纖維增強(qiáng)塑料的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種纖維增強(qiáng)塑料的制造方法，所述制造方法將由不連續(xù)的增強(qiáng)纖維形成的可壓縮的增強(qiáng)纖維基材配置在模具的模腔內(nèi)，在該模腔內(nèi)注入熔融了的熱塑性樹脂使其含浸于增強(qiáng)纖維基材中，其特征在于，將模具構(gòu)成為能改變其模腔容積的模具，注入熔融了的熱塑性樹脂，然后縮小模具的模腔容積，由此在模腔內(nèi)對(duì)含浸了熱塑性樹脂的、或者正在含浸熱塑性樹脂的增強(qiáng)纖維基材進(jìn)行壓縮。利用該方法，能夠容易且廉價(jià)地成型即使為復(fù)雜的形狀也具有高機(jī)械特性的纖維增強(qiáng)塑料。
【專利說明】纖維增強(qiáng)塑料的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及纖維增強(qiáng)塑料的制造方法，特別是涉及能夠容易且廉價(jià)地成型即使為復(fù)雜的形狀也具有高機(jī)械特性的纖維增強(qiáng)塑料的纖維增強(qiáng)塑料的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由增強(qiáng)纖維和基體樹脂形成的纖維增強(qiáng)塑料(也有時(shí)稱作FRP[Fiber ReinforcedPlastic])中，由碳纖維和基體樹脂形成的碳纖維增強(qiáng)塑料(也有時(shí)稱作CFRP[CarbonFiber Reinforced Plastic])的機(jī)械特性、輕質(zhì)性、耐腐蝕性等優(yōu)異，因此在各種用途中廣泛地展開應(yīng)用。作為FRP的制造方法，也有使用預(yù)先使樹脂含浸的、所謂預(yù)浸料坯的方法，但在要求進(jìn)一步擴(kuò)大可成型的FRP的形狀的范圍、進(jìn)一步縮短成型所需的時(shí)間的情況下，例如如汽車用部件或電子設(shè)備部件等那樣需要大量生產(chǎn)的情況下，通常使用下述方法:將實(shí)質(zhì)上不含樹脂的增強(qiáng)纖維基材(干式的增強(qiáng)纖維基材)賦型為規(guī)定的形狀，使基體樹脂含浸于其中成型為期望的FRP的方法。
[0003]在如上所述的FRP的成型中，使用熱固性樹脂作為基體樹脂時(shí)，固化前的熱固性樹脂的粘度低，因此，能夠?qū)⑵湓谀＞邇?nèi)含浸于增強(qiáng)纖維基材后使其固化。該方法具有不需要昂貴的高壓釜、就成型時(shí)間而言也以比較短的時(shí)間即可完成的優(yōu)點(diǎn)。
[0004]另一方面，為了成型為更復(fù)雜的形狀的FRP，特別是為了也適應(yīng)于批量生產(chǎn)品，可以考慮優(yōu)選使用成型性更好的熱塑性樹脂作為基體樹脂。但是，由于熱塑性樹脂通常與熱固性樹脂相比熔融時(shí)的粘度高，所以使熔融樹脂在短時(shí)間內(nèi)良好地含浸于增強(qiáng)纖維基材通常較困難，難以利用在模具內(nèi)將樹脂含浸于增強(qiáng)纖維基材的成型方法以高生產(chǎn)率制造FRP。
[0005]為了使用熱塑性樹脂作為基體樹脂，使其比較良好地含浸于增強(qiáng)纖維基材，可以考慮使用不連續(xù)的增強(qiáng)纖維將增強(qiáng)纖維基材形成為無紡布狀，提高該基材的空隙率使易于含浸高粘度的樹脂。但是，即使為如上所述的空隙率高的纖維增強(qiáng)基材，也不容易含浸熱塑性樹脂，只知道下述方法:將基體樹脂暫且制成無紡布等的片狀，在與增強(qiáng)纖維基材層合的狀態(tài)下一邊加熱一邊加壓的方法(例如，專利文獻(xiàn)1、2)。即使將所述空隙率高的增強(qiáng)纖維基材配置在注射成型用模具中，注射熱塑性樹脂，纖維含有率也極低、或僅能得到空隙(void)多的 CFRP。
[0006]專利文獻(xiàn)1:日本特開2010-037358號(hào)公報(bào)
[0007]專利文獻(xiàn)2:日本特開2010-235779號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]因此，本發(fā)明的課題在于提供一種能夠容易且廉價(jià)地成型即使為復(fù)雜的形狀也具有高機(jī)械特性的纖維增強(qiáng)塑料的纖維增強(qiáng)塑料的制造方法。
[0009]為了解決上述課題，本發(fā)明的纖維增強(qiáng)塑料的制造方法是將由不連續(xù)的增強(qiáng)纖維形成的可壓縮的增強(qiáng)纖維基材配置在模具的模腔內(nèi)，在該模腔內(nèi)注入熔融了的熱塑性樹脂使其含浸于上述增強(qiáng)纖維基材，其特征在于，在所述纖維增強(qiáng)塑料的制造方法中，將上述模具構(gòu)成為能改變其模腔容積的模具，注入上述熔融了的熱塑性樹脂，然后縮小模具的模腔容積，由此在模腔內(nèi)對(duì)含浸了熱塑性樹脂的、或者正在含浸熱塑性樹脂的上述增強(qiáng)纖維基材進(jìn)行壓縮。
[0010]在如上所述的本發(fā)明的纖維增強(qiáng)塑料的制造方法中，由于增強(qiáng)纖維基材由不連續(xù)的增強(qiáng)纖維形成，所以形成為與緊密的織物基材等相比空隙率高、比較容易含浸粘度高的熔融熱塑性樹脂的基材。因此，如果僅關(guān)注該增強(qiáng)纖維基材，則具有良好的樹脂含浸性，從這一方面考慮顯現(xiàn)優(yōu)異的成型性。但是，若僅通過在該增強(qiáng)纖維基材中含浸高粘度的熱塑性樹脂，則如上所述，增強(qiáng)纖維的纖維體積含有率變低，成型為FRP時(shí)無法獲得期望的高機(jī)械特性、或者FRP內(nèi)的空隙變多，因此難以獲得良好品質(zhì)的FRP。于是，本發(fā)明中，在將如上所述的具有良好的樹脂含浸性的增強(qiáng)纖維基材配置在模具的模腔內(nèi)、例如將纖維增強(qiáng)基材配置在模具內(nèi)之前或配置后加熱模具、然后將熔融熱塑性樹脂注入模具內(nèi)時(shí)，將模具事先構(gòu)成為能改變其模腔容積的模具，將熔融熱塑性樹脂注入模具的模腔內(nèi)之后，機(jī)械性地縮小模具的模腔容積。通過該模具的模腔容積的縮小，在模腔內(nèi)對(duì)含浸了熱塑性樹脂的、或者正在含浸熱塑性樹脂的上述增強(qiáng)纖維基材進(jìn)行壓縮。通過在該模腔內(nèi)的增強(qiáng)纖維基材的壓縮，減小其表觀空隙率，提高經(jīng)成型的FRP的纖維體積含有率，實(shí)現(xiàn)作為FRP的高機(jī)械特性。另外，同時(shí)通過縮小增強(qiáng)纖維基材的表觀空隙率，將要被關(guān)在基材內(nèi)的空隙被擠出、或被抑制為非常小，確保成型為FRP后的良好的品質(zhì)。具體而言，例如在模腔內(nèi)配置有增強(qiáng)纖維基材的階段，事先在模腔內(nèi)形成空間，向該空間注入熔融熱塑性樹脂時(shí)，該樹脂容易充滿空間內(nèi)，在實(shí)質(zhì)上充滿后加壓，由此能夠從面向增強(qiáng)纖維基材的空間的整個(gè)面以較短的含浸距離使樹脂迅速地含浸于空隙率高的基材中。與此同時(shí)，增強(qiáng)纖維基材也由于加壓而被壓縮，因此纖維體積含有率提高，作為FRP能夠得到高機(jī)械特性。進(jìn)而，由不連續(xù)的增強(qiáng)纖維形成的、例如形成為無紡布狀的增強(qiáng)纖維基材具有優(yōu)異的賦型性，所以也能夠容易地應(yīng)對(duì)復(fù)雜的成型形狀，通過使用這樣的增強(qiáng)纖維基材，能夠維持良好的成型性。所述良好的成型性未因?qū)⒃鰪?qiáng)纖維基材配置在模具內(nèi)后模具內(nèi)的上述壓縮而受到任何妨礙。即，能夠維持良好的成型性，同時(shí)能夠容易地確保作為FRP的高機(jī)械特性、良好的品質(zhì)。
[0011 ] 在如上所述的本發(fā)明的纖維增強(qiáng)塑料的制造方法中，模具的模腔容積的縮小可如下所述進(jìn)行。例如，在預(yù)先打開模具的狀態(tài)下將上述熔融了的熱塑性樹脂注入模具的模腔內(nèi)后，將模具合模，由此可以縮小模具的模腔容積。另外，也可以將上述增強(qiáng)纖維基材配置在模具的模腔內(nèi)進(jìn)行合模后，利用將上述熔融了的熱塑性樹脂注入模腔內(nèi)的樹脂壓打開模具后，縮小模腔容積。在任一方法中，均能夠在表觀空隙率高且具有良好的樹脂含浸性的增強(qiáng)纖維基材的狀態(tài)下，使熱塑性樹脂容易且充分地含浸于該基材，在模腔內(nèi)對(duì)含浸了樹脂的、或正在含浸樹脂的增強(qiáng)纖維基材進(jìn)行壓縮，從而提高成型的FRP的纖維體積含有率，實(shí)現(xiàn)作為FRP的高機(jī)械特性。
[0012]另外，在上述模具的模腔容積的縮小中，縮小模腔容積時(shí)的壓縮力優(yōu)選為IOMPa以上。即，由于在模腔內(nèi)對(duì)含浸了樹脂的、或者正在含浸樹脂的增強(qiáng)纖維基材進(jìn)行壓縮，所以為了通過壓縮達(dá)成足夠低的表觀空隙率(足夠高的纖維體積含有率)，壓縮力優(yōu)選為IOMPa以上。
[0013]另外，作為上述模腔容積能改變的模具，例如可以使用對(duì)置配置的模彼此借助凹坑結(jié)構(gòu)或可動(dòng)芯能夠合模、開模的模具。即，在具有凹坑結(jié)構(gòu)的模具中，通過使處于開模狀態(tài)的模彼此在合模方向上運(yùn)動(dòng)，可以縮小模腔容積。在具有可動(dòng)芯的模具中，通過使可動(dòng)芯在模腔內(nèi)在特定方向上運(yùn)動(dòng)，可以縮小模腔容積。但是，如果是模腔容積能改變的模具，則也可以使用除這些結(jié)構(gòu)以外的模具。
[0014]另外，關(guān)于上述熔融了的熱塑性樹脂向模腔內(nèi)的注入，也可以在將模腔內(nèi)進(jìn)行了減壓的狀態(tài)下注入熔融了的熱塑性樹脂，在樹脂注入后，縮小模腔容積。通過減壓，能夠從增強(qiáng)纖維基材中順利地排出氣體，所以能夠更好地抑制由氣體導(dǎo)致的空隙的產(chǎn)生。另外，通過向減壓了的模腔內(nèi)注入熔融了的熱塑性樹脂，能夠使樹脂更容易地遍布整個(gè)模腔內(nèi)。
[0015]另外，在本發(fā)明的纖維增強(qiáng)塑料的制造方法中，對(duì)于增強(qiáng)纖維基材來說，作為其初期特性，優(yōu)選空隙率盡可能高、易于含浸高粘度的熔融熱塑性樹脂。另一方面，在上述模具內(nèi)的規(guī)定壓縮后，為了達(dá)成高纖維體積含有率，優(yōu)選將空隙率抑制得盡可能低。從如上所述的觀點(diǎn)出發(fā)，本發(fā)明中，作為上述增強(qiáng)纖維基材本身的特性，以2MPa壓縮時(shí)的(即，為了定量地規(guī)定基材本身的特性，以小的壓力壓縮時(shí)的)基材的表觀空隙率優(yōu)選為70%以上。另夕卜，以IOMPa壓縮上述增強(qiáng)纖維基材時(shí)的基材的表觀空隙率優(yōu)選為40%以下。
[0016]另外，本發(fā)明中，作為上述增強(qiáng)纖維基材的增強(qiáng)纖維的種類，沒有特別限定，可以使用碳纖維、玻璃纖維、芳族聚酰胺纖維等、以及將它們組合所得的混合構(gòu)成的增強(qiáng)纖維，但為了實(shí)現(xiàn)更高的機(jī)械特性，優(yōu)選上述增強(qiáng)纖維基材的增強(qiáng)纖維由碳纖維形成。
[0017]另外，本發(fā)明中，上述增強(qiáng)纖維基材的增強(qiáng)纖維由碳纖維形成時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)高機(jī)械特性，增強(qiáng)纖維基材中所含的碳纖維的重均纖維長(zhǎng)度優(yōu)選為Imm以上。若重均纖維長(zhǎng)度過短，則作為增強(qiáng)纖維的功能變小，機(jī)械特性提高效果變小。另外，為了維持如上所述的良好的成型性，上述增強(qiáng)纖維基材中所含的碳纖維的重均纖維長(zhǎng)度優(yōu)選為IOOmm以下。若重均纖維長(zhǎng)度過長(zhǎng)，則變得接近連續(xù)纖維，所以基材的賦型性、FRP的成型性有可能下降。
[0018]另外，本發(fā)明中，上述增強(qiáng)纖維基材中可含有3?50重量％熱塑性樹脂。該熱塑性樹脂以用于保持增強(qiáng)纖維基材形態(tài)的粘合功能作為主要的作用，與用于FRP成型的基體樹脂的作用不同。但是，其樹脂種類可以與基體樹脂為相同種類。
[0019]另外，本發(fā)明中，為了確保基材良好的賦型性、確保對(duì)基材的良好的樹脂含浸性，由上述不連續(xù)的增強(qiáng)纖維形成的增強(qiáng)纖維基材優(yōu)選形成為無紡布的形態(tài)。上述優(yōu)選的形態(tài)可以通過利用抄紙制作上述增強(qiáng)纖維基材、或者利用梳理裝置制作上述增強(qiáng)纖維基材而實(shí)現(xiàn)。
[0020]另外，本發(fā)明中，特別是期望更優(yōu)異的基材的賦型性、更復(fù)雜形狀的FRP的成型的情況下，優(yōu)選上述增強(qiáng)纖維基材由不連續(xù)的增強(qiáng)纖維無規(guī)地進(jìn)行取向而形成的形態(tài)。另一方面，對(duì)經(jīng)成型的FRP期望朝向特定方向表現(xiàn)高機(jī)械特性的情況下，優(yōu)選上述增強(qiáng)纖維基材由不連續(xù)的增強(qiáng)纖維的至少一部分在所述特定方向上進(jìn)行取向而形成的形態(tài)。如上所述，使不連續(xù)的增強(qiáng)纖維的至少一部分在特定的方向上取向也可利用上述梳理裝置實(shí)現(xiàn)。
[0021]另外，如上所述使不連續(xù)的增強(qiáng)纖維的至少一部分在特定的方向上取向時(shí)，可使成型后的纖維增強(qiáng)塑料的上述特定方向的彈性模量和與該特定方向垂直的方向的彈性模量之比例如在2: I?10: I的范圍內(nèi)。
[0022]另外，本發(fā)明中，作為含浸在上述增強(qiáng)纖維基材中的基體樹脂的上述熱塑性樹脂的種類沒有特別限定，優(yōu)選其成型溫度例如為100°C以上。例如，本發(fā)明中，將模具加熱至100°C以上的溫度時(shí)，特別優(yōu)選熱塑性樹脂的成型溫度為100°C以上。[0023]本發(fā)明中，作為可使用的熱塑性樹脂，例如可舉出選自聚烯烴、聚酰胺、聚酯、聚苯硫醚、聚碳酸酯、聚醚酮、聚醚酰亞胺中的樹脂。
[0024]另外，本發(fā)明中，作為上述模具，可以使用在與填充熱塑性樹脂的澆口為相反側(cè)的模腔部位設(shè)置有排氣裝置的注射壓縮成型用模具。若使用上述模具，則在模具的模腔內(nèi)注入熔融了的熱塑性樹脂時(shí)，能夠通過排氣裝置適當(dāng)?shù)嘏懦鰵怏w，同時(shí)在縮小模具的模腔容積時(shí)也能適當(dāng)?shù)嘏懦鰵怏w，能更順利地進(jìn)行壓縮成型。
[0025]另外，本發(fā)明中，也可以使用上述可壓縮的增強(qiáng)纖維基材在樹脂膜袋中于經(jīng)減壓的狀態(tài)下進(jìn)行保持的基材，可以將上述形態(tài)的基材配置在模具的模腔內(nèi)。如果使用這種形態(tài)的基材，則在操作中也可事先保持增強(qiáng)纖維基材的期望的可壓縮狀態(tài)，可僅在需要壓縮時(shí)供于該壓縮。
[0026]進(jìn)而，本發(fā)明中，也存在上述可壓縮的增強(qiáng)纖維基材中增強(qiáng)纖維以纖維束的狀態(tài)存在的情況，在這樣的情況下，若增強(qiáng)纖維基材中的纖維束的比例變得過多，則壓縮成型時(shí)的增強(qiáng)纖維含有樹脂的流動(dòng)性可能受損。因此，在可壓縮的增強(qiáng)纖維基材中，優(yōu)選例如將增強(qiáng)纖維為50?1000根的纖維束抑制在相對(duì)于該可壓縮的增強(qiáng)纖維基材整體為80重量％以下的量。
[0027]如上所述，根據(jù)本發(fā)明，能夠容易且廉價(jià)地成型即使為復(fù)雜的形狀也具有高機(jī)械特性的纖維增強(qiáng)塑料。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028][圖1]為表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的纖維增強(qiáng)塑料的制造方法中的各步驟的、模具的截面簡(jiǎn)圖。
[0029][圖2]為表示本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式的纖維增強(qiáng)塑料的制造方法中的各步驟的、模具的截面簡(jiǎn)圖。
[0030][圖3]為表示本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施方式的纖維增強(qiáng)塑料的制造方法中的各步驟的、模具的截面簡(jiǎn)圖。
[0031][圖4]為本發(fā)明中利用梳理裝置制作增強(qiáng)纖維基材時(shí)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]以下，針對(duì)本發(fā)明的更具體的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
[0033]例如作為不連續(xù)的增強(qiáng)纖維，使用切成重均纖維長(zhǎng)度50mm的碳纖維，將該碳纖維供給至梳理裝置制作可壓縮的片狀的碳纖維基材。將該基材片材例如配置在設(shè)置于注射加壓機(jī)中的模具的模腔內(nèi)。在配置基材后，將模具加熱至100°c以上的溫度，例如將熔融聚酰胺樹脂作為熱塑性樹脂注射到模具的模腔內(nèi)。在注射的同時(shí)、或注射后，通過縮小模具的模腔容積壓縮模具內(nèi)部，對(duì)于由該模具的模腔容積的縮小所產(chǎn)生的壓縮動(dòng)作的例子，參照?qǐng)D1?圖3在后面敘述。
[0034]上述利用梳理裝置的碳纖維基材的制作，例如如下所述進(jìn)行。
[0035]圖4例舉本發(fā)明中利用梳理裝置制作增強(qiáng)纖維基材時(shí)的簡(jiǎn)要構(gòu)成。圖4所示的梳理裝置41主要由下述部件構(gòu)成:錫林(cylinder roller)42 ;靠近其外周面設(shè)置在上游側(cè)的刺輥(take in roller) 43 ;在與刺輥43為相反側(cè)的下游側(cè)、靠近錫林42的外周面設(shè)置的道夫(doffer roller) 44 ;在刺輥43和道夫44之間靠近錫林42的外周面設(shè)置的多個(gè)工作棍(worker roller)45 ;靠近工作棍45設(shè)置的剝?nèi)×_拉(stripper roller)46 ;靠近刺棍43設(shè)置的給棉羅拉47 ;及輸送帶48。
[0036]在輸送帶48上供給例如切成重均纖維長(zhǎng)度50mm的不連續(xù)的碳纖維49的聚集體，不連續(xù)的碳纖維49經(jīng)由給棉羅拉47的外周面、接著經(jīng)由刺輥43的外周面被導(dǎo)入錫林42的外周面上。至此階段為止，不連續(xù)的碳纖維49形成棉狀的形態(tài)。被導(dǎo)入錫林42的外周面上的棉狀的碳纖維的一部分纏繞在各工作輥45的外周面上，該碳纖維被各剝?nèi)×_拉46剝下再次返回到錫林42的外周面上。在給棉羅拉47、刺輥43、錫林42、工作輥45、剝?nèi)×_拉46的各個(gè)輥的外周面上以立著的狀態(tài)存在有多個(gè)針、突起，在上述工序中碳纖維由于針的作用而被開纖成單纖維狀，同時(shí)大部分碳纖維的取向方向被聚攏在特定的方向、即錫林42的旋轉(zhuǎn)方向。經(jīng)過該過程被開纖、進(jìn)行了纖維的取向的碳纖維以作為碳纖維聚集體的一個(gè)形態(tài)的片狀的纖維網(wǎng)50的形式在道夫44的外周面上移動(dòng)。進(jìn)而，通過一邊將纖維網(wǎng)50的寬度縮小至規(guī)定寬度一邊拉出，形成由不連續(xù)的碳纖維形成的片狀基材。
[0037]在如上所述的梳理中，不連續(xù)的碳纖維49的聚集體可以僅由碳纖維形成，也可以混合不連續(xù)的有機(jī)纖維特別是由熱塑性樹脂形成的纖維進(jìn)行梳理。特別是在梳理時(shí)添加熱塑性樹脂纖維能夠防止梳理中的碳纖維的斷裂，故優(yōu)選。由于碳纖維剛直且較脆，所以難以纏繞、易于折斷。因此，僅由碳纖維形成的碳纖維聚集體中存在下述問題:在梳理中碳纖維容易斷開、或碳纖維容易脫落。因此，通過含有柔軟且難以折斷、容易纏繞的熱塑性樹脂纖維，能夠形成碳纖維不易斷開、碳纖維不易脫落的碳纖維聚集體。另外，也優(yōu)選混合上述熱塑性樹脂纖維進(jìn)行梳理，在梳理后使熱塑性樹脂纖維的至少一部分熔融，然后實(shí)施加壓。即，也優(yōu)選事先適度混合少量的熱塑性樹脂纖維，對(duì)碳纖維實(shí)施規(guī)定的梳理處理、例如實(shí)施梳理處理使得一部分碳纖維在特定的方向上進(jìn)行取向，在實(shí)施了上述處理的狀態(tài)下使熱塑性樹脂纖維的至少一部分熔融，由此使熱塑性樹脂纖維擔(dān)負(fù)用于保持規(guī)定的片狀基材的形態(tài)的粘合劑的作用，通過在該狀態(tài)下實(shí)施加壓，借助熱塑性樹脂纖維將被保持了的形態(tài)進(jìn)行適當(dāng)固定。
[0038]如上所述在碳纖維聚集體中含有熱塑性樹脂纖維的情況下，碳纖維聚集體中的碳纖維的含有率優(yōu)選為50?95質(zhì)量％、更優(yōu)選為70?95質(zhì)量％。若碳纖維的比例低，則制成碳纖維增強(qiáng)塑料時(shí)難以獲得高機(jī)械特性，相反地，若熱塑性樹脂纖維的比例過低，則無法期待在上述碳纖維聚集體中混合了熱塑性樹脂纖維時(shí)的熱塑性樹脂纖維的作用、或該作用變小。
[0039]另外，為了進(jìn)一步提高由上述熱塑性樹脂纖維產(chǎn)生的相互纏繞的效果，優(yōu)選預(yù)先對(duì)熱塑性樹脂纖維賦予卷曲。卷曲的程度沒有特別限定，通?？梢允褂镁砬鷶?shù)5?25個(gè)/25mm左右、卷曲率3?30%左右的熱塑性樹脂纖維。
[0040]作為所述熱塑性樹脂纖維的材料，沒有特別限制，可以在不使碳纖維增強(qiáng)塑料的機(jī)械特性顯著降低的范圍內(nèi)適當(dāng)選擇。舉例說明的話，可以使用將下述樹脂進(jìn)行紡紗所得的纖維，所述樹脂包括:聚乙烯、聚丙烯等聚烯烴類樹脂；尼龍6、尼龍6，6等聚酰胺類樹脂；聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯等聚酯類樹脂；聚醚酮、聚醚砜、芳香族聚酰胺等樹脂。所述熱塑性樹脂纖維的材料優(yōu)選通過與碳纖維增強(qiáng)塑料的基體樹脂的組合進(jìn)行適當(dāng)選擇。特別是使用與基體樹脂相同的樹脂、或者與基體樹脂具有相容性的樹脂、與基體樹脂的粘合性高的樹脂形成的熱塑性樹脂纖維不會(huì)降低碳纖維增強(qiáng)塑料的機(jī)械特性，故優(yōu)選。
[0041]另外，如上所述將熱塑性樹脂纖維與碳纖維混合進(jìn)行梳理，在梳理后，使熱塑性樹脂纖維的至少一部分熔融，然后實(shí)施加壓，作為這種情況下的加壓方法，沒有特別限定，例如可以使用利用平板夾持進(jìn)行加壓的通常的加壓機(jī)、或用一對(duì)輥夾持進(jìn)行加壓的壓延輥
坐寸ο
[0042]需要說明的是，上述例示了實(shí)施梳理處理制作碳纖維基材的方法，但也可以不實(shí)施梳理處理、僅利用抄紙制作碳纖維基材。例如，在圖4中的輸送帶48上供給切成重均纖維長(zhǎng)度50mm的不連續(xù)的碳纖維49的聚集體，使用例如如上所述的壓延輥等對(duì)其進(jìn)行加壓，由此也可以制作片狀的碳纖維基材。這種情況下，與上述同樣，優(yōu)選在碳纖維聚集體中混合熱塑性樹脂纖維，使其具有用于保持片狀的基材形態(tài)的粘合劑的功能。
[0043]另外，通過使用了如上所述的壓延輥等的處理或類似的處理，可以將基材本身的特性、特別是上述的以2MPa進(jìn)行了壓縮時(shí)的基材的表觀空隙率或以IOMPa進(jìn)行了壓縮時(shí)的基材的表觀空隙率控制為期望的特性。
[0044]使用以具有如上所述期望的壓縮特性的方式制成的基材，將該可壓縮的基材配置在模具內(nèi)，在基材配置前或基材配置后，將模具加熱至例如100°C以上的溫度，利用注射等將熔融熱塑性樹脂注入模具內(nèi)，在注入的同時(shí)、或注入后壓縮模具內(nèi)部，由此能夠容易且廉價(jià)地制造即使為復(fù)雜的成型形狀也具有高機(jī)械特性的纖維增強(qiáng)塑料。
[0045]以下，參照?qǐng)D1?圖3舉例說明由本發(fā)明的模具的模腔容積的縮小所產(chǎn)生的壓縮動(dòng)作。
[0046]圖1表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的纖維增強(qiáng)塑料的制造方法中的各步驟。如圖1 (A)所示，使用相互對(duì)置配置的模2、3彼此具有凹坑結(jié)構(gòu)4的模具1，在處于開模狀態(tài)的模具I的模腔5內(nèi)配置如上所述制成的表觀空隙率較低的增強(qiáng)纖維基材6。在該狀態(tài)下，如圖1(B)所示，例如通過一方的模2，利用注射向模腔5內(nèi)注入、供給熔融了的熱塑性樹脂7。然后，如圖1(C)所示，模2、3彼此借助凹坑結(jié)構(gòu)4精度良好地進(jìn)行合模，上述模腔5的容積被縮小。由于該模腔容積的縮小，導(dǎo)致模具I的模腔5的內(nèi)部被壓縮，含浸了熱塑性樹脂7的、或者正在含浸熱塑性樹脂7的增強(qiáng)纖維基材6也被壓縮。經(jīng)由該壓縮，能夠獲得空隙被抑制了的優(yōu)異的樹脂含浸狀態(tài)，同時(shí)能夠獲得達(dá)成了高纖維體積含有率、具有高機(jī)械特性的纖維增強(qiáng)塑料8。
[0047]圖2表示本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式的纖維增強(qiáng)塑料的制造方法中的各步驟。如圖2(A)所示，使用與上述實(shí)施方式同樣的、相互對(duì)置配置的模2、3彼此具有凹坑結(jié)構(gòu)4的模具1，在該模腔5內(nèi)配置增強(qiáng)纖維基材11先進(jìn)行合模。此時(shí)，基材11沒有被顯著壓縮。在該狀態(tài)下，如圖2 (B)所示，例如通過一方的模2，利用注射向模腔5內(nèi)注入、供給熔融了的熱塑性樹脂7，由于注入時(shí)的樹脂壓，模2、3彼此借助凹坑結(jié)構(gòu)4精度良好地進(jìn)行少許開模。填充至模腔5內(nèi)的熔融熱塑性樹脂7開始含浸于空隙率較大的增強(qiáng)纖維基材11中。然后，如圖2 (C)所示，模2、3彼此借助凹坑結(jié)構(gòu)4精度良好地進(jìn)行合模，上述模腔5的容積被縮小。由于該階段的模腔容積的縮小，導(dǎo)致模具I的模腔5的內(nèi)部被壓縮，含浸了熱塑性樹脂7的、或者正在含浸熱塑性樹脂7的增強(qiáng)纖維基材11也被壓縮。經(jīng)由該壓縮，能夠獲得空隙被抑制了的優(yōu)異的樹脂含浸狀態(tài)，同時(shí)能夠獲得達(dá)成了高纖維體積含有率、具有高機(jī)械特性的纖維增強(qiáng)塑料12。
[0048]圖3表示本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施方式的纖維增強(qiáng)塑料的制造方法中的各步驟。如圖3(A)所示，使用相互對(duì)置配置的模22、23間形成模腔24的模具21。在該模腔24內(nèi)設(shè)置可在模腔24內(nèi)移動(dòng)的可動(dòng)芯25，可動(dòng)芯25的構(gòu)成為:利用設(shè)置在一方的模23上的驅(qū)動(dòng)裝置26 (例如由滾珠螺桿構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)裝置)，能夠在模腔24內(nèi)在兩個(gè)方向強(qiáng)制移動(dòng)。在模具21的模腔24內(nèi)配置如上所述制成的表觀空隙率較低的增強(qiáng)纖維基材27。在配置增強(qiáng)纖維基材27后，打開設(shè)置在另一方的模22上的閥28，利用通過抽吸路29的抽吸(箭頭)，模腔24內(nèi)被減壓。此時(shí)，模腔24被配置在模22、23間的密封材料30從外部密封。在該狀態(tài)下，如圖3(B)所示，例如通過一方的模22，利用注射向模腔24內(nèi)注入、供給熔融了的熱塑性樹脂31。此時(shí)，關(guān)閉閥28，避免抽吸路29的樹脂堵塞。填充至模腔24內(nèi)的熔融熱塑性樹脂31開始含浸于空隙率較大的增強(qiáng)纖維基材27中。然后，如圖3(C)所示，可動(dòng)芯25利用驅(qū)動(dòng)裝置26在模腔24內(nèi)被強(qiáng)制地移動(dòng)，模腔24的容積被縮小。由于該模腔容積的縮小，導(dǎo)致含浸了熱塑性樹脂31的、或者正在含浸熱塑性樹脂31的增強(qiáng)纖維基材27也被壓縮。經(jīng)由該壓縮，能夠獲得空隙被抑制了的優(yōu)異的樹脂含浸狀態(tài)，同時(shí)能夠獲得達(dá)成了高纖維體積含有率、具有高機(jī)械特性的纖維增強(qiáng)塑料32。
[0049]產(chǎn)業(yè)上的可利用性
[0050]本發(fā)明的方法可適用于基本上以熱塑性樹脂作為基體樹脂的所有纖維增強(qiáng)塑料的制造。
【權(quán)利要求】
1.一種纖維增強(qiáng)塑料的制造方法，所述制造方法將由不連續(xù)的增強(qiáng)纖維形成的可壓縮的增強(qiáng)纖維基材配置在模具的模腔內(nèi)，在所述模腔內(nèi)注入熔融了的熱塑性樹脂使其含浸于所述增強(qiáng)纖維基材中，所述制造方法的特征在于，將所述模具構(gòu)成為能改變其模腔容積的模具，注入所述熔融了的熱塑性樹脂，然后縮小模具的模腔容積，由此在模腔內(nèi)對(duì)含浸了熱塑性樹脂的、或者正在含浸熱塑性樹脂的所述增強(qiáng)纖維基材進(jìn)行壓縮。
2.如權(quán)利要求1所述的纖維增強(qiáng)塑料的制造方法，其中，在預(yù)先打開模具的狀態(tài)下將所述熔融了的熱塑性樹脂注入模具的模腔內(nèi)，然后將模具合模，由此縮小模具的模腔容積。
3.如權(quán)利要求1所述的纖維增強(qiáng)塑料的制造方法，其中，在將所述增強(qiáng)纖維基材配置在模具的模腔內(nèi)進(jìn)行合模后，利用將所述熔融了的熱塑性樹脂注入模腔內(nèi)的樹脂壓打開模具，然后縮小模腔容積。
4.如權(quán)利要求1~3中任一項(xiàng)所述的纖維增強(qiáng)塑料的制造方法，其中，縮小所述模腔容積時(shí)的壓縮力為IOMPa以上。
5.如權(quán)利要求1~4中任一項(xiàng)所述的纖維增強(qiáng)塑料的制造方法，其中，作為所述模腔容積能改變的模具，使用對(duì)置配置的模彼此借助凹坑結(jié)構(gòu)或可動(dòng)芯能夠合模、開模的模具。
6.如權(quán)利要求1~5中任一項(xiàng)所述的纖維增強(qiáng)塑料的制造方法，其中，在將模腔內(nèi)減壓了的狀態(tài)下注入熔融了的熱塑性樹脂后，使模腔容積縮小。
7.如權(quán)利要求1~6中任一項(xiàng)所述的纖維增強(qiáng)塑料的制造方法，其中，作為所述可壓縮的增強(qiáng)纖維基材，使用在2MPa下進(jìn)行壓縮時(shí)的基材的表觀空隙率為70%以上的基材。
8.如權(quán)利要求1~7中任一項(xiàng)所述的纖維增強(qiáng)塑料的制造方法，其中，作為所述可壓縮的增強(qiáng)纖維基材，使用在IOMPa下進(jìn)行壓縮時(shí)的基材的表觀空隙率為40%以下的基材。
9.如權(quán)利要求1~8中任一項(xiàng)所述的纖維增強(qiáng)塑料的制造方法，其中，所述增強(qiáng)纖維基材的增強(qiáng)纖維由碳纖維形成。
10.如權(quán)利要求9所述的纖維增強(qiáng)塑料的制造方法，其中，所述增強(qiáng)纖維基材中所含的碳纖維的重均纖維長(zhǎng)度為1mm以上、IOOmm以下。
11.如權(quán)利要求1~10中任一項(xiàng)所述的纖維增強(qiáng)塑料的制造方法，其中，所述增強(qiáng)纖維基材中含有3~50重量％的熱塑性樹脂。
12.如權(quán)利要求1~11中任一項(xiàng)所述的纖維增強(qiáng)塑料的制造方法，其中，所述增強(qiáng)纖維基材利用抄紙制成。
13.如權(quán)利要求1~11中任一項(xiàng)所述的纖維增強(qiáng)塑料的制造方法，其中，所述增強(qiáng)纖維基材利用梳理裝置制成。
14.如權(quán)利要求1~13中任一項(xiàng)所述的纖維增強(qiáng)塑料的制造方法，其中，所述增強(qiáng)纖維基材由所述不連續(xù)的增強(qiáng)纖維無規(guī)地進(jìn)行取向而形成。
15.如權(quán)利要求1~13中任一項(xiàng)所述的纖維增強(qiáng)塑料的制造方法，其中，所述增強(qiáng)纖維基材由所述不連續(xù)的增強(qiáng)纖維的至少一部分在特定的方向上進(jìn)行取向而形成。
16.如權(quán)利要求15所述的纖維增強(qiáng)塑料的制造方法，其中，成型后的纖維增強(qiáng)塑料的所述特定方向的彈性模量和與特定方向垂直的方向的彈性模量之比為2: I~10:1。
17.如權(quán)利要求1~16中任一項(xiàng)所述的纖維增強(qiáng)塑料的制造方法，其中，所述熱塑性樹脂的成型溫度為100°C以上。
18.如權(quán)利要求1~17中任一項(xiàng)所述的纖維增強(qiáng)塑料的制造方法，其中，所述熱塑性樹脂由選自聚烯烴、聚酰胺、聚酯、聚苯硫醚、聚碳酸酯、聚醚酮、聚醚酰亞胺中的物質(zhì)形成。
19.如權(quán)利要求1~18中任一項(xiàng)所述的纖維增強(qiáng)塑料的制造方法，其中，作為所述模具，使用在與填充熱塑性樹脂的澆口為相反側(cè)的模腔部位設(shè)置有排氣裝置的注射壓縮成型用模具。
20.如權(quán)利要求1~19中任一項(xiàng)所述的纖維增強(qiáng)塑料的制造方法，其中，將所述可壓縮的增強(qiáng)纖維基材在樹脂膜袋 中經(jīng)減壓的狀態(tài)下進(jìn)行保持的基材配置在所述模具的模腔內(nèi)。
【文檔編號(hào)】B29C43/18GK103561931SQ201280025548
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月16日
【發(fā)明者】館山勝, 橋本貴史 申請(qǐng)人:東麗株式會(huì)社