纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料及使用了該材料的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料，其是含有熱塑性樹(shù)脂和沿一個(gè)方向排列的強(qiáng)化纖維的束的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料，其中，所述熱塑性樹(shù)脂是反應(yīng)型樹(shù)脂。所述熱塑性樹(shù)脂可以是環(huán)氧樹(shù)脂。另外，所述強(qiáng)化纖維可以是碳纖維。纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體是使用所述纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料而獲得的。另外，纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體可以是進(jìn)行加熱及加壓、進(jìn)行成形而成的。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料及使用了該材料的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料及使用了該材料的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為使用了強(qiáng)化纖維和樹(shù)脂的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體，已知使用了玻璃纖維等強(qiáng)化 纖維和熱固化性環(huán)氧樹(shù)脂等熱固化性樹(shù)脂的片材狀的熱固化型預(yù)成型料(熱固化型預(yù)成型 料片材)。
[0003] 但是，熱固化型預(yù)成型料片材無(wú)法進(jìn)行再成形，另外存在未固化前（熱固化前）的 片材的保管需要低溫的冷藏庫(kù)等問(wèn)題。另外，在對(duì)熱固化性樹(shù)脂的未固化物進(jìn)行固化時(shí)，需 要長(zhǎng)時(shí)間而生產(chǎn)率存在問(wèn)題。
[0004] 另外，為了克服這些缺點(diǎn)，已知使用了強(qiáng)化纖維和熱塑性樹(shù)脂的纖維強(qiáng)化成形體。
[0005] 使用了熱塑性樹(shù)脂的纖維強(qiáng)化成形體在其制造中通過(guò)用螺桿型的攪拌機(jī)等對(duì)熱 塑性樹(shù)脂和強(qiáng)化纖維進(jìn)行攪拌來(lái)使強(qiáng)化纖維的軸方向在熱塑性樹(shù)脂中無(wú)規(guī)地取向。如此獲 得的成形體不易發(fā)生強(qiáng)度或彈性模量等機(jī)械物性因方向的不同而不同的各向異性。
[0006]但是，有在熱塑性樹(shù)脂和強(qiáng)化纖維的攪拌中碳纖維等強(qiáng)化纖維受折而斷裂、所得 成形體的強(qiáng)度降低的危險(xiǎn)。
[0007] 因此，已知通過(guò)將由沿一個(gè)方向取向的碳纖維的束構(gòu)成的片材狀物夾在2張熱塑 性膜之間并加熱至230~260°C進(jìn)行熔融，將熱塑性膜含浸在由碳纖維的束構(gòu)成的片材中， 從而獲得纖維強(qiáng)化成形體的方法(專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。
[0008] 據(jù)報(bào)告，通過(guò)該方法提供了即便強(qiáng)化纖維的體積含有率低、機(jī)械物性及其均一性 也優(yōu)異的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體。
[0009] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0010] 專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0011] 專(zhuān)利文獻(xiàn)1:國(guó)際公開(kāi)第2007/020910號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 發(fā)明所要解決的課題
[0013] 但是，通過(guò)使熱塑性樹(shù)脂加熱熔融的方法獲得的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體中，熱塑性 樹(shù)脂無(wú)法充分地含浸在強(qiáng)化纖維中，無(wú)法作為纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體發(fā)揮充分的強(qiáng)度，并且 發(fā)生熱塑性樹(shù)脂對(duì)強(qiáng)化纖維的含浸不均。
[0014] 作為該對(duì)策，還考慮了通過(guò)將碳纖維的束開(kāi)纖、減薄厚度來(lái)將熱塑性樹(shù)脂充分含 浸在碳纖維中的方法，但并不充分。另外，還考慮了使熱塑性膜充分地加熱熔融、延長(zhǎng)與碳 纖維的束的接觸時(shí)間的方法，但存在生產(chǎn)率降低、生產(chǎn)成本提高并且易于發(fā)生熱塑性樹(shù)脂 的熱變質(zhì)的問(wèn)題。
[0015] 因此，本發(fā)明的目的在于作為纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體發(fā)揮穩(wěn)定的強(qiáng)度、生產(chǎn)率優(yōu)異 的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料及使用該材料獲得的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體。
[0016] 用于解決課題的方法
[0017] 本
【發(fā)明人】們?yōu)榱私鉀Q上述課題進(jìn)行了深入探討，結(jié)果完成了本發(fā)明。
[0018] 即，本發(fā)明例如為以下的構(gòu)成（1)~（10)。
[0019] (1)本發(fā)明的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料是含有熱塑性樹(shù)脂和沿一個(gè)方向排列的強(qiáng)化纖維 的束的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料，其中，所述熱塑性樹(shù)脂是反應(yīng)型樹(shù)脂。
[0020] (2)本發(fā)明的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料中，所述熱塑性樹(shù)脂可以是環(huán)氧樹(shù)脂。
[0021] (3)本發(fā)明的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料中，所述強(qiáng)化纖維可以是碳纖維。
[0022] (4)本發(fā)明的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料中，所述纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料在纖維軸方向的長(zhǎng)度 可以為5~500mm。
[0023] (5)本發(fā)明的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料中，所述纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料的厚度可以為0.15mm 以上。
[0024] (6)本發(fā)明的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料中，構(gòu)成所述強(qiáng)化纖維的束的強(qiáng)化纖維的單纖維 根數(shù)可以為1000根以上。
[0025] (7)本發(fā)明的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料中，纖維體積含有率(Vf值)可以是20~80%。
[0026] (8)本發(fā)明的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體是使用上述任一項(xiàng)所述的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料獲 得的。
[0027] (9)本發(fā)明的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體是對(duì)上述任一項(xiàng)所述的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料進(jìn)行 加熱及加壓、進(jìn)行成形而成的。
[0028] (10)本發(fā)明的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體中，纖維體積含有率(Vf值)可以為20~80%。
[0029]發(fā)明效果
[0030] 本發(fā)明的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料由于熱塑性樹(shù)脂充分地含浸在強(qiáng)化纖維中，因此能夠 獲得可發(fā)揮穩(wěn)定強(qiáng)度的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體。
[0031] 另外，本發(fā)明的纖維強(qiáng)化成形體由于使用纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料進(jìn)行成形，因此具有 穩(wěn)定的強(qiáng)度。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 以下對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明，但本發(fā)明并不僅限定于這些方式，在本 發(fā)明的精神和實(shí)施范圍內(nèi)可以進(jìn)行多種變形。
[0033] <纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料>
[0034] 本實(shí)施方式的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料是含有熱塑性樹(shù)脂和沿一個(gè)方向排列的強(qiáng)化纖 維的束的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料，其中，所述熱塑性樹(shù)脂是反應(yīng)型樹(shù)脂。
[0035] 本實(shí)施方式的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料由于含有熱塑性樹(shù)脂和碳纖維的束，因此具有熱 塑性，即便在使其暫時(shí)固化之后，通過(guò)加熱及加壓處理也可容易地進(jìn)行成形，可獲得所期望 的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體。
[0036]本實(shí)施方式的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料的形狀為片材狀、帶狀、柱狀、結(jié)狀、粒狀等，并無(wú) 特別限定。另外，在相對(duì)于強(qiáng)化纖維的纖維軸方向的垂直方向上切斷而成的截面也是圓狀、 橢圓狀、多邊形狀等，并無(wú)特別限定。其中，這里所說(shuō)的垂直方向可以是與強(qiáng)化纖維的纖維 軸方向大致垂直的方向。
[0037]另外，纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料的大小也無(wú)特別限定，從纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料的破壞韌性、 彎曲強(qiáng)度、耐沖擊性、壓縮強(qiáng)度等強(qiáng)度的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料在纖維軸方向的 長(zhǎng)度為5mm~500mm。纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料在纖維軸方向的長(zhǎng)度更優(yōu)選為10mm以上、進(jìn)一步優(yōu) 選為20mm以上。另外，可以更優(yōu)選為30mm以上、進(jìn)一步優(yōu)選為40mm以上、更進(jìn)一步優(yōu)選超過(guò) 50mm 〇
[0038]另外，纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料在纖維軸方向的長(zhǎng)度的上限并無(wú)特別限定，但為500mm以 下時(shí)，可抑制與使用纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料獲得的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體的強(qiáng)度有關(guān)的各向異 性，獲得具有包括壓縮強(qiáng)度、耐沖擊性在內(nèi)的穩(wěn)定強(qiáng)度的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體。纖維強(qiáng)化樹(shù) 脂材料在纖維軸方向的長(zhǎng)度可以?xún)?yōu)選為300mm以下、更優(yōu)選為100mm以下。
[0039]另外，纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料在纖維軸方向的長(zhǎng)度是指作為纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料的構(gòu)成 要素的強(qiáng)化纖維在纖維軸方向的長(zhǎng)度。
[0040] 另外，除纖維軸方向以外的長(zhǎng)度也并無(wú)特別限定，但當(dāng)為比纖維軸方向的長(zhǎng)度短 的長(zhǎng)度時(shí)，從纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料的生產(chǎn)率和所得纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體的強(qiáng)度的觀點(diǎn)出發(fā)， 更為優(yōu)選。
[0041] 另外，纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料的寬度可以為300mm以下、優(yōu)選為100mm以下、更優(yōu)選為 50mm以下、進(jìn)一步優(yōu)選為30mm以下、更進(jìn)一步優(yōu)選為10mm以下、進(jìn)而更進(jìn)一步優(yōu)選為5mm以 下。另外，纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料的寬度下限值并無(wú)特別限定，纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料的寬度可以為 1mm以上。
[0042] 纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料的寬度為上述上限值以下時(shí)，在進(jìn)行加熱及加壓獲得的纖維強(qiáng) 化樹(shù)脂成形體中強(qiáng)化纖維的束的纖維軸方向易于變得無(wú)規(guī)，因此從所得纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形 體的強(qiáng)度及其穩(wěn)定性的觀點(diǎn)出發(fā)，可以使纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料的寬度的上限值為上述值。
[0043] 另外，關(guān)于纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料的在纖維軸方向的長(zhǎng)度與寬度的關(guān)系，最好纖維軸 方向的長(zhǎng)度比寬度大。優(yōu)選當(dāng)將纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料的寬度記為1時(shí)，纖維軸方向的長(zhǎng)度為 1.5以上、優(yōu)選為2.0以上、更優(yōu)選為3.0以上、進(jìn)一步優(yōu)選為4.0以上、更進(jìn)一步優(yōu)選為5.0以 上。
[0044] 在纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料在纖維軸方向的長(zhǎng)度與寬度的關(guān)系中，當(dāng)為上述下限值以上 時(shí)，纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料在纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體中不僅在面方向上而且在厚度方向上也復(fù)雜 地重疊、成為三維地?zé)o規(guī)的狀態(tài)、強(qiáng)度提高，特別是在厚度厚的成形體中，壓縮強(qiáng)度提高，并 且在厚度薄的成形體中如后所述在萬(wàn)一斷裂時(shí)切斷面的穩(wěn)定性也提高。如此認(rèn)為，壓縮強(qiáng) 度提高的理由是由于纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料三維地?zé)o規(guī)重疊，因此抑制了壓縮所導(dǎo)致的移動(dòng)。
[0045] 另外，關(guān)于纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料在纖維軸方向的長(zhǎng)度與寬度的關(guān)系中的上限，當(dāng)將 纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料的寬度記為1時(shí)，纖維軸方向的長(zhǎng)度可以為50.0以下、更優(yōu)選為30.0以 下、進(jìn)一步優(yōu)選為20.0以下。
[0046] 在纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料在纖維軸方向的長(zhǎng)度與寬度的關(guān)系中，當(dāng)超過(guò)上述上限值 時(shí)，有纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體的生產(chǎn)率、強(qiáng)度的穩(wěn)定性降低的危險(xiǎn)。
[0047]另外，本實(shí)施方式的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料的厚度并無(wú)特別限定，可以為0.10mm以上、 優(yōu)選為〇. 15mm以上、更優(yōu)選為0.20mm以上、進(jìn)一步優(yōu)選為0.3mm以上、更進(jìn)一步優(yōu)選為0.5mm 以上、進(jìn)而更進(jìn)一步優(yōu)選為1.0mm以上。纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料的厚度的上限約為10mm左右。 [0048]纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料的厚度為上述下限值以上時(shí)，所得纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料的操作性 提高。當(dāng)將碳纖維或玄武巖纖維(Basalt Fiber)作為強(qiáng)化纖維使用時(shí)，由于強(qiáng)度上存在各 向異性，因此當(dāng)纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料的厚度小于上述下限值時(shí)，在制造纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體 之前，有纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料斷裂的危險(xiǎn)。另外，從纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料的生產(chǎn)率的觀點(diǎn)出發(fā)， 或從對(duì)使用纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料獲得的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體進(jìn)行加熱及加壓進(jìn)行制造時(shí)、纖 維強(qiáng)化樹(shù)脂材料根據(jù)纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料之間的空隙在厚度或?qū)挾确较虻壬习l(fā)生變形、將該 空隙填埋、從而提高強(qiáng)度及強(qiáng)度穩(wěn)定性的觀點(diǎn)出發(fā)，纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料的厚度可以為上述 下限值以上。
[0049] 另外，當(dāng)纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料的厚度為上述上限值以下時(shí)，可以使熱塑性樹(shù)脂充分 地含浸至碳纖維的束的內(nèi)部。另外，從纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料的生產(chǎn)率的觀點(diǎn)及使用纖維強(qiáng)化 樹(shù)脂材料獲得的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體的強(qiáng)度的觀點(diǎn)出發(fā)，纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料的厚度也可以 為上述上限值以下。此外，當(dāng)纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料的厚度為上述上限值以下時(shí)，當(dāng)對(duì)纖維強(qiáng)化 成形體進(jìn)行加熱及加壓進(jìn)行制造時(shí)，可抑制在纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體中含有空氣等、強(qiáng)度或 生產(chǎn)穩(wěn)定。
[0050] 在熱作用下熔融而被使用的熱塑性樹(shù)脂由于難以含浸至強(qiáng)化纖維的束中，因此需 要使強(qiáng)化纖維的束為〇.13mm以下的薄的片材狀，但為本實(shí)施方式的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料時(shí)， 由于使用反應(yīng)型的熱塑性樹(shù)脂，因此熱塑性樹(shù)脂易于含浸在強(qiáng)化纖維的束中，因此不需要 減薄強(qiáng)化纖維的束，獲得厚度厚的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料。
[0051] 另外，本實(shí)施方式的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料中的纖維體積含有率(Vf值)優(yōu)選為20%~ 80%。纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料的Vf值從使用該纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料獲得的纖維強(qiáng)化成形體的強(qiáng)度 的觀點(diǎn)出發(fā)，可以更優(yōu)選為30%以上、進(jìn)一步優(yōu)選為40%以上。另外，從使用纖維強(qiáng)化樹(shù)脂 材料獲得的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體的外觀品位的觀點(diǎn)、成形性的觀點(diǎn)及強(qiáng)度的觀點(diǎn)出發(fā)，纖 維強(qiáng)化樹(shù)脂材料的Vf值可以更優(yōu)選為70 %以下、進(jìn)一步優(yōu)選為60 %以下。
[0052] 另外，雖然也取決于纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料的形狀，但為了獲得纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體、 在對(duì)纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料進(jìn)行加熱及加壓時(shí)，當(dāng)在纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料與纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料之 間產(chǎn)生空間時(shí)，纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料的Vf值可以為50%以下、更優(yōu)選為45%以下。構(gòu)成纖維強(qiáng) 化樹(shù)脂材料的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料與纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料之間形成空間時(shí)，有所得纖維強(qiáng)化樹(shù) 脂成形體的強(qiáng)度降低、無(wú)法獲得穩(wěn)定強(qiáng)度的危險(xiǎn)。
[0053] <<熱塑性樹(shù)脂>>
[0054] 本實(shí)施方式的熱塑性樹(shù)脂是環(huán)氧樹(shù)脂、聚酰胺樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂、聚苯硫醚樹(shù)脂、 聚氯乙烯樹(shù)脂、聚乙烯、聚丙烯、聚縮醛樹(shù)脂、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚對(duì)苯二甲酸乙二 醇酯、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)樹(shù)脂、改性聚苯醚樹(shù)脂、苯氧樹(shù)脂、聚砜、聚醚砜、聚醚酮、 聚醚醚酮、芳香族聚酯等熱塑性樹(shù)脂，是通過(guò)添加交聯(lián)劑或催化劑、聚合引發(fā)劑、聚合促進(jìn) 劑等固化劑或進(jìn)行加熱、反應(yīng)開(kāi)始或者反應(yīng)得到促進(jìn)等而進(jìn)行固化的反應(yīng)型樹(shù)脂，在固化 后也具有熱塑性。作為熱塑性樹(shù)脂，優(yōu)選分子結(jié)構(gòu)為直鏈狀者。另外，這些熱塑性樹(shù)脂還可 配合多種進(jìn)行使用。
[0055] 另外，熱塑性樹(shù)脂也有反應(yīng)后化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變的情況，例如環(huán)氧樹(shù)脂在反應(yīng)后 變成苯氧樹(shù)脂。另外，在不脫離本發(fā)明目的的范圍內(nèi)還可在熱塑性樹(shù)脂中配合熱固化性樹(shù) 脂。
[0056] 使用這種熱塑性樹(shù)脂獲得的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體通過(guò)在成形后也進(jìn)行加熱可以 容易地使其變形，另外再循環(huán)也容易。
[0057] 從破壞韌性、彎曲強(qiáng)度、耐沖擊性、壓縮強(qiáng)度等強(qiáng)度、還包含對(duì)耐酸、耐堿等耐化學(xué) 試劑性的耐久性觀點(diǎn)出發(fā)，作為反應(yīng)型的熱塑性樹(shù)脂特別優(yōu)選反應(yīng)型的熱塑性環(huán)氧樹(shù)脂。 另外，作為強(qiáng)化纖維使用碳纖維時(shí)，從與碳纖維的親和性的觀點(diǎn)出發(fā)，也優(yōu)選反應(yīng)型的熱塑 性環(huán)氧樹(shù)脂，使用纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料獲得的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體的強(qiáng)度及其耐久性也進(jìn)一 步提高。另外，本實(shí)施方式的反應(yīng)型熱塑性環(huán)氧樹(shù)脂還包括在反應(yīng)后變?yōu)楸窖鯓?shù)脂者。
[0058] 這種反應(yīng)型的熱塑性樹(shù)脂在利用固化劑使其固化之前，由于可以為在常溫下為液 狀或通過(guò)溶劑進(jìn)行溶解或分散者，因此可以使樹(shù)脂含浸至強(qiáng)化纖維的束的內(nèi)部。另外，由于 樹(shù)脂存在至強(qiáng)化纖維的束的內(nèi)部，因此強(qiáng)化纖維與熱塑性樹(shù)脂充分地絡(luò)合(相互接觸）。因 此，使用本實(shí)施方式的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料獲得的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體具有優(yōu)異的強(qiáng)度、并 且具有抑制了不均的穩(wěn)定強(qiáng)度。
[0059] 另外，反應(yīng)型的熱塑性樹(shù)脂與使其加熱熔融后使用的未反應(yīng)型的熱塑性樹(shù)脂相 比，反應(yīng)前的熱塑性樹(shù)脂的分子量小、流動(dòng)性提高，在反應(yīng)后例如能夠以數(shù)均分子量計(jì)高分 子化成1萬(wàn)以上甚至3萬(wàn)以上，并且能夠調(diào)整交聯(lián)的狀態(tài)，還能夠提高強(qiáng)度、調(diào)整可撓性、熱 變質(zhì)性。
[0060] 另外，熱塑性樹(shù)脂的玻璃化轉(zhuǎn)變點(diǎn)優(yōu)選為90~200°C。從所得纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體 的熱穩(wěn)定性的觀點(diǎn)出發(fā)，熱塑性樹(shù)脂的玻璃化轉(zhuǎn)變點(diǎn)更優(yōu)選為95°C以上。另外，從所得纖維 強(qiáng)化樹(shù)脂成形體的成形性的觀點(diǎn)出發(fā)，熱塑性樹(shù)脂的玻璃化轉(zhuǎn)變點(diǎn)更優(yōu)選為170°C以下、進(jìn) 一步優(yōu)選為150°C以下。其中，玻璃化轉(zhuǎn)變點(diǎn)使用示差掃描熱量測(cè)定法(DSC)進(jìn)行測(cè)定。
[0061 ] <<強(qiáng)化纖維的束>>
[0062] 本實(shí)施方式的強(qiáng)化纖維可舉出無(wú)機(jī)纖維、有機(jī)纖維、金屬纖維或?qū)⑺鼈儚?fù)合后使 用的纖維。具體而言，作為強(qiáng)化纖維，可舉出碳纖維、石墨纖維、碳化硅纖維、鋁纖維、碳化鎢 纖維、硼纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維、對(duì)位芳綸纖維、間位芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖 維、聚芳酯纖維、ΡΒ0(聚對(duì)亞苯基苯并噁唑)纖維、聚苯硫醚(PPS)纖維、聚酰亞胺纖維、氟纖 維、聚乙烯醇(PVA纖維）、不銹鋼、鐵等。
[0063] 從重量輕、強(qiáng)度大的觀點(diǎn)出發(fā)，強(qiáng)化纖維優(yōu)選為碳纖維、玄武巖纖維，特別優(yōu)選為 碳纖維。
[0064] 碳纖維無(wú)論是PAN系及瀝青系中的任一種碳纖維均可使用。其中，從強(qiáng)度與彈性模 量的平衡的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選為PAN系的碳纖維。
[0065] 另外，本實(shí)施方式中，使用使強(qiáng)化纖維沿一個(gè)方向排列、結(jié)成束者。這里，使強(qiáng)化纖 維沿一個(gè)方向排列是指沿強(qiáng)化纖維的纖維軸方向?qū)R。另外，將強(qiáng)化纖維結(jié)成束是指只要 是使2根以上的強(qiáng)化纖維的單纖維成束即可，可以利用集束劑使其成束，也可以不使用集束 劑使其成束。從生產(chǎn)率的觀點(diǎn)出發(fā)，可以利用集束劑使其成束。其中，在使用集束劑時(shí)，可以 使用與熱塑性樹(shù)脂的親和性高的集束劑。此時(shí)，熱塑性樹(shù)脂易于含浸于強(qiáng)化纖維的束中，易 于獲得具有優(yōu)異的強(qiáng)度且強(qiáng)度穩(wěn)定的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體。
[0066] 沿一個(gè)方向排列的強(qiáng)化纖維的束優(yōu)選是使1000根以上的強(qiáng)化纖維的單纖維成束 而成的束，更優(yōu)選為1萬(wàn)根以上、進(jìn)一步優(yōu)選為10萬(wàn)根以上。強(qiáng)化纖維的束的根數(shù)的上限并 無(wú)特別限定，但為未將強(qiáng)化纖維的束開(kāi)纖者時(shí)，為1〇〇萬(wàn)根左右。其中，當(dāng)將沿一個(gè)方向排列 的強(qiáng)化纖維的束開(kāi)纖后進(jìn)行使用時(shí)，根數(shù)可以進(jìn)一步增加。
[0067]因此，本實(shí)施方式中，由于可以不對(duì)使6000根(6K)由碳纖維制造商供給的碳纖維 的單纖維成束而成的制品或者使12000根（12K)、24000根(24K)等制品進(jìn)行開(kāi)纖等而直接使 用、或者不對(duì)使這些制品進(jìn)一步成束而成者進(jìn)行開(kāi)纖而直接使用，因此生產(chǎn)率優(yōu)異。當(dāng)然， 也可以對(duì)使多根由碳纖維制造商供給的碳纖維的單纖維成束而成的制品進(jìn)行開(kāi)纖后使用。 [0068]另外，碳纖維可以是無(wú)捻絲、加捻絲、退捻絲。
[0069] 本實(shí)施方式中，在相對(duì)于碳纖維的束的纖維軸方向的垂直方向上切斷而成的截面 形狀是圓形、橢圓、多邊形等，并無(wú)特別限定。其中，這里所說(shuō)的垂直方向是指只要是與強(qiáng)化 纖維(碳纖維）的纖維軸方向大致垂直的方向即可。
[0070] 本實(shí)施方式中，使用反應(yīng)型的熱塑性樹(shù)脂，由于樹(shù)脂易于含浸至強(qiáng)化纖維的束的 內(nèi)部，因此并不一定需要對(duì)由多個(gè)單纖維根數(shù)成形的強(qiáng)化纖維的束進(jìn)行開(kāi)纖等，因此可以 直接使用由纖維制造商供給的纏在滾筒等上的強(qiáng)化纖維，工序數(shù)也減少、生產(chǎn)率優(yōu)異。另 外，由于可以一次性地將熱塑性樹(shù)脂賦予給由多個(gè)單纖維構(gòu)成的強(qiáng)化纖維的束，因此生產(chǎn) 率優(yōu)異。
[0071 ] <纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料的制造方法>
[0072]下面，對(duì)本實(shí)施方式的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料的優(yōu)選的一個(gè)制造方法進(jìn)行說(shuō)明。其中， 本實(shí)施方式的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料的制造方法并不限定于以下方法。需要說(shuō)明的是，對(duì)于與 之前說(shuō)明過(guò)的內(nèi)容重復(fù)的事項(xiàng)，將部分說(shuō)明省略或簡(jiǎn)化。
[0073]本實(shí)施方式的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料將由碳纖維制造商等纖維制造商供給的纏在滾 筒等上的上述沿一個(gè)方向排列的強(qiáng)化纖維的束拉出，之后賦予熱塑性樹(shù)脂溶液。其中，可以 將從碳纖維制造商等供給的一個(gè)滾筒拉出者作為強(qiáng)化纖維的束進(jìn)行使用，也可以將多個(gè)滾 筒安裝在粗紗架上，使多根強(qiáng)化纖維的束進(jìn)一步成束后作為一個(gè)強(qiáng)化纖維的束進(jìn)行使用。 [0074]熱塑性樹(shù)脂溶液如上所述，是至少含有各種反應(yīng)型的熱塑性樹(shù)脂和用于將該熱塑 性樹(shù)脂溶解、分散的溶劑、固化劑的溶液。熱塑性環(huán)氧樹(shù)脂如上所述。其中，熱塑性樹(shù)脂溶液 不僅是溶質(zhì)完全溶解在溶劑中的溶液，還包含乳膠或分散液。
[0075]作為溶劑，可舉出水、二甲基甲酰胺、甲苯、二甲苯、環(huán)己烷、醋酸甲酯、醋酸乙酯、 醋酸丁酯、丙酮、甲乙酮、甲基異丁基酮、二異丁基酮、環(huán)己酮、甲醇、乙醇、丁醇、異丙醇、甲 基溶纖劑、溶纖劑、環(huán)己酮等。
[0076] 作為固化劑，可舉出交聯(lián)劑或催化劑、聚合引發(fā)劑、聚合促進(jìn)劑等固化劑，環(huán)氧樹(shù) 脂中可舉出脂肪族聚胺、聚氨基酰胺、酮亞胺、脂肪族二胺、芳香族二胺、咪唑、叔胺等胺系 化合物，磷酸化合物、酸酐系化合物、硫醇系化合物、酚醛樹(shù)脂、氨基樹(shù)脂、雙氰胺、路易斯酸 絡(luò)合物等。
[0077] 另外，熱塑性樹(shù)脂溶液中在不脫離本發(fā)明目的的范圍內(nèi)還可添加抗氧化劑、紫外 線(xiàn)吸收劑、顏料、增粘劑、乳化劑、分散劑等添加劑。
[0078] 本實(shí)施方式的熱塑性樹(shù)脂溶液的粘度可以為5~lOOOmPa · s。為5mPa · s以上時(shí)， 則可以將充分量的熱塑性樹(shù)脂賦予至強(qiáng)化纖維的束。另外，熱塑性樹(shù)脂溶液的粘度優(yōu)選為 10mPa · s以上、更優(yōu)選為50mPa · s以上。另外，熱塑性樹(shù)脂溶液的粘度為1000mP · s以下時(shí)， 可以使熱塑性樹(shù)脂滲透至強(qiáng)化纖維的束的內(nèi)部。熱塑性樹(shù)脂溶液的粘度更優(yōu)選為800mPa· s以下、進(jìn)一步優(yōu)選為500mPa · s以下。
[0079]熱塑性樹(shù)脂對(duì)強(qiáng)化纖維的束的賦予方法可舉出以下方法:使強(qiáng)化纖維的束浸漬于 熱塑性樹(shù)脂溶液中的浸漬法;在浸漬后利用乳液機(jī)等進(jìn)行絞擰的浸乳法;使熱塑性樹(shù)脂溶 液附著在輕觸涂布輥或凹版輥等上，將熱塑性樹(shù)脂從該輕觸涂布輥等上轉(zhuǎn)印至強(qiáng)化纖維的 束的轉(zhuǎn)印法;或者將霧狀的熱塑性樹(shù)脂溶液賦予至強(qiáng)化纖維的束的噴霧法等。另外，在浸漬 法、轉(zhuǎn)印法、噴霧法等中，通過(guò)將附著有熱塑性樹(shù)脂溶液的強(qiáng)化纖維的束與狹縫、口模、乳輥 等接觸，可以將熱塑性樹(shù)脂擠壓到強(qiáng)化纖維的內(nèi)部，將多余的熱塑性樹(shù)脂除去，或者調(diào)整熱 塑性樹(shù)脂在強(qiáng)化纖維的束中的賦予量。
[0080] 可以按照熱塑性樹(shù)脂在強(qiáng)化纖維的束中的量達(dá)到所述的優(yōu)選Vf值的方式，調(diào)整熱 塑性樹(shù)脂溶液在強(qiáng)化纖維中的賦予量或者熱塑性樹(shù)脂中的熱塑性樹(shù)脂量。
[0081] 本實(shí)施方式中，由于熱塑性樹(shù)脂溶液的粘度低，因此即便在利用轉(zhuǎn)印法將熱塑性 樹(shù)脂賦予至強(qiáng)化纖維的束的單面時(shí)，也可使熱塑性樹(shù)脂滲透至強(qiáng)化碳纖維的束的內(nèi)部。當(dāng) 然，還可以利用轉(zhuǎn)印法將熱塑性樹(shù)脂賦予至強(qiáng)化纖維的束的兩面。
[0082]將熱塑性樹(shù)脂賦予至強(qiáng)化纖維的束之后，進(jìn)行干燥和/或熱處理。干燥和熱處理可 以同時(shí)進(jìn)行。另外，在獲得纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料的階段中，可以使熱塑性樹(shù)脂完全地反應(yīng)，但 也可以是以某種程度的狀態(tài)反應(yīng)停止(或者反應(yīng)速度降低）的狀態(tài)，在纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體 的制造時(shí)使熱塑性樹(shù)脂完全地反應(yīng)。
[0083]將熱塑性樹(shù)脂賦予至強(qiáng)化纖維的束之后進(jìn)行干燥或熱處理的目的是為了至少消 除纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料表面的粘性。通過(guò)消除纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料表面的粘性，纖維強(qiáng)化樹(shù)脂 材料在制造工序中的操作性提高，因此從生產(chǎn)率的觀點(diǎn)出發(fā)優(yōu)選。另外，在使用該纖維強(qiáng)化 樹(shù)脂材料獲得的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體中，易于獲得沒(méi)有各向異性者，同時(shí)在其制造工序中 操作性良好、從生產(chǎn)率的觀點(diǎn)出發(fā)也優(yōu)選。
[0084]干燥及熱處理溫度也取決于熱塑性樹(shù)脂、固化劑或溶劑，但為環(huán)氧樹(shù)脂時(shí)，在干燥 時(shí)可以在40~120 °C下進(jìn)行1分鐘~1小時(shí)左右，在熱處理時(shí)可以在120 °C~250 °C下進(jìn)行1分 鐘~1小時(shí)左右。更優(yōu)選干燥為50~100°C下10分鐘~30分鐘、熱處理為120 °C~180 °C下3分 鐘~40分鐘。這種條件的范圍從所得纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體的品位及生產(chǎn)率的觀點(diǎn)出發(fā)是優(yōu) 選的。
[0085]在通過(guò)將熱塑性樹(shù)脂賦予至碳纖維的束、進(jìn)行干燥和/或熱處理之后，將賦予了該 熱塑性樹(shù)脂的強(qiáng)化纖維的束切斷，從而獲得纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料。
[0086] 賦予了熱塑性樹(shù)脂的強(qiáng)化纖維的束的切斷是在相對(duì)于沿一個(gè)方向排列的強(qiáng)化纖 維的束的纖維軸方向的垂直方向上進(jìn)行切斷。其中，這里所說(shuō)的垂直方向是指，即便相對(duì)于 強(qiáng)化纖維的纖維軸方向并非準(zhǔn)確地垂直也是可以的，只要在大致垂直的方向上切斷即可。 被切斷的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料的長(zhǎng)度如上所述。
[0087] 另外，當(dāng)賦予有熱塑性樹(shù)脂的強(qiáng)化纖維的束的形狀為片材狀或柱狀時(shí)等，還可根 據(jù)需要與強(qiáng)化纖維的束的纖維軸方向平行地進(jìn)行切斷。
[0088] <纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體>
[0089] 下面，對(duì)本實(shí)施方式的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體進(jìn)行說(shuō)明。其中，對(duì)于與說(shuō)明過(guò)的內(nèi)容 重復(fù)的事項(xiàng)，將部分說(shuō)明省略或簡(jiǎn)化。
[0090] 本實(shí)施方式的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體是使用上述纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料而獲得的。優(yōu)選 是對(duì)上述纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料進(jìn)行加熱及加圧、進(jìn)行成形而獲得的。
[0091] 具體而言，本實(shí)施方式的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體由含有熱塑性樹(shù)脂和多個(gè)強(qiáng)化纖維 沿一個(gè)方向排列而成的長(zhǎng)條狀強(qiáng)化纖維的束(強(qiáng)化纖維束）的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料構(gòu)成，是長(zhǎng) 條狀強(qiáng)化纖維的束三維地?zé)o規(guī)層疊而成的層疊構(gòu)造。通過(guò)三維地層疊長(zhǎng)條狀的強(qiáng)化纖維的 束，可以獲得耐沖擊性及破壞韌性?xún)?yōu)異的成形體。
[0092] 這里，多個(gè)強(qiáng)化纖維沿一個(gè)方向排列而成的長(zhǎng)條狀的強(qiáng)化纖維的束三維地?zé)o規(guī)層 疊是指，通過(guò)將多根強(qiáng)化纖維沿一個(gè)方向排列所獲得的長(zhǎng)條狀強(qiáng)化纖維的束為多個(gè)、各束 的纖維軸方向相對(duì)于纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體的面方向無(wú)規(guī)地配置，且該多個(gè)強(qiáng)化纖維的束在 纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體的厚度方向上相互重疊地層疊的狀態(tài)，更具體而言是指，多個(gè)長(zhǎng)條狀 的強(qiáng)化纖維的束在各束的上表面及下表面按照束的纖維軸方向相互間為無(wú)規(guī)的方式部分 地重疊，且各束相對(duì)于強(qiáng)化樹(shù)脂成形體的面方向無(wú)規(guī)地稍有傾斜、相互間重合、層疊的狀 ??τ 〇
[0093] 如此，構(gòu)成本實(shí)施方式的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料是將多根強(qiáng)化 纖維沿一個(gè)方向排列、結(jié)成束而成的。將多根強(qiáng)化纖維沿一個(gè)方向排列、結(jié)成束是指將構(gòu)成 強(qiáng)化纖維的束的多根強(qiáng)化纖維的各個(gè)纖維軸方向?qū)R。因此，只要是將構(gòu)成強(qiáng)化纖維的束 的強(qiáng)化纖維的大致軸方向?qū)R，則強(qiáng)化纖維的束或構(gòu)成其的強(qiáng)化纖維也可彎曲或蛇行。特 別是，通過(guò)加熱及加壓形成的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體中，多存在由于成形體的凹凸形狀、強(qiáng)化 纖維及該束之間的交絡(luò)、強(qiáng)化纖維或強(qiáng)化纖維的束發(fā)生彎曲或成為蛇行的形狀者。另外，將 長(zhǎng)條狀的強(qiáng)化纖維的束三維地?zé)o規(guī)層疊這一概念中還包含這樣地強(qiáng)化纖維或強(qiáng)化纖維的 束因加壓等發(fā)生彎曲、蛇行或變形的狀態(tài)。
[0094] 另外，構(gòu)成本實(shí)施方式的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料由于含有熱塑 性樹(shù)脂和強(qiáng)化纖維的束，因此具有熱塑性。因此，即便在暫時(shí)使其固化以制作纖維強(qiáng)化樹(shù)脂 成形體之后，通過(guò)對(duì)纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體進(jìn)行加熱及加壓，可以容易地變形為任意的形狀。
[0095] 另外，纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體中，長(zhǎng)條狀的強(qiáng)化纖維的束相對(duì)于纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形 體的面方向并不必一定傾斜，在多個(gè)長(zhǎng)條狀的強(qiáng)化纖維的束中也可以包含相對(duì)于纖維強(qiáng)化 樹(shù)脂成形體的面方向未傾斜者。另外，構(gòu)成纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料中還 可含有催化劑、抗氧化劑、顏料等除強(qiáng)化纖維及熱塑性樹(shù)脂以外的物質(zhì)。
[0096]如此，本實(shí)施方式的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體是使用多個(gè)纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料而獲得 的，構(gòu)成這些纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料的沿一個(gè)方向排列的強(qiáng)化纖維的束的纖維軸方向分別變得 無(wú)規(guī)，各向異性得到抑制。即，作為強(qiáng)化纖維的束，雖然強(qiáng)化纖維沿一個(gè)方向排列，但由于構(gòu) 成纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體的多個(gè)強(qiáng)化纖維的束的各自纖維軸方向變得無(wú)規(guī)，因此以纖維強(qiáng)化 樹(shù)脂成形體的整體進(jìn)行觀察時(shí)，強(qiáng)化纖維的纖維軸方向變得無(wú)規(guī)。
[0097] 因此，纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體沒(méi)有各向異性，相對(duì)于所有方向均可發(fā)揮均一的強(qiáng)度。
[0098] 此外，層疊碳纖維織物所獲得的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體中，當(dāng)施加大的力量時(shí)、纖維 強(qiáng)化樹(shù)脂成形體易于斷裂，并且斷裂部分的斷裂面銳利，進(jìn)而其切斷面變得易于裸露。因 此，當(dāng)萬(wàn)一由于事故等纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體斷裂時(shí)，由于該斷裂面有對(duì)身體造成割傷等成 為2次傷害的原因的危險(xiǎn)。
[0099] 與其相對(duì)，本實(shí)施方式的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體中，由于構(gòu)成纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料的 沿一個(gè)方向排列的強(qiáng)化纖維的束的纖維軸方向分別變得無(wú)規(guī)，因此即便是在施加大的力量 而發(fā)生斷裂時(shí)，斷裂面變得銳利、該銳利的斷裂面變得裸露得到了抑制。由此，由于抑制了 上述那樣的2次傷害的發(fā)生，因此獲得安全性?xún)?yōu)異的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體。
[0100] 特別是，當(dāng)纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料及強(qiáng)化纖維的長(zhǎng)度為10mm~小于30mm時(shí)，在一定以 上的力量下易于斷裂，即便斷裂也不易形成銳利的斷裂面。另外，若纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料及強(qiáng) 化纖維的長(zhǎng)度為30mm以上、更優(yōu)選為40mm以上時(shí)，即便受到強(qiáng)的沖擊也難以斷裂，即便斷裂 也不易形成銳利的斷裂面。因此，利用纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料及強(qiáng)化纖維的長(zhǎng)度，可調(diào)整所得纖 維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體的特性。
[0101] 本實(shí)施方式的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體的形狀并無(wú)特別限定，可以成形為片材狀、板 狀、塊狀或電視機(jī)機(jī)殼等直接目標(biāo)的形狀，也可以預(yù)先以片材狀來(lái)制造纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形 體、在任意的時(shí)期成形為目標(biāo)形狀。
[0102] 此外，本實(shí)施方式的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體中，由于使用熱塑性樹(shù)脂，因此通過(guò)對(duì)纖 維強(qiáng)化樹(shù)脂材料進(jìn)行加熱及加壓，可以容易地制造任意的成形體。
[0103] 另外，本實(shí)施方式的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料的纖維體積含有率(Vf值)優(yōu)選為30%~ 80% Jf值從使用纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料獲得的纖維強(qiáng)化成形體的強(qiáng)度的觀點(diǎn)出發(fā)，可以更優(yōu) 選為40%以上、進(jìn)一步優(yōu)選為50%以上。另外，從使用纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料獲得的纖維強(qiáng)化樹(shù) 脂成形體的外觀品位的觀點(diǎn)及成形性的觀點(diǎn)出發(fā)，Vf值可以?xún)?yōu)選為70%以下、更優(yōu)選為 60%以下。
[0104] 另外，如上所述，當(dāng)在構(gòu)成纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料與纖維強(qiáng)化 樹(shù)脂材料之間產(chǎn)生空間時(shí)，為了使空間不產(chǎn)生，纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料可以使用Vf值為50%以 下、更優(yōu)選為45%以下者。當(dāng)在構(gòu)成纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料與纖維強(qiáng)化樹(shù) 脂材料之間形成空間時(shí)，有所得纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體的強(qiáng)度下降的危險(xiǎn)。
[0105] 另外，當(dāng)纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體的Vf值小時(shí)，有纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體的強(qiáng)度降低的 危險(xiǎn)，因此當(dāng)需要高強(qiáng)度者時(shí)，在以下進(jìn)行說(shuō)明的用于獲得纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體的加熱及 加壓時(shí)，將過(guò)剩的熱塑性樹(shù)脂除去，可以提高Vf值。
[0106] 即，優(yōu)選與纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料的Vf值相比，纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體的Vf值更大。
[0107] 另外，本實(shí)施方式的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體的厚度并無(wú)特別限定，可以根據(jù)目標(biāo)成 形體的用途等任意地進(jìn)行設(shè)定，例如為0.1mm~1000mm。另外，本實(shí)施方式的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂 成形體在縱方向、橫方向的長(zhǎng)度也并無(wú)特別限定，可以根據(jù)目標(biāo)成形體的用途任意地進(jìn)行 設(shè)定。
[0108] 本實(shí)施方式的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體中，由于使用反應(yīng)型的熱塑性樹(shù)脂，因此與加 熱熔融后使用的熱塑性樹(shù)脂相比，熱塑性樹(shù)脂進(jìn)入到構(gòu)成纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體的纖維強(qiáng)化 樹(shù)脂材料的強(qiáng)化纖維的束的內(nèi)部。由此，可獲得具有優(yōu)異強(qiáng)度且可發(fā)揮穩(wěn)定強(qiáng)度的纖維強(qiáng) 化樹(shù)脂成形體。
[0109] 另外，本實(shí)施方式的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體與熱固化性樹(shù)脂相比，即便在使其固化 后也可成形，易于如熱固化性的環(huán)氧樹(shù)脂那樣在成形之前也沒(méi)有低溫保存或保存期間的問(wèn) 題地使用，不需要長(zhǎng)時(shí)間的固化時(shí)間，從生產(chǎn)率的觀點(diǎn)出發(fā)也是優(yōu)選的。
[0110]另外，由于具有強(qiáng)度且重量輕，因此一直以來(lái)使用鐵等金屬或聚丙烯等樹(shù)脂所制 造的物品例如可以在汽車(chē)的底盤(pán)等汽車(chē)部件、鋼筋、柱、梁、隔離物、千斤頂用板等建筑材 料、電視、計(jì)算機(jī)、冰箱等電器制品的機(jī)殼等各種物品或用途中使用。
[0111] 另外，從耐久性、重量輕、高強(qiáng)度及不生銹等觀點(diǎn)出發(fā)，更優(yōu)選使用了碳纖維作為 強(qiáng)化纖維、使用了環(huán)氧樹(shù)脂作為熱塑性樹(shù)脂的物品。
[0112] <纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體的制造方法>
[0113] 下面，對(duì)本實(shí)施方式的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體的優(yōu)選的一個(gè)制造方法進(jìn)行說(shuō)明。其 中，本實(shí)施方式的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體的制造方法并不限定于以下的方法。另外，對(duì)與之前 說(shuō)明過(guò)的內(nèi)容重復(fù)的事項(xiàng)，將部分說(shuō)明省略或簡(jiǎn)化。
[0114] 本實(shí)施方式的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體通過(guò)對(duì)上述本實(shí)施方式的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料 進(jìn)行加熱及加壓、成形為任意形狀來(lái)獲得。
[0115] 作為進(jìn)行加熱及加壓的方法，可舉出模具加壓法、高壓釜法、加熱-冷壓法等方法。 更具體而言，將本實(shí)施方式的多個(gè)纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料按照構(gòu)成各個(gè)纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料的沿 一個(gè)方向排列的強(qiáng)化纖維的束的纖維軸方向分別變得無(wú)規(guī)的方式層疊到型板中，一邊將型 板中的空氣抽出一邊進(jìn)行加熱及加壓，之后進(jìn)行冷卻。
[0116] 雖然也取決于所使用的熱塑性樹(shù)脂或強(qiáng)化纖維、纖維樹(shù)脂材料、纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成 形體的厚度，但加熱溫度例如為150~400 °C左右，加壓時(shí)的壓力例如為1~50MPa左右，加壓 時(shí)間例如為1分鐘~24小時(shí)左右。
[0117] 另外，在制造平的片材狀的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體時(shí)，可以使用上述方法，但也可以 使用連續(xù)法。
[0118] 使用平的片材狀的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體制造厚度厚的塊狀的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形 體或具有凹凸的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體時(shí)，可以根據(jù)目標(biāo)形狀或用途，將1張或多張平的片材 狀的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體層疊，如上所述地使用模具等一邊將型板中的空氣抽出一邊進(jìn)行 加熱及加壓，之后進(jìn)行冷卻。
[0119]實(shí)施例
[0120] 以下，通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明并不限定于這些實(shí)施例。另外，以 下的實(shí)施例中的"份"是質(zhì)量份。
[0121] (實(shí)施例1)
[0122] 實(shí)施例1中，作為沿一個(gè)方向排列的強(qiáng)化纖維的束，使用使24000根碳纖維的單纖 維成束而成者(PAN系碳纖維:Toray株式會(huì)社制的Toreca(注冊(cè)商標(biāo))T700SC)。
[0123] 從纏有該碳纖維的束的滾筒上不進(jìn)行開(kāi)纖處理而是直接將碳纖維的束拉出，同時(shí) 使用輕觸涂布輥將以下所示的熱塑性樹(shù)脂溶液賦予至碳纖維的束的單面。其中，從滾筒拉 出時(shí)的碳纖維的束的截面形狀是如將Rugby Ball壓扁那樣的扁平形狀。
[0124] [熱塑性樹(shù)脂溶液(粘度:80mPa · s)]
[0125] ?熱塑性環(huán)氧樹(shù)脂（反應(yīng)型樹(shù)脂：DENATITE TPEP-AA-MEK-05B:Nagase ChemteX株 式會(huì)社制）100份
[0126] ?固化劑〇順68501?預(yù)-1(:恥8386〇1611^6乂株式會(huì)社制）6.5份
[0127] ?甲乙酮10份
[0128] 接著，使附著有熱塑性樹(shù)脂溶液的碳纖維的束與4根乳輥接觸(分別各2次交替接 觸于碳纖維的束的上表面及下表面），由此將碳纖維的束捋好后，在60°C下干燥20分鐘，接 著在150°C下進(jìn)行20分鐘熱處理，從而獲得在長(zhǎng)50m、寬4mm、厚0.38mm的沿一個(gè)方向排列的 強(qiáng)化纖維的束上賦予有反應(yīng)型熱塑性樹(shù)脂的帶狀的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料。熱塑性樹(shù)脂的玻璃 化轉(zhuǎn)變點(diǎn)為l〇〇°C。
[0129] 接著，將帶狀的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料沿相對(duì)于碳纖維的軸方向基本垂直地剪切為40 ~50mm的長(zhǎng)度，以長(zhǎng)40~50mm、寬4mm、厚0.38mm的截面為如將Rugby Ball壓扁那樣的扁平 形狀獲得1400個(gè)芯片狀的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料。所得纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料的Vf值為45%。其中， 由于碳纖維是長(zhǎng)纖維，因此所得纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料中的碳纖維的長(zhǎng)度與纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料 的長(zhǎng)度相同、為40~50mm。
[0130]使用電子顯微鏡以100倍觀察纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料的剪切而成的切斷面，結(jié)果樹(shù)脂 進(jìn)入到碳纖維的束的中央部。
[0131 ]另外，粘度利用B型粘度計(jì)(TVB-15型粘度計(jì)：東機(jī)產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社制）、批號(hào)No. 20、 在12rpm、室溫（15°C)下進(jìn)行測(cè)定。
[0132] 接著，將多個(gè)所得芯片狀的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料無(wú)規(guī)地層疊在模具中，使用真空加 壓機(jī)在200°C、20MPa下進(jìn)行5分鐘的加熱及加壓。
[0133] 之后，將從型板中滲出的熱塑性樹(shù)脂除去，從而獲得厚1.3mm的板狀的纖維強(qiáng)化樹(shù) 脂成形體。所得纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體的外觀品位良好，使用電子顯微鏡以50倍觀察該纖維 強(qiáng)化樹(shù)脂成形體的截面，結(jié)果內(nèi)部沒(méi)有形成空間。另外，所得纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體的Vf值為 55%〇
[0134] (實(shí)施例2)
[0135] 實(shí)施例2中，將帶狀的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料沿相對(duì)于碳纖維的軸方向基本垂直地剪 切為10~15mm的長(zhǎng)度，以長(zhǎng)10~15mm、寬4mm、厚0.38mm的截面為如將Rugby Ball壓扁那樣 的扁平形狀制成芯片狀的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料，除此之外，與實(shí)施例1同樣地獲得纖維強(qiáng)化樹(shù) 脂成形體。其中，由于碳纖維是長(zhǎng)纖維，因此所得纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料中的碳纖維的長(zhǎng)度與纖 維強(qiáng)化樹(shù)脂材料的長(zhǎng)度相同、為10~15_。
[0136] (實(shí)施例3)
[0137] 實(shí)施例3中，作為沿一個(gè)方向排列的強(qiáng)化纖維的束，使用使60000根碳纖維的單纖 維成束而成者(PAN系碳纖維長(zhǎng)絲Mitsubishi Rayon株式會(huì)社制的PYR0FIL#TRH50 60M)。
[0138] 從纏有該碳纖維的束的滾筒上不進(jìn)行開(kāi)纖處理而是直接將碳纖維的束拉出，同時(shí) 使用輕觸涂布輥將以下所示的熱塑性樹(shù)脂溶液賦予至碳纖維的束的單面。其中，從滾筒拉 出時(shí)的碳纖維的束的截面形狀是如將Rugby Ball壓扁那樣的扁平形狀。
[0139] [熱塑性樹(shù)脂溶液(粘度:15mPa · s以下(裝置的測(cè)定臨界值以下））]
[0140] ?熱塑性環(huán)氧樹(shù)脂（反應(yīng)型樹(shù)脂：DENATITE XNR6850V:Nagase ChemteX株式會(huì)社 制）100份
[0141] ·固化劑（DENATITEXNH6850V:NagaseChemteX株式會(huì)社制）6·5份
[0142]
[0143] ?甲乙酮200份
[0144] 接著，使附著有熱塑性樹(shù)脂溶液的碳纖維的束與4根乳輥接觸(分別各2次交替接 觸于碳纖維的束的上表面及下表面），由此將碳纖維的束捋好后，在110°c(最低溫度)~160 °C (最高溫度)下同時(shí)進(jìn)行2分鐘的干燥和熱處理，從而獲得在寬5~10mm、厚0.5~1.5mm的 沿一個(gè)方向排列的強(qiáng)化纖維的束上賦予有反應(yīng)型熱塑性樹(shù)脂的帶狀的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料。 熱塑性樹(shù)脂的玻璃化轉(zhuǎn)變點(diǎn)為l〇〇°C。
[0145] 接著，將帶狀的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料沿相對(duì)于碳纖維的軸方向基本垂直地剪切為20 ~30mm的長(zhǎng)度，獲得長(zhǎng)20~30mm、寬5~10mm、厚0.5~1.5mm的芯片狀的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料。 所得纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料的Vf值為44~53%。其中，由于碳纖維是長(zhǎng)纖維，因此所得纖維強(qiáng)化 樹(shù)脂材料中的碳纖維的長(zhǎng)度與纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料的長(zhǎng)度相同、為20~30mm。
[0146] 使用電子顯微鏡以100倍觀察纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料的剪切而成的切斷面，結(jié)果樹(shù)脂 進(jìn)入到碳纖維的束的中央部。
[0147] 另外，粘度利用B型粘度計(jì)(TVB-15型粘度計(jì)：東機(jī)產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社制）、批號(hào)No. 20、 在60rpm、室溫（15°C)下進(jìn)行測(cè)定。
[0148] 接著，將所得芯片狀的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料360g無(wú)規(guī)地層疊在模具中，使用真空加 壓機(jī)在240°C、4MPa、真空度為一 O.IMPa下進(jìn)行30分鐘的加熱及加壓。
[0149] 之后，將從型板中滲出的熱塑性樹(shù)脂除去，從而獲得厚25.5mm、縱95mm、橫95mm的 板狀的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體。所得纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體的外觀品位良好，使用電子顯微鏡 以50倍觀察該纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體的截面，結(jié)果內(nèi)部沒(méi)有形成空間。另外，所得纖維強(qiáng)化樹(shù) 脂成形體的Vf值為55 %。
[0150] (比較例1)
[0151] 比較例1中，向?qū)εc實(shí)施例1同樣的碳纖維進(jìn)行開(kāi)纖所獲得的織物賦予與實(shí)施例1 同樣的熱塑性樹(shù)脂溶液，進(jìn)行干燥及熱處理，從而獲得板狀的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體。進(jìn)而， 將多張?jiān)摾w維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體重疊，使用真空加壓機(jī)在200°C、20MPa下進(jìn)行5分鐘的加熱及 加壓，從而獲得厚度為1.3mm的板狀的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體。
[0152] (試驗(yàn)）
[0153] 將實(shí)施例1、實(shí)施例2及比較例1中獲得的板狀的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體剪切成10cm X l〇cm，分別用錘子敲擊，結(jié)果實(shí)施例1的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體即便敲擊2次也幾乎未見(jiàn)變 化。另外，實(shí)施例2的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體在敲擊1次時(shí)發(fā)生變形，變形部分的角稍有斷裂， 但由于是部分地剝落成層狀的鱗片狀，因此斷裂部分的切斷面并不銳利。
[0154] 與其相對(duì)，比較例1的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體雖然第1次沒(méi)有斷裂、但在第2次斷裂， 并且露出銳利的切斷面。
[0155] 另外，接著利用錘子敲擊實(shí)施例1的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體10次。此時(shí)，纖維強(qiáng)化樹(shù) 脂成形體可見(jiàn)些許的變形和稍微的層狀剝離，但沒(méi)斷裂。
[0156] 另外，利用以下的方法測(cè)定實(shí)施例3中獲得的板狀的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體的壓縮 強(qiáng)度。
[0157] 將試驗(yàn)片的四角為R10的試驗(yàn)片安裝在萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)中，以1噸/秒的加壓速度施加 100噸的荷重，測(cè)定試驗(yàn)片的變形。將其測(cè)定結(jié)果示于以下的表1中。其中，試驗(yàn)在室溫（25 °C)下進(jìn)行，試驗(yàn)片準(zhǔn)備2個(gè)(樣品1、樣品2)。
[0160]壓縮試驗(yàn)的結(jié)果，實(shí)施例3的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體如表1所示，在壓縮試驗(yàn)后也幾 乎沒(méi)有形狀變化，可確認(rèn)具有優(yōu)異的壓縮強(qiáng)度(耐壓縮性）。
[0161] 由以上結(jié)果可知，實(shí)施例1、實(shí)施例2及實(shí)施例3的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體中，由于沿 一個(gè)方向排列的碳纖維的束的纖維軸方向三維地?zé)o規(guī)配置，因此各向異性得到抑制、強(qiáng)度 穩(wěn)定，并且由于使用熱塑性環(huán)氧樹(shù)脂，因此即便施加大的力也不會(huì)將該力吸收或分散而不 易斷裂，即便在斷裂時(shí)，斷裂面也不易裸露，并且斷裂面變得銳利也得到抑制。
[0162] 另外，對(duì)于纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體的斷裂容易性而言，與作為原料的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂 材料的長(zhǎng)度為10~15mm的實(shí)施例2的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體相比，纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料的長(zhǎng)度 長(zhǎng)達(dá)40~50mm的實(shí)施例1的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體更不易斷裂。即，與實(shí)施例1的纖維強(qiáng)化樹(shù) 脂成形體相比，纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料的長(zhǎng)度較短的實(shí)施例2的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體較易斷裂。
[0163] 如此，本實(shí)施例（實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3)的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體由于使用碳 纖維和熱塑性環(huán)氧樹(shù)脂，因此生產(chǎn)率優(yōu)異、輕且強(qiáng)度優(yōu)異，并且也具有耐久性，沒(méi)有各向異 性。并且，即便在使其固化后也可使其再變形。
[0164] 此外，本實(shí)施例的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體由于使用反應(yīng)型的熱塑性環(huán)氧樹(shù)脂，因此 環(huán)氧樹(shù)脂含浸至碳纖維的束的內(nèi)部，可以發(fā)揮穩(wěn)定的強(qiáng)度。另外，在纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體的 內(nèi)部，由于沿一個(gè)方向排列的碳纖維的束的纖維軸方向三維地?zé)o規(guī)配置，因此各向異性得 到抑制、強(qiáng)度穩(wěn)定，即便在萬(wàn)一施加大的力時(shí)也不易斷裂，即使在斷裂時(shí)安全性也高。另外， 本實(shí)施例的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體的耐壓縮性也優(yōu)異，也可用于施加大的壓力的千斤頂用板 等中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料，其是含有熱塑性樹(shù)脂和沿一個(gè)方向排列的強(qiáng)化纖維的束的 纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料，其中，所述熱塑性樹(shù)脂是反應(yīng)型樹(shù)脂。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料，其中，所述熱塑性樹(shù)脂是環(huán)氧樹(shù)脂。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料，其中，所述強(qiáng)化纖維是碳纖維。4. 根據(jù)權(quán)利要求1~3中任一項(xiàng)所述的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料，其中，所述纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材 料在纖維軸方向的長(zhǎng)度為5~500mm。5. 根據(jù)權(quán)利要求1~4中任一項(xiàng)所述的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料，其中，所述纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材 料的厚度為0.15mm以上。6. 根據(jù)權(quán)利要求1~5中任一項(xiàng)所述的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料，其中，構(gòu)成所述強(qiáng)化纖維的 束的強(qiáng)化纖維的單纖維根數(shù)為1000根以上。7. 根據(jù)權(quán)利要求1~6中任一項(xiàng)所述的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料，其中，纖維體積含有率即Vf 值是20~80 %。8. -種纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體，其是使用權(quán)利要求1~7中任一項(xiàng)所述的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材 料獲得的。9. 一種纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體，其是對(duì)權(quán)利要求1~7中任一項(xiàng)所述的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂材料 進(jìn)行加熱及加壓、進(jìn)行成形而成的。10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成形體，其中，纖維體積含有率即Vf值為20 ~80% 〇
【文檔編號(hào)】C08J5/24GK105899588SQ201580003916
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2015年1月8日
【發(fā)明人】林豐, 中山武俊, 山田浩之, 野田穂奈美
【申請(qǐng)人】小松精練株式會(huì)社