層疊基材及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及層疊基材及其制造方法，該層疊基材的特征在于，鍛壓成型時對復(fù)雜 形狀的賦形性優(yōu)異，能夠在短時間內(nèi)成型，且成型后的部件具有能夠應(yīng)用于結(jié)構(gòu)材料的優(yōu) 異的力學(xué)物性、低偏差性。更詳細(xì)地，涉及下述層疊基材及其制造方法，所述層疊基材容易 地追隨肋材、浮飾等三維形狀的成型，維持作為結(jié)構(gòu)部件的機(jī)械強(qiáng)度，并且適合用于例如飛 機(jī)部件、汽車部件、運(yùn)動用具等的纖維增強(qiáng)塑料的中間基材。
[0002] 本申請基于2013年3月11日在日本申請的特愿2013-048018號和2013年3月 11日在日本申請的特愿2013-048019號主張優(yōu)先權(quán)，將其內(nèi)容援用于此。
【背景技術(shù)】
[0003] 作為纖維增強(qiáng)熱塑性塑料的成型方法，最普遍進(jìn)行的是鍛壓成型，其是將在連續(xù) 增強(qiáng)纖維中含浸熱塑性樹脂的基材（半固化片）層疊，利用沖壓等進(jìn)行加熱加壓，從而賦 形成目的形狀。由此得到的纖維增強(qiáng)，由于使用了連續(xù)增強(qiáng)纖維，因此具有優(yōu)異的力學(xué)物 性。此外，通過按規(guī)則排列連續(xù)增強(qiáng)纖維，能夠設(shè)計出所需要的力學(xué)物性，力學(xué)物性的偏差 也小。然而，由于是連續(xù)增強(qiáng)纖維，因此難以形成三維形狀等復(fù)雜的形狀，由此制造的纖維 增強(qiáng)塑料主要限于用于接近平面形狀的部件。
[0004] 為了解決該問題，已公開將寬度窄的帶狀半固化片切斷成一定長度制成碎片狀半 固化片，使所述碎片狀半固化片分散于平面上，從而得到鍛壓成型性優(yōu)異且流動性良好的 片材的方法（專利文獻(xiàn)1)。然而，在平板上朝完全隨意的方向配置具有一定寬度和長度的 碎片狀半固化片是極為困難的，因而由此制造的片材有即使在同一片材內(nèi)，力學(xué)物性也會 根據(jù)部位、方向的不同而不同的問題。
[0005] 此外，近年來，也在進(jìn)行以生產(chǎn)效率的提高為目的的如下D-LET成型（非專利文獻(xiàn) 1):將增強(qiáng)纖維直接送進(jìn)成型機(jī)的螺旋部，同時進(jìn)行纖維的切斷和分散，然后連續(xù)進(jìn)行射出 成型、擠出成型。根據(jù)該方法，增強(qiáng)纖維被切斷成適當(dāng)?shù)拈L度，從而容易流動并且也能夠追 隨三維形狀等復(fù)雜的形狀。然而，D-LFT有如下問題：在其切斷以及分散工藝中會產(chǎn)生纖維 長度的不均勻、纖維分布的不均勻，從而力學(xué)物性降低或該值的偏差會變大。
[0006] 為了彌補(bǔ)如上所述的材料的缺點(diǎn)，已公開一種層疊基材（專利文獻(xiàn)2和3)，其通過 在由連續(xù)纖維和熱塑性樹脂構(gòu)成的半固化片形成切口，從而能夠在短時間內(nèi)成型，成型時 顯示優(yōu)異的賦形性，形成纖維增強(qiáng)塑料時表現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)物性。然而，該層疊基材雖然與 D-LET相比力學(xué)特性高且其偏差小，但用作結(jié)構(gòu)材料的情況下，則不可謂能夠得到充分的強(qiáng) 度。
[0007] 此外，已示出通過將切口形狀最佳化來對關(guān)于上述強(qiáng)度、其偏差的問題進(jìn)行改進(jìn) 的方法（專利文獻(xiàn)4~6)。然而，根據(jù)該方法，雖然可見力學(xué)特性和偏差的改進(jìn)，但對于薄 的肋材、浮飾等復(fù)雜三維形狀的均勻流動性不充分。此外，根據(jù)該方法，需要在纖維方向配 置多個陡峭的切口，而利用切繪機(jī)進(jìn)行切斷的情況下，形成切口的所需時間變長。此外，根 據(jù)該方法，在利用沖孔配置切口的情況下，有如下問題：不僅沖孔刃的制造成本變得龐大， 沖孔時容易在纖維方向產(chǎn)生裂口，在鄰接的切口之間產(chǎn)生片材脫落。
[0008] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0009] 專利文獻(xiàn)
[0010] 專利文獻(xiàn)1:日本特開平07-164439號公報
[0011] 專利文獻(xiàn)3:日本特開昭63-247012號公報
[0012] 專利文獻(xiàn)4:日本特開昭63-267523號公報
[0013] 專利文獻(xiàn)5:日本特開2008-207544號公報
[0014] 專利文獻(xiàn)6:日本特開2008-207545號公報
[0015] 專利文獻(xiàn)7:日本特開2009-286817號公報
[0016] 非專利文獻(xiàn)
[0017] 非專利文南犬I:In-linecompoundingandmoldingoflong-fiberreinforced thermoplastics(D-LET):Insightintoarapidgrowingtechnology.ANTEC2004 ConferenceProceedingsp.3500

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018] 發(fā)明所要解決的課題
[0019] 本發(fā)明用于解決如上所述的伴隨現(xiàn)有技術(shù)的問題，其課題在于，提供具有能夠應(yīng) 用于結(jié)構(gòu)材料的彎曲強(qiáng)度、彎曲彈性模量等優(yōu)異的力學(xué)物性，并且這些力學(xué)特性的偏差低， 還對復(fù)雜形狀的賦形性優(yōu)異，能夠在短時間內(nèi)成型的層疊基材及其制造方法。
[0020] 用于解決課題的方法
[0021] 本發(fā)明人等為了解決上述課題進(jìn)行深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了通過在含有取向一個方 向的增強(qiáng)纖維和熱塑性基體樹脂的半固化片設(shè)置特定的裂縫，可以解決上述課題，以致完 成本發(fā)明。即，本發(fā)明具有如下（1)~（15)所述的實(shí)施方式。
[0022] (1) -種含有半固化片的層疊基材，其是層疊有多張片狀半固化片的層疊基材，所 述片狀半固化片含有取向一個方向的增強(qiáng)纖維和熱塑性基體樹脂，所述半固化片具有從表 面貫穿至背面的切口，各切口以與各增強(qiáng)纖維僅交叉一次的方式設(shè)置，并且在將連結(jié)所述 切口的起始點(diǎn)和終點(diǎn)的線段長度設(shè)為Ls的情況下，所述線段的長度Ls和切口長度Lr滿足 下述式1的關(guān)系，
[0023] Ls芻Lr芻LsXL5...(式 1)
[0024] 所述線段與所述增強(qiáng)纖維的纖維方向交叉的角度為30°以上、90°以下，所述半 固化片每Im2的切口長度Lr的總和為20m以上、200m以下。
[0025] (2)如上述（1)所述的層疊基材，其含有由所述切口切斷的增強(qiáng)纖維長度為5mm以 上IOOmrn以下的半固化片。
[0026] (3)如上述⑴或⑵所述的層疊基材，所述增強(qiáng)纖維的平均單纖維纖度為 0. 5dtex以上、2. 4dtex以下的碳纖維。
[0027] (4)如上述⑴至⑶中任一項所述的層疊基材，所述層疊基材還含有由熱塑性樹 脂構(gòu)成的層。
[0028] (5)如上述⑴至⑷中任一項所述的層疊基材，構(gòu)成所述層疊基材的多個半固化 片以半固化片所含有的增強(qiáng)纖維方向成為準(zhǔn)各向同性的方式層疊。
[0029] (6)如上述⑴至⑷中任一項所述的層疊基材，構(gòu)成所述層疊基材的多個半固化 片中，當(dāng)將所述半固化片中任一半固化片所含有的增強(qiáng)纖維方向設(shè)為〇°時，所述半固化片 各自所含有的增強(qiáng)纖維方向?yàn)椹枴愕陌牍袒?0°的半固化片交替層疊。
[0030] (7)如上述⑴至（6)中任一項所述的層疊基材，將切口的起始點(diǎn)和終點(diǎn)連結(jié)的直 線與增強(qiáng)纖維交叉的角度為30°以上、60°以下。
[0031] (8)如上述（1)至（7)中任一項所述的層疊基材，構(gòu)成所述層疊基材的半固化片 所含有的增強(qiáng)纖維的體積含有率，相對于半固化片整體體積為20體積％以上、55體積％以 下。
[0032] (9)如上述（1)至⑶中任一項所述的層疊基材，所述半固化片的任一處 5cmX5cm的部分中，每個該25cm2的切口長度Lr的總和為0? 5m以上5m以下。
[0033] (10)如上述⑴至（9)中任一項所述的層疊基材，構(gòu)成所述層疊基材的半固化片 的厚度為50ym以上、200ym以下。
[0034] (11)如上述（1)至（10)中任一項所述的層疊基材，構(gòu)成所述層疊基材的半固化片 彼此粘接。
[0035] (12)如上述（1)至（11)中任一項所述的層疊基材，層疊基材的整個外周截面部分 的50%以上由片狀物覆蓋，所述片狀物在比構(gòu)成半固化片的基體樹脂的融點(diǎn)高KTC的溫 度下保持形狀。
[0036] (13)如上述（12)所述的層疊基材，片狀物為粘著膠帶，以沿層疊基材外周覆蓋最 下層基材外周部、層疊基材的外周截面、最上層基材外周部的方式貼有粘著膠帶。
[0037] (14) -種層疊基材的制造方法，其特征在于，是通過層疊多張半固化片而制造層 疊基材的方法，層疊多張半固化片后，用片狀物覆蓋層疊基材的整個外周截面部分的50% 以上，所述片狀物在比構(gòu)成半固化片的基體樹脂的融點(diǎn)高l〇°C的溫度下保持形狀。
[0038] (15)如上述（14)所述的層疊基材的制造方法，其特征在于，所述片狀物為粘著膠 帶，以沿層疊基材外周覆蓋最下層基材外周部、層疊基材的外周截面、最上層基材外周部的 方式貼附粘著膠帶。
[0039] 此外，下述（16)~（27)也是本發(fā)明的實(shí)施方式之一。
[0040] (16)如上述（1)至（13)中任一項所述的層疊基材，利用激光標(biāo)刻機(jī)施加所述切 □〇
[0041] (17)如上述⑴至（13)中任一項所述的層疊基材，利用切繪機(jī)施加所述切口。
[0042] (18)如上述⑴至（13)中任一項所述的層疊基材，利用沖孔模具施加所述切口。
[0043] (19)如上述⑴至（13)、（16)至（18)中任一項所述的層疊基材，所述半固化片 的至少一邊的長度為Im以上，所述半固化片的面積為Im2以上。
[0044] (20)如上述（14)或（15)所述的層疊基材的制造方法，所述半固化片如下：具有 從表面貫穿至背面的切口，各切口以與各增強(qiáng)纖維僅交叉一次的方式設(shè)置，并且將連結(jié)所 述切口的起始點(diǎn)和終點(diǎn)的線段長度設(shè)為Ls的情況下，所述切口長度Lr滿足下述式1，
[0045] Ls芻Lr芻LsXL5...(式 1)
[0046] 所述線段與所述增強(qiáng)纖維的纖維方向所交叉的角度為30°以上、90°以下，所述 半固化片的每Im2的切口長度Lr的總和為20m以上、200m以下。
[0047](21)如上述（20)所述的層疊基材的制造方法，利用激光標(biāo)刻機(jī)施加所述切口。
[0048] (22)如上述（20)所述的層疊基材的制造方法，利用切繪機(jī)施加所述切口。
[0049] (23)如上述（20)所述的層疊基材的制造方法，利用沖孔模具施加所述切口。
[0050] (24)如上述（14)、（15)、（20)至（23)中任一項所述的層疊基材的制造方法，其 特征在于，將層疊基材的整個外周截面部分的50 %以上用片狀物覆蓋之前或覆蓋之后，利 用熱熔敷將層疊的半固化片彼此粘接，所述片狀物在比構(gòu)成半固化片的基體樹脂的融點(diǎn)高 l〇°C的溫度下保持形狀。
[0051] (25)如上述（14)、（15)、（20)至（23)中任一項所述的層疊基材的制造方法，其特 征在于，將層疊基材的整個外周截面部分的50%以上用片狀物覆蓋之前或覆蓋之后，利用 振動熔敷將層疊的半固化片彼此粘接，所述片狀物在比構(gòu)成半固化片的基體樹脂的融點(diǎn)高 l〇°C的溫度下保持形狀。
[0052] (26)如上述（14)、（15)、（20)至（23)中任一項所述的層疊基材的制造方法，其 特征在于，將層疊基材的整個外周截面部分的50 %以上用片狀物覆蓋之前或覆蓋之后，利 用熱沖壓將層疊的半固化片彼此粘接，所述片狀物在比構(gòu)成半固化片的基體樹脂的融點(diǎn)高 l〇°C的溫度下保持形狀。
[0053] (27)如上述（14)、（15)、（20)~（23)中任一項所述的層疊基材的制造方法，其 特征在于，將層疊基材的整個外周截面部分的50