Un preimpregnado que contiene una fibra de carbono [A] y una resina termoendurecible [B],

y adicionalmente, que satisface lo siguiente:

están contenidas una partícula de resina termoplástica [C] y una partícula conductora [D], y la relación en peso expresara por el [contenido de [C] (partes en peso)] / [contenido de [D] (partes en peso)] es de 1 a 1000.

Preimpregnado y material compuesto reforzado con fibras de carbono [Técnica antecedente]

Los materiales compuestos reforzados con fibras de carbono son útiles debido a que tienen una resistencia, rigidez, conductividad, etc., excelentes, y se usan ampliamente como elementos estructurales en aeronaves, álabes de aerogeneradores, paneles externos en automoción y usos en informática tales como en una bandeja IC o una carcasa de un ordenador portátil y sus necesidades son crecientes año a año.

El material compuesto reforzado con fibra de carbono es generalmente un material no homogéneo obtenido moldeando un material preimpregnado del que un elemento constituyente esencial es la fibra de carbono, que es una fibra de refuerzo y una matriz de resina y, de acuerdo con esto, existe una gran diferencia entre las propiedades físicas según la dirección de disposición de la fibra de refuerzo y las propiedades físicas de la otra dirección. Por ejemplo, se sabe que una resistencia al impacto expresada como una resistencia al impacto por caída, ya que se determina mediante la resistencia a la deslaminación que se mide cuantitativamente por la resistencia a la separación de capas del borde de la intercapa, no tiene como resultado una drástica mejora solo por el aumento de la resistencia de la fibra de refuerzo. En particular, los materiales compuestos reforzados con fibras de carbono cuya matriz de resina es una resina termoendurecible tienen, como reflejo de la baja tenacidad de la matriz de resina, la propiedad de romperse fácilmente por una tensión procedente de una dirección diferente de la dirección de disposición de la fibra de refuerzo. De acuerdo con esto, se proponen varios medios con objeto de mejorar las propiedades físicas del material compuesto para que sea capaz de resistir la tensión procedente de una dirección diferente de la dirección de disposición fibra de refuerzo.

Como una de ellas, se propone un preimpregnado provisto de una capa de resina, en la que se han dispersado partículas de resina sobre la región superficial del preimpregnado. Se propone (consultar la referencia 1 de Patente) , por ejemplo, un procedimiento para proporcionar un material compuesto con elevada tenacidad con resistencia térmica excelente, usando un preimpregnado provisto de una capa de resina en la que se han dispersado partículas constituidas por una resina termoplástica tal como nylon en la región superficial del preimpregnado. Y, a diferencia de esto, se propone (consultar la referencia 2 de Patente) un procedimiento para desarrollar un material compuesto de elevada tenacidad mediante una combinación de una matriz de resina, en la que se ha mejorado la tenacidad añadiendo un oligómero de polisulfona y una partícula que consiste en una resina termoendurecible. Sin embargo, estos procedimientos proporcionan por una parte una elevada resistencia al impacto en el material compuesto reforzado con fibra de carbono, pero por otra, dan como resultado la producción de una capa de resina que se convierte en una capa aislante de la intercapa. De acuerdo con esto, se produce un defecto de conductividad en la dirección del espesor, con lo que la conductividad, que es una de las características del material compuesto reforzado con fibra de carbono, disminuye significativamente, y es difícil conseguir una excelente resistencia al impacto y una conductividad que sean compatibles en el material compuesto reforzado con fibra de carbono.

Además, como procedimientos para mejorar la conductividad de la intercapa, se pueden considerar un procedimiento para combinar una partícula metálica en una matriz de resina de un material compuesto reforzado con fibra de carbono (consultar la referencia 3 de Patente) , o un procedimiento para combinar una partícula de carbono (consultar la referencia 4 de Patente) , pero en estas referencias, no se hace referencia a la compatibilidad entre una resistencia al impacto y conductividad excelentes.

[Referencia 1 de Patente] memoria descriptiva de la Patente de los Estados Unidos Nº 5.028.478 [Referencia 2 de Patente] JP-H3-26750A [Referencia 3 de Patente] JP-H6-344519A [Referencia 4 de Patente] JP-H8-34864A

[Divulgación de la invención]

[Problemas que se van a resolver mediante la invención]

En tal caso, el objeto de la presente invención es proporcionar un preimpregnado y un material compuesto reforzado con fibras de carbono que tenga una resistencia al impacto y una conductividad excelentes conjuntamente en la dirección del espesor.

[Medios para resolver los problemas]

El preimpregnado de la presente invención tiene la siguiente constitución para conseguir el objeto anteriormente mencionado. Esto es, un preimpregnado que contiene una fibra de carbono [A] y una resina termoendurecible [B] y, adicionalmente, que satisface lo siguiente:

están contenidas una partícula de resina termoplástica [C] y una partícula conductora [D], y la relación en peso expresada como [la Cantidad combinada de [C] (partes en peso) ] / [la Cantidad combinada de [D] (partes en peso] es de 1 a 1000.

Además, el material compuesto reforzado con fibra de carbono de la presente invención se produce endureciendo el preimpregnado de la presente invención para conseguir el objeto anteriormente mencionado.

[Efecto de la invención]

Mediante la presente invención, es posible obtener un material compuesto reforzado con fibra de carbono que tiene una resistencia al impacto y una conductividad en conjunto excelentes. Mediante técnicas convencionales, únicamente es posible un material compuesto reforzado con fibra de carbono que tenga una baja conductividad cuando su resistencia al impacto sea elevada o que tenga una baja resistencia al impacto cuando su conductividad sea elevada, pero mediante la presente invención, resulta posible proporcionar un material compuesto reforzado con fibra de carbono que satisfaga simultáneamente la resistencia al impacto y la conductividad.

[Breve explicación de los dibujos]

[Fig. 1] Un ejemplo de una vista en sección transversal de un preimpregnado representativo.

[Fig. 2] Una gráfica que muestra la resistencia a la compresión tras el impacto y la resistividad volumétrica en relación con la relación en peso expresada como [la Cantidad combinada de [C] (partes en peso) ] / [la Cantidad combinada de [D] (partes en peso) ].

[Explicación de las referencias]

1: capa de fibra de carbono (intracapa)

2: capa interformativa (intercapa)

3: partícula de resina termoplástica 4: partícula conductora 5. fibra de carbono 6: resina termoendurecible [Mejor modo de llevar a cabo la invención]

Los inventores han descubierto de manera sorprendente que, como resultado de investigar duramente sobre el mecanismo de conductividad en la dirección del espesor de un material compuesto reforzado con fibra de carbono que consiste en una fibra de carbono y una resina termoendurecible, se puede obtener un material compuesto reforzado con fibra de carbono que tiene un alto nivel de resistencia al impacto y conductividad en conjunto excelentes sin disminuir el contenido de fibra de carbono mediante, adicionalmente a la partícula de resina termoplástica que por una parte proporciona una elevada resistencia al impacto a la parte de la intercapa pero que por otra da como resultado la producción de una capa de resina que se convierte en una capa aislante en la intercapa, mediante la introducción adicional de una partícula conductora en una relación en peso especificada y se genera un preimpregnado capaz de obtener dicho material compuesto reforzado con fibra de carbono.

El preimpregnado es un material base intermedio para moldear que se prepara impregnando una fibra de refuerzo con una matriz de resina, y en la presente invención, se usa fibra de carbono como fibra de refuerzo y se usa una resina termoendurecible como la matriz de resina. En dicho preimpregnado, la resina termoendurecible está en un estado no endurecido, y tendiendo el preimpregnado y endureciéndolo, se obtiene un material compuesto reforzado con fibra de carbono. Como tema de información, simplemente endureciendo una única capa preimpregnada se puede obtener un material compuesto reforzado con fibra de carbono. En un material compuesto reforzado con fibra de carbono obtenido tendiendo una pluralidad de preimpregnados y endureciendo, una porción superficial del preimpregnado se convierte en una parte intercapa del material compuesto... [Seguir leyendo]

1. Un preimpregnado que contiene una fibra de carbono [A] y una resina termoendurecible [B], y adicionalmente, que satisface lo siguiente:

están contenidas una partícula de resina termoplástica [C] y una partícula conductora [D], y la relación en peso expresara por el [contenido de [C] (partes en peso) ] / [contenido de [D] (partes en peso) ] es de 1 a 1000.

2. Un preimpregnado de acuerdo con la Reivindicación 1, en el que el diámetro de partícula de la partícula conductora [D] anteriormente mencionada es, en su diámetro promedio, igual o mayor que un diámetro promedio del diámetro de partícula de la partícula de resina termoplástica [C] anteriormente mencionada y su diámetro promedio es como máximo de 150 μm.

3. Un preimpregnado de acuerdo con la Reivindicación 1, en el que la partícula conductora [D] anteriormente mencionada es al menos de un tipo seleccionado entre el grupo que consiste en una partícula de carbono, una partícula cuyo núcleo de material inorgánico está revestido con una sustancia conductora, y una partícula cuyo núcleo de material orgánico está revestido con una sustancia conductora.

4. Un preimpregnado de acuerdo con la Reivindicación 1, en el que cada partícula de resina termoplástica [C] anteriormente mencionada y la partícula conductora [D] anteriormente mencionada tiene un diámetro promedio de 1 a 150 μm.

5. Un preimpregnado de acuerdo con la Reivindicación 1, en el que la partícula conductora [D] anteriormente mencionada tiene una resistividad volumétrica de 10 a 10-9 ncm.

6. Un preimpregnado de acuerdo con la Reivindicación 1, en el que en cada una de las partículas de resina termoplástica [C] anteriormente mencionadas y la partícula conductora [D] anteriormente mencionada, del 90 al 100% en peso de ellas está localizado en el intervalo del 20% de profundidad entre ambas superficies del preimpregnado en la dirección del espesor.

7. Un preimpregnado de acuerdo con la Reivindicación 6, en el que del 90 al 100% en peso de cada una de las partículas [C] y partículas [D] anteriormente mencionadas se localiza en un intervalo del 20% de profundidad desde una superficie del preimpregnado en la dirección del espesor.

8. Un preimpregnado de acuerdo con la Reivindicación 6, en el que del 90 al 100% de cada una de las partículas [C] y partículas [D] anteriormente mencionadas se localiza en un intervalo del 20% de profundidad desde la superficie superior del preimpregnado y se localiza en un intervalo del 20% de profundidad desde la superficie inferior del preimpregnado.

9. Un preimpregnado de acuerdo con la Reivindicación 1, en el que el peso total de la partícula de resina termoplástica [C] anteriormente mencionada y de la partícula conductora [D] anteriormente mencionada es del 1 al 20% en peso con respecto al preimpregnado.

10. Un preimpregnado de acuerdo con la Reivindicación 1, en el que la partícula [D] conductora anteriormente mencionada tiene un peso específico de 0, 8 a 3, 2.

11. Un preimpregnado de acuerdo con la Reivindicación 1, en el que la partícula conductora [D] anteriormente mencionada se ha sometido a un tratamiento superficial.

12. Un preimpregnado de acuerdo con la Reivindicación 11, en el que el tratamiento superficial anteriormente mencionado es al menos de un tipo seleccionado entre el grupo que consiste en un tratamiento de acoplamiento, un tratamiento de oxidación, una ozonización, un tratamiento con plasma, un tratamiento con arco voltaico y un tratamiento de chorro, y en el que opcionalmente el tratamiento de acoplamiento es un tratamiento de acoplamiento con silano, y opcionalmente, el tratamiento de oxidación es un tratamiento químico de oxidación en medio líquido.

13. Un preimpregnado de acuerdo con la Reivindicación 1, en el que la fibra de carbono tiene un módulo de tracción de 260 a 400 GPa.

14. Un material compuesto reforzado con fibra de carbono producido mediante endurecimiento de un preimpregnado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones de 1 a 13.