TW201934827A - 部分分纖的纖維束、中間基材、成形品及它們的製造方法 - Google Patents

部分分纖的纖維束、中間基材、成形品及它們的製造方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種部分分纖的纖維束的製造方法,其即使於部分分纖的纖維束中存在接頭部的情況下亦可連續地長時間、穩定地對纖維束進行分纖,且提供一種使用該方法的中間基材或成形品的製造方法。為此,提供如下部分分纖的纖維束的製造方法,其於使具有纖維束彼此接合而成的接頭部的纖維束沿著長度方向行進時,將分纖部件的突出部插入纖維束,藉此對纖維束的一部分進行分纖,所述部分分纖的纖維束的製造方法基於對接頭部進行檢測而獲得的接頭部的位置資訊,使分纖部件插入纖維束的時期變化。

Description

部分分纖的纖維束、中間基材、成形品及它們的製造方法
本發明是有關於一種部分分纖的纖維束的製造方法以及利用該些製造方法或製造裝置而獲得的部分分纖的纖維束。更詳細而言,是有關於一種可不引起斷紗而連續地對單紗數多、廉價的大絲束進行分纖的部分分纖的纖維束的製造方法及製造裝置、以及利用該些製造方法或製造裝置而獲得的部分分纖的纖維束、中間基材及成形品。
已知有如下技術:使用包含不連續的強化纖維(例如碳纖維)的束狀集合體(以下,有時亦稱為纖維束)與基質樹脂的成形材料,藉由加熱、加壓成形而製造所需形狀的成形品。於所述成形材料中,包含單紗數多的纖維束的成形材料雖然成形時的流動性優異,但存在成形品的力學特性變差的傾向。相對於此,以兼具成形時的流動性與成形品的力學特性為目標,作為成形材料中的纖維束,可使用經調整為任意的單紗數的纖維束。
作為調整纖維束的單紗數的方法,例如專利文獻1、專利文獻2中揭示了使用事先捲取有多個纖維束的多個纖維束捲取體而進行分纖處理的方法。但是,該些方法受到事先處理的纖維束的單紗數的限制,因此調整範圍受限,難以調整為所需的單紗數。
另外,例如專利文獻3~專利文獻5中揭示了使用圓盤狀的旋轉刀而將纖維束縱切成所需的單紗數的方法。該些方法雖然可藉由變更旋轉刀的間距而調整單紗數,但由於在長度方向全長上經縱切的纖維束無集束性,因此將縱切後的紗捲取在筒管上、或者自經捲取的筒管捲出纖維束這一操作容易變得困難。另外,於搬送縱切後的纖維束時,因縱切所產生的分叉狀的纖維束捲附於導輥或輸送輥等上而有搬送變得不容易之虞。
另外,專利文獻6中揭示了如下方法:藉由除了具有平行於纖維方向的縱切功能的縱刀以外亦具有垂直於纖維方向的橫刀的分纖切割器,與縱切同時,將纖維切割成規定長度。若為所述方法,則無需將縱切後的纖維束暫時捲取在筒管上而搬送,操作性得到改善。但是,由於分纖切割器具備縱刀與橫刀,因此會產生如下弊端:若其中一個刀刃先達到切割壽命,則不得不更換刀刃整體。
近年來,關於增大的產業用碳纖維的需要,就生產性的方面而言,長條化變得必需。另一方面,與常規絲束相比,大多情況下大絲束的長絲數多且短。因此,將纖維束彼此連接而獲得長條產品。將纖維束彼此的連接部稱為接頭部。接頭部藉由加壓流體將纖維束的末端部彼此交絡或藉由機械式打結器接合,纖維束的長絲數大約以2倍構成。具有接頭部的纖維束對利用長條化的操作性及生產性提高有效,但由於接頭部的纖維密度高,因此於在接頭部插入旋轉刀等刀刃進行分纖處理時,有使纖維束斷裂之虞。因此,難以對具有接頭部的纖維束進行分纖處理。
專利文獻7中揭示了一種方法,該方法提供如下開纖片材的製造方法及製造裝置:可藉由將預先開纖的纖維束設為帶突起的旋轉分纖部件而穩定且廉價地加以製造。但是,於在纖維束中存在接頭部的情況下,帶突起的旋轉部件連續旋轉,因此突起部分使接頭部斷裂,斷裂的纖維束捲繞在分纖輥或輸送輥上,而有無法搬送之虞。
另外,專利文獻8中揭示了如下製造方法:藉由將刀片狀的分纖部件穿入纖維束,一面形成裂縫一面進行分纖,使刀片於寬度方向上回旋,而形成為了使樹脂含浸變得容易的流路(寬度廣的分纖部),藉此可提高之後的樹脂含浸性且實現製造步驟的簡單化。但是,於在纖維束中存在構成纖維束的多個紗束彼此的接頭部的情況下,由於刀片在纖維束中連續地持續進行分纖,因此有因接頭部於刀片部分斷裂,且纖維束堵塞而無法搬送之虞。另外,由於該刀片非常薄,因此有於接頭部斷裂、堵塞時發生破損之虞。
另外,專利文獻9中,揭示了一種方法,該方法提供如下製造方法及製造裝置:可藉由使凸凹狀的分纖夾具間歇地旋轉並進行分纖而進行纖維束的品質改善及長時間的穩定運轉。
另外,專利文獻10中,揭示了一種方法,該方法提供如下製造方法及製造裝置:可藉由利用旋轉的分纖夾具對連續的纖維束進行間歇地分纖而避免分纖不足、捲繞在輥上、纖維束的歪斜及曲折而進行穩定的連續運轉。
另外,專利文獻11中,揭示了一種方法,該方法提供如下部分分纖的纖維束的製造方法及製造裝置:具備將旋轉刀的突出部插入纖維束的旋轉分纖部件,進而具備檢測纖維束有無撚的拍攝部件,於自纖維束的撚即將接觸突出部之前至通過為止,以減少對纖維束的推壓力的方式控制分纖部件,藉此可穩定地分纖。
另外,專利文獻12中,揭示了一種方法,該方法提供如下製造方法及製造裝置:具備利用固定式的槽輥進行分纖的分纖部件,藉由將大絲束與常規絲束並列地利用槽輥進行分纖,與常規絲束單獨生產時對比可實現大幅度的成本抑制。揭示了於新穎筒子架(creel)開始時必須使接頭或打結部通過,該情況下,將槽輥手動地移動到平輥側,並且於接頭部或打結部通過輥後再次返回至槽輥側。
另外,專利文獻13中,揭示了如下方法:具備將旋轉刀的突出部插入纖維束的旋轉分纖部件,進而具備檢測纖維束有無撚的拍攝部件,於部分分纖的纖維束的分纖處理部分與未分纖處理部分中避免加撚部的分纖處理而設為未分纖處理部分。然而,所述任一文獻中均未揭示於存在接頭部的纖維束中可效率良好且穩定地製造部分分纖的纖維束的方法。另外,關於如下方法,並未進行揭示,所述方法是對切割部分分纖的纖維束且使用其的片狀成型料(Sheet Molding Compound)(以下簡稱為SMC)步驟中的切割後的部分分纖的纖維束的分割容易性進行評價。
[現有技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1:日本專利特開2002-255448號公報
專利文獻2:日本專利特開2004-100132號公報
專利文獻3:日本專利特開2013-49208號公報
專利文獻4:日本專利特開2014-30913號公報
專利文獻5:日本專利第5512908號
專利文獻6:國際公開第2012/105080號
專利文獻7:日本專利特開2011-241494號公報
專利文獻8:歐洲專利第2687356號
專利文獻9:國際公開第2016/136812號
專利文獻10:國際公開第2017/006989號
專利文獻11:國際公開第2016/104154號
專利文獻12:美國專利第6385828號
專利文獻13:國際公開第2017/221657號
[發明所欲解決之課題]
於部分分纖的纖維束的連續生產中,若於纖維束中存在接頭部,則有時於分纖步驟中在接頭部與分纖部件接觸時,絨毛夾雜物堆積,纖維束被切斷,該情況下無法連續生產。另外,分纖後的部分分纖的纖維束由於為形成有裂縫的狀態,因此未被完全分割。因此,不存在如下方法:於作為後步驟的片狀成型料(Sheet Molding Compound)(SMC)步驟中,對作為重要品質項目的與切割後的部分分纖的纖維束的分散狀態有關的分割容易性進行評價。
因此,本發明的目的在於提供一種部分分纖的纖維束的製造方法,即使於部分分纖的纖維束中存在接頭部的情況下亦可連續地長時間、穩定地對纖維束進行分纖,且提供一種使用該方法的中間基材或成形品的製造方法。另外,在於提供一種利用與分割容易性有關的「分割數」評價切割後的部分分纖的纖維束的分散狀態的方法。
[解決課題之部件]
為了解決所述課題,發明者進行了努力研究,結果發現了一種部分分纖的纖維束的製造方法,其檢測部分分纖的纖維束的接頭部,且使接頭部避免來自分纖部件的插入。即,本發明的部分分纖的纖維束的製造方法具有以下構成。
一種部分分纖的纖維束的製造方法,其一面使具有纖維束彼此接合而成的接頭部的纖維束沿著長度方向行進,一面重覆使分纖部件的突出部向纖維束的插入與拔出,藉此對纖維束的長度方向的一部分進行分纖,
所述部分分纖的纖維束的製造方法基於對接頭部進行檢測而獲得的接頭部的位置資訊,於接頭部的近前將所述分纖部件的突出部自所述纖維束拔出,於所述接頭部通過分纖處理部時,滿足A條件或B條件,
A條件:使分纖部件的突出部的插入停止
B條件:將分纖部件的突出部的移動速度設為與纖維束的行進速度實質上相同的速度。
即,為如下部分分纖的纖維束的製造方法,其基於對接頭部進行檢測而獲得的接頭部的位置資訊,於接頭部的近前將所述分纖部件的突出部自所述纖維束拔出,於使所述接頭部通過後,將再次使分纖部件的突出部插入的纖維束的時期變化為插入非接頭部的纖維束的時期。
進而,提供一種製造方法,其於分纖部件的突出部通過所述接頭部時,以與纖維束的行進速度實質上相同的速度移動,藉此使所述分纖部件再次插入纖維束的時期變化。另外,提供一種部分分纖的纖維束的製造方法,其於分纖部件的突出部通過所述接頭部時,使分纖部件朝纖維束的插入暫時停止,藉此使分纖部件的突出部插入纖維束的時期變化。
進而,提供一種部分分纖的纖維束的製造方法,其自插入所述纖維束的所述分纖部件起沿著所述纖維束的長度方向於上游具備檢測接頭部的攝像部件,基於纖維束的寬度的變化率進行接頭部的檢測。另外,提供一種部分分纖的纖維束的製造方法,其中所述分纖部件具備與所述纖維束的長度方向正交的旋轉軸,於所述旋轉軸表面的一部分設置有多個所述突出部。
另外,作為對使用了切割後的部分分纖的纖維束的SMC步驟中的切割後的部分分纖的纖維束的分割容易性進行評價的方法,發現了利用部分分纖的纖維束的分割數進行的評價方法。即,相對於長度方向在垂直方向上將藉由包含碳纖維的部分分纖的纖維束的製造方法而獲得的部分分纖的纖維束切割為寬度15 mm的長度,其後於對切割後的部分分纖的纖維束施加衝擊後,確認部分分纖的纖維束的分割數。此時,提供一種部分分纖的纖維束,其中於對切割後的部分分纖的纖維束賦予100 m/s2 的加速度60 msec的條件下施加衝擊時,成為式1及式2的分割數:Y。

非接頭部:(X/11.1×103 )≦Y≦(X/1.5×103 )[式1]
接頭部:(X/25.0×103 )≦Y≦(X/2.5×103 )[式2]

此處,X為部分分纖的纖維束的總長絲數。再者,分割數Y為部分分纖的纖維束經分割的小片的數,且為正整數。另外,關於分割數Y,將為纖維束的形態且各纖維束的重量為0.0007 g以上的纖維束計數為一個。
另外,本發明的中間基材的製造方法為如下中間基材的製造方法:對藉由所述部分分纖的纖維束的製造方法而獲得的部分分纖的纖維束進行切割,其後使樹脂含浸。
進而,本發明的成形品的製造方法為如下成形品的製造方法:對藉由所述中間基材的製造方法而獲得的中間基材進行壓製。
[發明的效果]
本發明可提供一種部分分纖的纖維束的製造方法及製造裝置,其即使於纖維束中存在接頭部的情況下亦可連續地長時間、穩定地對纖維束進行分纖。進而,可防止接頭部接觸分纖部件的突出部而斷裂,藉此可進行具有接頭部的大絲束的連續分纖處理,可謀求成形品的材料成本、製造成本的減少。
進而,利用切割後的部分分纖的纖維束的分割數評價方法確認實際的部分分纖的纖維束的分割容易性,藉此可事先確認為於進行作為後步驟的SMC加工之前顯示出良好的分散狀態的部分分纖的纖維束,具有將異常品的流出防患於未然的效果。
以下,參照圖式對本發明進行說明。再者,本發明並不受所述圖式的態樣的任何限定。
圖5及圖6(a)、圖6(b)中例示了對纖維束實施分纖處理的步驟與部分分纖的纖維束的概略圖。圖6(a)為表示向行進的纖維束插入分纖部件的一例的概略平面圖,圖6(b)為概略側面圖。圖中的纖維束行進方向A(箭頭)為纖維束100的長度方向,自未圖示的纖維束供給裝置連續地供給纖維束100,在寬度方向上擴幅後,向分纖處理步驟行進。
分纖部件200具備具有容易插入纖維束100的突出形狀的突出部210,插入行進的纖維束100,在纖維束100的長度方向上進行分纖處理。可對纖維束進行分纖的區域是分纖部件200的突出部210與纖維束接觸的區域,將該區域稱為分纖處理部150。此處,分纖部件200較佳為相對於纖維束100的行進方向在纖維束的鉛垂方向上插入。此處所述的相對於行進方向在纖維束的鉛垂方向,是指纖維束的剖面為橫長的橢圓或橫長的長方形般扁平形狀時的水平方向的上表面及下表面(例如,相當於圖6(a)、圖6(b)所示的纖維束100的側表面)。另外,所具備的突出部210可每一個分纖部件200為一個,且亦可為多個。於一個分纖部件200中具有多個突出部210的情況下,突出部210的磨耗頻率減少,因此亦可減少更換頻率。進而亦可根據分纖的纖維束數而同時使用多個分纖部件200。可將多個分纖部件200並列、交錯、錯開相位等而任意地配置多個突出部210。
於藉由分纖部件200將包含多個單紗的纖維束100分成條數更少的分纖束的情況下,多個單紗於纖維束100中實質上並非並列的狀態,以單紗水準交絡的部分多,因此有於分纖處理中於接觸部211附近形成單紗交絡的纏絡部160的情況。
於利用分纖處理部150進行分纖處理後,自纖維束100拔出分纖部件200。藉由所述拔出而生成實施了分纖處理的分纖處理區間110,與此同時生成纏絡部160蓄積的纏絡蓄積部120。另外,於分纖處理中自纖維束所產生的絨毛作為絨毛堆140而於分纖處理時生成於纏絡蓄積部120附近。
其後,藉由再次將分纖部件200插入纖維束100,而生成未分纖處理區間130。藉由重覆以上的分纖處理操作,纖維束100成為圖5例示的部分分纖的纖維束。而且,由於供給至接下來的步驟中,因此被捲取成輥等的形狀。
分纖部件200只要為可達成本發明的目的的範圍,則並無特別限制,較佳為具備如金屬製的針或薄板等銳利的形狀的形狀者。分纖部件200較佳為相對於進行分纖處理的纖維束100的寬度方向,設置多個分纖部件200,分纖部件200的數量可根據進行分纖處理的纖維束100的構成單紗條數F(條)而任意地選擇。纖維束使用強化纖維時的分纖處理區間的數量較佳為於某纖維束100的寬度方向上具有((F/10000)-1)個以上且未滿((F/500)-1)個的分纖處理區間數。此處,F為構成進行分纖處理的纖維束的總單紗條數(條)。若未滿(F/10000)-1個,則於後步驟中製成強化纖維複合材料時,難以發現力學特性的提高,另外若為(F/500)-1個以上,則於分纖處理時有斷紗或起毛之虞。
其次,使用圖1(a)~圖1(c)對具有本發明的纖維束彼此接合而成的接頭部的纖維束100的部分分纖的纖維束的製造方法進行說明。再者,所謂本發明中的「部分分纖的纖維束」,如上所述是對纖維束實施分纖處理,在長度方向的一部分形成有裂縫的纖維束。所謂本發明中的「具有接頭部的部分分纖的纖維束」,是具有作為構成纖維束的多個紗束彼此的接合部的接頭部的部分分纖的纖維束。進而,所謂接頭部,是如下部分:將具有使纖維束彼此接合的部分的纖維束連續供給至纖維束的製造步驟中,作為提高操作性及生產性的部件,將纖維束的末端部彼此藉由加壓流體交絡或藉由機械式打結器接合。
圖1(a)為表示將具有行進的接頭部180的纖維束100設為部分分纖的纖維束的步驟的一例的概略平面圖,圖1(b)為概略側面圖,圖1(c)為另一概略側面圖。圖中的纖維束行進方向A(箭頭)為纖維束100的長度方向,自未圖示的纖維束供給裝置連續地供給具有接頭部的纖維束100。分纖部件是具備突出部240的旋轉分纖部件220。如上所述,纖維束100一面受到藉由分纖部件而成為部分分纖的纖維束的處理一面行進。圖1(a)~圖1(c)中,旋轉分纖部件220的突出部210(圖1(a)~圖1(c)中的黑圓)於接頭部180的正前方自纖維束100拔出,結束分纖處理區間110。突出部210(圖1(a)~圖1(c)中的黑圓)藉由旋轉分纖部件220開始旋轉而自纖維束100拔出。而且,旋轉分纖部件220在與纖維束行進方向A相同的方向上以實質上相同的速度旋轉,下一個突出部210(圖1(a)~圖1(c)中的白圓)再次被插入行進的纖維束100。如此,如圖1(a)所示,接頭部180存在於未分纖處理區間130。圖1(a)中,懸掛在接頭部180的旋轉分纖部件220的線表示在接頭部180中,旋轉分纖部件220在纖維束100的下方一面避免分纖處理一面進行旋轉。
此處,對部分分纖的纖維束的製造方法的較佳的構成進行說明。圖4(a)~圖4(c)中,於使具有纖維束彼此接合而成的接頭部180的纖維束100在長度方向上行進時,於上游具備檢測接頭部180的部件900~部件930。圖4(a)~圖4(c)的例子中,在分纖部件220的上游的位置具備對纖維束進行拍攝的相機910,由相機910所拍攝的圖像被連續地發送到處理纖維束的寬度方向的資訊的圖像處理裝置920。進而,若檢測接頭部180,則產生用於變更旋轉分纖部件220的速度的速度變更信號輸出930。此處,對檢測接頭部180的方法進行說明。
利用相機910從上方對行進的纖維束進行拍攝。拍攝使用區域相機或線感測器相機。關於所拍攝的纖維束的平面圖像,可自該圖像中識別與寬度方向相關的兩端的位置。而且,可基於兩端的位置資訊,將兩端間的距離識別為纖維束寬度。例如,在具有接頭部的纖維束中,若根據連續拍攝的圖像測定纖維寬度,則纖維束100的寬度從接頭部的正前方起直至數10 mm處逐漸變窄,若進入接頭部,則比通常的纖維束的寬度窄的狀態持續。而且,若接頭部結束,則直至數10 mm處逐漸擴展,返回到通常的纖維束100的寬度。即,可基於連續拍攝行進的纖維束而獲得的圖像,判斷纖維束寬度的輪廓的特徵,並檢測接頭部。
例如,接頭部的檢測是基於纖維束100的寬度方向的變化率而進行。所謂寬度方向的變化率,在寬度方向上擴幅的纖維束100的寬度(W1、例如50 mm)與接頭部的寬度(W2、例如15 mm)中,利用下式求出。

寬度方向的變化率=(W1-W2)/W1

例示中,(50-15)/50=0.7,藉由超過規定的變化率來檢測接頭部。檢測接頭部的寬度方向的變化率根據纖維束的種類或步驟條件而變化,可較佳地使用0.4以上。另外,亦較佳地使用藉由接頭部的寬度(W2)低於規定的值進行檢測的方法。而且,於檢測接頭部的情況下,使分纖部件200或旋轉分纖部件220的突出部插入纖維束的時期變化,避免分纖處理。
另外,作為所述旋轉分纖部件220,較佳為具有如下旋轉機構:為了可沿著與具有圖1(a)~圖1(c)、圖2(a)~圖2(c)所示的接頭部180的纖維束的送出方向正交的旋轉軸240而進行旋轉。另外,亦較佳為具有圖3(a)、圖3(b)所示的分纖部件200上下移動的機構。於具有圖2(a)~圖2(c)所示的旋轉機構的旋轉分纖部件220的情況下,藉由以與纖維束100的行進速度實質上相同的速度使旋轉分纖部件220旋轉移動,可使旋轉分纖部件220的突出部210插入纖維束100的時期變化。另外,較佳為於圖3(a)、圖3(b)所示的分纖部件200上下移動的情況下,使分纖部件200的突出部210下降至接頭部180的正前方為止,在接頭部通過的期間使分纖部件220的突出部210暫時停止向纖維束100的插入,藉此使分纖部件200的突出部210插入纖維束100的時期延遲。
本發明中使用的纖維束具有作為構成纖維束的多個紗束彼此的接合部的接頭部。具有使纖維束彼此接合的接頭部的纖維束可連續地供給至纖維束的製造步驟中,可提高操作性及生產性。
另外,關於接頭部的形狀,藉由加壓流體將纖維束的末端部彼此交絡或藉由機械式打結器接合的部分中,纖維束的長度方向長度為20 mm~150 mm,且纖維束的長度方向長度為20 mm~150 mm的部分的纖維束單位面積重量為通常的纖維束的約2倍。
接頭部藉由纖維束的製造步驟及其以後的任何理由,使連續纖維束斷裂的狀態的末端彼此接合而製成連續的纖維,藉此根據製品的用途,可靈活用作滿足規定長度的製品,可實現未滿規定長度的產品的削減。
再者,由於藉由加壓流體交絡或藉由機械式打結器接合,因此即使在進行分纖處理前的纖維束的擴幅步驟中擴幅的情況下,亦僅接頭部的纖維束的寬度變窄。但是,就維持用以經過擴幅步驟所需的接合強度,不引起斷紗而連續地生產的觀點而言,接頭部的紗寬為5 mm~20 mm,其中較佳為10 mm~15 mm的範圍。
此處,在纖維束中,除了接頭部以外,有時纖維束的寬度亦變窄。例如,第1個是於在各步驟(包括原料步驟及部分分纖的纖維束的製造步驟)中存在的導向件或槽輥等中纖維束例如與其中任一者的單側部分過度地接觸的狀態的情況下,纖維束變為窄幅。第2個是於在各步驟(包括原料步驟及部分分纖的纖維束的製造步驟)中發生因條件以上等而產生的纖維束的損傷或單紗斷裂的情況下,該纖維束受到的損傷部分變為窄幅。另外,即使加撚部等的單紗的狀態不同,有時纖維束的寬度亦變窄。另一方面,接頭部的特徵在於其為5 mm~20 mm、其中為10 mm~15 mm的範圍內且在長度方向上為20 mm~150 mm。即,較佳為判斷接頭部與由其他原因產生的窄幅的特徵來檢測接頭部。例如,於纖維束與所述導向件或槽輥等接觸而成為窄幅時,纖維束的寬度變化比接頭部的寬度變化小,且纖維束的寬度以0.5 m以上變為窄幅,因此判斷為「並非」接頭部。另外,於加撚部的情況下,單紗等以加撚部為邊界交換位置,因此在使分纖處理部件與加撚部接觸而進行分纖處理的情況下,纖維束的寬度變窄。雖然亦有在某程度的單紗集中的纖維束狀態下形成加撚部的情況,但由於加撚部在正前方·正後方的短區間中纖維寬度急劇變窄,因此判斷為「並非」接頭部。如上所述,接頭部與加撚部可利用纖維束的寬度變化率的特徵而判斷。而且,由於接頭部在20 mm以上且150 mm的區間持續,因此為了避免該分纖處理,與加撚部的分纖處理避免方法不同。
[纖維束]
本發明中使用的纖維束100只要為包含多個單紗的纖維束,則纖維的種類並無特別限定。其中,較佳為使用強化纖維。此處,所謂強化纖維是指樹脂加強用纖維,其中較佳為選自包含碳纖維、聚芳醯胺纖維及玻璃纖維所組成的群組中的至少一種。該些可單獨使用,亦可併用兩種以上。其中,碳纖維由於可提供輕量且強度優異的複合材料而特別適合。作為碳纖維,可為聚丙烯腈(polyacrylonitrile,PAN)系、瀝青系中的任一者,其平均纖維徑較佳為3 μm~12 μm,更佳為6 μm~9 μm。
於碳纖維的情況下,通常將包含連續纖維的單紗集束1000條~60000條左右而成的纖維束作為捲取在筒管上的捲紗體(捲裝物(package))而供給。纖維束較佳為無撚,但摻有撚的股線(strand)亦可使用,即使於搬送中摻入撚,亦可應用於本發明。單紗數亦無限制,於使用單紗數多的所謂的大絲束的情況下,由於纖維束的每單位重量的價格廉價,因此單紗數越過,越可減少最終製品的成本而較佳。另外,作為大絲束,亦可使用將纖維束彼此彙整成一個束而捲取的所謂的併紗形態。
於使用強化纖維時,以提高製成強化纖維複合材料時的與基質樹脂的接著性等為目的,較佳為經表面處理。作為表面處理的方法,有電解處理、臭氧處理、紫外線處理等。另外,以防止強化纖維的起毛、或提高強化纖維股線的集束性、或提高與基質樹脂的接著性等為目的,亦可賦予上漿劑。作為上漿劑,並無特別限定,但可使用具有環氧基、胺基甲酸酯基、胺基、羧基等官能基的化合物,該些可使用一種或併用兩種以上。
本發明中使用的纖維束較佳為經預先集束的狀態。此處所謂的經預先集束的狀態,是指例如藉由構成纖維束的單紗彼此的交絡而集束的狀態、或藉由賦予纖維束的上漿劑而集束的狀態、藉由在纖維束的製造步驟中所含有而成的撚而集束的狀態。
[捲出]
製造部分分纖的纖維束的步驟較佳為包括:對纖維束進行送出捲出的部件、具備多個對纖維束進行分纖的突出部的分纖部件、使分纖部件向纖維束插入/拔出的控制部件、以及對經分纖的部分分纖的纖維束進行捲取的捲取部件。
於任一情況下,關於自配置於纖維束行進方向上游側的、捲出纖維束的捲出裝置(未圖示)等而捲出纖維束的纖維束的捲出方向,可考慮在與筒管的旋轉軸垂直地相交的方向上拉出的橫出方式、或在與筒管(紙管)的旋轉軸相同的方向上拉出的縱出方式,但若考量舒解撚少,則較佳為橫出方式。
另外,關於捲出時的筒管的設置姿勢,可設置於任意的方向。其中,於將筒管插入筒子架的狀態,並非筒子架旋轉軸固定面之側的筒管的端面以朝向於水平方向以外的方向的狀態而設置的情況下,較佳為以對纖維束施加一定的張力的狀態保持。於對纖維束無一定的張力的情況下,由於纖維束自捲裝物(在筒管上捲取有纖維束的捲體)滑落而自捲裝物脫離、或自捲裝物脫離的纖維束捲附在筒子架旋轉軸上,而認為捲出變得困難。
另外,作為捲出的捲裝物的旋轉軸固定方法,除了使用筒子架的方法以外,亦可應用在平行排列的兩條輥上,與輥平行地載置捲裝物,於並排的輥上使捲裝物轉動,而捲出纖維束的表面捲出方式。
另外,於使用筒子架的捲出的情況下,可考慮如下方法:將皮帶掛在筒子架上,固定其一方,在另一方吊掛秤錘、以彈簧拉伸等,而制動筒子架,藉此將張力賦予捲出的纖維束。該情況下,作為使張力穩定的部件,有效的是根據捲徑而使制動力可變。
另外,對於分纖後的單紗條數的調整,可藉由將纖維束擴幅的方法、與在纖維束的寬度方向上並排配置的多個分纖部件的間距來調整。藉由減小分纖部件的間距,在纖維束寬度方向上設置更多的分纖部件,可分纖處理成單紗條數更少的所謂的細束。另外,即使不窄化分纖部件的間距,亦可藉由在進行分纖處理前將纖維束擴幅,利用更多的分纖部件對經擴幅的纖維束進行分纖,而調整單紗條數。
此處所謂的擴幅,是指擴大纖維束100的寬度的處理。作為擴幅處理方法,並無特別限制,較佳為使其通過振動輥的振動擴幅法、吹附經壓縮的空氣的空氣擴幅法等。
[分纖部件]
於分纖部件中,插入纖維束的刀刃(突出部210)沿長度方向對纖維束進行切割,對纖維束進行分纖。由於進行了切割,因此纖維束的移動與分纖部件的移動之間存在速度差。此處,速度差可藉由纖維束移動、分纖部件不移動而產生速度差,亦可藉由分纖部件側移動、纖維束不移動而產生速度差。進而,亦可為雖然雙方移動但存在速度差的情況。進而,可將插入纖維束的刀刃拔出,藉由重覆插入與拔出而達成部分分纖處理。
例示了可用於本發明的分纖部件。分纖部件的形態較佳為具有板的前端突出的刀刃的刀片、於履帶等移動的皮帶上形成有多個刀片者、形成有多個朝具有旋轉軸的圓盤的周表面突出的刀刃者。關於分纖處理,分纖部件200或旋轉分纖部件220的突出部210插入纖維束100,在纖維束100與突出部210接觸的狀態下,纖維束100移動,與此相對,突出部210不移動,因此藉由該速度的差進行分纖處理。另外,關於部分分纖處理,於具有板的前端突出的刀刃的刀片的情況下,例如使刀片上下移動,自纖維束拔插刀刃而獲得。於在移動的皮帶上形成有多個刀片者、或者具有多個突起的旋轉刀的情況下,藉由移動或旋轉而插入突起部,接著被拔出,因此進行部分分纖處理。所謂分纖處理部150是可進行分纖處理的區間。分纖處理部150例如若為刀片狀的分纖部件200,則相當於圖6(a)所示的突出部210。另外,若為具有多個突出部210的旋轉分纖部件240,則相當於突出部210與鄰接的突出部210之間。
[插入、拔出:時間]
部分分纖的纖維束的分纖處理通常是重覆分纖部件200的插入與拔出而形成分纖處理區間110(圖6(a)、圖6(b))。此時,再次插入的時機較佳為以拔出分纖部件200後的經過時間來設定。另外,再次拔出的時機亦較佳為以將分纖部件200插入後的經過時間來設定。藉由以時間設定插入及/或拔出的時機,可生成規定距離間隔的分纖處理區間110及未分纖處理區間130,分纖處理區間110與未分纖處理區間130的比率亦可任意地決定。另外,規定時間間隔可一直相同,但亦可根據進行了分纖處理的距離而變長或變短,或根據其當時的纖維束的狀態,例如於纖維束原本具有的絨毛或單紗的交絡少的情況下縮短規定時間間隔等,根據狀況而變化。
[拔出:推壓力或張力、張力差]
如圖6(a)、圖6(b)所示,若將分纖部件200插入纖維束100,則隨著分纖處理的經過,所生成的纏絡部160持續推壓突出部210,因此分纖部件200受到來自纏絡部160的推壓力。
如上所述,多個單紗於纖維束100中實質上並非並列的狀態,而以單紗水準交絡的部分多,進而於纖維束100的長度方向上,有存在交絡多的地方與少的地方的情況。單紗交絡多的地方分纖處理時的推壓力的上升變快,反之單紗交絡少的地方推壓力的上升變慢。因此,較佳為於分纖部件200中具備檢測來自纖維束100的推壓力的推壓力檢測部件。
另外,有時在分纖部件200的前後纖維束100的張力變化,因此可在分纖部件200的附近具備至少一個檢測纖維束100的張力的張力檢測部件,亦可具備多個來運算張力差。該些推壓力、張力、張力差的檢測部件亦可個別地具備,亦可組合任一者而設置。此處,檢測張力的張力檢測部件較佳為自分纖部件200起沿著纖維束100的長度方向,在距前後的至少一者10 mm~1000 mm的範圍中配置。
該些推壓力、張力、張力差較佳為根據所檢測出的值而控制分纖部件200的拔出。進而佳為以隨著所檢測出的值的上升,在超過任意設定的上限值的情況下拔出分纖部件200的方式進行控制。上限值較佳為在推壓力、張力的情況下設定為1 N/mm,張力差設定為0.8 N/mm。再者,上限值可根據纖維束的狀態以±10%的幅度變化。此處,推壓力、張力、張力差的單位(N/mm)表示纖維束100的作用於每寬度的力。若將推壓力、張力、張力差設定地低,則於將分纖部件200插入後立即達到拔出分纖部件200的推壓力、張力、張力差,因此無法獲取充分的分纖距離,分纖處理區間110變得過短,無法獲得實施了部分分纖處理的纖維束。另一方面,若將推壓力、張力、張力差設定地高,則於將分纖部件200插入後,於達到拔出分纖部件200的推壓力、張力、張力差前,在纖維束100中單紗的切割增加,因此變得容易發生實施了分纖處理的纖維束分叉狀地突出、或所產生的絨毛增加等不良狀況。突出的分叉捲附於搬送中的輥上,或絨毛堆積於驅動輥上,使於纖維束髮生滑動等,容易發生搬送不良。因此,推壓力、張力、張力差較佳為根據分纖處理步驟來調整。
與以時間控制分纖部件200的拔出時機的情況不同,於檢測推壓力、張力、張力差的情況下,於分纖處理時在施加切割纖維束100的程度的力之前拔出分纖部件200,因此變成對纖維束100未施加過度的力,可進行連續的分纖處理。
此處,關於所述以單紗水準交絡的部分所產生的推壓力、張力、張力差的變化,大多情況下在接頭部中不產生推壓力、張力、張力差。因此,為了檢測接頭部,可較佳地使用觀察纖維束的寬度方向的寬度變化而非推壓力或張力的方法。具體而言,較佳為利用相機等圖像連續測定纖維束,根據寬度方向的寬度變化率進行圖像檢測。另外,由於用於避免撚與接頭部的時間或插入的時機不同,因此於判定加撚部與接頭部的情況下,較佳為亦利用圖像檢測接頭部的產生位置資訊與長度方向的長度的資訊。以下,對利用圖像進行的接頭部的檢測進行說明。
[圖像檢測]
具有接頭部的纖維束100一面進行所述分纖處理一面行進(圖4(a)~圖4(c))。較佳為於自插入纖維束100的分纖部件200起沿著纖維束100的長度方向的上游的至少一側且距行進的纖維束10 mm~1000 mm的範圍內具備檢測纖維束100的纖維束的寬度的拍攝部件。圖4(a)~圖4(c)中,作為拍攝部件例示了檢測相機910。藉由該拍攝預先確定接頭部180的位置(窄幅部分),並基於該結果控制預先設定的模式以使分纖部件200不插入接頭部180,藉此可防止因插入而引起的纖維束的斷紗。另外,於接頭部180接近所插入的分纖部件200時,藉由拔出分纖部件200,即,不對接頭部180進行分纖處理,可防止因插入而引起的接頭部的斷裂。
對接頭部接近旋轉分纖部件220的動作進行說明。自分纖部件起在纖維束的流動方向上游10 mm~1000 mm位置設置拍攝纖維束的檢測相機910。關於接頭部,如圖1(a)~圖1(c)所示,纖維束寬度直至數10 mm處逐漸變窄,接頭部的纖維寬度變窄為前後的纖維束的寬度的30%~70%。關於使旋轉分纖部件以實質上相同的速度旋轉的時機,於接頭部的正前方(~數10 mm),將自檢測接頭部的位置起至分纖部件為止的距離(m)除以纖維束的移動速度(m/分鐘),求出自旋轉開始時刻起幾秒後開始旋轉,將開始旋轉的時機作為脈衝信號傳遞到旋轉軸等的馬達控制部。另外,根據檢測出的接頭部的圖像求出變成窄幅的長度(m),根據纖維束的移動速度求出以相同速度進行旋轉的時間。在接頭部通過之後,將停止旋轉的時機作為脈衝信號傳遞到旋轉軸等的馬達控制部,恢復至通常的運轉狀態。
其次,對接頭部接近分纖部件210的動作進行說明。自分纖部件起在纖維束的流動方向上游10 mm~1000 mm位置設置拍攝纖維束的檢測相機910。關於接頭部,如圖3(a)、圖3(b)所示,纖維束寬度直至數10 mm處逐漸變窄。若檢測接頭部,則將分纖部件200的突出部210自纖維束100拔出並停止插入。關於開始停止的時機與停止的時間,將自檢測接頭部的位置起至分纖部件為止的距離(m)除以纖維束的移動速度(m/分鐘),求出停止開始時刻,並求出幾秒後開始停止。另外,根據檢測出的接頭部的圖像求出變成窄幅的長度(m),根據纖維束的移動速度求出停止插入的時間。在接頭部通過之後,再次將分纖處理部件210的突出部220插入,恢復至通常的運轉狀態。
[速度變更(纖維束的行進速度與旋轉分纖處理部件的旋轉速度實質上相同)]
進而,如圖4(a)~圖4(c)所示,進而具備對利用拍攝部件(例如檢測相機910)而獲得的圖像進行運算的圖像運算處理裝置920,亦可進而具備基於圖像運算處理裝置920的運算結果來控制旋轉分纖部件220的旋轉速度的旋轉速度控制部件(例如向馬達的速度變更信號輸出930)。例如,於圖像運算處理裝置920檢測接頭部180的情況下,可使接頭部180經過分纖部件200時的通過性良好。具體而言,若藉由作為拍攝部件的檢測相機910檢測接頭部180,則較佳為設為如下模式:控制旋轉分纖部件220的速度,以使得從即將與接頭部180接觸之前至通過為止,旋轉分纖部件220的突出部210相對於接頭部180而限於最低限度的接觸。具體而言,於檢測接頭部180時,較佳為沿著長度方向行進的纖維束速度與旋轉分纖部件220的旋轉速度實質上為相同的速度。所謂實質上相同的速度,較佳為設為使旋轉分纖部件220的旋轉速度以纖維束行進速度的100%~95%的速度進行旋轉的模式。於超過該範圍或低於該範圍的情況下,突出部210鉤掛接頭部180的一部分,藉此斷裂的纖維束有時於旋轉分纖部件220中捲入紗。
於在纖維束100的寬度方向上分纖部件200存在多個且等間隔地配置的構成中,若纖維束100的寬度變化,則所分纖的單紗條數亦變化,因此有時無法進行穩定的單紗條數的分纖處理。另外,若將撚強迫進行分纖處理,則將纖維束100以單紗水準切割而產生許多絨毛,因此纏絡部160聚集而成的纏絡蓄積部120的形狀變大。若殘留有大的纏絡蓄積部120,則變得容易鉤掛在自捲體所舒解的纖維束100上。
[避免加撚部快速給送]
於檢測纖維束100的撚的情況下,除了以不將分纖部件200插入所述撚的方式進行控制以外,亦可使纖維束100的行進速度變化。具體而言,於檢測撚後,於自纖維束100拔出分纖部件200的時機,直至撚經過分纖部件200為止的期間,加快纖維束100的行進速度,藉此可效率良好地避免撚。
[旋轉分纖部件]
以下,對使用了可用於本發明的旋轉分纖部件的接頭部的避免方法(圖2(a)~圖2(c))與加撚部等的避免方法(圖9(a)~圖9(c))進行對比而加以說明。圖9(a)~圖9(c)產生了伴隨著通常的分纖處理的纏絡蓄積部120等。除了將具備突出部210的分纖部件200單純地插入纖維束100以外,使用可旋轉的旋轉分纖部件200作為分纖部件亦為較佳的態樣。圖9(a)~圖9(c)為表示將旋轉分纖部件插入的移動循環的一例的說明圖。旋轉分纖部件220具有旋轉機構,該旋轉機構具備與纖維束100的長度方向正交的旋轉軸240,突出部設置於旋轉軸240的表面。沿著圖中的纖維束行進方向B(箭頭),配合纖維束100的行進,使設置於旋轉分纖部件220的突出部210插入纖維束100,開始分纖處理。此處,雖然省略圖示,但旋轉分纖部件220較佳為具有旋轉速度控制機構、推壓力檢測機構與旋轉停止位置保持機構。藉由該些機構,而於規定的推壓力作用於旋轉分纖部件220為止,於圖9(a)的位置上保持旋轉停止位置,繼續分纖。若於突出部210上產生纏絡部160或纏絡蓄積部120等,超過規定的推壓力,則如圖9(b),旋轉分纖部件220開始旋轉。其後,如圖9(c),自纖維束100拔出突出部210(圖9(a)~圖9(c)中的黑圓),進行下一個突出部210(圖9(a)~圖9(c)中的白圓)插入纖維束100的動作。圖9(a)~圖9(c)的動作越短則未分纖處理區間變得越短,因此於欲增多纖維束的分纖處理區間的比例的情況下,較佳為縮短圖9(a)~圖9(c)的動作。纏絡部160或纏絡蓄積部120在與行進的纖維束接觸的不移動的突出部210受到阻擋而集中。因此,有效的是檢測推壓力的上升,迅速地拔插突出部210,釋放纏絡部160或纏絡積蓄部120。突出部210比纖維束的移動速度快速地拔插,對纖維束的損傷亦少而可較佳地應用。即,行進的纖維束的移動速度與分纖部件200的拔插速度、或者旋轉分纖部件220的旋轉速度具有速度差。
另一方面,圖2(a)~圖2(c)表示具有接頭部的纖維束的分纖處理方法。除了將具備突出部210的分纖部件200單純地插入纖維束100以外,使用可旋轉的旋轉分纖部件200作為分纖部件亦為較佳的態樣。再者,關於旋轉分纖部件的旋轉,於對纖維束進行分纖處理時,如上所述根據纏絡部或加撚部等的產生而間歇地進行旋轉動作。圖2(a)~圖2(c)為表示使旋轉分纖部件220插入具有接頭部的纖維束的移動循環的一例的說明圖。旋轉分纖部件220具有旋轉機構,該旋轉機構具備與纖維束100的長度方向正交的旋轉軸240,突出部設置於旋轉軸240的表面。沿著圖中的纖維束行進方向B(箭頭),配合纖維束100的行進,使設置於旋轉分纖部件220的突出部210插入纖維束100,開始分纖處理。此處,雖然省略圖示,但旋轉分纖部件220較佳為具有旋轉速度控制機構、推壓力檢測機構與旋轉停止位置保持機構。藉由該些機構,而於利用紗寬檢測部900及檢測相機910檢測接頭部180為止,旋轉分纖部件220於圖2(a)的位置上,於預先設定的規定的時間的期間保持旋轉停止位置,繼續分纖。其後,如圖4(a)所示,於利用紗寬檢測部900及檢測相機910檢測接頭部180的情況下,較佳為設為如下模式:控制旋轉分纖部件220的速度,以使得從突出部210即將與所檢測的接頭部180接觸之前至通過為止,如圖4(b)所示,突出部210相對於接頭部180而限於最低限度的接觸。具體而言,於檢測接頭部180時,較佳為沿著長度方向行進的纖維束速度與旋轉分纖部件220的周速度實質上為相同的速度。其原因在於:若產生速度差,則插入的突出部210與接頭部180接觸的時間變長,因此對構成包含接頭部180的纖維束100的單紗的損傷變大。關於接觸距離,由速度與接觸時間決定,若接觸時間變長則接觸距離亦變長。另外,原因在於:若為了縮短接觸時間而增加旋轉分纖部件210的周速度,則將突出部210插入的次數增多,對構成纖維束100的單紗的損傷變大。此處所述的實質上相同的速度是指使旋轉分纖部件220的周速度以纖維束行進速度的100%~95%的速度旋轉並運轉的模式。
此處,對旋轉分纖部件220的表面的突出部210的突起的間隔進行說明。藉由於旋轉分纖部件220上配置許多的突出部210,可獲得分纖處理比例多的纖維束100,或者可增長旋轉分纖部件220的壽命。所謂分纖處理比例多的纖維束,是指加長纖維束中的經分纖處理的長度的纖維束、或提高經分纖處理的區間與未分纖處理的區間的產生頻率的纖維束。另外,於一個旋轉分纖部件220上所設置的突出部210的數量越多,越減少與纖維束100接觸而突出部210磨耗的頻率,藉此可增長壽命。作為設置突出部210的數量,較佳為於圓盤狀的外緣等間隔地配置3個~12個,更佳為4個~8個。關於與鄰接的突出部210的間隔,如圖1(b)所示,為了將接頭部的與突出部210的接觸抑制為最小,亦可設為接頭部的長度以上的間隔。另外,如圖1(c)所示,亦可為未滿接頭部的長度。原因在於:即使鄰接的突出部210的間隔比接頭部的長度短,藉由以相同速度旋轉,僅插入突出部210的各個齒,亦不會產生伴隨偏移的應力,因此纖維束的損傷被抑制得低。如上所述,即使於部分分纖的纖維束中存在接頭部的情況下,亦可防止接頭部與旋轉分纖部件220的突出部210接觸而斷裂,藉此可連續地長時間穩定地對纖維束進行分纖處理。進而,可進行具有接頭部的廉價的大絲束的連續分纖處理,可謀求成形品的材料成本、製造成本的減少。
另外,接頭部的分纖處理方法較佳為與加撚部等的分纖處理方法併存。於欲獲得纖維束寬度穩定的纖維束100的情況下,較佳為於旋轉分纖部件220中具有檢測撚的拍攝部件。具體而言,於拍攝部件檢測到撚為止的通常時間,旋轉分纖部件220藉由間歇地重覆旋轉及停止而進行分纖處理,於檢測到撚的情況下,藉由將旋轉分纖部件220的旋轉速度較通常時間更加快及/或縮短停止時間,可使纖維束寬度穩定。於部分分纖處理中,除了重覆旋轉分纖部件220的間歇性的旋轉與停止的方法以外,亦可一直將旋轉分纖部件220繼續旋轉。此時,可相對地加快或減慢纖維束100的行進速度與旋轉分纖部件220的旋轉速度中的任一者。藉由調整相對速度,可自如地控制分纖作用。
[分纖部件:上下往復]
本發明亦可進而具有藉由分纖部件200、旋轉分纖部件220的往復移動而進行分纖部件200、旋轉分纖部件220的插入與拔出的上下往復移動機構。另外,進而具有用以使分纖部件200、旋轉分纖部件220沿著纖維束100的抽出方向而上下往復移動的上下往復移動機構亦為較佳的態樣。再者,上下往復移動機構可使用壓縮空氣或電動的氣缸或滑動器等直動致動器。
亦可進而具有上下往復移動機構,其於使用包含接頭部的纖維束時,藉由分纖部件200、旋轉分纖部件220的上下往復移動進行分纖部件200、旋轉分纖部件220的插入與拔出。另外,進而具有用以使分纖部件200、旋轉分纖部件220沿著纖維束100的抽出方向而上下往復移動的上下往復移動機構亦為較佳的態樣。
此處,雖然省略圖示,但於利用紗寬檢測部900及檢測相機910檢測到接頭部180為止,分纖部件200、旋轉分纖部件220於預先設定的規定的時間的期間間歇地重覆上下往復移動。其後,於利用紗寬檢測部900及檢測相機910檢測到接頭部180的情況下,較佳為以如下方式進行控制:於即將與所檢測到的接頭部180接觸之前至通過為止,成為分纖部件200、旋轉分纖部件220自包含接頭部的纖維束100拔出的狀態。再者,往復移動機構可使用壓縮空氣或電動的氣缸或滑動器等直動致動器。
[角部]
如圖7所示,突出部210的前端的與纖維束100的接觸部的形狀較佳為設為圓角的形狀。突出部210的角部230L、230R較佳為以如圖8(a)所示的圓弧狀(曲率半徑:r)、圖8(b)所示的部分為圓弧R1、R2(角度範圍:θ1、θ2、曲率半徑:r1、r2)與直線L1的組合的方式,作為角部整體而形成為曲面狀。
於角部的形狀不充分且銳利的情況下,單紗容易被切割,於進行分纖處理時,纖維束100分叉狀地突出、或絨毛的產生容易增加。若分叉突出,則捲附於搬送中的輥上,或絨毛堆積於驅動輥上,使纖維束髮生滑動等,有時發生搬送不良。另外,被切割的單紗可能起毛而成為形成纏絡部的原因。若纏絡部聚集而成的纏絡蓄積部增大,則變得容易鉤掛在自捲體所舒解的纖維束上。
圖8(a)中的曲率半徑r較佳為接觸部的板厚尺寸乘以0.01~0.5後的尺寸,更佳為乘以0.01~0.2後的尺寸。另外,圖8(b)的圓弧部分亦可設置多個。圓弧部分與直線部分可任意設定。
[中間基材的製造方法]
本發明中,所謂中間基材,是指使熱硬化性樹脂及/或熱塑性樹脂含浸於包含不連續強化纖維的墊中而成的纖維強化樹脂片材。片材是碳纖維等強化纖維與樹脂材料複合而成,於碳纖維等纖維束於樹脂材料的分散或排列的狀態下,形狀為片狀的基材。該片狀基材根據製品的結構積層,例如藉由加壓成形而製成複合製品。
作為中間基材的製造方法,例如可列舉包括如圖10、圖11所示的下述(1)塗敷步驟、(2)切割步驟及(3)樹脂含浸步驟的方法。通常,中間基材是利用SMC加工進行製造。圖10表示塗敷熱硬化性樹脂時的中間基材的製造步驟的一例。圖11表示塗敷熱塑性樹脂時的中間基材的製造步驟的一例。圖10及圖11中,為輥體的部分分纖的纖維束1502,從筒子架1501捲出,在切割步驟1503中被切斷成規定的長度。此時,切斷方向相對於部分分纖的纖維束的長度方向以角度θ(0°<θ≦90°)被切割。而且,經過分散機構1504,成為分割後的纖維束的小片,散佈在樹脂複合物1506上。進而,搬送至樹脂含浸步驟1511,成為中間基材1512。而且,進而為了後步驟,將中間基材1512暫時捲取成輥狀。以下,詳細說明(1)步驟至(3)步驟。
(1)塗敷步驟1509:於塗敷的樹脂為熱硬化性樹脂的情況下,於沿規定的方向搬送的第一片材1507及第二片材1508上塗敷含有樹脂的糊料(圖10)。另外,於塗敷的樹脂為熱塑性樹脂的情況下,從切割後的纖維束上散佈(圖11)。
所謂熱硬化性樹脂,例如可列舉不飽和聚酯樹脂、環氧樹脂、乙烯酯樹脂、酚樹脂、環氧丙烯酸酯樹脂、胺基甲酸酯丙烯酸酯樹脂、苯氧基樹脂、醇酸樹脂、胺基甲酸酯樹脂、馬來醯亞胺樹脂、氰酸酯樹脂等。作為熱硬化性樹脂,可單獨使用一種,亦可併用兩種以上。另外,亦可為進一步進行共聚者。
另外,所謂熱塑性樹脂,例如可列舉聚烯烴系樹脂、聚醯胺系樹脂、聚酯系樹脂、聚苯硫醚樹脂、聚醚酮樹脂、聚醚碸樹脂、芳香族聚醯胺樹脂等。作為熱塑性樹脂,可單獨使用一種,亦可併用兩種以上。另外,亦可為進一步進行共聚者。
再者,除了塗敷的熱硬化性樹脂及/或熱塑性樹脂以外,亦可使用碳酸鈣等填充劑、低收縮劑、脫模劑、硬化起始劑、增黏劑等混合而成者。
(2)切割步驟1503:行進的部分分纖的纖維束使用切刀切斷成規定的長度。切斷方向只要為相對於部分分纖的纖維束的長度方向而為角度θ(0°<θ≦90°),則可切斷,更佳為角度θ為8°~20°。藉由相對於長度方向形成角度,之後的樹脂含浸狀態良好而較佳。於塗敷的樹脂為熱硬化性樹脂的情況下,利用裁剪機切割連續的纖維束,並散佈在沿規定方向搬送的第一片材1507上(圖10)。另外,於塗敷的樹脂為熱塑性樹脂的情況下,利用裁剪機切割連續的纖維束,並散佈在沿規定方向搬送的皮帶上(圖11)。
此時,為了使其散佈成均勻的單位面積重量或厚度,亦可在切割後使用分散機構。作為該分散機構,亦可使用使切割後的纖維束與具有突起物的旋轉的輥碰撞的機構、或吹附空氣的機構等。
(3)樹脂含浸步驟1511:於塗敷的樹脂為熱硬化性樹脂的情況下,在散佈有纖維束的第一片材1507上重疊塗敷有糊料的第二片材1508後,藉由對夾在第一片材1507與所述第二片材1508之間的糊料及纖維束進行加壓,使樹脂含浸在纖維束的長絲之間(圖10)。另外,於塗敷的樹脂為熱塑性樹脂的情況下,將散佈有纖維束及熱塑性樹脂的皮帶從上側利用皮帶重疊,進而在加熱下進行加壓,藉此使樹脂含浸在纖維束的長絲之間(圖11)。
[成形品的製造方法]
作為成形品的製造方法,例如可列舉包括下述壓製步驟的方法。
壓製步驟:於將中間基材切成規定尺寸後,利用加壓壓製機在加壓且加溫條件下壓製規定時間。
[部分分纖的纖維束的分割數的評價方法]
部分分纖的纖維束在長度方向上被切斷並用於SMC步驟。對如下方法進行說明,即,藉由確認切割後的部分分纖的纖維束的分割容易性,對在進行作為後步驟的SMC加工之前是否良好的分佈狀態事先進行評價。
所謂本發明中的「分割數」,是指在將捲取成筒管狀的部分分纖的纖維束(寬度20 mm~100 mm)捲出後,對切割為任意長度的纖維束施加衝擊,使部分分纖的纖維束零散,且以分纖形成的裂縫為起點,將分割後的狀態片(小片)的數量的形式表示。在纖維束被分割的小片中,將重量為0.0007 g以上的小片計數為一個。分割數是正整數,分割數較佳為進行10次測定並使用到小數第1位為止的平均值。
作為本發明中使用的分割數評價方法,將藉由部分分纖的纖維束的製造方法而獲得的部分分纖的纖維束切割為任意的長度,其後對切割後的部分分纖的纖維束施加衝擊後,確認部分分纖的纖維束的分割數。發現本評價方法適合於事先確認所述SMC步驟的(2)切割步驟中的部分分纖的纖維束的分散狀態的目的。
本發明中的部分分纖的纖維束的切割長度的條件較佳為5 mm以上且未滿35 mm,進而佳為10 mm以上且未滿21 mm。
另外,作為對本發明中的切割後的部分分纖的纖維束的衝擊賦予方法,較佳為將部分分纖的纖維束放入任意的容器中,使其從任意的高度落下而施加衝擊的方法。圖12(a)、圖12(b)是表示分割數評價方法中的衝擊的賦予方法的一例的概略圖。圖12(a)中,切割後的部分分纖的纖維束1000被封入容器1004,從高度H的筒狀導向件1005的上部向底板1006自由落下。圖12(b)表示自由落下後的部分分纖的纖維束1000因與底板的碰撞產生的衝擊而被分割為零散的狀態。作為此時的賦予衝擊的條件,較佳為從賦予加速度80 m/s²以上60 ms的條件至賦予加速度250 m/s²以下60 ms的條件,進而佳為從賦予加速度90 m/s²以上60 ms的條件至賦予加速度120 m/s²以下60 ms的條件。所謂「加速度90 m/s²×60 ms」與自由落下速度相關,藉由對利用自由落下所獲得的加速度(90 m/s²)進行時間累積(60 m秒)而表示衝擊的強度(衝量)。
另外,放入了本發明中的切割後的部分分纖的纖維束的容器較佳為可耐受落下時的衝擊的材質的容器1004,例如可使用聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、氟樹脂、鋁、不鏽鋼製等各種材質。
另外,於使放入了本發明中的切割後的部分分纖的纖維束的容器1004從任意高度H落下時,為了緩衝衝擊而鋪設在地面上的底板1006的材質可使用鐵氟龍(Teflon)(註冊商標)、橡膠、胺基甲酸酯泡沫、發泡聚乙烯泡沫、橡膠海綿製等各種材質。
另外,作為其他的衝擊賦予方法,可使用如下方法:在任意大小的板上載置部分分纖的纖維束,從板的水平方向下側施加振動的方法;在任意大小的板上載置部分分纖的纖維束,從板的水平方向下側用錘子敲擊來施加衝擊的方法。此時使用的板的材質可使用不鏽鋼、鋁、銅、鐵氟龍(Teflon)(註冊商標)製等各種材質。此時,作為賦予纖維束的衝擊條件,若換算為加速度,則較佳為從賦予80 m/s²以上60 ms的條件至賦予250 m/s²以下的加速度60 ms的條件,進而佳為從賦予90 m/s²以上的加速度60 ms的條件至賦予120 m/s²以下的加速度60 ms的條件。若加速度未滿80 mm/s²,則對部分分纖的纖維束施加的衝擊少,因此難以分割,與後加工步驟的分散狀態的預測不同。若加速度超過250 m/s²,則對部分分纖的纖維束施加的衝擊過大,因此過度分割,與後加工步驟的分散狀態的預測不同。
對分割數的臨界意義進行說明。首先,為了使SMC的物性及品質穩定且良好,需要使SMC步驟中的分割長絲數為11.1×103 以下,為了使割纖步驟中的纖維束通過性良好,需要使分割長絲數為1.5×103 以上。
進而佳為分割長絲數為3×103 的情況下物性及起毛品質最穩定。於為作為分割長絲數下限的11.1×103 以上的情況下,分割數小,割纖寬度廣,因此於散佈在片材上時產生間隙,引起明顯的物性下降。另外,於分割長絲數為1.5×103 以下的情況下,物性雖無問題,但分纖處理部件的割纖齒與割纖齒的間距變窄,藉此發生纖維堵塞,絨毛增多,引起品質下降。即,於利用所述分割數評價方法,確認實際的部分分纖的纖維束的分割容易性,分割數Y為

非接頭部:(X/11.1×103 )≦Y≦(X/1.5×103 )[式1]
接頭部:(X/25.0×103 )≦Y≦(X/2.5×103 )[式2]

時,可事先確認為於進行後步驟的SMC加工之前顯示出良好的分散狀態的部分分纖的纖維束,具有將異常品的流出防患於未然的效果。
[實施例]
以下列舉實施例及比較例對本發明進行說明。再者,本發明並不受本實施例或比較例的任何限定解釋。
首先,對實施例、比較例中使用的纖維束進行說明。
纖維束(1):使用纖維徑纖維束7.2 μm、拉伸彈性係數240 GPa、長絲數50000條的連續的碳纖維束。(卓爾泰克(ZOLTEK)公司製造,製品名:「卓爾泰克(ZOLTEK)(註冊商標)」PX35-50K纖維數:50000條)
特性值的測定方法以及效果的評價方法如下所述。
(1)分割數的評價
評價在室溫下進行。將部分分纖的纖維束相對於長度方向在垂直方向上切割為15 mm。切割後的部分分纖的纖維束1000封入至氟樹脂製的稱量瓶(容器1004)中。對部分分纖的纖維束1000的衝擊利用圖12(a)、圖12(b)的概略圖所示的自然下落法施加。圖12(a)、圖12(b)中,將氯乙烯製管用於筒狀導向件1005,在筒狀管的底面敷設有橡膠製的底板1006。將放入有切割後的部分分纖的纖維束的容器1004設置在筒狀管的上部,使其從1 m的高度H自然落下。容器1004與底板1006碰撞並停止。此時,對切割後的部分分纖的纖維束1000賦予100 m/s²的加速度60 m秒。將該衝擊條件表述為「加速度100 m/s²×60 ms」。
其後,從容器1004中取出部分分纖的纖維束1000,計數零散的纖維束的小片的個數。評價是進行10次測定,算出平均值。平均值四捨五入至小數第2位,將至小數第1位的值作為平均分割數。
(2)分散於加工片材上的情況下的縫隙狀態的評價
投入至圖10的SMC步驟中,(2)在切割步驟後,目視觀察切割後的部分分纖的纖維束於片材中的分散狀態。於從上面觀察片材上所鋪滿的部分分纖的纖維束時,將從鋪滿的部分分纖的纖維束的間隙看到作為基底的片材的情況判定為「有縫隙」,將完全看不到的情況判定為「無縫隙」。
<實施例1>
使用圖1(a)所示的構成製作部分分纖的纖維束。為如下裝置:在行進的纖維束中檢測接頭部,變更相對於接頭部的旋轉分纖部件220的拔插的運轉模式。使用絡紗機以一定速度20 m/min將包含接頭部的纖維束(100)捲出,使纖維束(100)通過以10 Hz在軸向上振動所捲出的纖維束(100)的振動擴幅輥。在將纖維束(100)擴幅後,藉由通過被限制為45 mm寬度的寬度限制輥,而獲得擴幅至45 mm的擴幅後強化纖維。接頭部在長度方向上為100 mm,寬度窄於45 mm,在寬度方向上為15 mm。對於包含所獲得的接頭部的纖維束(100)的擴幅後纖維束,準備了如下分纖處理部件:相對於纖維束(100)的寬度方向以3 mm等間隔平行地設置具備厚度0.3 mm、寬度3 mm、高度20 mm的突出形狀的旋轉分纖部件(220)。利用該分纖處理部件,相對於包含接頭部的擴幅纖維束,藉由旋轉分纖部件220以114 rpm的速度旋轉而間歇地拔刺,製作部分分纖的纖維束。旋轉速度與纖維束的移動速度不同。
此時,旋轉分纖部件220相對於以一定速度20 m/min行進的擴幅後纖維束,在3 sec期間穿入旋轉分纖部件(220),生成分纖處理區間(156 mm),在0.5 sec期間(10 mm)不穿入而省去分纖處理,製成未分纖處理區間。藉由旋轉分纖部件220的旋轉,重覆進行再次穿入動作與拔出動作。其中,在接頭部接近旋轉分纖部件(220)時,藉由運轉模式變更,以與沿著纖維束的長度方向的行進速度實質上相同的速度20 m/min使旋轉分纖部件(220)旋轉。
關於所獲得的部分分纖的纖維束,在分纖處理區間,纖維束在寬度方向上被分纖為15份,在至少一個分纖處理區間的至少一個端部具有單紗交絡的部分蓄積而成的纏絡蓄積部(120)。製作500 m的部分分纖的纖維束,結果於部分分纖的纖維束中存在的接頭部被分纖處理時,接頭的長度方向的長度為100 mm,與此相對,旋轉分纖部件所具備的突出部間的長度方向的長度為19 mm,因此接頭部與旋轉分纖部件(220)稍微接觸。其接觸距離為25 mm,但接頭部不斷裂,可穩定地進行分纖處理。將結果示於表1中。
另外,將所獲得的部分分纖的纖維束相對於長度方向在垂直方向上切割為15 mm,對於該切割後的部分分纖的纖維束,賦予「加速度100 m/s²×60 ms」的條件的衝擊((1)利用分割數的評價)。平均分割數為15.2。另外,確認了於分散於加工用片材上時無縫隙地分散。將結果示於表1中。
<實施例2>
準備與實施例1相同的條件且檢測部分分纖的纖維束的接頭部並變更相對於接頭部的突出部的拔刺的運轉模式的裝置。
在接頭部接近分纖處理部件時,藉由運轉模式變更,使突出部沿著纖維束的行進方向的方向以纖維束的95%的速度(19 m/分鐘)旋轉而運轉,除此以外以與實施例1相同的條件製作部分分纖的纖維束。關於所獲得的部分分纖的纖維束,在分纖處理區間,纖維束在寬度方向上被分纖為15份的範圍內,在至少一個分纖處理區間的至少一個端部具有單紗交絡的部分蓄積而成的纏絡蓄積部(120)。製作500 m的部分分纖的纖維束,結果接頭部與旋轉分纖部件(220)稍微接觸,但接頭部不斷裂,可穩定地進行分纖處理。另外,於將所獲得的部分分纖的纖維束相對於長度方向在垂直方向上切割為15 mm,對於該切割後的部分分纖的纖維束,賦予「加速度100 m/s²×60 ms」的條件的衝擊時,平均分割數為15.3。另外,確認了於分散於加工用片材上時無縫隙地分散。將結果示於表1中。
<實施例3>
利用圖3(a)、圖3(b)所示的鐵製的刀片上下移動的分纖部件200製作分纖的纖維束。使用絡紗機以一定速度20 m/min將包含接頭部的纖維束(100)捲出,使強化纖維通過以10 Hz在軸向上振動所捲出的纖維束(100)的振動擴幅輥,在將強化纖維擴幅後,藉由通過被限制為45 mm寬度的寬度限制輥,而獲得擴幅至45 mm的擴幅纖維束。對於包含所獲得的接頭部的纖維束(100),準備了如下分纖部件(200):具備厚度0.3 mm、寬度3 mm、高度20 mm的突出形狀的分纖部件(200)(鐵製刀片製)相對於包含接頭部的纖維束(100)的寬度方向以3 mm等間隔平行地設置。
關於所述分纖處理部件,對於包含接頭部的纖維束(100),如圖3(b)所示間歇地進行相對於包含接頭部的纖維束(100)的行進方向,從纖維束的下側垂直地插入分纖部件(200)、垂直地拔出的一系列的動作,製作部分分纖的纖維束。
此時,分纖處理部件相對於以一定速度20 m/min行進的擴幅纖維束,在3 sec期間穿入分纖處理部件,生成1000 mm長度的分纖處理區間,在0.5 sec期間省去分纖處理而製成167 mm的未分纖處理區間。重覆進行再次穿入的動作。其中,在接頭部接近分纖部件(200)時,藉由運轉模式變更,使分纖部件(200)的朝包含接頭部的纖維束(100)的插入暫時停止,藉此使分纖部件(200)插入包含接頭部的纖維束(100)的時期變化。關於開始停止的時機與停止的時間,將自檢測接頭部的位置起至分纖部件為止的距離(m)除以纖維束的移動速度(m/分鐘),求出停止開始時間。另外,根據檢測出的接頭部的圖像求出變成窄幅的長度(m),根據纖維束的移動速度求出停止時間。
關於所獲得的部分分纖的纖維束,在分纖處理區間,纖維束在寬度方向上被分割為15份的範圍,在至少一個分纖處理區間的至少一個端部具有單紗交絡的部分蓄積而成的纏絡蓄積部。製作500 m的部分分纖的纖維束,結果於部分分纖的纖維束中存在的接頭部被分纖處理時,接頭部與鐵製刀片不接觸,且接頭部不斷裂,可穩定地進行分纖處理。另外,於將所獲得的部分分纖的纖維束相對於長度方向在垂直方向上切割為15 mm,對於該切割後的部分分纖的纖維束,賦予「加速度100 m/s²×60 ms」的條件的衝擊時,平均分割數為15.1。另外,確認了於分散於加工用片材上時無縫隙地分散。將結果示於表1中。
<實施例4>
製作圖1(a)所示的構成的部分分纖的纖維束。除了準備了如下分纖處理部件以外,與實施例1同樣地進行分纖處理,所述分纖處理部件相對於纖維束(100)的寬度方向以11.1 mm等間隔平行地設置具備厚度0.3 mm、寬度3 mm、高度20 mm的突出形狀的旋轉分纖部件(220)。在接頭部接近旋轉分纖部件(220)時,藉由運轉模式變更,以與沿著纖維束的長度方向的行進速度實質上相同的速度使旋轉分纖部件(220)旋轉。
關於所獲得的部分分纖的纖維束,在分纖處理區間,纖維束在寬度方向上被分纖為4.5份~6.0份的範圍內,在至少一個分纖處理區間的至少一個端部具有單紗交絡的部分蓄積而成的纏絡蓄積部(120)。製作500 m的部分分纖的纖維束,結果於部分分纖的纖維束中存在的接頭部被分纖處理時,接頭部與旋轉分纖部件(220)稍微接觸,但接頭部不斷裂,可穩定地進行分纖處理。另外,於將所獲得的部分分纖的纖維束相對於長度方向在垂直方向上切割為15 mm,對於該切割後的部分分纖的纖維束,賦予「加速度100 m/s²×60 ms」的條件的衝擊時,確認到非接頭部於4.5份~6.0份的範圍內進行分割。另外,於分散於加工用片材上時確認到發生了些許的縫隙,但並非成為問題的水準。將結果示於表1中。
<實施例5>
製作圖1(a)所示的構成的部分分纖的纖維束。除了準備了如下分纖處理部件以外,與實施例1同樣地進行分纖處理,所述分纖處理部件相對於纖維束(100)的寬度方向以1.5 mm等間隔平行地設置具備厚度0.3 mm、寬度3 mm、高度20 mm的突出形狀的旋轉分纖部件(220)。在接頭部接近旋轉分纖部件(220)時,藉由運轉模式變更,以與沿著纖維束的長度方向的行進速度實質上相同的速度使旋轉分纖部件(220)旋轉。
關於所獲得的部分分纖的纖維束,在分纖處理區間,纖維束在寬度方向上被分纖為30.0份~33.0份的範圍內,在至少一個分纖處理區間的至少一個端部具有單紗交絡的部分蓄積而成的纏絡蓄積部(120)。製作500 m的部分分纖的纖維束,結果於部分分纖的纖維束中存在的接頭部被分纖處理時,接頭部與旋轉分纖部件(220)稍微接觸,但接頭部不斷裂,可穩定地進行分纖處理。另外,於將所獲得的部分分纖的纖維束相對於長度方向在垂直方向上切割為15 mm,對於該切割後的部分分纖的纖維束,賦予「加速度100 m/s²×60 ms」的條件的衝擊時,確認到非接頭部成為30.0份~33.0份的範圍。另外,於分散於加工用片材上時無縫隙,但確認到成為樹脂難以含浸的體積大的狀態。將結果示於表1中。
<實施例6>
準備與實施例4相同的條件且檢測部分分纖的纖維束的接頭部並變更相對於接頭部的突出部的拔刺的運轉模式的裝置(參照圖4(a)~圖4(c))。
在接頭部接近分纖處理部件時,藉由運轉模式變更,使突出部沿著纖維束的行進方向的方向以紗束的95%的速度旋轉而運轉,除此以外以與實施例1相同的條件製作部分分纖的纖維束。關於所獲得的部分分纖的纖維束,在分纖處理區間,纖維束在寬度方向上被分纖為4.5份~6.0份的範圍內,在至少一個分纖處理區間的至少一個端部具有單紗交絡的部分蓄積而成的纏絡蓄積部(120)。製作500 m的部分分纖的纖維束,結果接頭部與旋轉分纖部件(220)稍微接觸,但接頭部不斷裂,可穩定地進行分纖處理。另外,於將所獲得的部分分纖的纖維束相對於長度方向在垂直方向上切割為15 mm,對於該切割後的部分分纖的纖維束,賦予「加速度100 m/s²×60 ms」的條件的衝擊時,確認到非接頭部於4.5份~6.0份的範圍內進行分割。另外,於分散於加工用片材上時確認到發生了些許的縫隙,但並非成為問題的水準。將結果示於表1中。
<實施例7>
準備與實施例5相同的條件且檢測部分分纖的纖維束的接頭部並變更相對於接頭部的突出部的拔刺的運轉模式的裝置。如圖4(a)~圖4(c)所示,準備如下裝置:與實施例1相同的條件且在割纖步驟前檢測部分分纖的纖維束的具有接頭部的窄幅部分,基於該檢測出的接頭部的窄幅部分的資訊,向突出部的馬達發送旋轉速度變更信號,使分纖部件的旋轉速度與纖維束的搬送速度實質上相同,藉此變更為使對接頭部的分纖部件的插入面積成為最小限度的運轉模式。
在接頭部接近分纖處理部件時,藉由運轉模式變更,使突出部沿著纖維束的行進方向的方向以紗束的95%的速度旋轉而運轉,除此以外以與實施例1相同的條件製作部分分纖的纖維束。關於所獲得的部分分纖的纖維束,在分纖處理區間,纖維束在寬度方向上被分纖為30.0份~33.0份的範圍內,在至少一個分纖處理區間的至少一個端部具有單紗交絡的部分蓄積而成的纏絡蓄積部(120)。製作500 m的部分分纖的纖維束,結果接頭部與旋轉分纖部件(220)稍微接觸,但接頭部不斷裂,可穩定地進行分纖處理。另外,於將所獲得的部分分纖的纖維束相對於長度方向在垂直方向上切割為15 mm,對於該切割後的部分分纖的纖維束,賦予「加速度100 m/s²×60 ms」的條件的衝擊時,確認到非接頭部成為30.0份~33.0份的範圍內。另外,於分散於加工用片材上時無縫隙,確認到於纖維彼此的重疊部分多的狀態下進行分散。將結果示於表1中。
<實施例8>
利用圖3(a)、圖3(b)所示的方法製作分纖的纖維束。除了準備了如下分纖部件(200)以外,與實施例3同樣地進行分纖處理,所述分纖部件(200)是使具備厚度0.3 mm、寬度3 mm、高度20 mm的突出形狀的分纖部件(200)(鐵製刀片製)相對於包含接頭部的纖維束(100)的寬度方向以11.1 mm等間隔平行地設置而成。
關於所述分纖處理部件,對於包含接頭部的纖維束(100),如圖3(b)所示間歇地進行相對於包含接頭部的纖維束(100)的行進方向,從纖維束的下側垂直地插入分纖部件(200)、垂直地拔出的一系列的動作,製作部分分纖的纖維束。
在接頭部接近分纖部件(200)時,藉由運轉模式變更,使分纖部件(200)的朝包含接頭部的纖維束(100)的插入暫時停止,藉此使分纖部件(200)插入包含接頭部的纖維束(100)的時期變化。
關於所獲得的部分分纖的纖維束,在分纖處理區間,纖維束在寬度方向上被分割為4.5份~6.0份的範圍,在至少一個分纖處理區間的至少一個端部具有單紗交絡的部分蓄積而成的纏絡蓄積部。製作500 m的部分分纖的纖維束,結果於部分分纖的纖維束中存在的接頭部被分纖處理時,接頭部與鐵製刀片不接觸,且接頭部不斷裂,可穩定地進行分纖處理。另外,於將所獲得的部分分纖的纖維束相對於長度方向在垂直方向上切割為15 mm,對於該切割後的部分分纖的纖維束,賦予「加速度100 m/s²×60 ms」的條件的衝擊時,確認到非接頭部成為4.5份~6.0份的範圍內。另外,於分散於加工用片材上時確認到發生了些許的縫隙。將結果示於表1中。
<實施例9>
利用圖3(a)、圖3(b)所示的方法製作分纖的纖維束。除了準備了如下分纖部件(200)以外,與實施例3同樣地進行分纖處理,所述分纖部件(200)是使具備厚度0.3 mm、寬度3 mm、高度20 mm的突出形狀的分纖部件(200)(鐵製刀片製)相對於包含接頭部的纖維束(100)的寬度方向以1.5 mm等間隔平行地設置而成。
關於所述分纖處理部件,對於包含接頭部的纖維束(100),如圖3(b)所示間歇地進行相對於包含接頭部的纖維束(100)的行進方向,從纖維束的下側垂直地插入分纖部件(200)、垂直地拔出的一系列的動作,製作部分分纖的纖維束。在接頭部接近分纖部件(200)時,藉由運轉模式變更,使分纖部件(200)的朝包含接頭部的纖維束(100)的插入暫時停止,藉此使分纖部件(200)插入包含接頭部的纖維束(100)的時期變化。
關於所獲得的部分分纖的纖維束,在分纖處理區間,纖維束在寬度方向上被分割為30.0份~33.0份的範圍內,在至少一個分纖處理區間的至少一個端部具有單紗交絡的部分蓄積而成的纏絡蓄積部。製作500 m的部分分纖的纖維束,結果於部分分纖的纖維束中存在的接頭部被分纖處理時,接頭部與鐵製刀片不接觸,且接頭部不斷裂,可穩定地進行分纖處理。另外,於將所獲得的部分分纖的纖維束相對於長度方向在垂直方向上切割為15 mm,對於該切割後的部分分纖的纖維束,賦予「加速度100 m/s²×60 ms」的條件的衝擊時,確認到非接頭部成為30.0份~33.0份的範圍內。另外,於分散於加工用片材上時無縫隙,確認到於纖維彼此的重疊部分多的狀態下進行分散。將結果示於表1中。
<比較例1>
不存在紗寬檢測部900,於接頭部接近分纖部件時不具有運轉模式變更功能,除此以外在與實施例1相同的條件下製作部分分纖的纖維束。
關於所獲得的部分分纖的纖維束,在分纖處理區間,纖維束在寬度方向上被分纖為15份,在至少一個分纖處理區間的至少一個端部具有單紗交絡的部分蓄積而成的纏絡蓄積部(120)。製作500 m的部分分纖的纖維束,結果於部分分纖的纖維束中存在的接頭部被分纖處理時,接頭部與旋轉分纖部件(220)接觸且接頭部的一部分斷裂,斷裂部分於並列的旋轉分纖部件(220)間堵塞,堆積而斷紗。將結果示於表1中。
<比較例2>
在接頭部接近分纖處理部件時,準備如下裝置進行運轉,除此以外以與實施例3相同的條件製作部分分纖的纖維束,所述裝置具備檢測纖維束有無撚的拍攝部件,且於自纖維束的撚即將接觸突出部之前至通過為止,以減少對纖維束的推壓力的方式控制分纖部件。具體而言,較佳為藉由拍攝部件檢測撚,自突出部即將接觸檢測出的撚之前至通過為止,減少於纖維束碰到分纖部件的突出部時所施加的推壓力。在檢測撚時,較佳為減少為推壓力的上限值的0.01倍~0.8倍的範圍。在低於該範圍的情況下,實質上無法檢測到推壓力,因此推壓力的控制變得困難,產生提高控制機器自身的檢測精度的需要。另外,在超過該範圍的情況下,對撚進行分纖處理的頻率增多,纖維束變細。
關於所獲得的部分分纖的纖維束,在分纖處理區間,纖維束在寬度方向上被分纖為15份的範圍,在至少一個分纖處理區間的至少一個端部具有單紗交絡的部分蓄積而成的纏絡蓄積部(120)。製作500 m的部分分纖的纖維束,通常在檢測纖維束的加撚的窄幅部分的拍攝部件中,存在於部分分纖的纖維束中的接頭部被檢測,成為推壓力減少的狀態,但與纖維束實質上並非為相同的速度。因此,於進行分纖處理時,接頭部與旋轉分纖部件(220)接觸且接頭部的一部分斷裂,斷裂部分於並列的旋轉分纖部件(220)間堵塞,堆積而斷紗。將結果示於表1中。
<比較例3>
不存在紗寬檢測部900,於接頭部接近分纖部件時不具有運轉模式變更功能,除此以外在與實施例4、實施例5、實施例6、實施例7相同的條件下製作部分分纖的纖維束。
關於所獲得的部分分纖的纖維束,在與實施例4及實施例6相同的條件下,在分纖處理區間,纖維束在寬度方向上被分纖為4.5份,在至少一個分纖處理區間的至少一個端部具有單紗交絡的部分蓄積而成的纏絡蓄積部(120)。製作500 m的部分分纖的纖維束,結果於部分分纖的纖維束中存在的接頭部被分纖處理時,接頭部與旋轉分纖部件(220)接觸且接頭部的一部分斷裂,斷裂部分於並列的旋轉分纖部件(220)間堵塞,堆積而斷紗。將結果示於表1中。
另外,關於所獲得的部分分纖的纖維束,在與實施例5及實施例7相同的條件下,在分纖處理區間,纖維束在寬度方向上被分纖為30.0份~33.0份的範圍內,在至少一個分纖處理區間的至少一個端部具有單紗交絡的部分蓄積而成的纏絡蓄積部(120)。製作500 m的部分分纖的纖維束,結果於部分分纖的纖維束中存在的接頭部被分纖處理時,接頭部與旋轉分纖部件(220)接觸且接頭部的一部分斷裂,斷裂部分於並列的旋轉分纖部件(220)間堵塞,堆積而斷紗。將結果示於表1中。
<比較例4>
在接頭部接近分纖處理部件時,準備如下裝置進行運轉,除此以外以與實施例3、實施例8、實施例9相同的條件製作部分分纖的纖維束,所述裝置具備檢測纖維束有無撚的拍攝部件,且於自纖維束的撚即將接觸突出部之前至通過為止,以減少對纖維束的推壓力的方式控制分纖部件。
關於所獲得的部分分纖的纖維束,在與實施例3相同的條件下,在分纖處理區間,纖維束在寬度方向上被分纖為15份的範圍,在至少一個分纖處理區間的至少一個端部具有單紗交絡的部分蓄積而成的纏絡蓄積部(120)。製作500 m的部分分纖的纖維束,結果通常在檢測纖維束的加撚的細幅部分的拍攝部件中,存在於部分分纖的纖維束中的接頭部被檢測到,成為推壓力減少的狀態,但未判斷為接頭部,因此不對分纖處理進行停止處理。因此,於被分纖處理時,接頭部與旋轉分纖部件(220)接觸且接頭部的一部分斷裂,斷裂部分於並列的旋轉分纖部件(220)間堵塞,堆積而斷紗。將結果示於表1中。
另外,關於所獲得的部分分纖的纖維束,在與實施例8相同的條件下,在分纖處理區間,纖維束在寬度方向上被分纖為4.5份~6.0份的範圍內,在至少一個分纖處理區間的至少一個端部具有單紗交絡的部分蓄積而成的纏絡蓄積部(120)。製作500 m的部分分纖的纖維束,結果通常在檢測纖維束的加撚的細幅部分的拍攝部件中,存在於部分分纖的纖維束中的接頭部被檢測到,成為推壓力減少的狀態,但於被分纖處理時,接頭部與旋轉分纖部件(220)接觸且接頭部的一部分斷裂,斷裂部分於並列的旋轉分纖部件(220)間堵塞,堆積而斷紗。將結果示於表1中。
進而,關於所獲得的部分分纖的纖維束,在與實施例9相同的條件下,在分纖處理區間,纖維束在寬度方向上被分纖為4.5份~6.0份的範圍內,在至少一個分纖處理區間的至少一個端部具有單紗交絡的部分蓄積而成的纏絡蓄積部(120)。製作500 m的部分分纖的纖維束,結果通常在檢測纖維束的加撚的細幅部分的拍攝部件中,存在於部分分纖的纖維束中的接頭部被檢測到,成為推壓力減少的狀態,但於被分纖處理時,接頭部與旋轉分纖部件(220)接觸且接頭部的一部分斷裂,斷裂部分於並列的旋轉分纖部件(220)間堵塞,堆積而斷紗。將結果示於表1中。
[表1]

再者,所謂表1中所示的「分纖部件與接頭部接觸的距離」,在圖1(a)~圖1(c)所示的機構中,在接頭部(180)接近作為分纖處理部件的突出部(210)時,藉由運轉模式變更,以與沿著纖維束(100)的長度方向的行進速度實質上相同的速度使突出部(210)旋轉時,有時突出部(210)與接頭部(180)接觸,是指與此時的接觸部(211)的長度方向的距離。
[產業上之可利用性]
本發明可應用於期望將包含多個單紗的纖維束分纖成兩個以上細束的所有纖維束中。尤其是在使用強化纖維時,所獲得的部分分纖的纖維束可用於含浸有基質樹脂的不連續纖維的中間基材等所有的強化纖維複合材料中。
100‧‧‧纖維束
110‧‧‧分纖處理區間
120‧‧‧纏絡蓄積部
130‧‧‧未分纖處理區間
140‧‧‧絨毛堆
150‧‧‧分纖處理部
160‧‧‧纏絡部
170‧‧‧分纖距離
180‧‧‧接頭部
200‧‧‧分纖部件
210‧‧‧突出部
211‧‧‧接觸部
220‧‧‧旋轉分纖部件
230L、230R‧‧‧角部
240‧‧‧旋轉軸
900‧‧‧紗寬檢測部
910‧‧‧檢測相機
920‧‧‧圖像處理裝置
930‧‧‧速度變更信號輸出
1000‧‧‧切割後的部分分纖的纖維束
1004‧‧‧容器
1005‧‧‧筒狀導向件
1006‧‧‧底板
1501‧‧‧筒子架
1502‧‧‧碳纖維
1503‧‧‧切割步驟
1504‧‧‧分散機構
1505‧‧‧膜
1506‧‧‧樹脂複合物
1507‧‧‧第一片材
1508‧‧‧第二片材
1509‧‧‧塗敷步驟
1510‧‧‧皮帶
1511‧‧‧樹脂含浸步驟
1512‧‧‧中間基材
A、B‧‧‧纖維束行進方向
H‧‧‧高度
L1‧‧‧直線
r、r1、r2‧‧‧曲率半徑
R1、R2‧‧‧圓弧
θ1、θ2‧‧‧角度範圍
圖1(a)~圖1(c)為表示對具有接頭部的纖維束實施分纖處理的部分分纖的纖維束的一例,圖1(a)為概略平面圖,圖1(b)為概略側面圖,圖1(c)為概略側面圖。
圖2(a)~圖2(c)為表示向具有接頭部的纖維束插入分纖部件的移動循環的一例的概略側面圖。
圖3(a)、圖3(b)為表示於向具有接頭部的纖維束拔出分纖部件後再次插入的時期,圖3(a)為概略平面圖,圖3(b)為概略側面圖。
圖4(a)~圖4(c)為表示具備對接頭部進行檢測的拍攝裝置且向包含接頭部的行進的纖維束插入分纖部件的移動循環的一例的概略側面圖。
圖5為表示對纖維束實施了分纖處理後的部分分纖的纖維束的一例的概略平面圖。
圖6(a)、圖6(b)為表示向行進的纖維束插入分纖部件的一例,圖6(a)為概略平面圖,圖6(b)為概略側面圖。
圖7為表示構成分纖部件的一部分的突出部的接觸部的一例的部分放大圖。
圖8(a)、圖8(b)為表示突出部中的接觸部的角部的例子的概略剖面圖。
圖9(a)~圖9(c)為表示插入旋轉分纖部件的移動循環的一例的說明圖
圖10為表示作為中間基材的製造製程的SMC步驟的一例的概略圖。
圖11為表示作為中間基材的製造製程的SMC步驟的一例的概略圖。
圖12(a)、圖12(b)為表示對切割後的部分分纖的纖維束的分割數進行評價的方法的一例的概略圖。

Claims (19)

  1. 一種部分分纖的纖維束的製造方法,其一面使具有接頭部的纖維束沿著長度方向行進,一面重覆使分纖部件的突出部於分纖處理部中向纖維束的插入與拔出,藉此對纖維束的長度方向的一部分進行分纖, 所述部分分纖的纖維束的製造方法基於對接頭部進行檢測而獲得的接頭部的位置資訊,於接頭部的近前將所述分纖部件的突出部自所述纖維束拔出,於所述接頭部通過分纖處理部時,滿足A條件或B條件, A條件:使分纖部件的突出部的插入停止 B條件:將分纖部件的突出部的移動速度設為與纖維束的行進速度實質上相同的速度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的部分分纖的纖維束的製造方法,其中於所述接頭部通過所述分纖處理部時,使分纖部件以與纖維束的移動速度實質上相同的速度移動,藉此使分纖部件的突出部插入纖維束的時期產生變化。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的部分分纖的纖維束的製造方法,其中所述分纖部件包括與所述纖維束的長度方向正交的旋轉軸,於所述旋轉軸表面的一部分設置有多個所述突出部。
  4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的部分分纖的纖維束的製造方法,其中於將所述分纖部件的突出部自所述纖維束拔出,且使所述接頭部通過後,於再次將分纖部件的突出部插入纖維束的期間,使所述分纖部件以與纖維束的行進速度實質上相同的速度移動,藉此使所述分纖部件再次插入纖維束的時期產生變化。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的部分分纖的纖維束的製造方法,其中於所述接頭部通過所述分纖處理部時,使分纖部件朝纖維束的插入暫時停止,藉此使分纖部件的突出部插入纖維束的時期產生變化。
  6. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述的部分分纖的纖維束的製造方法,其中從插入所述纖維束的所述分纖部件算起,於所述纖維束的長度方向上游設置檢測接頭部的攝像部件,所述攝像部件基於纖維束的寬度的變化率進行接頭部的檢測。
  7. 如申請專利範圍第1項至第6項中任一項所述的部分分纖的纖維束的製造方法,其中纖維束為強化纖維。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的部分分纖的纖維束的製造方法,其中強化纖維為碳纖維。
  9. 一種中間基材的製造方法,其將如申請專利範圍第1項至第8項中任一項所述的部分分纖的纖維束的製造方法而獲得的部分分纖的纖維束,以部分分纖的纖維束與刀刃的朝向θ為0°<θ≦90°的方式於長度方向上進行切割,其後將基質樹脂含浸。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的中間基材的製造方法,其於對部分分纖的纖維束進行切割後,使用分散機構將所述部分分纖的纖維束散佈於在規定方向上搬送的片材上或皮帶上,其後將基質樹脂含浸。
  11. 一種成形品的製造方法,其對藉由如申請專利範圍第9項或第10項所述的中間基材的製造方法而獲得的中間基材進行壓製。
  12. 一種部分分纖的纖維束,其交替地形成有分纖處理區間與未分纖處理區間,所述分纖處理區間是沿著包含多個單紗的纖維束的長度方向分纖成多個束而成,且纖維束彼此接合而成的接頭部存在於未分纖處理區間。
  13. 一種部分分纖的纖維束的評價方法,其相對於長度方向在垂直方向上將藉由如申請專利範圍第1項至第8項中任一項所述的部分分纖的纖維束的製造方法而獲得的部分分纖的纖維束切割為5 mm以上且30 mm以下的長度,其後對切割後的部分分纖的纖維束施加衝擊,然後對部分分纖的纖維束的分割數進行計數。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的部分分纖的纖維束的評價方法,其中所述對部分分纖的纖維束施加的衝擊是由自由落下、振動或打擊產生的力的作用。
  15. 如申請專利範圍第13項或第14項所述的部分分纖的纖維束的評價方法,其中所述對部分分纖的纖維束施加的衝擊是將所述切割後的部分分纖的纖維束放入至容器中且自0.3 m以上且3.0 m以下的高度自由落下而碰撞底板的力的作用。
  16. 如申請專利範圍第12項所述的部分分纖的纖維束,其中相對於長度方向在垂直方向上將包含碳纖維的部分分纖的纖維束切割為寬度15 mm,於對切割後的部分分纖的纖維束施加賦予100 m/s2 的加速度60 msec的條件的衝擊時,成為式1及式2的分割數:Y,其中Y為正整數, 非接頭部:(X/11.1×103 )≦Y≦(X/1.5×103 ) ···[式1] 接頭部:(X/25.0×103 )≦Y≦(X/2.5×103 ) ···[式2] 其中,X為部分分纖的纖維束的總長絲數。
  17. 一種部分分纖的纖維束的小片,其是如申請專利範圍第12項或第16項所述的部分分纖的纖維束經切割而成。
  18. 一種中間基材,其是將基質樹脂含浸於如申請專利範圍第12項或第16項所述的部分分纖的纖維束中而成。
  19. 一種成形品,其是對如申請專利範圍第18項所述的中間基材進行壓製而成。
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