CN103781619B - 纤维强化树脂片的制造方法及其制造装置 - Google Patents

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Abstract

提供能够将热塑性树脂良好地浸渗于强化纤维基材的纤维强化树脂片的制造方法。通过将片状的强化纤维基材F与热塑性树脂P导入一对浸渗辊10A、10B之间，一边使一对浸渗辊10A、10B旋转一边将热塑性树脂P浸渗于强化纤维基材F中，由此制造纤维强化树脂片S。在一对浸渗辊10A、10B的表面形成有树脂保持层12，该树脂保持层12通过浸渗辊彼此的挤压而沿着厚度方向弹性变形、并且以在挤压时能够释放热塑性树脂P的方式在层内保持熔融的热塑性树脂P，通过使浸渗辊彼此挤压，一边使树脂保持层12弹性变形一边将热塑性树脂P浸渗于强化纤维基材F中。

Description

纤维强化树脂片的制造方法及其制造装置
技术领域
本发明涉及能够将片状的强化纤维基材与热塑性树脂导入一对辊之间并恰当将熔融的热塑性树脂浸渗到强化纤维基材中的纤维强化树脂片的制造装置以及纤维强化树脂片的制造方法。
背景技术
以往，在强化纤维中浸渗有热硬化性树脂或者热塑性树脂等矩阵树脂的纤维强化复合材料(纤维强化树脂材料)与金属材料相比轻量且弹性高，单纯与树脂材料相比强度高，所以是在适用于车辆用的构件等方面受到注目的材料。
为了发挥强化纤维的固有特性即相对于拉伸具有高强度以及高弹性的特征，一般将长纤维等强化纤维设为强化纤维基材并在该强化纤维基材中预先浸渗或者半浸渗了矩阵树脂，将其用作预浸片(纤维强化树脂片)。
另一方面，作为矩阵树脂而浸渗了热塑性树脂的纤维强化树脂片与浸渗了热硬化性树脂的纤维强化树脂片相比，因为热塑性树脂的特征，其韧性、短时间成型性、循环性等优异，作为具有附加价值的材料而受到注目。
然而，热塑性树脂一般而言粘度比热硬化性树脂高，在对热塑性树脂进行成型时，需要将其加热到高温。因此，即使在单纯将热塑性树脂成型为均匀厚度的薄膜的情况下，其成型也不容易实现。例如，作为这样的技术，具有下述技术等：将由挤压成型机挤压后的片状熔融树脂导入金属制的主辊与金属制的挤压辊之间，一边使挤压辊的薄壁外筒以仿形主辊的周面形状的方式变形，一边在这些辊间冷却同时挤压上述树脂，对薄膜状的热塑性树脂进行成型(例如参照专利文献1)。
这样，即使是仅将热塑性树脂成型为薄膜状，其成型也不容易，而且，制造以热塑性树脂为矩阵树脂的纤维强化树脂片是与使用热硬化性树脂的情况相比更难的技术。因此，针对这些技术进行了各种研究。
例如，作为将热塑性树脂浸渗于强化纤维基材而制造纤维强化树脂片的方法，提出了如下方法：通过一对金属加压辊将软化了的热塑性树脂薄膜相对于强化纤维基材加压并浸渗的方法(例如参照专利文献2)；和/或将强化纤维切断为一定的长度并将该强化纤维与树脂粉末混合，使用多对压热辊在这些压热辊间将热塑性树脂熔融并将熔融的热塑性树脂浸渗于强化纤维之间的方法(例如参照专利文献3)等。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开平11-235747号公报
专利文献2:日本特开平7-016936号公报
专利文献3:日本特开平5-104647号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，已知：为了将树脂浸渗于强化纤维束中，在强化纤维束的厚度变薄、成型压力(浸渗时的压力)高而且树脂的熔融粘度低时，热塑性树脂向强化纤维束中浸渗的浸渗时间缩短(容易使热塑性树脂浸渗于强化纤维基材中)。
然而，在热塑性树脂的情况下，与热硬化性树脂相比，其分子量高所以熔融粘度较高，所以不容易如热硬化性树脂那样利用毛细管现象使树脂浸渗于强化纤维之间。
因此，在使用专利文献2以及3所示的装置使熔融的热塑性树脂浸渗的情况下，在一对辊间只能使线压力(線圧)作用于热塑性树脂与强化纤维基材。由此，压力作用于热塑性树脂与强化纤维基材的时间也只是瞬间的，有时不能将热塑性树脂充分浸渗于强化纤维基材中。另外，在使线压力作用的情况下，也具有在辊宽度方向上容易产生加压不均、热塑性树脂未均匀地浸渗于强化纤维基材中而生成空隙的情况。
如果鉴于这一点，则也可以考虑优选如专利文献1那样使用金属制的主辊与金属制的挤压辊。然而，在这一对辊之间作用于强化纤维基材的压力高的情况下，有时会有浸渗时所需量的热塑性树脂未进入辊间、热塑性树脂向强化纤维基材的浸渗不充分的情况。
本发明是鉴于这一点而完成的，其目的在于提供能够使熔融的热塑性树脂良好地浸渗到强化纤维基材中的纤维强化树脂片的制造方法及其制造装置。
用于解决课题的技术方案
为了解决所述课题，本发明所涉及的纤维强化树脂片的制造方法，通过将片状的强化纤维基材与热塑性树脂导入到一对浸渗辊之间，一边使该一对浸渗辊旋转一边将熔融的所述热塑性树脂浸渗到所述强化纤维基材中，从而制造纤维强化树脂片，该制造方法的特征在于：使用在所述一对浸渗辊中的至少一方的浸渗辊的表面形成有树脂保持层的浸渗辊，该树脂保持层是通过所述一对浸渗辊彼此的挤压而沿厚度方向弹性变形、并且在层内保持该熔融的热塑性树脂以能够在所述挤压时释放熔融的所述热塑性树脂的树脂保持层，通过使所述一对浸渗辊彼此挤压，从而一边至少使所述树脂保持层弹性变形，一边使所述热塑性树脂浸渗到所述强化纤维基材中。
根据本发明，通过使用在一对浸渗辊中的至少一个浸渗辊的表面形成有树脂保持层的浸渗辊，从而能够在树脂保持层的层内保持熔融的热塑性树脂。而且，该树脂保持层通过一对浸渗辊彼此的挤压而沿着厚度方向弹性变形，所以在挤压时能够使在树脂保持层的层内所保持的热塑性树脂从树脂保持层内的被挤压部分向一对辊之间释放。
此时，形成有树脂保持层的一侧的浸渗辊的表面，由于树脂保持层的弹性变形而以仿形另一侧的金属辊的表面形状的方式变形。由此，能够在从树脂保持层的层内向一对辊之间释放熔融的热塑性树脂的状态下，使表面压力作用于位于辊之间的热塑性树脂与强化纤维基材。
这样作用于强化纤维基材以及热塑性树脂的压力，与此前使用单纯刚体的辊的时作用的线压力不同，其成为表面压力。因此，不在强化纤维基材上作用过度的应力，能够均匀且稳定地将热塑性树脂浸渗于强化纤维基材中。其结果，能够得到在宽度方向上无台阶状的肋的厚度均匀的纤维强化树脂片。
另外，能够一边使浸渗辊旋转一边使表面压力作用于一堆浸渗辊之间，向表面压力所作用的强化纤维基材的部分供给从树脂保持层的变形了的部分释放的热塑性树脂。由此，能够确保浸渗时间比此前更长，并且能够在浸渗时一边将存在于强化纤维基材的纤维之间的空气合适地排出，一边向纤维之间供给最适量的热塑性树脂。
进而，在挤压时弹性变形了的树脂保持层的一部分(浸渗辊彼此的接触部分)伴随着浸渗辊的旋转，而复原为原来的状态，所以能够向复原了的树脂保持层内的空间(空隙)供给熔融的热塑性树脂，使热塑性树脂再次保持于树脂保持层内。由此，能够将片状的强化纤维基材与热塑性树脂导入到一对浸渗辊之间并向强化纤维基材连续地浸渗(供给)熔融的热塑性树脂。
特别是，在浸渗辊的双方都设置有树脂保持层的情况下，通过使所述一对浸渗辊彼此相互挤压，从而能够一边使表面压力作用在位于浸渗辊之间的热塑性树脂与强化纤维基材上，一边使两方的浸渗辊的相对的周面变形为平面状。由此，能够在强化纤维基材的两面作用均匀的应力，能够得到厚度均匀的均质的纤维强化树脂片。
在这里，所述树脂保持层只要能够在纤维强化树脂片的制造时满足下述三个条件，则对其构造以及材质没有特别限定，该三个条件分别为(1)在一对浸渗辊彼此挤压时弹性变形、(2)能够将熔融的热塑性树脂保持于层内、(3)能够在挤压时将所保持的熔融的热塑性树脂从弹性变形了的部分向辊之间释放。
例如，作为树脂保持层的构造，能够列举形成有多个内部空间的构造，该内部空间能够使熔融的热塑性树脂从外部向内部浸透并将其保持、且在挤压时从内部向外部释放熔融的树脂。而且，该内部空间与辊表面(树脂保持层的表面)相连通。为了得到这样的结构的树脂保持层，树脂保持层优选含例如纤维材料、泡沫材料或者网眼状的层叠体等。另外，作为树脂保持层的材质，只要是不会相对于熔融的热塑性树脂而熔融的即可，例如能够列举树脂和/或金属等。
然而，作为更优选的技术方案，在所述树脂保持层中使用金属制的纤维材料或者金属制的泡沫材料。根据该技术方案，树脂保持层含金属，所以树脂保持层与树脂相比导热性优异，能够使用加热装置等更高效加热被保持于树脂保持层内的热塑性树脂。另外，通过使用纤维材料或者泡沫材料等，能够在树脂保持层内容易地形成用于保持熔融的热塑性树脂的空间。
在这里，本发明中所说的“一对浸渗辊”是用于在辊之间导入强化纤维基材与热塑性树脂并在强化纤维基材中浸渗熔融的热塑性树脂的辊，能够进行这样的浸渗。只要满足该条件，则对浸渗辊的配置以及向这些辊供给的热塑性树脂的供给方法没有特别限定。
然而，作为更优选的技术方案，所述一对浸渗辊在水平方向上并列设置，向所述一对浸渗辊供给所述熔融的热塑性树脂使得在所述一对浸渗辊的上方生成所述熔融的热塑性树脂的树脂积存。
根据该技术方案，在沿水平方向并列设置的一对浸渗辊的上方，形成有上述熔融的热塑性树脂的树脂积存，所以能够稳定将来自于该树脂积存的熔融的热塑性树脂供给到一对浸渗辊之间。
进而，在浸渗热塑性树脂时，只要是在热塑性树脂熔融了的状态下，则对加热方法没有特别限定，但作为更优选的技术方案，将所述树脂保持层加热到比所述热塑性树脂的熔点高的温度。根据本技术方案，通过将所述树脂保持层加热到比所述热塑性树脂的熔点高的温度，不仅能够维持树脂保持层所保持的热塑性树脂的熔融状态，还能够抑制所供给的热塑性树脂由散热引起粘度上升的情况。
另外，作为其他方式，也可以提供将所述一对浸渗辊的双方加热，并向形成有树脂保持层的浸渗辊的周面供给熔融的热塑性树脂，由此使所供给的热塑性树脂浸透到树脂保持层内，并在树脂保持层内保持熔融的热塑性树脂。
另外，也可以将所述强化纤维基材卷绕于所述一对浸渗辊的任意一个浸渗辊，向另一个浸渗辊(未卷绕强化纤维基材的辊)供给所述热塑性树脂。根据该方式，卷绕于辊的强化纤维树脂基材能够由辊的热量加热，利用加热后的辊的热量使热塑性树脂浸渗到强化纤维基材中。另外，在对浸渗辊进行加热的情况下，可以使用例如红外线加热器等来加热辊表面，也可以使被加热了的介质在浸渗辊的内部循环。
在本申请中，作为本发明还公开了用于恰当地实施本发明所涉及的制造方法的制造装置。本发明所涉及的纤维强化树脂片的制造装置，通过将片状的强化纤维基材与热塑性树脂导入到一对浸渗辊之间，一边使该一对浸渗辊旋转一边将熔融的所述热塑性树脂浸渗到所述强化纤维基材中，由此制造纤维强化树脂片，其特征在于，具备：供给被导入到所述一对浸渗辊之间的所述强化纤维基材的强化纤维供给部；供给被导入到所述一对浸渗辊之间的热塑性树脂的树脂供给部；和使所述一对浸渗辊彼此挤压的挤压部，在所述一对浸渗辊中的至少一方的浸渗辊的表面形成有树脂保持层，该树脂保持层是在通过挤压部使所述一对浸渗辊彼此挤压时沿厚度方向弹性变形、并且在层内保持所述熔融的热塑性树脂以能够在所述挤压时释放熔融的所述热塑性树脂的树脂保持层。
根据本发明，在一对浸渗辊中的至少一个浸渗辊的表面形成有树脂保持层。由此，在挤压时，树脂保持层由于一对浸渗辊彼此的挤压而沿着厚度方向弹性变形，能够将被保持于树脂保持层的层内的热塑性树脂从树脂保持层内的被挤压的部分向一对浸渗辊之间释放。
此时，形成有树脂保持层的一侧的浸渗辊的表面，由于树脂保持层的弹性变形而以仿形另一侧的浸渗辊的表面形状的方式变形。通过该变形，能够在从树脂保持层的层内向一对辊之间释放熔融的热塑性树脂的状态下，使表面压力作用于位于辊之间的热塑性树脂与强化纤维基材。这样一来，能够均匀且稳定地将热塑性树脂浸渗于强化纤维基材中，能够得到在宽度方向上没有台阶状的肋的厚度均匀的纤维强化树脂片。
进而，在挤压时弹性变形了的树脂保持层的一部分(浸渗辊彼此接触的接触部分)，伴随着浸渗辊的旋转而复原为原来的状态。由此，能够向复原了的树脂保持层内的空间供给熔融的热塑性树脂，将热塑性树脂再次保持于树脂保持层内。
作为更优选的技术方案，所述树脂保持层包含金属制的纤维材料或者金属制的泡沫材料。根据该技术方案，树脂保持层含金属，所以树脂保持层与树脂相比导热性优异，能够使用加热装置等更高效地加热树脂保持层内所保持的热塑性树脂。另外，通过使用纤维材料或泡沫材料等，能够在树脂保持层内容易地形成保持熔融的热塑性树脂的空间。
进而，作为优选的技术方案，在所述浸渗辊上设置有加热部，该加热部用于将所述树脂保持层加热到比所述树脂保持层所保持的热塑性树脂的熔点高的温度。
根据该技术方案，通过利用来自于加热部的热将所述树脂保持层加热到比所述热塑性树脂的熔点高的温度，由此不仅能够维持树脂保持层所保持的热塑性树脂的熔融状态，还能够抑制所供给的热塑性树脂由散热引起粘度上升的情况。
发明的效果
根据本发明，能够良好地将热塑性树脂浸渗于强化纤维基材中。
附图说明
图1是本发明的实施方式涉及的纤维强化树脂片的制造装置的示意性概念图。
图2是图1所示的纤维强化树脂片制造装置的树脂浸渗部的示意性立体图。
图3是用于说明图1所示的纤维强化树脂片制造装置的一对浸渗辊彼此挤压的挤压状态的示意性概念图，(a)是用于说明通过挤压部进行挤压之前的状态的图，(b)是用于说明通过挤压部进行挤压后的状态的图。
图4是包含图2所示的一对浸渗辊的旋转轴的、水平方向上的示意性剖视图。
图5是图2所示的A部(树脂浸渗部的表面)的放大图。
图6是表示图1所示的实施方式的另外的变形例涉及的纤维强化树脂片的制造装置的树脂浸渗部的示意性剖视图。
图7是表示图1所示的实施方式的另外的变形例涉及的纤维强化树脂片的制造装置的树脂浸渗部的示意性剖视图。
图8是实施例及比较例涉及的纤维强化树脂片的截面照片的放大图，(a)是实施例涉及的截面照片的放大图，(b)是比较例涉及的树脂照片的放大图。
具体实施方式
下面基于附图对能够恰当地实施本发明涉及的纤维强化树脂片的制造方法的制造装置的几个实施方式进行说明。
图1是本发明的实施方式涉及的纤维强化树脂片的制造装置的示意性概念图。图2是图1所示的纤维强化树脂片制造装置的树脂浸渗部的示意性立体图。
图3是用于说明图1所示的纤维强化树脂片制造装置的一对浸渗辊彼此挤压的挤压状态的示意性概念图，(a)是用于说明通过挤压部进行挤压之前的状态的图，(b)是用于说明通过挤压部进行挤压后的状态的图。
图4是包含图2所示的一对浸渗辊的旋转轴的、水平方向上的示意性剖视图，图5是图2所示的A部(树脂浸渗部的表面)的放大图。
本实施方式涉及的纤维强化树脂片制造装置1是用于制造纤维强化树脂片的装置。该制造装置1的目的在于：通过将片状的强化纤维基材F与热塑性树脂P导入到后述的一对浸渗辊10a、10b之间，一边使一对浸渗辊10a、10b旋转一边将热塑性树脂P浸渗到强化纤维基材F中，由此制造纤维强化树脂片S。
如图1所示，本实施方式所涉及的制造装置1具备：强化纤维供给部2，其供给将被导入后述的树脂浸渗部4的一对浸渗辊10a、10b之间的强化纤维基材F；和树脂供给部3，其供给将被导入一对浸渗辊之间的热塑性树脂P。
强化纤维供给部2供给连续纤维按片状在一个方向上拉齐了的强化纤维基材F。供给前的强化纤维基材F为被卷绕成线圈状的卷绕体2a。强化纤维供给部2中配置有输送辊2b、2c使得从该卷绕体2a开卷的片状的强化纤维基材F能够导入后述的浸渗辊10a、10b之间。
另一方面，树脂供给部3具备双轴挤压成型装置3a。双轴挤压成型装置3a是将热塑性树脂颗粒Pa熔融到软化点以上并经由作为树脂排出口的挤压模(喷嘴)3a连续地成型片状的熔融的热塑性树脂P的装置。挤压模3a配置于一个浸渗辊10a上方，在挤压模3a上沿着宽度方向等间隔地形成有多个孔，经由这多个孔将熔融的热塑性树脂挤出，由此将热塑性树脂连续挤压为片状。
同样地，在另一个浸渗辊10b上方也配置有挤压模3b。与双轴挤压成型装置3a同样地，使用双轴挤压成型装置(未图示)，经由挤压模3b将熔融的热塑性树脂挤出。由此，热塑性树脂连续地成型为片状。另外，在这里，在图1以及2中，在各挤压模3a(3b)单独地连接了双轴挤压成型装置，但只要能够向各浸渗辊10a、10b供给熔融的热塑性树脂P，也可以构成为熔融的热塑性树脂从1个双轴挤压成型装置向各挤压模3a(3b)流动。
如图2以及图3(a)所示，树脂供给部3的各挤压模3a(3b)以向各浸渗辊的周面10a供给热塑性树脂P的方式配置于各浸渗辊10a(10b)的上方。另外，被供给热塑性树脂P的各周面10a构成后述的树脂保持层12的一部分，所供给的热塑性树脂P经由该周面10a、10a浸透(流入)到树脂保持层12的内部。
这样一来，被供给到浸渗辊10a、10b的周面10a、10a的热塑性树脂P在树脂浸渗部4浸渗于强化纤维基材F中。在这里，如上所述，树脂浸渗部4具备用于将热塑性树脂P浸渗于强化纤维基材F中的一对辊10a、10b。具体地说，一对浸渗辊10a、10b包括相同构造的一个浸渗辊10a与另一个浸渗辊10b，这些辊在水平方向上并列设置。
如图4所示，一对浸渗辊10a、10b是在钢或铝等金属制芯材11的周面上覆盖有树脂保持层12的刚体辊。另外，在各浸渗辊10a(10b)的内部形成有圆柱空间S1。从加热部40经由形成于轴13的介质导入口13a将加热了的介质(例如水等)M导入到圆柱空间S1内。另外，圆柱空间S1被连接于加热部40使得在浸渗辊10的内部通过而被排出的介质M循环。由此，能够一直加热各浸渗辊10a(10b)的周面10a。
浸渗辊10a连结于一对挤压部50、50，使得一个浸渗辊10a作为用于挤压另一个浸渗辊10b的辊而起作用(使一对辊10a、10b彼此挤压)。具体地说，各挤压部50由活塞51以及气缸52构成，该活塞51以及气缸52连结于浸渗辊10a两侧的轴13。只要能够进行后述的挤压，那么用于挤压的工作压力可以是空气压和液压中的任一种。
另外，另一个浸渗辊10b被固定得能够旋转，经由联接器31连接于马达30。由此，通过基于挤压部50实现的一个浸渗辊A的挤压和基于马达30实现的另一个浸渗辊10b的旋转，由此一对浸渗辊10a、10b能够在被挤压的状态下旋转。
在这里，如图4所示，形成于各浸渗辊10a(10b)表面的树脂保持层12构成为，通过一对浸渗辊彼此的挤压而沿着厚度方向从厚度t1弹性变形到t2(t1＞t2)。进而，各树脂保持层12构成为，以在挤压时所保持的熔融的热塑性树脂P能够向辊之间释放的方式将熔融的热塑性树脂P保持于层内。
具体地说，如图5所示，树脂保持层12包含多个金属制(铁制或铝制等)纤维材料12a，在树脂保持层12层内形成有能够保持熔融的热塑性树脂P的多个空隙(空间)。空隙经由各浸渗辊10a(10b)的周面10a与辊外部连通。
在这里，作为树脂保持层12的更为优选的条件，在浸渗辊彼此的未挤压的部分(处于未作用载荷的状态的部分)形成有多个空隙，使得熔融的热塑性树脂P能够从层表面浸透到层内并保持热塑性树脂P。另一方面，优选，压缩状态的树脂保持层12的体积密度比所供给的强化纤维基材F的体积密度大(即，强化纤维基材的空隙的占有率高)，使得在浸渗辊彼此挤压时，从树脂保持层12释放所保持的熔融的热塑性树脂P且熔融的热塑性树脂P容易浸渗到强化纤维基材F中。
进而，选定纤维材料12a的材料、形状及其量，使得在浸渗辊彼此挤压时处于被挤压部分的压缩了的纤维材料12a弹性变形，在浸渗辊彼此的挤压解除后，纤维材料12a复原为原来的形状。
进而，上述加热部40在内部对介质M进行加热，使得辊表面(具体地说为树脂保持层12)被加热到热塑性树脂P的软化点温度(熔点)以上。被加热的介质M用泵等装置被压送到浸渗辊10a、10b以加热浸渗辊10a、10b这两方(具体地说为树脂保持层12)。由此，在浸渗辊10a、10b，抑制由树脂保持层12保持的热塑性树脂P的粘度上升，其结果，热塑性树脂P容易浸渗于强化纤维基材F中。
进而，树脂浸渗部4的比浸渗辊10a、10b靠下游处配置有多个输送辊(参照图1)，装置1中配置有卷取部5，该卷取部5用于进一步卷取在树脂浸渗部4得到的纤维强化树脂片。另外，在这里，也可以在浸渗辊10a、10b的下游进一步配置有一对加热辊(平整辊(ならしロール))，在该加热辊之间一边挤压一边输送纤维强化树脂片S，由此使纤维强化树脂片S的表面平滑化。
以下对使用这样构成的制造装置的纤维强化树脂片S的制造方法进行说明。首先，作为强化纤维基材F准备连续纤维在一个方向上拉齐并卷绕为线圈状而成的强化纤维基材。在这里，作为强化纤维基材F使用在一个方向上拉齐了的基材。然而，例如，只要能够成为片状的强化纤维基材F，也可以是未拉齐的长纤维、或者纺织布、无纺布等布状纤维。在为纺织布的情况下，作为其织法可以为平织、斜织、缎纹织(朱子織)等织法中的任一织法，只要是片状且能够一边连续输送一边在后述的辊之间浸渗热塑性树脂P，对其纤维的状态就没有特别限定。
强化纤维为用于强化纤维强化树脂片的机械强度的树脂强化用纤维，例如，能够列举玻璃纤维、碳纤维、天然纤维、芳香族聚酰胺纤维、氧化铝纤维、硼纤维、不锈钢纤维、PBO纤维或者高强度聚乙烯纤维等纤维。
另一方面，将热塑性树脂颗粒Pa导入树脂供给部3中，将熔融的片状的热塑性树脂P从挤压模3a、3b排出。作为这样的热塑性树脂，能够使用结晶热塑性树脂和/或非结晶热塑性树脂，例如，能够列举尼龙系树脂、聚碳酸酯系树脂、聚酰胺系树脂、聚丙烯系树脂等烯烃系树脂、丙烯系树脂、或者ABS系树脂等，也可以是熔点比它们高的(软化点高的)热塑性树脂。
然后，将片状的强化纤维基材F与熔融的片状的热塑性树脂P导入一对浸渗辊10a、10b之间，一边通过马达30的驱动力使一对辊10a、10b旋转一边在强化纤维基材F中浸渗热塑性树脂P，由此制造纤维强化树脂片。
具体地说，将一个浸渗辊10a相对于另一个浸渗辊10b挤压。由此，以在一个浸渗辊10a的周面10a与另一个浸渗辊10b的周面10a分别作用表面压力的方式，使两方的浸渗辊10a、10b的周面10a、10b变形(参照图3(b))。如图4所示，在该状态下通过加热部40向圆柱空间S1供给被加热了的介质M以对一对浸渗辊10a、10b进行加热。
向各浸渗辊10a(10b)的周面供给熔融的热塑性树脂P。使所供给的热塑性树脂P从树脂保持层12的表面浸透到内部并保持该热塑性树脂P。为了维持熔融状态而加热(或者保温)所保持的热塑性树脂P。一边通过一对浸渗辊10a、10b的旋转向一对辊10a、10b间输送所保持的热塑性树脂P，一边使热塑性树脂P浸渗于所述强化纤维基材F中。
在本实施方式中，此时，经由挤压模3a、3b向一对浸渗辊10a、10b供给熔融的热塑性树脂P，使得在一对浸渗辊10a、10b的上方生成熔融的热塑性树脂P的树脂积存P1。能够通过考虑到各浸渗辊10a(10b)的旋转速度、热塑性树脂P的粘度等而调节从各挤压模3a(3b)供给的热塑性树脂P的供给量，来生成树脂积存P1。
根据本实施方式，通过使用在一对浸渗辊10a、10b的两方的表面形成有树脂保持层12的浸渗辊，能够在树脂保持层12的层内保持熔融的热塑性树脂P。而且，该树脂保持层12通过一对浸渗辊10a、10b彼此的挤压而沿着厚度方向弹性变形，所以在挤压时能够使被保持于树脂保持层12的层内的热塑性树脂P从树脂保持层12内的被挤压的部分向一对浸渗辊10a、10b之间释放。
在本实施方式中，在浸渗辊10a、10b的两方设置有树脂保持层12。由此，通过使一对浸渗辊10a、10b彼此相互挤压，能够使表面压力作用在位于浸渗辊之间的热塑性树脂P与强化纤维基材F上。进而，能够在从树脂保持层释放熔融的热塑性树脂的状态下，使两方的浸渗辊10a、10b的相对的周面10a、10a变形为平面状。这样，能够在强化纤维基材F的两面作用均匀的应力，能够得到厚度均匀的均质的纤维强化树脂片S。
这样作用于强化纤维基材F以及热塑性树脂P的压力，与此前使用单纯的刚体辊时作用的线压力不同，其成为表面压力。由此，不在强化纤维基材F上作用过度的应力，能够均匀且稳定地将热塑性树脂P浸渗于强化纤维基材F中。其结果，能够得到在宽度方向上无台阶状的肋的厚度均匀的纤维强化树脂片S。
另外，在本实施方式中，能够一边使浸渗辊10a、10b旋转一边使表面压力作用于浸渗辊10a、10b，并对有表面压力作用的强化纤维基材F的部分供给从树脂保持层12释放的热塑性树脂P。由此，能够确保浸渗时间比此前更长，并且能够在浸渗时一边将存在于强化纤维基材F的纤维间的空气合适地排出，一边向纤维间供给最适量的热塑性树脂。
特别是，在本实施方式中，在沿水平方向并列设置的一对浸渗辊10a、10b的上方，形成有上述熔融的热塑性树脂的树脂积存P1，所以能够将来自于该树脂积存P1的熔融的热塑性树脂稳定地向一对浸渗辊10a、10b之间供给。
进而，在挤压时弹性变形了的树脂保持层12的一部分(浸渗辊彼此接触的接触部分)，伴随着浸渗辊10a、10b的旋转而复原为原来的状态。由此，能够向复原了的树脂保持层12内的空间(空隙)供给熔融的热塑性树脂P，在树脂保持层12内再次保持热塑性树脂P。这样作的结果，能够将片状的强化纤维基材F与热塑性树脂P导入到一对浸渗辊10a、10b之间，将熔融的热塑性树脂P连续地浸渗(供给)到强化纤维基材F中。
使用输送辊使这样得到的纤维强化树脂片S通过，并在卷取部5将其卷绕为线圈状。另外，在本实施方式中，直接向浸渗辊10a、10b两方的上侧的周面10a、10a供给热塑性树脂P，但只要能够在强化纤维基材F的内部均匀地浸渗热塑性树脂P，也可以从任一浸渗辊的上侧的周面供给热塑性树脂P。
图6是表示图1所示的实施方式的其他的变形例涉及的纤维强化树脂片的制造装置的树脂浸渗部的示意性剖视图。图6所示的实施方式的装置，其与图1所示的装置的不同点是作为浸渗辊使用通常的圆柱的金属辊以代替形成有树脂保持层12的浸渗辊10b。其他结构与上述图1所示的实施方式相同，所以将详细的说明省略。
如图6所示，在本实施方式中，具备浸渗辊10a与铁制的圆柱的金属辊60。在金属辊60的内部有形成圆柱空间S2，与上述实施方式相同地加热部连接于其内部使得由加热部加热了的介质在其内部循环。由此，能够在金属辊60上卷绕强化纤维基材F，在一对辊10a、60之间对所导入的纤维强化基材F进行预热，能够抑制浸渗时热塑性树脂P粘度的上升。另外，与上述实施方式同样地金属辊60连结于马达。
通过使用这样的金属辊60，形成有树脂保持层12的一侧的浸渗辊10a的表面通过树脂保持层12的弹性变形而以仿形另一侧的金属辊的表面形状的方式变形，所以能够在从树脂保持层12的层内向一对辊10a、60之间释放熔融的热塑性树脂P的状态下，使表面压力作用在位于辊10a、60之间的热塑性树脂P与强化纤维基材F上。
图7是表示图1所示的实施方式的另外的变形例涉及的纤维强化树脂片的制造装置的树脂浸渗部的示意性剖视图。图7所示的实施方式的装置与图1不同点是使用收纳有熔融的热塑性树脂的容器65、65以代替挤压模3a，3b这一点和在浸渗辊10a、10b的上方设置用于加热树脂保持层12的加热器66、66这一点。其他结构与上述图1所示的实施方式相同，所以将详细的说明省略。
如图7所示，在本实施方式中，在各浸渗辊10a(10b)的下方设有收纳有熔融的热塑性树脂P的容器65。向各容器65供给熔融的热塑性树脂，并且配置有对所收纳的热塑性树脂进行加热的加热器(未图示)使得所供给的热塑性树脂P的温度为熔点以上。
进而，浸渗辊10a(10b)的树脂保持层12经由容器65的开口部65a浸渍于熔融的热塑性树脂P中。另外，如上所述，在浸渗辊10a、10b的上方，设有用于对树脂保持层12进行加热的加热器66、66。
通过设为这样的构成，在容器65内，熔融的热塑性树脂P从树脂保持层12的表面浸透到层内并被保持。然后，所保持的热塑性树脂P通过浸渗辊10a(10b)的旋转向一对浸渗辊10a、10b之间被输送。此时，在即将被导入到一对浸渗辊10a、10b之间前，通过加热器66加热所保持的热塑性树脂P，所以能够向一对浸渗辊10a、10b之间供给粘度更低的状态的热塑性树脂P。
实施例
以下基于实施例对本发明进行说明。
〔实施例1〕
准备厚度0.05mm且宽度50mm的片状的纤维强化基材，该纤维强化基材是将直径7mm的捆扎了15000根连续纤维而成的碳纤维束(1束的宽度为6～7mm)开松(開織)而成的。接下来，使用与图1所示的装置相同方式的装置。各浸渗辊是在直径200mm的不锈钢制辊上以空隙率(体积率)50％的方式卷绕有线径100μm的成为了环状的不锈钢制线(金属制的纤维材料)而成的辊，含有该金属制的纤维材料的树脂保持层的厚度为2mm，确认了通过浸渗辊彼此的挤压该树脂保持层沿着厚度方向弹性变形。
作为热塑性树脂，从一对浸渗辊的上方以预定比例供给(0.5g/秒)在270℃下熔融的熔点(225℃)的聚酰胺6(在270℃时树脂粘度为2000泊)。此时，聚酰胺6渗入到树脂保持层中。在该状态下，通过加热部将各浸渗辊加热到230℃，一边使一对浸渗辊彼此挤压使得在纤维强化基材与聚酰胺6上作用有2MPa的表面压力，一边使一对浸渗辊旋转(1.6rpm)而将纤维强化基材按0.07g/秒的比例导入辊之间。由此，在一对浸渗辊间的上方形成了聚酰胺6的树脂积存，并且制造出了在强化纤维基材中浸渗有熔融的上述热塑性树脂的纤维强化树脂片。另外，能够确认的是在挤压时纤维强化基材与聚酰胺6相对于各浸渗辊的树脂保持层表面压接(面圧着)。
(比较例)
以与实施例相同的方式制作了纤维强化树脂片。与实施例的不同点是浸渗辊为直径200mm的不锈钢制辊这一点。即，在比较例中，仅未设置含金属制的纤维材料的树脂保持层这一点不同。
〔截面观察〕
观察了实施例以及比较例涉及的纤维强化树脂片的截面。图8是实施例以及比较例涉及的纤维强化树脂片的截面照片的放大图，(a)是实施例涉及的截面照片的放大图，(b)是比较例涉及的树脂照片的放大图。
(结果以及考察)
如图8(a)、(b)所示，实施例的纤维强化树脂片与比较例的相比，热塑性树脂均匀地浸渗于纤维间。图8(b)所示，在比较例1的纤维强化树脂片中，与实施例的相比，形成有大的空隙(照片中的黑色部分)。
可以认为，在实施例的情况下，通过在浸渗辊的表面设置树脂保持层而实现了这样的结果。即，这是因为，在实施例的情况下，在挤压时使被保持于树脂保持层的层内的热塑性树脂从树脂保持层内的被挤压的部分向一对辊之间的纤维强化基材释放，并且，在该状态下通过树脂保持层的弹性变形能够使表面压力作用在位于辊之间的热塑性树脂与强化纤维基材上。
以上对本发明的实施方式进行了详述，但本发明并不限定于上述实施方式，能够在不脱离技术方案所记载的本发明的精神的范围内进行各种设计变更。
例如，也可以在图3以及图6所示的浸渗辊的上方还进一步设置图7所示的加热器。
附图标记说明
1：纤维强化树脂片制造装置，2：强化纤维供给部，2a：卷绕体，
2b、2c：输送辊，3：树脂供给部，3a、3b：挤压模(喷嘴)，
4：树脂浸渗部，5：卷取部，10A、10B：浸渗辊，10a：周面，
30：马达，31：联接器，40：加热部，50：挤压部，51：活塞，
52：气缸，F：强化纤维基材，M：介质，P：热塑性树脂，
Pa：热塑性树脂颗粒，S：纤维强化树脂片，
S1：圆柱空间，S2：圆柱空间。

Claims (8)

1.一种纤维强化树脂片的制造方法，通过将片状的强化纤维基材与热塑性树脂导入到一对浸渗辊之间，一边使该一对浸渗辊旋转一边将熔融的所述热塑性树脂浸渗到所述强化纤维基材中，从而制造纤维强化树脂片，该制造方法的特征在于：
使用在所述一对浸渗辊中的至少一方的浸渗辊的表面形成有树脂保持层的浸渗辊，该树脂保持层是通过所述一对浸渗辊彼此的挤压而沿厚度方向弹性变形、并且在层内保持该熔融的热塑性树脂以能够在所述挤压时释放熔融的所述热塑性树脂的树脂保持层，
通过使所述一对浸渗辊彼此挤压，从而一边至少使所述树脂保持层弹性变形，一边使所述热塑性树脂浸渗到所述强化纤维基材中。
2.根据权利要求1所记载的纤维强化树脂片的制造方法，其特征在于：
在所述树脂保持层中使用金属制的纤维材料或金属制的泡沫材料。
3.根据权利要求1或2所记载的纤维强化树脂片的制造方法，其特征在于：
所述一对浸渗辊在水平方向上并列设置，向所述一对浸渗辊供给所述熔融的热塑性树脂使得在所述一对浸渗辊的上方生成所述熔融的热塑性树脂的树脂积存。
4.根据权利要求1或2所记载的纤维强化树脂片的制造方法，其特征在于：
将所述树脂保持层加热到比所述热塑性树脂的熔点高的温度。
5.根据权利要求3所记载的纤维强化树脂片的制造方法，其特征在于：
将所述树脂保持层加热到比所述热塑性树脂的熔点高的温度。
6.一种纤维强化树脂片的制造装置，通过将片状的强化纤维基材与热塑性树脂导入到一对浸渗辊之间，一边使该一对浸渗辊旋转一边将熔融的所述热塑性树脂浸渗到所述强化纤维基材中，由此制造纤维强化树脂片，
其特征在于，具备：供给被导入到所述一对浸渗辊之间的所述强化纤维基材的强化纤维供给部；供给被导入到所述一对浸渗辊之间的热塑性树脂的树脂供给部；和使所述一对浸渗辊彼此挤压的挤压部，
在所述一对浸渗辊中的至少一方的浸渗辊的表面形成有树脂保持层，该树脂保持层是在通过挤压部使所述一对浸渗辊彼此挤压时沿厚度方向弹性变形、并且在层内保持所述熔融的热塑性树脂以能够在所述挤压时释放熔融的所述热塑性树脂的树脂保持层。
7.根据权利要求6所记载的纤维强化树脂片的制造装置，其特征在于：
所述树脂保持层包含金属制的纤维材料或金属制的泡沫材料。
8.根据权利要求6或7所记载的纤维强化树脂片的制造装置，其特征在于：
在所述浸渗辊上设置有加热部，该加热部用于将所述树脂保持层加热到比所述树脂保持层所保持的热塑性树脂的熔点高的温度。
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