熱塑性樹(shù)脂增強(qiáng)片材及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及適于得到具有三維形狀的熱塑性樹(shù)脂復(fù)合材料成型品的片材，具體而言，涉及使由熱塑性樹(shù)脂材料構(gòu)成的基布附著于增強(qiáng)纖維片材而得的熱塑性樹(shù)脂增強(qiáng)片材及其制造方法，所述增強(qiáng)纖維片材是將碳纖維等增強(qiáng)纖維排列整齊并形成片狀的增強(qiáng)纖維片材。
【背景技術(shù)】
[0002]纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是組合纖維材料和基質(zhì)材料而成的材料，因此是輕量且剛性高、能夠進(jìn)行多種功能設(shè)計(jì)的材料，被應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域、運(yùn)輸領(lǐng)域、土木建筑領(lǐng)域、運(yùn)動(dòng)器具領(lǐng)域等廣泛領(lǐng)域。目前，使碳纖維或玻璃纖維等增強(qiáng)纖維材料與熱固化性樹(shù)脂材料組合而成的纖維強(qiáng)化塑料材料成為主流。但是，從可回收性、短時(shí)間成型性、成型品的耐沖擊特性提高等優(yōu)點(diǎn)方面考慮，基質(zhì)樹(shù)脂使用熱塑性樹(shù)脂材料的成型品開(kāi)發(fā)今后會(huì)增加。
[0003]另一方面，為了在得到成型品時(shí)易于成型且削減成型成本，使用增強(qiáng)纖維材料的增強(qiáng)方向成為多軸而層疊的多軸增強(qiáng)片材的成型品及成型方法受到關(guān)注。由此，組合增強(qiáng)纖維材料和熱塑性樹(shù)脂材料而成的片材、特別是組合增強(qiáng)纖維材料沿多軸層疊的多軸增強(qiáng)片材和熱塑性樹(shù)脂材料而成的片材、以及該片材帶來(lái)的高品質(zhì)、短時(shí)間且低成本的成型品制造受到期待。
[0004]作為組合增強(qiáng)纖維材料和熱塑性樹(shù)脂材料而成的片材，例如，專(zhuān)利文獻(xiàn)I中記載有，將帶狀的強(qiáng)化纖維的纖維束(卜々)和與其同寬度的帶狀基質(zhì)樹(shù)脂層重疊、并在接合部進(jìn)行接合而成的預(yù)浸料帶，基質(zhì)樹(shù)脂層是在纖維強(qiáng)化熱塑性樹(shù)脂制品中由成為基質(zhì)的樹(shù)脂構(gòu)成的帶狀的層，其形態(tài)可以列舉膜、無(wú)紡布、織布、纖維束等。另外，專(zhuān)利文獻(xiàn)2中記載有如下內(nèi)容:熱塑性樹(shù)脂增強(qiáng)片材通過(guò)使熱塑性樹(shù)脂片材利用粘接用熱塑性樹(shù)脂材料附著于增強(qiáng)纖維片材的一面而構(gòu)成，所述增強(qiáng)纖維片材是多個(gè)增強(qiáng)纖維通過(guò)施膠劑等集束而成的增強(qiáng)纖維束沿寬度方向多根排列整齊成為片狀而得的增強(qiáng)纖維片材，所述粘接用熱塑性樹(shù)脂材料是在低于熱塑性樹(shù)脂片材的熔融溫度的溫度下熔融或軟化的粘接用熱塑性樹(shù)脂材料。通過(guò)將熱塑性樹(shù)脂增強(qiáng)片材層疊，利用粘接用熱塑性樹(shù)脂材料使各層的熱塑性樹(shù)脂增強(qiáng)片材粘接一體化，由此得到熱塑性樹(shù)脂多層增強(qiáng)片材。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006]專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0007]專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)平6 - 322160號(hào)公報(bào)
[0008]專(zhuān)利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)2008 - 221833號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]發(fā)明所要解決的課題
[0010]上述的專(zhuān)利文獻(xiàn)中，記載了將增強(qiáng)纖維材料及熱塑性樹(shù)脂片材重合而構(gòu)成熱塑性樹(shù)脂增強(qiáng)片材。增強(qiáng)纖維材料是將碳纖維等增強(qiáng)纖維進(jìn)行開(kāi)纖處理而形成片狀來(lái)使用，憑借開(kāi)纖處理技術(shù)的進(jìn)展，能夠均勻、寬幅地形成開(kāi)纖后的片材，且厚度為增強(qiáng)纖維的單絲直徑的10倍以下。例如，增強(qiáng)纖維的單絲直徑為0.005?0.007mm時(shí)，增強(qiáng)纖維片材的厚度成為0.05?0.07mm以下。因此，正在尋求使用薄且寬幅地形成的增強(qiáng)纖維片材來(lái)制造熱塑性樹(shù)脂增強(qiáng)片材。
[0011]制造復(fù)合材料成型品時(shí)，設(shè)定纖維體積含有率(以下，簡(jiǎn)稱(chēng)為“Vf值”)來(lái)進(jìn)行，在上述的薄且寬幅地形成的增強(qiáng)纖維片材中，每單位面積克重(每單位面積的纖維重量)變小，因此為了設(shè)定為規(guī)定的Vf值，需要對(duì)應(yīng)于增強(qiáng)纖維片材地減小熱塑性樹(shù)脂片材的每單位面積的重量。因此考慮配合著增強(qiáng)纖維片材的厚度變薄而薄且寬幅地形成熱塑性樹(shù)脂片材，但使熱塑性樹(shù)脂片材在0.1mm以下均勻、寬幅且薄地形成是難以量產(chǎn)化的。
[0012]另外，在這樣薄且寬幅地形成的增強(qiáng)纖維片材的一面附著熱塑性樹(shù)脂片材時(shí)，增強(qiáng)纖維片材幾乎沒(méi)有伸縮，但由于熱塑性樹(shù)脂片材容易伸縮，得到的熱塑性樹(shù)脂增強(qiáng)片材變得卷曲，從而變得難以處理。
[0013]因此，本發(fā)明的目的在于提供容易與Vf值對(duì)應(yīng)且無(wú)卷曲的熱塑性樹(shù)脂增強(qiáng)片材及其制造方法。
[0014]用于解決課題的手段
[0015]本發(fā)明的熱塑性樹(shù)脂增強(qiáng)片材具備:多個(gè)增強(qiáng)纖維沿規(guī)定方向被排列整齊并形成片狀且每單位面積克重為80g/m2以下的增強(qiáng)纖維片材、由纖度為5.6旦?84旦的熱塑性樹(shù)脂纖維材料構(gòu)成且每單位面積克重為5g/m2?90g/m 2的基布、和在低于所述基布的熔融溫度的溫度下熔融或軟化、且使所述增強(qiáng)纖維片材及所述基布離散地附著的粘接用熱塑性樹(shù)脂材料。此外，所述基布的氣孔容積率為50%以上。此外，所述基布為編織料。此外，所述增強(qiáng)纖維片材的截面厚度設(shè)定為所述增強(qiáng)纖維的直徑的10倍以?xún)?nèi)。此外，所述粘接用熱塑性樹(shù)脂材料的附著量在所述基布的每單位面積為lg/m2?10g/m2。此外，多片上述熱塑性樹(shù)脂增強(qiáng)片材層疊形成并被一體化。此外，所述熱塑性樹(shù)脂增強(qiáng)片材以所述增強(qiáng)纖維片材的被排列整齊的方向分別成為多軸的方式層疊。
[0016]本發(fā)明的熱塑性樹(shù)脂增強(qiáng)片材的制造方法包括:臨時(shí)粘接工序:加熱由纖度為5.6旦?84旦的熱塑性樹(shù)脂纖維材料構(gòu)成且每單位面積克重為5g/m2?90g/m2的基布，并將在低于該基布的熔融溫度的溫度下熔融或軟化的粉體狀的粘接用熱塑性樹(shù)脂材料離散地臨時(shí)粘接于該基布的表面；和附著工序:使多個(gè)增強(qiáng)纖維沿規(guī)定方向排列整齊并形成片狀的增強(qiáng)纖維片材與所述基布抵接，使在低于所述基布的熔融溫度的溫度下加熱而臨時(shí)粘接后的所述粘接用熱塑性樹(shù)脂材料熔融，由此使所述增強(qiáng)纖維片材及所述基布附著。此夕卜，在所述臨時(shí)粘接工序中，使所述粘接用熱塑性樹(shù)脂材料在所述基布的每單位面積以Ig/m2?10g/m2附著。
[0017]發(fā)明效果
[0018]本發(fā)明通過(guò)使用由熱塑性樹(shù)脂纖維材料構(gòu)成的基布，能夠與增強(qiáng)纖維片材對(duì)應(yīng)地寬幅且薄地形成，且能夠?qū)崿F(xiàn)熱塑性樹(shù)脂材料的減量化，在使用薄且寬幅地形成的增強(qiáng)纖維片材時(shí)能夠容易地進(jìn)行與Vf值的對(duì)應(yīng)。另外，由于增強(qiáng)纖維片材附著于容易發(fā)生伸縮變形及彎曲變形的具有柔軟性的基布，因此能夠得到以薄且寬幅的形態(tài)維持保證了筆直性的狀態(tài)、且無(wú)卷曲等變形的熱塑性樹(shù)脂增強(qiáng)片材。
[0019]另外，通過(guò)使用由纖度為5.6旦?84旦的熱塑性樹(shù)脂纖維材料構(gòu)成且每單位面積克重為5g/m2?90g/m2的基布，由此能夠得到空隙多的薄基布，在層疊熱塑性樹(shù)脂增強(qiáng)片材而形成成型品時(shí)，內(nèi)部的空氣能夠穿過(guò)基布容易地進(jìn)行脫氣，能夠制造出幾乎無(wú)空洞(空隙)的成型品。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的熱塑性樹(shù)脂增強(qiáng)片材的一部分的平面圖。
[0021]圖2是沿基布的瑋度方向切斷的示意截面圖。
[0022]圖3是與熱塑性樹(shù)脂增強(qiáng)片材的制造工序相關(guān)的說(shuō)明圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。需要說(shuō)明的是，以下說(shuō)明的實(shí)施方式是實(shí)施本發(fā)明時(shí)優(yōu)選的具體例，因此形成了技術(shù)性的各種限定，但本發(fā)明在以下的說(shuō)明中，只要沒(méi)有特別地明確記載限定本發(fā)明，則并非限定于這些方式。
[0024]圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的熱塑性樹(shù)脂增強(qiáng)片材的一部分的平面圖。熱塑性樹(shù)脂增強(qiáng)片材I是在增強(qiáng)纖維片材2的一面附著由熱塑性樹(shù)脂纖維材料構(gòu)成的基布3而構(gòu)成的，所述增強(qiáng)纖維片材2是多個(gè)增強(qiáng)纖維通過(guò)施膠劑等集束而成的增強(qiáng)纖維束沿寬度方向多根排列整齊并成為片狀的增強(qiáng)纖維片材2。在該例中，基布3通過(guò)經(jīng)編(r >匕一編)而編成，圖2是沿基布3的瑋度方向切斷的示意截面圖?；?通過(guò)粘接用熱塑性樹(shù)脂材料4附著于增強(qiáng)纖維片材2而構(gòu)成，所述粘接用熱塑性樹(shù)脂材料4在低于構(gòu)成基布3的熱塑性樹(shù)脂纖維材料的熔融溫度的溫度下熔融或軟化。需要說(shuō)明的是，可以使基布3附著于增強(qiáng)纖維片材2的兩面。此外，可以在基布3的兩面附著增強(qiáng)纖維片材2而構(gòu)成。
[0025]圖1中，通過(guò)粘接用熱塑性樹(shù)脂材料4將增強(qiáng)纖維片材2和基布3粘接，從而以無(wú)法分散的方式進(jìn)行一體化，由此使增強(qiáng)纖維片材2與基布3附著。S卩，不加熱至基布3的熔融溫度而使增強(qiáng)纖維片材2與基布3附著，因此增強(qiáng)纖維片材2的形態(tài)及基布3的形態(tài)被保持。
[0026]通過(guò)使用空隙多且每單位面積克重低的基布3，由此可以與熱塑性樹(shù)脂增強(qiáng)片材的Vf值相配合地實(shí)現(xiàn)與薄且每單位面積克重低的增強(qiáng)纖維片材對(duì)應(yīng)的熱塑性樹(shù)脂材料的減量