐冲击构件的方法中使用的无序毡由平均纤维长度为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)。
[0099]本发明中的无序毡是指热塑性树脂被附着到碳纤维彼此缠结的毡状材料的无序毡。
[0100]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耐冲击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。
[0101]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。当由无序毡获得耐冲击构件时，无序毡中碳纤维的各向同性在耐冲击构件中也得以维持。通过由无序毡获得耐冲击构件，并获得耐冲击构件的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(Εδ)，可以定量评价无序毡和由其获得的耐冲击构件的各向同性。Εδ小于2的耐冲击构件被评价为是各向同性的，Εδ为1.3以下的耐冲击构件被评价为在各向同性方面特别优
巳
[0102]首先，在本发明的制造方法中使用的无序毡的优点是:因为当无序毡中碳纤维束(A)与纤维总量的比率低于20νΟ1%时，可以获得具有优异表面质量的耐冲击构件，但是难以获得具有优异机械性质的耐冲击构件。当碳纤维束(A)的比率超过99ν01%时，纤维的交叉部分变得局部加厚，使得难以获得薄壁耐冲击构件。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 %。
[0103]如上对构成本发明的耐冲击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0.7 X IO4/D2以下的无序毡时，难以获得具有高的碳碳纤维体积分数(Vf)的耐冲击构件。此外，当使用纤维平均数量(N)为IXlOVD2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，满足式(2’ )的数量是更优选的。
[0104]0.7 X 104/D2〈N〈6 X IO4/O2 (2’ )
[0105](其中D是单碳纤维的平均纤维直径(μm))。
[0106]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_以下的薄壁耐冲击构件时，使用简单分离的纤维导致纤维密度的相当大的不均匀性，并且不能获得良好的物理性质。此外，当所有纤维被打开时，容易获得更薄的耐冲击构件，但是纤维的缠结增加，并且不可能获得具有高的纤维体积分数的耐冲击构件。通过允许耐冲击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展开率的薄壁耐冲击构件。本发明的制造方法可以提供具有各种不同厚度的耐冲击构件，但是特别适合于获得厚度约为0.2mm至1_的薄壁耐冲击构件。[0107]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150_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耐冲击构件的效果，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，无序毡也可以使用下一步骤中。
[0108]当在本发明的制造方法中使用的无序毡中的碳纤维和热塑性树脂的存在量以质量来表述时，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率小于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，当热塑性树脂的比率大于1，000质量份时，可能难以表现出碳纤维的增强效果。
[0109]〈预浸料坯〉
[0110]在本发明中，当进行冷压制成型制时，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。
[0111]也就是说，本发明还包括上述用于制造耐冲击构件的方法，其中耐冲击构件如下获得:提供无序毡，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，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);以及对所述预浸料坯进行压制成型。
[0112]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。
[0113]本发明的耐冲击构件不限于图1中示出的情况，并且可以是例如图2至10中示出的情况。
[0114]实施例
[0115]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。此夕卜，对于所使用的热塑性树脂来说，尼龙6(在空气中)的熔化温度和热分解温度分别为225°C和300°C，聚对苯二甲酸丁二酯(在空气中)的熔化温度和热分解温度分别为230°C和 300。。。
[0116]I)无序毡中碳纤维束的分析
[0117]切割出尺寸约为100_X 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来说，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。
[0118]从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:
[0119]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)。
[0120]Ni = ffi/(Li XF)
[0121]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。
[0122]N = ΣΝ?/Ι
[0123]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。 [0124]VR = Σ (ffi/ P ) X 100/ ((Wk+ Σ Wi) / p )
[0125]2)耐冲击构件中包含的碳纤维的平均纤维长度的分析
[0126]对于获得的耐冲 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，并从测量的所有碳纤维的长度(Li，其中i = I至100的整数)，通过式获得平均纤维长度(La)。
[0127]La = Σ Li/100
[0128]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。
[0129]3)耐冲击构件中碳纤维束的分析
[0130]对于耐冲击构件来说，通过将耐冲击构件在熔炉中在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。
[0131]4)耐冲击构件中存在的纤维和树脂的分析
[0132]通过从耐冲击构件的开口截面部和肋部切下试验样本，将试验样本在熔炉中在500°C下加热约I小时以除去树脂，并且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。
[0133]5)拉伸模量试验
[0134]使用水射流从耐冲击构件切下试验样本,并使用由A&D Company, Limited制造的Tensilon通用试验机，来测量在开口截面部的底表面中的任何方向和在同一平面内与所述方向垂直的方向上的拉伸模量，并计算用较大值除以较小值获得的比率。
[0135]6)评价耐冲击性的方法
[0136]当以高速压缩耐冲击构件时，使用落锤试验机测量耐受载荷。为了做出还添加了单向之外的输入的性能的评价，通过用长度方向、宽度方向和高度方向上的耐受载荷之积除以构件质量所获得的值来做出评价。
[0137][参考例I]
[0138]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。
[0139]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)的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，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。
[0140][参考例2]
[0141]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。
[0142]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。
[0143][参考例3]
[0144]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。
[0145]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1，060g/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)的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。
[0146][实施例1]
[0147]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，以获得增强纤维中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的存在量为112质量份。
[0148]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2中所示的成形制品(耐冲击构件)。
[0149]本实施例的形状由宽度为40mm、长度为50mm、高度为22mm、厚度为2mm的开口截面部和厚度为2mm的肋部构成。耐冲击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，开口截面部和镶板部中热塑性树脂的存在量各为112质量份，肋部中热塑性树脂的存在量为112质量份，在开口截面部的底表面中的任何方向上和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。
[0150]所述构造中的耐冲击性能为1.6X 1012N3/g，结果表明耐冲击构件对于由长度方向、宽度方向和高度方向中的每个方向上输入的载荷来说，耐冲击性优异。
[0151][实施例2]
[0152]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，以获得增强纤维中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的存在量为122质量份。
[0153]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4中所示的成形制品(耐冲击构件)。
[0154]本实施例的形状由宽度为40mm、长度为50mm、高度为22mm、厚度为2mm的开口截面部和厚度为2mm的肋部构成。耐冲击构件中碳纤维的平均纤维长度为IOmm,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，开口截面部和镶板部存在的热塑性树脂的量各为122质量份，肋部中热塑性树脂的存在量为122质量份，在开口截面部的底表面中的任何方向上和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。所述构造中的耐冲击性能为1.6X 1012N3/g，结果表明耐冲击构件对于由长度方向、宽度方向和高度方向中的每个方向上输入的载荷来说，耐冲击性优异。
[0155][比较例I]
[0156]以与实施例2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中所示的耐冲击构件。本实施例的形状由宽度为40mm、长度为50mm、高度为22mm并且厚度为2mm的开口截面部构成。耐冲击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，开口截面部和镶板部中热塑性树脂的存在量各为122质量份，在开口截面部的底表面中的任何方向上和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。所述构造中的耐冲击性能为1.lX10nN3/g。与本发明的实施例相比，获得了结构刚性弱和耐冲击性能低的结果。
[0157][实施例3][0158]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，以获得增强纤维中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的存在量为583质量份。
[0159]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，以获得与实施例2中相同的形状。耐冲击构件中碳纤维的平均纤维长度为4mm，并且而没有观察到碳纤维束(A)。以100质量份的碳纤维计，开口截面部和镶板部中热塑性树脂的存在量各为583质量份，肋部中热塑性树脂的存在量为583质量份，在开口截面部的底表面中的任何方向上和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。所述构造中的耐冲击性能为3.2X IO11NVgo
[0160]工业实用性
[0161]根据本发明，可以提供轻量、在形状上具有高自由度并具有优异的耐冲击性的耐冲击构件。
[0162]此外，提供了用于以高效率制造耐冲击构件的方法，所述耐冲击构件是轻量的，在形状上具有高自由度并且具有优异的耐冲击性。
[0163]尽管已经参考【具体实施方式】对本发明进行了详细描述，但对于本领域技术人员来说，显然可以做出各种改变和修改而不背离本发明的精神和范围。
[0164]本申请是基于2011年12月7日提交的日本专利申请(专利申请N0.2011-268176)和2011年11月28日提交的日本专利申请(专利申请N0.2011-259046)，所述专利申请的内容通过参考并入本文。
【权利要求】
1.一种耐冲击构件，包括: 开口截面部；以及 肋部，该肋部存在于所述开口截面部内部中， 其中，所述开口截面部和所述肋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，耐冲击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所述的耐冲击构件，其中，所述开口截面部和所述肋部两者都包含碳纤维增强的复合材料。
3.根据权利要求1或2所述的耐冲击构件，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)，基于所述开口截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)和所述肋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 ((肋部中热塑性树脂的存在量)-(开口截面部中热塑性树脂的存在量))/ (开口截面部中热塑性树脂的存在量)(i)。
4.根据权利要求1至3的任意一项所述的耐冲击构件，其中，通过用所述耐冲击构件中所述开口截面部的底表面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。
5.根据权利要求1至4的任意一项所述的耐冲击构件，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)，从所述开口截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)和所述肋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 ((肋部中热塑性树脂的存在量)-(开口截面部中热塑性树脂的存在量))/ (开口截面部中热塑性树脂的存在量)(i)，并且 对于在所述开口截面部的所述底表面内的任一方向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。
6.根据权利要求1至5的任意一项所述的耐冲击构件，其中，所述开口截面部和所述肋部中所述热塑性树脂的存在量相同，并且 通过用所述开口截面部中所述底表面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或2所述的耐冲击构件，其中，碳纤维束(A)与所述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%，所述碳纤维束(A)由所述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，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)。
8.根据权利要求1至7的任意一项所述的耐冲击构件，其中，所述耐冲击构件具有一结构，在该结构中，所述肋部连接所述开口截面部中的对向的表面。
9.根据权利要求1至8的任意一项所述的耐冲击构件，该耐冲击构件包括两个以上肋部。
10.根据权利要求1至9的任意一项所述的耐冲击构件，其中，所述肋部的高度为从所述开口截面部的所述底表面到开口部的高度的5 %至100 %。
11.根据权利要求1至10的任意一项所述的耐冲击构件，其中，所述肋部是垂直于所述开口截面部的板体的肋部。
12.根据权利要求1至11的任意一项所述的耐冲击构件，其中，所述肋部是相对于与所述开口截面部正交的表面对称的肋部。
13.根据权利要求1至12的任意一项所述的耐冲击构件，其中，肋被形成为使得以所述开口截面部的板体的总面积计，所述肋部的总面积的比率为1%以上。
14.根据权利要求1至13的任意一项所述的耐冲击构件，其中，耐冲击性能为4X IO11(NVg)以上。
15.根据权利要求1至14的任意一项所述的耐冲击构件，该耐冲击构件还包括镶板部，该镶板部接续到所述开口截面部的末端，其中，所述开口截面部、所述肋部和所述镶板部被一体模制。
16.根据权利要求1至15的任意一项所述的耐冲击构件，其中，以100质量份的所述碳纤维计，所述耐冲击构件中所述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的任意一项所述的耐冲击构件的方法，所述耐冲击构件通过对无序租进行压制成型来获得，所述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，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(2)。
18.一种用于制造根据权利要求1至16的任意一项所述的耐冲击构件的方法，所述耐冲击构件通过下列步骤来获得: 提供预浸料坯，该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)，以及 对所述预浸料坯进行压制成型。
【文档编号】F16F7/00GK103958925SQ201280058544
【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】手岛雅智, 新井司 申请人:帝人株式会社