TW201524764A - 熱塑性樹脂補強片材及其製造方法 - Google Patents

熱塑性樹脂補強片材及其製造方法 Download PDF

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Abstract

本發明之目的在於提供一種對應於Vf值不容易捲曲之熱塑性樹脂補強片材及其製造方法。熱塑性樹脂補強片材1係具備：補強纖維片材2，其係由複數個補強纖維朝預定方向拉齊而形成片狀，且單位面積重量為80g/m2以下；布料3，其係包含細度為5.6分德士至84分德士(deci Tex)之熱塑性樹脂纖維材料且單位面積重量為5g/m2至90g/m2；接著用熱塑性樹脂材4，其係以較布料3的熔融溫度更低的溫度進行熔融或軟化並分散地附著於補強纖維片材2及布料3。

Description

熱塑性樹脂補強片材及其製造方法
本發明係關於一種適於得到具有三維形狀的熱塑性樹脂複合材料成型品之片材，詳而言之，係關於一種熱塑性樹脂補強片材及其製造方法，該熱塑性樹脂補強片材係使由熱塑性樹脂材料所構成的布料附著於將碳纖維等補強纖維拉齊且形成片狀之補強纖維片材。
纖維補強複合材料係組合纖維材料與基質材料而成者，係輕量且高硬度、可作多種功能設計之材料，而被廣泛使用於航太宇宙領域、運輸領域、土木建築領域、運動器具領域等領域。目前以組合如碳纖維或玻璃纖維之補強纖維材料與熱硬化性樹脂材料而成的纖維強化塑膠材料成為主流。但是，就回收性、短時間成型性、成型品的耐衝擊特性之提昇等優點而言，咸認今後於基質樹脂使用熱塑性樹脂材料之成型品的開發會增加。
另一方面，在得到成型品時，為使成型容易，並減少成型成本，故使用以補強纖維材料的補強方向成為 多軸之方式所積層的多軸補強片材之成型品及成型方法正受到矚目。因而，期待製造出組合補強纖維材料與熱塑性樹脂材料而成之片材，尤其，將補強纖維材料積層為多軸之多軸補強片材與熱塑性樹脂材料組合而成之片材，以及源自該片材所得之高品質、短時間而且低成本之成型品。
就組合補強纖維材料與熱塑性樹脂材料而成之片材而言，例如：在專利文獻1中，已記載一種將帶狀強化纖維之束體、及、與該束體同寬的帶狀基質樹脂層重疊，並於接合部接合的預浸帶(prepreg ribbon)，基質樹脂層於纖維強化熱塑性樹脂製品中由成為基質的樹脂所成之帶狀的層，其形態可列舉如：薄膜、不織布、織布、纖維束等。而且，專利文獻2中係記載如下之點：於藉由上漿劑(sizing agent)等將複數個纖維集束之補強纖維束朝寬度方向複數拉齊成薄片狀而製成之補強纖維片材的單面上，藉由以較熱塑性樹脂片材的熔融溫度低的溫度來熔融或軟化熱塑性樹脂片材之接著用熱塑性樹脂材，附著熱塑性樹脂補強片材來構成，再積層熱塑性樹脂補強片材，並藉由接著用熱塑性樹脂材使各層之熱塑性樹脂補強片材接著形成一體，藉此得到熱塑性樹脂多層補強片材。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特開平6-322160號公報
專利文獻2：日本特開2008-221833號公報
上述專利文獻中，僅記載將補強纖維材料及熱塑性樹脂片材疊合而構成熱塑性樹脂補強片材。補強纖維材料係可將碳纖維等之補強纖維進行開纖處理而形成薄片狀來使用，但隨著開纖處理技術的進步，可均勻且幅寬地形成經開纖的片材，同時可使厚度成為補強纖維的單絲直徑之10倍以下。例如，補強纖維的單絲直徑為0.005至0.007mm時，補強纖維片材的厚度為0.05至0.07mm以下。因此，尋求使用形成薄且寬之補強纖維片材來製造熱塑性樹脂補強片材。
在製造複合材料成型品時，雖設定纖維體積含有率(以下簡稱為「Vf值」)，惟上述形成薄且寬之補強纖維片材係單位面積重量(每單位面積的纖維重量)變小，故為了設定成預定的Vf值，必須對應於補強纖維片材而減少熱塑性樹脂片材之每單位面積重量。因此，可想到符合補強纖維片材之厚度變薄而形成薄且寬之熱塑性樹脂片材，但要使熱塑性樹脂片材均勻、薄且寬地形成至0.1mm以下係很難量產化。
而且，使熱塑性樹脂片材附著於如此做法所形成之薄且寬之補強纖維片材的單面時，補強纖維片材雖然幾乎無伸縮，但因熱塑性樹脂片材容易伸縮，故所得之熱塑性樹脂補強片材會變得捲曲而難以進行處理。
因此，本發明之目的在於提供一種對應於 Vf值不容易捲曲之熱塑性樹脂補強片材及其製造方法。
本發明之熱塑性樹脂補強片材係具備：補強纖維片材，其係由複數個補強纖維朝預定方向拉齊而形成片狀，而且單位面積重量為80g/m2以下；布料，其係包含細度為5.6分德士(deci Tex)至84分德士之熱塑性樹脂纖維材料，而且單位面積重量為5g/m2至90g/m2；熱塑性樹脂材，其係以較前述布料的熔融溫度更低的溫度進行熔融或軟化並且分散地附著於前述補強纖維片材及前述布料。進一步，前述布料之氣孔容積率為50%以上。又且，前述布料係針織物。進一步，前述補強纖維片材係剖面厚度設定於前述補強纖維的直徑之10倍以內。更且，前述接著用熱塑性樹脂材的附著量係前述布料之每單位面積為1g/m2至10g/m2。再者，上述熱塑性樹脂補強片材係由複數片積層而形成一體。又且，前述熱塑性樹脂補強片材，係以前述補強纖維片材之拉齊方向分別成為多軸之方式積層。
本發明之熱塑性樹脂補強片材的製造方法，係包括下述步驟：準接著步驟，其係加熱由細度為5.6分德士至84分德士之熱塑性樹脂纖維材料所構成且單位面積重量為5g/m2至90g/m2之布料，使以較該布料的熔融溫度低的溫度進行熔融或軟化之粉體狀的接著用熱塑性樹脂材分散地準接著於該布料的表面；附著步驟，其係使由複數個補強纖維朝預定方向拉齊而形成片狀之補強纖維片材及前述布料抵接，使以較前述布料的熔融溫度低的溫度加 熱而準接著之前述接著用熱塑性樹脂材熔融，藉此使前述補強纖維片材及前述布料附著。更且，前述準接著步驟中，係使前述接著用熱塑性樹脂材以前述布料每單位面積之1g/m2至10g/m2附著。
本發明係藉由使用由熱塑性樹脂纖維材料所構成之布料，可對應於補強纖維片材而形成薄且寬，同時可謀求熱塑性樹脂材料的減量化，即使在使用形成薄且寬之補強纖維片材時也能容易地對應於Vf值。又，補強纖維片材係因附著於具有容易伸縮變形及彎曲變形的柔軟性之布料，故可得到以薄且寬的形態維持於保持平直度之狀態，且無捲曲等變形之熱塑性樹脂補強片材。
而且，藉由使用由細度為5.6分德士至84分德士之熱塑性樹脂纖維材料所構成且單位面積重量為5g/m2至90g/m2之布料，可得到空隙多之薄布料，積層熱塑性樹脂補強片材而形成成型品時，可透過布料而容易地使內部空氣脫氣，並可製造幾乎無空隙(void)的成型品。
1‧‧‧熱塑性樹脂補強片材
2‧‧‧補強纖維片材
2b‧‧‧補強纖維束捲線軸
2t‧‧‧補強纖維束
3‧‧‧布料
4‧‧‧接著用熱塑性樹脂材
7‧‧‧離型用片材
8‧‧‧粉體散佈裝置
9‧‧‧加熱輥
10‧‧‧冷卻輥
11‧‧‧反轉輥
S‧‧‧補強纖維開纖絲
600‧‧‧熱塑性樹脂補強片材製造裝置
601‧‧‧多股纖維束供給機構
602‧‧‧多股纖維束開纖機構
603‧‧‧縱向振動賦予機構
604‧‧‧寬度方向振動賦予機構
605‧‧‧加熱機構
606‧‧‧冷卻機構
607‧‧‧布料供給機構
608‧‧‧離型用片材供給機構
609‧‧‧離型用片材捲取機構
610‧‧‧補強片材捲取機構
第1圖係表示關於本發明實施形態之熱塑性樹脂補強片材的一部分之平面圖。
第2圖係沿著布料的橫向裁切之概略剖面圖。
第3圖(a)及(b)係關於熱塑性樹脂補強片材的製造步驟之說明圖。
以下，詳細說明本發明之實施形態。又，以下說明之實施形態為實施本發明之較佳具體例，在技術上雖有各種限制，但在以下說明中若無揭載限定本發明，則本發明並不以該等形態為限。
第1圖係表示關於本發明實施形態之熱塑性樹脂補強片材的一部分之平面圖。熱塑性樹脂補強片材1係使由熱塑性樹脂纖維材料所構成之布料3附著於補強纖維片材2的單面而構成，該補強纖維片材2係藉由上漿劑等將複數個補強纖維集束之補強纖維束朝寬度方向拉齊成薄片狀而成者。此例中，布料3係藉由梳櫛組織編針(denbigh stitch)所編成。第2圖係沿著布料3的橫向裁切之概略剖面圖。布料3係藉由接著用熱塑性樹脂材4附著於補強纖維片材2而構成，該接著用熱塑性樹脂材4係以較構成布料3的熱塑性樹脂纖維材料之熔融溫度更低的溫度熔融或軟化者。又，布料3亦可附著於補強纖維片材2的兩面。更且，亦可為於布料3的兩面附著補強纖維片材2之構成。
第1圖中，係藉由接著用熱塑性樹脂材4接著補強纖維片材2與布料3而不分散之方式一體化，藉此使補強纖維片材2與布料3附著。亦即，不加熱至布料3的熔融溫度而使補強纖維片材2與布料3附著，故會維持補強纖維片材2的形態及布料3的形態。
藉由使用空隙多且單位面積重量低之布料 3，可謀求符合熱塑性樹脂補強片材之Vf值，而對應於薄且低之單位面積重量之補強纖維片材的熱塑性樹脂之減量化。而且，藉由使接著用熱塑性樹脂材4對空隙多之布料3為分散性分佈，可抑制接著用熱塑性樹脂材4之附著量，可將熱塑性樹脂材料之總量進一步減量而更容易地對應於高Vf值。
而且，即使空隙多的布料時，亦非在縱向及橫向遍佈熱塑性樹脂纖維材料，故以接著用熱塑性樹脂材4來接著熱塑性樹脂纖維材料及補強纖維片材2，藉此可不使補強纖維片材2散開而安定地維持薄片之形態。而且，布料3係可對於伸縮變形及彎曲變形而柔軟地變形，而且幾乎不會發生捲曲等，故可一邊維持作為薄片的形態，一邊提高處理性。因此，可得到熱塑性樹脂補強片材之垂墜性、補強纖維的平直狀態及均勻分散的狀態等優異的熱塑性樹脂補強片材。
本發明所使用的布料，如上述之針織品般，只要可實現空隙多且單位面積重量低，同時具有柔軟性而不產生捲曲等之素材即可使用，例如亦可使用梭織品。
布料的空隙大小，可藉由氣孔容積率算出。氣孔容積率係可藉由布料的單位面積重量A g/m2及厚度T mm以及構成布料的熱塑性纖維材料的比重M從以下之式求得。又，布料的單位面積重量及厚度只要依JIS L 1096(2010)測定即可。
氣孔容積率P=(M-B)/M×100(%)
B：表觀比重=A/(1000×T)
氣孔容積率較佳係設定為50%以上，更佳係80%以上。藉由使用此種之多空隙之布料，於補強纖維片材含浸熱塑性樹脂材料時，片材內部的空氣可通過布料的空隙而排氣以有效率地進行脫氣，故可抑制空隙的產生。形成於布料中的空隙，較佳係儘可能地均勻分佈，可藉由針織結構或梭織結構控制布料的空隙分佈，得到空隙均勻分佈的布料。而且，因為針織結構係具備伸縮性，故在使熱塑性樹脂補強片材形成三維形狀時，可符合形狀並保持空隙之狀態進行伸縮。尤其，藉由接著用熱塑性樹脂材對於補強纖維片材局部地接著布料之狀態，可確保針織結構的伸縮性並容易地進行各種三維形狀之成型。
空隙均勻地分佈的布料，例如為針織品時，可列舉以下者。
(針織品1)
當使用由尼龍6所構成之絲線(比重1.14；20分德士/1f)，以柱形針(pillar stitch)+半針(half stitch)(絲線排列○×；1in 1out)織成之針織品(單位面積重量17.6g/m2，厚度0.21mm)時，氣孔容積率為約92.7%。
(針織品2)
當使用由尼龍6所構成之絲線(比重1.14；20分德士/1f)，以梳櫛組織編針(denbigh stitch)+柱形針+插入絲(絲線排列all in)所織成之針織品(單位面積重量18.0g/m2，厚度0.22mm)時，氣孔容積率為約92.8%。
(針織品3)
當使用由尼龍6所構成之絲線(比重1.14；20分德士/1f)，以柱形針+1×4緞紋(1×4 satin)(絲線排列◎×××；◎為2股)所織成之針織品(單位面積重量19.8g/m2，厚度0.27mm)時，氣孔容積率為約93.6%。
(針織品4)
當使用由尼龍6所構成之絲線(比重1.14；20分德士/1f)，以梳櫛組織編針+緞紋(絲線排列all in)所織成之針織品(單位面積重量50.9g/m2，厚度0.23mm)時，氣孔容積率為約80.6%。
又，為梭織品時，係列舉以下者。
(梭織品1)
當使用由尼龍66所構成之絲線(比重1.14；10分德士/5f)，以平織所織成之梭織品(單位面積重量16.5g/m2，厚度0.18mm)時，氣孔容積率為約92.0%。
(梭織品2)
當使用由尼龍66所構成之絲線(比重1.14；10分德士/5f)，以平織所織成之梭織品(單位面積重量26.25g/m2，厚度0.27mm)時，氣孔容積率為約91.5%。
在形成熱塑性樹脂多層補強片材時，可積層熱塑性樹脂補強片材而形成。積層熱塑性樹脂補強片材時，以使補強纖維材料的纖維拉齊方向成為多軸之方式積層，可使片材的強度具有擬似等向性。而且，在使複數片熱塑性樹脂補強片材積層為一體時，可藉由於使所積層的 熱塑性樹脂補強片材密接的狀態，以較布料的熔融溫度更低的溫度進行加熱，使接著用熱塑性樹脂材熔融，滲出並接著於鄰接之熱塑性樹脂補強片材，俾容易地使之一體化。因為在布料形成空隙，故經熔融之接著用熱塑性樹脂材變得容易流動至鄰接之熱塑性樹脂補強片材，可有效率地製造熱塑性樹脂多層補強片材。而且，除了此種一體化之方法以外，亦可於鄰接之熱塑性樹脂補強片材間使布料熱熔接，或以與布料相同材料之一體化用熱塑性樹脂纖維束縫接，而藉此一體化。
又，附著有上述多空隙的布料之熱塑性樹脂補強片材，亦適宜作為使用於真空樹脂含浸製造方法(VaRTM法)之材料。例如，附著有經編針織品之熱塑性樹脂補強片材，其縱向針目的列之間的間隙會成為含浸之液狀樹脂材料的流路，而可於片材整體均勻地含浸液狀樹脂材料。繼而，因為布料與補強纖維藉由接著用樹脂材料接著，故在液狀樹脂材料流通時，補強纖維不會蜿蜒而維持纖維配向。
又，藉由VaRTM法組合纖維基材與熱塑性樹脂補強片材而成型時，熱塑性樹脂補強片材的熱塑性樹脂在層間形成薄的熱塑性樹脂層而成為層間強化材，可期提昇耐衝擊性。
補強纖維片材係例如可藉由上漿劑等將複數纖維集束以免散開之補強纖維束複數條拉齊成薄片狀而形成。補強纖維可列舉例如：碳纖維、玻璃纖維、陶瓷纖維、 玄武岩纖維、芳綸纖維、PBO(聚對伸苯基苯并雙唑，poly-p-phenylenebenzobisoxazole)纖維、金屬纖維等可用於FRP(纖維強化塑膠，Fiber Reinforced Plastics)之高強度/高彈性模數之無機纖維或有機纖維等。而且，可將複數個該等纖維集束而成之纖維束進行組合。補強纖維材料的細度並無特別限定，較佳為單位面積重量在80g/m2以下，更佳為20g/m2至50g/m2。以此方式將補強纖維片材之單位面積重量抑制較低，可提昇熱塑性樹脂補強片材的垂墜性，同時在布料熔融時可均勻地含浸於補強纖維片材。
藉由使補強纖維片材的厚度設為補強纖維的直徑之10倍以內，在作成成型品時，布料於補強纖維間含浸所需的流動距離變成更短。作為複合材料的補強纖維代表性之碳纖維係單絲直徑為0.005至0.007mm，故補強纖維片材的厚度成為0.05至0.07mm以下。
以如此方式形成薄的補強纖維片材，係可期待在布料經加熱熔融時以數秒左右含浸至補強纖維束中，而可實現以短時間成型加工。而且，因為可縮短布料於補強纖維間含浸熔融的熱塑性樹脂材料時的流動距離，故可抑制樹脂流動所造成的補強纖維之配向紊亂，提昇補強纖維之均勻分散性，得到空隙(void)少的狀態。氣孔容積率高且單位面積重量低之布料時，如薄膜般，就熱塑性樹脂材料未一樣地連續分布者之全體而言，一樣分散地分布，且布料熔融而於補強纖維之間擴展時流動之距離變短，故可抑制因樹脂流動所造成之補強纖維的配向混亂。
為了使補強纖維片材2的厚度設為補強纖維的直徑之10倍以內之狀態，有使用集束條數較少的纖維束之方法，或使纖維束開纖之方法等。以開纖之方法，可使集束條數多的纖維束(細度粗的纖維束)成為寬且薄的狀態。細度粗的纖維束因材料成本比較低，故可得到低成本之成型品。又，藉由以原絲之狀態所使用的上漿劑等之效果，可使開纖絲線的形態安定。
構成布料3的熱塑性樹脂纖維材料係成為基材(matrix)樹脂者，故可使用將熱塑性樹脂材料紡成纖維狀者。熱塑性樹脂材料可列舉例如：聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚醯胺(尼龍6、尼龍66、尼龍12等)、聚縮醛、聚碳酸酯、聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、聚醚醯亞胺、聚醚碸、聚苯硫醚(PPS)、聚苯硫醚、聚醚酮、聚醚醚酮等。而且，亦可混合該等熱塑性樹脂2種以上，形成聚合物合膠(polymer alloy)而作為基材(matrix)樹脂來使用。熱塑性樹脂纖維材料可使用如單絲(monofilament)、複絲(multifilament)、紡紗(spun yarn)之習知形態的絲線，以複絲使用時，熔融布料時可提高熔融速度。繼而，以熱塑性樹脂纖維材料的細度以5.6分德士至84分德士為較佳。使用此種細度小者，可容易地形成空隙多且單位面積重量低之布料，為謀求熱塑性樹脂的減量化，與Vf值相關連之調整變得容易。而且，使用細度小之熱塑性樹脂纖維材料，可縮小形成於布料的空隙，並可使熱塑性樹脂纖維材料更均勻地分散， 同時可提高對於補強纖維片材的補強纖維之接著性。
布料3之單位面積重量(每單位面積的纖維重量)，係相關並取決於補強纖維片材之單位面積重量及形成成型品時的Vf值。布料之單位面積重量，可藉由所使用的熱塑性樹脂纖維材料的細度、結構等而容易地調整。惟，為免在補強纖維之間流動時產生補強纖維的配向混亂，必須抑制流動的樹脂量。
當使用單位面積重量20g/m2至50g/m2之薄的補強纖維片材，將Vf值設定成30%至70%時，只要將布料之單位面積重量設定成5g/m2至90g/m2即可。例如，當使用單位面積重量20g/m2至40g/m2之薄的補強纖維片材，將Vf值設定成60%時，布料之單位面積重量係設定成8g/m2至20g/m2之低單位面積重量。
為了實現此方式之低單位面積重量之布料，可使用薄且空隙多的針織品。而且，此種低單位面積重量之薄針織品，適宜為保持空隙一樣地分散的形態之經編針織品。而且，藉由於構成經編針織品的針織結構的一部分採用柱形針縫，可使針目偏移不易發生並防止捲曲之發生，而可得到適於本發明布料之形態安定的針織品。而且，為梭織品時，可使用能將氣孔容積率設定在50%以上之平紋織、羅紋織等的梭織品。
又，藉由使用複數不同種類的熱塑性樹脂纖維材料作為構織成布料的熱塑性樹脂纖維材料，可以特性不同的熱塑性樹脂纖維材料構成布料，並可得到各式各樣 特性的熱塑性樹脂補強片材。而且，就構成布料3之熱塑性樹脂線材而言，藉由使用組合有芯部為高熔點之熱塑性樹脂且鞘部為低熔點之熱塑性樹脂者，亦可不使用接著性熱塑性樹脂材料而保持布料3的形態直接接著至補強纖維片材。
接著用熱塑性樹脂材4係將布料3接著於補強纖維片材2並使之一體化者，可使用以較布料3的熔融溫度低之溫度進行熔融或軟化而接著補強纖維片材2與布料3之熱塑性樹脂。接著用熱塑性樹脂材4係以準接著於布料3的單面且均勻分散為佳。藉此，可確實地接著補強纖維片材2及布料3，形成於補強纖維片材2附著布料3的狀態。
接著用熱塑性樹脂材4係亦可使用粉體狀、短纖維形狀、開孔膜形狀(蛛網形狀)之任一形狀，只要可分散而勻稱地分佈且準接著於布料3的表面即可，而無特別限定。
此外，就接著用熱塑性樹脂材4而言，較佳為熔點於60至250℃的範圍之樹脂，例如聚乙烯等聚烯烴系樹脂、聚酯系樹脂。可選擇聚醯胺、共聚合聚醯胺、聚胺酯等。尤其，共聚合聚醯胺係熔點低，且與成為基料之布料3的接著性良好，宜作為接著用熱塑性樹脂材4。再者，接著用熱塑性樹脂材4較佳係選擇與所構成之布料3之相容性佳者。藉此，接著用熱塑性樹脂材料熔融於成為母料之熱塑性樹脂材料時，接著用熱塑性樹脂材料可適性 佳地存在於成為母料之熱塑性樹脂材料。
接著用熱塑性樹脂材4之附著量，較佳為設定於布料3之每單位面積1g/m2至10g/m2，藉由為此種附著量少而且點狀地分散分佈，可較薄且均勻地分佈於整體之情形更為提高接著力。而且，藉由減少接著用熱塑性樹脂材4之使用量，可以減少接著用熱塑性樹脂材4對所得之複合材料成型品的力學特性、熱特性造成的影響。
接著用熱塑性樹脂材4較佳為分散且均勻地分佈於布料3的單面之表面，進一步，更佳係分散地分佈之接著用熱塑性樹脂材4為均勻的。藉此，即使接著用熱塑性樹脂材4之附著量減少，以可以整體同樣的接著力均勻地附著於補強纖維片材2及布料3。布料3附著於補強纖維片材2，即使在布料3之空隙多很時，也能於縱向及橫向全面性地接著補強纖維，故可維持構成補強纖維片材2之各纖維束的形態，亦即可維持補強纖維之平直拉齊的狀態或均勻分散的狀態等。
而且，使用由熱塑性樹脂纖維材料所構成之布料，可容易地對應於補強纖維片材而形成寬且薄，同時並可謀求熱塑性樹脂材料的減量化。又，補強纖維片材係附著於容易伸縮變形及彎曲變形之布料，故可得到以薄且寬的形態維持於保持平直性之狀態，且維持無捲曲等變形之平面狀的片料之形態而處理性優異的熱塑性樹脂補強片材。
再者，可對應於補強纖維片材之單位面積重 量及設定作為成型品之Vf值而容易設定布料的單位面積重量，故即使為薄且寬的補強纖維片材時，也可得到高Vf值之熱塑性樹脂補強片材。
第3圖係關於熱塑性樹脂補強片材之製造步驟的說明圖。為關於形成將補強纖維束2t經開纖之補強纖維開纖絲S朝寬度方向朝拉齊之補強纖維片材2，於布料3的單面散佈並準接著粉體狀之接著用熱塑性樹脂材4，使布料3經準接著之單面與補強纖維片材2之單面抵接而藉接著用熱塑性樹脂材4接著，以製造熱塑性樹脂補強片材1的步驟之說明圖。又，第3圖之(a)為俯視圖，第3圖之(b)為正面圖。
第3圖之熱塑性樹脂補強片材製造裝置600，係由如下所構成：多股纖維束供給機構601、多股纖維束開纖機構602、縱向振動賦予機構603、寬度方向振動賦予機構604、加熱機構605、冷卻機構606、布料供給機構607、離型用片材供給機構608、離型用片材捲取機構609以及補強片材捲取機構610。
藉由多股纖維束供給機構601，將捲有補強纖維束之補強纖維束捲線軸2b設置複數道，而可將各補強纖維束2t以約一定的張力送出。
所供給之複數條補強纖維束2t，係藉由多股纖維束開纖機構602開纖成寬且薄之狀態。本開纖機構係採使用風洞管而使朝同一方向流動之流體(於第3圖中為吸引空氣流)作用於各纖維束之空氣開纖方式，亦即，係 採日本特表2007-518890號公報所記載之習知技術。又，只要為使各補強纖維束2t開纖之方式，亦可採用任何之開纖方式。
在風洞管的內部，以一定間隔設置2條以上之複數條的固定輥或旋轉輥，使各補強纖維束2t接觸所設置之輥的上部、下部、上部、下部、…上部而行進。各補強纖維束2t係藉由縱向振動賦予機構603而交互地賦予緊繃狀態/鬆弛狀態/緊繃狀態/鬆弛狀態…，故在風洞管內，補強纖維束2t呈鬆弛狀態時，於輥下部行進之補強纖維束2t會瞬間地朝空氣流動方向彎曲，使各纖維朝寬度方向移動而進行開纖。然後，在補強纖維束2t呈緊繃狀態時，因以經開纖之狀態壓附於輥之上部及下部而接觸行進，故可維持開纖寬度同時並使纖維平直。補強纖維束2t係一邊重複此狀態一邊行進，在風洞管之隨後成為補強纖維開纖絲S之狀態。
藉由採用此方法，可將補強纖維束2t生產性良好地加工成所構成的補強纖維分散之寬且薄的狀態之補強纖維開纖絲S。為無捻狀態的碳纖維束時，可將補強纖維以加工速度5m/分鐘以上、分散良好地進行開纖成原絲狀態的寬度之2至7倍。
於寬度方向併排複數條之補強纖維開纖絲S，藉由寬度方向振動賦予機構604，於寬度方向振動而於各補強纖維開纖絲S間成為無間隙之開纖系片材，亦即，成為補強纖維分散且成為寬且薄的狀態之補強纖維片材2。
另一方面，布料供給機構607，係將預先以預定的單位面積重量所製成之布料3從供給捲軸送出，以未圖式之加熱器預熱布料3。加熱溫度係以較粉體狀之接著用熱塑性樹脂材4的熔融溫度高且較布料3之熔融溫度低之方式設定。於經加熱之布料3的表面藉由粉體散佈裝置8散佈粉末狀的接著用熱塑性樹脂材4，並使接著用熱塑性樹脂材4附著於布料3的表面而一部分熔解來準接著。又，亦可於所送出之布料3散佈接著用熱塑性樹脂材4後，加熱布料3而使之準接著。
之後，布料3係在經過反轉輥11後，將經準接著的單面貼合於補強纖維片材2的單面，並與加熱機構605之加熱輥9密接而行進。加熱輥9之加熱溫度係以接著用熱塑性樹脂材4的熔融溫度高且較布料3之熔融溫度低之方式設定，成為藉由加熱輥9於補強纖維片材2的單面布料3以接著用熱塑性樹脂材4接著之狀態。又，在補強纖維片材2與加熱輥9之間，係由離型用片材供給機構608供給離型用片材7。然後，冷卻機構606之冷卻輥10行進而得到於補強纖維片材2的單面附著有布料3之熱塑性樹脂補強片材1。所得之熱塑性樹脂補強片材1係藉由補強片材捲取機構610被捲取至熱塑性樹脂補強片材卷軸體1b。而且，離型用片材7係被捲取至離型用片材捲取機構609。
就接著用熱塑性樹脂材4之附著而言，除使用粉體狀的接著用熱塑性樹脂材而以粉體散佈裝置8將定 量且均勻地散佈於布料3的表面，並使其分散地附著的方法之外，亦可採用將接著用熱塑性樹脂材以溶劑等熔融而形成熔液狀，並將熔液塗佈於布料3的表面，使溶劑揮發而使接著用熱塑性樹脂材附著於補強纖維片材或熱塑性樹脂片材的表面之方法等。又，接著用熱塑性樹脂材4較佳係以分散且均勻地分佈於片材之方式附著，更且，接著用熱塑性樹脂材的附著量係以布料3成為每單位面積重量1g/m2至10g/m2之方式設定。
第3圖所示之例中，係於補強纖維片材之開纖步驟後繼而進行布料的接著步驟，但亦可將已開纖所得之補強纖維片材一度捲取至捲取捲軸等，再於接著步驟中從捲取捲軸送出補強纖維片材而使之與布料接著。
(實施例)
使用以下之材料製造熱塑性樹脂補強片材。
<使用材料> (於補強纖維束所使用之纖維束)
Toray股份有限公司製；T700SC-60E，纖維直徑約7μm，纖維條數12000條
(於布料所使用之纖維材料)
INDACHI股份有限公司製；NYF20D-1FBR，熔點220至240℃
(於接著用熱塑性樹脂材所使用之樹脂)
東洋染工股份有限公司製；8HS(聚醯胺系樹脂粉末)，熔點約100℃
<製造步驟>
(1)使用纖維材料，藉由經編機(KARL MAYER股份有限公司製)以編製密度65緯密(course/inch)來編製與上述針織品1相同的布料。所得之布料為寬度360mm、單位面積重量約18g/m2，氣孔容積率約92.7%。將布料捲取至供給捲軸，安置於布料供給機構。
(2)從布料供給機構送出布料並行進，同時藉由加熱器將布料加熱至120℃，使用粉體散佈裝置，使接著用熱塑性樹脂材分散且均勻地附著於布料表面，使布料之每單位面積重量約3.3g/m2之量準接著。
(3)於第3圖所示之製造步驟中，以12條、間隔24mm安置補強纖維束，以將多條同時進行空氣開纖之多股纖維束開纖機構及縱向振動賦予機構，將各個補強纖維束開纖成寬度22mm之補強纖維開纖絲，之後，以寬度方向振動賦予機構使補強纖維開纖絲於寬度方向振動，得到於補強纖維開纖絲間無空隙的補強纖維片材。所得之補強纖維片材係寬度288mm、纖維單位面積重量(每單位面積的纖維重量)約33g/m2。
(4)如第3圖所示，將所得之補強纖維片材以與布料重疊的方式輸送，使加熱輥的加熱溫度設於120℃，並使補強纖維片材的單面與布料的準接著面密接同時以約10m/分鐘的行進速度輸送，可製造熱塑性樹脂補強片材。
<評估>
所得之熱塑性樹脂補強片材，首先，構成補強纖維片 材之各補強纖維以平直的狀態均勻地分散。布料係以無接著不均的接著狀態附著於補強纖維片材的整面，以使補強纖維開纖絲的形態安定。於補強纖維片材並未產生破裂或纖維集束。而且，所得之熱塑性樹脂補強片材係無捲曲而維持平面形狀，即使彎曲變形時，也具有柔軟性以及具備可回復原本的平面狀態之復原力，且處理性良好。
可知直接使用所得之熱塑性樹脂補強片材而成型為成型品時，Vf值成為50%，即使形成為薄且寬的補強纖維片材時，亦可設定成高的Vf值。
1‧‧‧熱塑性樹脂補強片材
2‧‧‧補強纖維片材
3‧‧‧布料

Claims (9)

  1. 一種熱塑性樹脂補強片材，其係具備：補強纖維片材，其係由複數個補強纖維朝預定方向拉齊而形成片狀，而且單位面積重量為80g/m2以下；布料，其係包含細度為5.6分德士(deci Tex)至84分德士之熱塑性樹脂纖維材料，而且單位面積重量為5g/m2至90g/m2；熱塑性樹脂材，其係以較前述布料的熔融溫度更低的溫度熔融或軟化並且分散地附著於前述補強纖維片材及前述布料。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之熱塑性樹脂補強片材，其中，前述布料之氣孔容積率為50%以上。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之熱塑性樹脂補強片材，其中，前述布料為針織物。
  4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之熱塑性樹脂補強片材，其中，前述補強纖維片材之剖面厚度設定於前述補強纖維的直徑之10倍以內。
  5. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之熱塑性樹脂補強片材，其中，前述接著用熱塑性樹脂材之附著量，係前述布料之每單位面積為1g/m2至10g/m2。
  6. 一種熱塑性樹脂多層補強片材，其係積層複數片申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述之熱塑性樹脂補強片材而形成一體。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之熱塑性樹脂補強片材，其 中，前述熱塑性樹脂補強片材係以前述補強纖維片材之拉齊方向分別成為多軸之方式積層。
  8. 一種熱塑性樹脂補強片材之製造方法，其係包括下述步驟：準接著步驟，其係加熱包含細度為5.6分德士至84分德士之熱塑性樹脂纖維材料且單位面積重量為5g/m2至90g/m2之布料，而使以較該布料的熔融溫度更低的溫度進行熔融或軟化之粉體狀的接著用熱塑性樹脂材分散地準接著於該布料的表面；及，附著步驟，其係使由複數個補強纖維朝預定方向拉齊而形成片狀之補強纖維片材及前述布料抵接，以較前述布料的熔融溫度更低的溫度進行加熱而使準接著之前述接著用熱塑性樹脂材熔融，藉此使前述補強纖維片材及前述布料附著。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之熱塑性樹脂補強片材之製造方法，其中，在前述準接著步驟中，使前述接著用熱塑性樹脂材以前述布料之每單位面積1g/m2至10g/m2附著。
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