使用纖維增強熱塑性塑料的層疊基材以及使用該層疊基材的成形品的制造方法
【專利摘要】一種層疊基材，其中，在預(yù)浸料基材的至少一個表面上，層疊有空隙率50％以上99％以下的片材狀物，所述預(yù)浸料基材包含增強纖維與熱塑性樹脂。
【專利說明】
使用纖維増強熱塑性塑料的層疊基材以及使用該層疊基材的 成形品的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種層疊基材，其特征在于，在沖壓成形時形成復(fù)雜形狀的賦形性能 優(yōu)異，特別是可在低模具溫度下成形，并涉及使用該層疊基材的成形品的制造方法。更具體 涉及一種層疊基材，其為易于跟隨肋材(rib)、浮凸（boss)等三維形狀的成形，作為結(jié)構(gòu)構(gòu) 件可維持機械強度，并且適用于例如航空器構(gòu)件、汽車構(gòu)件、運動用具等的纖維增強熱塑性 塑料的中間基材，并涉及該層疊基材的制造方法。
[0002] 本申請主張基于2013年12月6日在日本申請的日本特愿2013-252980號的優(yōu)先權(quán)， 將其內(nèi)容引用于本文中。
【背景技術(shù)】
[0003] 作為纖維增強熱塑性塑料的成形方法，最通常是進行沖壓成形：通過利用壓制機 (press)等對在增強纖維中含浸熱塑性樹脂而成的基材(預(yù)浸料基材)進行加熱加壓，將其 成形為目標形狀。由此獲得的纖維增強塑料成形品，可以通過將增強纖維設(shè)定為合適的長 度與含量，而被設(shè)計成具有所需的力學(xué)性質(zhì)的成形品。但在模具溫度較低的情況下，存在如 下問題:無法獲得充分的沖壓成形性，形成肋材、浮凸等復(fù)雜形狀的賦形能力變得不甚充 分。相反地，在模具溫度高的情況下，雖然可獲得充分的沖壓成形性，但是存在在模具內(nèi)的 固化、結(jié)晶化變得不充分，在從模具取出后發(fā)生較大變形這樣的問題。
[0004] 為了解決該問題，人們提出了加熱冷卻系統(tǒng)，其中，將模具在高溫下加熱進行成 形，接著進行冷卻取出成形品（專利文獻1-3)。但是在這些系統(tǒng)中存在諸如設(shè)備費用高昂， 并且模具形狀受限的問題。
[0005]可認為，通常為提高纖維增強熱塑性塑料的流動性，減少增強纖維的含量或者縮 短增強纖維的長度是有效的。但是已知在該方法中，機械性能降低，不易獲得具有目標強度 的成形品。
[0006]另外，已知通常為提高纖維增強塑料的流動性，降低基體樹脂的粘度是有效的。但 是已知在該方法中，機械性能也會降低，不易獲得具有目標強度的成形品。
[0007] 進一步，通過降低纖維增強塑料的基體樹脂的熔點或者玻璃化溫度，有望提高低 溫下的流動性。但是在該方法中，存在有成形品在高溫下的機械性能降低這樣的問題。
[0008] 現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0009] 專利文獻
[0010] 專利文獻1:日本國日本特許第3977565號 [0011]專利文獻2:日本國日本特許第4121833號
[0012] 專利文獻3:日本國日本特許第4242644號

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 發(fā)明想要解決的課題
[0014] 本發(fā)明為了解決如上所述的伴隨現(xiàn)有技術(shù)的問題而開發(fā)，其課題在于提供一種層 疊基材及其制造方法，該層疊基材的特征在于，在沖壓成形時形成復(fù)雜形狀的賦形性能優(yōu) 異，特別是可在低模具溫度下進行成形。
[0015] 用于解決問題的方案
[0016] 本發(fā)明人等進行了深入研討，結(jié)果發(fā)現(xiàn)利用以下所示的方法可解決上述課題，完 成了本發(fā)明。即，本發(fā)明通過在預(yù)浸料基材的至少一個表面上層疊有空隙率50%以上99% 以下的片材狀物，所述預(yù)浸料基材包含增強纖維與熱塑性樹脂，可解決上述課題。
[0017] 本發(fā)明的要旨在于以下的[1]~[12]。
[0018] [1]一種層疊基材，其中，在預(yù)浸料基材的至少一個表面上，層疊有空隙率50%以 上99 %以下的片材狀物，所述預(yù)浸料基材包含增強纖維與熱塑性樹脂。
[0019] [2]根據(jù)上述[1]所述的層疊基材，其特征在于，前述預(yù)浸料基材是將多張預(yù)浸料 進行層疊而成的預(yù)浸料層疊基材，前述預(yù)浸料包含向一個方向取向的前述增強纖維與前述 熱塑性樹脂。
[0020] [3]根據(jù)上述[1]所述的層疊基材，其特征在于，前述預(yù)浸料基材是將前述增強纖 維的纖維束或者前述增強纖維的單纖維分散于前述熱塑性樹脂中而成的預(yù)浸料基材。
[0021] [4]根據(jù)上述[1]所述的層疊基材，其特征在于，前述預(yù)浸料基材是將預(yù)浸料的矩 形的切片(chip)任意地分散而成的預(yù)浸料基材，前述預(yù)浸料包含向一個方向取向的所述增 強纖維。
[0022] [5]根據(jù)上述[1]~[4]中任一項所述的層疊基材，其特征在于，構(gòu)成前述預(yù)浸料基 材的前述增強纖維的長度為1 〇~1 〇〇mm。
[0023] [6]根據(jù)上述[1]~[5]中任一項所述的層疊基材，其特征在于，前述片材狀物是包 含熱塑性樹脂的片材。
[0024] [7]根據(jù)上述[1]~[5]中任一項所述的層疊基材，其特征在于，前述片材狀物是包 含無機纖維的片材。
[0025] [8]根據(jù)上述[1]~[7]中任一項所述的層疊基材，其特征在于，前述片材狀物是無 紡布。
[0026] [9]根據(jù)上述[1]~[6]中任一項所述的層疊基材，其特征在于，前述片材狀物是發(fā) 泡片材。
[0027] [10]根據(jù)上述[1]~[9]中任一項所述的層疊基材，其特征在于，前述片材狀物的 厚度為0.01mm以上10mm以下。
[0028] [11]根據(jù)上述[1]~[10]中任一項所述的層疊基材，其特征在于，相對于預(yù)浸料層 疊基材的表面的至少一個面的總面積，預(yù)浸料層疊基材的表面的至少一個面的30面積％以 上由前述片材狀物覆蓋。
[0029] [12]根據(jù)上述[1]~[11]中任一項所述的層疊基材，其特征在于，未將前述預(yù)浸料 基材與前述片材狀物粘合。
[0030] [13]根據(jù)上述[1]~[12]中任一項所述的層疊基材，其特征在于，層疊基材是沖壓 成形用層疊基材。
[0031] [14]-種層疊基材的成形品的制造方法，其包括：（1)將包含增強纖維與熱塑性樹 脂的預(yù)浸料基材加熱至構(gòu)成預(yù)浸料的熱塑樹脂的熔點以上或者玻璃化溫度以上，然后將空 隙率50%以上99%以下的片材狀物層疊于預(yù)浸料基材的至少一個表面上而獲得層疊基材 的工序，或者(2)在包含增強纖維與熱塑性樹脂的預(yù)浸料基材上，將空隙率50%以上99%以 下的片材狀物層疊于預(yù)浸料基材的至少一個表面上，然后將所獲得的層疊體加熱為構(gòu)成預(yù) 浸料的熱塑性樹脂的熔點以上或者玻璃化溫度以上的溫度而獲得層疊基材；
[0032]并包括:接著將前述層疊基材裝入模具中，所述模具的溫度被設(shè)定在構(gòu)成前述預(yù) 浸料的前述熱塑性樹脂的熔點以下或者玻璃化溫度以下，接著進行沖壓成形。
[0033] [15]根據(jù)上述[14]所述的制造方法，其中，前述模具的溫度為50°C~200°C。
[0034] 發(fā)明的效果
[0035] 根據(jù)本發(fā)明可獲得一種層疊基材、以及使用其的成形品的制造方法，所述層疊基 材的形成復(fù)雜形狀的賦形性能優(yōu)異，特別是可在低模具溫度下進行成形。
【附圖說明】
[0036]圖1為表示在本發(fā)明的預(yù)浸料基材的兩個表面上層疊有空隙率50%以上99%以下 的片材狀物的層疊基材的圖。
[0037]圖2為表示本發(fā)明的實施例中使用的成形品的圖。
[0038]圖3為表示本發(fā)明中使用的預(yù)浸料的一個例子的圖。
[0039] 符號說明
[0040] 1:空隙率50%以上99%以下的片材狀物 [0041] 2:包含增強纖維與熱塑性樹脂的預(yù)浸料基材
[0042] 3:肋材部
[0043] 4:頂面(層疊基材裝載(charge)部）
[0044] 5:翼緣部
[0045] 6:切口
[0046] 7:增強纖維
[0047] 8:切口與增強纖維所形成的角度
[0048] 9:切口長
[0049] 10:切斷的增強纖維的長度
【具體實施方式】
[0050] 本發(fā)明的第一種實施方式是一種層疊基材，其中，在預(yù)浸料層疊基材的至少一個 表面上，層疊有空隙率50%以上99%以下的片材狀物，該預(yù)浸料層疊基材包含增強纖維與 熱塑性樹脂。
[0051] -般地，在預(yù)浸料基材的沖壓成形中，利用IR加熱器等加熱設(shè)備將預(yù)浸料基材加 熱為熱塑性樹脂的熔點以上或者玻璃化溫度以上的溫度后，將前述預(yù)浸料基材插入到設(shè)定 為熱塑性樹脂的熔點以下或者玻璃化溫度以下的模具內(nèi)，通過加壓壓制而獲得目標成形 品。此時，模具表面引起的冷卻將導(dǎo)致熱塑性樹脂的粘度增大，因此沖壓成形性產(chǎn)生顯著降 低。
[0052] 為了防止該模具表面引起的冷卻，優(yōu)選的在與模具相接的預(yù)浸料基材的表面設(shè)置 隔熱層，將預(yù)浸料基材的溫度保持在高溫。另外，優(yōu)選該隔熱層可在賦形后迅速地將模具引 起的冷卻傳遞到預(yù)浸料基材，充分地進行固化或者結(jié)晶化。
[0053]作為該隔熱層，可以是覆蓋預(yù)浸料基材的一部分或者全部的片材狀，從使其輕量 化且有望獲得充分的隔熱效果考慮，優(yōu)選為包含空氣的隔熱層。在本發(fā)明中，從高隔熱性的 觀點考慮，相對于預(yù)浸料層疊基材的表面的至少一個面的總面積，優(yōu)選的預(yù)浸料層疊基材 的表面的至少一個面的30面積％以上由空隙率50%以上99%以下的片材狀物覆蓋，更優(yōu)選 為50面積％以上。更具體為30~100面積％，更優(yōu)選為50~100面積％。
[0054](空隙率50%以上99%以下的片材狀物）
[0055]關(guān)于用作隔熱層的片材狀物的空隙率，為了保持充分的隔熱性，優(yōu)選為50%以上 99%以下。進一步優(yōu)選為60%以上99%以下。另外該片材狀物的厚度沒有特別限制，但是如 果可維持隔熱性那么越薄則越良好，優(yōu)選為0.01mm以上l〇mm以下，更優(yōu)選為0.05mm以上5mm 以下。予以說明，片材狀物的厚度可通過利用游標卡尺或者測微計測定片材狀物的多個部 位，求出其算數(shù)平均值而測定。
[0056]此處，空隙率是指空氣相在片材狀物的總體積中所占的體積分數(shù)，可按照空隙率 (% ) = { 1-(構(gòu)成片材狀物的物質(zhì)的總體積/片材狀物的總體積）} X 100的程序測定。
[0057] 關(guān)于該片材狀物，優(yōu)選在沖壓成形前維持著空隙，在沖壓成形之后空隙消失。因此 優(yōu)選為無紡布或者發(fā)泡片材。
[0058] 另外，優(yōu)選在沖壓成形前不將預(yù)浸料基材與片材狀物粘合。此處"粘合"是指介由 粘合劑或者熱熔接而使預(yù)浸料基材與片材狀物一體化。通過在沖壓成形前不使預(yù)浸料基材 與片材狀物粘合，從而可維持隔熱性，通過在沖壓成形后將預(yù)浸料與片材狀物粘合，從而可 提高機械強度。予以說明，沖壓成形后的片材狀物的空隙率優(yōu)選為〇~2%，更優(yōu)選為0~ 1%〇
[0059] 關(guān)于前述無紡布中使用的纖維，纖維的種類沒有特別限制，可使用無機纖維、樹脂 纖維、植物纖維、金屬纖維、或?qū)⑺鼈兘M合而得到的混合組成的纖維。作為無機纖維，列舉出 碳纖維、石墨纖維、碳化硅纖維、氧化鋁纖維、碳化鎢纖維、硼纖維、玻璃纖維等。作為樹脂纖 維，列舉出芳綸纖維、高密度聚乙烯纖維、其它的通常的聚丙烯纖維、尼龍纖維、聚酯等。作 為植物纖維，列舉出麻、黃麻、竹等纖維素纖維。作為金屬纖維，列舉不銹鋼、鐵等的纖維，另 外也可以是覆蓋有金屬的碳纖維。其中優(yōu)選為碳纖維、玻璃纖維、聚丙烯纖維、尼龍纖維、聚 酯纖維。
[0060] 發(fā)泡片材中使用的樹脂如果是熱塑性樹脂，那么樹脂的種類沒有特別限制，可使 用聚酰胺(尼龍6、尼龍66等）、聚烯烴(聚乙烯、聚丙烯等）、改性聚烯烴、聚酯(聚對苯二甲酸 乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯等）、聚碳酸酯、聚酰胺酰亞胺、聚苯醚、聚砜、聚醚砜、聚 醚醚酮、聚醚酰亞胺、聚苯乙烯、ABS、聚苯硫醚、液晶聚酯、丙烯腈與苯乙烯的共聚物等。另 外，也可使用它們的混合物。進一步，也可以是如尼龍6與尼龍66的共聚尼龍的共聚而得到 的共聚物。其中優(yōu)選為聚酰胺、聚烯烴。另外，也可根據(jù)需要預(yù)先添加阻燃劑、耐候性改良 劑、其它的抗氧化劑、熱穩(wěn)定劑、紫外線吸收劑、增塑劑、潤滑劑、著色劑、增容劑、導(dǎo)電性填 料等。
[0061] (包含增強纖維與熱塑性樹脂的預(yù)浸料基材）
[0062] 本發(fā)明中使用的包含增強纖維與熱塑性樹脂的預(yù)浸料基材可以是任何的形態(tài)，可 舉出：將預(yù)浸料層疊而成的基材、將切碎的預(yù)浸料無規(guī)地分散而成的基材、將前述增強纖維 的纖維束（以下，亦稱為纖維束或增強纖維束)或者前述增強纖維的單纖維（以下，亦稱為單 纖維)分散于熱塑性樹脂中而成的基材等。它們也可以以原來的狀態(tài)使用，也可通過熱壓固 定為板狀之后使用。
[0063] 作為將預(yù)浸料進行層疊而成的預(yù)浸料基材，可以是通過將增強纖維向一個方向取 向的預(yù)浸料，在同一方向上進行層疊而成的基材、通過偽各向同性地(quasi-isotropy)層 疊而成的基材、或者通過正交層疊而成的基材，但不特別地拘泥于層疊方法。另外，在前述 預(yù)浸料中也可具有:在增強纖維的長度方向的橫切方向上，深度可將增強纖維切斷的切口。 在圖3中，相對于增強纖維的取向方向直線狀切口被設(shè)置為傾斜，但是也可設(shè)置為垂直。切 口的形狀可以是直線狀也可以是曲線狀。關(guān)于切口產(chǎn)生的增強纖維的平均纖維長度，越短 貝1J沖壓成形性越優(yōu)異，越長則機械性能越優(yōu)異，但通?？紤]到兩者的平衡而優(yōu)選為l〇mm以 上100mm以下。予以說明，平均纖維長度可通過測定預(yù)浸料上的全部的切口長度（圖3的9)， 由其算數(shù)平均值求出。優(yōu)選形成切口使平均纖維長度為上述數(shù)值范圍內(nèi)。予以說明，如圖3 所示那樣，切斷的增強纖維的長度10表示的是從切口到切口為止的長度。每lm 2預(yù)浸料的切 口的長度9(以下，亦稱為切口長）的總和優(yōu)選為20~200m，更優(yōu)選為30~150m。切口6與增強 纖維7所形成的角度8優(yōu)選為30~90度。予以說明，俯視觀察時的切口形狀為曲線的情況下 的角度8,可設(shè)為增強纖維與切口所形成的角度，可與直線的切口同樣地操作而測定。預(yù)浸 料基材具有切口的情況下，切口優(yōu)選從預(yù)浸料基材的上表面直到下表面為止地切斷增強纖 維。也可進一步在層疊的預(yù)浸料之間的全部或者一部分中包含熱塑性樹脂層。關(guān)于前述預(yù) 浸料中的增強纖維的纖維體積含有率(Vf)，越小則沖壓成形性越優(yōu)異，越大則機械物性越 優(yōu)異，但一般而言考慮到兩者的平衡，相對于預(yù)浸料的總體積，優(yōu)選為20%以上60%以下。 關(guān)于該Vf的值，例如使用如下求出的值:根據(jù)通過水中置換法而獲得的預(yù)浸料的密度pc、通 過同樣的方法而獲得的纖維的密度Pf、以及預(yù)浸料的質(zhì)量W、燃燒預(yù)浸料使樹脂燃盡后的重 量W1，使用以下的式子而求出其值。
[0064] fff=(ff-ffl) X100/W 式（3)
[0065] Vf=WfXpc/pf 式（4)
[0066] 關(guān)于矩形的預(yù)浸料的薄片，作為將切碎的預(yù)浸料無規(guī)地分散而得到的基材，優(yōu)選 為:將使增強纖維取向于一個方向的預(yù)浸料切割為矩形而成的切割物(短切(chopped)預(yù)浸 料），任意狀分散而成的基材。在切割時產(chǎn)成的矩形的尺寸沒有特別限制，但是優(yōu)選將平均 纖維長切割為l〇mm以上100mm以下，以使沖壓成形性與機械物性優(yōu)異。另外為了分散為任意 形狀因而優(yōu)選矩形形狀較小，一個邊的長度優(yōu)選為5_至50mm。關(guān)于前述預(yù)浸料中的增強纖 維的纖維體積含有率(Vf)，越小則沖壓成形性越優(yōu)異，越大則機械物性越優(yōu)異，但一般而言 考慮到兩者的平衡，相對于預(yù)浸料的總體積，優(yōu)選為20%以上60%以下。
[0067] 關(guān)于將增強纖維的纖維束或者增強纖維的單纖維分散于熱塑性樹脂中而得到的 基材，纖維長度沒有特別限制，但是從取得流動性與機械物性的平衡的觀點考慮，增強纖維 的平均纖維長度優(yōu)選為1mm至20_。其它的實施方式優(yōu)選為10~100mm。前述預(yù)浸料中的增 強纖維的纖維體積含有率(Vf)越小則沖壓成形性越優(yōu)異，越大則機械物性越優(yōu)異，但一般 而言考慮到兩者的平衡，相對于預(yù)浸料的總體積，優(yōu)選為10%以上30%以下。
[0068] 關(guān)于本發(fā)明的預(yù)浸料基材中使用的增強纖維，增強纖維的種類沒有特別限制，可 使用無機纖維、樹脂纖維、植物纖維、金屬纖維、或?qū)⑺鼈兘M合而得到的混合組成的纖維。作 為無機纖維，列舉出碳纖維、石墨纖維、碳化硅纖維、氧化鋁纖維、碳化鎢纖維、硼纖維、玻璃 纖維等。作為樹脂纖維，列舉出芳綸纖維、高密度聚乙烯纖維、其它的通常的尼龍纖維、聚酯 等。作為植物纖維，列舉出麻、黃麻、竹等纖維素纖維。作為金屬纖維，列舉不銹鋼、鐵等的纖 維，另外也可以是覆蓋有金屬的碳纖維。它們之中，考慮最終成形物的強度等機械特性時， 則優(yōu)選為碳纖維。另外，增強纖維的平均纖維直徑優(yōu)選為1~50μπι，進一步優(yōu)選為5~20μπι。 此處直徑是指將增強纖維在垂直于長度方向的方向切斷時的斷面的直徑。關(guān)于平均纖維直 徑，可利用測微計測定多條纖維，求出其算數(shù)平均值而測定。
[0069] 在本發(fā)明的預(yù)浸料基材中使用的樹脂如果是熱塑性樹脂，那么樹脂的種類沒有特 別限制，可使用聚酰胺（尼龍6、尼龍66等）、聚烯烴(聚乙烯、聚丙烯等）、改性聚烯烴、聚酯 (聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯等）、聚碳酸酯、聚酰胺酰亞胺、聚苯醚、聚 砜、聚醚砜、聚醚醚酮、聚醚酰亞胺、聚苯乙烯、ABS、聚苯硫醚、液晶聚酯、丙烯腈與苯乙烯的 共聚物等。另外，也可使用它們的混合物。其中優(yōu)選為聚酰胺、聚烯烴。進一步，也可以是如 尼龍6與尼龍66的共聚尼龍的共聚得到的共聚物。另外，也可根據(jù)需要，預(yù)先添加阻燃劑、耐 候性改良劑、其它的抗氧化劑、熱穩(wěn)定劑、紫外線吸收劑、增塑劑、潤滑劑、著色劑、增容劑、 導(dǎo)電性填料等。
[0070] 包含增強纖維與熱塑性樹脂的預(yù)浸料基材中，增強纖維優(yōu)選為碳纖維，熱塑性樹 脂優(yōu)選為改性聚丙烯、或聚酰胺樹脂，片材狀物優(yōu)選為選自于由聚酯無紡布、玻璃無紡布、 以及發(fā)泡聚酰胺組成的組中的至少一種，空隙率優(yōu)選為90~95%。
[0071] 在以下，對本發(fā)明的第二實施方式中的使用層疊基材的成形品的制造方法的一個 實施方式進行說明，但本發(fā)明不受其特別限制。
[0072] 本發(fā)明的第二實施方式是一種預(yù)浸料層疊基材的成形品的制造方法，其包括：（1) 將包含增強纖維與熱塑性樹脂的預(yù)浸料基材加熱至構(gòu)成預(yù)浸料的熱塑樹脂的熔點以上或 者玻璃化溫度以上，然后將空隙率50%以上99%以下的片材狀物層疊于預(yù)浸料基材的至少 一個表面上而獲得層疊基材，或者(2)在包含增強纖維與熱塑性樹脂的預(yù)浸料基材上，將空 隙率50%以上99%以下的片材狀物層疊于預(yù)浸料基材的至少一個表面上，然后將所獲得的 層疊體加熱至構(gòu)成預(yù)浸料的熱塑性樹脂的熔點以上或者玻璃化溫度以上的溫度而獲得層 置基材；
[0073]且包括:接著將前述層疊基材裝入模具，該模具的溫度被設(shè)定為構(gòu)成前述預(yù)浸料 的前述熱塑性樹脂的熔點以下或者玻璃化溫度以下，接著進行沖壓成形。
[0074] 本發(fā)明的第一個實施方式中的層疊基材可通過如下的層疊基材的制造方法來制 造，其包括：（1)將包含增強纖維與熱塑性樹脂的預(yù)浸料基材加熱至構(gòu)成預(yù)浸料的熱塑樹脂 的熔點以上或者玻璃化溫度以上，然后將空隙率50%以上99%以下的片材狀物層疊于預(yù)浸 料基材的至少一個表面上，或者(2)在包含增強纖維與熱塑性樹脂的預(yù)浸料基材上，將空隙 率50%以上99%以下的片材狀物層疊于預(yù)浸料基材的至少一個表面上，然后將所獲得的層 疊體加熱至構(gòu)成預(yù)浸料的熱塑性樹脂的熔點以上或者玻璃化溫度以上的溫度。
[0075] 模具的溫度優(yōu)選為50Γ~20(TC，更優(yōu)選為10(TC~180Γ。
[0076] 沖壓成形是指通過進行加熱加壓將片材狀物進行一體化的操作。沖壓成形時的壓 力優(yōu)選為0.1~l〇MPa。
[0077] (預(yù)浸料）
[0078]關(guān)于本發(fā)明的預(yù)浸料基材中使用的預(yù)浸料，例如，可通過準備二張制成薄膜狀的 熱塑性樹脂，在這二張熱塑性樹脂之間夾入將增強纖維片材狀地排列而得到的增強纖維片 材，進行加熱和加壓，從而獲得。更具體而言，從2個輥送出由2張由熱塑性樹脂形成的薄膜， 并且將從增強纖維片材的輥供給的增強纖維片材夾入2張薄膜之間，然后進行加熱和加壓。 作為加熱和加壓的手段，可使用公知的手段，也可以是例如利用2個以上的熱輥，或者使用 多個預(yù)熱裝置與熱輥對，等等需要多階段的工序的手段。此處，構(gòu)成薄膜的熱塑性樹脂不需 要為1種，也可使用上述那樣的裝置進一步層疊由其它種類的熱塑性樹脂形成的薄膜。 [0079] 上述加熱溫度雖然也視熱塑性樹脂的種類而定，但通常優(yōu)選為100~400°C，更優(yōu) 選為150~350°C。另一方面，加壓時的壓力通常優(yōu)選為0.1~lOMPa。如果處于此范圍，則可 將熱塑性樹脂含浸在預(yù)浸料中所含的增強纖維之間，因而優(yōu)選。另外，本發(fā)明的層疊基材中 可使用的預(yù)浸料也可使用市售的預(yù)浸料。
[0080] (預(yù)浸料層疊基材）
[0081] 將通過這樣操作而獲得的預(yù)浸料按照成為一個方向、偽各向同性、或者正交層疊 的方式層疊而制成預(yù)浸料層疊基材，本發(fā)明的預(yù)浸料層疊基材，優(yōu)選將預(yù)浸料層疊為4~96 層。另外，前述預(yù)浸料可利用激光打標機、切繪機、切邊模(抜型）等按照連續(xù)切斷纖維的方 式施加切口。
[0082](無規(guī)預(yù)浸料基材）
[0083]利用切割機等將如上述那樣操作而獲得的預(yù)浸料加工為切條(slitter)等狹窄寬 度的膠帶狀，然后利用造粒機、剪斷機、輥式切刀等切碎為固定長度從而獲得短切預(yù)浸料。 作為使纖維方向無規(guī)的短切預(yù)浸料的分散方法，可適當采用例如如下的方法:使得短切預(yù) 浸料從高的位置自然落下從而堆積于在輸送帶上流動的容器、模具的口模（夕'V)的方法， 在落下路徑上吹入空氣而產(chǎn)生氣流的方法，在落下路徑安裝擋板的方法，將積蓄的短切預(yù) 浸料攪拌后配置在口模上的方法等。在上述層疊物中，短切預(yù)浸料的層疊數(shù)優(yōu)選設(shè)為2~ 100 層。
[0084] (分散有纖維束或者單纖維的預(yù)浸料基材）
[0085] 作為使得增強纖維的纖維束或者增強纖維的單纖維良好分散于基體樹脂中的方 法，例如列舉出以下的方法?？刹捎萌缦碌姆椒?利用剪斷機、輥式切刀等將增強纖維切斷 為固定長度，另外基體樹脂也在紡絲后進行切斷而制成固定長度的纖維狀，然后在大量的 水中使用攪拌機將兩者分散，之后通過于過濾器而去除水分，從而將增強纖維束均勻分散 于基體樹脂中。在上述方法中，關(guān)于水分中的增強纖維與基體樹脂的重量濃度，相對于均勻 分散的分散液(包含水分、增強纖維、以及基體樹脂）的總重量優(yōu)選為1%以下。另外，此時在 水分中也可包含結(jié)合增強纖維束與纖維狀樹脂的粘合劑。
[0086] (無紡布）
[0087] 在利用上述方法而獲得的預(yù)浸料基材表面的一部或者全部上使用無紡布作為隔 熱層的情況下，為了制造前述無紡布，例如列舉出以下的方法?？刹捎萌缦碌姆椒?利用梳 理成網(wǎng)、氣流成網(wǎng)將平均纖維長5~100mm的纖維狀物任意狀分散而制成片材狀，然后使用 粘接劑的噴霧、熱恪接、或針刺(needle punch)等將纖維彼此結(jié)合。
[0088] 另外，本發(fā)明的層疊基材中可使用的無紡布也可使用市售的無紡布。
[0089](發(fā)泡片材）
[0090] 在利用上述方法而獲得的預(yù)浸料基材表面的一部或者全部上使用發(fā)泡片材作為 隔熱層的情況下，為了制造前述發(fā)泡片材，例如列舉出以下的方法。可采用如下的方法:將 熱塑性樹脂粒料與發(fā)泡劑混合，投入于片材成形機，利用多個冷卻輥對出自模具出口發(fā)泡 的樹脂片材進行冷卻，從而獲得目標空隙率的發(fā)泡片材。
[0091] 另外，關(guān)于本發(fā)明的層疊基材中可使用的發(fā)泡片材，也可使用市售的發(fā)泡片材。
[0092] (層疊基材的制造方法）
[0093] 本發(fā)明的第一個實施方式中的層疊基材的成形品可通過如下的制造方法而制造， 所述制造方法包括：（1)將包含增強纖維與熱塑性樹脂的預(yù)浸料基材加熱至構(gòu)成預(yù)浸料的 熱塑樹脂的熔點以上或者玻璃化溫度以上，然后將空隙率50%以上99%以下的片材狀物層 疊于預(yù)浸料基材的至少一個表面上而獲得層疊基材，或者，（2)在包含增強纖維與熱塑性樹 脂的預(yù)浸料基材上，將空隙率50%以上99%以下的片材狀物層疊于預(yù)浸料基材的至少一個 表面上，然后將所獲得的層疊體加熱至構(gòu)成預(yù)浸料的熱塑性樹脂的熔點以上或者玻璃化溫 度以上的溫度而獲得層疊基材;并包括:接著將前述層疊基材裝入模具，該模具的溫度被設(shè) 定為構(gòu)成預(yù)浸料的熱塑性樹脂的熔點以下或者玻璃化溫度以下，接著進行沖壓成形。
[0094] 上述加熱溫度雖然也視熱塑性樹脂的種類而定，但通常優(yōu)選為相比于熔點或者玻 璃化溫度高10~l〇〇°C的溫度。另外，在片材狀物的軟化點低于上述加熱溫度的情況下，優(yōu) 選采?。?)所述的方法，在片材狀物的軟化點高于上述加熱溫度的情況下，優(yōu)選采取(2)的 方法。上述模具溫度雖然也視熱塑性樹脂的種類而定，但通常優(yōu)選為相比于熔點或者玻璃 化溫度低0~200°C的溫度。另外沖壓成形時的壓力越高則沖壓成形性越變良好，因而施加 于成形品的壓力通常優(yōu)選為〇· 1~50MPa。
[0095] 本發(fā)明的第一個實施方式中的層疊基材優(yōu)選為沖壓成形用層疊基材。即，優(yōu)選使 用本發(fā)明的第一個實施方式中的層疊基材，作為在沖壓成形中用于制造成形品的材料。本 發(fā)明的第一個實施方式中的層疊基材作為沖壓成形用層疊基材的使用方法包含如下的工 序:將層置主劑(積層基剤)插入于t旲具之后進彳丁加壓的工序、保持一定時間而冷卻的工序、 以及取出工序。
[0096] 加壓之時的壓力優(yōu)選為5~500t。
[0097] 加壓的時間優(yōu)選為10~1800秒。
[0098] 實施例
[0099]以下，利用實施例更具體地說明本發(fā)明，但是本發(fā)明不受限于實施例中記載的發(fā) 明。
[0100](成形性的評價）
[0101]本發(fā)明的層疊基材在成形時的流動性良好，因而可成形為各種復(fù)雜形狀。所述的 流動性，例如，可以在將層疊基材加熱之后，在具有肋材等復(fù)雜形狀的模具內(nèi)進行加壓時， 根據(jù)層疊基材是否填充至肋材的頂端(先端)從而進行評價。具體而言，將厚度約2mm的層疊 基材切為380mm X 45mm，在IR加熱器(NGK kiln-tech制：制品名:遠紅外線加熱器式加熱爐） 內(nèi)保持一定時間，利用安裝在300t壓制機(川崎油工制：制品名：TMP2-300)中的帶有肋材的 帽形槽模具(hat channel mold)，在75t的壓力下保持60秒，從而獲得圖2所示的成形品。其 結(jié)果，將層疊基材完全地填充至肋材的頂端的情況評價為〇，將沒有完全地填充肋材的情 況評價為X。
[0102] (實施例1)
[0103] 將碳纖維(三菱麗陽制，制品名:PYR0FIL(注冊商標)TR-50S15L)拉動對齊為平面， 使增強纖維的方向朝向一個方向，從而制成單位面積重量為72. Og/m2的增強纖維片材。以 酸改性聚丙烯樹脂制的薄膜(三菱化學(xué)公司制，制品名:M0DIC(注冊商標)P958、單位面積重 量:36.4g/m 2)夾持該增強纖維片材的兩面，通過于壓延輥，使得熱塑性樹脂含浸增強纖維 片材，獲得纖維體積含有率(Vf)為33%、厚度為0.12mm的預(yù)浸料。
[0104]將所獲得的預(yù)浸料切為300mm見方，使用切繪機（Laserck公司制，制品名：L-2500)，如圖3所示那樣以固定間隔施加切口。此時，除距離片材的端部5_的內(nèi)側(cè)部分，按照 增強纖維的長度固定為L = 25.0mm、平均切口長為1 = 42.4mm的方式，俯視時切斷纖維的切 口與增強纖維所形成的角度θ = 45°，進行切口加工。
[0105] 將通過這樣操作而獲得的具有切口的預(yù)浸料進行偽各向同性（[0/45/90/-45]S2) 的16層重疊，利用超聲波焊接機(Emerson Japan，Ltd.制，制品名：2000LPt)進行點焊從而 制成預(yù)浸料基材。
[0106] 將這樣操作而獲得的預(yù)浸料基材配置于300mm見方且深度為1.5mm的印籠模具（印 籠型）內(nèi)，使用壓縮成形機(神藤金屬工業(yè)所制，制品名：SFA-50HH0)，利用高溫側(cè)壓制機在 220°C、油壓指示OMPa的條件下保持7分鐘，接著在相同溫度在油壓指示2MPa(壓制壓 0.55MPa)的條件下保持7分鐘，然后將模具移動到冷卻壓制機，在30°C以油壓指示5MPa(壓 制壓1.38MPa)保持3分鐘從而獲得了一體化后的預(yù)浸料基材。
[0107] 將通過這樣操作而獲得的預(yù)浸料基材以切為4張380mmX45mm的材料，將2張重疊 制成2組，將其利用280°C的IR加熱器加熱5分鐘。其后，將加熱后的2組的預(yù)浸料基材進行重 疊，配置在常溫的360mmX100mm的聚酯無紡布（高安制：7^77^二一Z^C-100-107:空 隙率90%)的中央部，并使得無紡布處于下側(cè)，制成層疊基材。其后立即將其插入到300t壓 制機中的加熱至90°C的帶有肋材的帽形槽模具的下表面上，使其與無紡布接觸，以壓制力 75t加壓60秒而獲得成形品。
[0108] 通過這樣操作而獲得的成形品具有圖2所示那樣的頂面4、肋材部3、以及翼緣部5。 所獲得的成形品的表面光澤是良好的，層疊基材填充至翼緣部5與肋材部3的頂端。
[0109] (實施例2)
[0110]將通過與實施例1同樣的方法獲得的預(yù)浸料基材切為4張380mm X 45mm的材料，將2 張重疊而制成2組，將其中1個組配置在切出為380mmX90mm的玻璃纖維無紡布(Oribest制： GRABEST0S FBP-025:空隙率95 % )的中央部并且使得無紡布處于下側(cè)，制成了層疊基材。將 它們利用280°C的IR加熱器加熱5分鐘，然后沒有無紡布的1個組配置在附帶無紡布的1個組 之上，立即將其插入到300t壓制機中的加熱至80°C的帶有肋材的帽形槽模具的下表面上， 使其與無紡布接觸，以壓制力75t加壓60秒。
[0111] 通過這樣操作而獲得的成形品的表面光澤良好，層疊基材填可充至肋材的頂端。
[0112] (比較例1)
[0113] 通過與實施例1同樣的方法將預(yù)浸料基材進行加熱并且加壓，除沒有使用聚酯無 紡布以外，通過與實施例1同樣的方法制成層疊基材，獲得了成形品。通過這樣操作而獲得 的成形品的表面光澤良好，但是一部分肋材頂端未得到填充。
[0114] (比較例2)
[0115] 通過與實施例1同樣的方法將層疊基材進行加熱、加壓，除使用了低發(fā)泡聚丙烯片 材(三井化學(xué)Tohcello制:Happoto:空隙率30%)來替代聚酯無紡布此以外，通過與實施例1 同樣的方法制成層疊基材，獲得了成形品。
[0116] 通過這樣操作而獲得的成形品的表面光澤良好，但是一部分肋材頂端未得到填 充。
[0117] (比較例3)
[0118] 利用與比較例1同樣的方法在不使用聚酯無紡布的狀態(tài)下制成層疊基材，利用IR 加熱器進行加熱，在模具溫度130 °C進行沖壓成形。
[0119] 通過這樣操作而獲得的成形品沒有表面光澤，在肋材頂端發(fā)生氣體蓄積，填充不 充分。
[0120] (實施例3)
[0121] 在一個方向上將碳纖維（三菱麗陽公司制，制品名：PYR0FIL(注冊商標）TR-50S15L)拉動對齊為平面，制成單位面積重量成為72.Og/m 2的增強纖維片材，利用由聚酰胺 樹脂（尼龍6、宇部興產(chǎn)公司制，制品名：1013B)形成的單位面積重量為45.6g/m 2的薄膜，夾 持增強纖維片材的兩面，通過壓延輥，將熱塑性樹脂含浸纖維片材，獲得纖維體積含有率 (Vf)為33%、厚度為0.12mm的預(yù)浸料。對于該預(yù)浸料，按照增強纖維的長度固定為L = 25.0mm、平均切口長為1 = 42.4mm、在俯視中的切斷纖維的切口與增強纖維所形成的角度為 θ = 45°，實施切口加工。將IR加熱器的設(shè)定溫度設(shè)為320°C、將加熱時間設(shè)為10分鐘，將帶有 肋材的帽形槽模具的設(shè)定溫度設(shè)為120°C，除此以外，通過與實施例1同樣的方法使用聚酯 無紡布制成層疊基材與其成形品，對沖壓成形性進行評價。
[0122] 其結(jié)果，獲得了表面光澤良好、層疊基材填充至肋材的頂端的成形品。
[0123] (實施例4)
[0124] 使用與實施例3同樣地操作而獲得的預(yù)浸料基材，通過與實施例2同樣的方法使用 玻璃無紡布制成層疊基材，在與實施例3同樣的條件下進行加熱、加壓而對沖壓成形性進行 評價。其結(jié)果，獲得了表面光澤良好、層疊基材填充至肋材的頂端的成形品。
[0125] (實施例5)
[0126] 使用尼龍發(fā)泡片材（IN0AC制：商品名Ζ0ΤΕΚ NB-50:空隙率95% )來替代聚酯無紡 布，除此以外，與實施例3同樣地制成層疊基材，在與實施例3同樣的條件下對沖壓成形性進 行了評價。其結(jié)果，獲得了層疊基材填充至肋材的頂端的成形品。
[0127] (實施例6)
[0128] 與實施例4同樣地使用玻璃無紡布制成的層疊基材，除使玻璃無紡布配置在預(yù)浸 料基材的兩側(cè)，利用IR加熱器加熱后進行沖壓成形以外，與實施例4同樣地對沖壓成形性進 行了評價。其結(jié)果，獲得了層疊基材填充至肋材的頂端的成形品。
[0129] (比較例4)
[0130] 與實施例3同樣地制成預(yù)浸料基材，利用IR加熱器進行了加熱，但是在不使用無紡 布的狀態(tài)下實施沖壓成形而獲得成形品，對沖壓成形性進行了評價。其結(jié)果，表面光澤良 好，但是向肋材的填充不充分。
[0131] (實施例7)
[0132] 使用切繪機(Laserck公司制，制品名:L-2500)，將由實施例1獲得的預(yù)浸料切斷為 纖維方向25mm、垂直于纖維的方向15mm的切片狀從而獲得了短切預(yù)浸料。將220g該短切預(yù) 浸料從1500mm的高度自然落下，堆積于300mm見方且深度1.5mm的印籠模具內(nèi)。其后使用壓 縮成形機(神藤金屬工業(yè)所制，制品名：SFA-50HH0)，利用高溫側(cè)壓制機在220°C、油壓指示 OMPa的條件下保持7分鐘，接著在相同溫度在油壓指示2MPa(壓制壓0.55MPa)的條件下保持 7分鐘，然后將模具移動到冷卻壓制機，在30°C以油壓指示5MPa(壓制壓1.38MPa)保持3分 鐘，從而獲得了一體化后的預(yù)浸料基材。將該預(yù)浸料基材以與實施例2同樣的方法，使用玻 璃無紡布制成層疊基材，實施加熱、沖壓成形而獲得成形品，對沖壓成形性進行評價。通過 這樣操作而獲得的成形品的表面光澤是良好的，層疊基材填充至肋材的頂端。
[0133] (實施例8)
[0134] 利用輥式切刀將碳纖維（三菱麗陽制，制品名：PYR0FIL(注冊商標)TR-50S15L)的 纖維長度切斷為長度6mm。另外，將酸改性聚丙烯樹脂制的薄膜(三菱化學(xué)公司制，制品名： M0DIC(注冊商標)P958)加工為纖維長3mm的不連續(xù)纖維狀。將該碳纖維束356g與樹脂纖維 束724g投入于100L的水之中利用攪拌機攪拌10秒，去除水進行干燥而獲得了單位面積重量 為2000g/m 2的墊狀物。該墊狀物220g，插入于300mm見方且深度1.5mm的印籠模具內(nèi)，其后使 用壓縮成形機(神藤金屬工業(yè)所制，制品名：SFA-50HH0)，利用高溫側(cè)壓制機在220°C、油壓 指示OMPa的條件下保持7分鐘，接著在相同溫度在油壓指示2MPa(壓制壓0.55MPa)的條件下 保持7分鐘，然后將型移動到冷卻壓制機，在30°C以油壓指示5MPa(壓制壓1.38MPa)保持3分 鐘，從而獲得了一體化了的預(yù)浸料基材。對于通過這樣操作而獲得的預(yù)浸料基材，通過與實 施例2同樣的方法使用玻璃無紡布從而獲得了層疊基材。將所獲得的層疊基材加熱，實施沖 壓成形從而獲得了成形品。通過這樣操作而獲得的成形品的表面光澤是良好的，層疊基材 填充至肋材的頂端。
[0135] 表中，"PP"表示聚丙烯，"PA6"表示聚酰胺樹脂。
[0136] 關(guān)于表面光澤的評價項目，將表面平滑且可觀察到光澤的情況評價為"〇"，將(表 面粗糙并且沒有光澤的情況評價為"X"。關(guān)于肋材填充的評價項目，將填充至頂端的情況 評價為"〇"，將頂端未填充的情況評價為"X"。
[0137] 將評價結(jié)果一并記載于表1。
[0138] 表1
[0139]

[0140] < 考察 >
[0141] 根據(jù)以上的結(jié)果可知，本發(fā)明可提供一種層疊主劑，其形成復(fù)雜形狀的賦形性能 優(yōu)異，特別在低模具溫度下的成形性優(yōu)異。可知，通過利用低模具溫度，從而減低由成形后 收縮導(dǎo)致的翹曲，并且獲得表面性能好的成形品?？芍M一步通過使得空隙率高，從而抑 制沖壓成形時的氣體蓄積，進一步，通過在片材狀物上附加功能，從而可容易地進行從加熱 工序轉(zhuǎn)移向沖壓成形時的處理，另外，通過使用粘合性優(yōu)異的片材狀物，從而提高粘合時的 粘合強度。
[0142] 產(chǎn)業(yè)上的可利用性
[0143] 根據(jù)本發(fā)明可獲得一種層疊基材及其制造方法，所述層疊基材形成復(fù)雜形狀的賦 形性能優(yōu)異，特別是可在低模具溫度下成形。
【主權(quán)項】
1. 一種層疊基材，其特征在于，在預(yù)浸料基材的至少一個表面上，層疊有空隙率50 %以 上99 %以下的片材狀物，所述預(yù)浸料基材包含增強纖維與熱塑性樹脂。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的層疊基材，其特征在于，所述預(yù)浸料基材是將多張預(yù)浸料進行 層疊而成的預(yù)浸料層疊基材，所述預(yù)浸料包含向一個方向取向的所述增強纖維與所述熱塑 性樹脂。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的層疊基材，其特征在于，所述預(yù)浸料基材是將所述增強纖維的 纖維束或者所述增強纖維的單纖維分散于所述熱塑性樹脂中而成的預(yù)浸料基材。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的層疊基材，其特征在于，所述預(yù)浸料基材是將預(yù)浸料的矩形切 片任意狀分散而成的預(yù)浸料基材，所述預(yù)浸料包含向一個方向取向的所述增強纖維。5. 根據(jù)權(quán)利要求1~4中任一項所述的層疊基材，其特征在于，構(gòu)成所述預(yù)浸料基材的 所述增強纖維的長度為10~1〇〇_。6. 根據(jù)權(quán)利要求1~5中任一項所述的層疊基材，其特征在于，所述片材狀物是包含熱 塑性樹脂的片材。7. 根據(jù)權(quán)利要求1~5中任一項所述的層疊基材，其特征在于，所述片材狀物是包含無 機纖維的片材。8. 根據(jù)權(quán)利要求1~7中任一項所述的層疊基材，其特征在于，所述片材狀物是無紡布。9. 根據(jù)權(quán)利要求1~6中任一項所述的層疊基材，其特征在于，所述片材狀物是發(fā)泡片 材。10. 根據(jù)權(quán)利要求1~9中任一項所述的層疊基材，其特征在于，所述片材狀物的厚度為 0.01mm以上10mm以下。11. 根據(jù)權(quán)利要求1~10中任一項所述的層疊基材，其特征在于，相對于預(yù)浸料層疊基 材的表面的至少一個面的總面積，預(yù)浸料層疊基材的表面的至少一個面的30面積％以上由 所述片材狀物覆蓋。12. 根據(jù)權(quán)利要求1~11中任一項所述的層疊基材，其特征在于，未將所述預(yù)浸料基材 與所述片材狀物粘合。13. 根據(jù)權(quán)利要求1~12中任一項所述的層疊基材，其特征在于，層疊基材是沖壓成形 用層疊基材。14. 一種層疊基材的成形品的制造方法，其特征在于， 其包括：（1)將包含增強纖維與熱塑性樹脂的預(yù)浸料基材加熱至構(gòu)成預(yù)浸料的熱塑樹 脂的熔點以上或者玻璃化溫度以上，然后將空隙率50%以上99%以下的片材狀物層疊于預(yù) 浸料基材的至少一個表面上而獲得層疊基材，或者(2)在包含增強纖維與熱塑性樹脂的預(yù) 浸料基材上，將空隙率50%以上99%以下的片材狀物層疊于預(yù)浸料基材的至少一個表面 上，然后將所獲得的層疊體加熱至構(gòu)成預(yù)浸料的熱塑性樹脂的熔點以上或者玻璃化溫度以 上的溫度而獲得層疊基材； 并包括:接著將所述層疊基材裝入模具中，所述模具的溫度被設(shè)定在構(gòu)成所述預(yù)浸料 的所述熱塑性樹脂的熔點以下或者玻璃化溫度以下，接著進行沖壓成形。15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的制造方法，其中，所述模具的溫度為50°C~200°C。
【文檔編號】C08J5/04GK105873754SQ201480066725
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2014年12月5日
【發(fā)明人】石川健, 小笠原隼人, 富岡正雄
【申請人】三菱麗陽株式會社