日本東麗開發出可提高熱可塑CFRP強度的技術

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東麗開發出了可提高碳纖維和熱可塑性樹脂複合材料（熱可塑CFRP）接合性能的技術。由此可製造出高強度的熱可塑CFRP。目前這種材料已經應用於家電產品的準結構部件，預計今後還能應用於家電產品和汽車等領域。

應用新技術的熱可塑CFRP的射出成形品（左），普通熱可塑GFRP的射出成形品（右）。基體樹脂為PP。均使用長纖維母粒。（點擊放大）	使用PPS基體樹脂的熱可塑CFRP的成形品。（點擊放大）

運用新技術製造的熱可塑CFRP，是令長度7mm左右的碳纖維束含浸樹脂製成的「長纖維母粒」。用戶把這種母粒投入射出成形機，便可以成形為所需形狀。通過在樹脂中添加碳纖維，可以獲得強度比樹脂單體更高的成形品（這一階段的纖維平均長度為0.6～0.7mm左右）。

然而，當熱可塑CFRP的基體樹脂使用聚丙烯（PP）或者聚亞苯基硫醚（PPS）時，因碳纖維和樹脂的界面接合性較差，所以存在無法獲得所期待的高強度的問題。材料會沿界面剝離，在受到大的衝擊時，會只有樹脂受到破壞，所以複合材料的強度基本上取決於樹脂的強度。

界面接合性與複合材料強度的關係。接合性低，複合材料的強度就低。（點擊放大）	界面接合性提高的原理。由化合而提高了碳纖維和樹脂的接合性。（點擊放大）

於是東麗在碳纖維和樹脂的接合性的提高上下功夫，成功地提高了複合材料的強度。具體來說，在製造母粒的階段，在碳纖維的表面塗佈有機物。另一方面，在樹脂中添加可與這種有機物發生化學反應的物質，並在此基礎上製造長纖維母粒。將這種長纖維母粒射出成形時，碳纖維中的有機物和樹脂中的添加物就會相互結合，所以可以確保兩者界面的結合性能。

東麗認為，應用了新技術的熱可塑CFRP有望替代長纖維母粒型的玻璃纖維強化樹脂（GFRP）。由於碳纖維比玻璃纖維的強度更高、比重更小，所以可以確保與GFRP同等的強度，同時還有望實現輕量化。比如，基體樹脂為PP時，配合重量比20%碳纖維的熱可塑CFRP的強度與配合重量比40～50％玻璃纖維的熱可塑GFRP相當，而且可以減輕20～30％的重量。但結構部件本身的材料成本，即使考慮輕量化帶來的材料用量減少因素，熱可塑GFRP的成本仍高，這樣用戶要採用熱可塑CFRP，就必須改進包括周邊部件在內的設計。

新技術的強度提高效果。（點擊放大）	碳纖維截面的顯微鏡照片。應用新技術時，可以看到碳纖維表面附著有樹脂。（點擊放大）

熱可塑CFRP的基體樹脂使用聚醯胺6（PA6）或者丙烯晴-丁二烯-苯乙烯（ABS）時，不存在上述的接合性問題，所以東麗之前已經推出了使用PA6和ABS的熱可塑CFRP的長纖維母粒產品。今後還將利用新技術，在產品線中增加使用PP和PPS和熱可塑CFRP長纖維母粒。

另外，東麗計劃在2012年2月15～17日舉行的「nano tech 2012（第11屆奈米科技綜合展暨技術會議）」上展示新技術。 （記者：高野 敦，《日經製造》）

http://big5.nikkeibp.com.cn/news/nano/59601-20120126.html?ref=ML

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