Material compuesto reforzado con fibras de carbono y preimpregnado.

Preimpregnado que contiene una fibra de carbono [A], una resina termoendurecible [B] y una partícula conductora o fibra conductora,

cuyo núcleo o centro de resina termoplástica está recubierto con una sustancia conductora [E], en el que la velocidad de liberación de energía de deformación G1c del núcleo o centro de resina termoplástica es de 1500 a 50000 J/m2 medida mediante la utilización de una placa de resinas preparadas mediante el moldeo de la resina termoplástica, llevada a cabo según el procedimiento de tensión compacta prescrito en la norma ASTM D 5045-96; y en el que la relación volumétrica de [E] expresada como [volumen del núcleo o centro]/[volumen de la capa conductora] es de 0,1 a 500.

Material compuesto reforzado con fibras de carbono y preimpregnado

[Campo tecnico]

La presente invencion se refiere a un material compuesto reforzado con fibras de carbono y preimpregnado que tiene conjuntamente una resistencia al impacto y conductividad excelentes. [Tecnica anterior] [0002] Los materiales compuestos reforzados con fibras de carbono son utiles debido a que tienen una resistencia, rigidez, conductividad, etc., excelentes, y se usan ampliamente como elementos estructurales en aeronaves, alabes de aerogeneradores, paneles externos en automocion y usos en informatica tales como en una bandeja IC o una carcasa de un ordenador portatil y sus necesidades son crecientes ano a ano. [0003] El material compuesto reforzado con fibra de carbono es generalmente un material no homogeneo 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 fisicas segun la direccion de disposicion de la fibra de refuerzo y las propiedades fisicas de la otra direccion. Por ejemplo, se sabe que una resistencia al impacto expresada como una resistencia al impacto por caida, ya que se determina mediante la resistencia a la deslaminacion que se mide cuantitativamente por la resistencia a la separacion de capas del borde de la intercapa, no tiene como resultado una drastica 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 facilmente por una tension procedente de una direccion diferente de la direccion de disposicion de la fibra de refuerzo. De acuerdo con esto, se proponen varios medios con objeto de mejorar las propiedades fisicas del material compuesto para que sea capaz de resistir la tension procedente de una direccion diferente de la direccion de disposicion fibra de refuerzo. [0004] Como una de ellas, se propone un preimpregnado provisto de una capa de resina, en la que se han dispersado particulas de resina sobre la region 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 termica excelente, usando un preimpregnado provisto de una capa de resina en la que se han dispersado particulas constituidas por una resina termoplastica tal como nylon en la region 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 combinacion de una matriz de resina, en la que se ha mejorado la tenacidad anadiendo un oligomero de polisulfona y una particula 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 produccion 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 direccion del espesor, con lo que la conductividad, que es una de las caracteristicas del material compuesto reforzado con fibra de carbono, disminuye significativamente, y es dificil conseguir una excelente resistencia al impacto y una conductividad que sean compatibles en el material compuesto reforzado con fibra de carbono. [0005] Ademas, como procedimientos para mejorar la conductividad de la intercapa, se pueden considerar un procedimiento para combinar una particula metalica 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 particula 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 N° 5.028.478 [Referencia 2 de Patente] JP-H3-26750A [Referencia 3 de Patente] JP-H6-344519A [Referencia 4 de Patente] JP-H8-34864A [Divulgacion de la invencion] [Problemas que se van a resolver mediante la invencion] [0006] En tal caso, el objetivo de la presente invencion es proporcionar un material compuesto reforzado con fibras de carbono y preimpregnado que tenga conjuntamente una resistencia al impacto y una conductividad excelentes conjuntamente en la direccion del espesor. [Medios para resolver los problemas]

El preimpregnado de la presente invencion tiene la siguiente constitucion para conseguir el objetivo anteriormente mencionado. Es decir, un preimpregnado segun la reivindicacion 1.

Ademas, el material compuesto reforzado con fibras de carbono de la presente invencion tiene la siguiente constitucion para conseguir el objetivo anteriormente mencionado. Es decir, un material compuesto reforzado con fibras de carbono segun la reivindicacion 12.

[Efecto de la invencion]

Mediante la presente invencion, es posible obtener un material compuesto reforzado con fibra de carbono que tiene una resistencia al impacto y una conductividad en conjunto excelentes. Mediante tecnicas convencionales, unicamente 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 invencion, resulta posible proporcionar un material compuesto reforzado con fibra de carbono que satisfaga simultaneamente la resistencia al impacto y la conductividad.

[Breve explicacion de los dibujos]

[figura 1] Una vista en seccion transversal de un preimpregnado para ayudar a entender las realizaciones de la presente invencion.

[Explicacion de las referencias]

1: capa de fibra de carbono (intracapa)

2: capa interformativa (intercapa)

3: particula de resina termoplastica 4: particula conductora 5. fibra de carbono 6: resina termoendurecible [Mejor modo de llevar a cabo la invencion]

Los inventores han descubierto de manera sorprendente que, como resultado de investigar duramente sobre el mecanismo de conductividad en la direccion 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 en un alto nivel una resistencia al impacto y conductividad en conjunto excelentes sin disminuir el contenido de fibra de carbono mediante, adicionalmente a la particula o fibra de resina termoplastica que por una parte proporciona una elevada resistencia al impacto a la parte de la intercapa, pero que por otra da como resultado la produccion de una capa de resina que se convierte en una capa aislante en la intercapa, la introduccion adicional de una particula conductora o fibra conductora, cuyo el nucleo o centro de resina termoplastica esta recubierto con una sustancia conductora en la parte intercapas, 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 invencion, 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 esta en un estado no endurecido, y tendiendo el preimpregnado y endureciendolo, se obtiene un material compuesto reforzado con fibra de carbono. Como tema de informacion, simplemente endureciendo una unica 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 parte superficial del preimpregnado se convierte en una parte intercapa del material compuesto reforzado con fibra de carbono y una parte interna de los preimpregnados se convierte en una parte intracapa del material compuesto reforzado con la fibra de carbono.

El preimpregnado de la presente invencion es un preimpregnado que contiene la fibra de carbono [A] y la resina termoendurecible [B] y, adicionalmente, satisface por lo menos lo siguiente:

esta contenida una particula conductora o fibra conductora cuyo el nucleo o centro de resina termoplastica esta recubierto con una sustancia conductora [E].

El preimpregnado o el material compuestos reforzado con fibras... [Seguir leyendo]

1. Preimpregnado que contiene una fibra de carbono [A], una resina termoendurecible [B] y una particula conductora o fibra conductora, cuyo nucleo o centro de resina termoplastica esta recubierto con una sustancia conductora [E], en el que la velocidad de liberacion de energia de deformacion G1c del nucleo o centro de resina termoplastica es de 1500 a 50000 J/m2 medida mediante la utilizacion de una placa de resinas preparadas mediante el moldeo de la resina termoplastica, llevada a cabo segun el procedimiento de tension compacta prescrito en la norma ASTM D 5045-96; y en el que la relacion volumetrica de [E] expresada como [volumen del nucleo o centro]/[volumen de la capa conductora] es de 0, 1 a 500.

2. Preimpregnado, segun la reivindicacion 1, en el que cada una de las particulas conductoras o fibras conductoras [E] tiene un diametro promedio de 1 a 150 !m.

3. Preimpregnado, segun la reivindicacion 1 o 2, en el que la sustancia conductora tiene una resistividad volumetrica de 10 a 10-9 Om.

4. Preimpregnado, segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que del 90 al 100% en peso de cada una de las particulas conductoras o las fibras conductoras [E] se localiza en un intervalo del 20% de profundidad desde ambas superficies del preimpregnado en la direccion del espesor.

5. Preimpregnado, segun la reivindicacion 4, en el que del 90 al 100% en peso de cada una de las particulas conductoras o las fibras conductoras [E] se localiza en un intervalo del 20% de profundidad desde una superficie del preimpregnado en la direccion del espesor.

6. Preimpregnado, segun la reivindicacion 4, en el que del 90 al 100% en peso de cada una de las particulas conductoras o las fibras conductoras [E] se localiza en un intervalo del 20% de profundidad desde una superficie superior del preimpregnado y se localiza en un intervalo del 20% de profundidad desde una superficie inferior del preimpregnado.

7. Preimpregnado, segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el peso total de la particula conductora o la fibra conductora [E] es del 1 al 20% en peso con respecto al preimpregnado.

8. Preimpregnado, segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la particula conductora o la fibra conductora [E] tienen un peso especifico de 0, 8 a 3, 2.

9. Preimpregnado, segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la particula conductora o la fibra conductora [E] se han sometido a un tratamiento de la superficie.

10. Preimpregnado, segun la reivindicacion 9, en el que el tratamiento de la superficie es al menos de un tipo seleccionado entre el grupo que consiste en un tratamiento de acoplamiento, un tratamiento de oxidacion, una ozonizacion, un tratamiento con plasma, un tratamiento corona y un tratamiento de chorro.

11. Preimpregnado, segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que la fibra de carbono [A] tiene un modulo de traccion de 260 a 400 GPa.

12. Material compuesto reforzado con fibra de carbono producido mediante endurecimiento de un preimpregnado, segun cualquiera de las reivindicaciones de 1 a 11.

13. Procedimiento de produccion de un material compuesto reforzado con fibra de carbono, comprendiendo el procedimiento: colocar los preimpregnados, segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11; y curar la resina termoendurecible [B] mediante presion y calentamiento de los preimpregnados.

14. Material compuesto reforzado con fibra de carbono, segun la reivindicacion 12, o material compuesto reforzado con fibra de carbono producido mediante le procedimiento, segun la reivindicacion 13, en el que la particula conductora o la fibra conductora [E] se localiza entre las dos capas de fibra de carbono constituidas con la fibra de carbono [A] y la resina termoendurecible [B], y en el que la particula conductora o la fibra conductora [E] forman una ruta conductora entre las dos capas de fibra de carbono.