日本东丽开发新技术 改善碳纤维和树脂的接合性

    东丽开发出了可提高碳纤维和热可塑性树脂复合材料（热可塑CFRP）接合性能的技术。由此可制造出高强度的热可塑CFRP。目前这种材料已经应用于家电产品的准结构部件，预计今后还能应用于家电产品和汽车等领域。
    运用新技术制造的热可塑CFRP，是令长度7mm左右的碳纤维束含浸树脂制成的“长纤维母粒”。用户把这种母粒投入射出成形机，便可以成形为所需形状。通过在树脂中添加碳纤维，可以获得强度比树脂单体更高的成形品（这一阶段的纤维平均长度为0.6～0.7mm左右）。
　　然而，当热可塑CFRP的基体树脂使用聚丙烯（PP）或者聚亚苯基硫醚（PPS）时，因碳纤维和树脂的界面接合性较差，所以存在无法获得所期待的高强度的问题。材料会沿界面剥离，在受到大的冲击时，会只有树脂受到破坏，所以复合材料的强度基本上取决于树脂的强度。
　　于是东丽在碳纤维和树脂的接合性的提高上下功夫，成功地提高了复合材料的强度。具体来说，在制造母粒的阶段，在碳纤维的表面涂布有机物。另一方面，在树脂中添加可与这种有机物发生化学反应的物质，并在此基础上制造长纤维母粒。将这种长纤维母粒射出成形时，碳纤维中的有机物和树脂中的添加物就会相互结合，所以可以确保两者界面的结合性能。
　　东丽认为，应用了新技术的热可塑CFRP有望替代长纤维母粒型的玻璃纤维强化树脂（GFRP）。由于碳纤维比玻璃纤维的强度更高、比重更小，所以可以确保与GFRP同等的强度，同时还有望实现轻量化。比如，基体树脂为PP时，配合重量比20%碳纤维的热可塑CFRP的强度与配合重量比40～50％玻璃纤维的热可塑GFRP相当，而且可以减轻20～30％的重量。但结构部件本身的材料成本，即使考虑轻量化带来的材料用量减少因素，热可塑GFRP的成本仍高，这样用户要采用热可塑CFRP，就必须改进包括周边部件在内的设计。
　　热可塑CFRP的基体树脂使用聚酰胺6（PA6）或者丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）时，不存在上述的接合性问题，所以东丽之前已经推出了使用PA6和ABS的热可塑CFRP的长纤维母粒产品。今后还将利用新技术，在产品线中增加使用PP和PPS和热可塑CFRP长纤维母粒。
　　另外，东丽计划在2012年2月15～17日举行的“nano tech 2012（第11届纳米科技综合展暨技术会议）”上展示新技术。