專利名稱：片狀預(yù)浸料的制造方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及片狀預(yù)浸料的制造方法和裝置，特別是涉及在內(nèi)部非常均勻地含浸有樹(shù)脂、使用了連續(xù)增強(qiáng)纖維的片狀預(yù)浸料的制造方法和裝置。
背景技術(shù)：
使排列成片狀的增強(qiáng)纖維中含浸熔融基體樹(shù)脂并將該樹(shù)脂保持為半固化狀態(tài)的片狀預(yù)浸料在各種領(lǐng)域廣泛用于部件的增強(qiáng)和表面形成等。另外，為了獲得優(yōu)異的增強(qiáng)效果等，作為增強(qiáng)纖維多數(shù)情況下使用連續(xù)纖維，特別是，可優(yōu)選使用將連續(xù)增強(qiáng)纖維以帶狀(tape狀)在例如一方向拉齊、使其中含浸樹(shù)脂而得到的預(yù)浸料(例如，專利文獻(xiàn)I)。在用樹(shù)脂熔融含浸法制作這樣的片狀預(yù)浸料時(shí)，如果作為基體樹(shù)脂采用如熱塑性 樹(shù)脂那樣熔融粘度高的樹(shù)脂，則在連續(xù)增強(qiáng)纖維排列形成的帶狀增強(qiáng)纖維束的整個(gè)截面方向上各個(gè)位置都良好地含浸熔融樹(shù)脂有時(shí)是困難的。特別是，當(dāng)帶狀增強(qiáng)纖維束的厚度大到某水平以上時(shí)，規(guī)定的含浸變困難，無(wú)法得到良好品質(zhì)的含浸體(預(yù)浸料片)。不使用連續(xù)增強(qiáng)纖維，而是使例如增強(qiáng)纖維的短纖維隨意地分散在樹(shù)脂中，通過(guò)混煉等，可形成增強(qiáng)纖維和樹(shù)脂均勻分布的片基材，但對(duì)于該片基材，無(wú)法期待如使用連續(xù)增強(qiáng)纖維時(shí)那樣的、成型物的高強(qiáng)度、和增強(qiáng)效果。在使由長(zhǎng)纖維的增強(qiáng)纖維構(gòu)成的粗紗(roving)(截面為圓形或橢圓形的紗)中含浸熔融樹(shù)脂時(shí)，已知下述技術(shù)將粗紗開(kāi)纖，以提高熔融樹(shù)脂向長(zhǎng)纖維間的含浸性的技術(shù)(例如，專利文獻(xiàn)2);通過(guò)抽吸構(gòu)成粗紗的長(zhǎng)纖維間的空氣，來(lái)提高熔融樹(shù)脂向長(zhǎng)纖維間的含浸性的技術(shù)(例如，專利文獻(xiàn)3)。所述專利文獻(xiàn)3中，將粗紗分成一根一根地導(dǎo)入模具內(nèi)。但是，該技術(shù)對(duì)于連續(xù)增強(qiáng)纖維的帶狀增強(qiáng)纖維束，其厚度在某水平以上時(shí)，樹(shù)脂含浸性主要受熔融樹(shù)脂的粘度的影響，因而無(wú)法期待高的含浸性提高效果。另外，從影響生產(chǎn)率的樹(shù)脂含浸時(shí)間來(lái)看，對(duì)于截面為圓形或橢圓形的粗紗，由于從全方位含浸樹(shù)脂所用的時(shí)間成為律速因素，所以無(wú)需提高在特定方向的含浸性，認(rèn)為如上所述從粗紗內(nèi)抽吸空氣有助于提高含浸性。但是，在厚度遠(yuǎn)比寬度小的帶狀增強(qiáng)纖維束的情況下，厚度方向上含浸樹(shù)脂所用的時(shí)間成為完成樹(shù)脂含浸的時(shí)間的律速因素，所以為了謀求樹(shù)脂含浸時(shí)間縮短、由此所致的生產(chǎn)率，不僅僅進(jìn)行開(kāi)纖，還要求用于提高厚度方向上的樹(shù)脂含浸性的特別的辦法。此外，還已知下述技術(shù)在使多個(gè)并列配置的粗紗含浸時(shí)，以不阻礙開(kāi)纖的方式將相鄰的粗紗每隔I根分為其他的組并賦予顆粒狀的樹(shù)脂(例如，專利文獻(xiàn)4)。然而，本技術(shù)在將顆粒狀的樹(shù)脂賦予粗紗中時(shí)將粗紗分組處理，實(shí)際上在樹(shù)脂含浸時(shí)并不分組，而是作為一體的片材進(jìn)行處理，厚度方向上含浸樹(shù)脂所用的時(shí)間沒(méi)有充分縮短。進(jìn)而，為了將所得的片狀預(yù)浸料的截面形狀控制為規(guī)定的形狀，獲得平滑的平面，已知使用上下一對(duì)凹凸輥(壓延輥)的技術(shù)(例如，專利文獻(xiàn)5)。然而，本技術(shù)中僅公開(kāi)了通過(guò)凹凸輥來(lái)擴(kuò)幅的內(nèi)容，有關(guān)在必要的擴(kuò)幅后將幅寬變窄以嚴(yán)格地控制片材幅寬恒定的要件，沒(méi)有任何公開(kāi)，不能說(shuō)是充分的內(nèi)容。專利文獻(xiàn)I :日本特開(kāi)昭60-36136號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)2 :日本特開(kāi)2005-29912號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 :日本特開(kāi)平5-116142號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4 :日本特開(kāi)平7-040341號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)5 :日本特開(kāi)2000-355629號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
因此，鑒于上述那樣的實(shí)際情況，特別是有關(guān)使由多個(gè)連續(xù)增強(qiáng)纖維構(gòu)成的帶狀增強(qiáng)纖維束中含浸熔融樹(shù)脂而制作的片狀預(yù)浸料，本發(fā)明的課題在于提供一種片狀預(yù)浸料的制造方法和裝置，其即使使用熔融粘度較高的熱塑性樹(shù)脂時(shí)，也可以在規(guī)定的整個(gè)厚度上均勻且良好地含浸樹(shù)脂，而且可大幅度縮短樹(shù)脂含浸時(shí)間，可以以高生產(chǎn)率制造高品質(zhì) 的片狀預(yù)浸料。為了解決上述課題，本發(fā)明所涉及的片狀預(yù)浸料的制造方法由下述方法構(gòu)成。該方法的特征在于，包括下述工序纖維束導(dǎo)入工序，一邊使由多個(gè)連續(xù)增強(qiáng)纖維構(gòu)成的帶狀增強(qiáng)纖維束連續(xù)行進(jìn)，一邊在所述帶狀增強(qiáng)纖維束的厚度方向進(jìn)行多層配置，并導(dǎo)入供給有熔融熱塑性樹(shù)脂的模具內(nèi)；纖維束厚度縮小工序，將所述多層帶狀增強(qiáng)纖維束各自在向所述模具內(nèi)導(dǎo)入前和導(dǎo)入后的至少其中一階段通過(guò)開(kāi)纖而擴(kuò)幅，縮小各帶狀增強(qiáng)纖維束的厚度；樹(shù)脂含浸工序，在所述模具內(nèi)使所述縮小了厚度的各帶狀增強(qiáng)纖維束內(nèi)含浸所述熔融熱塑性樹(shù)脂；和層合工序，將正在含浸所述熔融熱塑性樹(shù)脂、和/或已含浸所述熔融熱塑性樹(shù)脂的多個(gè)帶狀增強(qiáng)纖維束在所述模具內(nèi)層合，制造作為整體形狀為片狀的預(yù)浸料。在所述本發(fā)明涉及的片狀預(yù)浸料的制造方法中，由連續(xù)增強(qiáng)纖維構(gòu)成的帶狀增強(qiáng)纖維束在向模具內(nèi)導(dǎo)入前和導(dǎo)入后的至少其中一階段被采用開(kāi)纖技術(shù)開(kāi)纖和擴(kuò)幅，由此帶狀增強(qiáng)纖維束的厚度被縮小，其中在導(dǎo)入前的階段采用施加空氣或減薄拉伸、振動(dòng)等的開(kāi)纖技術(shù)，在導(dǎo)入后的階段采用施加減薄拉伸等的開(kāi)纖技術(shù)。即，即使使用熔融粘度較高的熱塑性樹(shù)脂時(shí)，也可以在短時(shí)間縮小至可充分良好地含浸的厚度。然后，使用多個(gè)厚度分別縮小了的帶狀增強(qiáng)纖維束，在將這些帶狀增強(qiáng)纖維束在厚度方向多層配置的狀態(tài)下，在模具內(nèi)使各帶狀增強(qiáng)纖維束中分別含浸所供給的熔融樹(shù)脂。由于各個(gè)帶狀增強(qiáng)纖維束形成為厚度小的片狀物，所以相對(duì)于各個(gè)帶狀增強(qiáng)纖維束，熔融樹(shù)脂容易被含浸對(duì)應(yīng)于所述厚度方向的較小距離(含浸距離)的量，可在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行所希望的整個(gè)厚度方向上的均勻的含浸。將均勻地正在含浸熔融樹(shù)脂和/或含浸完的各個(gè)帶狀增強(qiáng)纖維束在同一模具內(nèi)在厚度方向多個(gè)層合，形成整體為目標(biāo)厚度的片狀預(yù)浸料。由于相對(duì)于各個(gè)帶狀增強(qiáng)纖維束的樹(shù)脂含浸時(shí)間短，所以可在僅由所述樹(shù)脂含浸時(shí)間和接著進(jìn)行的在同一模具內(nèi)的層合的時(shí)間合計(jì)構(gòu)成的短時(shí)間內(nèi)制作所述片狀預(yù)浸料，從制造時(shí)間的方面考慮，生產(chǎn)率被大幅度提高。另外，在各個(gè)帶狀增強(qiáng)纖維束的開(kāi)纖擴(kuò)幅階段中，可以容易地將該帶狀增強(qiáng)纖維束的厚度均一化，特別是在樹(shù)脂含浸前的各個(gè)帶狀增強(qiáng)纖維束的開(kāi)纖擴(kuò)幅階段中，可以容易地將該帶狀增強(qiáng)纖維束的厚度均一化，并且連續(xù)增強(qiáng)纖維也可以容易地均勻分散，所以將含浸了樹(shù)脂的帶狀增強(qiáng)纖維束層合，完成片狀預(yù)浸料后，該預(yù)浸料內(nèi)的增強(qiáng)纖維的分散也可保持在均勻且良好的狀態(tài)。而且，由于如上所述層合的各個(gè)帶狀增強(qiáng)纖維束中均勻含浸了熔融樹(shù)脂，所以得到的片狀預(yù)浸料成為整體具有均勻的物性的高品質(zhì)的物質(zhì)。在上述那樣的本發(fā)明的片狀預(yù)浸料的制造方法中，作為上述熔融樹(shù)脂，使用熱塑性樹(shù)脂。即，如上所述，本發(fā)明對(duì)熔融粘度高的樹(shù)脂比對(duì)熔融粘度低的樹(shù)脂更有效，因而在使用熱塑性樹(shù)脂時(shí)特別有效。所用的熱塑性樹(shù)脂的種類沒(méi)有特別限定，可以使用聚酰胺(尼龍6、尼龍66、芳香族聚酰胺等)、聚烯烴(聚乙烯、聚丙烯等)、聚酯(聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯等)、聚碳酸酯、聚酰胺酰亞胺、聚苯硫醚、聚苯醚、聚砜、聚醚砜、聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚酮、聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚苯乙烯、ABS、液晶聚酯、丙烯腈與苯乙烯的共聚物等。也可以為它們的混合物。另外，也可以為尼龍6與尼龍66的共聚尼龍那樣的共聚物。特別為聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚醚酰亞胺、芳香族聚酰胺時(shí)，由于使用發(fā)揮優(yōu)異增強(qiáng)效果的連續(xù)的增強(qiáng)纖維的必然性增高，所以可稱為本發(fā)明中的優(yōu)選方式。進(jìn)而根據(jù)希望得到的成型品的要求特性，可以預(yù)先添加阻燃劑、耐候性改良劑、其他抗氧化劑、熱穩(wěn)定劑、紫外線吸收劑、增塑劑、潤(rùn)滑劑、著色劑、增容劑、導(dǎo)電性填料等。 另外，對(duì)上述連續(xù)增強(qiáng)纖維的種類也沒(méi)有特別限定，可使用碳纖維、以及玻璃纖維、芳族聚酰胺纖維等所有的增強(qiáng)纖維，也可采用將它們組合使用的混合構(gòu)成。其中，在希望提高最終成型物的強(qiáng)度等機(jī)械特性的情況下，優(yōu)選使用碳纖維。碳纖維中，進(jìn)一步優(yōu)選使用在纖維束厚度縮小工序和樹(shù)脂含浸工序中不易產(chǎn)生細(xì)毛的、高強(qiáng)度的碳纖維。具體指拉伸強(qiáng)度為4，500MPa以上、進(jìn)一步為5，OOOMPa以上的碳纖維。另外，作為對(duì)增強(qiáng)纖維賦予的上漿劑，優(yōu)選使用300°C的熱失重為5%以下的上漿劑。進(jìn)一步優(yōu)選為350°C的熱失重為15%以下的上漿劑。使用難以熱分解的上漿劑時(shí)，在纖維束厚度縮小工序和樹(shù)脂含浸工序中不易產(chǎn)生細(xì)毛，并且可以將模具內(nèi)的氣體產(chǎn)生抑制在最小限度，可以最大限度表現(xiàn)出本發(fā)明的效果。所述效果特別是在加工溫度超過(guò)300°C附近的耐熱性的熱塑性樹(shù)脂(例如，聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚醚酰亞胺、芳香族聚酰胺等)中發(fā)揮顯著的效果。在使用未賦予上漿劑的碳纖維的情況下，雖然具有氣體產(chǎn)生幾乎消失的優(yōu)點(diǎn)，然而細(xì)毛的產(chǎn)生明顯，得不到高品質(zhì)的片狀預(yù)浸料，不僅如此，有時(shí)還難以實(shí)現(xiàn)高生產(chǎn)率。需要說(shuō)明的是，上述熱失重是指在TG(熱重分析)法中在大氣氣氛下以10°C /分鐘的升溫速度從25°C加熱至400 V上漿劑分別在300 0C >350 V的失重的比例。在上述那樣的本發(fā)明的片狀預(yù)浸料的制造方法中，可以將上述多層帶狀增強(qiáng)纖維束在向模具內(nèi)導(dǎo)入前和導(dǎo)入后的至少其中一階段配置成在該帶狀增強(qiáng)纖維束的厚度方向上于相鄰帶狀增強(qiáng)纖維束間具有間隔的多段。如果這樣操作，則在配置成多段的各帶狀增強(qiáng)纖維束間存在適當(dāng)?shù)拈g隙的狀態(tài)下含浸熔融樹(shù)脂，因而相對(duì)于各個(gè)帶狀增強(qiáng)纖維束，熔融樹(shù)脂從兩面?zhèn)雀菀妆缓?duì)應(yīng)于所述厚度方向的較小距離(含浸距離)的量。因此，在更短的時(shí)間內(nèi)完成所期望的均勻的含浸，生產(chǎn)率進(jìn)一步提高。另外，在本發(fā)明的片狀預(yù)浸料的制造方法中，上述多層帶狀增強(qiáng)纖維束各自可以通過(guò)將幅寬較小的帶狀增強(qiáng)纖維束在纖維束幅寬方向連接來(lái)形成。例如，在要制造的片狀預(yù)浸料的幅寬比通常制作的各個(gè)帶狀增強(qiáng)纖維束的幅寬大的情況下，可以采用這種技術(shù)。即，可以這樣操作將多個(gè)幅寬小的帶狀增強(qiáng)纖維束在幅寬方向連接直至形成規(guī)定幅寬(即，直至形成實(shí)質(zhì)上要制造的片狀預(yù)浸料的幅寬)，形成規(guī)定的寬幅的帶狀增強(qiáng)纖維束的形態(tài)后，使該寬幅帶狀增強(qiáng)纖維束中含浸樹(shù)脂。如果這樣操作，可以容易且有效地制造寬幅的片狀預(yù)浸料。另外，在將上述幅寬較小的帶狀增強(qiáng)纖維束在纖維束幅寬方向連接，形成規(guī)定的寬幅的帶狀增強(qiáng)纖維束的情況下，在向模具內(nèi)導(dǎo)入的纖維束導(dǎo)入工序中，可以使纖維束幅寬方向上相鄰的幅寬小的帶狀增強(qiáng)纖維束間具有間隔。通過(guò)在上述相鄰的幅寬小的帶狀增強(qiáng)纖維束間設(shè)置間隙，在模具內(nèi)的樹(shù)脂含浸工序中，可將帶狀增強(qiáng)纖維束帶入模具內(nèi)的空氣經(jīng)由所述間隙從模具入口或后述的脫氣口有效地排出到模具外，可以將空氣阻礙樹(shù)脂含浸的影響抑制為最小限度。另外，在本發(fā)明的片狀預(yù)浸料的制造方法中，優(yōu)選在上述纖維束導(dǎo)入工序緊接著的上游連接可將通路內(nèi)減壓為規(guī)定真空度的密封部，包括通過(guò)使上述多層帶狀增強(qiáng)纖維束各自在所述密封部的已減壓為規(guī)定真空度的通路內(nèi)通過(guò)來(lái)提高多層帶狀增強(qiáng)纖維束內(nèi)部的真空度的脫氣工序。如果這樣操作，可以將帶狀增強(qiáng)纖維束帶入模具內(nèi)的空氣的量抑制在最小限度，可維持模具內(nèi)熔融樹(shù)脂向帶狀 增強(qiáng)纖維束的含浸性能良好。另外，也可以在本發(fā)明的上述纖維束厚度縮小工序中，將多層帶狀增強(qiáng)纖維束中相鄰的帶狀增強(qiáng)纖維束的通過(guò)開(kāi)纖而擴(kuò)幅的位置在帶狀增強(qiáng)纖維束的行進(jìn)方向相互錯(cuò)開(kāi)。如果這樣操作，則可使各纖維束厚度縮小機(jī)構(gòu)不相互干涉，容易地將其配置在所期望的位置，對(duì)成為厚度縮小和擴(kuò)幅對(duì)象的各帶狀增強(qiáng)纖維束可更確實(shí)地進(jìn)行所期望的操作。另外，也可以在上述樹(shù)脂含浸工序中，將熔融熱塑性樹(shù)脂向各帶狀增強(qiáng)纖維束內(nèi)的含浸位置或含浸完成位置在帶狀增強(qiáng)纖維束的行進(jìn)方向依次錯(cuò)開(kāi)。如果這樣操作，則可使各樹(shù)脂含浸機(jī)構(gòu)不相互干涉，容易地將其配置在所期望的位置，對(duì)成為樹(shù)脂含浸對(duì)象的各帶狀增強(qiáng)纖維束可更確實(shí)地進(jìn)行所期望的操作。另外，也可以在上述層合工序中，將正在含浸熔融熱塑性樹(shù)脂、和/或已含浸熔融熱塑性樹(shù)脂的多個(gè)帶狀增強(qiáng)纖維束于在帶狀增強(qiáng)纖維束的行進(jìn)方向上依次錯(cuò)開(kāi)的位置按順序?qū)雍?。如果這樣按順序?qū)雍希瑒t可將各層更確實(shí)地精度良好地層合，可提高作為層合體的片狀預(yù)浸料的尺寸精度。另外，也可以在上述模具內(nèi)使用在帶狀增強(qiáng)纖維束的行進(jìn)方向排列的多個(gè)固定導(dǎo)向(例如，擠壓桿)，將各帶狀增強(qiáng)纖維束依次開(kāi)纖和/或?qū)⒁押廴跓崴苄詷?shù)脂的帶狀增強(qiáng)纖維束依次層合，并且在用于所述開(kāi)纖和/或?qū)雍系亩鄠€(gè)固定導(dǎo)向的至少一部分固定導(dǎo)向中設(shè)置帶狀增強(qiáng)纖維束的通過(guò)口，使至少一部分帶狀增強(qiáng)纖維束通過(guò)所述通過(guò)口。由于上述模具內(nèi)有可能無(wú)法獲取較大空間，所以對(duì)模具內(nèi)的開(kāi)纖和/或?qū)雍蟽?yōu)選使用無(wú)需較大空間的固定導(dǎo)向，通過(guò)將多個(gè)固定導(dǎo)向排列在帶狀增強(qiáng)纖維束的行進(jìn)方向上，從而可將各帶狀增強(qiáng)纖維束依次開(kāi)纖和/或?qū)⒑巳廴跓崴苄詷?shù)脂的帶狀增強(qiáng)纖維束依次層合。而且，如果在多個(gè)固定導(dǎo)向的至少一部分固定導(dǎo)向中設(shè)置帶狀增強(qiáng)纖維束的通過(guò)口，則對(duì)于以前已開(kāi)纖和/或?qū)雍系囊徊糠謳钤鰪?qiáng)纖維束，可不進(jìn)行開(kāi)纖和/或?qū)雍喜僮?，使其通過(guò)所述通過(guò)口，可在所希望的位置依次進(jìn)行開(kāi)纖和/或?qū)雍稀Ａ硗?，在本發(fā)明的片狀預(yù)浸料的制造方法中，也可以在上述樹(shù)脂含浸工序中，在帶狀增強(qiáng)纖維束的行進(jìn)方向上的相同位置進(jìn)行熔融熱塑性樹(shù)脂向各帶狀增強(qiáng)纖維束內(nèi)的含浸或含浸完成。即，對(duì)于多層帶狀增強(qiáng)纖維束，可以在行進(jìn)方向的相同位置實(shí)質(zhì)上同時(shí)含浸樹(shù)脂。如果這樣操作，可謀求模具長(zhǎng)度的縮短。另外，在上述層合工序中，可將正在含浸熔融熱塑性樹(shù)脂和/或已含浸熔融熱塑性樹(shù)脂的多個(gè)帶狀增強(qiáng)纖維束同時(shí)在帶狀增強(qiáng)纖維束的行進(jìn)方向上的規(guī)定位置層合。
另外，在本發(fā)明的片狀預(yù)浸料的制造方法中，優(yōu)選在上述樹(shù)脂含浸工序或?qū)雍瞎ば蛑?，從設(shè)置在模具上的脫氣口和/或樹(shù)脂排出口排出模具內(nèi)的氣體和/或樹(shù)脂。在模具內(nèi)供給規(guī)定的熱塑性樹(shù)脂的熔融樹(shù)脂，然而為了達(dá)成順利的樹(shù)脂含浸，優(yōu)選將內(nèi)部產(chǎn)生的氣體和帶狀增強(qiáng)纖維束帶入的空氣等從脫氣口排出。另外，優(yōu)選從樹(shù)脂排出口排出劣化的熔融樹(shù)脂和帶狀增強(qiáng)纖維束的細(xì)毛等。如果劣化的熔融樹(shù)脂或帶狀增強(qiáng)纖維束的細(xì)毛等蓄積在模具內(nèi)，則所得的片狀預(yù)浸料的品質(zhì)降低，而且還阻礙長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)性能。因此，通過(guò)從樹(shù)脂排出口排出劣化的熔融樹(shù)脂和帶狀增強(qiáng)纖維束的細(xì)毛等，可得到更高品質(zhì)的片狀預(yù)浸料，同時(shí)可長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，可以使生產(chǎn)率提高。另外，在本發(fā)明的片狀預(yù)浸料的制造方法中，可以包括將在上述模具內(nèi)層合并形成整體為片狀的預(yù)浸料從模具中拉出后，進(jìn)一步在壓延輥上通過(guò)的再含浸工序。如果用壓延輥實(shí)施壓延處理，則通過(guò)輥間擠壓，可進(jìn)行樹(shù)脂的再含浸，可達(dá)成一層良好的樹(shù)脂含浸狀態(tài)，同時(shí)可進(jìn)行少量的厚度調(diào)整，因而可謀求最終制造形態(tài)的預(yù)浸料厚度的高精度化。在包括這樣的再含浸工序的情況下，上述壓延輥至少具備第I壓延輥和第2壓延輥，至少第2壓延輥為帶溝槽的輥，借助在第I壓延輥上通過(guò)，來(lái)將形成為片狀的預(yù)浸料擴(kuò)幅后，借助在第2壓延輥上通過(guò)，可以限制片狀預(yù)浸料的幅寬以使擴(kuò)幅后的片狀預(yù)浸料在幅寬變窄的同時(shí)在幅寬方向上形成規(guī)定的幅寬。如果這樣操作，則借助在第I壓延輥上通過(guò)，可以在通過(guò)輥間擠壓而進(jìn)行一些擴(kuò)幅的同時(shí)達(dá)成良好的樹(shù)脂含浸狀態(tài)，然后，借助在具備規(guī)定幅寬的溝槽的帶溝槽的輥、即第2壓延輥上通過(guò)，可以限制片狀預(yù)浸料的幅寬以使其在幅寬變窄的同時(shí)形成規(guī)定幅寬，因而對(duì)于最終制造形態(tài)的預(yù)浸料幅寬也可謀求高精度化。本發(fā)明的片狀預(yù)浸料的制造裝置是制造作為整體形狀為片狀的預(yù)浸料的片狀預(yù)浸料的制造裝置，其特征在于，其包括模具，其中被供給熔融熱塑性樹(shù)脂；纖維束導(dǎo)入機(jī)構(gòu)，一邊使由多個(gè)連續(xù)增強(qiáng)纖維構(gòu)成的帶狀增強(qiáng)纖維束連續(xù)行進(jìn)，一邊在所述帶狀增強(qiáng)纖維束的厚度方向進(jìn)行多層配置，并導(dǎo)入上述模具內(nèi)；纖維束厚度縮小機(jī)構(gòu)，將上述多層帶狀增強(qiáng)纖維束各自在向上述模具內(nèi)導(dǎo)入前和導(dǎo)入后的至少其中一階段通過(guò)開(kāi)纖而擴(kuò)幅，縮小各帶狀增強(qiáng)纖維束的厚度；樹(shù)脂含浸機(jī)構(gòu)，在上述模具內(nèi)使上述縮小了厚度的各帶狀增強(qiáng)纖維束內(nèi)含浸上述熔融熱塑性樹(shù)脂；和層合機(jī)構(gòu)，將正在含浸上述熔融熱塑性樹(shù)脂、和/或已含浸上述熔融熱塑性樹(shù)脂的多個(gè)帶狀增強(qiáng)纖維束在上述模具內(nèi)層合。在所述本發(fā)明的片狀預(yù)浸料的制造裝置中，對(duì)所用的熱塑性樹(shù)脂的種類也沒(méi)有特別限定，可以使用與上述同樣的熱塑性樹(shù)脂。另外，對(duì)于上述連續(xù)增強(qiáng)纖維的種類也沒(méi)有特別限定，可使用與上述同樣的增強(qiáng)纖維，其中，在希望提高最終成型物的強(qiáng)度等機(jī)械特性的情況下，優(yōu)選使用碳纖維。對(duì)于碳纖維和上漿劑的種類，也更優(yōu)選使用與上述同樣的碳纖維和上漿劑。另外，在本發(fā)明的片狀預(yù)浸料的制造裝置中，可以設(shè)置成具有下述機(jī)構(gòu)的構(gòu)成其將上述多層帶狀增強(qiáng)纖維束在向模具內(nèi)導(dǎo)入前和導(dǎo)入后的至少其中一位置配置成在所述帶狀增強(qiáng)纖維束的厚度方向上于相鄰帶狀增強(qiáng)纖維束間具有間隔的多段。另外，可以設(shè)置成下述構(gòu)成上述多層帶狀增強(qiáng)纖維束各自通過(guò)將幅寬較小的帶狀增強(qiáng)纖維束在纖維束幅寬方向連接來(lái)形成。另外，在將上述幅寬較小的帶狀增強(qiáng)纖維束在纖維束幅寬方向連接，形成規(guī)定的寬幅的帶狀增強(qiáng)纖維束的情況下，在向模具內(nèi)導(dǎo)入的纖維束導(dǎo)入工序中，可以使纖維束幅寬方向上相鄰的幅寬小的帶狀增強(qiáng)纖維束間具有間隔。另外，也可以設(shè)置成這樣的構(gòu)成在上述纖維束導(dǎo)入機(jī)構(gòu)緊接著的上游連接可將通路內(nèi)減壓為規(guī)定真空度的密封部，包括通過(guò)使多層帶狀增強(qiáng)纖維束各自在密封部的已減壓為規(guī)定真空度的通路內(nèi)通過(guò)來(lái)提高多層帶狀增強(qiáng)纖維束內(nèi)部的真空度的脫氣機(jī)構(gòu)。另外，在本發(fā)明的片狀預(yù)浸料的制造裝置中，也可以設(shè)置成這樣的構(gòu)成在上述纖維束厚度縮小機(jī)構(gòu)中，多層帶狀增強(qiáng)纖維束中相鄰的帶狀增強(qiáng)纖維束的通過(guò)開(kāi)纖而擴(kuò)幅的位置在帶狀增強(qiáng)纖維束的行進(jìn)方向上相互錯(cuò)開(kāi)。另外，也可以設(shè)置成這樣的構(gòu)成在上述樹(shù)脂含浸機(jī)構(gòu)中，熔融熱塑性樹(shù)脂向各帶狀增強(qiáng)纖維束內(nèi)的含浸位置或含浸完成位置在帶狀增強(qiáng)纖維束的行進(jìn)方向上依次錯(cuò)開(kāi)。另外，可以設(shè)置成這樣的構(gòu)成上述層合機(jī)構(gòu)具有將正在含浸熔融熱塑性樹(shù)脂、和/或已含浸熔融熱塑性樹(shù)脂的多個(gè)帶狀增強(qiáng)纖維束于在帶狀增強(qiáng)纖維束的行進(jìn)方向上依次錯(cuò)開(kāi)的位置按順序?qū)雍系臋C(jī)構(gòu)。
另外，可以設(shè)置成這樣的構(gòu)成在上述模具內(nèi)，在帶狀增強(qiáng)纖維束的行進(jìn)方向上排列有多個(gè)固定導(dǎo)向(例如，擠壓桿)，所述固定導(dǎo)向用于將各帶狀增強(qiáng)纖維束依次開(kāi)纖和/或?qū)⒁押廴跓崴苄詷?shù)脂的帶狀增強(qiáng)纖維束依次層合，在所述多個(gè)固定導(dǎo)向的至少一部分固定導(dǎo)向中設(shè)置有可使至少一部分帶狀增強(qiáng)纖維束通過(guò)的通過(guò)口。另外，也可以設(shè)置成這樣的構(gòu)成作為上述樹(shù)脂含浸機(jī)構(gòu)，具有在帶狀增強(qiáng)纖維束的行進(jìn)方向上的相同位置進(jìn)行上述熔融熱塑性樹(shù)脂向各帶狀增強(qiáng)纖維束內(nèi)的含浸或含浸完成的機(jī)構(gòu)。這種情況下，可以設(shè)置成這樣的構(gòu)成作為層合機(jī)構(gòu)，具有將正在含浸熔融熱塑性樹(shù)脂、和/或已含浸熔融熱塑性樹(shù)脂的多個(gè)帶狀增強(qiáng)纖維束同時(shí)在帶狀增強(qiáng)纖維束的行進(jìn)方向上的規(guī)定位置層合的機(jī)構(gòu)。另外，在本發(fā)明的片狀預(yù)浸料的制造裝置中，可以設(shè)置成這樣的構(gòu)成在上述模具上安裝有脫氣口和/或樹(shù)脂排出口。另外，可以設(shè)置成這樣的構(gòu)成包括再含浸機(jī)構(gòu)，所述再含浸機(jī)構(gòu)配置在上述模具的下游，并具備對(duì)在模具內(nèi)層合形成整體為片狀并從模具拉出的預(yù)浸料實(shí)施壓延處理的壓延輥。這種情況下，可以設(shè)置成這樣的構(gòu)成壓延輥至少具備第I壓延輥和帶溝槽的第2壓延輥，所述第I壓延輥將形成為片狀的預(yù)浸料擴(kuò)幅以在幅寬方向上形成規(guī)定幅寬，所述第2壓延輥配置在所述第I壓延輥的下游，在使擴(kuò)幅后的片狀預(yù)浸料幅寬變窄的同時(shí)進(jìn)行限制以在幅寬方向上形成規(guī)定幅寬。根據(jù)本發(fā)明的片狀預(yù)浸料的制造方法和裝置，可以提供在規(guī)定的整個(gè)厚度上均勻且良好地含浸有樹(shù)脂、增強(qiáng)纖維也可均勻分散的高品質(zhì)的熱塑性片狀預(yù)浸料。另外，可以大幅度縮短樹(shù)脂含浸時(shí)間，可以以高生產(chǎn)率制造所述高品質(zhì)的片狀預(yù)浸料。


圖I是表示本發(fā)明的一實(shí)施方式的片狀預(yù)浸料的制造方法和裝置的示意性構(gòu)成圖。圖2是表示本發(fā)明的片狀預(yù)浸料的制造方法中的開(kāi)纖擴(kuò)幅的一例的帶狀增強(qiáng)纖維束的示意性截面圖。圖3是表示圖I裝置的開(kāi)纖機(jī)的開(kāi)纖的一例的示意性側(cè)視圖(A)和示意性俯視圖⑶。圖4是表示本發(fā)明的片狀預(yù)浸料的制造方法中帶狀增強(qiáng)纖維束向模具的導(dǎo)入和在模具中的層合的一例的模具的示意性截面圖。圖5是表示本發(fā)明的片狀預(yù)浸料的制造方法中帶狀增強(qiáng)纖維束向模具的導(dǎo)入和在模具中的層合的另一例的模具的示意性截面圖。圖6是表示本發(fā)明中所用的固定導(dǎo)向的一例的示意性立體圖。圖7是表示本發(fā)明中所用的固定導(dǎo)向的另一例的示意性立體圖。圖8是表示圖I裝置的壓延輥的壓延處理的一例的示意性側(cè)視圖(A)和示意性俯 視圖⑶。圖9是表示樹(shù)脂向增強(qiáng)纖維束的含浸的基于Darcy法則的簡(jiǎn)單模式的說(shuō)明圖。
具體實(shí)施例方式以下，對(duì)于本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式，參照附圖進(jìn)行說(shuō)明。圖I表示本發(fā)明的一實(shí)施方式的片狀預(yù)浸料的制造方法和裝置，100表示片狀預(yù)浸料的整個(gè)制造裝置。本實(shí)施方式中，包括纖維束導(dǎo)入工序(纖維束導(dǎo)入機(jī)構(gòu))I、纖維束厚度縮小工序(纖維束厚度縮小機(jī)構(gòu))2、脫氣工序(脫氣機(jī)構(gòu))3、樹(shù)脂含浸工序(樹(shù)脂含浸機(jī)構(gòu))4、層合工序(層合機(jī)構(gòu))6、再含浸工序(再含浸機(jī)構(gòu))5。從各粗紗架11拉出多條由多個(gè)連續(xù)增強(qiáng)纖維30構(gòu)成的增強(qiáng)纖維束(帶狀增強(qiáng)纖維束)10，傳送到通過(guò)開(kāi)纖而擴(kuò)幅以此縮小纖維束的厚度的作為一種纖維束厚度縮小機(jī)構(gòu)的開(kāi)纖機(jī)12中。開(kāi)纖機(jī)12既可以如圖所示具有烘箱，伴隨進(jìn)行加熱，也可以不使用對(duì)開(kāi)纖輥13直接加熱的那樣的機(jī)構(gòu)。開(kāi)纖機(jī)12中，例如，利用多個(gè)開(kāi)纖輥13等(或開(kāi)纖用桿)，將導(dǎo)入來(lái)的各帶狀增強(qiáng)纖維束10開(kāi)纖，通過(guò)該開(kāi)纖而擴(kuò)幅，帶狀增強(qiáng)纖維束10的厚度縮小。該開(kāi)纖擴(kuò)幅例如以如圖2所示的形態(tài)進(jìn)行，由連續(xù)增強(qiáng)纖維30構(gòu)成的帶狀增強(qiáng)纖維束10的初期厚度T經(jīng)開(kāi)纖擴(kuò)幅而縮小至厚度t，形成薄的增幅帶狀增強(qiáng)纖維束31的形態(tài)。需要說(shuō)明的是，當(dāng)最終要制造的片狀預(yù)浸料的幅寬比該增幅帶狀增強(qiáng)纖維束31的幅寬大時(shí)，也可以在帶狀增強(qiáng)纖維束10的階段、或帶狀增強(qiáng)纖維束31的階段，將僅必要片數(shù)的帶狀增強(qiáng)纖維束在幅寬方向連接。例如如圖3所示，利用在帶狀增強(qiáng)纖維束10的行進(jìn)方向錯(cuò)開(kāi)的相互不同的位置的開(kāi)纖輥13將并行的多個(gè)帶狀增強(qiáng)纖維束10擴(kuò)幅，將擴(kuò)幅后的多個(gè)帶狀增強(qiáng)纖維束10在幅寬方向連接，形成幅寬更寬的規(guī)定幅寬的增幅帶狀增強(qiáng)纖維束31。需要說(shuō)明的是，省略了圖示，這樣的擴(kuò)幅、幅寬方向的連接也可在后述的模具中進(jìn)行。通過(guò)開(kāi)纖擴(kuò)幅而縮小了厚度的帶狀增強(qiáng)纖維束31在本實(shí)施方式中如圖I所示經(jīng)脫氣工序3、更具體來(lái)說(shuō)經(jīng)由作為脫氣機(jī)構(gòu)的真空密封機(jī)構(gòu)15后，被導(dǎo)入用于含浸樹(shù)脂的模具19內(nèi)。真空密封機(jī)構(gòu)15中，例如，形成有對(duì)外部盡可能屏蔽而帶狀增強(qiáng)纖維束31可通過(guò)的通路16，從所形成的通路16內(nèi)利用真空泵(圖示例中為兩段的真空泵17、18)抽吸空氣。如后所述，在樹(shù)脂含浸工序中，為了均勻且良好地含浸樹(shù)脂，優(yōu)選熔融樹(shù)脂與帶狀增強(qiáng)纖維束接觸較長(zhǎng)時(shí)間。即，優(yōu)選樹(shù)脂含浸用的模具19內(nèi)盡量不混入空氣或氣體，用熔融樹(shù)脂填滿，如果帶狀增強(qiáng)纖維束31向模具內(nèi)帶入大量的空氣，則阻礙熔融樹(shù)脂與帶狀增強(qiáng)纖維束的直接接觸，所以不是優(yōu)選的。生產(chǎn)速度越高，則帶入的空氣量越多，使樹(shù)脂含浸更加困難。通過(guò)所述脫氣，可以將帶狀增強(qiáng)纖維束31帶入模具內(nèi)的空氣抑制為最小限度，樹(shù)脂含浸變?nèi)菀?，可以最大限度發(fā)揮本發(fā)明的效果。在模具19中，從與其連接的擠出機(jī)20供給規(guī)定的熱塑性樹(shù)脂的熔融樹(shù)脂，內(nèi)部產(chǎn)生的氣體和帶狀增強(qiáng)纖維束31帶入的空氣等優(yōu)選從脫氣口 21利用真空泵22等將其排出。另外，從樹(shù)脂排出口 27將劣化的熔融樹(shù)脂和帶狀增強(qiáng)纖維束的細(xì)毛等排出也是優(yōu)選的方式。當(dāng)劣化的熔融樹(shù)脂或帶狀增強(qiáng)纖維束的細(xì)毛等蓄積在模具內(nèi)時(shí)，所得的片狀預(yù)浸料的品質(zhì)降低，不僅如此，還阻礙用于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)性能。通過(guò)從所述樹(shù)脂排出口 27排出劣化的熔融樹(shù)脂和帶狀增強(qiáng)纖維束的細(xì)毛等，可得到更高品質(zhì)的片狀預(yù)浸料，而且可以實(shí)現(xiàn)能耐受長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)的制造。填充在模具19內(nèi)的熔融樹(shù)脂23的含浸例如如圖4或圖5所示進(jìn)行?！?br> 圖4所示的例子中，多條通過(guò)上述的開(kāi)纖擴(kuò)幅而縮小了厚度的帶狀增強(qiáng)纖維束31以在該帶狀增強(qiáng)纖維束31的厚度方向上被配置成多段(圖示例中為4段)且在相鄰帶狀增強(qiáng)纖維束31間具有適當(dāng)?shù)拈g隔的狀態(tài)被導(dǎo)入供給有熔融樹(shù)脂23的模具19內(nèi)。圖示例中，在剛導(dǎo)入模具19內(nèi)的位置排列有引導(dǎo)各帶狀增強(qiáng)纖維束31的導(dǎo)桿32，以維持上述具有間隔的多段狀態(tài)。通過(guò)導(dǎo)桿32后的各帶狀增強(qiáng)纖維束31相互接近以進(jìn)行層合，但在從剛導(dǎo)入模具19內(nèi)的位置至層合的期間保持為相鄰帶狀增強(qiáng)纖維束31間具有間隔的狀態(tài)，所以對(duì)于縮小了厚度的各帶狀增強(qiáng)纖維束31分別從兩面?zhèn)群廴跇?shù)脂23。圖4中，從模具19的一處入口導(dǎo)入多段的帶狀增強(qiáng)纖維束31。雖然未圖示，但是也可以從模具的多處入口分別向模具內(nèi)導(dǎo)入多段的帶狀增強(qiáng)纖維束。為所述方式時(shí)，可以更確實(shí)地以相鄰帶狀增強(qiáng)纖維束31間具有適當(dāng)?shù)拈g隔的狀態(tài)將帶狀增強(qiáng)纖維束導(dǎo)入模具內(nèi)，所以可稱為優(yōu)選方式之一 O含浸了熔融樹(shù)脂23的各帶狀增強(qiáng)纖維束31被在同一模具19內(nèi)層合。該層合可用適當(dāng)?shù)娜我夥椒▽?shí)施，圖4所示的例子中，在帶狀增強(qiáng)纖維束31的行進(jìn)方向排列多個(gè)具有圓柱狀表面的固定導(dǎo)向33a(擠壓桿)，并使圓柱外表面交替在相對(duì)方向的位置與帶狀增強(qiáng)纖維束31接觸，將堆疊的多個(gè)帶狀增強(qiáng)纖維束31依次通過(guò)各固定導(dǎo)向33a來(lái)進(jìn)行層合。對(duì)具有這樣的圓狀表面或其次例示的半圓狀表面的固定導(dǎo)向，使正在含浸熔融樹(shù)脂23、或已含浸熔融樹(shù)脂23的帶狀增強(qiáng)纖維束31 —邊與其接觸一邊通過(guò)，由此在即將接觸的帶狀增強(qiáng)纖維束31與固定導(dǎo)向表面之間形成呈楔狀變窄的間隙，該間隙中朝向帶狀增強(qiáng)纖維束31側(cè)，樹(shù)脂壓逐漸增高，因而促進(jìn)或補(bǔ)充了樹(shù)脂向帶狀增強(qiáng)纖維束31內(nèi)的含浸。即，在固定導(dǎo)向上在上述那樣的層合的同時(shí)可促進(jìn)或補(bǔ)充樹(shù)脂的含浸。另外，使用這樣的固定導(dǎo)向，也可進(jìn)行模具19內(nèi)的纖維束厚度縮小。帶狀增強(qiáng)纖維束的通過(guò)開(kāi)纖擴(kuò)幅而進(jìn)行的纖維束厚度縮小在導(dǎo)入模具之前或?qū)牒蟮闹辽僖徊降碾A段進(jìn)行即可，對(duì)縮小了厚度的帶狀增強(qiáng)纖維束31在模具19內(nèi)進(jìn)行樹(shù)脂的含浸、已含浸了樹(shù)脂的帶狀增強(qiáng)纖維束31的層合即可。圖5所示的例子中，多條通過(guò)開(kāi)纖擴(kuò)幅而縮小了厚度的帶狀增強(qiáng)纖維束31以在該帶狀增強(qiáng)纖維束31的厚度方向上為多層的狀態(tài)(圖示狀態(tài)中可見(jiàn)2段，但各段在模具19內(nèi)暫時(shí)分開(kāi)，并再次層合，因而以合計(jì)4段的形態(tài))被導(dǎo)入供給有熔融樹(shù)脂23的模具19內(nèi)。圖5所示的例子中，具有半圓狀表面的固定導(dǎo)向33b(擠壓桿)以半圓的外表面交替朝向反對(duì)方向的方式在帶狀增強(qiáng)纖維束31的行進(jìn)方向上排列有多個(gè)，使各帶狀增強(qiáng)纖維束31依次含浸熔融樹(shù)脂23，同時(shí)依次層合含浸了熔融樹(shù)脂23的帶狀增強(qiáng)纖維束31。固定導(dǎo)向(擠壓桿)可以為具有圖4所不的圓柱狀表面的固定導(dǎo)向，也可以為具有圖5所不的半圓狀表面的固定導(dǎo)向，然而由于上述模具19內(nèi)將熔融樹(shù)脂23的氧化等劣化抑制為最小限度，所以優(yōu)選使模具19中存在的熔融樹(shù)脂的量為最小限度的固定導(dǎo)向。從所述觀點(diǎn)考慮，認(rèn)為優(yōu)選方式是使用可使模具19的容積為最小限度、具有不占空間的半圓狀表面的固定導(dǎo)向。為了上述最終獲得更加均勻的樹(shù)脂含浸狀態(tài)的片狀預(yù)浸料，優(yōu)選使樹(shù)脂向各層的帶狀增強(qiáng)纖維束31的含浸、樹(shù)脂含浸的促進(jìn)、補(bǔ)充、含浸了樹(shù)脂的帶狀增強(qiáng)纖維束31的層合在帶狀增強(qiáng)纖維束31的行進(jìn)方向依次進(jìn)行。為此，優(yōu)選將多個(gè)固定導(dǎo)向33b排列在帶狀增強(qiáng)纖維束31的行進(jìn)方向，同時(shí)對(duì)于所排列的各固定導(dǎo)向33b將成為工作對(duì)象的帶狀增強(qiáng)纖維束31特定為一部分帶狀增強(qiáng)纖維束31，將其工作對(duì)象依 次錯(cuò)開(kāi)。為了如此設(shè)定，要求某固定導(dǎo)向33b僅對(duì)特定的一部分帶狀增強(qiáng)纖維束31工作，對(duì)于剩余的帶狀增強(qiáng)纖維束31只使其通過(guò)。為了滿足該要求，例如如圖6所示，在固定導(dǎo)向33b上設(shè)置可使一部分帶狀增強(qiáng)纖維束31通過(guò)的通過(guò)口 35即可。對(duì)于上述的圖4所示的例子中那樣的圓柱狀固定導(dǎo)向33a，同樣設(shè)置如圖7所示的通過(guò)口 35即可。如上所示含浸了熔融樹(shù)脂的帶狀增強(qiáng)纖維束31的層合體在從模具19中拉出的狀態(tài)已經(jīng)具有了規(guī)定的預(yù)浸料形態(tài)，然而，本實(shí)施方式中，通過(guò)再含浸工序5，進(jìn)一步利用配置有多個(gè)輥的壓延輥24實(shí)施壓延處理。通過(guò)由該壓延處理產(chǎn)生的從兩面?zhèn)鹊臄D壓，可更確實(shí)且良好地含浸樹(shù)脂，進(jìn)而通過(guò)壓延處理中的加壓壓力的調(diào)整，也可對(duì)作為制品的片狀預(yù)浸料34的最終厚度、最終幅寬進(jìn)行微調(diào)，而且可對(duì)片狀預(yù)浸料34的表面賦予規(guī)定的凹凸形狀。需要說(shuō)明的是，所述凹凸形狀不僅為片狀預(yù)浸料的花紋，而且在與其他部件粘接接合時(shí)，形成物理上的錨固效果而提高粘接性，此時(shí)發(fā)揮非常有效的效果。對(duì)于該最終幅寬，進(jìn)一步高精度調(diào)整時(shí)，優(yōu)選如圖8所示，借助在第I壓延輥25a上通過(guò)，來(lái)將片狀預(yù)浸料擴(kuò)幅后，借助在第2壓延輥25b (優(yōu)選為具有規(guī)定幅寬的溝槽的帶溝槽的輥)上通過(guò)，來(lái)限制片狀預(yù)浸料以使其在幅寬變窄的同時(shí)在幅寬方向上形成規(guī)定幅寬。通過(guò)如上所述在擴(kuò)幅后窄幅化，可以更精確且穩(wěn)定地調(diào)整為目標(biāo)幅寬。另外，由所得的片狀預(yù)浸料34獲得的復(fù)合材料發(fā)揮力學(xué)特性的品質(zhì)穩(wěn)定性優(yōu)異(偏差小)的效果。上述一系列的帶狀增強(qiáng)纖維束的行進(jìn)(傳送)在本實(shí)施方式中通過(guò)配置在壓延輥24下游側(cè)的牽引裝置26的上下帶的旋轉(zhuǎn)來(lái)進(jìn)行。然后，最終，作為制品的片狀預(yù)浸料34被卷繞機(jī)28卷繞成預(yù)浸料卷29。在這樣的本實(shí)施方式的片狀預(yù)浸料的制造方法和裝置中，用于制造作為最終制品的片狀預(yù)浸料34的多個(gè)帶狀增強(qiáng)纖維束10分別通過(guò)開(kāi)纖擴(kuò)幅而縮小厚度，對(duì)縮小了厚度的各個(gè)帶狀增強(qiáng)纖維束31在模具19中從兩面?zhèn)群廴跇?shù)脂23。因此，對(duì)各個(gè)帶狀增強(qiáng)纖維束31，即使使用如熱塑性樹(shù)脂那樣熔融粘度較高的樹(shù)脂時(shí)，也可在短時(shí)間充分良好地含浸樹(shù)脂。然后，將各自充分良好地含浸了熔融樹(shù)脂的樹(shù)脂含浸帶狀增強(qiáng)纖維束31以規(guī)定片數(shù)在相同模具19中層合，形成所期望的片狀預(yù)浸料34，因而作為片狀預(yù)浸料34也保持為整體都良好的樹(shù)脂含浸狀態(tài)。另外，通過(guò)帶狀增強(qiáng)纖維束10的開(kāi)纖擴(kuò)幅而縮小了厚度的各個(gè)帶狀增強(qiáng)纖維束31由于厚度薄且厚度均一，所以在作為最終制品的片狀預(yù)浸料34中的增強(qiáng)纖維30的分散狀態(tài)也保持為優(yōu)異的均勻狀態(tài)。因此，片狀預(yù)浸料34整體都確保了均勻的增強(qiáng)纖維30的分散狀態(tài)和良好的樹(shù)脂含浸狀態(tài)，整體都達(dá)成了所希望的物性。另外，如果在帶狀增強(qiáng)纖維束31于厚度方向上被配置成多段，同時(shí)在相鄰帶狀增強(qiáng)纖維束31間具有間隔的狀態(tài)下，使各帶狀增強(qiáng)纖維束31中含浸熔融樹(shù)脂23，則對(duì)于各個(gè)帶狀增強(qiáng)纖維束31來(lái)說(shuō)，從兩面?zhèn)冗M(jìn)行增強(qiáng)纖維束31厚度方向的較小距離程度(含浸距離程度)的樹(shù)脂含浸，即使為高粘度的熔融樹(shù)脂，也可容易地在短時(shí)間內(nèi)完成其厚度方向上整體都均勻的含浸。這樣的高粘度熔融樹(shù)脂向增強(qiáng)纖維束的含浸的難易度，例如可以使用圖9和下式表示的基于達(dá)西法則(Darcy法則)的簡(jiǎn)單模式進(jìn)行說(shuō)明。如圖9所示，增強(qiáng)纖維束的含浸距離為X、基體樹(shù)脂的熔融粘度為Π、用于含浸熔融樹(shù)脂而通過(guò)機(jī)械方式施加的壓力為Pm時(shí)，以Darcy法則為基礎(chǔ)，將樹(shù)脂含浸所需的時(shí)間timp簡(jiǎn)化表示，則可以用式iiX2/[2S(Pm+PC)]來(lái)說(shuō)明。此處，S表示有關(guān)滲透性的參數(shù)，Pc表示毛細(xì)管柱壓力(浸潤(rùn)性相關(guān)項(xiàng))。即，樹(shù)脂含浸所需的時(shí)間與熔融粘度H成比例，熔融粘度n越高，則越需要時(shí)間(即，含浸變難)，并且樹(shù)脂含浸所需的時(shí)間與含浸距離X的二次方成比例。該含浸距離相當(dāng)于本發(fā)明中的各個(gè)帶狀增強(qiáng)纖維束31的厚度，因而就可以 理解在本發(fā)明中通過(guò)開(kāi)纖擴(kuò)幅使帶狀增強(qiáng)纖維束10形成縮小了厚度的帶狀增強(qiáng)纖維束31是如何對(duì)含浸時(shí)間的縮短做出大的貢獻(xiàn)的。如此，本發(fā)明中，樹(shù)脂向各個(gè)帶狀增強(qiáng)纖維束31中的含浸時(shí)間短，并且將含浸了樹(shù)脂的帶狀增強(qiáng)纖維束31在同一模具19內(nèi)層合，僅此就可得到所期望的片狀預(yù)浸料，因而可大幅度縮短片狀預(yù)浸料的制造時(shí)間，大幅度提高生產(chǎn)率。產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明的片狀預(yù)浸料的制造方法和裝置可以適用于使用連續(xù)增強(qiáng)纖維和熱塑性樹(shù)脂的所有片狀預(yù)浸料的制造。由所述制造方法和裝置得到的片狀預(yù)浸料適用于汽車(chē)、航空器、船舶等運(yùn)輸機(jī)器、文體·運(yùn)動(dòng)部材、壓力容器、油田挖掘、土木建筑的結(jié)構(gòu)部材·準(zhǔn)結(jié)構(gòu)部材等。符號(hào)說(shuō)明I纖維束導(dǎo)入工序(纖維束導(dǎo)入機(jī)構(gòu))2纖維束厚度縮小工序(纖維束厚度縮小機(jī)構(gòu))3脫氣工序(脫氣機(jī)構(gòu))4樹(shù)脂含浸工序(樹(shù)脂含浸機(jī)構(gòu))5再含浸工序(再含浸機(jī)構(gòu))6層合工序(層合機(jī)構(gòu))10帶狀增強(qiáng)纖維束11粗紗架12開(kāi)纖機(jī)13開(kāi)纖輥15真空密封機(jī)構(gòu)16 通路17、18、22 真空泵19 模具20擠出機(jī)21 脫氣口
23熔融樹(shù)脂24壓延輥25a第I壓延輥25b第2壓延輥26牽引裝置27樹(shù)脂排出口28卷繞機(jī)29預(yù)浸料卷 30連續(xù)增強(qiáng)纖維31增幅帶狀增強(qiáng)纖維束32導(dǎo)向桿33a、33b 固定導(dǎo)向34片狀預(yù)浸料35 通過(guò)口100片狀預(yù)浸料的制造裝置
權(quán)利要求
1.一種片狀預(yù)浸料的制造方法，其特征在于，包括下述工序纖維束導(dǎo)入工序，一邊使由多個(gè)連續(xù)增強(qiáng)纖維構(gòu)成的帶狀增強(qiáng)纖維束連續(xù)行進(jìn)，一邊在所述帶狀增強(qiáng)纖維束的厚度方向進(jìn)行多層配置，并導(dǎo)入供給有熔融熱塑性樹(shù)脂的模具內(nèi)； 纖維束厚度縮小工序，將所述多層帶狀增強(qiáng)纖維束各自在向所述模具內(nèi)導(dǎo)入前和導(dǎo)入后的至少其中一階段通過(guò)開(kāi)纖而擴(kuò)幅，縮小各帶狀增強(qiáng)纖維束的厚度； 樹(shù)脂含浸工序，在所述模具內(nèi)使所述熔融熱塑性樹(shù)脂含浸所述縮小了厚度的各帶狀增強(qiáng)纖維束內(nèi)；和 層合工序，將正在含浸所述熔融熱塑性樹(shù)脂、和/或已含浸所述熔融熱塑性樹(shù)脂的多個(gè)帶狀增強(qiáng)纖維束在所述模具內(nèi)層合， 制造作為整體形狀為片狀的預(yù)浸料。
2.如權(quán)利要求I所述的片狀預(yù)浸料的制造方法，其中，將所述多層帶狀增強(qiáng)纖維束在向所述模具內(nèi)導(dǎo)入前和導(dǎo)入后的至少其中一階段配置成在所述帶狀增強(qiáng)纖維束的厚度方向上于相鄰帶狀增強(qiáng)纖維束間具有間隔的多段。
3.如權(quán)利要求I或2所述的片狀預(yù)浸料的制造方法，其中，所述多層帶狀增強(qiáng)纖維束各自通過(guò)將幅寬較小的帶狀增強(qiáng)纖維束在纖維束幅寬方向連接來(lái)形成。
4.如權(quán)利要求I 3中任一項(xiàng)所述的片狀預(yù)浸料的制造方法，其中，在所述纖維束導(dǎo)入工序緊接著的上游連接可將通路內(nèi)減壓為規(guī)定真空度的密封部，包括通過(guò)使所述多層帶狀增強(qiáng)纖維束各自在所述密封部的已減壓為規(guī)定真空度的通路內(nèi)通過(guò)來(lái)提高所述多層帶狀增強(qiáng)纖維束內(nèi)部的真空度的脫氣工序。
5.如權(quán)利要求I 4中任一項(xiàng)所述的片狀預(yù)浸料的制造方法，其中，在所述纖維束厚度縮小工序中，將所述多層帶狀增強(qiáng)纖維束中相鄰的帶狀增強(qiáng)纖維束的通過(guò)開(kāi)纖而擴(kuò)幅的位置在帶狀增強(qiáng)纖維束的行進(jìn)方向相互錯(cuò)開(kāi)。
6.如權(quán)利要求I 5中任一項(xiàng)所述的片狀預(yù)浸料的制造方法，其中，在所述樹(shù)脂含浸工序中，將所述熔融熱塑性樹(shù)脂向各帶狀增強(qiáng)纖維束內(nèi)的含浸位置或含浸完成位置在帶狀增強(qiáng)纖維束的行進(jìn)方向上依次錯(cuò)開(kāi)。
7.如權(quán)利要求6所述的片狀預(yù)浸料的制造方法，其中，在所述層合工序中，將正在含浸所述熔融熱塑性樹(shù)脂、和/或已含浸所述熔融熱塑性樹(shù)脂的多個(gè)帶狀增強(qiáng)纖維束于在帶狀增強(qiáng)纖維束的行進(jìn)方向上依次錯(cuò)開(kāi)的位置按順序?qū)雍稀?br> 8.如權(quán)利要求I 7中任一項(xiàng)所述的片狀預(yù)浸料的制造方法，其中，在所述模具內(nèi)，使用在帶狀增強(qiáng)纖維束的行進(jìn)方向排列的多個(gè)固定導(dǎo)向，將各帶狀增強(qiáng)纖維束依次開(kāi)纖和/或?qū)⒁押廴跓崴苄詷?shù)脂的帶狀增強(qiáng)纖維束依次層合，并且在用于所述開(kāi)纖和/或?qū)雍系亩鄠€(gè)固定導(dǎo)向的至少一部分固定導(dǎo)向中設(shè)置帶狀增強(qiáng)纖維束的通過(guò)口，使至少一部分帶狀增強(qiáng)纖維束通過(guò)所述通過(guò)口。
9.如權(quán)利要求I 5中任一項(xiàng)所述的片狀預(yù)浸料的制造方法，其中，在所述樹(shù)脂含浸工序中，在帶狀增強(qiáng)纖維束的行進(jìn)方向上的相同位置進(jìn)行所述熔融熱塑性樹(shù)脂向各帶狀增強(qiáng)纖維束內(nèi)的含浸或含浸完成。
10.如權(quán)利要求9所述的片狀預(yù)浸料的制造方法，其中，在所述層合工序中，將正在含浸所述熔融熱塑性樹(shù)脂、和/或已含浸所述熔融熱塑性樹(shù)脂的多個(gè)帶狀增強(qiáng)纖維束同時(shí)在帶狀增強(qiáng)纖維束的行進(jìn)方向上的規(guī)定位置層合。
11.如權(quán)利要求I 10中任一項(xiàng)所述的片狀預(yù)浸料的制造方法，其中，在所述樹(shù)脂含浸工序或?qū)雍瞎ば蛑?，從設(shè)置在所述模具上的脫氣口和/或樹(shù)脂排出口排出模具內(nèi)的氣體和/或樹(shù)脂。
12.如權(quán)利要求I 11中任一項(xiàng)所述的片狀預(yù)浸料的制造方法，其中，包括將在所述模具內(nèi)層合并形成整體為片狀的預(yù)浸料從模具中拉出后，進(jìn)一步在壓延輥上通過(guò)的再含浸工序。
13.如權(quán)利要求12所述的片狀預(yù)浸料的制造方法，其中，所述壓延輥至少具備第I壓延輥和第2壓延輥，至少第2壓延輥為帶溝槽的輥，借助在第I壓延輥上通過(guò)，來(lái)將形成為片狀的預(yù)浸料擴(kuò)幅后，借助在第2壓延輥上通過(guò)，來(lái)限制片狀預(yù)浸料的幅寬以使擴(kuò)幅后的片狀預(yù)浸料在幅寬變窄的同時(shí)在幅寬方向上形成規(guī)定的幅寬。
14.如權(quán)利要求I 13中任一項(xiàng)所述的片狀預(yù)浸料的制造方法，其中，所述連續(xù)增強(qiáng)纖維含有碳纖維。
15.一種片狀預(yù)浸料的制造裝置，其是制造作為整體形狀為片狀的預(yù)浸料的片狀預(yù)浸料的制造裝置，其特征在于，其包括 模具，其中被供給熔融熱塑性樹(shù)脂； 纖維束導(dǎo)入機(jī)構(gòu)，一邊使由多個(gè)連續(xù)增強(qiáng)纖維構(gòu)成的帶狀增強(qiáng)纖維束連續(xù)行進(jìn)，一邊在所述帶狀增強(qiáng)纖維束的厚度方向進(jìn)行多層配置，并導(dǎo)入所述模具內(nèi)； 纖維束厚度縮小機(jī)構(gòu)，將所述多層帶狀增強(qiáng)纖維束各自在向所述模具內(nèi)導(dǎo)入前和導(dǎo)入后的至少其中一階段通過(guò)開(kāi)纖而擴(kuò)幅，縮小各帶狀增強(qiáng)纖維束的厚度； 樹(shù)脂含浸機(jī)構(gòu)，在所述模具內(nèi)使所述熔融熱塑性樹(shù)脂含浸所述縮小了厚度的各帶狀增強(qiáng)纖維束內(nèi)；和 層合機(jī)構(gòu)，將正在含浸所述熔融熱塑性樹(shù)脂、和/或已含浸所述熔融熱塑性樹(shù)脂的多個(gè)帶狀增強(qiáng)纖維束在所述模具內(nèi)層合。
16.如權(quán)利要求15所述的片狀預(yù)浸料的制造裝置，其中，包括下述機(jī)構(gòu)其將所述多層帶狀增強(qiáng)纖維束在向所述模具內(nèi)導(dǎo)入前和導(dǎo)入后的至少其中一位置配置成在所述帶狀增強(qiáng)纖維束的厚度方向上于相鄰帶狀增強(qiáng)纖維束間具有間隔的多段。
17.如權(quán)利要求15或16所述的片狀預(yù)浸料的制造裝置，其中，所述多層帶狀增強(qiáng)纖維束各自通過(guò)將幅寬較小的帶狀增強(qiáng)纖維束在纖維束幅寬方向連接來(lái)形成。
18.如權(quán)利要求15 17中任一項(xiàng)所述的片狀預(yù)浸料的制造裝置，其中，在所述纖維束導(dǎo)入機(jī)構(gòu)緊接著的上游連接可將通路內(nèi)減壓為規(guī)定真空度的密封部，包括通過(guò)使所述多層帶狀增強(qiáng)纖維束各自在所述密封部的已減壓為規(guī)定真空度的通路內(nèi)通過(guò)來(lái)提高所述多層帶狀增強(qiáng)纖維束內(nèi)部的真空度的脫氣機(jī)構(gòu)。
19.如權(quán)利要求15 18中任一項(xiàng)所述的片狀預(yù)浸料的制造裝置，其中，在所述纖維束厚度縮小機(jī)構(gòu)中，所述多層帶狀增強(qiáng)纖維束中相鄰的帶狀增強(qiáng)纖維束的通過(guò)開(kāi)纖而擴(kuò)幅的位置在帶狀增強(qiáng)纖維束的行進(jìn)方向上相互錯(cuò)開(kāi)。
20.如權(quán)利要求15 19中任一項(xiàng)所述的片狀預(yù)浸料的制造裝置，其中，在所述樹(shù)脂含浸機(jī)構(gòu)中，所述熔融熱塑性樹(shù)脂向各帶狀增強(qiáng)纖維束內(nèi)的含浸位置或含浸完成位置在帶狀增強(qiáng)纖維束的行進(jìn)方向上依次錯(cuò)開(kāi)。
21.如權(quán)利要求20所述的片狀預(yù)浸料的制造裝置，其中，所述層合機(jī)構(gòu)具有下述機(jī)構(gòu)其將正在含浸所述熔融熱塑性樹(shù)脂、和/或已含浸所述熔融熱塑性樹(shù)脂的多個(gè)帶狀增強(qiáng)纖維束于在帶狀增強(qiáng)纖維束的行進(jìn)方向上依次錯(cuò)開(kāi)的位置按順序?qū)雍稀?br> 22.如權(quán)利要求15 21中任一項(xiàng)所述的片狀預(yù)浸料的制造裝置，其中，在所述模具內(nèi)，在帶狀增強(qiáng)纖維束的行進(jìn)方向上排列有多個(gè)固定導(dǎo)向，所述固定導(dǎo)向用于將各帶狀增強(qiáng)纖維束依次開(kāi)纖和/或?qū)⒁押廴跓崴苄詷?shù)脂的帶狀增強(qiáng)纖維束依次層合，在所述多個(gè)固定導(dǎo)向的至少一部分固定導(dǎo)向中設(shè)置有可使至少一部分帶狀增強(qiáng)纖維束通過(guò)的通過(guò)口。
23.如權(quán)利要求15 19中任一項(xiàng)所述的片狀預(yù)浸料的制造裝置，其中，所述樹(shù)脂含浸機(jī)構(gòu)具有下述機(jī)構(gòu)其在帶狀增強(qiáng)纖維束的行進(jìn)方向上的相同位置進(jìn)行所述熔融熱塑性樹(shù)脂向各帶狀增強(qiáng)纖維束內(nèi)的含浸或含浸完成。
24.如權(quán)利要求23所述的片狀預(yù)浸料的制造裝置，其中，所述層合機(jī)構(gòu)具有下述機(jī)構(gòu) 其將正在含浸所述熔融熱塑性樹(shù)脂、和/或已含浸所述熔融熱塑性樹(shù)脂的多個(gè)帶狀增強(qiáng)纖維束同時(shí)在帶狀增強(qiáng)纖維束的行進(jìn)方向上的規(guī)定位置層合。
25.如權(quán)利要求15 24中任一項(xiàng)所述的片狀預(yù)浸料的制造裝置，其中，在所述模具上安裝有脫氣口和/或樹(shù)脂排出口。
26.如權(quán)利要求15 25中任一項(xiàng)所述的片狀預(yù)浸料的制造裝置，其中，包括再含浸機(jī)構(gòu)，所述再含浸機(jī)構(gòu)配置在所述模具的下游，并具備對(duì)在所述模具內(nèi)層合形成整體為片狀并從模具中拉出的預(yù)浸料實(shí)施壓延處理的壓延輥。
27.如權(quán)利要求26所述的片狀預(yù)浸料的制造裝置，其中，所述壓延輥至少具備第I壓延輥和帶溝槽的第2壓延輥，所述第I壓延輥將形成為片狀的預(yù)浸料擴(kuò)幅以在幅寬方向上形成規(guī)定幅寬，所述第2壓延輥配置在所述第I壓延輥的下游，在使擴(kuò)幅后的片狀預(yù)浸料幅寬變窄的同時(shí)進(jìn)行限制以在幅寬方向上形成規(guī)定幅寬。
28.如權(quán)利要求15 27中任一項(xiàng)所述的片狀預(yù)浸料的制造裝置，其中，所述連續(xù)增強(qiáng)纖維含有碳纖維。
全文摘要
片狀預(yù)浸料的制造方法和制造裝置，所述制造方法包括下述工序纖維束導(dǎo)入工序，將帶狀增強(qiáng)纖維束在厚度方向進(jìn)行多層配置，并導(dǎo)入供給有熔融熱塑性樹(shù)脂的模具內(nèi)；纖維束厚度縮小工序，將帶狀增強(qiáng)纖維束各自通過(guò)開(kāi)纖而擴(kuò)幅，縮小厚度；樹(shù)脂含浸工序，在模具內(nèi)含浸熔融樹(shù)脂；和層合工序，將含浸了樹(shù)脂的多個(gè)帶狀增強(qiáng)纖維束在模具內(nèi)層合?？梢灾圃煺w上均勻且良好地含浸有樹(shù)脂、增強(qiáng)纖維也均勻分散的高品質(zhì)的熱塑性片狀預(yù)浸料。另外，可以大幅度縮短樹(shù)脂含浸時(shí)間，可以大幅提高生產(chǎn)率。
文檔編號(hào)B29B11/16GK102958657SQ20118002905
公開(kāi)日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2011年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者石橋壯一, 船田和昭, 竹內(nèi)真也, 鈴木保, 江藤理那子, 森原理圭, 佐佐木健, 和田原英輔, 野口泰干 申請(qǐng)人:東麗株式會(huì)社