纤维增强塑料及其制造方法
2020-01-05

纤维增强塑料及其制造方法

一种纤维增强塑料,是具有板状部和从该板状部隆起的凸起部的板状纤维增强塑料,上述板状部和上述凸起部具有由多个增强纤维片形成的层合结构,所述增强纤维片是纤维长度为10至100mm的多根增强纤维按一定方向排列得到的,至少2个层中的上述增强纤维的排列方向不同,上述增强纤维的至少一部分从上述板状部开始连续至上述凸起部,并且,构成上述凸起部的层合结构的层中的至少1个层具有沿着上述凸起部形状的形状。一种纤维增强塑料的制造方法,在由按一定方向排列的多根增强纤维和基质树脂构成的单向预浸料坯片材的多根增强纤维中间隔上述纤维长度导入切口,制作预浸料坯基材,使增强纤维的排列方向不同地层合多张预浸料坯基材,形成预浸料坯层合体,使用具有用于形成上述凸起部的沟的模将该层合体加热、加压成型。

因此,目前为止尚未发现可以简易地成型且力学物性也优异的具有凸起部的纤维增强塑料。

专利文献1:特开昭63-087206号公报

Tp-60≤T≤Τρ+20 (I)

作为本发明中使用的增强纤维,优选碳纤维。碳纤维具有比重低,并且比强度及比弹性模量特别优异的性质,进而耐热性及耐药品性也优异,因此适合于期望轻质化的汽车面板等构件。其中,优选容易得到高强度碳纤维的PAN系碳纤维。

进而,本发明中,构成层合结构的各层增强纤维的至少一部分从板状部la、lb开始连续至凸起部2a。由此,在凸起部2a和板状部la、Ib之间形成牢固的整体式结构,充分发挥作为凸缘或凸台等凸起部的功能。形成凸起部2a的层合结构的增强纤维与形成板状部la、lb的层合结构的增强纤维不连续时,凸起部2a的根部的强度降低,容易在根部发生损坏或剥离。

本发明的纤维增强塑料中,构成板状部和凸起部的层合结构的各层均含有不连续的增强纤维,并且增强纤维的至少一部分从板状部开始连续至凸起部,构成凸起部的层合结构的层的至少I层具有沿着凸起部形状的形状。通过该结构,本发明的纤维增强塑料中的凸起部具有所期望的力学特性。

更优选满足下述关系式(II)。

图4C为说明本发明的纤维增强塑料中的凸起部的又一例的增强纤维的层结构的纵截面模式图。

作为形成本发明的凸起部的方法,有下述方法:将预浸料坯或半预浸料坯(sem1-preg)等中间基材的层合体,于在至少一侧的模内具有用于形成凸起部的凹部的双面型模内进行加压,形成凸起部的方法。通过该方法形成凸起部的机理尚未阐明,但认为如下。

上述各方式可以根据用途适当选择,但其中力学特性和成型性的平衡优异、可以简易制造的方式C,可以说是本发明的最佳方式。

预浸料坯为使基质树脂完全含浸在增强纤维中的半固化状态的中间基材,半预浸料坯为使基质树脂部分含浸在增强纤维中的半固化状态的中间基材。将纤维在长度方向被切断的增强纤维片以预浸料坯或半预浸料坯的形态进行使用时,使用变得极其容易。另外,由单向并丝的多根增强纤维和基质树脂构成的单向预浸料坯片材或单向半预浸料坯片材,可以通过调整多张上述片材的层合状态使增强纤维的排列方向不同,容易地设计具有期望特性的层合体或板状体。因为增强纤维的排列方向为单向,所以可以容易地提高预浸料坯的增强纤维含有率,也可以防止增强纤维卷曲导致强度降低。因此,可以说使用预浸料坯或半预浸料坯适合制作具有高强度、高弹性模量的纤维增强塑料。

该层合结构的例子示于图3A、图3B及图3C。在上述图中,像由在一定方向(图中为水平方向)排列的多根增强纤维和基质树脂构成的层5b、5d那样即使切断增强纤维的连续性,在切断部分存在树脂区域6,在邻接的层5a、5c中,增强纤维也在不同的方向(图中为与纸面垂直的方向)排列。各层中的增强纤维在长度方向分别以10至IOOmm的纤维长度被截断,但增强纤维在长度方向连续地被邻接的层支撑。因此,在该层中存在的增强纤维虽然在长度方向被截断,但增强纤维的各段存在于同一层中。在本发明中,将处于上述排列状态的增强纤维的各段作为一个整体称为增强纤维层。

将上述准备的预浸料坯层合体收纳于具有300X300mm面的下模上以后,利用安装有上述上模13A的加热型加压成型机,在加压力为6MPa的加压、加热温度为150°C的加热、成型时间为30分钟的成型条件下,对预浸料坯层合体进行加热、加压、赋型处理,使基质树脂固化,得到具有凸缘的平板状成型体(板状体)。

4A2a、4B2a、4C2a:凸起部