熱塑性預(yù)浸料和層疊體的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及沖壓成型中的預(yù)熱時(shí)的尺寸穩(wěn)定性優(yōu)異且對(duì)復(fù)雜形狀的賦形性優(yōu)異 的熱塑性預(yù)浸料及其層疊體。更詳細(xì)而言，涉及能夠抑制預(yù)熱時(shí)的垂伸、且容易追隨肋 (rib)、轂(boss)等三維形狀的成型的熱塑性預(yù)浸料及其層疊體。
[0002] 本申請(qǐng)根據(jù)2013年9月10日在日本申請(qǐng)的日本特愿2013-187062號(hào)要求優(yōu)先權(quán)，在 此引用其內(nèi)容。
【背景技術(shù)】
[0003] 作為纖維強(qiáng)化熱塑性塑料的成型方法，最常見地進(jìn)行如下沖壓成型：將在連續(xù)的 增強(qiáng)纖維中浸漬有熱塑性樹脂的預(yù)浸料層疊而得到的層疊基材用加壓機(jī)等進(jìn)行預(yù)熱/加熱 加壓，由此賦形為目標(biāo)形狀。由此而得到的纖維強(qiáng)化塑料由于使用連續(xù)的增強(qiáng)纖維，因此具 有優(yōu)異的力學(xué)物性。另外，連續(xù)的增強(qiáng)纖維通過規(guī)則地排列，能夠設(shè)計(jì)成所需的力學(xué)物性。 然而，由于是連續(xù)的增強(qiáng)纖維，因此難以形成三維形狀等復(fù)雜形狀，主要僅限于接近于平面 形狀的構(gòu)件。
[0004] 為了解決該問題，公開了如下層疊基材:使將寬度窄的帶狀的預(yù)浸料切斷為一定 長(zhǎng)度的短切預(yù)浸料分散于平面上而得到的、沖壓成型性優(yōu)異的層疊基材;通過在包含連續(xù) 纖維和熱塑性樹脂的預(yù)浸料上切入切口而能夠體現(xiàn)成型時(shí)優(yōu)異的賦形性和賦形后優(yōu)異的 力學(xué)物性的層疊基材。（例如，專利文獻(xiàn)1、2)
[0005] 然而，專利文獻(xiàn)1和2所述的層疊基材存在如下問題:在沖壓成型時(shí)的預(yù)熱工序后 的輸送時(shí)，發(fā)生增強(qiáng)纖維為不連續(xù)導(dǎo)致的層疊基材的加熱下垂（即，垂伸），引起形狀變化、 冷卻速度的加速。
[0006] 關(guān)于如上述那樣在預(yù)熱/加熱時(shí)層疊基材出現(xiàn)垂伸這方面，提出了在層疊基材的 外層設(shè)置軟化溫度高的表皮材料、在芯層設(shè)置以往公知的纖維強(qiáng)化層而得到的層疊基材 (例如專利文獻(xiàn)3)。然而，存在如下問題:雖然通過在表皮材料上設(shè)置軟化溫度高的樹脂層， 能夠抑制預(yù)熱時(shí)的垂伸，但導(dǎo)致在沖壓成型時(shí)表皮材料阻礙增強(qiáng)纖維和樹脂的流動(dòng)，導(dǎo)致 大幅降低肋、轂等三維形狀的成型。
[0007] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0008] 專利文獻(xiàn)
[0009] 專利文獻(xiàn)1:日本特開平07-164439號(hào)公報(bào) [0010] 專利文獻(xiàn)2:日本特開2009-286817號(hào)公報(bào) [0011] 專利文獻(xiàn)3:日本特開平07-156145號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 發(fā)明要解決的問題
[0013] 本發(fā)明是為了解決如上述那樣的現(xiàn)有技術(shù)的課題點(diǎn)的發(fā)明，提供抑制沖壓成型的 預(yù)熱時(shí)的垂伸、具有優(yōu)異的操作性，而且對(duì)復(fù)雜形狀的成型性優(yōu)異的預(yù)浸料及其層疊基材。
[0014] 用于解決問題的方案
[0015] 本發(fā)明人等為解決上述課題經(jīng)過深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在片狀的預(yù)浸料中，通過使 長(zhǎng)度為前述增強(qiáng)纖維的取向方向上的前述預(yù)浸料的片長(zhǎng)的50%以上的增強(qiáng)纖維存在而能 夠解決課題，從而完成了本發(fā)明。即，本發(fā)明的要旨為以下的（1)~（17)。
[0016] (1)-種預(yù)浸料，其特征在于，其是包含單向取向的增強(qiáng)纖維和樹脂的預(yù)浸料，
[0017] 前述預(yù)浸料為片狀，
[0018] 前述預(yù)浸料具有深度為切斷前述增強(qiáng)纖維的深度的切口，且包含由前述切口切斷 成長(zhǎng)度為10~50_的增強(qiáng)纖維A和長(zhǎng)度為前述增強(qiáng)纖維的取向方向上的前述預(yù)浸料的片長(zhǎng) 的50%以上的增強(qiáng)纖維B，
[0019] 包含前述增強(qiáng)纖維B的帶部分的俯視圖的面積相對(duì)于前述預(yù)浸料的俯視圖的總面 積為 1.4% ~35.0%，
[0020] 前述增強(qiáng)纖維B的至少一端位于前述增強(qiáng)纖維的取向方向上的前述預(yù)浸料的端 部。
[0021] (2)根據(jù)上述(1)所述的預(yù)浸料，其中，包含由前述切口切斷的增強(qiáng)纖維A的帶部分 和包含前述增強(qiáng)纖維B的帶部分交替地排列。
[0022] (3)根據(jù)上述(1)所述的預(yù)浸料，其中，包含由前述切口切斷的增強(qiáng)纖維A的帶部分 和包含前述增強(qiáng)纖維B的帶部分在前述預(yù)浸料的整面交替地排列。
[0023] (4)根據(jù)上述(1)~(3)中任一項(xiàng)所述的預(yù)浸料，其中，在包含由前述切口切斷的增 強(qiáng)纖維A的、帶部分與帶部分之間具有包含前述增強(qiáng)纖維B的帶部分。
[0024] (5)根據(jù)上述（1)~(4)中任一項(xiàng)所述的預(yù)浸料，其中，包含前述增強(qiáng)纖維B的帶部 分的寬度Wn為0.5mm以上且10.0mm以下，包含前述增強(qiáng)纖維B的帶部分與帶部分的間隔Wp為 5mm以上且150mm以下。
[0025] (6)根據(jù)上述（1)~（5)中任一項(xiàng)所述的預(yù)浸料，其中，包含前述增強(qiáng)纖維B的帶部 分的寬度Wn全部為相同的長(zhǎng)度。
[0026] (7)根據(jù)上述（1)~(6)中任一項(xiàng)所述的預(yù)浸料，其中，前述增強(qiáng)纖維B為在從前述 預(yù)浸料的一邊到另一邊之間未被切斷的增強(qiáng)纖維。
[0027] (8)根據(jù)上述(1)~(7)中任一項(xiàng)所述的預(yù)浸料，其中，前述預(yù)浸料的一邊與前述增 強(qiáng)纖維的取向方向平行。
[0028] (9)根據(jù)上述(1)~(8)中任一項(xiàng)所述的預(yù)浸料，其中，在前述預(yù)浸料的俯視圖的每 lm2面積中，由前述切口形成的切口長(zhǎng)的總和為20m以上且150m以下。
[0029] (10)根據(jù)上述（1)~(9)中任一項(xiàng)所述的預(yù)浸料，其中，前述切口與前述增強(qiáng)纖維 形成的角度為30°以上且60°以下。
[0030] (11)根據(jù)上述⑴~（10)中任一項(xiàng)所述的預(yù)浸料，其中，厚度為50μπι以上且200μπι 以下。
[0031] (12)根據(jù)上述(1)~（11)中任一項(xiàng)所述的預(yù)浸料，其中，前述增強(qiáng)纖維為碳纖維。
[0032] (13)根據(jù)上述（1)~（12)中任一項(xiàng)所述的預(yù)浸料，其中，形成前述預(yù)浸料的樹脂為 熱塑性樹脂。
[0033] (14)根據(jù)上述（1)~（13)中任一項(xiàng)所述的預(yù)浸料，其中，前述預(yù)浸料的至少一邊為 500mm~2000mm〇
[0034] (15)-種層疊基材，其是將預(yù)浸料層疊多張而成的層疊基材，包含至少一張（1)~ (14)中任一項(xiàng)所述的預(yù)浸料。
[0035] (16)根據(jù)上述（15)所述的層疊基材，其還包含至少一層由熱塑性樹脂形成的不包 含前述增強(qiáng)纖維的層。
[0036] (17)根據(jù)上述（15)或（16)所述的層疊基材，其中，層疊基材中包含的前述增強(qiáng)纖 維的體積含有率相對(duì)于前述層疊基材的總體積為15體積％以上且55體積％以下。
[0037] (18)-種成型品，其是將上述（15)~（17)中任一項(xiàng)所述的層疊基材加熱加壓而成 型的成型品。
[0038] 發(fā)明的效果
[0039] 本發(fā)明是為了解決如上述那樣的現(xiàn)有技術(shù)的問題的發(fā)明，能夠提供抑制沖壓成型 的預(yù)熱時(shí)的垂伸、具有優(yōu)異的操作性，而且對(duì)復(fù)雜形狀的成型性優(yōu)異的預(yù)浸料及其層疊基 材。
【附圖說明】
[0040] 圖1是示出現(xiàn)有的預(yù)浸料的圖（相對(duì)于比較例2和3的預(yù)浸料）。
[0041]圖2是示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的預(yù)浸料的圖。
[0042] 圖3是示出增強(qiáng)纖維B的至少一端位于預(yù)浸料片材的長(zhǎng)度方向的端部（即，增強(qiáng)纖 維的取向方向上的預(yù)浸料的端部)的狀態(tài)的一個(gè)例子的圖。（圖中，斜線表示切斷增強(qiáng)纖維B 的切口。另外，省略了由通過切口而被切斷的增強(qiáng)纖維A形成的帶部分的切口）
[0043] 圖4是示出增強(qiáng)纖維B的至少一端位于預(yù)浸料片材的長(zhǎng)度方向的端部（即，增強(qiáng)纖 維的取向方向上的預(yù)浸料的端部)的狀態(tài)的一個(gè)例子的圖。（圖中，斜線表示切斷增強(qiáng)纖維B 的切口。另外，省略了由通過切口而被切斷的增強(qiáng)纖維A形成的帶部分的切口）
[0044] 圖5是示出包含增強(qiáng)纖維B的兩端均不位于預(yù)浸料片材的長(zhǎng)度方向的端部（即，增 強(qiáng)纖維的取向方向上的預(yù)浸料的端部）的帶部的狀態(tài)的圖。（圖中，斜線表示切斷增強(qiáng)纖維B 的切口。另外，省略了由通過切口而被切斷的增強(qiáng)纖維A形成的帶部分的切口）
【具體實(shí)施方式】
[0045] 以下，使用附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明（以下的編號(hào)、記號(hào)的符號(hào)是圖中所述的符號(hào)）。
[0046] 本發(fā)明涉及一種預(yù)浸料和包含前述預(yù)浸料的層疊基材，所述預(yù)浸料是包含單向取 向的增強(qiáng)纖維和樹脂的預(yù)浸料，前述預(yù)浸料為片狀，前述預(yù)浸料具有深度為切斷前述增強(qiáng) 纖維的深度的切口 1，且包含由前述切口切斷成長(zhǎng)度為10~50mm的增強(qiáng)纖維A和長(zhǎng)度為前述 增強(qiáng)纖維的取向方向上的前述預(yù)浸料的片長(zhǎng)的50%以上的增強(qiáng)纖維B，包含前述增強(qiáng)纖維B 的帶部分2的俯視圖的面積相對(duì)于前述預(yù)浸料的俯視圖的總面積為1.4%~35.0%，前述增 強(qiáng)纖維B的至少一端位于前述預(yù)浸料片材的長(zhǎng)度方向的端部（即，前述增強(qiáng)纖維的取向方向 上的前述預(yù)浸料的端部）。
[0047] "由增強(qiáng)纖維A形成的帶部分"是指，在片狀的預(yù)浸料中，增強(qiáng)纖維的取向方向上的 從預(yù)浸料的端部到端部的、僅由增強(qiáng)纖維A形成的區(qū)域。然而，根據(jù)需要，"由增強(qiáng)纖維A形成 的帶部分"的端部也可以具有從端部朝向內(nèi)側(cè)形成的突緣部分。
[0048] "包含增強(qiáng)纖維B的帶部分"是指，在片狀的預(yù)浸料中，增強(qiáng)纖維的取向方向上的從 預(yù)浸料的端部到端部的、包含增強(qiáng)纖維B的區(qū)域。
[0049] "切斷增強(qiáng)纖維的深度"是指，從片材的上表面至下表面進(jìn)行切斷的深度。
[0050] "俯視圖"是指，從法線方向觀看片狀的預(yù)浸料的平面。
[0051] "單向取向的增強(qiáng)纖維"是指，預(yù)浸料中包含的增強(qiáng)纖維相對(duì)于增強(qiáng)纖維的縱長(zhǎng)方 向大致平行地排列。"預(yù)浸料中包含的增強(qiáng)纖維大致平行"是指，預(yù)浸料所包含的增強(qiáng)纖維 的90%以上相對(duì)于縱長(zhǎng)方向在-5°~+5°的范圍內(nèi)，優(yōu)選增強(qiáng)纖維的95%以上相對(duì)于縱長(zhǎng)方 向在-2°~+2°的范圍內(nèi)，進(jìn)一步優(yōu)選95%以上在-1°~+1°的范圍內(nèi)。
[0052] 作為本實(shí)施方式的一個(gè)方面，尤其優(yōu)選的是，在預(yù)浸料的制造方法中，對(duì)將纖維攏 在一起的纖維束施加張力以使方向大致一致(也可將該狀態(tài)稱為纖維單向地一致）。如此操 作而得到的片狀的預(yù)浸料的一邊與前述預(yù)浸料所包含的增強(qiáng)纖維變得大致平行。
[0053] 片狀的預(yù)浸料的一邊與前述預(yù)浸料所包含的增強(qiáng)纖維大致平行時(shí)，能夠有效地利 用預(yù)浸料內(nèi)包含的增強(qiáng)纖維的性能。另一方面，片狀的預(yù)浸料的一邊與前述預(yù)浸料所包含 的增強(qiáng)纖維脫離大致平行的狀態(tài)時(shí)，即相對(duì)于預(yù)浸料的一邊，增強(qiáng)纖維大幅度曲折時(shí)，這樣 的預(yù)浸料不能充分地發(fā)揮所包含的增強(qiáng)纖維的性能，有可能使由預(yù)浸料得到的層疊基材、 進(jìn)而由層疊基材得到的成型品的物性顯著地降低，故不優(yōu)選。
[0054]需要說明的是，"片狀的預(yù)浸料的一邊與預(yù)浸料所包含的增強(qiáng)纖維大致平行"是 指，預(yù)浸料所包含的增強(qiáng)纖維的90%以上相對(duì)于預(yù)浸料的縱長(zhǎng)方向的一邊在-5°~+5°的范 圍內(nèi)，優(yōu)選為增強(qiáng)纖維的95 %以上相對(duì)于預(yù)浸料的縱長(zhǎng)方向的一邊在-2°~+2°的范圍內(nèi)， 進(jìn)一步優(yōu)選95%以上在-1°~+1°的范圍內(nèi)。
[0055] 需要說明的是，根據(jù)預(yù)浸料的制造方法，有時(shí)在預(yù)浸料端部出現(xiàn)樹脂富集（毛刺 等）。在這樣的情況下，排除樹脂富集部，將增強(qiáng)纖維和樹脂如目標(biāo)那樣一體化的部位看作 是?而部。
[0056] 根據(jù)本發(fā)明，在沖壓成型的預(yù)熱時(shí)，能夠抑制垂伸、在沖壓成型時(shí)體現(xiàn)優(yōu)異的賦形 性。本發(fā)明中，更能體現(xiàn)這樣的效果是在大型預(yù)浸料的沖壓成型時(shí)。具體而言，在片狀的預(yù) 浸料的俯視圖的形狀為矩形形狀的情況下，在至少一邊為500mm~2000mm的預(yù)浸料的沖壓 成型的預(yù)熱時(shí)是優(yōu)選的。預(yù)浸料小時(shí)，不易發(fā)生垂伸的問題。對(duì)大小沒有特別的上限，但通 常受到操作性的觀點(diǎn)的限制。特別有效的是，在至少一邊為600mm~2000mm以下的預(yù)浸料的 沖壓成型的預(yù)熱時(shí)。
[0057]需要說明的是，此處所謂的"矩形形狀"是指，俯視圖中被4條直線包圍的具有4個(gè) 頂點(diǎn)和4條邊的多邊形狀，將前述4點(diǎn)作為矩形形狀的頂點(diǎn)，也可以頂點(diǎn)部具有弧度。
[0058]另外，作為另外一方面，俯視圖的面積為900cm2以上、更優(yōu)選為1600cm2以上、并且 長(zhǎng)寬比為1.2以上、更優(yōu)選為2以上的大型預(yù)浸料的沖壓成型的預(yù)熱時(shí)更能夠體現(xiàn)這樣的效 果，故優(yōu)選。
[0059]需要說明的是，"長(zhǎng)寬比"為縱橫比，由大型預(yù)浸料的增強(qiáng)纖維的取向方向的最大 長(zhǎng)度和與增強(qiáng)纖維的取向方向大致垂直的方向的最大長(zhǎng)度算出。即使大型的形狀為矩形以 外的圓形/橢圓形，也可以根據(jù)前述定義來算出長(zhǎng)寬比進(jìn)行應(yīng)用。
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