unwinding)碳纖維束(tow)的步驟、及鋪展(spreading)碳纖維束的步驟。
[0042]更詳細地，多個連續(xù)碳纖維束通過碳纖維解旋輥從卷繞的狀態(tài)解旋，并且可隨后沿著多個鋪展輥被均勻地鋪展，從而連續(xù)碳纖維束的單絲可以預(yù)期的橫向間隔被排布(放寬)。
[0043]例如，通過使連續(xù)碳纖維束穿過纖維分離設(shè)備的各個孔可鋪展所述碳纖維，從而以一個方向排布碳纖維而不會纏結(jié)。
[0044]圖2示意性地示出可用于提供被鋪展的碳纖維的步驟中的碳纖維束鋪展設(shè)備(由日本Harmoni公司制造)。
[0045]圖2 (a)和2 (b)分別從左側(cè)和右側(cè)示出示例性的碳纖維鋪展設(shè)備，圖2 (c)為示出鋪展的連續(xù)碳纖維束的照片。優(yōu)選地，使用12K的碳纖維束(一捆12，000根的集束絲，其纖維直徑為5-7 μm)可被鋪展至約5mm-50mm的寬度；使用24K的碳纖維束(一捆24，000根的集束絲，其纖維直徑為5-7 μπι)可被鋪展至約5mm-70mm的寬度；以及使用48K的碳纖維束(一捆48，000根的集束絲，其纖維直徑為5-7 μπι)可被鋪展至約5mm-100mm的寬度。
[0046]被鋪展的所述碳纖維能夠以規(guī)律的間隔配置，但并不限定于此，根據(jù)需要，也能夠以不規(guī)律的間隔配置。此外，被鋪展的所述碳纖維束可單向地排布，也可根據(jù)需要，以各種編織圖案(如平面、斜紋或緞紋)制成編織物。
[0047]將熱塑性膜置于以如上方式制成的被鋪展的多碳纖維的上側(cè)和下側(cè)的至少一部分上從而形成堆疊體，然后通過使構(gòu)成所述堆疊體的熱塑性膜與碳纖維粘合，以制作復(fù)合材料，也就是半預(yù)浸料。圖3示意性地示出由被鋪展的碳纖維束和熱塑性膜形成的堆疊體。
[0048]此時，所述堆疊體可主要包括一個熱塑性膜和一個碳纖維層，進一步地，可在碳纖維層的上側(cè)和下側(cè)包括熱塑性膜，或在熱塑性膜的上側(cè)和下側(cè)包括碳纖維層，根據(jù)需要，堆疊體可具有連續(xù)堆疊上述復(fù)合層的結(jié)構(gòu)。
[0049]另一方面，所述熱塑性膜的各自厚度優(yōu)選在10-100 μπι的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在15-30 μ m的范圍內(nèi)。如果熱塑性膜的厚度小于10 μ m，實施制造工藝時不會存在問題，但成本可能會增加；相反，如果熱塑性膜的厚度大于100 μπι，則難以實施均勻的浸漬加工。
[0050]考慮到熱塑性粘合層和樹脂層的熔點，可通過照射微波、或照射選自鹵素?zé)艉图t外線燈中的至少一個熱源，以制造所述復(fù)合材料。
[0051]所述微波的照射可由微波裝置實施。通過所述微波的照射，所述碳纖維比熱塑性膜更早吸收微波并產(chǎn)生熱，由此碳纖維的熱量使與碳纖維接觸的熱塑性膜熔融，從而熱塑性膜在與所述碳纖維的接觸點首先熔接，從而可穩(wěn)定地堆疊。
[0052]如果鹵素?zé)艋蚣t外線燈被用于形成復(fù)合材料，構(gòu)成所述堆疊體的熱塑性膜與碳纖維之間的接觸面可被牢固地融合并粘合在一起。
[0053]選擇性地，在提供被鋪展的多個碳纖維的步驟中，所述碳纖維優(yōu)選被具有比熱塑性膜的熔點更低熔點的粘合用樹脂涂覆。即，所述碳纖維可根據(jù)基體樹脂的種類而不同，但優(yōu)選用具有低于基體樹脂熔點溫度的低熔點的選自熱塑性樹脂中的粘合用樹脂來涂覆。
[0054]在此情況下，當(dāng)通過將熱塑性膜置于被鋪展的碳纖維的上側(cè)和下側(cè)中的至少一部分上而形成堆疊體時，即使不使用額外的熱源，熱塑性膜和碳纖維也可由于粘合用樹脂而被粘合成復(fù)合材料。
[0055]這種粘合用樹脂在種類上類似于浸漬膜樹脂，但是與浸漬膜樹脂相比，其在相對低的溫度下熔融。也就是說，粘合用樹脂可以是在浸漬膜樹脂熔融之前熔融并粘合至浸漬膜的任何熱塑性樹脂。
[0056]所述熱塑性膜優(yōu)選由選自包括聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)、聚醚醚酮(PEEK)和聚乙二醇對苯二甲酸酯(PET)的材料形成，但并不限制于此。
[0057]另一方面，所述粘合用樹脂優(yōu)選選自低溫下使用的熱塑性樹脂，如共聚酰胺基樹脂或共聚酯基樹脂等。
[0058]在本發(fā)明中，如上所述碳纖維和熱塑性膜被粘合或融合在一起的材料稱為“半預(yù)浸料”或“復(fù)合材料”，這種復(fù)合材料在隨后的加工如從熱壓輥之間穿過等，仍可保持碳纖維束和熱塑性膜的堆疊結(jié)構(gòu)。
[0059]此后，可進行使用一對輥在真空或大氣壓條件下按壓復(fù)合材料的步驟，通過上述步驟能夠制造熱塑性膜熔融而使樹脂滲入碳纖維內(nèi)部的預(yù)浸料。
[0060]在此情況下，根據(jù)用于形成熱塑性膜的熱塑性樹脂的種類，優(yōu)選地，按壓加工可在100°C至450°C的溫度范圍內(nèi)實施，更優(yōu)選地在150°C至300°C的溫度范圍內(nèi)，以使熱塑性膜熔融而使其容易滲入碳纖維。如果所述按壓加工在低于100°C的溫度下實施，則存在熱塑性膜被不充分地熔融而難以滲入碳纖維的問題；相反，如果所述按壓加工在高于450°C的溫度下實施，則存在任何熱塑性樹脂或熱塑性膜會被損壞或燒毀的問題，從而可根據(jù)熱塑性樹脂或熱塑性膜的種類而選擇最適溫度。
[0061]此外，在使用一對輥在真空或大氣壓條件下實施按壓加工之后，可進一步實施加熱步驟、以及使用一對輥在真空或大氣壓條件下實施額外地按壓加工，此時，碳纖維將更加完整地插入熱塑性膜中。
[0062]在此情況下，優(yōu)選地，根據(jù)熱塑性樹脂和熱塑性膜的種類，所述加熱步驟可在100°C至450°C的溫度范圍內(nèi)實施，以及所述額外地按壓步驟可在100°C至450°C的溫度范圍內(nèi)實施。但是，所述加熱步驟的溫度設(shè)定為上述范圍內(nèi)的、高于加熱步驟之前和之后實施的按壓加工的溫度。
[0063]也就是說，盡管加熱步驟和按壓加工的加工溫度范圍是等同的，但實際情況下加熱步驟是在高于按壓加工的加工溫度的溫度下實施。即，如果實施這種額外的按壓加工，則通過按壓法，將氣泡從熱塑性膜和被鋪展的碳纖維的堆疊體中容易地且完全地去除。此外，這種氣泡在真空條件下更易于被去除，并且可使殘留的氣泡的數(shù)量最小化。
[0064]可使用選自鹵素?zé)艉图t外線燈中的至少一個熱源來實施所述加熱步驟，但并不限制于此。
[0065]由于碳纖維的溫度在上述步驟中升高，本發(fā)明的制造方法可進一步包括自然冷卻步驟以在室溫下自然冷卻碳纖維。這種冷卻步驟可通過注入空氣來實現(xiàn)，但并不限制于此。
[0066]在上述自然冷卻步驟中，在進行冷卻的同時，將被制造的膜或帶纏繞在卷繞輥。
[0067]另一方面，根據(jù)本發(fā)明的方法而制造的連續(xù)碳纖維增強熱塑性預(yù)浸料是由堆疊體構(gòu)成的，所述堆疊體以包括多個熱塑性膜和置于各熱塑性膜之間的碳纖維層的方式制造，或者以包括多個碳纖維層和置于各碳纖維層之間的熱塑性膜的方式制造。所述堆疊體優(yōu)選包括以兩層以上堆疊的熱塑性膜和置于熱塑性膜之間的碳纖維層。
[0068]圖4示意性地示出包括三層熱塑性膜和壓在熱塑性膜之間的兩層碳纖維層的連續(xù)碳纖維增強熱塑性預(yù)浸料。
[0069]根據(jù)本發(fā)明，如圖1所示，用于制造連續(xù)碳纖維增強熱塑性預(yù)浸料的方法可進一步包括使用張力輥來支撐連續(xù)碳纖維增強熱塑性預(yù)浸料的同時，將該連續(xù)碳纖維增強熱塑性預(yù)浸料纏繞到卷繞輥的步驟。
[0070]根據(jù)本發(fā)明的連續(xù)碳纖維增強熱塑性預(yù)浸料的制造方法，可制造具有各種厚度及寬度的連續(xù)碳纖維增強熱塑性半預(yù)浸料或全預(yù)浸料，被制造的帶及/或由帶制成的片可被用作高速成型用碳纖維增強塑料(CFRP)的半成品。圖5(a)和5(b)為分別以不同比例示出的根據(jù)本發(fā)明制造的碳纖維增強熱塑性預(yù)浸料的截面的圖。
[0071]通常，由于用于制造膜的高粘度熱塑性樹脂或熔融樹脂過粘，因此使用一般方法這種樹脂難以順利地浸漬到約有24，000或48，000根的、直徑為約7 μπι的碳纖維束(24Κ、48Κ)中。因此，通過用這類樹脂高度浸漬