CN113226681A - 树脂一体化增强纤维片及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种树脂一体化碳纤维片(1)，其在将碳纤维丝组开纤且并列状排列在一个方向上而成的碳纤维片(2)的至少表面上部分地存在树脂(4)，所述碳纤维片(2)的每10mm2面积中存在平均1根以上的搭桥纤维(3)，搭桥纤维(3)存在于所述碳纤维片的表面且横切所述碳纤维片的方向上，所述搭桥纤维(3)通过所述表面的树脂(4)被粘结固定在所述碳纤维片(2)上。由此，提供一种碳纤维片的宽度方向的强度高、破裂性低且改善了操作性的树脂一体化碳纤维片及其制造方法。

Description

树脂一体化增强纤维片及其制造方法
技术领域
本发明涉及纤维增强复合材料中使用的树脂一体化增强纤维片及其制造方法。
背景技术
纤维增强树脂(FRP)因高强度且轻质作为其特征而在多种用途中被需求。作为用途，可列举汽车或飞机、船舶的材料等。这些材料除了要求高强度且轻质以外，还要求更高的韧性(粘结强度)及耐冲击性。作为树脂，为了进一步提高韧性及耐冲击性，正在从热固化性树脂向热塑性树脂转移。这是因为热塑性树脂的成形品与热固化性树脂相比，具有高的韧性(粘结强度)及耐冲击性。作为纤维，使用了玻璃纤维或碳纤维、芳族聚酰胺纤维的FRP的需求增大，特别是碳纤维的需求高涨。在FRP成形中，有时采用多段成形工序。大体由两个成形工序构成，作为第1工序，为制作将树脂浸渗在纤维束中而成的预成型品的工序，作为第2工序，为制作通过层压预成型品而一体成形的成形品的工序。这是因为树脂一般粘度高，特别是与热固化性树脂相比，热塑性树脂的粘度高，因其粘性高而难以将树脂浸渗在纤维中。最近，在第1工序中，为了进一步提高树脂向纤维束的浸渗性，开发出了将纤维束开纤而降低了质量的成为半浸渗材料的开纤片。该开纤片的质量越低，越容易浸渗热塑性树脂，市场上正在注目由开纤片形成的FRP用半浸渗材料。专利文献1～2中，提出了使用绒毛少的碳纤维片的预成型品。专利文献3～4中，提出了将热塑性粉体树脂静电涂装在碳纤维片上，以无加压状态将所述树脂加热至软化点以上，然后进行冷却，从而得到树脂半浸渗或未浸渗的半浸渗材料。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-221867号公报
专利文献2：日本特开2001-288639号公报
专利文献3：国际公开第2016/152856号
专利文献4：日本特开2017-190439号公报
发明内容
发明要解决的课题
可是，上述以往的技术中存在开纤了的薄的增强纤维片的宽度方向的强度低、难操作的问题。
本发明为了解决上述问题，提供一种开纤了的薄的增强纤维片的宽度方向的强度高、破裂性低、且改善了操作性的树脂一体化增强纤维片及其制造方法。
用于解决课题的手段
本发明的第1发明是通过保形构件对将增强纤维丝组开纤且并列状排列在一个方向上而成的增强纤维片进行保形而得到的增强纤维片，其特征在于：所述增强纤维片的每10mm2面积中存在平均1根以上的搭桥纤维，所述搭桥纤维存在于所述增强纤维片的表面且横切所述增强纤维片的方向上，所述保形构件在搭桥纤维存在的状态下对增强纤维片进行保形。
本发明的第2发明是在将碳纤维丝组开纤且并列状排列在一个方向上而成的碳纤维片的至少表面上部分地存在树脂的树脂一体化碳纤维片，其特征在于：所述碳纤维片的每10mm2面积中存在平均1根以上的搭桥纤维，所述搭桥纤维存在于所述碳纤维片的表面且横切所述碳纤维片的方向上，所述搭桥纤维通过所述表面的树脂粘结固定在所述碳纤维片上。
本发明的树脂一体化碳纤维片的制造方法的特征在于：在通过选自经过多个辊、经过开纤杆及空气开纤中的至少一种手段将碳纤维丝组开纤、且并列状排列在一个方向时，在所述碳纤维丝组的开纤时或开纤后从所述碳纤维丝组中产生搭桥纤维、或在碳纤维丝组的开纤时或开纤后使搭桥纤维落在碳纤维片上，将所述搭桥纤维设定为每10mm2面积的碳纤维片中平均为1根以上，通过对所述碳纤维片赋予粉体树脂，在无加压状态下进行加热熔化并冷却，使树脂部分地存在于所述碳纤维片的至少表面上，通过所述表面的树脂将所述搭桥纤维粘结固定在所述碳纤维片上。
发明效果
本发明中，在增强纤维片的每10mm2面积中存在平均1根以上的搭桥纤维，所述搭桥纤维存在于所述增强纤维片的表面上且横切所述增强纤维片的方向上，所述搭桥纤维通过所述表面的树脂被粘结固定在所述增强纤维片上。由此，能够提供宽度方向的强度高、破裂性低、改善了操作性的树脂一体化增强纤维片。此外，本发明的制造方法通过在增强纤维丝组的开纤工序或开纤工序后从增强纤维丝组产生搭桥纤维或使搭桥纤维落在增强纤维片上，通过树脂而粘结固定在增强纤维片上，由此，能够高效率地制造本发明的树脂一体化增强纤维片。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式的树脂一体化碳纤维片的示意平面图。
图2是所述树脂一体化碳纤维片的宽度方向的示意剖视图。
图3是表示本发明的一个实施方式的树脂一体化碳纤维片的制造方法的示意工艺图。
图4是表示本发明的另一实施方式的树脂一体化碳纤维片的制造方法的示意工艺图。
图5A-D是本发明的一个实施方式的开纤装置的示意说明图。
图6是图5B的局部的放大立体图。
图7是表示该树脂一体化碳纤维片的平面照片的摄影部位的说明图。
图8是图7所示的左侧的树脂一体化碳纤维片的平面照片(各照片倍率为50倍)。
图9是图7所示的中央部的树脂一体化碳纤维片的平面照片(各照片倍率为50倍)。
图10是图7所示的右侧的树脂一体化碳纤维片的平面照片(各照片倍率为50倍)。
图11是10mm2面积内的搭桥纤维的说明图。
具体实施方式
FRP用开纤片的半浸渗材料(semipreg)一直在谋求降低质量。这是因为开纤片越是低质量，则越无浸渗不良，越能缩短使其浸渗的时间。可是，在低质量的开纤片中，新出现破裂性的问题。低质量的开纤片容易破裂，如果在使树脂浸渗的工序中或传送中有冲击，则发生破裂或断裂。也就是说，处理性非常差。半浸渗材料是开纤片中没有完全浸渗树脂的片材，只是在将纤维束开纤后用粉末等基质树脂简易固定。越是低质量，则与横向的粘接性越下降。因此，一直在谋求低质量、且与横向的粘接性高、低破裂性的开纤片。
另一方面，如专利文献1～2中提出的那样，由于绒毛少的碳纤维片的强度高，所以绒毛尽量少被认为是技术常识。
可是，本发明者们偏偏违反上述技术常识，尝试了在开纤了的薄的增强纤维片的宽度方向存在搭桥纤维，作为保形构件用表面的树脂进行粘结固定，结果惊奇地得知：树脂一体化增强纤维片的宽度方向的强度高，能够改善操作性。也就是说，得知：即使部分地牺牲增强纤维的取向性，如果产生搭桥纤维或使相当于搭桥纤维的增强纤维落下，则有助于提高宽度方向的强度和改善操作性。作为本发明的增强纤维，可列举碳纤维、芳族聚酰胺纤维、玻璃纤维等，但这里作为具体例子，记载碳纤维。
本发明的树脂一体化碳纤维片是将碳纤维丝组开纤且并列状排列在一个方向而成的树脂一体化碳纤维片。所谓碳纤维丝组，意味是多根碳纤维纤丝的束(以下也称为“碳纤维未开纤丝束”)。所谓开纤，指的是将构成丝束的多根碳纤维在宽度方向上摊开，形成薄片状或带状。优选的厚度为0.02～0.4mm，更优选为0.02～0.3mm。本发明中使用的碳纤维未开纤丝束优选为3～60K，更优选为12～60K。这里K为1000根，市售品的大型丝束例如在50K(50000根)时，通常的宽度为12mm左右。
在树脂一体化碳纤维片的每10mm2面积中存在平均1根以上的搭桥纤维，搭桥纤维存在于碳纤维片的表面上且横切碳纤维片的方向上。优选的是，搭桥纤维在树脂一体化碳纤维片的每10mm2面积中平均为5～300根，优选为平均10～200根，更优选为平均25～150根，进一步优选为平均30～135根。只要是上述根数，则宽度方向的强度高，操作性好。搭桥纤维的角度只要是横切碳纤维排列方向的方向，怎样的方向都可以，只要从碳纤维的排列方向起超过零度，低于180度即可。最有效的角度为90度，但搭桥纤维的角度的控制是困难的，所有的方向都可以。
在碳纤维片的至少表面上部分地存在树脂，搭桥纤维通过表面的树脂而粘结固定在碳纤维片上。由此，宽度方向的强度高，操作性好。
搭桥纤维优选为选自从碳纤维丝组中分离的碳纤维及落在碳纤维片上的碳纤维中的至少一种。搭桥纤维形成的作用功能如上所述。
搭桥纤维可以存在于碳纤维片的单面上，也可以存在于两表面上。如果从宽度方向的强度及操作性的角度考虑，优选存在于两面上。优选在碳纤维片的内部，也在横切碳纤维片的方向上存在搭桥纤维。也可以一部分搭桥纤维存在于碳纤维片的表面上，剩余部分存在于碳纤维片的内部。
保形构件即树脂优选为选自热塑性树脂及热固化性树脂中的至少一种。作为热塑性树脂，可使用聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃树脂、尼龙(聚酰胺)树脂、聚酰亚胺树脂、聚酯树脂、聚碳酸酯树脂、聚醚醚酮树脂、聚醚酮酮树脂、苯氧基树脂等，但并不限定于此。作为热固化性树脂，可使用环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂等，但并不限定于此。其中优选热塑性树脂。
关于保形构件的形态，只要能通过薄膜、无纺布、网、粉末等树脂使片材保形，就不特别限制。从操作性的观点出发，优选粉末形状，特别优选粉末的树脂为基质树脂。
关于本发明的树脂一体化碳纤维片的树脂的附着状态，优选为树脂在开纤了的碳纤维片的表面附近熔融固化来附着，但树脂不浸渗或部分浸渗到碳纤维片内部。如果是上述状态，则通过以多片层叠状态对树脂一体化碳纤维片进行加热及加压，能成形为纤维增强树脂成形品，因此是优选的。
在将树脂一体化碳纤维片中的碳纤维设定为100质量％时，搭桥纤维可以为0.01～25质量％，优选为0.1～25质量％，更优选为1～25质量％，进一步优选为5～15质量％。只要搭桥纤维按上述比例存在，则碳纤维片的宽度方向的强度高，破裂性低，可进一步改善操作性。
另外，关于从所述碳纤维丝组中产生搭桥纤维时的质量％，可通过测定在开纤片的表面露出的搭桥纤维量来算出。测定时，将开纤片切成任意的尺寸，密切注意仅取出在该试样的两面露出的搭桥纤维，用电子天平测定质量，算出每单位面积(g/m2)的搭桥纤维量。
在将树脂一体化碳纤维片设定为100体积％时，所述纤维优选为30～70体积％，更优选为35～65体积％，进一步优选为40～60体积％。只要是上述比例，作为用于通过以多片层叠状态对树脂一体化碳纤维片进行加热及加压而成形为纤维增强树脂成形品的碳纤维增强树脂中间材料是优选的。树脂一体化碳纤维片的质量优选为10～3000g/m2，更优选为20～2000g/m2，进一步优选为30～1000g/m2。
树脂一体化碳纤维片表面的树脂优选是对碳纤维片进行成形加工时的基质树脂。由此，能够以多片层叠状态对树脂一体化碳纤维片进行加热及加压而成形为纤维增强树脂成形品。
碳纤维片(以下也称为“开纤片”)的宽度优选相对于每1000根构成纤维根数为0.1～5.0mm。具体而言，开纤片的宽度在50K或60K等大型丝束的情况下，每1000根构成纤维根数为0.1～1.5mm左右，在12K或15K等常规丝束的情况下，每1000根构成纤维根数为0.5～5.0mm左右。每1根丝束的构成纤维根数越增加，纤维的扭曲越大，越难开纤，所以开纤片的宽度窄。由此，可将碳纤维厂家出售的未开纤丝束展开，形成容易使用的开纤片，可供给各种成形物。供给丝的碳纤维束(丝束)优选为5000～50000根/束，优选以10～280根供给该碳纤维束(丝束)。如果像这样通过多根供给将碳纤维束(丝束)开纤、形成1张片材，则碳纤维束(丝束)与碳纤维束(丝束)之间容易破裂，但如果通过树脂将具有各式各样的方向性的搭桥纤维粘结固定在片材上，则能够防止丝束间的破裂。
搭桥纤维的平均长度优选为1mm以上，更优选为5mm以上。如果搭桥纤维的平均长度为上述范围，则可形成宽度方向的强度高、操作性优异的碳纤维片。另外，搭桥纤维如图11所示的那样设定为4种形态：a)为短纤维，两端切断的纤维31；b)为长纤维，两端切断的纤维32；c)为长纤维，一端切断的纤维33；d)为长纤维，两端未切断的纤维34。30为树脂一体化碳纤维片，S为面积10mm2。
本发明的树脂一体化碳纤维片的制造方法包含以下工序。
A在通过选自经过多个辊、经过开纤杆及空气开纤中的至少一个手段将碳纤维丝组开纤、且并列状排列在一个方向时，在开纤时或开纤后从碳纤维丝组中产生搭桥纤维、或在开纤时或开纤后使搭桥纤维落在碳纤维片上，将所述搭桥纤维设定为碳纤维片的每10mm2面积中平均1根以上。在使碳纤维丝组经过辊或开纤杆而开纤时，通过对碳纤维丝组施加张力，能够在开纤时从碳纤维丝组中产生搭桥纤维。碳纤维丝组的张力例如可设定为每15000根为2.5～30N的范围。在采用空气开纤时，优选随后通过辊或开纤杆而产生搭桥纤维。在从碳纤维丝组中产生搭桥纤维时，搭桥纤维为与构成碳纤维片的碳纤维交错的状态。这里所谓交错，包括缠绕一起。例如，搭桥纤维的一部分或全部存在于碳纤维片内，与排列在一个方向上的碳纤维立体地交错。
B对碳纤维片赋予粉体树脂。
C以无加压(未加压)状态将粉体树脂加热熔化，然后进行冷却，使树脂部分地存在于碳纤维片的至少表面的一部分中。此时，通过表面的树脂将搭桥纤维粘结固定在碳纤维片上。
具体而言，作为本发明的树脂一体化碳纤维片的制造方法的一个例子，有下述的方法，参照附图进行说明。在以下的附图中，同一符号表示同一物。
<空气开纤工序+搭桥纤维产生工序+粉体树脂赋予工序>
如图3所示的那样，在多个夹持辊9a、9b间夹住碳纤维丝组8，在此之间的压辊10a、10b间设置挠曲空间11，以吸引挠曲空间11内的空气的状态使碳纤维丝组8通过。由此使碳纤维丝组8开纤(空气开纤工序22)。挠曲空间11可以设置1个，也可以设置多个。碳纤维丝组8通过从多个供给绕线管7聚集丝束来制作。
在开纤工序后，将开纤的丝束夹在夹持辊9b、9c间，使其通过设置在此之间的多个搭桥辊12a-12d间，通过按例如相对于每15000根(相当于从1个供给绕线管供给的碳纤维丝组)为2.5～30N的范围施加丝束的张力，从而产生搭桥纤维(搭桥纤维产生工序24)。搭桥辊也可以旋转，也可以沿宽度方向振动。搭桥辊例如通过表面为皱纹、凹凸、镜面、多个辊使碳纤维丝组弯曲、固定、旋转、振动或通过它们的组合来产生搭桥纤维。13a-13g为导辊。
然后，从粉体供给漏斗14向开纤片的表面喷撒干粉树脂15，以无压力状态供给加热装置16内进行加热，将干粉树脂15熔化，在导辊13f-13g间进行冷却。然后，从粉体供给漏斗17向开纤片的背面也喷撒干粉树脂18，以无压力状态供给加热装置19内进行加热，将干粉树脂18熔化，然后进行冷却，卷起在卷起辊20上(粉体树脂赋予工序25)。干粉树脂15、18例如设定为苯氧基树脂(软化点180℃)，加热装置16、19内的温度设定为各熔点或软化点的+20～60℃，滞留时间设定为各4秒。由此，使碳纤维开纤片的宽度方向的强度提高，构成碳纤维不会变得零零散散，能以片材进行操作。
<辊开纤工序(+搭桥纤维产生工序)+粉体树脂赋予工序>
如图4所示的那样，通过使碳纤维丝组8通过开纤辊21a-21j间，从而在开纤时产生搭桥纤维(辊开纤工序23)。开纤辊也可以固定或旋转，也可以沿宽度方向振动。在搭桥纤维的产生少时，将开纤了的丝束夹在夹持辊9a、9b间，使其通过设置在此之间的多个搭桥辊12a-12b间，通过例如按相对于每15000根为2.5～30N的范围施加丝束的张力而产生搭桥纤维(搭桥纤维产生工序24)。在通过辊开纤工序23充分产生搭桥纤维时，不需要搭桥纤维产生工序24。然后，使其通过与图3同样的粉体树脂赋予工序25。
<搭桥辊>
作为搭桥辊，除图3-4所示的以外，还有图5A-D所示的搭桥辊等。图5A是在导辊13a、13b间以与碳纤维丝组8接触的状态配置搭桥辊12a的例子。图5B是在导辊13a、13b间以使碳纤维丝组8弯曲的状态配置搭桥辊12a的例子。图5C是在导辊13a、13b间以夹住碳纤维丝组8的状态配置搭桥辊12a、12b的例子。图5D是在导辊13a、13b间以使碳纤维丝组8弯曲的状态配置搭桥辊12a、12b的例子。通过这样使碳纤维丝组与搭桥辊接触或弯曲而通过，能够产生搭桥纤维。搭桥辊12a、12b也可以固定或旋转，也可以沿宽度方向振动。图6是图5B的立体图。
<杆开纤工序+粉体树脂赋予工序>
作为图4的实施方式的变形例，可将开纤辊21a-21j变更为开纤杆。还能改变开纤杆的位置。开纤杆例如为具有可与丝束的宽度方向的整个宽度接触的长度、且具有规定的厚度的板状体，与丝束接触的部分形成为曲面状，整体为纵向长的长圆状。开纤装置6的主要部位由按压丝束的开纤杆(固定的开纤杆)和沿丝束的宽度方向振动的开纤杆(振动的开纤杆)的一对构成，可设置多个开纤杆。碳纤维未开纤丝束8从供给绕线管7供给，在固定的开纤杆与振动的开纤杆之间弯曲并通过，未开纤丝束8由于以被固定的开纤杆按压的状态、通过振动的开纤杆在宽度方向上振动，因此沿宽度方向展开并开纤，成为开纤片。作为优选的方式，可通过上下设置两个固定的开纤杆，从固定的开纤杆的上下两个方向供给未开纤丝束，使丝束分别通过振动的开纤杆的上部和下部进行开纤。从供给绕线管供给的每1个未开纤丝束都能通过开纤工序进行开纤。此时，1个未开纤丝束在通过位于下侧的固定的开纤杆的上部时通过振动的开纤杆的下部，相邻的另1个未开纤丝束通过位于上侧的固定的开纤杆的下部，并通过振动的开纤杆的下部。在该方式中，向1个纤维束的宽度方向展开并开纤，在开纤后在导辊13a上形成将开纤丝束一列地排列而成的薄片状，在通过导辊13b后形成碳纤维开纤片。在该工序中，不存在搭桥纤维产生工序24。然后，从粉体供给漏斗14将干粉树脂15喷撒在开纤片的表面上，以无压力状态供给加热装置16内进行加热，使干粉树脂15熔化，在导辊13e-13g间进行冷却。然后，从粉体供给漏斗17将干粉树脂18喷撒在开纤片的背面，以无压力状态供给加热装置19内进行加热，使干粉树脂18熔化，然后进行冷却，卷起在卷起辊20上(粉体树脂赋予工序25)。干粉树脂15、18规定为热塑性树脂，加热装置16、19内的温度优选为熔点+5～60℃或软化点+5～60℃，滞留时间分别优选为2～60秒。热塑性树脂的干粉在碳纤维开纤片表面熔化，在从加热装置出来后固化，从而固定搭桥纤维。由此，使碳纤维开纤片的宽度方向的强度提高，构成碳纤维不会变得零零散散，能以一体化的片材进行操作。
也可以在碳纤维丝组的开纤时或开纤后使搭桥纤维落在碳纤维片上。搭桥纤维的落下工序也可以规定为粉体树脂的赋予工序之前或之后。
粉体树脂的赋予可采用粉体涂布法、静电涂装法、喷涂法、流动浸渍法等。优选采用将粉体树脂撒落在碳纤维片表面上的粉体涂布法。例如将干粉状的粉体树脂喷撒在碳纤维片上。
优选碳纤维丝组能以卷绕在绕线管上的状态以多根供给，在向丝束的宽度方向展开的同时被开纤，通过搭桥辊产生搭桥纤维，形成树脂没有完全浸渗的状态的1张碳纤维开纤树脂片材，即所谓的半浸渗材料。通过该方法，产生从碳纤维丝组中分离的搭桥纤维。优选在开纤工序中对碳纤维丝组施加张力，从碳纤维丝组中产生搭桥纤维。搭桥纤维可与构成碳纤维片的碳纤维交错地配置。例如，在开纤工序中，将碳纤维丝组的张力设定为每15000根为2.5N以上，从所述碳纤维丝组中产生搭桥纤维。优选的张力为每15000根为3.0N以上。由此，容易产生搭桥纤维。
关于搭桥辊的形状，优选为与碳纤维丝组接触的面为曲面，其截面形状可以为圆形、椭圆形、长圆形等。这是因为在碳纤维丝组与搭桥辊接触时，如果搭桥辊具有角，则会切断纤丝。此外，搭桥辊可以是表面具有凹凸的皱纹面，也可以是不具有凹凸的镜面。
作为通过搭桥辊产生搭桥纤维的方式，只要产生搭桥纤维就不特别限制，搭桥辊与开纤了的碳纤维丝组接触，通过此时产生的摩擦力而产生搭桥纤维。也可以设置1个搭桥辊，使其贴在开纤了的碳纤维丝组上。此时，也可以使搭桥辊固定，也可以使其旋转，也可以使其振动。另外，本发明中的搭桥纤维不是通过拉伸或弯曲等而偶然产生的。
作为另一方式，也可以设置两个导辊，在其间设置搭桥辊，贴在开纤了的碳纤维丝组上并使其通过。此时，搭桥辊可以设在上表面，也可以设在下表面。也可以在上表面和下表面设置两个搭桥辊。
进而作为其它方式，也可以设置两个搭桥辊，一边压紧开纤了的碳纤维丝组一边使其通过。此时，也可以使搭桥辊旋转。
进而作为其它方式，也可以设置两个导辊，在其间使搭桥辊沿宽度方向振动，一边贴在开纤了的碳纤维丝组上一边使其通过。此时，搭桥辊可以设在上表面，也可以设在下表面。也可以在上表面和下表面设置两个搭桥辊。
进而作为其它方式，可以在开纤时使开纤杆具有搭桥辊的作用，在一边使碳纤维丝组与开纤杆接触一边通过时，在开纤工序中对碳纤维丝组施加张力(例如每15000根为2.5～30N的范围内)，也可以从碳纤维丝组中产生搭桥纤维。具有搭桥辊的作用的开纤杆也可以为1个以上。此外，也可以使开纤杆沿宽度方向振动。此时，开纤杆可以设在上表面，也可以设在下表面。也可以在上表面和下表面设置两个开纤杆。
通过设置开纤杆和该搭桥辊，能够高效率地控制搭桥纤维的产生。本发明的碳纤维片优选是用于通过以多片层叠状态进行加热及加压而成形为纤维增强树脂成形品的碳纤维增强树脂中间材料。本发明的碳纤维片即使是1张也能成形为纤维增强树脂成形品。
在所述开纤工序中，优选通过由使碳纤维丝组(碳纤维未开纤丝束)弯曲地通过的开纤杆(固定的开纤杆)和沿丝束的宽度方向振动的开纤杆(振动的开纤杆)构成的至少一对开纤手段进行开纤。由于未开纤丝束在被开纤杆压住的状态下通过开纤杆沿宽度方向振动，所以可使未开纤丝束沿宽度方向展开而开纤。开纤杆是具有可与丝束的宽度方向的整个宽度接触的长度、且具有规定的厚度的板状体，与丝束接触的部分为形成曲面状。开纤杆的截面优选为圆形、椭圆形、长圆形等，其中更优选长圆形。特别是开纤杆能够在上表面和下表面与未开纤丝束接触，因此截面优选为纵向长的长圆形。由固定的开纤杆和振动的开纤杆构成的开纤手段优选设置2～4对。如此一来可高效率地进行开纤。
在上述开纤工序中，优选将用于使碳纤维丝组(碳纤维未开纤丝束)弯曲并通过的固定的开纤杆的端部(与丝束接触的部分)和振动的开纤杆的端部(与丝束接触的部分)的高度的差△H设定为5～30mm，更优选为8～20mm。所述差的程度可使碳纤维未开纤丝束弯曲地通过，容易与振动的开纤杆的表面接触而开纤。所述高度的差△H也可以最初比较高，渐渐降低。开纤杆优选振幅为1～20mm，更优选为2～10mm，频率优选为10～100Hz，更优选为15～50Hz。由此，可高效率地使未开纤丝束开纤。
图1是本发明的一个实施方式的树脂一体化碳纤维片1的示意平面图、图2是树脂一体化碳纤维片1的宽度方向的示意剖视图。在开纤了的碳纤维片2的表面上，在多个方向配置有搭桥纤维3。此外，在碳纤维片2的表面附近，树脂4熔化固化而附着，树脂4为未浸渗到或部分浸渗到碳纤维片2内部的程度。树脂4将搭桥纤维3粘结固定在碳纤维片2的表面上。如图2所示的那样，在碳纤维片2的表面上存在有搭桥纤维3a、3b。搭桥纤维3a全部位于碳纤维片2的表面上，是使切断纤维落在碳纤维片上的情况。搭桥纤维3b为一部分位于碳纤维片2的表面上，一部分进入内部，与碳纤维交错的状态。这是在开纤时或开纤后产生搭桥纤维的情况。树脂4将搭桥纤维3粘结固定在碳纤维片2的表面上。此外，还有附着有树脂4的部分和未附着树脂4的部分5。未附着树脂的部分5在通过以多片层叠状态对树脂一体化碳纤维片1进行加热及加压而成形为纤维增强树脂成形品时，成为将纤维片内部的空气从该部分排出的通路，通过加压容易将表面的树脂浸渗到整个纤维片内。由此，树脂4成为碳纤维片2的基质树脂。
实施例
以下采用实施例对本发明具体地进行说明。另外，本发明并不限定于下述的实施例。
(实施例1)
(1)碳纤维未开纤丝束
碳纤维未开纤丝束使用日本三菱化学公司制造的型号：PYROFILE TR 50S15L、形状：标准丝束纤丝15K(15000根)、单纤维直径7μm。在该碳纤维未开纤丝束的碳纤维上，作为上浆剂(sizing agent)附着有环氧系化合物。
(2)未开纤丝束的开纤手段
使用图4的变形例的开纤手段进行了开纤。以碳纤维丝组通过6根开纤杆的方式，交替地配置固定的开纤杆和振动的开纤杆，上下配置振动的开纤杆。作为开纤杆，均准备纵向长的长圆状形状的开纤杆。在开纤工序中，将碳纤维丝组(丝束)的张力规定为每15000根为15N。如此形成碳纤维纤丝构成根数50K、开纤宽500mm、厚0.2mm的开纤片。
(3)树脂及热处理
作为干粉树脂，使用苯氧基树脂(软化点：180℃)。干粉树脂的平均粒径为80μm。相对于碳纤维开纤片1m2，以平均单面16.3g、两面32.6g赋予该树脂。加热装置11、15内的温度各设定为220℃，滞留时间各设定为4秒。得到的树脂一体化纤维片的质量为82.6g/m2，纤维体积(Vf)为50体积％，热塑性树脂为50体积％。其中，上述体积比例为树脂浸渗后的理论计算值。该树脂一体化碳纤维片因含有空气而不能算出其本身的体积比例。
(4)树脂一体化碳纤维片的评价
得到的树脂一体化碳纤维片的质量为82.6g/m2。将碳纤维片横切的方向上的搭桥纤维以10处平均计为每10mm2的碳纤维片的面积为66根。
在将树脂一体化碳纤维片以长10mm、宽50mm、向与长度方向垂直的方向进行拉伸时，分别比较了易裂度。
(实施例2)
使用与实施例1相同的开纤手段进行开纤。如果按照国际公开第2018/038033号中所记载的方法，对碳纤维纤丝进行表面处理并开纤，则几乎不产生搭桥纤维。除了在喷撒干粉树脂之前，以一面约5％、两面约10质量％的量将切断成平均5.0mm的碳纤维喷撒在碳纤维片上以外，与实施例1同样地进行了实验。
(比较例1)
除了不将实施例2中切断的碳纤维喷撒在碳纤维片上以外，与实施例2同样地进行实验。
得到的树脂一体化碳纤维片的质量为132.5g/m2。在将该树脂一体化碳纤维片规定为长150mm、宽150mm时，把持住片材的宽度方向的端部而下垂，结果发生破裂，操作性非常差。
如图7所示的那样，对于实施例1的树脂一体化碳纤维片26的辊侧，在横向在左侧27、中央侧28及右侧29各选择3处，采用扫描式电子显微镜摄影照片。相对于板宽500mm范围，对左侧27、中央侧28及右侧29各3处用扫描式电子显微镜(SEM)摄影照片。摄影部位任意选择3点。从该3处的照片任意选择3点，目视确认搭桥纤维。
图8是图7所示的左侧27的树脂一体化碳纤维片的平面照片(各照片倍率为50倍)。图9是图7所示的中央部28的树脂一体化碳纤维片的平面照片(各照片倍率为50倍)。图10是图7所示的右侧29的树脂一体化碳纤维片的平面照片(各照片倍率为50倍)。将每1点的测定范围规定为2.3mm×1.7mm的平面。结果记载于以下的表中。
表1
Figure BDA0003132317710000131
表2
Figure BDA0003132317710000141
表3
Figure BDA0003132317710000142
表4
数值 每2.3mm×1.7mm的根数 每10mm<sup>2</sup>面积的根数
平均 25.7根 65.7根
Max 52根 133.0根
Min 13根 33.2根
<难撕裂性的测定>
关于碳纤维片的难撕裂性的测定，用手轻轻振动来看是否发生撕裂，按下述进行评价。将试样的尺寸设定为树脂一体化碳纤维片长150mm、宽150mm。
评价标准
A：无撕裂，非常好。
B：局部发生撕裂，但实用上十分良好。
C：被撕裂。
表5中汇总地示出结果。
表5
项目 实施例1 实施例2 比较例1
难撕裂性 A B C
实施例1-2的难撕裂性良好，比较例1与实施例1-2相比，为很快被撕裂的结果。特别是产生了搭桥纤维的实施例1为良好的结果。
工业上的可利用性
本发明的碳纤维开纤片可广泛用于风力发电中使用的叶片、高尔夫球棒的棒身、鱼竿等各种体育用品、航空器、汽车、压力容器等中。
符号说明
1、26、30－树脂一体化碳纤维片
2－碳纤维片
3、3a、3b、31-34－搭桥纤维
4－树脂
5－未附着树脂的部分
6－开纤装置
7－供给绕线管
8－碳纤维丝组(碳纤维未开纤丝束)
9a、9b、9c－夹持辊
10a、10b－压辊
11－挠曲空间
12a-12d－搭桥辊
13a-13h－导辊
14、17－粉体供给漏斗
15、18－干粉树脂
16、19－加热装置
20－卷起辊
21a-21j－开纤辊
22－空气开纤工序
23－辊开纤工序
24－搭桥纤维产生工序
25－粉体树脂赋予工序

Claims (16)

1.一种增强纤维片，其特征在于：是通过保形构件对将增强纤维丝组开纤且并列状排列在一个方向上而成的增强纤维片进行保形而得到的增强纤维片，
所述增强纤维片的每10mm2面积中存在平均1根以上的搭桥纤维，所述搭桥纤维存在于所述增强纤维片的表面且横切所述增强纤维片的方向上；
所述保形构件在搭桥纤维存在的状态下对增强纤维片进行保形。
2.一种树脂一体化碳纤维片，其特征在于：是在将碳纤维丝组开纤且并列状排列在一个方向上而成的碳纤维片的至少表面上部分地存在树脂的树脂一体化碳纤维片，
所述碳纤维片的每10mm2面积中存在平均1根以上的搭桥纤维，所述搭桥纤维存在于所述碳纤维片的表面且横切所述碳纤维片的方向上；
所述搭桥纤维通过所述表面的树脂粘结固定在所述碳纤维片上。
3.根据权利要求2所述的树脂一体化碳纤维片，其中，所述搭桥纤维为选自从碳纤维丝组中分离的碳纤维、以及下落在碳纤维片上的碳纤维中的至少一种。
4.根据权利要求2或3所述的树脂一体化碳纤维片，其中，所述搭桥纤维存在于碳纤维片的两表面。
5.根据权利要求2～4中任一项所述的树脂一体化碳纤维片，其中，在所述碳纤维片的内部也存在搭桥纤维。
6.根据权利要求2～5中任一项所述的树脂一体化碳纤维片，其中，所述树脂为选自热塑性树脂及热固化性树脂中的至少一种。
7.根据权利要求2～6中任一项所述的树脂一体化碳纤维片，其中，树脂熔融固化并附着在所述开纤了的碳纤维片的表面附近，所述树脂不浸渗或部分浸渗在碳纤维片内部。
8.根据权利要求2～7中任一项所述的树脂一体化碳纤维片，其中，在将所述树脂一体化碳纤维片中的碳纤维设定为100质量％时，搭桥纤维为0.01～25质量％。
9.根据权利要求2～8中任一项所述的树脂一体化碳纤维片，其中，在将所述树脂一体化碳纤维片设定为100体积％时，所述纤维为30～70体积％。
10.根据权利要求2～9中任一项所述的树脂一体化碳纤维片，其中，所述树脂是对所述碳纤维片进行成形加工时的基质树脂。
11.根据权利要求2～10中任一项所述的树脂一体化碳纤维片，其中，所述碳纤维片的宽度相对于每1000根构成纤维根数为0.1～5.0mm。
12.根据权利要求2～11中任一项所述的树脂一体化碳纤维片，其中，所述搭桥纤维的平均长度为1mm以上。
13.一种树脂一体化碳纤维片的制造方法，其特征在于：
在将碳纤维丝组通过选自经过多个辊、经过开纤杆及空气开纤中的至少一种手段使其开纤、且并列状排列在一个方向上时，
在所述碳纤维丝组的开纤时或开纤后从所述碳纤维丝组中产生搭桥纤维、或在碳纤维丝组的开纤时或开纤后使搭桥纤维落在碳纤维片上，
将所述搭桥纤维设定为碳纤维片的每10mm2面积中平均为1根以上，
通过对所述碳纤维片赋予粉体树脂，在无加压状态下进行加热熔化并冷却，使树脂部分地存在于所述碳纤维片的至少表面上，
通过所述表面的树脂将所述搭桥纤维粘结固定在所述碳纤维片上。
14.根据权利要求13所述的树脂一体化碳纤维片的制造方法，其中，所述开纤杆或辊在对所述碳纤维丝组进行开纤时沿宽度方向振动。
15.根据权利要求13或14所述的树脂一体化碳纤维片的制造方法，其中，通过使所述粉体树脂落在碳纤维片上来赋予所述粉体树脂。
16.根据权利要求13～15中任一项所述的树脂一体化碳纤维片的制造方法，其中，所述碳纤维丝组以卷绕在绕线管上的状态多根供给，在沿宽度方向展开的同时将其开纤，形成为1张开纤片。
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