無序氈和纖維增強復(fù)合材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種適于用作用于具有諸如肋的直立部的成型制品的預(yù)成型體的無序氈。以無序氈中包含的所有增強纖維計，無序氈包含50至100質(zhì)量％的纖維長度為3mm以上并且小于5mm的增強纖維，和0至50質(zhì)量％纖維長度為15mm以上并且50mm以下的增強纖維，并且無序氈滿足特定的基重和特定的開纖程度。
【專利說明】無序氈和纖維增強復(fù)合材料
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用作用于纖維增強復(fù)合材料的成形制品的預(yù)成型體的無序氈、由該無序氈獲得的成形制品、使用本發(fā)明的無序氈獲得的纖維增強復(fù)合材料以及用于制造該纖維增強復(fù)合材料的方法。本發(fā)明特別涉及一種適于用作用于具有諸如肋的直立部的成形制品預(yù)成型體的無序氈。
【背景技術(shù)】
[0002]由于其高比強度和高比彈性，將碳纖維、芳綸纖維、玻璃纖維等用作增強纖維的纖維增強材料已經(jīng)被廣泛用于飛機、機動車輛等的結(jié)構(gòu)材料，一般工業(yè)和運動用途例如網(wǎng)球拍、高爾夫球桿和釣竿等。在這些應(yīng)用中使用的增強纖維的形式包括由連續(xù)纖維形成的紡織物、由單向排列的平行纖維構(gòu)成的UD片、使用切割纖維制造的無序片和無紡織物等。
[0003]一般來說，由于纖維的各向異性，采用連續(xù)纖維的織物或UD片等，被以各種角度例如0/+45/-45/90度堆疊，并且被例如平面對稱堆疊，以防止成形制品翹曲。如此復(fù)雜的堆疊步驟是增加纖維增強復(fù)合材料的成本的因素之一。
[0004]因此，通過使用預(yù)先成為各向同性的無序氈，能夠獲得相對廉價的纖維增強復(fù)合材料。這種無序氈可以通過例如將切割的增強纖維單獨地噴撒或?qū)⑶懈罾w維和熱固性樹脂一起同時吹送到成形模具中的噴附方法(干法)，或向含有粘合劑的漿料中添加預(yù)先切割的增強纖維，然后進行造紙的方法(濕法)等來獲得。然而，由于設(shè)備相對小，所以干式制造方法的使用使得能夠以較低成本獲得無序氈。
[0005]經(jīng)常使用的干式制造方法的技術(shù)是，使用連續(xù)纖維、并且在切割時進行吹送的方法，并且在其中大多使用旋切機。然而，當加寬刀片間距以便加長纖維長度時，降低的切割頻率引起纖維排料的不連續(xù)。因此，氈在單位面積纖維重量方面出現(xiàn)局部不均勻，特別是在制造具有低的單位面積纖維重量的氈時，這種厚度不均勻是嚴重的。因此存在氈的表面外觀不良的問題。
[0006]同時，增加纖維增強復(fù)合材料的成本的另一個因素是成型時間長。通常，纖維增強復(fù)合材料通過使用壓熱釜對被稱為預(yù)浸料坯的材料加熱并加壓2小時以上來獲得，所述預(yù)浸料坯通過預(yù)先以熱固性樹脂浸潰增強纖維基材來獲得。近年來，已提出了 RTM方法并且已經(jīng)實現(xiàn)了成型時間的顯著縮短，在該方法中將未以樹脂浸潰的增強纖維基材置于模具中，隨后向其傾倒熱固性樹脂。然而，即使采用RTM方法的情況下，一個部件的成型也必需10分種以上的時間。
[0007]因此，使用熱塑性樹脂代替常規(guī)熱固性樹脂作為基質(zhì)而獲得的復(fù)合材料，已吸引了注意。然而，熱塑性樹脂與熱固性樹脂相比一般具有更高粘度，因此存在以樹脂浸潰纖維基材需要長時間，導(dǎo)致成型前的節(jié)拍時間延長的問題。
[0008]作為解決上述問題的方法，已經(jīng)提出了被稱為熱塑性沖壓成型(TP-SMC)的方法。這是包括將預(yù)先用熱塑性樹脂浸潰的切割的纖維加熱至熔點以上或使樹脂可流動的溫度以上、將其放入到模具的一部分中、將模具立即關(guān)閉、使纖維和樹脂能夠在模具中流動從而獲得制品的形狀、隨后冷卻并且成型的方法。在這種技術(shù)中，通過使用預(yù)先以樹脂浸潰的纖維，能夠在短至約I分鐘的時間內(nèi)完成成型。存在涉及切割的纖維束和用于制造成型材料的方法的專利文獻I和2。這些方法是利用被稱為SMC或可沖壓片的成型材料的方法。然而，與采用熱固性樹脂作為基質(zhì)的纖維增強復(fù)合材料的情況相比，熱塑性沖壓成型存在由于樹脂分子量不同而導(dǎo)致的粘度高的缺點和由于通過流體化來進行成型，所以需要相對高的成型壓力用于特別是將纖維和樹脂填入諸如肋或凸臺的復(fù)雜的形狀的缺點。因此制造大的成形制品必須大量的設(shè)備投入和高額的維護成本。
[0009]引用列表
[0010]專利文獻
[0011]專利文獻I JP-A-2009-114611
[0012]專利文獻2 JP-A-2009-114612

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明要解決的問題
[0014]本發(fā)明的目的是提供:一種無序氈，該無序氈用作纖維增強復(fù)合材料的成形制品的預(yù)成型體，并且即使在低壓條件下，也能夠利用一體成型由該無序氈獲得具有例如肋或凸臺的直立部的三維復(fù)雜形狀；一種由該無序氈獲得的成形制品；使用本發(fā)明的無序氈獲得的纖維增強復(fù)合材料；以及用于制造纖維增強復(fù)合材料的方法。另一個目的是提供一種無序氈，由該無序氈能夠獲得具有優(yōu)異的各向同性的成形制品。
[0015]解決問題的手段
[0016]本發(fā)明已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一種由熱塑性樹脂和增強纖維構(gòu)成的無序氈使得能夠在成型期間控制其可流動性以便適合，所述增強纖維滿足特定的結(jié)束或開纖條件并且具有在特定范圍內(nèi)的纖維長度。本發(fā)明由此完成。即，本發(fā)明是包含纖維長度為3?50_的增強纖維并且滿足下列i)至V)的無序氈、由該無序氈獲得的成形制品、使用本發(fā)明的無序氈獲得纖維增強復(fù)合材料、以及制造該復(fù)合材料的方法。
[0017]i)以無序氈中包含的所有的增強纖維計，纖維長度為3mm以上并且小于15mm的增強纖維的含量為50至100質(zhì)量％，并且以無序氈中包含的所有的增強纖維計，纖維長度為15mm以上并且50mm以下的增強纖維的含量為O至50質(zhì)量％ ；
[0018]ii)增強纖維的單位面積纖維重量為25至10，000g/m2 ；
[0019]iii)增強纖維包括小于臨界單纖維數(shù)的增強纖維的單纖維，以及由臨界單纖維數(shù)以上的增強纖維構(gòu)成的增強纖維束(A)，所述臨界單纖維數(shù)由下式(I)定義；
[0020]iv)無序氈中包含的增強纖維束㈧與所有增強纖維的比率為50vOl%以上并且小于99vol% ;并且
[0021]V)增強纖維束(A)中的平均纖維數(shù)量(N)滿足下式(2):
[0022]臨界單纖維數(shù)=600/D (I)
[0023]1.5 X IO VD2 < N < 3 X 105/D2 (2)
[0024](其中，D表示單增強纖維的平均纖維直徑(μπι))。
[0025]本發(fā)明的優(yōu)點
[0026]本發(fā)明的無序氈適于用作用于纖維增強復(fù)合材料的成形制品的預(yù)成型體。由于無序氈在成型期間具有優(yōu)異的可流動性，所以能夠在相對低的壓力下容易地形成諸如從水平部縱向地延伸的肋或凸臺的、復(fù)雜三維形狀的直立部。因此，能夠以最小的必需材料量由本發(fā)明的無序氈形成制品的形狀，并且能夠省略修邊步驟。因此能夠期望相當量的節(jié)省的材料和得到的成本降低。此外，本發(fā)明的無序氈能夠被用作各種構(gòu)成部件的預(yù)成型體，例如用于機動車輛的內(nèi)部片材、外部片材和構(gòu)成部件，各種電氣產(chǎn)品或電器的框架或殼體等。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是切割步驟的示意圖。
[0028]圖2是旋轉(zhuǎn)分離切割機的示意前視圖和截面圖。
[0029]圖3是用于說明進刀角度的視圖。
[0030]圖4是示出具有與纖維方向平行的刀具的切割機的示意圖。
[0031]圖5示出連續(xù)改變刀片間距的旋切機。
[0032]圖6是用于說明本發(fā)明的實施例的模具的示意圖。
[0033]圖7是用于說明本發(fā)明的實施例的成形制品的實例示意圖。
[0034]圖8示出在具有凸臺和肋的成形制品中切出測試樣品的部分。
[0035]參考標記說明
[0036]I增強纖維
[0037]2壓緊輥筒
[0038]3橡膠輥筒
[0039]4旋切機主體
[0040]5 刀片
[0041]6切割的增強纖維
[0042]7刀片間距
[0043]8與纖維方向平行的刀片
[0044]9水平部
[0045]10 側(cè)壁
[0046]IlA 肋 I
[0047]IlB 肋 2
[0048]IlC 肋 3
[0049]12A 凸臺 I
[0050]12B 凸臺 2
[0051]12C 凸臺 3
[0052]12D 凸臺 4
[0053]13用于拉伸模量測量的樣本被切割出的肋部的部分
[0054]14用于拉伸模量測量的樣本被切割出的水平部的部分
【具體實施方式】
[0055][無序氈]
[0056]本發(fā)明的無序氈包含纖維長度為3至50mm的增強纖維，并且滿足下列i)至V):[0057]i)以無序氈中所有的增強纖維計，纖維長度為3mm以上并且小于15mm的增強纖維的含量為50至100質(zhì)量％，并且以無序氈中所有的增強纖維計，纖維長度為15mm以上并且50mm以下的增強纖維的含量為O至50質(zhì)量％ ；
[0058]ii)增強纖維的單位面積纖維重量為25至10，000g/m2 ；
[0059]iii)增強纖維包括小于臨界單纖維數(shù)的增強纖維的單纖維，以及由臨界單纖維數(shù)以上的增強纖維構(gòu)成的增強纖維束(A)，所述臨界單纖維數(shù)由下式(I)定義；
[0060]iv)無序氈中包含的增強纖維束㈧與所有增強纖維的比率為50vOl%以上并且小于99vol% ;并且
[0061]V)增強纖維束(A)中的平均纖維數(shù)量(N)滿足下式(2):
[0062]臨界單纖維數(shù)=600/D (I)
[0063]1.5 X IO VD2 < N < 3 X 105/D2 (2)
[0064](其中，D表示單增強纖維的平均纖維直徑(μπι))。
[0065]在本發(fā)明中，存在以下情況，即無序氈中包含的增強纖維束(A)與所有增強纖維的比率(V01% )被表示為其與所有氈纖維的體積比率(V01% )。
[0066]在無序氈的平面中，增強纖維不在特定方向上排列，而是以隨機方向分散地布置。
[0067]本發(fā)明的無序氈是平面內(nèi)各向同性優(yōu)異的材料。當由無序氈獲得的成形制品時，在成形制品中維持無序氈中的增強纖維的各向同性。通過由無序氈獲得成形制品并測定兩個相互垂直的方向上的拉伸模量的比率，能夠定量地評價無序氈的各向同性和由其所獲得的成形制品的各向同性。當用在由無序氈獲得的成形制品的兩個方向上的模量中的較大值除以較小值獲得的比率不超過2時，該成形制品被認為是各向同性的。在所述比率不超過1.3的情況下，該成形制品被認為具有優(yōu)異的各向同性。
[0068]在無序氈中，增強纖維的單位面積纖維重量在25至10，000g/m2的范圍內(nèi)。無序氈可用作預(yù)浸料坯，并且其單位面積纖維重量可以根據(jù)所需的成型從寬范圍內(nèi)選擇。其單位面積纖維重量優(yōu)選為25至4，500g/m2,更優(yōu)選為25至3，000g/m2。
[0069][增強纖維]
[0070]無序氈中包含的增強纖維是不連續(xù)的，并且增強纖維包括纖維長度為3mm以上并且小于15mm的增強纖維(在后文中常稱作增強纖維(B))。增強纖維(B)是對成型期間的可流動性貢獻極大的一組纖維。增強纖維(B)的纖維長度的范圍優(yōu)選為5至15mm，更優(yōu)選為7至13mm，還更優(yōu)選為7至10mm。以無序氈中包含的所有增強纖維計，增強纖維(B)的量為50至100質(zhì)量％，優(yōu)選為70至100質(zhì)量％，更優(yōu)選為90至100質(zhì)量％。在稍后描述的優(yōu)選的用于切割增強纖維的方法中，當將增強纖維切割為固定長度并且由其形成無序氈的情況下，平均纖維長度大致等于切割的纖維的長度。
[0071]同時，在本發(fā)明中存在以下情況，即以無序氈中包含的所有增強纖維的計，特定的增強纖維的wt%含量被表示為與所有氈纖維的質(zhì)量比率)。
[0072]除了纖維長度為3mm以上并且小于15mm的增強纖維⑶之外，還可以組合使用纖維長度為15mm以上并且50mm以下的增強纖維(在后文中常簡稱作增強纖維(C))。由于增強纖維(C)具有相對大的纖維長度，所以能夠確保其機械特性(尤其是長期疲勞強度)。然而，太長的增強纖維會損害可流動性。因此，增強纖維(C)的纖維長度的范圍優(yōu)選為17至40mm，更優(yōu)選為20至30mm。增強纖維(C)與所有氈纖維的比率為O至50質(zhì)量％，更優(yōu)選為O至10質(zhì)量％,還更優(yōu)選為2至10質(zhì)量％。
[0073]對獲取這樣的纖維長度分布的方法沒有特別限制，其實例包括以稍后描述的用于形成無序氈的優(yōu)選的方法來調(diào)整用于切割纖維束的刀片的間距的方法。通過使用刀片間距不同的多個刀片組或通過使用刀片間距連續(xù)地變化的旋切機，能夠在連續(xù)地改變纖維長度的同時切割纖維。
[0074]纖維長度以通過測量包含在獲得的無序氈中的增強纖維的纖維長度來確定纖維長度分布的形式來表述。測量纖維長度的方法的實例包括以游標卡尺等將隨機抽取的100根纖維的長度測量至Imm單位并確定其分布的方法。通過采用稍后描述的用于切割增強纖維的優(yōu)選的方法，無序氈中包含的增強纖維的長度能夠被控制為固定長度或具有給定的長度分布。
[0075]優(yōu)選的是，無序氈中包含的增強纖維是選自碳纖維、芳綸纖維和玻璃纖維中的至少一種纖維。這些纖維可以組合使用。從能夠提供除了輕量之外還具有優(yōu)異的強度的復(fù)合材料的角度，在這些纖維中，碳纖維是優(yōu)選的。關(guān)于碳纖維，由聚丙烯晴纖維作為前體所制成的碳纖維(在后文中常被稱作聚丙烯晴系碳纖維或PAN系碳纖維)是特別優(yōu)選的。在碳纖維的情況下，其平均纖維直徑優(yōu)選為3至12 μ m，更優(yōu)選為5至7 μ m。
[0076]優(yōu)選的是，使用的碳纖維是附著有上漿劑的碳纖維。上漿劑的量為每100質(zhì)量份增強纖維O至10質(zhì)量份。
[0077]在玻璃纖維的情況下，其平均纖維直徑優(yōu)選為3至20 μ m，更優(yōu)選為10至15 μ m。
[0078][開纖程度]
[0079]本發(fā)明的無序氈的特征在于無序氈中包含的由臨界單纖維數(shù)以上的增強纖維所構(gòu)成的增強纖維束(A)與所有纖維的比率為50Vol%以上并且小于99ν01%，所述臨界單纖維數(shù)由下式⑴定義:
[0080]臨界單纖維數(shù)=600/D (I)
[0081](其中，D表示單增強纖維的平均纖維直徑(μπι))。
[0082]除了增強纖維束(A)之外，存在于無序氈中的增強纖維還包括處于單纖維狀態(tài)的纖維或由小于臨界單纖維數(shù)的單纖維構(gòu)成的纖維束。
[0083]S卩，本發(fā)明的無序氈的特征在于，由取決于平均纖維直徑而定義的臨界單纖維數(shù)以上的增強纖維所構(gòu)成的增強纖維束(A)的存在量為50νΟ1%以上并且小于99ν01%，也就是說，在增強纖維束(A)中，增強纖維的開纖程度是受控的，并且增強纖維束由特定數(shù)量以上的增強纖維所構(gòu)成；以及并且其它開纖的增強纖維以為特定比例開纖的增強纖維。例如，通過例如在稍后描述的優(yōu)選的制造方法中在開纖步驟中調(diào)節(jié)吹入的空氣的壓力，能夠?qū)⒃鰪娎w維束(A)的存在量控制為50Vol%以上并且小于99ν01%。或者，通過調(diào)節(jié)待經(jīng)歷切割步驟的纖維束的尺寸，諸如束的寬度或者每單位寬度的纖維數(shù)量，能夠控制增強纖維束(A)的其存在量。其具體實例包括通過開纖等將纖維束加寬然后進行切割步驟的方法，以及在切割步驟之前設(shè)置分條步驟的方法。其實例還包括使用包括大量布置的短刀片的所謂分離刀來切割纖維束的方法，以及使用這樣的分離刀對纖維束進行切割同時分條的方法。優(yōu)選的條件在開纖步驟部分描述。
[0084]在增強纖維束㈧與所有纖維的比率小于50VOl%的情況下，當成型本發(fā)明的無序氈時，存在獲得具有優(yōu)異的表面質(zhì)量的復(fù)合材料的優(yōu)點。然而，由于難以獲得機械特性優(yōu)異的纖維增強復(fù)合材料并且此外處于單纖維狀態(tài)的增強纖維的比率高，所以纖維的纏結(jié)增力口，損害可流動性。在增強纖維束(A)的比率為99Vol%以上的情況下，盡管可流動性自身是滿足的，但是纖維的纏結(jié)太少使得纖維之間的收縮力低。結(jié)果，沿著流動方向可靠地進行纖維排列并且無法確保各向同性。因此，這樣的過高的比率無法實現(xiàn)本發(fā)明的目的。增強纖維束(A)的比率更優(yōu)選為60vol%以上并且小于95vol%。
[0085]無序氈的特征還在于由臨界單纖維數(shù)以上的增強纖維所構(gòu)成的增強纖維束(A)的平均纖維數(shù)量(N)滿足下式(2):
[0086]1.5 X IO Vd2 < N < 3 X 105/D2 (2)
[0087](其中，D表示單增強纖維的平均纖維直徑(μπι))。
[0088]通過在稍后描述的優(yōu)選的制造方法中調(diào)節(jié)待經(jīng)切割步驟的纖維束的尺寸，諸如束的寬度或者每單位寬度的纖維數(shù)量，能夠控制增強纖維束(A)的平均纖維數(shù)量(N)。其具體實例包括通過開纖等將纖維束加寬然后進行切割步驟的方法，以及在切割步驟之前設(shè)置分條步驟的方法。纖維束可以在切割的同時進行分條。
[0089]例如，通過在開纖步驟中控制吹入的空氣的壓力，來調(diào)節(jié)切割的纖維束的開纖程度，也能夠控制增強纖維束(A)的平均纖維數(shù)量(N)。優(yōu)選的條件將在開纖步驟和切割步驟部分中描述。
[0090]具體來說，在無序氈中包含的增強纖維的平均纖維直徑為5至7 μ m的情況下，臨界單纖維數(shù)為86至120 ;而在增強纖維的平均纖維直徑為5 μ m的情況下，纖維束中的平均纖維數(shù)量在600至12，000的范圍內(nèi)，并且優(yōu)選為1，000至9，000。在增強纖維的平均纖維直徑為7 μ m的情況下，纖維束中的平均纖維數(shù)量在306至6，122的范圍內(nèi)，并且優(yōu)選為500至 4，900。
[0091]在增強纖維束㈧中的平均纖維數(shù)量(N)為1.5X 104/D2以下的情況下，難以獲得高纖維體積分數(shù)(Vf)。在增強纖維束(A)中的平均纖維數(shù)量(N)為3X105/D2以上的情況下，局部地形成厚部，容易成為空隙的因素，此外，在流體化之后，傾向于發(fā)展各向異性。因此，這樣的情況無法實現(xiàn)本發(fā)明的目的。此外，在要獲得薄至Imm以下的薄壁復(fù)合材料的情況下，使用簡單分離的纖維導(dǎo)致密度的不均勻性增強，使得不能獲得滿意的性質(zhì)。同時，在纖維已經(jīng)完全開纖的情況下，易于獲得薄壁制品，但纖維纏結(jié)增強并且這不僅使得不能獲得具有高纖維體積分數(shù)的制品還會損害可流動性。因此不期望使用這樣的纖維。
[0092]由于上述原因，在本發(fā)明中，對于纖維長度為3mm以上并且小于15mm的增強纖維(B)來說，優(yōu)選的是，由臨界單纖維數(shù)的增強纖維構(gòu)成的增強纖維束(Ab)中的平均纖維數(shù)量(Nb)滿足下式(2B)，臨界單纖維數(shù)由式(I)定義:
[0093]1.5 X IO 4/Db2 < Nb < 3 X 105/Db2 (2B)
[0094](其中，Db表示單增強纖維的平均纖維直徑(μπι))。
[0095]在本發(fā)明中，在纖維長度為15mm以上并且50mm以下的增強纖維(C)不存在的情
況下，毫無疑問，平均纖維數(shù)量(Nb)等于平均纖維數(shù)量(N)。
[0096]此外，對于纖維長度為15mm以上并且50mm以下的增強纖維(C)來說，優(yōu)選的是，由臨界單纖維數(shù)以上的增強纖維構(gòu)成的增強纖維束(A。)中的平均纖維數(shù)量(N。)滿足下式(2C)，臨界單纖維數(shù)由式(I)定義:
[0097]5.0X IO4/Dc2 < Nc < 3 X 105/Dc2 (2C)[0098](其中，Dc表示纖維長度為15mm以上并且50mm以下的單增強纖維的平均纖維直徑(μ m))。
[0099]增強纖維(C)是具有相對長的纖維長度的組分。在構(gòu)成束的纖維數(shù)量相對大的情況下，不僅易于確保無序氈中纖維的線性度并且增強機械特性，而且還防止纖維纏結(jié)從而提聞可流動性。
[0100]同時，在本發(fā)明中，在僅使用一種增強纖維的情況下，毫無疑問，纖維長度為3mm以上并且50mm以下的增強纖維(增強纖維(B))的平均纖維直徑(Db)和纖維長度為15mm以上并且50mm以下的增強纖維(增強纖維(C))的平均纖維直徑(Dc)等于式(I)和式(2)中包括的平均纖維直徑D。
[0101]在本發(fā)明中，在纖維長度為15mm以上并且50mm以下的增強纖維(增強纖維(C))的平均纖維直徑與纖維長度為3mm以上并且小于15mm的增強纖維(增強纖維(B))的平均纖維直徑的比率為1.5至10的情況下，能夠獲得在可成型性和強度兩方面都優(yōu)異的成形制品，因此該比率范圍是優(yōu)選的。其比率更優(yōu)選為1.5至5。
[0102]能夠獲得作為具有高特性和高可流動性的無序氈的包括增強纖維束(A)的無序氈，該增強纖維束(A)由臨界單纖維數(shù)的增強纖維和處于單纖維狀態(tài)的增強纖維或作為由小于臨界單纖維數(shù)的增強纖維構(gòu)成的束的增強纖維兩者構(gòu)成，臨界單纖維數(shù)由式(I)定義。本發(fā)明的無序氈特別適于制造稍后描述的具有諸如肋或凸臺的直立部的成形制品。
[0103]可以使本發(fā)明的無序氈具有不同的厚度。該無序氈適于用作用于獲得厚度約為0.2至Imm的薄壁成形制品的預(yù)成型體。即，根據(jù)本發(fā)明能夠獲得具有各種所期望的成形制品的厚度的無序氈。尤其是，這樣的無序氈作為薄壁成形制品，諸如夾層材料的表皮，的預(yù)成型體是有用的。通過稍后描述的優(yōu)選的制造方法中的切割步驟和開纖步驟，能夠控制增強纖維束(A)中的平均纖維數(shù)量。
[0104]此處，術(shù)語“夾層材料”表示通過將多個材料層疊三層以上，典型地為三層，而獲得的構(gòu)件。夾層材料的特別典型的實例為，由中心層材料(芯材)和與芯材不同的并且被層疊到芯材前后表面的材料(面材)所構(gòu)成的，類似于作為食物的三明治的夾層材料。在廣義中，該術(shù)語包括包括四層以上的層疊體以及芯材和面材由相同材料制成的層疊體。
[0105][熱塑性樹脂]
[0106]本發(fā)明的無序氈還包含作為用于獲得纖維增強復(fù)合材料的預(yù)成型體的熱塑性樹月旨。優(yōu)選的是，在無序氈中，熱塑性樹脂以纖維和/或顆粒形式存在。在纖維和/或顆粒形式的熱塑性樹脂以與增強纖維的混合物而存在的情況下，該無序氈的特征在于，在成型期間，無需使纖維和樹脂在模具中流體化，就能夠容易地浸潰熱塑性樹脂。優(yōu)選的是，熱塑性樹脂由纖維狀或顆粒狀形式構(gòu)成?？梢允褂脙煞N以上種熱塑性樹脂，并且纖維形式和顆粒形式可以組合使用。
[0107]在纖維狀熱塑性樹脂的情形中，纖度為IOOdtex至5，OOOdtex的熱塑性樹脂是優(yōu)選的，并且纖度為1，OOOdtex至2，OOOdtex的熱塑性樹脂是更優(yōu)選的。其平均纖維長度優(yōu)選為0.5mm至50mm、更優(yōu)選為Imm至10mnin
[0108]在顆粒狀熱塑性樹脂的情況下，優(yōu)選的實例包括球形、小片或諸如球粒的圓柱形。在球形的情況下，其優(yōu)選的實例包括全圓形或橢圓形回轉(zhuǎn)體或類似卵形的形狀。在使用球形顆粒的情況下，其平均粒徑優(yōu)選為0.01至1，000 μ m。其平均粒徑更優(yōu)選為0.1至900 μπι、還更優(yōu)選為I至800 μπι。對其粒徑分布沒有特別限制。但從獲得更薄的成形制品的角度，集中的分布是更加優(yōu)選的。但是，可以通過諸如分類的操作來調(diào)整所期望的粒徑分布。
[0109]在小片的情況下，其形狀的優(yōu)選實例包括圓柱狀例如球粒、棱柱狀或鱗片狀。在此情況下，顆?？梢跃哂幸欢ǖ目v橫比。但是，其優(yōu)選的長度大致與纖維狀樹脂的長度相同。
[0110]熱塑性樹脂的實例包括氯乙烯樹脂、偏氯乙烯樹脂、乙酸乙烯酯樹脂、聚乙烯醇樹月旨、聚苯乙烯樹脂、丙烯腈-苯乙烯樹脂(AS樹脂)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯樹脂(ABS樹脂)、丙烯酸樹脂、甲基丙烯酸樹脂、聚乙烯樹脂、聚丙烯樹脂、聚酰胺6樹脂、聚酰胺11樹月旨、聚酰胺12樹脂、聚酰胺46樹脂、聚酰胺66樹脂、聚酰胺610樹脂、聚縮醛樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚對苯二甲酸乙二酯樹脂、聚萘二甲酸乙二酯樹脂、聚對苯二甲酸丁二酯樹脂、聚萘二甲酸丁二酯樹脂、聚芳酯樹脂、聚苯醚樹脂、聚苯硫醚樹脂、聚砜樹脂、聚醚砜樹脂、聚醚醚酮樹脂以及聚乳酸樹脂。
[0111]這些熱塑性樹脂可以單獨或其兩種以上組合使用。
[0112]優(yōu)選地，無序氈中熱塑性樹脂的存在量為每100質(zhì)量份增強纖維50至1，000質(zhì)量份。熱塑性樹脂的量更優(yōu)選為每100質(zhì)量份增強纖維55至500質(zhì)量份，還更優(yōu)選為每100質(zhì)量份增強纖維60至300質(zhì)量份。
[0113][其他試劑]
[0114]只要不損害本發(fā)明的目的，本發(fā)明的無序氈可以包含任意不同纖維狀或非纖維狀填充劑諸如玻璃纖維和有機纖維，以及添加劑例如阻燃劑、抗UV劑、顏料、脫模劑、軟化劑、增塑劑以及表面活性劑。
[0115][制造方法]
[0116]以下描述用于獲得本發(fā)明的無序氈的優(yōu)選方法。本發(fā)明的無序氈優(yōu)選地經(jīng)過下列步驟I至3來形成:
[0117]1.切割增強纖維束的步驟；
[0118]2.將切割的增強纖維導(dǎo)入管中并且纖維束進行開纖的步驟；
[0119]3.由增強纖維和熱塑性樹脂形成無序氈的步驟。
[0120]S卩，本發(fā)明涉及制造無序氈的方法，該制造方法包括上述步驟I至3。
[0121]以下詳細描述每一個步驟。
[0122][切割步驟]
[0123]具體而言，本發(fā)明的方法中的切割增強纖維的方法是使用刀具切割增強纖維的步驟。優(yōu)選的用于切割的刀具為，例如，旋切機。優(yōu)選的旋切機是配備有以特定角度布置的螺旋刀或者配備有其中布置了大量短刀的所謂分離刀的旋切機。示出切割步驟的示意圖如圖1所示。具有螺旋刀的旋切機的實例如圖2所示,而具有分離刀的旋切機的實例如圖3所
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[0124]優(yōu)選的是，通過調(diào)節(jié)待經(jīng)歷切割步驟的纖維束的尺寸，諸如束的寬度或者每單位寬度的纖維數(shù)量，將增強纖維束(A)的平均纖維數(shù)量(N)控制在本發(fā)明的優(yōu)選范圍內(nèi)。
[0125]作為待經(jīng)歷切割步驟的纖維束，優(yōu)選地使用增強纖維束的數(shù)量預(yù)先落入式(2)所示的范圍內(nèi)的纖維束。然而，一般來說，纖維束數(shù)量越小，纖維價格越昂貴。因此，在使用可以廉價地獲得的纖維束的數(shù)量大的增強纖維束的情況下，優(yōu)選地在調(diào)整其寬度或單位寬度的纖維數(shù)量之后，再使纖維束經(jīng)歷切割步驟。其具體實例包括通過開纖等將纖維束細致地加寬，然后對其進行切割步驟的方法，以及在切割步驟之前設(shè)置分條步驟的方法。在設(shè)置分條步驟的方法中，由于在將纖維束供應(yīng)至切割步驟之前使其預(yù)先變細，可以使用沒有特殊裝置的常規(guī)平面刀片或螺旋刀片等作為切割機。
[0126]其實例還包括使用分離刀切割纖維束的方法和使用具有分條功能的切割機對纖維束進行切割同時分條的方法。
[0127]在使用分離刀的情況下，通過使用刀具寬度窄的分離刀能夠獲得減小的平均纖維數(shù)量(N)，而通過使用刀具寬度寬的分離刀能夠獲得增大的平均纖維數(shù)量(N)。
[0128]作為具有分條功能的切割機，圖4示出分離切割機的實例，該分離切割機除了垂直于纖維方向的刀具以外還同時具有具有分條功能并且的平行于纖維方向布置的刀具。在圖4的切割機中，垂直于纖維方向的短刀以一定間隔螺旋地布置。能夠以這些短刀切割纖維，并且同時能夠以垂直于纖維方向的刀具對纖維束進行分條。在圖4所示分離切割機中，圖中所示的旋切機的周向方向與刀具的布置方向之間的角度Θ是恒定的。此外，在諸如圖2所示分離刀的情況下，與纖維方向平行的刀具可以布置在分離刀之間。
[0129]為了獲得用于增強熱塑性樹脂的無序氈，該無序氈具有優(yōu)異的表面外觀，纖維密度方面的不均勻性表現(xiàn)出相當?shù)挠绊?。在使用布置有普通的平面刀片的旋切機的情況下，纖維切割是不連續(xù)的并且將切割的纖維原樣導(dǎo)入涂布步驟中導(dǎo)致單位面積纖維重量的不均勻性。因此，通過使用被調(diào)節(jié)為特定角度的刀地連續(xù)切割纖維而不間斷切割的纖維的供應(yīng)，密度的不均勻性小的涂布變得可能。由使用的增強纖維的寬度和刀片間距幾何地計算用于連續(xù)切割增強纖維的刀的角度，該關(guān)系優(yōu)選地符合下式(3)。沿著周向方向的刀片間距原樣反映在增強纖維的纖維長度上。
[0130]增強纖維的纖維長度(刀片間距)=增強纖維股的寬度Xtan(90- Θ ) (3)
[0131](在該式中，Θ表示周向方向與刀的布置方向之間的角度)
[0132]圖2至4示出以如此的特定角度的布置的刀的實例，圖中示出配置在每個切割機的實例中，周向方向與刀的布置方向之間的角度Θ。
[0133]在無序氈中包含的增強纖維的纖維長度是其兩種以上的情況下，準備多個上述的切割設(shè)備，并且以這些切割設(shè)備切割的纖維能夠利用在稍后描述的開纖設(shè)備或涂布設(shè)備混合。在此情況下，通過稍后描述的開纖設(shè)備利用空氣壓力等能夠適當?shù)乜刂崎_纖程度、增強纖維束(A)的含量以及增強纖維束(A)中的平均纖維數(shù)量(N)。為多個切割設(shè)備分別設(shè)置開纖設(shè)備，每個開纖設(shè)備的空氣壓力都不同，從而能夠在每種纖維長度中獲得適合的增強纖維束(A)的含量和增強纖維束(A)中的平均纖維數(shù)量(N)的值。對適合于每種纖維長度的增強纖維束(A)中的平均纖維數(shù)量(N)沒有特別限制。然而，如式(2C)所示，纖維長度為15mm以上并且50mm以下的增強纖維(C)的由臨界單纖維數(shù)以上的增強纖維構(gòu)成的增強纖維束中的平均纖維數(shù)量的值大于纖維長度為3mm以上并且小于15mm的增強纖維(B)的值。即，優(yōu)選的是，平均纖維數(shù)量(N。)大于平均纖維數(shù)量(Nb)。由于增強纖維(C)傾向于具有比增強纖維(B)大的縱橫比，所以其纖維束傾向于更具彈性并且傾向于纏結(jié)，導(dǎo)致?lián)p害可流動性的可能性。
[0134]此外，在無序氈中所包含的增強纖維的長度的纖維長度分布相對寬的情況下，通過使用刀片間距連續(xù)變化的旋切機，諸如圖5所示的切割機，能夠在連續(xù)地改變纖維長度的同時切割纖維。
[0135][開纖步驟]
[0136]本發(fā)明的方法中的開纖步驟是將切割的增強纖維束導(dǎo)入管中并對纖維束進行開纖的步驟。通過向纖維吹送空氣，能夠適當?shù)貙w維束進行開纖。通過調(diào)節(jié)空氣的壓力等能夠適當?shù)乜刂崎_纖的程度、增強纖維束(A)的含量和增強纖維束(A)中平均纖維數(shù)量(N)。在開纖步驟中，優(yōu)選地通過壓縮空氣吹出孔將空氣以lm/sec至1，000m/sec的風速直接吹向纖維束，能夠?qū)υ鰪娎w維進行開纖。風速更優(yōu)選為5至500m/sec，還更優(yōu)選為大于50m/sec并且500m/sec以下。具體來說，在增強纖維通過的管的管壁中形成多個直徑約為I至2mm的孔，并從外部施加0.01至1.0MPa、更優(yōu)選為0.2至0.8MPa的壓力，從而將壓縮空氣直接吹向纖維束。通過降低風速，可以保留大量纖維束，相反，通過增加風速，可以將纖維束開纖直至單纖維狀態(tài)。
[0137][形成無序氈的步驟]
[0138]該步驟是將切割并開纖的增強纖維在空氣中鋪展，并且同時與增強纖維一起供應(yīng)纖維狀或顆粒狀形式的熱塑性樹脂(在后文中統(tǒng)稱為“熱塑性樹脂顆粒等”)的步驟。由此將增強纖維與熱塑性樹脂顆粒等一起噴撒在設(shè)置于開纖設(shè)備的下方的透氣支撐物上，并且使增強纖維和熱塑性樹脂顆粒等以其混合的狀態(tài)以特定的厚度沉積在支撐物上并且在其上固定以形成無序氈。
[0139]在該步驟中，用氣體開纖的增強纖維與從其它路徑供應(yīng)的熱塑性樹脂顆粒等同時向透氣支撐物噴撒，以其大致均勻地混合的狀態(tài)以氈的形式沉積在透氣支撐物上，并以該狀態(tài)固定。在此情況下，當透氣支撐物利用由網(wǎng)制成的傳送帶構(gòu)成并且在連續(xù)地在一個方向上移動傳送帶的同時在傳送帶上執(zhí)行沉積時，能夠連續(xù)地形成無序氈。此外，可以使用支撐物在前后方向和左右方向上移動從而獲得均勻沉積的方法。
[0140]在此，優(yōu)選的是，將增強纖維和熱塑性樹脂顆粒等噴撒成二維定向。為了在形成二維定向的同時涂布開纖的纖維，優(yōu)選地使用朝向下游側(cè)變大的錐形管，例如圓錐形管。在該錐形管中，由于吹向增強纖維的氣體擴散，以降低管內(nèi)的流速，所以在此時賦予增強纖維以旋轉(zhuǎn)力。利用該文丘里效應(yīng)，能夠?qū)㈤_纖的增強纖維與熱塑性樹脂顆粒等一起均勻的噴撒，而不會導(dǎo)致不均勻。從稍后描述的固定步驟的角度，優(yōu)選地將增強纖維和樹脂噴撒在其下方具有抽吸裝置的可移動透氣支撐物(例如，網(wǎng)狀傳送帶)上，并且以無序氈的形式沉積。
[0141]在該步驟中，熱塑性樹脂顆粒等的供應(yīng)速率優(yōu)選地為每100質(zhì)量份增強纖維50至1，000質(zhì)量份。相對于每100質(zhì)量份增強纖維的熱塑性樹脂的量更優(yōu)選為55至500質(zhì)量份,還更優(yōu)選為60至300質(zhì)量份。
[0142]無序氈的形成步驟包括固定增強纖維和熱塑性樹脂顆粒等的步驟。即，該固定步驟是沉積的增強纖維和熱塑性樹脂顆粒等被固定的步驟。優(yōu)選的是，通過在透氣支撐物的下部抽氣來固定增強纖維。通過在樹脂為纖維狀的情況下或即使在樹脂為顆粒狀的情況下但是伴隨增強纖維的情況下抽氣，也能夠在混合的同時固定與增強纖維一起噴撒的熱塑性樹脂。
[0143]通過由此從沉積表面的下部抽氣，能夠獲得二維定向度高的無序氈。此外，此處產(chǎn)生的負壓能夠被用于抽吸熱塑性樹脂顆粒等，并且利用管內(nèi)產(chǎn)生的擴散流能夠使樹脂容易地與增強纖維混合。在如此獲得無序氈中，熱塑性樹脂顆粒等均勻地存在于無序氈中所包含的增強纖維的間隙中以及增強纖維附近。結(jié)果，在稍后描述的加熱、浸潰和壓制步驟中，樹脂的移動距離變短，樹脂能夠在相對短的時間內(nèi)被浸潰到無序氈中。
[0144]在構(gòu)成透氣支撐物的片、網(wǎng)等的開口尺寸太小或者某些熱塑性樹脂顆粒等穿過支撐物而不保留在無序氈中的情況下，可以使用防止這一問題的方法，在該方法中，在支撐物的表面上設(shè)置無紡織物等，并且將增強纖維和熱塑性樹脂顆粒等吹向無紡織物并固定于該無紡織物。在此情況下，當無紡織物由與熱塑性樹脂顆粒等相同的樹脂制成時，無紡織物無需從沉積的氈剝離，并且能夠在下一步驟中被加熱并壓制以將無紡織物用作作為復(fù)合材料的基質(zhì)的熱塑性樹脂的一部分。
[0145]在本發(fā)明的方法中，通過將增強纖維股切割至給定長度、然后將在切割期間所得到的股片和被分離為單纖維的增強纖維供應(yīng)至用于抽吸傳送帶的輸送路徑、從設(shè)置在輸送路徑中部或其出料端處的噴氣嘴向增強纖維吹送空氣、從而將切割的股片分離并開纖為所期望的尺寸(厚度)的增強纖維束、并且同時將增強纖維與熱塑性樹脂顆粒等一起吹向在一定方向上連續(xù)地或間歇地移動的透氣支撐物(在后文中有時稱作“固定網(wǎng)”)以沉積并固定增強纖維和樹脂，來形成無序氈。優(yōu)選的是，輸送路徑由彈性管構(gòu)成，例如彈性管或軟管，并且在其末端連續(xù)地設(shè)置錐形管。在此情況下，噴氣嘴可以設(shè)置在塑料管與錐形管的結(jié)合部處。在此情況下，優(yōu)選的是，用于熱塑性樹脂顆粒等的供應(yīng)路徑設(shè)置在錐形管的內(nèi)壁中。
[0146][纖維增強復(fù)合材料]
[0147]在本發(fā)明中，術(shù)語纖維增強復(fù)合材料在廣義上表示在其中以增強纖維增強樹脂的材料。然而，在狹義上，該術(shù)語表示由所述材料構(gòu)成的用于成型的中間體(待成型的基材)，諸如預(yù)浸料坯。根據(jù)本發(fā)明的狹義的纖維增強復(fù)合材料如下所述。
[0148]通過對作為預(yù)成型體的本發(fā)明的無序氈進行加熱和壓制，能夠獲得由增強纖維和熱塑性樹脂構(gòu)成的纖維增強復(fù)合材料。關(guān)于用于加熱和壓制的方法，加熱和壓制可以分開執(zhí)行。然而，優(yōu)選地利用壓制成型和/或熱成型來成形無序氈。在此情況下，本發(fā)明的纖維增強復(fù)合材料可以被稱作板狀制品。由于本發(fā)明的無序氈具有熱塑性樹脂能夠被容易地浸潰的特點，能夠通過諸如熱壓法的方法有效地由其獲得纖維增強復(fù)合材料。具體而言，優(yōu)選地，將無序氈中的熱塑性樹脂在壓力下熔化并浸潰到增強纖維束中和單增強纖維的間隙中，并且將獲得的材料冷卻，然后加熱并壓制。優(yōu)選地在模具中執(zhí)行該加熱和壓制操作。
[0149]關(guān)于用于獲得纖維增強復(fù)合材料的壓制條件，壓力優(yōu)選為小于lOMPa，更優(yōu)選為SMPa以下，還更優(yōu)選為5MPa以下。在壓制壓力小于IOMPa的情況下，可以使用廉價的或一般的成型設(shè)備并且即使在制造大的成形制品的情況下也能夠降低設(shè)備投入和維護成本。因此這樣的壓制壓力是優(yōu)選的。
[0150]為了將無序氈轉(zhuǎn)化為纖維增強復(fù)合材料，將本發(fā)明的無序氈加熱至如下溫度。優(yōu)選的是，當樹脂為結(jié)晶體時該溫度為無序氈中所包含的熱塑性樹脂的熔點以上并且其分解溫度以下，而當樹脂為無定形時該溫度為樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上并且其分解溫度以下。更優(yōu)選的是，當樹脂為結(jié)晶體時該溫度應(yīng)為熱塑性樹脂的熔點以上并且低于其分解溫度，而當樹脂為無定形時該溫度應(yīng)為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上并且低于其分解溫度。同時，在本發(fā)明中，熱塑性樹脂的分解溫度優(yōu)選地表示在空氣中測得的熱分解溫度。
[0151]由此，能夠在短時間內(nèi)有效地獲得諸如板狀的纖維增強復(fù)合材料(成形板)。該板狀纖維增強復(fù)合材料用作用于三維成型的預(yù)浸料坯，特別是用作用于壓制成型的預(yù)浸料坯是有用的。具體過程如下。當樹脂為結(jié)晶體時將板狀纖維增強復(fù)合材料加熱至其所包含的熱塑性樹脂的熔點以上，或當樹脂為無定形時將板狀纖維增強復(fù)合材料加熱至熱塑性樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上。根據(jù)要獲得的成形制品的形狀，將一片該加熱的復(fù)合材料或其多片的堆疊放入模具內(nèi)，當樹脂為結(jié)晶體時將模具保持在低于熱塑性樹脂的熔點的溫度下，或當樹脂為無定形時將模具保持在低于熱塑性樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度下。隨后，對纖維增強復(fù)合材料進行壓制并冷卻。由此，能夠通過所謂的冷壓來獲得成形制品。
[0152]或者，將板狀纖維增強復(fù)合材料放入模具中，當樹脂為結(jié)晶體時將板狀纖維增強復(fù)合材料加熱至其所包含的熱塑性樹脂的熔點以上的溫度，或當樹脂為無定形時將板狀纖維增強復(fù)合材料加熱至熱塑性樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上的溫度，并且同時執(zhí)行壓制成型。隨后，當樹脂為結(jié)晶體時將模具冷卻至低于熱塑性樹脂的熔點的溫度，或當樹脂為無定形時將模具冷卻至低于熱塑性樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度。由此，能夠通過所謂的熱壓來獲得成形制品。
[0153]S卩，本發(fā)明包括由無序氈獲得的纖維增強復(fù)合材料和通過對纖維增強復(fù)合材料進行成型而獲得成形制品這兩者。如上所述，并發(fā)明的無序氈具有由于增強纖維和熱塑性樹脂相互混合并且相互靠近存在的特點，所以無需使纖維和樹脂在模具中流體化并且熱塑性樹脂能夠被容易地浸潰。此外，在由本發(fā)明的無序氈獲得的纖維增強復(fù)合材料和通過對纖維增強復(fù)合材料進行成型而獲得的成形制品中，能夠維持增強纖維在無序氈中的狀態(tài)，即各向同性。
[0154]本發(fā)明提供一種復(fù)合材料，該復(fù)合材料的特征在于包括增強纖維和熱塑性樹脂，其中，增強纖維包括:平均纖維長度為3mm以上并且小于15mm的增強纖維，以所有的氈纖維計，該增強纖維的量為50至100質(zhì)量％ ;以及平均纖維長度為15mm以上并且50mm以下的增強纖維，以所有的氈纖維計，該增強纖維的量為O至50質(zhì)量％，并且其中，增強纖維已經(jīng)大致二維無序定向，并且關(guān)于由臨界單纖維數(shù)以上的增強纖維構(gòu)成的增強纖維束(A)，增強纖維束(A)與所有纖維的比率為50vOl%以上并且小于99ν01%，臨界單纖維數(shù)由下式(I)定義，并且增強纖維束(A)中的平均纖維數(shù)量(N)滿足下式(2)。
[0155]臨界單纖維數(shù)=600/D (I)
[0156]1.5 X IO VD2 < N < 3 X 105/D2 (2)
[0157](式中，D表示單增強纖維的平均纖維直徑(μm)。)
[0158]通常，在由熱塑性樹脂單獨構(gòu)成成形制品的情況下，由于通過在成型期間升高熔融溫度或使樹脂流入窄的通路例如剪切流來降低其熔融黏度，所以能夠?qū)⒗摺⑼古_等形成得更高更薄。此外，當樹脂單獨流動時，能夠?qū)渲纬蔀閺?fù)雜形狀，并且能夠通過在減小整個成形制品的整體的厚度的同時，最大化凸臺或肋的效果以更小的樹脂量賦予成形制品更高的增強效果。然而，在成形制品由復(fù)合材料構(gòu)成的情況下，作為增強材料的纖維傾向于損害可流動性。尤其是在纖維增強復(fù)合材料中，由于增強纖維具有高縱橫比，所以材料傾向于具有相當降低的可流動性。盡管減小增強纖維的長度以降低縱橫比能夠提高材料的可流動性，但是獲得的成形制品整體機械性能降低。迄今為止，在具有高可流動性的復(fù)合材料中，存在高的作為增強材料的纖維在流動方向上排列的趨勢，以及盡管在流動方向上非常堅固，但是成形制品在垂直于材料的流動方向的方向上的強度不足，并且由此物理性質(zhì)方面顯示出各向異性的趨勢。由于這些原因，為了使碳纖維復(fù)合材料能夠具有各向同性的物理性質(zhì)，成形制品必須是厚壁的以便消除諸如肋或凸臺的增強部的必要性。此外，關(guān)于諸如肋和凸臺的直立部，當形成直立部時，難以使材料能夠在高度方向上流過長距離。相反，在由本發(fā)明的無序氈獲得成形制品的情況下，由于各向同性地流動高的無序氈用作構(gòu)成材料，所以能夠更容易地形成諸如肋和凸臺的直立部。此外，能夠更薄地形成更復(fù)雜的形狀，并且能夠更高地形成直立部。因此，能夠以少量材料賦予增強整個成形制品的效果。
[0159][直立部]
[0160]如上所述，根據(jù)本發(fā)明，能夠有利地提供具有直立部的成形制品。術(shù)語“直立部”表示從上述的水平部縱向地延伸的部分，其實例包括殼體或板狀構(gòu)件的側(cè)壁、肋、凸臺、峰(mounts)以及鉸鏈等。盡管對直立部的高度沒有特別限制，但是其高度優(yōu)選為I至300mm，更優(yōu)選為5至100mm。直立部的高度無需均一，可以局部地增大或減小。對直立部的高度能夠增大或減小的范圍沒有特別限制，并且優(yōu)選為最大高度的10至90%，更優(yōu)選為20至80%。對直立部的厚度沒有特別限制，可以與水平部的厚度相同或不同。由于與水平部相比直立部經(jīng)常需要具有更復(fù)雜的形狀，所以直立部的厚度優(yōu)選為0.2至100mm，更優(yōu)選為I至50mm。直立部的厚度無需均一，可以局部地增大或減小。在此情況下，對其厚度能夠增大或減小的范圍沒有特別限制。然而該范圍優(yōu)選為基礎(chǔ)直立部的厚度的20至500%，更優(yōu)選為50中200%。其厚度可以階段性的改變，或者可以通過給定錐度或曲率而連續(xù)地變化。然而，從避免應(yīng)力集中的角度，優(yōu)選的是連續(xù)地改變其厚度。
[0161]直立部從成形制品的水平部以任意角度在縱向方向上延伸。直立部從水平部延伸的角度優(yōu)選為30至90度，更優(yōu)選為40至85度。在角度小于30度的情況下，盡管有利于從模具中脫離，但是需要大量的材料。此外，在不脫離本發(fā)明的主旨的情況下，可以向直立部引入所期望的任意的倒角或曲率。對倒角和曲率的尺寸沒有具體限制。然而，在倒角的情況下，C值優(yōu)選為0.2至10mm，而在曲率的情況下，R值優(yōu)選為0.2至10mm。在不脫離本發(fā)明的主旨的情況下，還優(yōu)選為直立部設(shè)置用于確保拔模的角度。拔模角度優(yōu)選為I至45度，更優(yōu)選為5至10度。直立部可以部分不均勻或起泡(beads)。然而，在此情況下，必須注意確保拔模角度。
[0162]術(shù)語“肋”表示成形制品中的凸出增強部分，諸如用于電子/電氣應(yīng)用的殼體的邊緣、側(cè)壁等，出于在不增加其壁厚的情況下增加成形制品的強度或剛度的目的或出于防止或減少具有大的平坦表面的成形制品的變形，例如翹曲或扭曲，的目的而設(shè)置肋。同時，術(shù)語“凸臺”表示當需要增大成形制品的一部分的高度時設(shè)置的凸出部分，出于增強形成在成形制品中的孔的周圍的目的，以及確保當該成形制品與另一個成形制品或部件組合時所需的插入余量或改進成形制品的搖晃狀態(tài)的目的而設(shè)置凸臺。在本發(fā)明的實施例中具體示出的實施方式是具有作為直立部的肋和/或凸臺的成形制品，但本發(fā)明不限于此。
[0163]在直立部為肋的情況下，對肋的形狀、長度和高度均沒有特別限制，可以根據(jù)目的適當?shù)卦O(shè)定。例如，在增強成形制品的邊緣或側(cè)壁的情況下，可以在要增強的每個部分都設(shè)置具有矩形或三角形等的肋，使得肋具有幾毫米至幾百毫米的長度和高度。其高度通常優(yōu)選為I至300mm,更優(yōu)選為5至100mm。太小的高度可能導(dǎo)致難以獲得增強效果的情況。在防止成形制品產(chǎn)生翹曲或扭曲的情況下，可以設(shè)置從成形制品的一端延伸到另一端的連續(xù)的肋。在此情況下，其高度可以是恒定的或者可以在肋的某處增大或減小。其高度能夠增大或減小的范圍優(yōu)選為最大高度的10至90%，更優(yōu)選為20至80%。對肋的厚度沒有特別限制，可以與水平部的厚度相同或不同。由于肋具有比水平部更復(fù)雜的形狀，所以其厚度優(yōu)選為0.2至IOOmm,更優(yōu)選為I至50mm。其厚度小0.2mm可能導(dǎo)致無法展示足夠的增強效果的情況。相反，從利潤率和減重的角度，不期望其厚度大于50_。肋的厚度無需均一，可以局部地增大或減小。在此情況下，對其厚度能夠增大或減小的范圍沒有特別限定。然而，該范圍優(yōu)選為基礎(chǔ)厚度的20至500%，更優(yōu)選為50至200%。其厚度可以階段性的改變，或者可以通過給定錐度或曲率而連續(xù)地變化。然而，從避免在負載下應(yīng)力集中的角度，優(yōu)選的是連續(xù)地改變其厚度。肋的形狀、長度、高度和厚度各自影響成形制品的增強和對其變形的防止。肋越大、越長、越高并且越厚，則其增強效果也變得越強。然而，在這樣的情況下，形成這樣的肋必須要更大量的材料，因此從利潤率和減重的角度是不利的。因此，根據(jù)增強和防止變形所需的水平來將每個肋的形狀和尺寸設(shè)定成均衡的。肋可以具有用于通風等的通孔。這樣的孔可以在成型期間以模具中的剪切機器形成，或者可以在后續(xù)加工中通過鉆孔、沖壓或切割等形成。
[0164]在直立部為凸臺的情況下，對凸臺的形狀沒有特別限制，可以是諸如棱柱狀或圓柱狀的任何形狀。然而，從增強效果的角度，圓柱狀是更優(yōu)選的。盡管取決于成形制品的尺寸，但是其高度優(yōu)選為0.1至300mm，更優(yōu)選為0.2至100mm。在其高度小于0.1mm的情況下，難以獲得增強效果。在其高度超出300mm的情況下，需要大量的材料，從利潤率和減重的角度這是不利的。其厚度根據(jù)所期望的增強水平來適當?shù)卦O(shè)定，并且可以與水平部的厚度相同或不同。由于凸臺具有比水平部更復(fù)雜的形狀，所以在例如出于改善成形制品的搖晃狀態(tài)的目的而將凸臺設(shè)置為實心凸臺的情況下，其厚度優(yōu)選為0.5至100_，更優(yōu)選為I至50mm。在螺釘或軸要插入增強孔的情況下，設(shè)置空心凸臺，并且在此情況下其壁的厚度優(yōu)選為0.2至50mm,更優(yōu)選為I至20mm。實心凸臺的情況下太小的厚度或空心凸臺的情況下太小的壁厚可能導(dǎo)致難以獲得增強效果的情況。在其厚度或壁厚太大的情況下，需要大量的材料，從利潤率和減重的角度這是不利的。凸臺的厚度或壁厚無需均一，可以局部地增大或減小。在此情況下，對其厚度或壁厚能夠增大或減小的范圍沒有特別限定。然而，最厚的部分與最薄的部分之差優(yōu)選地在5倍之內(nèi)，更優(yōu)選為2倍之內(nèi)。其厚度可以階段性的改變，或者可以通過給定錐度或曲率而連續(xù)地變化。然而，從避免在負載下應(yīng)力集中的角度，優(yōu)選的是連續(xù)地改變其厚度。凸臺可以是諸如螺母的金屬部件已經(jīng)通過嵌件成型而并入內(nèi)部的凸臺。
[0165]由于許多成形制品適于實際應(yīng)用，所以本發(fā)明的成形制品的優(yōu)選實例是如圖7所示的具有多個凸臺和多個肋的成形制品。更優(yōu)選的是大致長方體形狀的盒狀物，該盒狀物至少在四個角的每一個處都具有凸臺并且具有布置成將盒狀物的內(nèi)部分隔成兩個以上部分的肋。
[0166][制造成形制品的方法]
[0167]對使用本發(fā)明的無序氈來制造成形制品的方法沒有特別限制，其實例包括以下方法。
[0168]S卩，所述方法是包括下列步驟A-1)至A-3)以執(zhí)行浸潰?成型的方法和包括下列步驟B-1)至B-4)以執(zhí)行浸潰?成型的方法。
[0169]A-1)當樹脂為結(jié)晶體時，將無序氈加熱至熱塑性樹脂的熔點以上并且其分解溫度以下的溫度，或當樹脂為無定形時，將無序氈加熱至樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上并且其分解溫度以下的溫度，并且對加熱的無序氈進行壓制以將熱塑性樹脂浸潰到增強纖維束中，從而獲得作為纖維增強復(fù)合材料的預(yù)浸料坯的步驟。
[0170]A-2)將在A-1)中獲得的預(yù)浸料坯布置在模具中，使得由下式(4)表達的裝料比為5至100%，并且對預(yù)浸料坯進行壓制的步驟，當樹脂為結(jié)晶體時模具被調(diào)整至樹脂的熔點以下的溫度或者當樹脂為無定形時模具被調(diào)整至樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以下的溫度。
[0171]A-3)當樹脂為結(jié)晶體時將模具調(diào)整至熱塑性樹脂的熔點以下的溫度或者當樹脂為無定形時將模具調(diào)整至樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以下的溫度，以完成成型的步驟。
[0172]B-1)將無序氈布置在模具中，使得由下式(3)所表達的裝料比為5至100%的步驟。
[0173]B-2)當熱塑性樹脂為結(jié)晶體時將模具加熱至熱塑性樹脂的熔點以上并且其熱分解溫度以下的溫度，或者當樹脂為無定形時將模具加熱至熱塑性樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上并且其熱分解溫度以下的溫度，同時對無序氈進行壓制的步驟(第一壓制步驟)。
[0174]B-3)對無序氈進行一個以上階段的壓制，使得最后階段中的壓力為第一壓制步驟中的壓力的1.2至100倍的步驟(第二壓制步驟)。
[0175]B-4)當樹脂為結(jié)晶體時將模具調(diào)整至熱塑性樹脂的熔點以下的溫度或者當樹脂為無定形時將模具調(diào)整至樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以下的溫度，以完成成型的步驟。由此，有利地制造成形制品。
[0176]包括步驟A-1)至A-3)以執(zhí)行浸潰?成型的方法是所謂的冷壓法。包括步驟B-1)至B-4)以執(zhí)行浸潰至成型的方法是所謂的熱壓法。盡管步驟A-2)和B-3)是向諸如預(yù)浸料坯或無序氈的基材施加壓力，以獲得期望的成形制品的步驟，但是對成型壓力沒有特別限制。然而，每模腔投影面積(per mold-cavity projected area)所施加的壓力優(yōu)選為小于lOMPa，更優(yōu)選為SMPa以下，還更優(yōu)選為5MPa以下。由于特別是對于制造大的成形制品而言需要設(shè)備方面的大量投入和高額維護成本，所以IOMPa以上的成型壓力是不期望的。盡管兩種壓制成型方法都可以應(yīng)用于本發(fā)明的成形制品，但是從進一步縮短成型時間的角度，冷壓法是更優(yōu)選的。
[0177]此處，裝料比是由下式⑷所定義的值。
[0178]裝料比=100X (基材面積(mm2))/(模腔投影面積(mm2)) (4)
[0179](此處，基材面積是布置的所有無序氈或預(yù)浸料坯在拔模方向的投影面積，而模腔投影面積是在拔模方向上的投影面積。)
[0180]在本發(fā)明中，對裝料比沒有特別限制。然而，在以相對低的裝料比執(zhí)行成型的情況下，基材易于填入復(fù)雜形狀。具體而言，其裝料比優(yōu)選為5至100%，更優(yōu)選為20至95 %?；牡难b料比還更優(yōu)選為50至90%。在基材的裝料比小于5%的情況下，存在當在成型期間基材流體化時基材冷卻使得不能獲得具有所期望的厚度的成形制品的可能性。相反，在基材的裝料比超出100%的情況下，無法展現(xiàn)本發(fā)明的通過使基材在某種程度上流體化來執(zhí)行成型的特征。此外，因為除了增加基材的損失之外，后續(xù)加工諸如修剪等也變成必須，所以從生產(chǎn)效率和成本的角度，超出100 %的基材裝料比是不利的。
[0181]實施例
[0182]以下示出實施例，但本發(fā)明不應(yīng)被視為限于以下實施例。實施例中使用的碳纖維為PAN系碳纖維。[0183]實施例和比較例中所是用的熱塑性樹脂如下所示。
[0184].聚碳酸酯(玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，1500C ;熱分解溫度(空氣中)，350°C )
[0185].聚酰胺66 (熔點，265°C ;熱分解溫度(空氣中)，300°C )
[0186].聚酰胺6 (熔點，225°C ;熱分解溫度(空氣中)，300°C )
[0187]I)無序氈中的增強纖維束的分析
[0188]將無序租切割至大約IOOmmX IOOmm的尺寸。用鑷子從已切割的無序租中抽出全部纖維束，測量并記錄增強纖維束(A)的數(shù)量(I)以及每個纖維束的長度(Li)和質(zhì)量(Wi)。太小而無法使用鑷子抽出的纖維束最后放在一起并進行稱重(Wk)。對于質(zhì)量測量來說，使用能夠測量至l/100mg的天平。根據(jù)無序氈中使用的增強纖維的纖維直徑(D)來計算臨界單纖維數(shù)，并將增強纖維劃分為由臨界單纖維數(shù)以上的增強纖維構(gòu)成的增強纖維束
(A)和其他增強纖維。在使用兩種以上的增強纖維的情況下，將纖維分成相應(yīng)的種類，并對每種纖維進行測量和評價。
[0189]增強纖維束(A)中的平均纖維數(shù)量(N)以下列方式確定。
[0190]由所使用的增強纖維的纖度(F)，通過下式來確定每個增強纖維束中的纖維數(shù)量(Ni):
[0191]Ni = ffi/(Li XF)
[0192]增強纖維束(A)中的平均纖維數(shù)量(N)，可以由增強纖維束(A)的數(shù)量(I)，通過下式來確定:
[0193]Ν=Σ Ni/I
[0194]氈中增強纖維束(A)與所有纖維的比率(VR)，可以由增強纖維的密度(P)，通過下式來確定:
[0195]VR =E (ffi/ P ) X 100/ ((Wk+ Σ Wi) / P )
[0196]2)無序氈或纖維增強復(fù)合材料(成形板)中包含的增強纖維的平均纖維長度的分析
[0197]使用游標卡尺和小型放大鏡，將從無序氈或纖維增強復(fù)合材料隨機抽取的100根增強纖維的長度測量至Imm的單位并記錄。從測量的所有增強纖維的長度(Li)，通過下式來確定平均纖維長度(La)。在復(fù)合材料的情形中，將該復(fù)合材料在烘箱中在500°C下加熱約I小時以除去樹脂，隨后從其抽取增強纖維。
[0198]La = Σ Li/100
[0199]3)纖維增強復(fù)合材料(成形板)中的增強纖維束的分析
[0200]將通過熱壓無序氈而獲得的纖維增強復(fù)合材在料烘箱內(nèi)在500°C下加熱約I小時以除去樹脂，然后以與上述無序氈相同的方式進行測量。
[0201]4)具有凸臺和肋的成形制品的纖維體積分數(shù)的分析
[0202]將成形制品在料烘箱內(nèi)在500°C下加熱約I小時以燒盡樹脂，并且在處理之前和之后測量樣品的質(zhì)量以計算纖維組分的質(zhì)量和樹脂組分的質(zhì)量。隨后，用每種組分的比重來計算纖維體積分數(shù)。
[0203]5)凸臺和肋的填充特性的評價
[0204]出于評價無序氈和復(fù)合材料的可流動性和可成型性的目的，目測評價成形制品的外觀，尤其是肋和凸臺的末端。[0205]在該評價中，將通過熱壓無序氈獲得的纖維增強復(fù)合材料(成形板)，該纖維增強復(fù)合材料在期望的條件下被加熱，在120°C下如圖5所示在布置在模具中的水平部上，以便使裝料比為80%，并且在期望的壓力下冷壓60秒。
[0206]材料填充到肋和凸臺中直到其末端并且在成形制品中未觀察到缺陷的情形由+表示；觀察到輕微缺陷的情形由土表示；而填充不足并且觀察到清楚的缺陷的情形由-表
/Jn ο
[0207]6)具有凸臺和肋的成形制品中纖維定向的分析
[0208]出于評價肋部中纖維定向的目的，從如圖8所示的具有凸臺和肋的成形制品的水平部和肋部切割出條樣測試片，進行拉伸測試以測量拉伸模量。確定通過用測得的拉伸模量中的較大值除以其較小值所獲得的比率(E δ )。彈性模量的比率越接近1，則材料的各向同性越好。在實施例中，彈性模量的比率為1.3以下的情形被評價為各向同性。
[0209][實施例1]
[0210]使用通過將由Toho Tenax C0., Ltd.制造的碳纖維“Tenax”(注冊商標)STS40-24KS (平均纖維直徑，7 μ m ;纖維寬度，IOmm)加寬至20mm的寬度而獲得碳纖維作為增強纖維。使用表面上布置有硬質(zhì)合金的螺旋刀的旋切機作為切割設(shè)備。在該操作中，下式⑶中的Θ的值為68度，刀片間距為8mm使得增強纖維被切割至8mm的長度:
[0211]增強纖維的纖維長度(刀片間距)=(增強纖維股的寬度)Xtan(90- Θ ) (3)
[0212](其中，Θ表示周向方向與每個刀之間的角度)
[0213]作為開纖設(shè)備，通過將直徑不同的由SUS304制成的套管焊接以準備雙管。在內(nèi)管中形成小孔，并且通過壓縮機向內(nèi)管與外管之間的空間供應(yīng)壓縮空氣。在此階段中，經(jīng)過小孔排出的空氣的風速為150m/sec。將該管緊鄰旋切機的下方設(shè)置，并將錐形管焊接到其下部。從錐形管的側(cè)壁供應(yīng)基質(zhì)樹脂。通過將由Teijin Chemicals Ltd.制造的聚碳酸酯球?！癙anlite”(注冊商標)L-1225L冷凍粉碎并且以20目和100目的篩分類所獲得的顆粒用作基質(zhì)樹脂。該聚碳酸酯粉末具有約710 μ m的平均粒徑。隨后，將在XY方向上可移動的平臺設(shè)置在錐形管出口的下方，并通過吹風機從平臺的下部進行抽吸。將增強纖維和基質(zhì)樹脂的供應(yīng)速率分別設(shè)定為180g/min和480g/min，并且運行設(shè)備。由此，獲得其中增強纖維與熱塑性樹脂(聚碳酸酯粉末)混合的無序氈。獲得的無序氈中，增強纖維的平均纖維長度為8mm，增強纖維的單位面積纖維重量為200g/m2。
[0214]檢測獲得的無序氈的增強纖維束(A)的比率以及其平均纖維數(shù)量(N)。結(jié)果，由式(I)定義的臨界單纖維數(shù)為86，增強纖維束(A)與所有氈纖維的比率為61%，增強纖維(B)的束中的平均纖維數(shù)量(Nb)為1，500，并且增強纖維束(A)中平均纖維數(shù)量(N)為1，500。觀察了獲得的無序氈的表面，結(jié)果，增強纖維并未在平面內(nèi)的特定方向上排列，并且隨機分散。此外，聚碳酸酯粉末以未導(dǎo)致顯著不均勻性的狀態(tài)分散在增強纖維中。
[0215]以加熱至300°C的壓制設(shè)備，將八片獲得的無序氈在4MPa下堆疊并加熱3分鐘，以獲得厚度為4.8mm的纖維增強復(fù)合材料(成形板)。對獲得的成形板進行超聲波探傷測試。結(jié)果，沒有觀察到未被浸潰的部分和空隙。
[0216]對獲得的成形板沿O度和90度方向進行拉伸模量檢測。結(jié)果，模量的比率(E δ )為1.03并且大致未觀察到纖維排列。由此，能夠獲得維持各向同性的成形板。此外，將該成形板在烘箱中在500°C下加熱約I小時以除去樹脂，然后檢測增強纖維束(A)的比率及其纖維平均數(shù)量(N)。結(jié)果，其檢測結(jié)果與無序氈的測量結(jié)果之間沒有差異。
[0217]此外，使用由NGK Kiln Tech制造的紅外烘箱，將獲得的成形板在300°C下加熱，布置在被設(shè)定為120°C的模具中的如圖6所示的水平部上以便使裝料比為80%，并且在5MPa的壓力下冷壓60秒。由此獲得如圖7所示的具有凸臺和肋的成形制品。成形制品的部分具有如下尺寸:
[0218]水平部(9)的長度為400mm,寬度為200mm,厚度為2mm,
[0219]偵彳壁(10)的高度為50臟，厚度為2mm，
[0220]肋I(IlA)的高度為50mm，厚度為2mm，
[0221]肋2 (I IB)的高度為30至50mm,厚度為2mm,
[0222]肋3(11C)的高度為30至50mm,厚度為lmm,
[0223]凸臺1(12A)的高度為50mm，中空直徑為5mm，壁厚為2mm，
[0224]凸臺2(12B)的高度為40mm，中空直徑為5臟，壁厚為2mm，
[0225]凸臺3(12C)的高度為50mm,中空直徑為5mm,壁厚為Imm,并且
[0226]凸臺4(12D)的高度為40mm,中空直徑為5mm,壁厚為lmm。
[0227]關(guān)于獲得的成形制品，從如圖8所示的水平部和肋部切割出條樣測試片，進行拉伸測試。評價結(jié)果如表I所示。
[0228][實施例2]
[0229]使用由Toho Tenax C0., Ltd.制造的碳纖維“Tenax”(注冊商標)IMS60-12K (平均纖維直徑，5 μ m;纖維寬度，6mm)作為增強纖維。使用與實施例1中相同的、刀片間距為8mm旋切機作為切割設(shè)備。出于獲得更小的纖維束的目的，以0.8mm的間隔向旋切機設(shè)置與纖維方向平行的刀片。使用與實施例1中相同的開纖設(shè)備，經(jīng)過小孔排出的空氣的風速設(shè)定為lOOm/sec。將該管緊鄰旋切機的下方設(shè)置，并將錐形管焊接到其下部。從錐形管的側(cè)壁供應(yīng)基質(zhì)樹脂。將干切至2mm的PA66纖維(T5尼龍，由Asahi Kasei Fibers制造；纖度，1，400 dtex)用作基質(zhì)樹脂。隨后，將與實施例1中相同的在XY方向上可移動的平臺設(shè)置在錐形管出口的下方，并通過吹風機從平臺的下部進行抽吸。將增強纖維和基質(zhì)樹脂的供應(yīng)速率分別設(shè)定為270g/min和550g/min，并且運行設(shè)備。由此，獲得其中增強纖維與熱塑性樹脂(PA66纖維)混合的無序氈。增強纖維的單位面積纖維重量為300g/m2。
[0230]檢測獲得的無序氈的增強纖維束(A)的比率以及其平均纖維數(shù)量(N)。結(jié)果，由式(I)定義的臨界單纖維數(shù)為120，增強纖維束(A)與所有氈纖維的比率為93%，增強纖維(B)的束中的平均纖維數(shù)量(Nb)為1，900，并且增強纖維束(A)中平均纖維數(shù)量(N)為1，900。尼龍纖維(PA66纖維)以未導(dǎo)致顯著不均勻性的狀態(tài)分散在增強纖維中。
[0231 ] 以加熱至280°C的壓制設(shè)備，將八片獲得的無序氈在4.0MPa下堆疊并加熱3分鐘，以獲得厚度為5.9mm的纖維增強復(fù)合材料(成形板)。對獲得的成形板進行超聲波探傷測試。結(jié)果，沒有觀察到未被浸潰的部分和空隙。對獲得的成形板進行沿O度和90度方向的拉伸模量檢測。結(jié)果，模量的比率(Εδ)為1.07并且大致未觀察到纖維排列。由此，能夠獲得維持各向同性的材料。此外，將該成形板在烘箱中在500°C下加熱約I小時以除去樹月旨，然后檢測增強纖維束(A)的比率及其纖維平均數(shù)量(N)。結(jié)果，其檢測結(jié)果與無序氈的測量結(jié)果之間沒有差異。
[0232]此外，使用由NGK Kiln Tech制造的紅外烘箱，將獲得的成形板在300°C下加熱，布置在被設(shè)定為120°C的模具中的如圖6所示的水平部上以便使裝料比為80%，并且在5MPa的壓力下冷壓60秒。由此，與實施例1 一樣獲得如圖7所示的具有凸臺和肋的成形制品。
[0233]對獲得的成形板和成形制品以與實施例1相同的方式進行評價，其結(jié)果如表I所
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[0234][實施例3]
[0235]與實施例1相同，使用通過將由Toho Tenax C0., Ltd.制造的碳纖維“Tenax”(注冊商標)STS40-24KS(平均纖維直徑，7μ m ;纖維寬度，IOmm)加寬至20mm的寬度而獲得碳纖維作為增強纖維。使用其表面上設(shè)置有硬質(zhì)合金螺旋刀的兩臺旋切機(切割設(shè)備a和b)作為切割設(shè)備。在切割設(shè)備a中，式(3)中的Θ值和刀片間距分別設(shè)定為45度和20mm，使得增強纖維能夠被切割至20mm的纖維長度。在切割設(shè)備b中，式(3)中的Θ值和刀片間距分別設(shè)定為68度和8mm，使得增強纖維能夠被切割至8mm的纖維長度。
[0236]同樣關(guān)于開纖設(shè)備，準備每個都與實施例1中相同的兩個套管并且分別緊鄰切割設(shè)備a和b的下方設(shè)置。在該階段中，經(jīng)過小孔排出的空氣的風速設(shè)定為150m/sec。另外，將與實施例1中相同的錐形管焊接到緊鄰切割設(shè)備a的下方設(shè)置的套管的下部。除了供應(yīng)基質(zhì)樹脂的孔之外，還在實施例3的錐形管的側(cè)壁中面向用于供應(yīng)基質(zhì)樹脂的孔的位置形成一孔，該孔以內(nèi)徑為1.5_的橡膠軟管連接到緊鄰切割設(shè)備b的下方設(shè)置的套管的下部。由此，以切割設(shè)備b切割的經(jīng)過軟管移動并且被供應(yīng)至錐形管，在錐形管中，以切割設(shè)備a切割的纖維與以切割設(shè)備b切割的纖維相互混合。使用PA6粉末(A1030FP，由Unichika制造)作為經(jīng)過錐形管的側(cè)壁供應(yīng)的基質(zhì)樹脂。隨后，將與實施例1中相同的在XY方向上可移動的平臺設(shè)置在錐形管出口的下方，并通過吹風機從平臺的下部進行抽吸。將來自切割設(shè)備a的增強纖維的供應(yīng)速率和來自切割設(shè)備b的增強纖維的供應(yīng)速率分別設(shè)定為81g/min和189g/min，而將基質(zhì)樹脂的供應(yīng)速率設(shè)定為550g/min。在這些條件下運行設(shè)備。由此，獲得其中增強纖維與熱塑性樹脂(PA6粉末)混合的無序氈。增強纖維的單位面積纖維重量為300g/m2。
[0237]檢測獲得的無序氈的增強纖維束(A)的比率以及其平均纖維數(shù)量(N)。結(jié)果，由式(I)定義的臨界單纖維數(shù)為86，增強纖維束(A)與所有氈纖維的比率為86%，增強纖維(B)的束中和增強纖維(C)的束中的平均纖維數(shù)量(分別為Nb和Nc)分別為1，500和2，200，并且增強纖維束(A)中平均纖維數(shù)量(N)為1，800。聚酰胺粉末(PA6粉末)以未導(dǎo)致顯著不均勻性的狀態(tài)分散在增強纖維中。
[0238]以加熱至260°C的壓制設(shè)備，將八片獲得的無序氈在4.0MPa下堆疊并加熱3分鐘，以獲得厚度為5.9mm的纖維增強復(fù)合材料(成形板)。對獲得的成形板進行超聲波探傷測試。結(jié)果，沒有觀察到未被浸潰的部分和空隙。
[0239]對獲得的成形板沿O度和90度方向進行拉伸模量檢測。結(jié)果，模量的比率(E δ )為1.05并且大致未觀察到纖維排列。由此，能夠獲得維持各向同性的材料。此外，將該成形板在烘箱中在500°C下加熱約I小時以除去樹脂，然后檢測增強纖維束(A)的比率及其纖維平均數(shù)量(N)。結(jié)果，其檢測結(jié)果與無序氈的測量結(jié)果之間沒有差異。
[0240]此外，使用由NGK Kiln Tech制造的紅外烘箱，將獲得的成形板在300°C下加熱，布置在被設(shè)定為120°C的模具中的如圖6所示的水平部上以便使裝料比為80%，并且在5MPa的壓力下冷壓60秒。由此，與實施例1 一樣獲得如圖7所示的具有凸臺和肋的成形制品。[0241]對獲得的成形板和成形制品以與實施例1相同的方式進行評價，其結(jié)果如表I所
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[0242][實施例4]
[0243]使用由Nippon Electric Glass C0., Ltd.制造的玻璃纖維EX-2500 (平均纖維直徑，15μπι;纖維寬度，9mm)作為增強纖維。作為切割設(shè)備，使用其表面設(shè)置有硬質(zhì)合金螺旋刀并且以短刀相對于纖維成90度的角度傾斜地布置的旋切機。每個刀的寬度為1mm，并且出于獲得更小的纖維束的目的，在刀之間設(shè)置與纖維方向平行的刀片。在該操作中，式⑶中的Θ值為42度并且刀片間距為10mm，從而將增強纖維切割至IOmm的纖維長度。使用與實施例1中相同的設(shè)備作為開纖設(shè)備，通過降低壓縮機的壓力，將經(jīng)過小孔排出的空氣的風速設(shè)定為250m/sec。將該管緊鄰旋切機的下方設(shè)置，并將錐形管焊接到其下部。從錐形管的側(cè)壁供應(yīng)基質(zhì)樹脂。通過將由Teiiin Chemicals Ltd.制造的聚碳酸酯球?！癙anlite”(注冊商標)L-1225L冷凍粉碎并且以30目和200目的篩分類所獲得的粉末用作基質(zhì)樹脂。該粉末具有360 μ m的平均粒徑。隨后，將在XY方向上可移動的平臺設(shè)置在錐形管出口的下方，并通過吹風機從平臺的下部進行抽吸。將增強纖維和基質(zhì)樹脂的供應(yīng)速率分別設(shè)定為300g/min和600g/min，并且運行設(shè)備。由此，獲得其中增強纖維與熱塑性樹脂(聚碳酸酯粉末)混合的無序氈。增強纖維的單位面積纖維重量為300g/m2。
[0244]檢測獲得的無序氈的增強纖維束(A)的比率以及其平均纖維數(shù)量(N)。結(jié)果，由式(I)定義的臨界單纖維數(shù)為40，增強纖維束(A)與所有氈纖維的比率為63%，增強纖維(B)的束中的平均纖維數(shù)量(Nb)為300，并且增強纖維束(A)中平均纖維數(shù)量(N)為300。聚碳酸酯粉末以未導(dǎo)致顯著不均勻性的狀態(tài)分散在增強纖維中。
[0245]以加熱至300°C的壓制設(shè)備，將八片獲得的無序氈在4.0MPa下堆疊并加熱3分鐘，以獲得厚度為5.8mm的纖維增強復(fù)合材料(成形板)。對獲得的成形板進行超聲波探傷測試。結(jié)果，沒有觀察到未被浸潰的部分和空隙。
[0246]對獲得的成形板沿O度和90度方向進行拉伸模量檢測。結(jié)果，模量的比率(E δ )為1.14并且大致未觀察到纖維排列。由此，能夠獲得維持各向同性的材料。此外，將該成形板在烘箱中在500°C下加熱約I小時以除去樹脂，然后檢測增強纖維束(A)的比率及其纖維平均數(shù)量(N)。結(jié)果，其檢測結(jié)果與無序氈的測量結(jié)果之間沒有差異。
[0247]此外，使用由NGK Kiln Tech制造的紅外烘箱，將獲得的成形板在300°C下加熱，布置在被設(shè)定為120°C的模具中的如圖6所示的水平部上以便使裝料比為80%，并且在5MPa的壓力下冷壓60秒。由此，與實施例1 一樣獲得如圖7所示的具有凸臺和肋的成形制品。
[0248]對獲得的成形制品以與實施例1相同的方式進行評價，其結(jié)果如表I所示。
[0249][實施例5]
[0250]以與實施例1相同的方式形成無序氈，區(qū)別在于將增強纖維的供應(yīng)速率改變?yōu)?15g/min并且將基質(zhì)樹脂的供應(yīng)速率改變?yōu)?90g/min。由此，獲得無序氈的增強纖維的平均纖維長度為8mm，并且增強纖維的單位面積纖維重量為350g/m2。
[0251]檢測獲得的無序氈的增強纖維束(A)的比率以及其平均纖維數(shù)量(N)。結(jié)果，由式(I)定義的臨界單纖維數(shù)為86，增強纖維束(A)與所有氈纖維的比率為66%，增強纖維(B)的束中的平均纖維數(shù)量(Nb)為1，600，并且增強纖維束(A)中平均纖維數(shù)量(N)為1，600。觀察了獲得的無序氈的表面，結(jié)果，發(fā)現(xiàn)增強纖維隨機分散，而未在平面內(nèi)的特定方向上排列。聚碳酸酯粉末以未導(dǎo)致顯著不均勻性的狀態(tài)分散在增強纖維中。
[0252]以加熱至300°C的壓制設(shè)備，將八片獲得的無序氈在4MPa下堆疊并加熱3分鐘，以獲得厚度為4.8mm的纖維增強復(fù)合材料(成形板)。對獲得的成形板進行超聲波探傷測試。結(jié)果，沒有觀察到未被浸潰的部分和空隙。
[0253]對獲得的成形板沿O度和90度方向進行拉伸模量檢測。結(jié)果，模量的比率(E δ )為1.05并且大致未觀察到纖維排列。由此，能夠獲得維持各向同性的材料。此外，將該成形板在烘箱中在500°C下加熱約I小時以除去樹脂，然后檢測增強纖維束(A)的比率及其纖維平均數(shù)量(N)。結(jié)果，其檢測結(jié)果與無序氈的測量結(jié)果之間沒有差異。
[0254]此外，使用由NGK Kiln Tech制造的紅外烘箱，將獲得的成形板在300°C下加熱，布置在被設(shè)定為120°C的模具中的如圖6所示的水平部上以便使裝料比為80%，并且在5MPa的壓力下冷壓60秒。由此，與實施例1 一樣獲得如圖7所示的具有凸臺和肋的成形制品。
[0255]對獲得的成形板和成形制品以與實施例1相同的方式進行評價，其結(jié)果如表I所
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[0256][實施例6]
[0257]在實施例3中，將來自切割設(shè)備a的增強纖維(纖維長度，20mm)的供應(yīng)速率、來自切割設(shè)備b的增強纖維(纖維長度，8mm)的供應(yīng)速率和基質(zhì)樹脂的供應(yīng)速率分別設(shè)定為450g/min、450g/min和1，830g/min。由此,獲得在其中增強纖維與聚酰胺6混合的無序租。增強纖維的單位面積纖維重量為l，000g/m2。
[0258]檢測獲得的無序氈的增強纖維束(A)的比率以及其平均纖維數(shù)量(N)。結(jié)果，由式(I)定義的臨界單纖維數(shù)為86，增強纖維束(A)與所有氈纖維的比率為87%，增強纖維(B)的束和增強纖維(C)的束中的平均纖維數(shù)量(分別為Nb和N。)分別為1，700和2，300，并且增強纖維束(A)中平均纖維數(shù)量(N)為2，000。觀察了獲得的無序氈的表面，結(jié)果，發(fā)現(xiàn)增強纖維隨機分散，而未在平面內(nèi)的特定方向上排列。此外，聚酰胺粉末以未導(dǎo)致顯著不均勻性的狀態(tài)分散在增強纖維中。
[0259]以加熱至260°C的壓制設(shè)備，將三片獲得的無序氈在4MPa下堆疊并加熱3分鐘，以獲得厚度為6.0mm的纖維增強復(fù)合材料(成形板)。對獲得的成形板進行超聲波探傷測試。結(jié)果，沒有觀察到未被浸潰的部分和空隙。
[0260]對獲得的成形板沿O度和90度方向進行拉伸模量檢測。結(jié)果，模量的比率(E δ )為1.02并且大致未觀察到纖維排列。由此，能夠獲得維持各向同性的材料。此外，將該成形板在烘箱中在500°C下加熱約I小時以除去樹脂，然后檢測增強纖維束(A)的比率及其纖維平均數(shù)量(N)。結(jié)果，其檢測結(jié)果與無序氈的測量結(jié)果之間沒有差異。
[0261]此外，使用由NGK Kiln Tech制造的紅外烘箱，將獲得的成形板在300°C下加熱，布置在被設(shè)定為120°C的模具中的如圖6所示的水平部上以便使裝料比為80%，并且在5MPa的壓力下冷壓60秒。由此，與實施例1 一樣獲得如圖7所示的具有凸臺和肋的成形制品。對獲得的成形板和成形制品以與實施例1相同的方式進行評價，其結(jié)果如表I所示。
[0262][實施例7]
[0263]在實施例3中，使用的兩臺切割設(shè)備被兩臺實施例4中所使用的旋切機替代，該兩臺旋切機都具有纖維切割長度不同的分離刀和與纖維方向平行的刀片。在切割設(shè)備a中，式(3)中的Θ值和刀片間距分別設(shè)定為45度和20mm，使得增強纖維能夠被切割至20mm的纖維長度。在切割設(shè)備b中，式(3)中的Θ值和刀片間距分別設(shè)定為68度和8mm，使得增強纖維能夠被切割至8mm的纖維長度。
[0264]同樣關(guān)于開纖設(shè)備，準備每個都與實施例1中相同的兩個套管并且兩個套管分別緊鄰切割設(shè)備a和b的下方設(shè)置。在該階段中，在每個設(shè)備中經(jīng)過小孔排出的空氣的風速設(shè)定為150m/sec。此外，將與實施例1中相同的錐形管焊接到緊鄰切割設(shè)備a的下方設(shè)置的套管的下部。除了用于供應(yīng)基質(zhì)樹脂的孔之外，還在實施例3的錐形管的側(cè)壁中面向用于供應(yīng)基質(zhì)樹脂的孔的位置形成一孔，該孔以內(nèi)徑為1.5mm的橡膠軟管連接到緊鄰切割設(shè)備b的下方設(shè)置的套管的下部。由此，以切割設(shè)備b切割的經(jīng)過軟管移動并且被供應(yīng)至錐形管，在錐形管中，以切割設(shè)備a切割的纖維與以切割設(shè)備b切割的纖維相互混合。使用PA6粉末(A1030FP，由Unichika制造)作為經(jīng)過錐形管的側(cè)壁供應(yīng)的基質(zhì)樹脂。隨后，將與實施例I中相同的在XY方向上可移動的平臺設(shè)置在錐形管出口的下方，并通過吹風機從平臺的下部進行抽吸。將來自切割設(shè)備a的增強纖維的供應(yīng)速率和來自切割設(shè)備b的增強纖維的供應(yīng)速率分別設(shè)定為81g/min和189g/min，并且將基質(zhì)樹脂的供應(yīng)速率設(shè)定為550g/min。在這些條件下運行設(shè)備。結(jié)果，獲得在其中增強纖維與聚酰胺混合的無序氈。增強纖維的單位面積纖維重量為300g/m2。
[0265]檢測獲得的無序氈的增強纖維束(A)的比率以及其平均纖維數(shù)量(N)。結(jié)果，由式(I)定義的臨界單纖維數(shù)為86，增強纖維束(A)與所有氈纖維的比率為80%，增強纖維
(B)的束中和增強纖維(C)的束中的平均纖維數(shù)量(分別為Nb和Nc)分別為500和800，并且增強纖維束(A)中平均纖維數(shù)量(N)為600。此外，聚酰胺粉末以未導(dǎo)致顯著不均勻性的狀態(tài)分散在增強纖維中。
[0266]以加熱至260°C的壓制設(shè)備，將八片獲得的無序氈在4.0MPa下堆疊并加熱3分鐘，以獲得厚度為5.9mm的纖維增強復(fù)合材料(成形板)。對獲得的成形板進行超聲波探傷測試。結(jié)果，沒有觀察到未被浸潰的部分和空隙。對獲得的成形板沿O度和90度方向進行拉伸模量檢測。結(jié)果，模量的比率(Εδ)為1.03并且大致未觀察到纖維排列。由此，能夠獲得維持各向同性的材料。此外，將該成形板在烘箱中在500°C下加熱約I小時以除去樹脂，然后檢測增強纖維束(A)的比率及其纖維平均數(shù)量(N)。結(jié)果，其檢測結(jié)果與無序氈的測量結(jié)果之間沒有差異。
[0267]此外，使用由NGK Kiln Tech制造的紅外烘箱，將獲得的成形板在300°C下加熱，布置在被設(shè)定為120°C的模具中的如圖6所示的水平部上以便使裝料比為80%，并且在5MPa的壓力下冷壓60秒。由此，與實施例1 一樣獲得如圖7所示的具有凸臺和肋的成形制品。
[0268]對獲得的成形板和成形制品以與實施例1相同的方式進行評價，其結(jié)果如表I所
/Jn ο
[0269][比較例I]
[0270]以與實施例1相同的方式形成無序氈，區(qū)別在于將經(jīng)過小孔排出的風速調(diào)節(jié)至450m/sec ο
[0271]檢測獲得的無序氈的增強纖維束(A)的比率以及其平均纖維數(shù)量(N)。結(jié)果，由式(I)定義的臨界單纖維數(shù)為86，增強纖維束(A)與所有氈纖維的比率為43%，增強纖維(B)的束中的平均纖維數(shù)量(Nb)為800，并且增強纖維束(A)中的平均纖維數(shù)量(N)為800。
[0272]獲得的無序氈中存在的纖維束薄并且隨機分散，而未在平面內(nèi)的特定方向上排列。聚碳酸酯粉末以未導(dǎo)致顯著不均勻性的狀態(tài)分散在增強纖維中。
[0273]以與實施例1同樣的方式，以加熱至300°C的壓制設(shè)備，將八片獲得的無序氈在4MPa下堆疊并加熱3分鐘，以獲得厚度為4.8mm的纖維增強復(fù)合材料(成形板)。對獲得的成形板進行超聲波探傷測試。結(jié)果，沒有觀察到未被浸潰的部分和空隙。
[0274]對獲得的成形板沿O度和90度方向進行拉伸模量檢測。結(jié)果，模量的比率(E δ )為1.02并且大致未觀察到纖維排列。由此，能夠獲得維持各向同性的材料。此外，將該成形板在烘箱中在500°C下加熱約I小時以除去樹脂，然后檢測增強纖維束(A)的比率及其纖維平均數(shù)量(N)。結(jié)果，其檢測結(jié)果與無序氈的測量結(jié)果之間沒有差異。
[0275]此外，使用由NGK Kiln Tech制造的紅外烘箱，將獲得的成形板在300°C下加熱，布置在被設(shè)定為120°C的模具中的如圖6所示的水平部上以便使裝料比為80%，并且在5MPa的壓力下冷壓60秒以獲得成形制品。然而，纖維和樹脂未充分地填充到凸臺和肋部中。對獲得的成形板和成形制品以與實施例1相同的方式進行評價，其結(jié)果如表I所示。
[0276][比較例2]
[0277]以與實施例1相同的方式形成無序氈，區(qū)別在于將旋切機的螺旋刀的角度Θ變?yōu)?5度并且將其刀片間距變?yōu)?0mm。
[0278]檢測獲得的無序氈的增強纖維束(A)的比率以及其平均纖維數(shù)量(N)。結(jié)果，由式(I)定義的臨界單纖維數(shù)為86，增強纖維束(A)與所有氈纖維的比率為71%，增強纖維(C)的束中的平均纖維數(shù)量(N。)為2，200，并且增強纖維束(A)中平均纖維數(shù)量(N)為2，200。觀察了獲得的無序氈的表面，結(jié)果，發(fā)現(xiàn)增強纖維隨機分散，而未在平面內(nèi)的特定方向上排列。聚碳酸酯粉末以未導(dǎo)致顯著不均勻性的狀態(tài)分散在增強纖維中。
[0279]以加熱至300°C的壓制設(shè)備，將八片獲得的無序氈在4MPa下堆疊并加熱3分鐘，以獲得厚度為4.8mm的纖維增強復(fù)合材料(成形板)。對獲得的成形板進行超聲波探傷測試。結(jié)果，沒有觀察到未被浸潰的部分和空隙。
[0280]對獲得的成形板沿O度和90度方向進行拉伸模量檢測。結(jié)果，模量的比率(E δ )為1.03并且大致未觀察到纖維排列。由此，能夠獲得維持各向同性的材料。此外，將該成形板在烘箱中在500°C下加熱約I小時以除去樹脂，然后檢測增強纖維束(A)的比率及其纖維平均數(shù)量(N)。結(jié)果，其檢測結(jié)果與無序氈的測量結(jié)果之間沒有差異。
[0281]此外，使用由NGK Kiln Tech制造的紅外烘箱，將獲得的成形板在300°C下加熱，布置在被發(fā)定為120°C的模具中的如圖6所示的水平部上以使使裝料比為80%，并且在5MPa的壓力下冷壓60秒以獲得成形制品。然而，纖維和樹脂大致未填充到凸臺和肋部中。因此，盡管嘗試以與實施例1相同的方式來評價該成形制品的拉伸模量和Vf，但無法進行測量。
[0282][比較例3]
[0283]在實施例3中，將來自切割設(shè)備a的增強纖維(纖維長度，20mm)的供應(yīng)速率、來自切割設(shè)備b的增強纖維(纖維長度，8mm)的供應(yīng)速率和基質(zhì)樹脂的供應(yīng)速率分別設(shè)定為216g/min、54g/min和550g/min,以運行設(shè)備。結(jié)果，獲得在其中增強纖維與聚酰胺6混合的無序氈。增強纖維的單位面積纖維重量為300g/m2。
[0284]檢測獲得的無序氈的增強纖維束(A)的比率以及其平均纖維數(shù)量(N)。結(jié)果，由式
(I)定義的臨界單纖維數(shù)為86，增強纖維束(A)與所有氈纖維的比率為85%，增強纖維(B)的束中和增強纖維(C)的束中的平均纖維數(shù)量(分別為Nb和Nc)分別為1，500和2，200，并且增強纖維束(A)中平均纖維數(shù)量(N)為2，100。觀察了獲得的無序氈的表面，結(jié)果，發(fā)現(xiàn)增強纖維隨機分散，而未在平面內(nèi)的特定方向上排列。此外，聚酰胺粉末以未導(dǎo)致顯著不均勻性的狀態(tài)分散在增強纖維中。
[0285]以加熱至260°C的壓制設(shè)備，將八片獲得的無序氈在4MPa下堆疊并加熱3分鐘，以獲得厚度為4.8mm的纖維增強復(fù)合材料(成形板)。對獲得的成形板進行超聲波探傷測試。結(jié)果，沒有觀察到未被浸潰的部分和空隙。
[0286]對獲得的成形板沿O度和90度方向進行拉伸模量檢測。結(jié)果，模量的比率(E δ )為1.02并且大致未觀察到纖維排列。由此，能夠獲得維持各向同性的材料。此外，將該成形板在烘箱中在500°C下加熱約I小時以除去樹脂，然后檢測增強纖維束(A)的比率及其纖維平均數(shù)量(N)。結(jié)果，其檢測結(jié)果與無序氈的測量結(jié)果之間沒有差異。
[0287]此外，使用由NGK Kiln Tech制造的紅外烘箱，將獲得的成形板在300°C下加熱，布置在被設(shè)定為120°C的模具中的如圖6所示的水平部上以便使裝料比為80%，并且在5MPa的壓力下冷壓60秒以獲得成形制品。然而，纖維和樹脂未充分地填充到凸臺和肋部。
[0288]對獲得的成形板和成形制品以與實施例1相同的方式進行評價，其結(jié)果如表I所
/Jn ο
[0289][比較例4]
[0290]將聚酰胺6樹脂(1013B，由Ube Industries制造)作為基質(zhì)樹脂供應(yīng)至被調(diào)節(jié)至260°C的螺旋式擠出機的料斗中，利用齒輪泵的轉(zhuǎn)速以預(yù)定量測量熔融樹脂，并且利用被設(shè)定在260°C下的擠出機(FS50,由Ikegai制造)供應(yīng)至用于浸潰的直角機頭模。同時，通過將由Toho Tenax C0., Ltd.制造的碳纖維“Tenax” (注冊商標)STS40_24KS(平均纖維直徑，7 μ m ;纖維寬度，IOmm)加寬至20mm的寬度而獲得碳纖維作為增強纖維供應(yīng)至用于浸潰的直角機頭模的上游側(cè)，該用于浸潰的十字頭模具在下游端配備有具有槽狀縫隙的縫隙模。由此，以對增強纖維進行樹脂浸潰和脫氣，并且將從下游縫隙排出的并且由增強纖維和聚酰胺6構(gòu)成的帶狀預(yù)浸料坯冷卻并纏繞在卷盤上。在該帶狀預(yù)浸料坯中，增強纖維的體積分數(shù)為30%。
[0291]將獲得的帶狀預(yù)浸料坯分成寬度為IOmm的條，隨后切割至10mm，并隨機散布在平板模具中。以加熱至260°C的壓制設(shè)備，在4MPa下將預(yù)浸料坯加熱3分鐘，以獲得厚度為
5.8mm的纖維增強復(fù)合材料(成形板)。對獲得的成形板進行超聲波探傷測試。結(jié)果，沒有觀察到未被浸潰的部分和空隙。
[0292]對獲得的成形板沿O度和90度方向進行拉伸模量檢測。結(jié)果，模量的比率(E δ )為1.13并且大致未觀察到纖維排列。由此，能夠獲得維持各向同性的材料。此外，將該成形板在烘箱中在500°C下加熱約I小時以除去樹脂，然后檢測增強纖維束(A)的比率及其纖維平均數(shù)量(N)。結(jié)果，由式(I)定義的臨界單纖維數(shù)為86，增強纖維束(A)與所有氈纖維的比率為97%，增強纖維(B)的束中的平均纖維數(shù)量(Nb)為11，000，并且增強纖維束(A)中平均纖維數(shù)量(N)為11，000。
[0293]此外，使用由NGK Kiln Tech制造的紅外烘箱，將獲得的成形板在300°C下加熱，布置在被設(shè)定為120°C的模具中的如圖6所示的水平部上以便使裝料比為80%，并且在5MPa的壓力下冷壓60秒以獲得具有凸臺和肋的成形制品。對獲得的成形制品進行評價，其結(jié)果如表I所示。水平部和肋部的拉伸模量比率為1.53，顯示出成形制品的各向同性輕微不良。[0294]表1
[0295]
【權(quán)利要求】
1.一種包含增強纖維的無序氈，所述增強纖維具有3至50mm的纖維長度并且滿足下列i)至 V):1)以所述無序氈中包含的所有的所述增強纖維計，纖維長度為3mm以上并且小于15mm的增強纖維的含量為50至100質(zhì)量％，并且以所述無序氈中包含的所有的所述增強纖維計，纖維長度為15mm以上并且50mm以下的增強纖維的含量為O至50質(zhì)量％ ； ii)所述增強纖維的單位面積纖維重量為25至10，000g/m2； iii)所述增強纖維包括由小于臨界單纖維數(shù)的所述增強纖維構(gòu)成的纖維束、單纖維、以及由所述臨界單纖維數(shù)以上的所述增強纖維構(gòu)成的增強纖維束(A)，所述臨界單纖維數(shù)由下式⑴定義； iv)所述無序氈中包含的所述增強纖維束㈧與所有的所述增強纖維的比率為50vol%以上并且小于99vol% ;并且 V)所述增強纖維束(A)中的平均纖維數(shù)量(N)滿足下式(2): 臨界單纖維數(shù)=600/D (I)
1.5 X104/D2 < N < 3 X105/D2 (2) 其中，D表示單增強纖維的平均纖維直徑(μπι)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無序氈， 其中，所述增強纖維是選自碳纖維、芳綸纖維和玻璃纖維中的至少一種纖維。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無序氈， 其中，以所述無序氈中包含的所有的所述增強纖維計，所述纖維長度為3mm以上并且小于15mm的增強纖維的含量為90至100質(zhì)量％，并且 以所述無序氈中包含的所有的所述增強纖維計，所述纖維長度為15mm以上并且50mm以下的增強纖維的含量為O至10質(zhì)量％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3的任意一項所述的無序氈， 其中，關(guān)于所述纖維長度為3mm以上并且小于15mm的增強纖維，由所述臨界單纖維數(shù)以上的所述增強纖維構(gòu)成的增強纖維束(Ab)中的平均纖維數(shù)量(Nb)滿足下式(2B):
1.5 X IO Vdb2 < Nb < 3 X 105/Db2 (2B) 其中，Db表示單增強纖維的平均纖維直徑(ym)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4的任意一項所述的無序氈， 其中，關(guān)于所述纖維長度為15mm以上并且50mm以下的增強纖維，由所述臨界單纖維數(shù)以上的所述增強纖維構(gòu)成的增強纖維束(A。)中的平均纖維數(shù)量(N。)滿足下式(2C):
5.0X IO Vdc2 < Nc < 3 X 105/Dc2 (2C) 其中，Dc表示單增強纖維的平均纖維直徑(μπι)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無序氈， 其中，所述平均纖維數(shù)量(N。)大于所述平均纖維數(shù)量(Nb)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6的任意一項所述的無序氈， 其中，所述纖維長度為15mm以上并且50mm以下的增強纖維的平均纖維長度與所述纖維長度為3mm以上并且小于15mm的增強纖維的平均纖維長度的比率為1.5至10。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7的任意一項所述的無序氈， 其中，所述無序氈中包含的所述熱塑性樹脂的量為每100質(zhì)量份所述增強纖維50至I，OOO質(zhì)量份。
9.一種纖維增強復(fù)合材料，該纖維增強復(fù)合材料通過對根據(jù)權(quán)利要求8所述的無序氈進行加熱和壓制而獲得。
10.一種成形制品，該成形制品通過對根據(jù)權(quán)利要求8所述的無序氈或根據(jù)權(quán)利要求9所述的纖維增強復(fù)合材料進行成型而獲得。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的成形制品，該成形制品包括直立部。
12.一種用于制造纖維增強復(fù)合材料的方法，該方法包括: 使用根據(jù)權(quán)利要求8所述的無序氈； 浸潰所述熱塑性樹脂；以及 加熱并壓制所述無序氈。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的用于制造纖維增強復(fù)合材料的方法， 其中，在小于IOMPa的壓力下執(zhí)行所述壓制。
14.一種用于制造成形制品的方法，該方法的特征在于， 在小于IOMPa的壓力下對根據(jù)權(quán)利要求8所述的無序氈或根據(jù)權(quán)利要求9所述的纖維增強復(fù)合材料進行壓制成型。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的制造成形制品的方法， 其中，所述成形制品具有多個凸臺和多個肋部。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的用于制造成形制品的方法， 其中，所述成形制品為大致長方體形狀的盒狀物，并且 所述盒裝物至少在 四個角的每一個處都具有凸臺，并且具有布置成將所述盒狀物的內(nèi)部分隔成兩個以上部分的一個以上肋部。
【文檔編號】D04H1/4218GK104011276SQ201280064124
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2012年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月22日
【發(fā)明者】大坪誠, 小永井祐平 申請人:帝人株式會社