[发明专利]包含缝合构件的纤维增强复合结构体及其制造方法

说明书

本说明书提供一种碳纤维增强复合结构体，其中，包含层叠的复数个碳增强纤维片材、以及贯通一个以上碳增强纤维片材的缝合构件，上述碳增强纤维片材包含沿一个方向排列的复数个碳增强纤维。上述碳纤维增强复合结构体沿厚度方向显示优异的热导率。

技术领域

本发明涉及纤维复合结构体及其制造方法，更详细地，涉及具有优异的机械强度，同时沿层叠方向热导率得到提高的纤维增强复合结构体。

对于国家支持研发的说明

本研究是在Kolon Plastic株式会社的主管下，得到大韩民国产业通商资源部(研究课题名：适用了利用PPS、PEEK且纤维含量为60wt％以上的碳纤维UD胶带的航空器用加固面板以及“C”、“Z”信道开发，课题固有号：1415158981)的支持而实施的。

另外，本研究是在韩国科学技术研究院的主管下，得到大韩民国科学技术信息通讯部(研究课题名：导电/导热碳纤维增强(CFRP)复合材料制作技术开发，课题固有号：1711082003)的支持而实施的。

背景技术

当前，碳纤维增强复合材料(CFRP)在航空航天、机动车、休闲运动产业等多方面领域中需求量正在逐渐增加。从目前机动车部件材料市场的观点来看，以减少二氧化碳和改善燃油效率为目的，BMW i3系列等中正在利用接近约50％的碳纤维增强复合材料。特别是，用于航空航天的碳纤维销售比重以占总体的约40％，显示为最高，认为这与高性能高、功能性材料的需求相对应。在航空领域中也不仅是战斗机，民用飞机A380(空客)、B787(波音)中整个结构体的20～50％的部件中也正在活跃地使用非刚性良好的复合材料。但是，在卫星产业，仅以太阳能电池板、承载体接触结构物等简单结构体的形式限制性地被使用。这是因为用于人工卫星的高发热性电气部件需要放入被板状部件包围的三明治式平台的狭窄内部空间，如果由机械驱动产生的热量没有顺利排出，则在寿命或管理方面产生制约。这时，如果使用碳纤维复合材料板状结构体，则由于在厚度方向导热差的碳纤维复合材料的特性，将无法排出热量。虽然现在广泛使用的单向(unidirectional)、双向(biaxial)复合材料层压板在平面方向热导率非常优异，但是沿厚度方向的热导率很低，因此，为了用作人工卫星的部件和内部结构体，需要开发及研究在厚度方向也能够良好地导热的碳纤维增强复合材料。

用于航天火箭或人造卫星的碳纤维复合材料主要使用具有高弹性模量(～900GPa)和高导热系数(～900W/mK)、低热膨胀系数的沥青(pitch)系碳纤维。但是，在使用聚丙烯腈(PAN)系碳纤维的情况下，与沥青系碳纤维相比而具有约1.5倍左右的拉伸强度(～6400MPa)。如果在人造卫星平台中由沥青系构成碳纤维复合材料，虽然具有高弹性模量、良好的导热系数，但强度相对不会很高，如果只由PAN系构成碳纤维复合材料，则在极低的导热系数下通过被禁锢的热量而对电气部件造成损伤。

因此，对于与现有的碳纤维复合材料相比拉伸强度也高、厚度方向的热导率也高的碳纤维复合材料的要求正在提高。

作为与沿厚度方向的传导性相关的研究，存在几种在碳纤维复合材料层叠板中进一步沿厚度方向插入及贯通纤维来增加厚度方向的传导性的发明。韩国申请号10-2016-0067262提出了对于利用针刺使碳纤维贯通二维网而制造三维碳纤维织物的新制造工序的发明；US 2016/0347918 A1提出了关于具有沿厚度方向的导电性的可以适用于航空器的碳纤维复合材料的发明，其中，研究出以下层叠方式：层叠板状碳纤维复合材料时，沿垂直方向加入褶皱，或者上层和下层包裹中间层的形态，最顶层包裹下面各层的外侧端部，或者用具有传导性的金属钉等固定若干层等；并且，US 2010/0021682 A1提出了利用将碳纳米管(CNT)纤维、铜线等以玻璃纤维复合材料(对照组)的总体积的约5％左右进行缝合的方法，从而提高导热性的发明。

现有技术文献

专利文献

KR 10-2017-0135399 A1