CN110225809B - 纤维增强塑料的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供复杂形状成型时具有高力学特性和高生产率的纤维增强塑料的制造方法。纤维增强塑料的制造方法，其为使用了片状基材A的纤维增强塑料的制造方法，所述片状基材A为具有一张以上的切口预浸料坯a的基材，所述切口预浸料坯a为向具有沿单向取向的增强纤维和树脂的预浸料坯插入多个将增强纤维切断的切口而成的预浸料坯，所述纤维增强塑料的制造方法包括下述工序：配置工序(A)，将多张片状基材A以使得各片状基材A形成与一张以上的其他片状基材A重叠的重叠部及未重叠的非重叠部的方式配置于模具；以及成型工序，对多张片状基材A进行加热、加压，其中，使所述重叠部与非重叠部的总面积相对于模具表面的面积为50～100％。

Description

纤维增强塑料的制造方法
技术领域
本发明涉及生产率良好、具有高力学特性的纤维增强塑料的制造方法。
背景技术
就由增强纤维和树脂形成的纤维增强塑料而言，由于比强度、比弹性模量高、力学特性优异、具有耐候性、耐化学药品性等高功能特性等，因此在产业用途中也被关注，被用于航空器、宇宙飞船、汽车、铁路、船舶、电气化制品、运动用品等结构用途，其需要逐年增高。近年来，伴随着纤维增强塑料的应用范围的扩大，要求具有更复杂的形状的纤维增强塑料。
作为制造具有复杂形状的纤维增强塑料的方法，可举出下述方法：将在增强纤维中含浸了未固化树脂的中间基材彼此接合并一体化，从而得到纤维增强塑料。然而，通常作为中间基材而使用的预浸料坯等所包含的增强纤维为连续纤维的情况下，成型时对模具的形状追随性差，难以使接合部形成目标形状。另外，有时在接合部中无法得到充分的力学特性。因此，设计了作为中间基材所包含的增强纤维而使用不连续增强纤维进行无规取向而得的产物的方法(例如，专利文献1)。然而，如专利文献1那样不连续纤维进行无规取向而得的基材的情况下，纤维含有率低、力学特性差，因此设计了专利文献2这样的切口预浸料坯。通过利用加压成型使一定程度上匹配模具而切出的切口预浸料坯片材扩展，从而能够制造包含凹凸形状的纤维增强塑料。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-172334号公报
专利文献2：日本特开2008-207544号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，如专利文献1那样中间基材所包含的增强纤维为无规取向的不连续纤维的情况下，由于会必然产生无规取向的不连续纤维的分布不均匀、取向不均匀，因而力学特性降低、或者其值的偏差变大，由此，有时在接合部中刚性、强度降低。
另外，专利文献2的情况下，需要切成与模具匹配的形状，费时费力、成品率差，从而生产率差。
因此，本发明的课题在于提供生产率良好地制造具有优异的复杂形状、显现高力学特性的纤维增强塑料的方法。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，本发明提供以下的纤维增强塑料的制造方法。
纤维增强塑料的制造方法，其使用了片状基材A，其中，
上述片状基材A为具有一张以上的切口预浸料坯a的基材，
上述切口预浸料坯a为向具有沿单向取向的增强纤维和树脂的预浸料坯插入多个将增强纤维切断的切口而成的预浸料坯，
上述纤维增强塑料的制造方法包括下述工序：
配置工序(A)，将多张片状基材A以使得各片状基材A形成与一张以上的其他片状基材A重叠的重叠部及未重叠的非重叠部的方式配置于模具；以及
成型工序，对多张片状基材A进行加热、加压，
其中，使上述重叠部与非重叠部的总面积相对于模具表面的面积为50～100％。
发明的效果
根据本发明，能够提供生产率良好地制造具有复杂形状及优异的力学特性的纤维增强塑料的方法。
附图说明
[图1]为片状基材A的配置的例子。
[图2]为片状基材A与片状基材B或片状基材C的配置的例子。
[图3]为切口预浸料坯c的切口图案的一例。
[图4]为实施例中制造的纤维增强塑料的形状的例子。
[图5]为实施例中配置的基材的配置例。
具体实施方式
本申请的发明人为了提供能够生产率良好地制造具有复杂形状并且显现优异的力学特性的纤维增强塑料的制造方法，进行了深入研究。而且，在使用了模具的纤维增强塑料的制造方法中，如后文所述那样采用包括将多张片状基材A以使得各片状基材A形成与一张以上的其他片状基材A重叠的重叠部及未重叠的非重叠部的方式配置于模具的配置工序(A)、以及对多张片状基材A进行加热、加压的成型工序的方法，由此解决了上述问题。将片状基材A切成简单形状，并在允许多张片状基材A重叠的重叠部的同时相对于成型模具配置充分的分量，进行加热、加压而进行一体化，从而能够生产率良好地制造具有复杂形状且显现优异的力学特性的纤维增强塑料。复杂形状是指具有三维形状的形状。作为形成上述三维形状的要素，可举出表面的凹凸、向基材层叠面的面外方向的弯曲、厚度变化、肋状物(rib)、凸起等，但并不限制于它们。另外，即使为二维形状，在将部件投影而得的主视图中在边缘具有5个以上的角的情况也被包括在复杂形状中。
本发明中的片状基材A是指具有一张以上切口预浸料坯a的片状的基材。而且，切口预浸料坯a为向具有沿单向取向的增强纤维和树脂的预浸料坯插入多个将增强纤维切断的切口而成的预浸料坯。如前文所述，片状基材A为具有一张以上切口预浸料坯a的片状的基材，优选为层叠了多张切口预浸料坯a的片状的基材。
作为构成片状基材A的切口预浸料坯a的代表性的层叠构成，将增强纤维的取向方向设为0°的情况下，可举出[+45°/0°/-45°/90]2s这样的准各向同性层叠构成、[0°/90°]2这样的正交铺层层叠构成等，但并不限定于它们，也可根据用途进行任意层叠。配置工序(A)中，也可配置多张切口预浸料坯a的层叠构成不同的片状基材A，但考虑到力学均质性，优选在配置工序(A)中配置多张切口预浸料坯a的层叠构成相同的片状基材A。
如图1所示，本发明中的配置工序(A)为下述工序：将多张片状基材A(附图标记1)以使得各片状基材A形成与一张以上的其他片状基材A重叠的重叠部(附图标记3)及未重叠的非重叠部(附图标记2)的方式配置于模具。所谓各片状基材A与一张以上的其他片状基材A重叠，例如片状基材A为长方形的情况下，可举出下述方式：以片状基材A的1边与其他的片状基材A重叠1～5cm左右的方式进行配置。通过使多张片状基材A的至少一部分彼此重叠，从而在后述的成型工序中在片状基材A彼此之间形成复杂的接合面，能够提高接合部中的力学特性。
本发明中的成型工序为对配置于模具的包含多张片状基材A的基材进行加热、加压的工序。即，成型工序中，为了将通过配置工序(A)而配置的多张片状基材A进行一体化，实施加热、加压，制造具有复杂形状的纤维增强塑料。成型工序中，加热、加压的手段例如可为加压成型。
实施配置工序(A)时，优选使由多张片状基材A所形成的上述重叠部与非重叠部的总面积相对于模具表面的面积为50～100％。在此，模具表面的面积是指模具所具有的成型面的表面积。其原因在于，成型工序时将基材充分填充于模具内，由此，能够制造具有复杂形状的纤维增强塑料。通常，想要将大于0.5m2的复杂的大型部件用没有接合部的切口预浸料坯层叠体进行成型时，由于实际上易于流动的仅为基材的端部，因此流动不足，难以使基材流动至模具的角落而成型为目标形状。相对于此，通过将基材分多张进行配置，能够使易于流动的端部增加，并且在加压时基材彼此滑动从而填充至角落，能够形成复杂形状。其中，在上述重叠部与非重叠部的总面积相对于模具表面的面积小于50％的情况下，难以通过滑动、流动使基材填充至模具内，因此，优选上述重叠部与非重叠部的总面积相对于模具表面的面积为50～100％。
作为本发明的优选方式，可举出配置工序(A)中重叠部的总面积相对于非重叠部的总面积之比(“重叠部的总面积”/“非重叠部的总面积”)为0.05～0.8。若非重叠部的面积过小，则片状基材A彼此的接合部的面积变小、接合部的强度降低。另一方面，若重叠部的面积过大，则有时片状基材A无法完全追随复杂形状，在纤维增强塑料上产生模糊不清，因此，以重叠部与非重叠部的面积比例成为适当比例的方式将片状基材A配置于模具是重要的。进一步优选重叠部的总面积相对于非重叠部的总面积之比为0.1～0.6。
本发明中，片状基材A所包含的增强纤维的取向角并非无规，而是使用了增强纤维沿单向取向的预浸料坯，因此，能够制造不会产生增强纤维的取向不均、分布不均、且具有高力学特性的纤维增强塑料。构成片状基材A的预浸料坯为不具有切口的单向预浸料坯的情况下，成型工序时基材无法完全进行形状追随，在模具与单向预浸料坯之间发生树脂积存、或产生皱褶等，从而无法发挥力学特性。因此，优选通过使其成为插入了切口的切口预浸料坯来提高形状追随性。然而，切口预浸料坯的力学特性因切口的形状、配置图案而发生变化。例如，切口的长度(以下，有时也称为切口长度)越短、被切口切断的强纤维的长度(以下，有时也称为纤维长度)越长，则来自原来的预浸料坯的力学特性的减少量越低，从而具有越高的力学特性。
因此，就本发明中的片状基材A中的切口预浸料坯a而言，优选切口的平均长度xa(mm)与被切口切断的增强纤维的平均长度ya(mm)满足ya＞6.0xa+10(以下，称为条件1)。条件1是指：切口的平均长度xa越长，则优选增强纤维的平均长度ya越长；增强纤维的平均长度ya短的情况下，则优选切口的平均长度xa短。在满足条件1的范围内，尤其是ya为20mm以上时显示高力学特性，故而优选。
需要说明的是，本发明中的切口的平均长度是指插入到切口预浸料坯中的全部切口的长度的平均值，但实际上测定全部切口的长度并不现实，因此，将由使用图像(其是使用数码显微镜等拍摄装置对切口预浸料坯拍摄而得的)而测得的值求出的平均值作为切口的平均长度。切口的图案通过将得到的图像上的同一切口的端部彼此用线段连接来取出。而且，将线段的长度作为切口的长度，测定合计10个切口的长度，将其平均值作为切口的平均长度。切口可为直线状也可为曲线状，切口为曲线状的情况下，将连接该切口的端部彼此的线段的长度作为切口的长度。
同样地，本发明中的增强纤维的平均长度也是指切口预浸料坯内的全部增强纤维的长度的平均值，但实际上测定全部增强纤维的长度并不现实，因此，与切口的平均长度同样地，将由使用图像(其是利用数码显微镜等拍摄装置进行拍摄而得的)而测得的值求出的平均值作为增强纤维的平均长度。在图像上，针对在增强纤维的纤维方向上相邻的2个切口，分别用线段连接同一切口的端部彼此，从而取出切口图案。而且，将在增强纤维的纤维方向上平行的线段之间的距离作为增强纤维的长度，针对合计10个线段间测定增强纤维的长度，将其平均值作为增强纤维的平均长度。
作为本发明的优选方式，优选配置工序(A)中配置于模具的片状基材A的张数为四张以上。作为成型对象的纤维增强塑料较大的情况下，通过将片状基材A分割成易于通过手动作业进行处理的小于0.5m2的尺寸而进行配置，从而作业性提高。配置工序(A)中配置于模具的片状基材A的张数大于10张时，配置片状基材A的时间增加，因此优选配置工序(A)中配置于模具的片状基材A的张数为10张以下。
作为本发明的优选方式，片状基材A的形状优选为正方形或长方形。通过使片状基材A的形状为正方形或长方形，从而在裁剪预浸料坯、片状基材A时能够成品率良好地制作基材。另外，能够缩短基材制作所需的时间，从而提高生产率。更优选片状基材A为长方形。
作为本发明的优选方式，也可使用具有多个孔的切口预浸料坯a。通过在切口预浸料坯a中设置多个孔，从而在成型工序中将片状基材A加热、加压时，片状基材A也朝向孔的中心方向流动，由此即使在更低的压力下成型，也能够抑制片状基材A彼此的重叠部的凹凸。孔的大小没有特别限定，优选以孔的平均半径成为1～20mm的方式进行设置。更优选的是，孔的平均半径优选为5～10mm。作为在切口预浸料坯a中设置孔的方法，可使用切割机进行钻孔，也可通过使用刀片对预浸料坯进行冲切来设置孔。此外，作为切口预浸料坯a，使用具有多个孔的切口预浸料坯a的情况下，优选孔的形状为圆形。
此外，作为切口预浸料坯a，使用具有多个孔的切口预浸料坯a的情况下，优选使用下述切口预浸料坯a：切口预浸料坯a中的孔的总面积占包含孔的该切口预浸料坯a的面积100％中的10～50％。通过使用具有这样的孔的切口预浸料坯a，从而片状基材A成为在厚度变化上柔软的基材，易于抑制重叠部的表面的凹凸。作为切口预浸料坯a中的孔的配置方法，可举出：无规配置孔的方法；以接近的孔的中心间的距离成为固定值的方式设置孔的方法；等等。
作为本发明的优选方式，有下述方式：以通过相互重叠而形成重叠部的两张片状基材A中的一方的片状基材A的重叠部侧的位于表面的切口预浸料坯a的增强纤维的纤维方向与另一方的片状基材A的重叠部侧的位于表面的切口预浸料坯a的增强纤维的纤维方向不同、两者相交的方式配置片状基材A。两张片状基材A中的一方的片状基材A的重叠部侧的位于表面的切口预浸料坯a的增强纤维的纤维方向与另一方的带状基材A的重叠部侧的位于表面的切口预浸料坯a的增强纤维的纤维方向不同、两者相交是指下述情况：形成重叠部的上述两张切口预浸料坯a中，一方的切口预浸料坯a的增强纤维的纤维方向与另一方的切口预浸料坯a的增强纤维的纤维方向所成的角度中的较小角度为5°以上。由于形成重叠部的上述两张切口预浸料坯a彼此的增强纤维的纤维方向不同，从而成型时两张片状基材A各自所包含的增强纤维复杂地缠结，接合部的强度提高，因此优选。
作为本发明的优选方式，除了包括配置工序(A)、成型工序以外，还可包括将片状基材B配置于模具的配置工序(B)。片状基材B为具有无规取向的增强纤维和树脂的基材。作为这样的片状基材B，可举出例如SMC(片状模塑料)等这样的具有10～50mm左右的长度的增强纤维束进行无规配置而得的基材、纤维被一根一根地无规配置而得的基材等。就片状基材B而言，可根据作为成型对象的纤维增强塑料的体积来适当层叠并调节在模具中的添加量。即，如图2那样，本发明的配置工序(B)为将片状基材B(附图标记4)配置于模具的工序，配置工序(B)中使用的片状基材B的张数、尺寸可根据成型对象来适当选择。不连续纤维束进行无规取向而得的片状基材B在加热、加压时的流动性高，通过将片状基材B配置在模具内，从而在成型工序时片状基材B可填充至模具的角落，能够制造追随模具的形状的纤维增强塑料。另外，由于片状基材B流动，从而能够掩埋在片状基材A的重叠部中产生的凹凸，得到表面平坦的接合部。即，在包括将片状基材B配置于模具的配置工序(B)的本发明中，其特征为在将多张片状基材A加热、加压的成型工序中也对片状基材B进行加热、加压。需要说明的是，在包括将片状基材B配置于模具的配置工序(B)的本发明中，优选片状基材A所包含的切口预浸料坯a满足前述的条件1。
作为本发明的优选方式，除了包括配置工序(A)、成型工序以外，还可包括将片状基材C配置于模具的配置工序(C)。片状基材C为具有一张以上切口预浸料坯c的基材。而且，切口预浸料坯c为向具有沿单向取向的增强纤维和树脂的预浸料坯插入多个将增强纤维切断的切口而成的预浸料坯，优选满足后述的条件2。
如前文所述，片状基材C为具有一张以上切口预浸料坯c的基材，优选为层叠了多张切口预浸料坯c的片状基材。作为构成片状基材C的切口预浸料坯a的代表性的层叠构成，将增强纤维的取向方向设为0°的情况下，可举出[+45°/0°/-45°/90]2s这样的准各向同性层叠构成、[0°/90°]2这样的正交铺层层叠构成等，但并不限定于它们，也可根据用途进行任意层叠。
就切口预浸料坯c的切口图案而言，为了使切口预浸料坯具有填充至具有复杂形状的模具的角落的流动性，优选为与重视力学特性的切口预浸料坯a相反的切口图案。因此，在包括将片状基材C配置于模具的配置工序(C)的本发明中，就切口预浸料坯c而言，优选切口的平均长度xc(mm)与被切口切断的增强纤维的平均长度yc(mm)满足yc≤6.0xc+10(以下，称为条件2)。在满足条件2的范围内，特别是为了提高流动性，优选yc小于20mm。
而且，如图2所示，本发明中的配置工序(C)为将片状基材C(附图标记4)配置于模具的工序，与配置工序(B)同样地，配置工序(C)中使用的片状基材C的张数、尺寸可根据成型对象来适当选择。通过将具有高流动性的片状基材C配置在模具内，从而在成型工序时片状基材C填充至模具的角落，能够制造追随模具形状的纤维增强塑料。另外，由于片状基材C流动，从而能够掩埋在片状基材A的重叠部中产生的凹凸，可得到表面平坦的接合部。即，在包括将片状基材C配置于模具的配置工序(C)的本发明中，其特征为在将多张片状基材A加热、加压的成型工序中也对片状基材C进行加热、加压。需要说明的是，在包括将片状基材C配置于模具的配置工序(C)的本发明中，优选片状基材A所包含切口预浸料坯a满足前述的条件1。
本发明中应用于片状基材A、片状基材B、片状基材C的增强纤维、即切口预浸料坯a中的增强纤维、片状基材B中的增强纤维、切口预浸料坯c中的增强纤维没有特别限定，可为玻璃纤维、凯夫拉纤维、碳纤维、石墨纤维或硼纤维等。片状基材A(切口预浸料坯a)、片状基材B、片状基材C(切口预浸料坯c)中可使用各自不同的增强纤维。其中，从比强度及比弹性模量的观点考虑，优选碳纤维。
含浸于增强纤维的树脂、即切口预浸料坯a中的树脂、片状基材B中的树脂、切口预浸料坯c中的树脂没有特别限定，可为热塑性树脂，也可为热固性树脂。片状基材A(切口预浸料坯a)、片状基材B、片状基材C(切口预浸料坯c)中可使用不同的树脂。
作为热塑性树脂，可举出例如聚酰胺(PA)、聚缩醛、聚丙烯酸酯、聚砜、ABS、聚酯、丙烯酸、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯、聚丙烯、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚醚酮酮(PEKK)、液晶聚合物、聚氯乙烯、聚四氟乙烯等氟系树脂、有机硅等。
作为热固性树脂，可举出不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂、环氧树脂、苯并噁嗪树脂树脂、酚醛树脂、尿素树脂、三聚氰胺树脂及聚酰亚胺树脂等。也能够使用上述树脂的变形及2种以上的混合树脂。另外，上述热固性树脂可为利用热而自固化的树脂，也可包含固化剂、固化促进剂等。出于提高耐热性、力学特性的目的，也可混合填料等。
关于切口预浸料坯a及切口预浸料坯c的增强纤维的体积含有率(Vf)，没有特别限定，能够进行适当选择，为了使切口预浸料坯a显现充分的力学特性，优选Vf＝50～65％，为了使切口预浸料坯c显现充分的流动性，优选Vf＝40～60％。就构成片状基材B的SMC等而言，为了显现充分的流动性的情况下，也优选Vf低，作为具体的范围，优选Vf＝30～50％。
关于切口预浸料坯a及切口预浸料坯c的制造方法、即向具有沿单向取向的增强纤维和树脂的预浸料坯插入多个将增强纤维切断的切口的方法，可将预浸料坯按压至旋转刀(其是将刀片配置于表面而得的)来制造，也可使用汤姆森刀对预浸料坯进行间歇加压来制造，还可使用激光来制造。
本发明中，就切口预浸料坯a及切口预浸料坯c而言，优选切口预浸料坯内的实质上全部的增强纤维均被切口切断。实质上全部的增强纤维均被切口切断是指切断前的增强纤维(连续纤维)中的95％以上的连续纤维被切口切断。
作为切口预浸料坯内的实质上全部的增强纤维是否均被切口切断的确认方法，由于对切口预浸料坯的全部区域进行测定来确认并不现实，因此作为代表而取出1cm宽的样品，将10cm以上的长度的增强纤维视作连续纤维来确认。首先，针对1层切口预浸料坯，从任意的部位切取1cm×1cm的小片并使其固化，对与增强纤维的纤维方向垂直的截面进行研磨，得到该截面的图像。然后，通过图像处理将增强纤维部和树脂部二值化，对截面所包含的增强纤维数(N1)进行计数。接下来，以使增强纤维的纤维方向成为20cm的方式将切口预浸料坯切出20cm×1cm，于高温将树脂燃尽(燃尽法)。用于燃尽树脂的温度根据树脂种类的不同而不同，例如若为环氧树脂则为500℃。然后，由剩余的增强纤维，对10cm以上的长度的增强纤维的数量(N2)进行计数。若N2为N1的5％以下，则视为切断前的连续纤维中的95％的连续纤维被切口切断。
作为本发明的优选方式，可举出构成片状基材C的切口预浸料坯c的切口的平均长度为切口预浸料坯a的切口的平均长度的1.5倍以上的方式。本发明中制造的纤维增强塑料中，片状基材C成为使流动性优先的切口图案，但优选片状基材C也在可能的范围内具有高力学特性。因此，考虑了下述方法：使切口预浸料坯a与切口预浸料坯c的纤维长度为同等程度，并且使切口预浸料坯c的流动性高于切口预浸料坯a。此时，即使在切口预浸料坯a满足条件1、切口预浸料坯c满足条件2的情况下，通过使插入到切口预浸料坯c的切口的平均长度为插入到切口预浸料坯a的切口的平均长度的1.5倍以上，也能够使切口预浸料坯c具有高流动性。更优选的是，优选使插入到切口预浸料坯c的切口的平均长度为插入到切口预浸料坯a的切口的平均长度的2.0倍以上。插入到切口预浸料坯c的切口的平均长度的上限没有特别限定，但现实的上限为插入到切口预浸料坯a的切口的平均长度的100倍。
作为本发明的优选方式，可举出下述方式：取出切口预浸料坯c的面内的任意部位中的半径为5mm的圆时，该圆内包含13个以上的切口。上述圆内包含切口是指该圆内包含整个切口的状态。为了进一步提高切口预浸料坯c的流动性，缩短纤维长度是有效的，通过在满足条件2的同时使切口更为细密地分散，从而流动时也可保持1根1根的增强纤维的取向性，能够在不显著降低力学特性的条件下提高流动性。另外，通过使切口细密地分散，从而可减小一个一个切口的开口，也可提高所得到的纤维增强塑料的表面品质。
作为本发明的优选方式，可举出下述方式：如图3所示，在片状基材C中，在切口预浸料坯c中插入有切口1(附图标记5)和切口2(附图标记6)，切口1与增强纤维的纤维方向所成的角θ1的绝对值为0°≤θ1＜10°，切口的平均长度xc1(mm)满足5mm≤xc1≤50mm，切口2与增强纤维的纤维方向所成的角θ2的绝对值为10°＜θ2≤45°，切口的平均长度xc2(mm)满足0.5mm≤xc2＜5mm，切口预浸料坯c中的实质上全部的增强纤维均被切口1或切口2切断，被切断的增强纤维的长度为0.1～15mm的长度。其中，在切口1与切口2的交叉点附近，纤维长度有可能短于0.1mm，但本发明中，短于0.1mm的增强纤维不足切口预浸料坯c所包含增强纤维整体体积的1％的情况，视为能够无视其存在。
就确认增强纤维的长度为0.1～15mm的方法而言，与上述的增强纤维的平均长度同样地，能够利用使用数码显微镜等拍摄的图像来确认。增强纤维仅被切口1或切口2切断的情况下，测定在增强纤维的纤维方向上相邻的切口间的距离L1，关于被切口1和切口2切断的增强纤维，测定被切口1和切口2夹着的增强纤维的长度的最大值L2。关于L1和L2，分别测定10个部位，若L1及L2为15mm以下，则视为增强纤维的长度为0.1～15mm。
为了在不显著降低力学特性的条件下提高插入有切口2的切口预浸料坯c的流动性，插入与增强纤维的纤维方向所成的角尽可能接近0°的切口1是有效的。切口预浸料坯c中，θ1越小，则来自切口插入前的预浸料坯的力学特性的降低越小，因此，通过在插入有切口2的切口预浸料坯c中插入切口1，能够使来自仅插入有切口2的切口预浸料坯c的力学特性的降低减少，增加切口的插入量。通过增加切口的插入量，从而使得介由切口而相邻的增强纤维滑动的部位增加，因此流动性提高。特别优选的xc1范围为5mm≤xc1≤10mm。切口1为与增强纤维平行的切口也有效果，但特别优选切断增强纤维的切口，优选1°≤θ1＜10°。切口1与切口2也可通过不同工序插入来制造切口预浸料坯c。
本发明中，除了配置片状基材A、片状基材B、片状基材C以外，还可适当追加用于提高流动性、外观品质的树脂片材、涂料等而配置于模具，优选的是，将配置于模具的基材的总体积作为100％时，以片状基材A成为50体积％以上且100体积％以下的方式进行配置。片状基材A由于包含纤维长度较长的增强纤维，因此固化后具有高力学特性。通过包含大量的片状基材A，能够制造具有高力学特性的纤维增强塑料。
实施例
以下，通过实施例来进一步具体地说明本发明，但本发明并不限定于实施例中记载的发明。本实施例中，将“Torayca”(注册商标)预浸料坯片材P3052S-15(增强纤维：T700S，热固性树脂：2500，增强纤维的体积含有率：58％)(以下，简称为预浸料坯的情况是指该预浸料坯片材)作为基底来制造片状基材A、片状基材B、片状基材C，实施下述的成型性评价1、成型性评价2、成型性评价3。得到的结果归纳于表1、表2。
<成型性评价1>
使用两面模具，如图1(a)那样配置片状基材A来制造纤维增强塑料。在将片状基材A配置于模具的配置工序(A)中，切取长方形的片状基材A，如图1(b)所示，相对于100mm×100mm的模具面，以形成片状基材A彼此重叠的重叠部、和未重叠的非重叠部的方式，配置于预先加热至140℃的下模。此时，通过相互重叠而构成重叠部的两张片状基材A中，一方的片状基材A的重叠部侧的位于表面的切口预浸料坯a的增强纤维的纤维方向与另一方的片状基材A的重叠部侧的位于表面的切口预浸料坯a的增强纤维的纤维方向不同，两者相交。其后，相对于100mm×100mm的模具面，以3MPa的面压对片状基材A进行加热、加压，保持30分钟后脱模，制造纤维增强塑料。
对得到的纤维增强塑料进行表面品质和弯曲强度的评价。作为表面品质的评价方法，使用得到的纤维增强塑料中两张片状基材A重叠的部分的厚度h1与未重叠的部分的厚度h2来计算厚度比h1/h2，并进行评价。厚度比的值越接近1，表示接合部中的凹凸越小，从而能够评价为具有良好的表面品质。需要说明的是，表中将结果记载于“表面品质”的项。
另外，关于弯曲强度，将纤维增强塑料切成长方形，按照JISK7074(1988年制定)实施三点弯曲试验，测定弯曲强度。需要说明的是，表中将结果记载于“弯曲评价”的项。
<成型性评价2>
使用两面模具制造具有图4(a)的形状的纤维增强塑料。使用的两面模具中，能够将1.8mm的厚度的十字形的肋状物立起到最大45mm的高度。在将片状基材A配置于模具的配置工序(A)中，切取两张70mm×70mm的片状基材A，如图4(b)那样，以形成片状基材A彼此重叠的重叠部、和未重叠的非重叠部的方式，配置于预先加热至140℃的下模。
需要说明的是，只要在各实施例、比较例中没有特别记载，则以上述重叠部与上述非重叠部的总面积占模具表面的面积的70％的方式实施。同样地，只要在各实施例、比较例中没有特别记载，则将上述重叠部的总面积相对于上述非重叠部的总面积之比设为0.67。同样地，只要在各实施例、比较例中没有特别记载，则通过相互重叠而构成重叠部的两张片状基材A中，一方的片状基材A的重叠部侧的位于表面的切口预浸料坯a的增强纤维的纤维方向、与另一方的片状基材A的重叠部侧的位于表面的切口预浸料坯a的增强纤维的纤维方向不同，两者相交。
其后，使用加压机相对于100mm×100mm的面积以6MPa的压力进行加压，保持30分钟后脱模，得到纤维增强塑料。将得到的肋状物中央部(附图标记7的区域)的高度按照以下的5个等级进行评价。
S：包含碳纤维的肋状物为40mm以上的高度。
A：包含碳纤维的肋状物为30mm以上且小于40mm的高度。
B：包含碳纤维的肋状物为20mm以上且小于30mm的高度。
C：包含碳纤维的肋状物为10mm以上且小于20mm的高度。
D：包含碳纤维的肋状物为小于10mm的高度。
<成型性评价3>
如图5所示，使用两面模具制造星形的纤维增强塑料。在将片状基材A配置于模具的配置工序(A)中，如图5的附图标记1所示，以形成片状基材A彼此重叠的重叠部、和未重叠的非重叠部的方式，配置于预先加热至140℃的下模。
此时，只要在各实施例、比较例中没有特别记载，则以上述重叠部与上述非重叠部的总面积占模具表面的面积的90％的方式实施。同样地，只要在各实施例、比较例中没有特别记载，则将上述重叠部的总面积相对于上述非重叠部的总面积之比设为0.2。同样地，只要在各实施例、比较例中没有特别记载，则通过相互重叠而构成重叠部的两张片状基材A中，一方的片状基材A的重叠部侧的位于表面的切口预浸料坯a的增强纤维的纤维方向、与另一方的片状基材A的重叠部侧的位于表面的切口预浸料坯a的增强纤维的纤维方向不同，两者相交。
其后，使用加压机相对于模具的面积以6MPa的压力进行加压，保持30分钟后脱模，得到纤维增强塑料。关于得到的纤维增强塑料的品质，按照以下的4个等级进行评价。
A：基材填充至模具的端部，可得到具有良好的表面品质的纤维增强塑料。
B：基材填充至模具的端部，但在表面产生凹凸。
C：片状基材A彼此接合，但未填充至模具的端部。
D：片状基材A彼此未接合。
(实施例1)
就切口预浸料坯a而言，以切口的长度为1mm、切口相对于纤维方向具有14°的角度、全部的增强纤维的平均长度为25mm的方式，使用刀片在预浸料坯中插入切口来制造。切口的平均长度xa为1mm，被切口切断的增强纤维的平均长度ya为25mm，xa与ya满足条件1ya＞6.0xa+10。将切口预浸料坯a以层叠构成[+45°/0°/－45°/90°]S进行层叠，并切成60mm×50mm的尺寸，将得到的产物作为片状基材A。使用该片状基材A，实施成型性评价1。
在将2张片状基材A以形成各片状基材A彼此部分重叠的重叠部及未重叠的非重叠部的方式进行配置的配置工序(A)后，经过成型工序来制造纤维增强塑料。此时，前述重叠部与前述非重叠部的面积占模具表面的面积的50％。另外，前述重叠部的总面积相对于前述非重叠部的总面积之比为0.25。需要说明的是，配置工序(A)中未配置片状基材A以外的材料。
就所得到的纤维增强塑料而言，片状基材A彼此的重叠部的厚度大，厚度比h1/h2为1.23。
将所得到的纤维增强塑料切成长方形，实施了弯曲评价，结果弯曲强度为487.2MPa。
(实施例2)
使插入于切口预浸料坯a的切口的平均长度为3mm，除此以外，与实施例1同样地制造纤维增强塑料，并实施成型性评价1。此时，切口的平均长度xa为3mm，被切口切断的增强纤维的平均长度ya为25mm，xa与ya未满足条件1ya＞6.0xa+10。就所得到的纤维增强塑料而言，片状基材A彼此的重叠部的厚度大，厚度比h1/h2为1.12。
将所得到的纤维增强塑料切成长方形，实施了弯曲评价，结果弯曲强度为501.4MPa。
(实施例3)
使片状基材A的尺寸为70mm×70mm，除此以外，与实施例1同样地制造纤维增强塑料，并实施成型性评价1。此时，前述重叠部与前述非重叠部的面积占模具表面的面积的70％。另外，前述重叠部的总面积相对于前述非重叠部的总面积之比为0.67。对所得到的纤维增强塑料实施成型性评价1。
所得到的纤维增强塑料具有平坦的接合部，厚度比h1/h2为1.01。
将所得到的纤维增强塑料切成长方形，实施了弯曲评价，结果弯曲强度为661.2MPa。
(实施例4)
使片状基材A的尺寸为70mm×50mm，除此以外，与实施例1同样地制造纤维增强塑料，并实施成型性评价1。此时，前述重叠部与前述非重叠部的面积占模具表面的面积的50％。另外，前述重叠部的总面积相对于前述非重叠部的总面积之比为0.67。对所得到的纤维增强塑料实施成型性评价1。
就所得到的纤维增强塑料而言，片状基材A彼此的重叠部的厚度大，厚度比h1/h2为1.24。
将所得到的纤维增强塑料切成长方形，实施了弯曲评价，结果弯曲强度为603.3MPa。
(实施例5)
在切口预浸料坯a中设置圆形的孔，除此以外，与实施例1同样地制造纤维增强塑料，并实施成型性评价1。将半径为3mm的圆孔以在2张片状基材A彼此形成重叠部的区域中排成一列的方式进行设置。此时，孔的总面积为包含孔的该切口预浸料坯a的面积的10％。对所得到的纤维增强塑料实施成型性评价1。
就所得到的纤维增强塑料而言，几乎未观察到片状基材A彼此的重叠部与非重叠部之间的厚度变化，厚度比h1/h2为1.03。
将所得到的纤维增强塑料切成长方形，实施了弯曲评价，结果弯曲强度为344.7MPa。
(实施例6)
配置工序(A)中，在与实施例1中使用的片状基材相同的片状基材A的一方的表面涂布树脂(其与使用的预浸料坯所包含的树脂相同)，将涂布有该树脂的片状基材A的表面彼此重叠并且将两张配置于模具。除此以外，与实施例1同样地制造纤维增强塑料，并实施成型性评价1。此时，将配置于模具的基材的总体积设为100％时，40体积％为片状基材A。对所得到的纤维增强塑料实施成型性评价1。
所得到的纤维增强塑料具有平坦的接合部，厚度比h1/h2为1.05。
将所得到的纤维增强塑料切成长方形，实施了弯曲评价，结果弯曲强度为189.6MPa。
(实施例7)
将切口预浸料坯a以层叠构成[+45°/0°/－45°/90°]S进行层叠，制成片状基材A。就切口预浸料坯a而言，以切口的长度为1mm、切口相对于片状基材A的长度方向具有14°的角度、全部的增强纤维的平均长度为25mm的方式，使用刀片在预浸料坯中插入切口来制造。此时，切口的平均长度xa为1mm，被切口切断的增强纤维的平均长度ya为25mm，xa与ya满足条件1ya＞6.0xa+10。切口预浸料坯a中未设置孔。使用该片状基材A，实施成型性评价2及成型性评价3。需要说明的是，配置工序(A)中，未配置片状基材A以外的材料。
成型性评价2中，高11mm的肋状物立起。成型性评价3中，片状基材A彼此接合，基材填充至模具的端部，但在表面观察到凹凸。另外，由于片状基材的形状为简单形状，因此成品率良好，而且能够在短时间内制造基材。
(实施例8)
使插入于切口预浸料坯a的切口的平均长度为3mm，除此以外，与实施例7同样地实施成型性评价2及成型性评价3。此时，切口的平均长度xa为3mm，被切口切断的增强纤维的平均长度ya为25mm，xa与ya未满足条件1ya＞6.0xa+10。成型性评价2中，高13mm的肋状物立起。成型性评价3中，片状基材A彼此接合，基材填充至模具的端部，但在表面观察到凹凸。另外，由于片状基材的形状为简单形状，因此成品率良好，而且能够在短时间内制造基材。
(实施例9)
实施配置与实施例7同样的片状基材A的配置工序(A)，然后实施将作为片状基材B的SMC(其是通过从预浸料坯中切取长度方向为25mm、宽度为5mm的短切线束，使模具中成为70℃并进行真空抽吸而制造的)配置于模具中的配置工序(B)，进行加热、加压，实施成型性评价2及成型性评价3。
成型性评价2中，配置片状基材B(其为90mm×90mm的正方形，且厚度为3mm)。此时，将配置于模具的基材的总体积设为100％时，52体积％为片状基材A。成型性评价2的结果为高21mm的肋状物立起。另外，成型性评价3中，配置了具有与模具相同的形状且具有3mm厚度的片状基材B。此时，将配置于模具的基材的总体积设为100％时，50体积％为片状基材A。成型性评价3的结果为基材填充至模具的端部、且在纤维增强塑料的表面未观察到凹凸。
(实施例10)
实施配置与实施例7同样的片状基材A的配置工序(A)，然后实施配置工序(C)(其中，配置作为片状基材C的、将切口预浸料坯c以[0/90]3的层叠构成进行层叠并制成0.9mm厚度的基材)，进行加热、加压，实施成型性评价2及成型性评价3。就切口预浸料坯c而言，以切口的平均长度为1mm、切口相对于增强纤维的纤维方向具有14°的角度、全部的增强纤维的平均长度为12.5mm的方式，使用刀片在预浸料坯中插入切口来制造。切口的平均长度xc为1mm，被切口切断的增强纤维的平均长度yc为12.5mm，xc与yc满足条件2yc≦6.0xc+10。此外，取出切口预浸料坯c的面内任意部位中的半径为5mm的圆时，该圆内包含13个以上的切口。
成型性评价2中，配置片状基材C(其为90mm×90mm的正方形，且厚度为1mm)。此时，将配置于模具的基材的总体积设为100％时，52体积％为片状基材A。成型性评价2的结果为高35mm的肋状物立起。另外，成型性评价3中，配置了具有与模具相同的形状且具有1mm厚度的片状基材C。此时，将配置于模具的基材的总体积设为100％时，50体积％为片状基材A。成型性评价3的结果为基材填充至模具的端部、且在纤维增强塑料的表面未观察到凹凸。
(实施例11)
使实施例10中使用的切口预浸料坯c的切口的平均长度为3mm，使全部的增强纤维的平均长度为25mm，除此以外，与实施例10同样地制造纤维增强塑料，实施成型性评价2及成型性评价3。此时，切口预浸料坯c的切口的平均长度xc为3mm，被切口切断的增强纤维的平均长度yc为25mm，xc与yc满足条件2yc≦6.0xc+10，切口预浸料坯c的切口的平均长度为切口预浸料坯a的切口的平均长度的3倍。
成型性评价2中，27mm的肋状物立起。另外，成型性评价3中，基材填充至模具的端部，在纤维增强塑料的表面未观察到凹凸。
(实施例12)
就实施例10中使用的切口预浸料坯c而言，插入了与增强纤维的纤维方向所成的角θ2的绝对值为10°＜θ2≤45°、且切口长度xc2满足0.5mm≤xc2＜5mm的切口2，此外，以切口预浸料坯c所包含的增强纤维的50％被切口1切断的方式，使用刀片在切口预浸料坯c中插入切口1，上述切口1为：与增强纤维的纤维方向所成的角θ1为2°，满足0°≤θ1＜10°，切口的平均长度xc1为20mm，满足5mm≤xc1≤50mm，在增强纤维的纤维方向上以25mm的间隔进行配置。新制造的切口预浸料坯c所包含的增强纤维的平均长度满足0.1～15mm。另外，切口的平均长度为1.2mm。除此以外，与实施例10同样地实施成型性评价2及成型性评价3。
成型性评价2中，42mm的肋状物立起。另外，成型性评价3中，基材填充至模具的端部，在纤维增强塑料的表面未观察到凹凸。
(比较例1)
作为构成片状基材A的预浸料坯，使用未插入切口的预浸料坯，除此以外，与实施例1同样地制造纤维增强塑料，实施成型性评价1。
就所得到的纤维增强塑料而言，片状基材A彼此的重叠部的厚度大，厚度比h1/h2为1.20。
将所得到的纤维增强塑料切成长方形，实施了弯曲评价，结果弯曲强度为320.8MPa。
(比较例2)
配置工序(A)中将片状基材A配置于模具时，以未形成重叠部的方式配置于模具，除此以外，与实施例1同样地制造纤维增强塑料，实施成型性评价1。
将所得到的纤维增强塑料从模具进行脱模时，在接合部处发生了开裂、分离。因此，未实施弯曲评价。
(比较例3)
使片状基材A的尺寸为60mm×10mm，除此以外，与实施例1同样地制造纤维增强塑料，实施成型性评价1。此时，重叠部与非重叠部的面积占模具表面的面积的10％。
就所得到的纤维增强塑料而言，片状基材A彼此的重叠部的厚度大，厚度比h1/h2为1.19倍。此外，基材未填充至模具的端部。因此，未实施弯曲评价。
(比较例4)
作为构成片状基材A的预浸料坯，使用未插入切口的预浸料坯，除此以外，与实施例7同样地实施成型性评价2及成型性评价3。
成型性评价2中，5mm的肋状物立起。另外，成型性评价3中，虽然片状基材A彼此接合，但未填充至模具的端部。
(比较例5)
配置工序(A)中将片状基材A配置于模具时，以未形成重叠部的方式配置于模具，除此以外，与实施例7同样地实施成型性评价2及成型性评价3。
成型性评价2中，高9mm的肋状物立起。另外，成型性评价3中，在将纤维增强塑料从模具中取出的阶段发生了开裂，片状基材A彼此未接合。
(比较例6)
配置工序(A)中仅配置一张片状基材A，除此以外，与实施例7同样地实施成型性评价2及成型性评价3。
成型性评价2中，10mm的肋状物立起。另外，成型性评价3中，可得到基材填充至模具的端部、表面没有凹凸的纤维增强塑料。然而，由于片状基材为星形，因而无法成品率良好地制造片状基材，另外，也耗费时间、生产率差。
[表1]
弯曲评价(MPa) 厚度比
实施例1 487.2 1.23
实施例2 501.4 1.12
实施例3 661.2 1.01
实施例4 603.3 1.24
实施例5 344.7 1.03
实施例6 189.6 1.05
比较例1 320.8 1.21
比较例2 - -
比较例3 - 1.19
[表2]
成型性评价2 成型性评价3
实施例7 C B
实施例8 C B
实施例9 B A
实施例10 A A
实施例11 B A
实施例12 S A
比较例4 D C
比较例5 D D
比较例6 C A
附图标记说明
1：片状基材A
2：非重叠部
3：重叠部
4：片状基材B或片状基材C
5：切口1
6：切口2
7：肋状物中央部

Claims (12)

1.纤维增强塑料的制造方法，其使用了片状基材A，其中，
所述片状基材A为具有一张以上的切口预浸料坯a的基材，
所述切口预浸料坯a为向具有沿单向取向的增强纤维和树脂的预浸料坯插入多个将增强纤维切断的切口而成的预浸料坯，
所述纤维增强塑料的制造方法包括下述工序：
配置工序(A)，将多张片状基材A以使得各片状基材A形成与一张以上的其他片状基材A重叠的重叠部及未重叠的非重叠部的方式配置于模具；以及
成型工序，对多张片状基材A进行加热、加压，
其中，使所述重叠部与非重叠部的总面积相对于模具表面的面积为50～100％，所述重叠部的总面积相对于所述非重叠部的总面积之比、即“重叠部的总面积”/“非重叠部的总面积”为0.05～0.8。
2.如权利要求1所述的纤维增强塑料的制造方法，其中，切口预浸料坯a的切口的平均长度xa(mm)与被切口预浸料坯a的切口切断的增强纤维的平均长度ya(mm)满足ya>6.0xa+10。
3.如权利要求1或2所述的纤维增强塑料的制造方法，其中，所述配置工序(A)中，配置四张以上的片状基材A。
4.如权利要求1或2所述的纤维增强塑料的制造方法，其中，片状基材A为正方形或长方形。
5.如权利要求1或2所述的纤维增强塑料的制造方法，其中，所述切口预浸料坯a具有多个孔，
孔的总面积占包含孔的所述切口预浸料坯a的面积的10～50％。
6.如权利要求1或2所述的纤维增强塑料的制造方法，其中，通过相互重叠而构成重叠部的两张片状基材A中，一方的片状基材A的重叠部侧的位于表面的切口预浸料坯a的增强纤维的纤维方向与另一方的片状基材A的重叠部侧的位于表面的切口预浸料坯a的增强纤维的纤维方向不同，两者相交。
7.如权利要求1或2所述的纤维增强塑料的制造方法，其特征在于，其为所述片状基材A所包含的所述切口预浸料坯a满足条件1、并且具有将片状基材B配置于模具的配置工序(B)的纤维增强塑料的制造方法，
所述片状基材B为具有无规取向的增强纤维和树脂的基材，
所述成型工序中，对片状基材B也进行加热、加压，
(条件1)
切口的平均长度xa(mm)与被切口切断的增强纤维的平均长度ya(mm)满足ya>6.0xa+10。
8.如权利要求1或2所述的纤维增强塑料的制造方法，其特征在于，其为所述片状基材A所包含的所述切口预浸料坯a满足条件1、并且具有将片状基材C配置于模具的配置工序(C)的纤维增强塑料的制造方法，
所述片状基材C为具有一张以上的切口预浸料坯c的基材，
所述切口预浸料坯c为向具有沿单向取向的增强纤维和树脂的预浸料坯插入多个将增强纤维切断的切口而成的预浸料坯，其满足以下的条件2，
所述成型工序中，对片状基材C也进行加热、加压，
(条件1)
切口的平均长度xa(mm)与被切口切断的增强纤维的平均长度ya(mm)满足ya>6.0xa+10，
(条件2)
切口的平均长度xc(mm)与被切口切断的增强纤维的平均长度yc(mm)满足yc≤6.0xc+10。
9.如权利要求8所述的纤维增强塑料的制造方法，其中，所述切口预浸料坯c的切口的平均长度为所述切口预浸料坯a的切口的平均长度的1.5倍以上。
10.如权利要求8所述的纤维增强塑料的制造方法，其中，取出所述切口预浸料坯c的面内任意部位中的半径为5mm的圆时，所述圆内包含13个以上的切口。
11.如权利要求8所述的纤维增强塑料的制造方法，其中，所述切口预浸料坯c中插入有切口1和切口2，
所述切口1与增强纤维的纤维方向所成的角θ1的绝对值为0°≤θ1<10°，切口的平均长度xc1(mm)满足5mm≤xc1≤50mm，
所述切口2与增强纤维的纤维方向所成的角θ2的绝对值为10°<θ2≤45°，切口的平均长度xc2(mm)满足0.5mm≤xc2<2mm，
切口预浸料坯c内的实质上全部的增强纤维均被切口1或切口2切断，被切断的增强纤维的长度为0.1～15mm的长度。
12.如权利要求1或2所述的纤维增强塑料的制造方法，其中，将配置于模具的基材的总体积作为100％时，50体积％以上且100体积％以下为片状基材A。
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