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公開番号2023043149
公報種別公開特許公報(A)
公開日2023-03-28
出願番号2022130348
出願日2022-08-18
発明の名称炭素繊維複合材料
出願人東レ株式会社
代理人
主分類C08J 5/24 20060101AFI20230320BHJP(有機高分子化合物;その製造または化学的加工;それに基づく組成物)
要約【課題】耐衝撃性を改善できる炭素繊維複合材料を提供する。
【解決手段】ストランド強度が7.5～8.5GPa、伸度2.65～3.20%、単繊維直径が4.0～6.0μmである炭素繊維と、アミン型エポキシ樹脂[A]、エポキシ樹脂に溶解する熱可塑性樹脂[B]およびエポキシ樹脂硬化剤[C]を有するエポキシ樹脂組成物を含み、かつ該エポキシ樹脂組成物の硬化度が90%以上であり、該エポキシ樹脂の硬化物をSACMA SRM 18R-94に従って、動的粘弾性測定装置を用い5℃/分の速度で加熱し、1.0Hzのねじりモードで測定した275℃における貯蔵弾性率が1～10MPaである、炭素繊維複合材料。耐衝撃性を改善できる炭素繊維複合材料を提供する。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
ストランド強度が７．５～８．５ＧＰａ、伸度２．６５～３．２０％、単繊維直径が４．０～６．０μｍである炭素繊維と、アミン型エポキシ樹脂［Ａ］、エポキシ樹脂に溶解する熱可塑性樹脂［Ｂ］およびエポキシ樹脂硬化剤［Ｃ］を有するエポキシ樹脂組成物を含み、かつ該エポキシ樹脂組成物の硬化度が９０％以上であり、該エポキシ樹脂の硬化物をＳＡＣＭＡＳＲＭ１８Ｒ－９４に従って、動的粘弾性測定装置を用い５℃／分の速度で加熱し、１．０Ｈｚのねじりモードで測定した２７５℃における貯蔵弾性率が１～１０ＭＰａである、炭素繊維複合材料。
続きを表示（約 320 文字）【請求項２】
前記炭素繊維は、ストランド弾性率が２４０～３００ＧＰａ、かつひずみエネルギー密度が９５Ｊ／ｍｍ
３
以上である、請求項１に記載の炭素繊維複合材料。
【請求項３】
前記エポキシ樹脂組成物の硬化物は、圧縮降伏応力が９０～１４０ＭＰａ、かつ圧縮降伏時ひずみが１０～１５％である、請求項１または２に記載の炭素繊維複合材料。
【請求項４】
０°引張強度が４．０ＧＰａ以上であり、かつ伸度が２．５％以上である、請求項１～３のいずれかに記載の炭素繊維複合材料。
【請求項５】
前記エポキシ樹脂硬化剤［Ｃ］が芳香族アミンである、請求項１～４のいずれかに記載の炭素繊維複合材料。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギー吸収に優れる高伸度の炭素繊維とその性能を最大限に発揮させるエポキシ樹脂組成物との組み合わせによる、高伸度の炭素繊維複合材料に関するものである。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
ポリアクリロニトリル系炭素繊維は軽量かつ高強度・高弾性率の材料であり、部材の軽量化には欠かせない材料である。また、炭素繊維の変形は塑性変形がなく、弾性変形であることも特徴である。そのため、塑性変形の大きな金属より、炭素繊維は使用できる伸度領域が大きい利点がある。
【０００３】
近年では、炭素繊維複合材料に軽量性と耐衝撃性の両立が要求される場合がある。この要求に対応するため、マトリックスに用いられる樹脂の組成設計や炭素繊維とマトリックス樹脂の界面特性を変化させるためのサイジング剤などが検討されている。
【０００４】
炭素繊維のストランド強度またはストランド伸度向上の試みはこれまでも行われている。特許文献１では前駆体繊維を細繊度化して、欠陥を減少させることで最大でストランド強度９．０ＧＰａ（実施例８）の炭素繊維を得ている。特許文献２でも同様に前駆体繊維の細繊度化とその後の延伸により、最大でストランド強度８．０ＧＰａ（実施例１４）、伸度２．６０％（比較例４，５）の炭素繊維を得ている。特許文献３では炭素繊維の破壊靭性値を高めることにより最大でストランド強度８．４ＧＰａ（実施例３）の炭素繊維を得ている。特許文献４では炭素繊維の単繊維直径を大きくしてもストランド強度が低下しにくい技術を用いて、最大で伸度２．６８％（実施例１５）の炭素繊維を得ている。特許文献５では、ポリマー、製糸、耐炎化等の製造条件を調整することにより高伸度化を狙っており、最大で伸度２．３６％（実施例１）の炭素繊維を得ている。特許文献６では、炭素繊維の伸度を最大化することを狙って、炭素化工程の最高温度を低下させるなどで、最大で伸度２．６０％（実施例４）の炭素繊維を得ている。特許文献７では、炭素繊維の表面特性を調整することにより高強度・高伸度の炭素繊維を得ることを記載しているものの、炭素繊維の伸度は２．１％程度であり、高強度炭素繊維の一般的な技術レベルであった。特許文献８では、ポリマー中にホウ素を添加することなどで最大で伸度２．７１％の炭素繊維（実施例４）を得ている。
【０００５】
また、炭素繊維複合材料の耐衝撃性を高める検討として、特許文献９では、マトリックスである熱可塑性樹脂に改質剤を加えることを行っている。
【０００６】
特許文献１０ではガラス転移点以上のゴム状平坦部剛性率を調整することで炭素繊維複合材料の耐衝撃性、引張強度、圧縮強度を高めている。特許文献１１ではガラス転移点以上のゴム状平坦部剛性率を調整することで炭素繊維複合材料の層間靱性と高温環境下の圧縮強度を高めている。特許文献１２では樹脂硬化物の圧縮降伏応力を調整することで炭素繊維複合材料の圧縮強度を高めている。特許文献１３では、特定の単繊維強度を有する炭素繊維と特定の組成のエポキシ樹脂組成物を組み合わせることで炭素繊維複合材料の有孔板引張強度を高めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開平１１－２４１２３０号公報
国際公開第２００８／４０９６３号
特開２０１７－１３７６１４号公報
国際公開第９７／４５５７６号
特開２００８－１６３５３７号公報
特開２００５－２５６２１１号公報
特開２００２－６９７５４号公報
特開平１１－１５２６２６号公報
特開２０１８－５９０８７号公報
特開２００１－３２３０４６号公報
国際公開第２０１６／６７７３６号
特開２００３－２７７４７１号公報
国際公開第２０１４／１１５７６２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の技術には次のような課題がある。
【０００９】
特許文献１の技術では、炭素繊維の単繊維直径が小さく、単繊維あたりのひずみエネルギーは小さいことに加え、ストランド弾性率が高くて伸度が低いために曲げの応力場では十分に耐衝撃性を確保できていなかった。
【００１０】
特許文献２の技術では、炭素繊維の単繊維直径が小さく、単繊維あたりのひずみエネルギーは小さいことに加え、満足な伸度は得られていない問題があった。
（【００１１】以降は省略されています）

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