CN105531101A - 纤维增强部件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的纤维增强部件的制造方法包括：步骤(1)，其中在下模中形成热塑性树脂的熔体，将由增强纤维(B)形成的垫状材料放置在熔体上，用于加压的上模闭合在下模上并加压，并执行浸渍处理，然后冷却并固化浸渍有树脂的垫状材料，由此模制由纤维增强树脂形成的主体部分；和步骤(2)，其中打开用于加压的上模，将用于注射模制的上模闭合在下模上以形成注射模制模具，然后执行注射模制以形成附加部分，由此模制具有与主体部分结合的附加部分的纤维增强部件。

Description

纤维增强部件的制造方法
技术领域
本发明涉及结合地通过加压模制方法和注射模制方法模制的纤维增强部件的制造方法，加压模制方法和注射模制方法有利地用于模制汽车车身部件、电气设备壳体部件等。
背景技术
纤维增强树脂具有极佳的强度、可模制性等，并且其应用领域得到扩展。具体地，已经对纤维增强树脂进行了研究，将其应用于通用汽车车身部件、电气设备壳体部件等，其大规模生产是所期望的。
在将纤维增强树脂应用于通用车身部件或电气设备部件时，开发使用热塑性树脂作为基质并含有玻璃纤维或碳纤维的纤维增强树脂已有所进展，并且在模制制品中包含的增强纤维的纤维长度的提高以及增强纤维含量的提高是所期望的。例如，专利文献1提出一种汽车外部部件，其为纤维增强的热塑性树脂组合物的注射模制制品，其中模制制品中的增强纤维具有1.5至5.0mm的纤维长度和1至50％的重量平均分布。那么，据说模制制品中的增强纤维具有1.5至5.0mm的纤维长度和1至50％，优选为5至50％的重量平均分布，并且用于汽车外部部件的组合物由含量为40至99重量％的热塑性树脂和含量为60至1重量％的增强纤维获得，优选的是：热塑性树脂的含量为50至75％，并且增强纤维的含量为50至25％。
由这样的纤维增强树脂组成的通用汽车部件或电气设备部件具有这样的形状，其中在板状部分中设置用于连接不同部件的凸起、肋等，并且通常来说，在许多情况中，形成主体部分的板状部分为薄的并具有大的区域，并且形成附加部分例如凸起或肋的部件具有复杂的形状。由于此，已经提出了一种制造方法，其能够以高体积含量引入具有长纤维长度的增强纤维，并结合使用加压模制方法和注射模制方法，所述的加压模制方法特别适用于制造各向同性的并具有高强度的纤维增强树脂部件，所述注射模制方法特别适用于具有复杂形状的材料的大规模生产。
例如，专利文献2提出一种用于一体模制的制品的制造方法，包括步骤(I)、步骤(II)和步骤(III)，在步骤(I)中堆叠由不连续的增强纤维和树脂组成的基材，由此形成预成形件，在步骤(II)中将具有大于100％装填比例的预成形件放置在模具中并执行加压模制，在步骤(III)中，在将于步骤(II)中获得的片状模制体插入至注射模制模具中之后，热塑性树脂被注射模制并与片状模制体一体模制。据说根据这种制造方法，通过使用由不连续的增强纤维和树脂形成的片状模制体作为模制主体，并将所述模制主体与注射模制的热塑性树脂一体模制，就可以容易地获得具有高动力学特性和复杂形状的热塑性树脂模制体。
专利文献3提出一种织物装饰性树脂制品的模制方法，在该模制方法中：通过在预成形模具中预加热并加压，分别使透射片和织物片预成形，该透射片由热塑性树脂组成，通过将热塑性树脂的细丝织造成增强纤维束而获得该织物片；并使这些透射片和织物片在一体模制模具中相互堆叠，并对这些透射片和织物片进行热加压模制，以模制装饰性预成形件(在该装饰性预成形件中，使这些透射片相互成一体)；然后将装饰性预成形件放置在注射模制模具中；并将与该热塑性树脂相同品质的热塑性树脂注射模制在后表面侧，由此模制织物装饰性树脂制品。据说根据这种模制方法，可以通过消除例如附属工具的修整操作和后组装操作的所有步骤，同时保持织物片自身的强度和设计而低成本地模制织物装饰性树脂制品，所述织物装饰性树脂制品特别适用为轻质和高刚度车辆车身部件(例如外壳罩等)。
引用列表
专利文献
专利文献1：JP-A-2005-298664
专利文献2：JP-A-2010-253938
专利文献3：JP-A-2009-51080
发明内容
技术问题
如在专利文献2或3所提出的方法所采用的是，首先制造由增强纤维形成的片状预浸料坯，然后加压模制通过堆叠这种预浸料坯形成的材料或者通过堆叠这种预浸料坯和树脂片形成的材料以模制主体部件，并将所模制的预成形件转移至注射模制模具，并注射模制。由此，步骤数增加，并且能量效率低下，并且因此，所述方法具有的问题是：具有高产率的注射模制方法的优势并未被利用。
鉴于这样的传统问题，本发明的目的是提供一种纤维增强部件的制造方法，其能够通过结合使用加压模制方法和注射模制方法而有效地模制平均纤维长度长而且增强纤维含量高的纤维增强部件，并高产率地制造汽车车身部件、电气设备壳体部件等。
问题的解决方案
根据本发明的一种纤维增强部件的制造方法包括：步骤1，在所述步骤1中，在下模中形成热塑性树脂的熔体，将由增强纤维B形成的垫状材料放置在所述熔体上，将用于加压的上模闭合在所述下模上并加压，并且执行浸渍处理，然后使被浸渍有热塑性树脂的所述垫状材料冷却并固化，由此模制由纤维增强树脂获得的主体部分；和步骤2，在所述步骤2中，打开用于加压的所述上模，将用于注射模制的上模闭合在所述下模上，以形成注射模制模具，然后执行注射模制，以形成附加部分，由此模制纤维增强部件，所述纤维增强部件具有与所述主体部分结合的所述附加部分。
在以上发明中，熔体可以仅由热塑性树脂形成，或者由包含增强纤维A的热塑性树脂形成。所述增强纤维A可以具有0.1mm至25mm的平均纤维长度。此外，增强纤维B可以具有1mm至100mm的平均纤维长度。
此外，所述纤维增强部件的所述主体部分中的增强纤维的体积含量可以是10％至70％。
附加部分可以包含0至50％的体积含量的增强纤维M，所述增强纤维M具有0.1mm至25mm的平均纤维长度。附加部分可以是在所述主体部分中形成的凸形部分、凸起、肋、铰链、凸缘、调整片或侧壁部分。
可以通过涂敷从塑化排出机供给的包含所述增强纤维A的所述热塑性树脂而形成所述熔体。
此外，根据本发明的一种纤维增强部件的制造方法可以包括：步骤1，在所述步骤1中，在下模中形成热塑性树脂的熔体，将由增强纤维形成的垫状材料放置在所述熔体上，将上模闭合在所述下模上并加压，并且执行浸渍处理，然后使被浸渍有热塑性树脂的所述垫状材料冷却并固化，由此模制由纤维增强树脂获得的主体部分；和步骤2，在所述步骤2中，在从所述下模和所述上模释放所述主体部分之后，将所述主体部分设置在注射模制模具中，并执行注射模制，以形成附加部分，由此制造纤维增强部件，所述纤维增强部件具有与所述主体部分结合的所述附加部分。
发明的有益效果
根据本发明，可以有效地模制平均纤维长度长并且增强纤维含量高的纤维增强树脂，并且可以高产率地制造汽车车身部件、电气设备壳体部件等。
附图说明
[图1]图1(a)和图1(b)为示出根据本发明模制的纤维增强部件的视图。图1(a)为平面图，并且图1(b)为示意性剖视图。
[图2]图2(a)至图2(c)为示出根据本发明的纤维增强部件的制造步骤的视图。
[图3]图3(a)和图3(b)分别为示出附加部分例子的视图。
具体实施方式
在下文，将参考附图来描述执行本发明的实施例。图1(a)和图1(b)示出根据本发明模制的纤维增强部件。如在图1(b)中所示，本发明涉及一种制备方法，其特别适用于模制包括板状主体部分51和附加部分55的纤维增强部件50，所述板状主体部分51为薄的并且具有大的面积，所述附加部分55以凸形形状形成在主体部分51的表面上。
根据本发明的制造方法可以通过步骤1和步骤2来执行，在所述步骤1中，热塑性树脂的熔体形成在下模中，将由增强纤维B形成的垫状材料放置在熔体上，用于加压的上模闭合在下模上并加压和执行浸渍处理，然后冷却和固化浸渍有热塑性树脂的垫状材料，由此模制由纤维增强树脂获得的主体部分，在所述步骤2中，打开用于加压的上模，将用于注射模制的上模闭合在下模上以形成注射模制模具，然后执行注射模制以形成附加部分，由此模制具有附加部分以及主体部分的纤维增强部件。
也就是说，在这种制造方法中，首先如在图2(a)中所示，热塑性树脂的熔体511形成在下模10中，将由增强纤维B形成的垫状材料513放置在所述熔体511上，用于加压的上模20闭合在下模10上并加压，执行浸渍处理。然后，冷却下模10和用于加压的上模20。
在这种制造方法中，并未对热塑性树脂特别限制，并且能够使用各种热塑性树脂，例如聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酰胺、聚碳酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯。
作为增强纤维，可以使用碳纤维、玻璃纤维等，然而，从轻质和强度的角度出发，优选碳纤维。增强纤维B为根据本发明的纤维增强部件50的基材，并且使用如上所述的垫状材料。“垫状”是指可容易获得的由捆成垫的纤维、织物或机织织物形成的材料以及由具有目标纤维长度和目标纤维密度的增强纤维形成的材料。将由这种垫状增强纤维B形成的垫状材料513放置在熔体511上，并通过对用于加压的上模20进行加压来使用热塑性树脂浸渍。在这种加压和浸渍处理以及随后的操作期间，用于形成垫状材料513的增强纤维B难以流动或难以切割，并且因此，可以容易地制造具有目标平均纤维长度的纤维增强部件50。在纤维增强部件50中包含的增强纤维B的平均纤维长度优选为1至100mm，更优选为2至25mm，还更优选为3至15mm。当增强纤维B的平均纤维长度在如上的范围内时，纤维增强部件50中的增强纤维的含量提高，并且可以模制具有高物理特性的纤维增强部件50。
作为增强纤维B，能够使用仅由增强纤维获得的材料，并且能够使用通过用热塑性树脂涂布增强纤维的周边获得的材料、在纤维之间呈线、粉末或片的形式的包含热塑性树脂的材料等。如上所述的浸渍处理可以通过用这种热塑性树脂涂布等来促进或加速。此外，为了快速地加热增强纤维B，通过涂布等的热塑性树脂的含量期望为增强纤维B的量的30vol％或更少。
熔体511可以仅由热塑性树脂形成，或者可以由包含增强纤维A的热塑性树脂形成。当使用包含增强纤维A的热塑性树脂时，这种增强纤维A可以与增强纤维B相混合，并且纤维增强部件50中的增强纤维的含量可以提高。在本发明中，在增强纤维部件50的主体部分51中包含的增强纤维的体积含量优选为10至70％，更优选为20至65％，还更优选为30至60％。当在主体部分51中包含的增强纤维的体积含量在上述范围内时，就可以模制具有高物理特性的纤维增强部件50。
可以通过涂敷从挤出机供给的包含增强纤维A的热塑性树脂来形成熔体511。特别地，优选使用双螺杆挤出机供给粗纱形状的增强纤维，并且通过螺杆来切割增强纤维，并在增强纤维与热塑性树脂进一步捏合的同时，经切割的增强纤维可被进一步切割。据此，能够形成熔体511，在该熔体511中，在热塑性树脂中包含具有期望的长纤维的增强纤维A。那么，在纤维增强部件50的主体部分51中包含的增强纤维A的平均纤维长度优选为0.1至25mm，更优选为1至15mm，还更优选为6至10mm。当增强纤维A的平均纤维长度在上述范围内时，纤维增强部件50中的增强纤维的含量提高，并且可以模制具有高物理特性的纤维增强部件50。此外，可供给在高温状态下包含增强纤维A的热塑性树脂，并且因此，可以高能量效率地进行生产。
此外，增强纤维B和增强纤维A可以被构造成使得用于形成增强纤维B和增强纤维A的细丝的材料、尺寸等为相同的或不同的(例如，细丝的材料为相同的，但是其尺寸为不同的)。此外，挤出机可以是注射装置，并且本发明可被广泛地用于塑化排出机中。
如上所述，在浸渍处理后，下模10和用于加压的上模20被冷却。通过冷却下模和用于加压的上模20，模制呈固体的主体部分51。在模制呈固体的主体部分51之后，用于加压的上模20被打开，并且如在图2(b)中所示，设置用于注射模制的上模30，并且所述用于注射模制的上模30闭合在下模10上，由此形成注射模制模具。然后，执行注射模制，并且如在图2(c)中所示，形成附加部分55，由此模制具有附加部分55以及主体部分51的纤维增强部件50。顺便提及，堆叠在主体部分51上或者与之形成一体的浇道功能部分559和浇口560通过注射模制而形成。通过切割来移除浇口560，由此模制纤维增强部件50。该实施例的下模10具有无凹凸的平面形状，但是可以具有凹凸。
在本发明中，在主体部分51转化为固体状态之后，也就是说，在浸渍至主体部分51的增强纤维内的热塑性树脂已经转化为固体状态、并且因此增强纤维的取向或偏置没有问题之后，执行注射模制。根据本发明，可以克服与传统的嵌件模制方法相关的问题，在所述嵌件模制方法中，通过堆叠预浸料坯而形成的材料、或者通过堆叠预浸料坯和树脂片形成的材料被加热和加压模制。
作为执行所述注射模制的树脂，可以使用热塑性树脂或者包含增强纤维M的热塑性树脂。作为这种热塑性树脂，可以使用与用于形成熔体511的热塑性树脂相同的或者不同的热塑性树脂。作为增强纤维M，可以使用与增强纤维B或增强纤维A相同的材料(细丝的材料和尺寸)。此外，作为增强纤维M，可以使用与增强纤维B或增强纤维A不同的材料。
在附加部分55中包含的增强纤维M的平均纤维长度优选为0.1至25mm，更优选为2至15mm，还更优选为3至6mm。当增强纤维M的平均纤维长度在上述范围内时，纤维增强部件50中的增强纤维的含量提高，并且可以模制具有高物理特性的纤维增强部件50。此外，附加部分55中的增强纤维M的体积含量可以落入0至50％的范围。在附加部分55中包含的增强纤维M的体积含量更优选为10至40％。
在通过注射模制形成的附加部分55中，如在图1(a)、图3(a)和图3(b)中所示，包括凸起553、肋554、铰链555、凸缘556、调整片557、侧壁558等。此外，在附加部分中，还包括如上所述的浇道功能部分559，然而，在广义上包括并未包括在如上的种类中的呈凸形形状的凸形部分。
顺便提及，为了改善纤维增强部件50的强度，在纤维增强部件50中包含的增强纤维A的体积含量优选为20至70％，更优选为30至70％。
在如上所述的纤维增强部件的制造方法中，只要在步骤1中形成的主体部分51的形状通过冷却而固定，就可以执行后续的步骤2。由此，当主体部分51仍在加热状态时可以执行步骤2，并且因此，可以高产率和高能量效率地制造纤维增强部件50。
此外，在本发明的纤维增强部件的制造方法中，如上所述，在模制主体部分51时，对由增强纤维组成的垫状材料执行浸渍处理，并且因此，与通过加热和加压来模制堆叠的预浸料坯的方法不同的是，对形状几乎没有限制。由此，在设计主体部分51的形状时，例如周壁的形状或尺寸、横截面形状、厚度等，可以相对自由地执行设计。此外，通过恰当地选择用于形成垫状材料或熔体的增强纤维的材料、形式(平均纤维长度、密度、涂布处理等)、含量等或热塑性树脂，就可以加速浸渍处理，并且此外，可以模制以高含量包含具有长的平均纤维长度的增强纤维的纤维增强部件。
在上文，已经描述了纤维增强部件的制造方法。根据本发明的纤维增强部件的制造方法并不限于如上所述的实施方式。例如，在模制纤维增强部件50的附加部分55时，在某些情况中，比使用由如上所述的下模10和用于注射模制的上模30形成的注射模制模具更优选的是：执行使用新的注射模制模具的注射模制。本发明还可应用于这样的情况。也就是说，可以通过执行步骤1和步骤2来执行根据本发明的纤维增强部件的制造方法，在所述步骤1中，热塑性树脂的熔体形成在下模中，由增强纤维组成的垫状材料放置在所述熔体上，将上模闭合在下模上并加压，并且执行浸渍处理，然后冷却和固化垫状材料，由此模制由纤维增强树脂组成的主体部分，在所述步骤2中，在从下模和上模释放所模制的主体部分之后，将主体部分放置在注射模制模具中，并执行注射模制以形成附加部分，由此制造具有附加部分以及主体部分的纤维增强部件。此外在这种制造方法中，能够在主体部分51仍在加热状态时执行步骤2，并且因此，可以高产率和高能量效率地制造纤维增强部件50。
此外，在根据本发明的纤维增强部件的制造方法中，如上所述的步骤1和步骤2并不必须按照这种顺序来执行。也就是说，可以采用一种纤维增强部件的制造方法，在该制造方法中：首先，通过在下模上闭合用于注射模制的上模而形成注射模制模具；之后，执行注射模制，由此形成附加部分；随后，冷却和固化通过注射模制形成的附加部分；然后，打开用于注射模制的上模，将热塑性树脂涂敷至下模，以形成熔体(附加部分在该熔体中突出)，将由增强纤维B组成的垫状材料放置在所述熔体上；然后，用于加压的模具闭合在下模上并加压，执行浸渍处理；然后进行冷却和固化，由此模制纤维增强部件，附加部分在该纤维增强部件中突出。
尽管已经详细地参考具体实施例描述了本发明，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是：在不偏离本发明的精神和范围的情况下，能够添加各种改变和变型。本申请基于2013年9月6日提交的日本专利申请(申请号2013-185771)，并将其内容通过参考并入本文。
附图标记列表
10下模
20用于加压的上模
30用于注射模制的上模
50纤维增强部件
51主体部分
511熔体
513垫状材料
55附加部分
553凸起
554肋
555铰链
556凸缘
557调整片
558侧壁
559浇道功能部分
560浇口

Claims (9)

1.纤维增强部件的制造方法，包括：
步骤1，在所述步骤1中，在下模中形成热塑性树脂的熔体，将由增强纤维B形成的垫状材料放置在所述熔体上，将用于加压的上模闭合在所述下模上并加压，并且执行浸渍处理，然后使被浸渍有热塑性树脂的所述垫状材料冷却并固化，由此模制由纤维增强树脂获得的主体部分；和
步骤2，在所述步骤2中，打开用于加压的所述上模，将用于注射模制的上模闭合在所述下模上，以形成注射模制模具，然后执行注射模制，以形成附加部分，由此模制纤维增强部件，所述纤维增强部件具有与所述主体部分结合的所述附加部分。
2.根据权利要求1所述的纤维增强部件的制造方法，其中所述熔体仅由热塑性树脂形成，或者由包含增强纤维A的热塑性树脂形成。
3.根据权利要求2所述的纤维增强部件的制造方法，其中所述增强纤维A具有0.1mm至25mm的平均纤维长度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的纤维增强部件的制造方法，其中所述增强纤维B具有1mm至100mm的平均纤维长度。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的纤维增强部件的制造方法，其中所述纤维增强部件的所述主体部分中的增强纤维的体积含量是10％至70％。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的纤维增强部件的制造方法，其中所述附加部分包含0至50％的体积含量的增强纤维M，所述增强纤维M具有0.1mm至25mm的平均纤维长度。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的纤维增强部件的制造方法，其中所述附加部分是在所述主体部分中形成的凸形部分、凸起、肋、铰链、凸缘、调整片或侧壁部分。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的纤维增强部件的制造方法，其中通过涂敷从塑化排出机供给的包含所述增强纤维A的所述热塑性树脂而形成所述熔体。
9.纤维增强部件的制造方法，包括：
步骤1，在所述步骤1中，在下模中形成热塑性树脂的熔体，将由增强纤维形成的垫状材料放置在所述熔体上，将上模闭合在所述下模上并加压，并且执行浸渍处理，然后使被浸渍有热塑性树脂的所述垫状材料冷却并固化，由此模制由纤维增强树脂获得的主体部分；和
步骤2，在所述步骤2中，在从所述下模和所述上模释放所述主体部分之后，将所述主体部分设置在注射模制模具中，并执行注射模制，以形成附加部分，由此制造纤维增强部件，所述纤维增强部件具有与所述主体部分结合的所述附加部分。
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