CN104105825A - 含浸丝布和含浸丝布的制造方法 - Google Patents

含浸丝布和含浸丝布的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种含浸丝布的制造方法。在制造将含浸丝制成织布的含浸丝布时，得到具有良好的塑形性、并且强化纤维束的孔小且强度优异的成形体。本发明的含浸丝布(1)的制造方法的特征在于，对纤维束(2)施加20捻/m以上且700捻/m以下的捻度，在施加所述捻度的同时或施加所述捻度的基础上，使该纤维束(2)含浸于以熔融状态贮存有热塑性树脂(5)的树脂槽从而形成含浸丝(3)，对形成的含浸丝(3)进行编织得到含浸丝布(1)。

Description

含浸丝布和含浸丝布的制造方法
技术领域
本发明涉及将含浸丝制成织布而成的含浸丝布、和该含浸丝布的制造方法。
背景技术
通常，作为成形纤维强化树脂的成形品时的原材料，使用预浸布(プリプレグ)等片状的含浸布。该含浸布是，将预先编织纤维束而成的编织布作为基材、并用热塑性树脂覆盖该基材的表面的含浸布。若加热该含浸布则覆盖基材表面的热塑性树脂溶解，可能发生被热塑性树脂约束的基材的变形(塑形)。并且，若在使含浸布成形为期望的形状后对热塑性树脂进行冷却、凝固，则能够使片状的含浸布成形为成形体。
另外，近年来，像汽车的内装件、车体等这样成形复杂形状的成形体的情况增多，对含浸布也要求能够追随这样的复杂形状的高塑形性。
但是，若像上述的含浸布那样，先编织纤维束，然后涂敷热塑性树脂，则若不对涂敷后的热塑性树脂进行增塑则基材的变形变得困难。其结果是难以使含浸布变形为任意形状的成形体。
因此，在专利文献1中公开了如下方法，即，在将纤维束编织为布状态之前，将1根1根的纤维束用热塑性树脂预先覆盖制成含浸丝，再编织该含浸丝制成含浸丝布的方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平04－185313号公报
发明内容
发明所要解决的课题
但是，利用专利文献1的方法得到的含浸丝布由于1根1根的含浸丝能够比较自由地移动，因此与上述的含浸布相比容易发生变形，塑形性良好。
但是，构成该含浸丝布的1根1根的含浸丝是用热塑性树脂覆盖纤维束并硬化而成的，非常地刚直且难以自由弯曲，其中所述纤维束是通过将沿一方向并丝而成的单纤维集束而得到。换言之，对于编织这样的难以弯曲的含浸丝而形成的含浸丝布而言，为了避免单纤维的折损则必然网眼变大。其结果是在成形体中的纤维束的密度不足，有可能难以得到强度高的成形体。
另外也存在如下的情况，即，若为了减小网眼而强行使含浸丝挠曲或弯曲，则对含浸丝留有不必要的痕迹，或者热塑性树脂从纤维束的表面剥离，反而使含浸丝布、成形体的强度降低。
此外，如此使用难以弯曲的含浸丝的编织作业非常耗时，多数情况下难以提高含浸丝布的生产率。
本发明是鉴于上述的问题而完成的，目的在于提供能够生产率良好地得到具有良好的塑形性、并且含浸丝的网眼小且强度优异的成形体的含浸丝布的制造方法和含浸丝布。
用于解决课题的方法
为了解决上述课题，本发明的含浸丝布的制造方法采取以下的技术手段。
即，本发明的含浸丝布的制造方法的特征在于，对纤维束施加20捻/m以上且700捻/m以下的捻度，在施加所述捻度的同时或施加所述捻度的基础上，使该纤维束含浸于以熔融状态贮存有热塑性树脂的树脂槽从而形成含浸丝，对形成的含浸丝进行编织得到含浸丝布。
优选以使网眼为0mm以上且10mm以下的方式编织所述含浸丝。
另一方面，本发明的含浸丝布的特征在于，将表面覆盖了热塑性树脂的纤维束相互编织，且所述纤维束以20捻/m以上且700捻/m以下的方式加捻。
优选网眼被编织为0mm以上且10mm以下。
发明效果
根据本发明的含浸丝布的制造方法和含浸丝布，能够生产率良好地得到具有良好的塑形性、并且纤维束的孔(目)小且强度优异的成形体。
附图说明
图1A是本发明的含浸丝布的俯视图。
图1B是图1A的A－A线剖面图。
图1C是由图1A的含浸丝布成形的成形体的俯视图。
图2是表示本发明的含浸丝布和成形体的制造方法的流程图。
图3是表示用于制造含浸丝布的制造装置的立体图。
图4A是表示纤维束为玻璃纤维时的抗拉强度相对于含浸丝的捻转次数的变化的图。
图4B是表示纤维束为碳纤维时的抗拉强度相对于含浸丝的捻转次数的变化的图。
具体实施方式
依据附图说明本发明的实施方式。需要说明的是，在以下的说明中，相同的部件标记相同的符号。它们的名称和功能也相同。因此，不重复对它们的详细说明。
如图1A～图1C所示，本发明的实施方式的含浸丝布1是使用表面覆盖了热塑性树脂5的纤维束2(强化纤维束)所构成的含浸丝3而形成的含浸丝布，含浸丝布1通过编织多根含浸丝3而构成。即，本申请发明的含浸丝布1是通过对作为树脂复合材料的含浸丝3进行织布而得到的含浸丝布。
接下来，以下对构成本发明的含浸丝布1的含浸丝3和该含浸丝3的编织状态进行详细说明。
构成含浸丝布1的含浸丝3具有：提高成形体4的机械特性(抗拉强度等)的纤维束2；和沿长轴方向覆盖该纤维束2的表面(周围)的热塑性树脂5。
纤维束2是仅将单纤维按后述的根数集束而得的纤维束，单纤维由能够加强作为基体的热塑性树脂5的纤维形成。在该纤维束2中可以使用例如玻璃纤维、碳纤维或芳香族聚酰胺等纤维。
纤维束2是将上述的单纤维集束为500tex以上且15000tex以下(JISL 0101)的而成纤维束，每根纤维束2的外径(直径)设为0.3mmφ以上且3.0mmφ以下。
热塑性树脂5覆盖含浸丝3的纤维束2的表面。该热塑性树脂5还作为在使成形体4成形时介于被相互编织的纤维束2彼此之间并将它们粘结的粘结剂来发挥功能。具体地，作为热塑性树脂5可以使用聚丙烯、聚乙烯这样的聚烯烃系树脂，另外，除聚烯烃系树脂以外，可以使用尼龙等聚酰胺系树脂、PET、PBT、PEI、PEEK等树脂。
接着，对含浸丝3的编织方法进行说明。
在编织上述的含浸丝3时可以编入也可以织入。例如，在编入含浸丝3时，可以采用平针编法、全低针编法、罗纹编法、链式编法或双反面编法之类的编法。另外，在织入含浸丝3时，除图1中示出的平织以外，还可以采用斜纹织法、缎纹织法等之类的织法。这是因为，通过如此在上述种类之中改变编织方法，从而能够使含浸丝布1的塑形性提高。
但是，对于现有的含浸丝3而言，通过用热塑性树脂5覆盖沿一方向并丝而成的单纤维的周围并凝固，而形成1根1根的含浸丝3。利用该方法得到的含浸丝3刚直且缺乏柔软性，即使进行编织，网眼也变大，因此有可能无法得到作为含浸丝布1的充分的强度。另外，利用现有的方法得到的含浸丝3在编织时难以弯曲，因此有时难以高效地生产含浸丝布1(参照发明所要解决的课题)。
因此，在本发明的含浸丝布1中，将以捻回数为20捻/m以上且700捻/m以下、优选为20捻/m以上且200捻/m以下的方式捻回多根单纤维形成的纤维束2用于含浸丝3。若如上使纤维束2的捻回数为20捻/m以上且700捻/m以下、优选为20捻/m以上且200捻/m以下，则1根1根的含浸丝3的柔软性提高，因此能够减小编织为含浸丝布1时的网眼，能够使含浸丝布1的机械强度(抗拉强度)比现有的含浸丝布提高。另外，若含浸丝3的柔软性提高，则在编织时弯曲含浸丝3也变得简单，还能够提高编织为含浸丝布1时的生产率。
具体地，本实施方式的含浸丝3是通过以使捻回数为20捻/m以上且700捻/m以下(换言之，20捻/m以上和/或700捻/m以下)，优选为20捻/m以上且200捻/m以下(换言之，20捻/m以上和/或200捻/m以下)的方式将纤维束2合股加捻而得到的。该纤维束2的合股加捻方向可以是右捻回也可以是左捻回。另外，1根含浸丝3所使用的纤维束2的根数设为2根以上且10根以下为宜。
另外，本发明的含浸丝布1使用上述这种捻回数的含浸丝3进行编织而成，网眼被编织为0mm以上且10mm以下。若是这样的网眼的含浸丝布1，则能够向成形体4以尽量充分的密度供给纤维束2，从而成形机械强度优异的成形体4。
接下来，对实际制造上述含浸丝布1的方法进行说明，换言之对本发明的含浸丝布1的制造方法进行说明。
如图2的流程图所示，本发明的含浸丝布1的制造方法具备：第1工序7，通过使纤维束2含浸于以熔融状态贮存有热塑性树脂5的树脂槽(含浸部12)，从而形成对纤维束2施加了捻度的含浸丝3；和第2工序8，编织第1工序7中形成的含浸丝3，得到树脂复合材料的含浸丝布1。
说明第1工序7的内容之前，首先进行用于第1工序7的制造装置9的说明。
如图3所示，制造装置9具有供给热塑性树脂5的颗粒的料斗10。由该料斗10供给的热塑性树脂5的颗粒在与料斗10邻接配备的混炼部11中被混炼。在混炼部11中被增塑化了的热塑性树脂5被送至含浸部12，在含浸部12中贮存。
该含浸部12以能够贮存增塑化了的热塑性树脂5的方式，形成为沿上下方向朝向轴心的长的有底圆筒状，并朝向上方开口。并且，由该上侧开口向含浸部12的内部送入从配备于含浸部12的侧方的绕线管放卷的多根纤维束2。
上述多根纤维束2分别由对应于该纤维束2的根数而仅以相同数量设置的绕线管供给，并用预热器13预热后经由上侧导向辊14送入含浸部12。
在含浸部12的下侧设置有将由上侧开口送入的纤维束2取出至含浸部12的外侧的模具喷嘴(ダイノズル)15，使用该模具喷嘴15而能够在纤维束2的表面仅以规定厚度覆盖热塑性树脂5。另外，在含浸部12内即上侧开口和模具喷嘴15之间，以含浸于熔融的热塑性树脂5的状态配备有在卷绕的状态下移送纤维束2的下侧导向辊(图示略)。
在该含浸部12的下游侧设置有水槽16，所述该水槽16促进覆盖纤维束2的表面的热塑性树脂5冷却、硬化。另外，在水槽16的下游侧设置有对在水槽16中冷却后的纤维束2施加捻度的牵引机17(捻回滚筒(撚りローラ)装置)。该牵引机17为如下的构成，即利用滚筒(开卷机)将纤维束2卷取至朝向与纤维束2的移送方向正交的方向的轴系，并且以将该滚筒拧紧至朝向纤维束2移送方向的轴系的方式使该滚筒旋转。若利用这样的牵引机17卷取纤维束2，则如上所述，能够对纤维束2赋予20捻/m以上且700捻/m以下、优选20捻/m以上且200捻/m以下的捻度，并同时形成含浸丝3。
第2工序8是对第1工序7中形成的含浸丝3进行编织而形成含浸丝布1的工序。该第2工序8中可以使用公知的针织机、织布机，通过使用针织机、织布机以期望的编法、织法编织含浸丝3而形成含浸丝布1。需要说明的是，对于用于第2工序8的针织机、织布机，省略图示。
若将如此操作而在第2工序8中通过编织形成的含浸丝布1遵循期望的形状并进行热压，则能够如图2中虚线所示那样，由含浸丝布1形成成形体4。
对于本发明的含浸丝布1而言，构成该含浸丝布1的1根1根的纤维束2以20捻/m以上且700捻/m以下、优选20捻/m以上且200捻/m以下被合股加捻。因此，相比于沿一方向并丝的纤维束，纤维束2的柔软性高，即使在制成含浸丝3时也能够自由地弯曲或挠曲。当然，在这样由柔软的含浸丝3编织的含浸丝布1中，网眼也可以变小，通过缩小含浸丝3的孔，能够使含浸丝布1的机械强度(抗拉强度)比现有的含浸丝布提高。
另外，若含浸丝3的柔软性提高，则在编织时弯曲含浸丝3也变得简单，能够提高编织为含浸丝布1时的生产率。
另外，具有这样的捻度的含浸丝3在抗拉强度等机械强度方面也优异，含浸丝布1本身的强度也变高。因此，若使用本发明的含浸丝布1，则如图1C所示，能够得到纤维束2被致密地配备且强度优异的成形体4。
实施例
接着，使用实施例，进一步详细说明本发明的含浸丝布1的作用效果。
首先，为了研究纤维束2的捻回数对含浸丝3的抗拉强度造成的影响，准备以下所示的实施例1～实施例3。
具体地，实施例1的含浸丝布1所使用的纤维束2是将玻璃纤维的单纤维集束以达到4620tex的支数的纤维束，其外径为3.0mmφ。另外，实施例2的含浸丝布1所使用的纤维束2是将玻璃纤维的单纤维集束以达到575tex的支数的纤维束，其外径为1.05mmφ。此外，实施例3的含浸丝布1所使用的纤维束2是将碳纤维的单纤维集束以达到15000tex的支数的纤维束，其外径为1.7mmφ。
对这些实施例1～实施例3的纤维束2，使牵引机17中的捻回数在0～120捻/m的范围内变化并用热塑性树脂5(聚丙烯)进行覆盖，制作包含25～30vol％的纤维束2的含浸丝3。对这样得到的含浸丝3，使用拉伸试验机测量抗拉强度。将测量结果示于图4A和图4B中。
参见图4A中用涂黑的菱形表示的实施例1的结果，若牵引装置中的捻回数由0捻/m增加至25捻/m，则抗拉强度也对应于该增加而变大。并且，在捻回数为25～70捻/m的范围内保持比较大的抗拉强度。但是，若牵引装置中的捻回数超过70捻/m，则与捻回数的增加相反，抗拉强度急剧变小。
另一方面，在用图4A中涂黑的方形表示的实施例2的结果中，也在捻回数为10～80捻/m的范围内保持比较大的抗拉强度，但是若捻回数小于或大于该范围，则抗拉强度变小。另外，用图4B中涂黑的圆形表示的实施例3的结果也得到相同的倾向，在捻回数为18～60捻/m的范围内保持比较大的抗拉强度。
由此判断，对于实施例1～3中的任意一个，若使含浸丝3中的纤维束2的捻回数为20～50捻/m的值，则能够提高抗拉强度。
另一方面，对纤维束2的捻回数为30捻/m的实施例1～实施例3的含浸丝3测量弯曲半径。该弯曲半径的测量如下进行，例如对曲率半径不同的圆柱弯曲含浸丝，测量能够不损伤地进行弯曲的曲率半径。将该曲率半径作为弯曲半径。另外，作为比较例，使用在如下的纤维束2的周围覆盖热塑性树脂5而成的含浸丝3(捻回数＝0捻/m)，该纤维束2是在不施加捻度而在平行的状态下将单纤维并丝而得的纤维束。对实施例1～实施例3和比较例的含浸丝3测量曲率半径，并将测定结果示于表1中。
表1
有捻度 无捻度
外径3.0mmφ 15mm 50mm
外径1.05mmφ 2mm 20mm
外径1.7mmφ 10mm 50mm
由表1明确可知，相比于“无捻度”，“有捻度”的曲率半径至少减小至1/3左右，变得容易弯曲。由此判断，“有捻度”的含浸丝3相比于“无捻度”，塑形性变良好。
需要说明的是，对于此次公开的实施方式中未明确公开的事项，例如运转条件、操作条件、各种参数、构成物的尺寸、重量、体积等而言，其不脱离本领域技术人员通常实施的范围，采用只要是通常的本领域技术人员就能够容易想到的事项。
附图标记
1  含浸丝布
2  纤维束
3  含浸丝
4  成形体
5  热塑性树脂
7  第1工序
8  第2工序
9  制造装置
10  料斗
11  混炼部
12  含浸部
13  预热器
14  上侧导向辊
15  模具喷嘴
16  水槽
17  牵引机

Claims (4)

1.一种含浸丝布的制造方法，其特征在于，对纤维束施加20捻/m以上且700捻/m以下的捻度，在施加所述捻度的同时或施加所述捻度的基础上，使该纤维束含浸于以熔融状态贮存有热塑性树脂的树脂槽从而形成含浸丝，对形成的含浸丝进行编织得到含浸丝布。
2.根据权利要求1所述的含浸丝布的制造方法，其特征在于，以使网眼为0mm以上且10mm以下的方式编织所述含浸丝。
3.一种含浸丝布，其特征在于，将表面覆盖了热塑性树脂的纤维束相互编织，且所述纤维束以20捻/m以上且700捻/m以下的方式加捻。
4.根据权利要求3所述的含浸丝布，其特征在于，网眼被编织为0mm以上且10mm以下。
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