TW201941901A

TW201941901A - 成形品之製造方法

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Publication number: TW201941901A
Application number: TW108111281A
Authority: TW
Inventors: 篠原光太郎; 本間雅登; 武部佳樹
Original assignee: 日商東麗股份有限公司
Priority date: 2018-03-30
Filing date: 2019-03-29
Publication date: 2019-11-01
Also published as: EP3778174A1; CN111936284B; WO2019189384A1; US20210016474A1; EP3778174B1; US11590716B2; JP6733815B2; TWI798405B; CN111936284A; KR20200135782A; EP3778174A4; JPWO2019189384A1

Abstract

本發明成形品之製造方法，係利用衝壓成形，由含有強化纖維與基質樹脂的成形基材(A)，製造具有凹凸部之成形品的方法；包括有：在由上模與下模構成之模具的任一模中配置成形基材(A)，藉由施行加熱、加壓使之朝面內方向變形的步驟(I)；以及接著步驟(I)之後，藉由將模具卸除壓力，使之朝面外方向變形的步驟(II)；其中，下式(1)所示變形率比T係0.1~1範圍內；T=X/Z‧‧‧(1)

面內變形率X={(具有凹部的模具之凹部表面積)/(上述具有凹部的模具之凹部開口部中屬於原材料的成形基材(A)朝面外方向的投影面積)}^1/2

面外變形率Z=(上述成形品之最大壁厚)/(上述成形基材(A)的厚度P)

厚度P=(上述成形基材(A)的質量)/(表觀密度)/(上述成形基材(A)的面積)

Description

成形品之製造方法

本發明係關於由含有強化纖維與基質樹脂的成形基材製造成形品的方法。

近年關於汽車、飛機、運動製品等工業用製品，針對輕量性的市場要求正逐年提高中。為能因應此種要求，使用有輕量且力學特性優異的纖維強化複合材料之衝壓成形品，被廣範圍利用於各種工業用途。具體而言，為滿足輕量性，針對利用具有空隙的構造體進行廣泛檢討(參照專利文獻1)。此處所謂「衝壓成形」係對例如：使用加工機械、模具及工具等地金屬、塑膠材料、陶瓷材料等各種材料，施加彎曲、剪切、壓縮等變形，而施行成形、加工的方法，不同於射出成形，就大型構件的成形而言較優異。眾所周知使用強化纖維與熱可塑性樹脂的成形材料進行衝壓成形時，係將依熔融溫度以上施行預加熱而呈軟化狀態的該成形材料，供應給具凹部的模具與具凸部的模具間，接著施行衝壓成形，而獲得所需形狀之成形體的成形方法(專利文獻2、3)。

[先前技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：國際公開2017/110532號

專利文獻2：日本專利特開2009-196145號公報

專利文獻3：日本專利特開2014-208419號公報

工業用製品所使用的構造體，為求提升零件的力學特性與機能性，便要求具有凸轂肋(boss rib)形狀、深抽拉部等凹凸部，在衝壓成形時不僅要求平板形狀，亦要求對模具凹部的精密塑形，但專利文獻1未必能滿足此種要求。

專利文獻2所記載的發明，在將經纖維強化的熱可塑性樹脂成形材料施行衝壓成形時，不易塑形為模具凹部的形狀，會有所獲得成形體的表面外觀會發生皺褶、因塑形為模具凹部導致成形品厚度變薄等問題。

再者，雖有多項技術關於未含空隙的成形品，但此情況並非滿足輕量性。由上述，當務之急在於提供輕量且具複雜形狀的衝壓成形品。

緣是，本發明係有鑑於上述課題而完成，目的在於提供：含有強化纖維與基質樹脂，起皺等外觀品質、輕量性經改善，且具有凹凸部的衝壓成形品之製造方法。

為解決上述課題，本發明係由以下構成組合而成。

(1)一種成形品之製造方法，係利用衝壓成形，由含有強化纖維與基質樹脂的成形基材(A)，製造具有凹凸部之成形品的方法；包括有：在由上模與下模構成模具的任一模中配置成形基材(A)，加熱上述成形基材(A)，且利用模具施行加壓，而使上述成形基材(A)朝其面內方向變形的步驟(I)；以及接著步驟(I)之後，藉由將模具卸除壓力，使已朝面內方向變形的上述成形基材(A)朝其面外方向變形的步驟(II)；其中，下式(1)所示變形率比T係0.1~1。

T=X/Z‧‧‧(1)

面外變形率Z=(上述成形品最大壁厚)/(上述成形基材(A)的厚度P)

(2)如上述成形品之製造方法，其中，面外變形率Z係1.5以上。

(3)如上述任一項的成形品之製造方法，其中，成形基材(A)係由含有上述強化纖維與上述基質樹脂的複數成形基材進行積層而成。

(4)如上述任一項的成形品之製造方法，其中，在步驟(I)之前，更進一步包括有：將成形基材(A)加熱至(上述基質樹脂熔融溫度Ta)以上的步驟(0)。

(5)如上述任一項的成形品之製造方法，其中，在與步驟(II)同時、或待步驟(II)結束後，更進一步包括有：將成形基材(A)冷卻至{(上述基質樹脂之熔融溫度Ta)-10℃}以下的步驟(III)。

(6)如上述任一項的成形品之製造方法，其中，將上述成形基材 (A)在至少抓持其1層的2個地方以上之狀態下進行成形。

(7)如上述任一項的成形品之製造方法，其中，上述成形基材(A)係片狀，且面積係在模具的凹部朝成形基材(A)面外方向的投影面積以上。

(8)如上述任一項的成形品之製造方法，其中，將上述模具截面中，將模具所具有凹部的開口部之最大直線距離設為L，凹部之深度設為D時，D/L>0.2。

(9)如上述任一項的製造方法，其中，上述強化纖維係碳纖維，質量平均纖維長度係1~15mm。

(10)如上述任一項的成形品之製造方法，其中，上述強化纖維係略單絲狀。

(11)如請求項1~10中任一項所記載的成形品之製造方法，其中，上述強化纖維係呈無規分散。

(12)如上述任一項的成形品之製造方法，其中，上述基質樹脂係熱可塑性樹脂。

(13)如上述任一項的成形品之製造方法，其中，上述成形品係具有空隙，且上述成形品的上述空隙係在10~97體積%範圍內。

(14)如上述任一項的成形品之製造方法，其中，將上述成形品的彎曲彈性模數設為Ec，且將上述成形品的密度設為ρ時，依Ec^1/3‧ρ^-1所示之比彎曲剛性係3~20範圍內；且上述部位的彎曲彈性模數Ec係3GPa以上。

(15)如上述任一項的成形品之製造方法，其中，上述加壓前後的成形基材(A)之伸長率Y係滿足下式(2)： X≧Y>1‧‧‧(2)

A‧‧‧成形基材

1‧‧‧成形品

2‧‧‧強化纖維

3‧‧‧基質樹脂

4‧‧‧空隙

5‧‧‧凹凸部

6‧‧‧上模

7‧‧‧下模

8‧‧‧模具

8'‧‧‧具凹部之模具

9‧‧‧凹部

10‧‧‧衝壓成形機

11‧‧‧可動上盤面

12‧‧‧非可動下盤面

13‧‧‧抓持框架

14‧‧‧平面部

圖1係本發明成形品一例的剖視圖。

圖2(a)及(b)係本發明成形品的強化纖維分散狀態一例之示意圖。

圖3係本發明成形品之製造方法中，模具一例的平面圖與剖視圖。

圖4(a)及(b)係本發明成形品之製造方法中，模具一例的平面圖與剖視圖。

圖5係本發明成形品之製造方法中，抓持框架及被其抓持的成形基材(A)狀態一例之平面圖。

以下，針對本發明成形品，使用圖1進行說明。

本發明的成形品1係具有凹凸部5。藉由將含有強化纖維2與基質樹脂3的成形基材(A)施行衝壓成形便可獲得。成形品1係含有強化纖維2與基質樹脂3。

<強化纖維>

強化纖維的種類係可例示如：鋁、黃銅、不鏽鋼等金屬纖維；PAN系、縲縈系、木質素系、瀝青系碳纖維；石墨纖維、玻璃等絕緣性纖維；芳醯胺、PBO、聚苯硫醚、聚酯、丙烯酸、尼龍、聚乙烯等有機纖維；碳化矽、氮化矽等無機纖維。

該等纖維係可單獨使用1種、亦可併用2種以上。其中，就從輕量化效果的觀點，較佳係使用比強度、比剛性優異的PAN系、瀝青系、縲縈系等碳纖維。又，就從提升成形品之熱導性的觀點，較佳係PAN系、瀝青系、縲縈系等碳纖維或金屬纖維。又，就從提高所獲得成形品經濟性的觀點，較佳係使用玻璃纖維，特別就從力學特性與經濟性均衡的觀點，較佳係併用碳纖維與玻璃纖維。又，就從提高所獲得成形品的衝擊吸收性、塑形性之觀點，較佳係使用芳醯胺纖維，特別就從力學特性與衝擊吸收性均衡的觀點，較佳係併用碳纖維與芳醯胺纖維。又，就從提高所獲得成形品導電性的觀點，亦可使用經鎳、銅、鐿等金屬被覆的強化纖維。該等之中，更佳可使用強度與彈性模數等力學特性優異的PAN系碳纖維。

再者，該等纖維亦可施行表面處理。表面處理係除利用導電體金屬進行的被黏處理之外，尚有如：利用偶合劑施行的處理、利用上漿劑施行的處理、利用集束劑施行的處理、利用添加劑施行的附著處理等。

成形品中的強化纖維形態，係可為與成形基材(A)本身相同程度長度的連續強化纖維，或經切斷為既定長度的有限長度不連續性強化纖維之任一形態，就從使基質樹脂輕易含潤、或可輕易調整量的觀點，較佳係不連續強化纖維。此時，強化纖維的質量平均纖維長較佳係1~15mm。藉此，可提高由強化纖維造成的補強效率，能對成形品賦予優異的力學特性。質量平均纖維長係利用燒除或溶出等方法去除成形品的基質樹脂成分，再從剩餘的強化纖維中隨機選擇400支，並測定長度至10μm單位，便可計算出該等的平均長度。

當強化纖維係不連續的情況，較佳係強化纖維單絲未滿500支的細纖度股條。以下將該細纖度股條的狀態稱為「略單絲狀」。藉由強化纖維設為此種形態，當對成形基材(A)施加外力進行成形時，不僅可輕易塑形為複雜形狀，且容易朝面外方向變形。此處，所謂「面外方向」係指所矚目材料之面的厚度方向，即垂直方向。另外，所謂「面內方向」係指所矚目材料的面方向。

略單絲狀較佳為依單絲分散。

此處，所謂「略單絲狀」、或「分散呈單絲」係指於成形品中任意選擇的強化纖維中，二次元配向角達1°以上的單纖維比例(以下亦稱「纖維分散率」)達80%以上，換言之，係指成形品中由2支以上單纖維接觸的平行束未滿20%。所以，此處特別較佳係指至少強化纖維中，長絲數100支以下的纖維束質量分率為100%者。

再者，強化纖維更佳係呈無規分散。藉由設為此種態樣，成形基材(A)在塑形時不易破裂，不僅可提升塑形性，且當形成空隙時在成形品中可均質形成小尺寸空隙。強化纖維呈無規分散的狀態，較佳係成形品中任意選擇的強化纖維，二次元配向角之算術平均值為30°~60°。該「二次元配向角」係指由強化纖維的單纖維、與該單纖維所交叉的單纖維形成之角度，定義為由交叉的單纖維彼此間所形成角度中呈0°~90°的銳角角度。

針對該二次元配向角，進而使用圖式進行說明。圖2所示係本發明成形品中的強化纖維分散狀態一例之示意圖，圖2(a)係從面方向觀看的圖，圖2(b)係從厚度方向觀看的圖。圖2的(a)、(b)中，若以單纖維2a為基準，則單纖維2a係與其他單纖維2b~2f 呈交叉。此處所謂「交叉」係指所觀察的二次元平面中，觀察到基準單纖維與其他單纖維呈交叉的狀態，但單纖維2a與單纖維2b~2f未必一定要有接觸，當投影觀看時有被觀察到呈交叉的狀態亦非屬例外。即，觀看作為基準之單纖維2a時，單纖維2b~2f皆為二次元配向角的評價對象，圖2(a)中，二次元配向角係由呈交叉的2支單纖維所形成2個角度中，呈0°~90°的銳角角度α。

測定二次元配向角的方法並無特別的限制，可例示如：從構成要件的表面觀察強化纖維配向的方法，可採取與上述二次元接觸角的測定方法同樣之手段。二次元配向角的平均值係依照下述順序測定。測定相對於隨機選擇單纖維(圖2中的單纖維2a)呈交叉的所有單纖維(圖2中的單纖維2b~f)之二次元配向角之平均值。當某單纖維所交叉的其他單纖維係多數之情況，亦可隨機選擇20支所交叉的其他單纖維代用為已測定的算術平均值。此項測定係以其他單纖維為基準重複合計施行5次，再計算出算術平均值並設為二次元配向角的算術平均值。

藉由強化纖維呈略單絲狀且無規分散，便可將上述利用呈略單絲狀分散的強化纖維所賦予之性能提高至最大限度。又，可提高成形基材(A)的面內變形性、面外變形性。就從此觀點，強化纖維的纖維分散率較佳係90%以上、越接近100%越好。又，強化纖維的二次元配向角算術平均值較佳係在40°~50°範圍內，越接近理想角度45°越好。二次元配向角的較佳範圍係可將上述上限的任一值設為上限，亦可將上述下限的任一值設為下限。

如前述，成形品中的強化纖維體積含有率較佳係0.5~55體積%。若強化纖維的體積含有率未滿0.5體積%，則由強化纖維造成的補強效果會有嫌不足的情況。另一方面，若強化纖維的體積含有率大於55體積%，則相對於強化纖維基質樹脂的體積含有率相對地減少，因而成形品中的強化纖維彼此間會黏結，導致強化纖維的補強效果不足，且無法滿足成形品的力學特性(尤其是係彎曲特性)。又，若強化纖維的體積含有率超過55體積%，則成形基材(A)中的強化纖維比例增加，因而在衝壓成形中，塑形為圖3所例示之模具凹部時，成形基材(A)容易破裂，若出現此情況，會有無法滿足成形品外觀品質的傾向。

<基質樹脂>

此處，基質樹脂的種類係可例示如熱可塑性樹脂與熱硬化性樹脂。又，基質樹脂亦可為熱硬化性樹脂與熱可塑性樹脂的混合物。

本發明基質樹脂可使用的熱可塑性樹脂，係可例示如下示：聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚對苯二甲酸丙二酯(PTT)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、液晶聚酯等聚酯；聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚丁烯等聚烯烴；聚甲醛(POM)、聚醯胺(PA)、聚苯硫醚(PPS)等聚伸芳硫醚；聚酮(PK)、聚醚酮(PEK)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚腈(PEN)、聚四氟乙烯等氟系樹脂、液晶聚合物(LCP)等；該等一般的結晶性樹脂；再者，苯乙烯系樹脂之外，尚可例如：聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氯乙烯(PVC)、聚伸苯醚(PPE)、聚醯亞胺(PI)、聚醯胺醯亞胺(PAI)、聚醚醯亞胺(PEI)、聚碸(PSU)、聚醚碸、聚芳酯(PAR)等；該等一般的非晶性樹脂；其他尚可例如：酚系樹脂、苯氧樹脂；以及聚苯乙烯系、聚烯烴系、聚胺酯系、聚酯系、聚醯胺系、聚丁二烯系、聚異戊二烯系、氟系樹脂、及丙烯腈系等熱可塑彈性體等；或自該等共聚合體及改質體等之中選擇的熱可塑性樹脂。

該等之中，就從所獲得成形品輕量性的觀點，較佳係聚烯烴；就從強度的觀點，較佳係聚醯胺；就從表面外觀的觀點，較佳係如聚碳酸酯、苯乙烯系樹脂之類的非晶性樹脂；就從耐熱性的觀點，較佳係聚伸芳硫醚；就從連續使用溫度的觀點，較佳係聚醚醚酮；又，就從耐藥性的觀點，較佳係使用氟系樹脂。

基質樹脂可使用的熱硬化性樹脂係可例示如：不飽和聚酯、乙烯酯、環氧樹脂、酚樹脂、脲樹脂、三聚氰胺樹脂、熱硬化性聚醯亞胺、該等的共聚合體、改質體、及由該等至少2種摻合的樹脂。

再者，在不致損及本發明目的之範圍內，基質樹脂亦可含有彈性體或橡膠成分等耐衝擊性提升劑、其他填充材、添加劑。填充材、添加劑例係可例示如：無機填充材、難燃劑、導電性賦予劑、結晶核劑、紫外線吸收劑、抗氧化劑、減震劑、抗菌劑、防蟲劑、除臭劑、抗著色劑、熱安定劑、脫模劑、抗靜電劑、可塑劑、滑劑、著色劑、顏料、染料、發泡劑、抑泡劑或偶合劑。

基質樹脂並無特別的限定，由薄膜狀、液體狀、纖維狀、粒子狀的狀態，與強化纖維呈一體化，在室溫下呈固態的成形基材(A)。當使用2種以上基質樹脂及/或上述填充材、上述添加劑的情況，亦可預先混練形成薄膜狀、液狀、纖維狀，亦可形成多層的薄膜狀、2相的液體狀、芯鞘的纖維狀、或2種以上的纖維狀。

在不致損及本發明目的範圍內，除強化纖維、基質樹脂之外，尚亦可含有黏結劑樹脂。黏結劑樹脂就從基質樹脂與強化纖維的黏著性、填補強化纖維網孔、確保操作性的觀點，較佳係從熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂中選擇任一者。就從基質樹脂與強化纖維的黏著性觀點，較佳係從與基質樹脂同種或具相溶性的樹脂中選擇；若就從確保強化纖維操作性的觀點，較佳係選擇熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂的水溶液、分散體、乳液。

<空隙>

請再度參照圖1。本發明的成形品1係藉由具有空隙4，便可提升相對於成形基材(A)之面朝面外方向的變形性，故較佳。含有空隙4的情況，空隙4係由基質樹脂3被覆的強化纖維2成為柱狀支撐體，由其重疊或交叉所形成。較佳係例如將使強化纖維2預先含潤基質樹脂3的成形基材(A)，施行加熱而獲得的成形品1時，因加熱導致基質樹脂3熔融或軟化，使強化纖維2產生起毛，結果便形成空隙4。此現象係在成形基材(A)中，利用加壓呈壓縮狀態的內部之強化纖維2，根據其彈性模數所衍生之起毛力而出現起毛的性質。

成形品1中的空隙4之體積含有率，較佳係10~97體積%。若空隙4的體積含有率偏低時，因為成形品1的密度提高，導致無法滿足輕量性。另一方面，若空隙4的體積含有率偏高時，因為在強化纖維2周圍被覆的基質樹脂3厚度變薄，因而無法充分進行成形品1中的強化纖維2彼此間補強，導致力學特性降低。此處所謂「體積含有率」係將構成成形品1的基質樹脂3、強化纖維2、及空隙4的所有體積含有率合計設為100體積%。

<成形品>

本發明的成形品1係將成形品1全體的體積設為100體積%時，較佳係強化纖維2的體積含有率0.5~55體積%、基質樹脂3的體積含有率2.5~85體積%、空隙4的體積含有率10~97體積%。就從兼顧力學特性與輕量性的觀點，空隙4的體積含有率較佳係20~90體積%、更佳係33~84體積%，空隙4的體積含有率較佳範圍係可將上述上限任一數值設為上限，亦可將上述下限任一數值設為下限。若基質樹脂3的體積含有率過小，則成形品1中的強化纖維2彼此間會黏結，導致強化纖維2的補強效果不足。結果，無法滿足成形品1的力學特性。另一方面，若基質樹脂3的體積含有率過大，形成空隙構造將較為困難。

成形品1中，強化纖維2係由基質樹脂3被覆，而被覆強化纖維2的基質樹脂3之被覆厚度較佳係1~15μm。被基質樹脂3被覆的強化纖維2之被覆狀態，若至少構成成形品1的強化纖維2之單纖維彼此間之交叉處有受被覆，則就成形品1的形狀安定性、厚度控制容易度及自由度的觀點而言已屬足夠。更佳態樣係強化纖維2利用基質樹脂3依上述被覆厚度而被被覆的狀態。此狀態係強化纖維2表面因被基質樹脂3被覆而不會露出。換言之，意味著強化纖維2利用基質樹脂3被如乙烯塗佈般的覆蓋。藉此，成形品1在基質樹脂3軟化時，不會有成形基材(A)破裂、且對模具凹部呈現優異塑形性、及朝面外的優異變形性，且當基質樹脂3固化時可充分顯現力學特性，所以成為輕量高剛性。又，強化纖維2並沒有必要全部均被基質樹脂3被覆，只要在不致損及成形品1之形狀安定性、壓縮彈性模數、彎曲彈性模數、彎曲強度的範圍內便可。即，本發明中，成形品1中的強化纖維2至少其中一部分被基質樹脂3被覆，較佳為至少具有由基質樹脂3所被覆的厚度在上述範圍內的部分。

本發明成形品係將彎曲彈性模數設為Ec、密度設為ρ時，依Ec^1/3‧ρ^-1表示的比彎曲剛性較佳為3~20。藉由在上述範圍內，便可成為兼顧輕量與高剛性的成形品。就從兼顧更優異之輕量性與力學特性的觀點，較佳係5~15、更佳係8~12，比彎曲剛性的較佳範圍係可將上述上限任一數值設為上限，亦可將上述下限任一數值設為下限。

再者，成形品的彎曲彈性模數Ec較佳係達3GPa以上、更佳係6GPa以上。若成形品1的彎曲彈性模數Ec未滿3GPa，則成為成形品1時的使用範圍受限制，故非較佳。又，為使成形品的設計容易，彎曲彈性模數Ec較佳係具有等向性，即不管任一方向均具有上述Ec。相關彎曲彈性模數Ec的上限並沒有設限，一般若由強化纖維與基質樹脂構成的成形品，係依照構成成分的強化纖維與基質樹脂種類決定上限。本發明的成形品不管單獨使用成形品的情況、或搭配使用其他構件的情況，均係使用成形品1自身的彎曲彈性模數Ec進行構件設計，為能可供實用，只要5GPa便已足夠。彎曲彈性模數Ec係根據ISO178法(1993)測定。

本發明成形品的密度ρ較佳係0.01~1.0g/cm³。若成形品的密度ρ大於1.0g/cm³，意味著形成成形品時的質量增加，結果導致成為製品時的質量增加，故非屬較佳。又，成形品的密度ρ係依照所使用之強化纖維、基質樹脂而有所差異，就從保持成形品力學特性的觀點，較佳係0.01g/cm³以上。本發明的成形品，不管在單獨使用成形品的情況下、或搭配其他構件使用的情況下，成形品的密度就從輕量性的觀點較佳均係0.01~0.8g/cm³。亦可為上述上限與下限之任一組合的範圍。

本發明中，在不致損及本發明特徵的範圍內，亦可將上述成形品或成形基材(A)使用為核芯層，且將使連續的強化纖維含潤於基質樹脂的片狀中間基材使用為表皮層，形成三明治構造體。將成形品設為該構造體時，亦可在預先將成為表皮層的中間基材，積層於成形基材(A)的狀態下施行衝壓，使成形品成為三明治構造體，亦可在成形品上積層成為表皮層的基材，再施行一體化成為三明治構造體。此處所謂「連續的強化纖維」係至少在單一方向上連續100mm以上之長度，由多數支在單一方向上排列的集合體(所謂的強化纖維束)，係沿三明治構造體全長均呈連續。由連續強化纖維所構成片狀中間基材的形態，係有如：由多數支連續強化纖維構成的強化纖維束形成之布；由多數支連續強化纖維朝單一方向排列的強化纖維束(單方向性纖維束)，再由該單方向性纖維束構成的單方向性布等。強化纖維亦可由同一形態的複數支纖維束構成，或由不同形態的複數支纖維束構成。構成一個強化纖維束的強化纖維數，通常係300~48,000支，若考慮預浸體的製造、以及布的製造，較佳係300~24,000支、更佳係1,000~12,000支。

使用連續性強化纖維時，為能控制上述成形品的彎曲彈性模數，較佳為採用改變強化纖維方向進行積層的形態。特別就有效率提高三明治構造體的彈性模數、強度的觀點，較佳為使用纖維束朝單~方向拉伸對齊的連續強化纖維，再改變強化纖維的配向方向進行積層。

<成形品之製造方法>

接著，針對本發明實施態樣的成形品之製造方法進行說明。

本發明實施態樣之具有凹凸部的成形品之製造方法，係包括有：將含有強化纖維與基質樹脂的成形基材(A)，配置於由上模6與下模7所構成的模具的任一模中，加熱上述成形基材(A)，且利用模具施行加壓，而使上述成形基材(A)朝面內方向變形的步驟(I)；以及接著藉由將模具卸除壓力，而使已朝面內方向變形的上述成形基材(A)，朝面外方向變形的步驟(II)。

<模具>

針對本發明的模具使用圖4進行說明。本發明的模具8係由二個模具構成，具有圖4(b)所示上模6與圖4(a)所示下模7。圖4(a)的下圖係平面圖，而圖4(b)的下圖係底面圖。圖4(a)與圖4(b)的上圖係A-A'剖視圖或B-B'剖視圖。成形品1係依具有圖1所示凹凸部5的方式，如圖4所示在下模7中設有1處凹部，另一者則設有對應該凹部的凸部。成形時，亦可於上模形成不同於圖示的另一的凹部。此處，圖1所示成形品1所具有的凹凸部5係可例示如：凸轂形狀、肋形狀、推拔部、深抽拉部、凸緣部、波狀部、壓花形狀等至少僅有平板形狀並無法形成的形狀。上模6與下模7其中一者固定於衝壓成形機(未圖示)的可動上盤面11上，另一者則固定於非可動下盤面上。

如圖3所示，將具有凹部的模具8'之凹部9的開口部上的最大直線距離設為L、凹部9的深度設為D時，D/L較佳係大於0.2。就從成形品強度的形狀效果觀點，其範圍較佳係大於0.25、更佳係大於0.3。此處，所謂「開口部」係指凹部9與由模具平面部邊界所包圍的部分，D係該邊界面上連結2點之最大長度。又，凹部9的深度係以凹部9出口端面為基準面時，凹部的最大深度。藉由設在該範圍，成形品便可確保成形基材(A)朝面外方向的強度。上限並無特別的限制，就從成形性的觀點，較佳係小於5，就從成形重現性高的觀點，更佳係小於2。

<積層>

本發明的成形基材(A)係可為單層，亦可由含有強化纖維與基質樹脂的複數之成形基材進行積層。當單層的情況，因為操作較容易，所以成形性獲提升。此處，成形基材(A)係利用後述加壓步驟塑形成凹凸形狀，但因為隨面內變形而進行形狀塑形，因而厚度會變薄。所以，藉由成形基材(A)係由複數層構成，便可防止厚度變動、破裂，故較佳。

<抓持>

本發明的成形基材(A)較佳係片狀，且在2個地方以上由模具或夾具等抓持狀態下進行成形。藉由在被抓持狀態下進行成形，便可抑制在平面部與凹凸部的邊界部產生皺褶，且亦可提升成形重現性。抓持的形態係可另外準備彈簧或夾子等夾具，再抓持基材端部，亦可利用模具機構抓持著端部。當成形基材(A)具有複數層時，更佳係至少有1層施行抓持，且存在有未被抓持的層。藉由存在未被抓持的層，則便無追蹤未被抓持的層於有被抓持層的面內之變形的必要。所以，被抓持層與未被抓持層便獨立變形。結果，因面內變形導致厚度變薄的地方，會由未被抓持層的基質樹脂進行流動而填充，便可降低成形品的破裂情形。抓持基材的部位並無特別的限定，就從操作性佳、以及容易伸長的觀點，較佳係抓持著成形基材(A)的端部。為能利用抓持使成形基材(A)伸長，較佳為在抓持至少2個地方的狀態下進行成形，就從成形重現性與伸張性的觀點，更佳係抓持4個地方以上。當成形基材(A)係由複數層構成，且針對其中部分層進行抓持時，被抓持的層可抑制皺褶，外觀品質獲提升，所以被抓持的層較佳為設為最外層的式樣面。

<預熱>

本發明的成形基材(A)係在步驟(I)前，較佳為更進一步包括有：將上述成形基材(A)預熱至上述基質樹脂之熔融溫度Ta以上的步驟(0)。藉由基材經預熱後才提供給步驟(I)，便可提升上述成形基材(A)對模具所具有凹部的塑形性。

預熱手段並無特別的限定，係可利用例如：遠紅外線加熱器、加熱板、高溫烤箱、感應加熱等施行預熱。

當基質樹脂係含有熱硬化性樹脂的情況，熔融溫度Ta較佳係設為最低黏度觀測溫度±20℃。熱硬化性樹脂係在利用加熱進行熱硬化之前便呈具有流動性的狀態，因而藉由將預熱溫度設為熔融溫度Ta以上，便可提升對模具凹部的塑形性。又，就從速硬化性的觀點，預熱溫度較佳係熔融溫度Ta+10℃以上。

熱硬化性樹脂的最低黏度觀測溫度係使用流變儀(旋轉型動態黏彈性測定裝置)，依1.5℃/分的速度將溫度從40℃提升至250℃時，藉由觀測熱硬化性樹脂黏度成為最低之時點的觀測溫度，便可進行評價。

當基質樹脂係含有熱可塑性樹脂的情況，較佳為將熔融溫度Ta設為熱可塑性樹脂的熔點(Tm)，且將預熱溫度設為熔融溫度Ta以上。藉由設為該範圍，熱可塑性樹脂便呈具流動性之狀態，因而成形基材(A)呈現優異的形狀塑形性。又，當目標成形品係屬複雜形狀的情況，就從塑形性的觀點，較佳為經考慮預熱後基材在搬送中的基材溫度降低，而將預熱溫度設為熔融溫度Ta+10℃以上。上限並無限定，較佳係未滿熱可塑性樹脂會產生熱分解的溫度、更佳係Ta+30℃以下。藉由設為該範圍，當成形中對基材施加外力時，基材不會過度軟化，因而荷重傳遞呈均質地伸長，所以不易發生破裂。

熱可塑性樹脂的熔點(Tm)係可利用微分掃描熱量測定(DSC：Differential Scanning Calorimetry)進行求取。依升溫速度10℃/min的升溫條件所獲得之熱量曲線中，將熔解尖峰的峰頂設為Tm。

熱可塑性樹脂會發生熱分解的溫度，係可利用熱重量測定(TG：Thermo Gravimetry)求取。針對熱可塑性樹脂在真空乾燥機中進行12小時以上乾燥的試料，依10℃/min升溫條件所獲得之減量曲線中，將重量到達開始升溫時之重量99%時的溫度，設為熱可塑性樹脂會發生熱分解的溫度。

<基材配置>

經預熱的成形基材(A)係配置於上模與下模間，提供進行加壓步驟。基材配置的方法並無特別的限定，就從成形容易性的觀點，較佳為直接配置於下模之上。當使用夾具，將基材在不會接觸到上模或下模狀態下配置時，因為可將與模具間的熱交換抑制在最小極限，就從基材溫度控制性的觀點係屬較佳。

當成形基材(A)呈片狀的情況，基材的面積較佳係在模具的凹部在成形基材(A)之面外方向的投影面積以上。藉由設為該面積，在進行衝壓成形時，成形基材(A)在加壓時會一邊伸長一邊被拉入凹部內，而塑形為模具凹部，故所獲得之成形品之其中一部分(特別係立壁部、深抽拉部、伸出部等)的形成容易，能提升所獲得成形體的外觀品質。

<加熱‧加壓>

接著，本發明的成形品之製造方法中，步驟(I)係將成形基材(A)配置於由上模與下模構成的模具間，藉由施行加熱‧加壓使朝成形基材(A)的面內方向變形。藉由可動上盤面靠近非可動下盤面，便施行模具的模鎖，配置於模具間的成形基材(A)便被塑形呈模具凹部。所謂「凹部」係指較凹部的開口部更凹陷之區域，進行該項塑形時，成形基材(A)不僅會被拉進凹部中，亦會因前述抓持所造成的抗力及/或與模具間之摩擦力，而使拉伸力作用並伸長。拉入量著眼於模具的凹部形態，利用下式計算出面內變形率X：

面內變形率X={(凹部表面積)/(凹部開口部屬於原材料的成形基材(A)朝面外方向的投影面積)}^1/2

所謂「凹部開口部屬於原材料的成形基材(A)朝面外方向的投影面積」，就圖4(a)為例，下圖平面圖中雙圈的外側圓面積，亦可謂係凹部開口部中，配置於由上模與下模所構成模具間的成形基材(A)，朝面外方向之投影面積。

藉由計算出該參數，在具凹凸部成形品的製造步驟中，便評價成形基材(A)到底朝面內方向進行何種程度的變形，同時成為成形品立體性、面外力學特性的指標。本發明的面內變形率X就從面外力學特性的觀點，較佳係1.05以上，就從沒有破裂成形品的外觀品質之觀點，較佳係5以下。就從成形品強度之形狀效果的觀點，更佳係1.5以上、特佳係2.0以上。又，就從塑形性的觀點，較佳係4以下、更佳係3以下。面內變形率的較佳範圍係可將上述上限之任一數值設為上限，亦可將上述下限之任一數值設為下限。

再者，關於成形基材(A)的面內變形率，於成形基材的面內變形中，由基材抓持及/或與模具間之摩擦所造成的基材伸長率Y，較佳係滿足：X≧Y>1就從降低起皺、破裂等外觀不佳的觀點，較佳係2.0≧Y>1，就從改善外觀品質、且維持基材等向性的觀點，更佳係1.75≧Y>1、特佳係1.6≧Y≧1.2，伸長率Y的較佳範圍係可將上述上限之任一數值設為上限，亦可將上述下限之任一數值設為下限。

再者，當成形基材(A)係設有2層以上之層的情況，模具凹部側與另一側的各層伸長率Y相異。此情況，為兼顧對模具凹部的優異塑形性、與朝面外的優異變形性，模具凹部側最外層之成形基材的伸長率Y1、與另一側最外層成形基材的伸長率Y2，分別較佳為滿足2.0≧Y1>1、1.3≧Y2≧1。相關伸長率Y2，就從更優異之面外變形率的觀點，更佳係1.15≧Y2>1。

該伸長率Y係可依成形前後在成形基材(A)上所描繪的2點間距離進行測定。於進行步驟(I)前，在成形基材(A)上標記任意2點，再進行成形。使用該任意2點間的距離，測定(成形後2點間距離)/(成形前2點間距離)的比。此項測定係針對成形品凹凸部的隨機20個地方進行測定，並將算術平均值設為伸長率Y。

再者，加壓時的模具溫度，為使直到所預熱的成形基材(A)直到模鎖之前不會冷掉而喪失流動性，較佳係設定在基質樹脂的熔融溫度Ta以上。更佳係Ta+20℃以上，藉由設定為該範圍，在模鎖後的基質樹脂仍會流動，而提升成形品的表面品質。

<除壓>

接著，本發明成形品的製造方法，步驟(II)係藉由將模具卸除壓力，而使成形基材(A)朝面外方向變形。在將步驟(I)所獲得經塑形呈模具的成形基材(A)施行加熱狀態下，進行卸除壓力、厚度調整，而使之膨脹的步驟。

施行厚度控制的方法係在能將所加熱成形基材(A)控制於目標厚度的前提下，可採用任何方法，就從製造簡便度的觀點，較佳方法係例示在2片金屬板間夾置所需厚度的間隔物，再施行加壓的方法，或者藉由減少對成形基材(A)所施加壓力而控制厚度的方法等。藉由此項步驟，成形基材(A)便朝面外方向變形。將此時朝面外方向的變形量設為面外變形率Z，可由下式計算出。

面外變形率Z=(成形品最大壁厚)/(成形基材(A)的平均厚度)

此處，成形品的最大壁厚係設為經脫模後成形品的凹凸部厚度最大值。

成形基材(A)的厚度P係由下式計算出。

厚度P=(成形基材(A)的質量)/(表觀密度)/(成形基材(A)的面積)

該P的測定方法係由成形基材(A)的表觀密度與密度測定時，所使用成形基材(A)的質量與面積求取。表觀密度的測定係根據JIS Z8807(2012)所記載靜液比重測定法的密度測定方法求取，從成形基材(A)的10個地方切取10mm×10mm試驗片，將分別從下式所求得厚度p[cm]之算術平均值設為厚度P[mm]。

厚度p[cm]=(試驗片在空氣中的質量[g])/(密度[g/cm³])/1[cm²]

藉由該測定方法，當成形基材(A)含有較多空隙的情況，仍可計算出成形基材(A)的厚度P。

當面外變形率Z較大，意味著成形品厚度較厚，為使彎曲變形優異，較佳係1.5以上、更佳係1.8以上。上限較佳係10以下、更佳係8以下，面外變形率Z的較佳範圍係可將上述上限任一數值設為上限，亦可將上述下限任一數值設為下限。

再者，本發明中，將成形基材(A)的面內變形率設為X，且將面外變形率設為Z時，依X/Z表示的變形率比T係在0.1~1之範圍內。若變形率比未滿0.1時，相對而言朝面內方向的變形較小、朝面外方向的變形較大，所以凹凸形狀與厚度的平衡不佳，相關成形品全體的構造設計呈現力學特性差的情形，故非屬較佳。另一方面，若變形率比大於1，考量因相對而言成形基材(A)朝面內方向的變形較大，面外變形量較少，導致會因朝面內的過度變形造成凹凸部破裂等降低外觀品質的可能性，或/及面外變形量小且輕量性差，故非屬較佳。就從對複雜形狀的塑形、以及輕量性‧力學特性均能全部滿足的觀點，更佳係0.125~1、特佳係0.15~0.75、最佳係0.2~0.4。亦可為上述上限與下限之任一組合的範圍。

<冷卻‧脫模>

接著步驟(II)之後的步驟(III)，係冷卻模具，再將成形品脫模。亦可與步驟(II)同時施行該冷卻步驟。此時的模具溫度，就從操作性的觀點，較佳係熔融溫度Ta-20℃以下。

<用途>

成形品係可使用於例如：「個人電腦、顯示器、OA機器、行動電話、行動資訊終端、PDA(電子記事簿等行動資訊終端)、攝影機、音響機器、光學機器、音響、空調機、照明機器、娛樂用品、玩具用品、其他家電製品等的框體、托架、機殼、內裝構件、或其箱體」等電氣、電子機器零件；「各種構件、各種框架、各種鉸鏈、各種臂、各種車軸、各種車輪用軸承、各種樑」、「罩體、屋頂、門、擋泥板、汽車後行李箱蓋、側板、後圍板、前車殼、底盤、各種柱、各種構件、各種框架、各種樑、各種支架、各種滑軌、各種鉸鏈等、外板、或車體零件」、「保險桿、保險桿樑、飾條、車底護板、引擎蓋、整流板、擾流板、前罩板通風孔、空力套件等外裝零件」、「儀表板、片框架、門飾板、車柱飾板、把手、各種模組等內裝零件」、或「馬達零件、CNG槽、汽油槽」等汽車、二輪車用構造零件；「電池載盤、頭燈架、踏板外殼、保護器、燈光反射器、燈殼、噪音消除板、備胎蓋」等汽車、二輪車用零件；「隔音牆、防音牆等牆內構件」等建材；「起落架、翼翹、擾流板、翼緣、梯子、電梯、整流片、肋、座椅、小型無人飛機的機體」等飛機用零件；「義肢、保護器、支架、醫療機器、衝擊吸收構件」等醫療用零件等。就從力學特性的觀點，由本發明之製造方法所獲得之成形品，較佳係使用於汽車內外裝、電氣‧電子機器框體、腳踏車、運動用品用構造材、飛機內裝材、輸送用箱體、建材。其中，特別適用於由複數零件構成的模組構件。

[實施例]

以下，利用實施例針對本發明進行具體說明。

(1)密度ρ

從成形品的後述平面部任意20個地方切取立方體試驗片，參考JIS K7222(2005)測定成形品的表觀密度。利用測微器測定試驗片的長、寬、厚，再從所獲得數值計算出試驗片的體積V。又，利用電子天秤測定所切取試驗片的質量M。藉由將所獲得質量M與體積V代入下式，分別計算出試驗片的密度ρ，採用20個地方的平均。

ρ[g/cm³]=10³×M[g]/V[mm³]。

(2)每質量的壓縮強度

從成形品中切掉平面部而製作試驗片。此處，針對試驗片製作方法使用圖1進行說明。試驗片係指圖1的凹凸部5之部分，藉由從成形品1中切掉凹凸部5與平面部14邊界的凹凸部端部，便可獲得由凹凸部5構成的試驗片。針對所獲得試驗片，將凹凸部端部設為支撐側，凹凸部頂點設為壓頭側，使用萬能試驗機測定壓縮強度。試驗速度設為1mm/min，使用此時到達變形率50%時的最大力F_m與試驗片質量M，從下式計算出每質量的壓縮強度。測定裝置係使用「INSTRON(註冊商標)」5565型萬能材料試驗機(INSTRON‧Japan(股)製)。

(每質量的壓縮強度)[N/g]=F_m[N]/M[g]。

(3)空隙率

從成形品的平面部14之5個地方隨機切取立方體試驗片，利用掃描式電子顯微鏡(SEM)(日立高科技(股)製S-4800型)觀察露出於表面上的成形品截面。從試驗片表面，依1000倍的倍率等間隔拍攝10個地方。針對各個影像，求取影像內的空隙面積A_a。又，藉由將空隙面積A_a除以影像全體面積而依每個試驗片分別計算出各空隙率，並將5個地方試驗片的空隙率算術平均設為成形品的空隙率。

(4)表面外觀

針對所獲得成形體的凹凸部，從以下評價基準實施定性評價。

A：圖1的凹凸部5完全沒有未填充部分、破裂部分及飛白部分，呈現優異的成形體表面外觀。

B：雖實用上沒有問題，但圖1的凹凸部5有發現飛白狀痕跡。

C：圖1的凹凸部5有出現未填充、針孔情形，外觀差。

(5)彎曲彈性模數Ec、比彎曲剛性

從成形品切取試驗片，根據ISO178法(1993)測定彎曲彈性模數。試驗片係設定為測定數n=5，並將算術平均值設為彎曲彈性模數Ec。測定裝置係使用「INSTRON(註冊商標)」5565型萬能材料試驗機(INSTRON‧Japan(股)製)。從所獲得結果，由下式計算出成形品的比彎曲剛性。

(比彎曲剛性)[MPa^1/3/(g/cm³)]=Ec^1/3/ρ

(6)所使用的材料、器具 [碳纖維(1)]

從以聚丙烯腈為主成分的共聚合體施行紡絲、燒成處理及表面氧化處理，獲得總單絲數12,000支的連續碳纖維。該連續碳纖維的特性係如下示：

單纖維徑：7μm

密度：1.8g/cm³

拉伸強度：4600MPa

拉伸彈性模數：220GPa。

[PP樹脂]

製作包含未改質聚丙烯樹脂(Prime Polymer(股)製「Prime Polypro」(註冊商標)J105G)80質量%、與酸改質聚丙烯樹脂(三井化學(股)製「ADMER」QB510)20質量%的表觀密度100g/m²之薄片(熔點160℃)。

[強化纖維氈(1)]

將碳纖維(1)利用美工刀裁切成5mm，獲得切股碳纖維。製作包含水與界面活性劑(NACALAI TESQUE(股)製、聚氧乙烯月桂醚(商品名))的濃度0.1質量%分散液，再由該分散液與切股碳纖維，使用強化纖維氈製造裝置，製造強化纖維氈。製造裝置係具備有：分散槽(其係在容器下部設有開口旋塞的直徑1000mm圓筒形狀容器)；以及將分散槽與抄紙槽予以連接的直線狀輸送部(傾斜角30°)。在分散槽上面的開口部附設攪拌機，可從開口部丟入切股碳纖維與分散液(分散介質)。抄紙槽係具備有底部寬500mm抄紙面的網格式輸送機，且將可搬送由碳纖維所構成氈的輸送機，連接於網格式輸送機。抄紙係將分散液中的碳纖維濃度設為0.05質量%實施。所抄造的碳纖維氈在200℃乾燥爐中乾燥30分鐘，獲得強化纖維氈(1)。所獲得氈的表觀密度係50g/m²。

[強化纖維氈(2)]

將碳纖維(1)利用美工刀裁切為5mm，獲得切股碳纖維。所獲得切股碳纖維從80cm高度自由落體，獲得切股碳纖維呈無規分佈的強化纖維氈(2)。所獲得氈的表觀密度係50g/m²。

[成形基材(1)]

強化纖維氈係使用強化纖維氈(1)，樹脂片係使用PP樹脂。製作依照[樹脂片/強化纖維氈/樹脂片/強化纖維氈/樹脂片/強化纖維氈/樹脂片/強化纖維氈/強化纖維氈/樹脂片/強化纖維氈/樹脂片/強化纖維氈/樹脂片/強化纖維氈/樹脂片]順序配置的積層物。其次，藉由經以下步驟(i)~(iv)而獲得片狀成形基材(1)。

(i)將積層物配置於預熱至230℃的衝壓成形用模穴內，再關閉模具。

(ii)接著，經保持120秒鐘後，賦予3MPa壓力，進而保持60秒鐘。

(iii)然後，在維持壓力狀態下，將模腔溫度冷卻至50℃。

(iv)打開模具，取出成形基材。

[成形基材(2)]

除強化纖維氈係使用強化纖維氈(1)，並將積層構成設為[樹脂片/強化纖維氈/樹脂片/強化纖維氈/強化纖維氈/樹脂片/強化纖維氈/樹脂片]之外，其餘均與成形基材(1)同樣地施行衝壓成形，獲得成形基材(2)。

[成形基材(3)]

除強化纖維氈係使用強化纖維氈(2)之外，其餘均與成形基材(1)同樣地獲得成形基材(3)。

[模具(1)]

衝壓成形時所使用的模具係準備具有下述所示尺寸，並具有圖4(a)形態的凹型模具、圖4(b)形態的凸型模具之組合模具(1)。

W1=W2=W3=W4=300mm

D1=D3=100mm、D2=D4=29mm

R1=R3=90mm、R2=R4=50mm。

[模具(2)]

衝壓成形時所使用的模具係準備具有下述所示尺寸，並具有圖4(a)形態的凹型模具、圖4(b)形態的凸型模具之組合模具(2)。

W1=W2=W3=W4=300mm

D1=D3=100mm、D2=D4=49mm

R1=R3=90mm、R2=R4=50mm。

7.實施例、比較例 (實施例1)

使用模具(1)。將凹型模具使用為下模，固定於衝壓機的非可動下盤面上，並將凸型模具使用為上模，固定於衝壓機的可動上盤面上，施行成形。

成形基材(A)係使用成形基材(3)，藉由經以下步驟(0)~(IV)，獲得成形品。所獲得成形品的特性係如表1所示。

(0)將裁切為300mm四方的成形基材(A)，在具備遠紅外線加熱器的烤箱中，施行120秒預熱，使該成形基材厚度方向中心成為160℃。又，該烤箱係依該成形基材經120秒後成為160℃的方式，事先調整溫度。另外，在經120秒後能成為160℃之前提下，亦可設為於更早時點到達160℃的條件。

(I)其次，將成形基材(A)配置於經預熱180℃的模具之下模投影面，然後馬上依20mm/s速度使上模下降，依50kN壓力施行模鎖，而將成形基材(A)施行塑形。

(II)依120秒衝壓成形施行塑形後，卸除壓力，使上模模具上升，在模具間的端部插入厚1.5mm的金屬間隔物。

(III)然後，再度使上模下降，在維持壓力狀態將模具溫度冷卻至50℃。

(IV)使上模模具上升，取出成形品。

(實施例2)

除成形基材(A)係使用成形基材(1)之外，其餘均與實施例1同樣地獲得成形品。所獲得成形品的特性係如表1所示。

(實施例3)

除將步驟(II)的金屬間隔物厚度設為2.5mm之外，其餘均與實施例2同樣地獲得成形品。所獲得成形品的特性係如表1所示。

(實施例4)

除將步驟(0)中預熱基材的溫度設為230℃，並將步驟(II)的金屬間隔物厚度設為5.0mm之外，其餘均與實施例3同樣地獲得成形品。所獲得成形品的特性係如表1所示。

(實施例5)

除成形基材(A)係使用由成形基材(2)雙層重疊者之外，其餘均與實施例4同樣地獲得成形品。所獲得成形品的特性係如表1所示。

(實施例6)

除使用由裁切為350mm四方，且端部利用圖5所示鋁製抓持框架13抓持著基材角部的成形基材(2)，與裁切為300mm四方但未利用上述抓持框架抓持的成形基材(2)分別各1層重疊而成的成形基材(A)，以及利用步驟(II)的金屬間隔物，調整成所獲得成形品厚度成為4.8mm狀態之外，其餘均與實施例5同樣地獲得成形品。所獲得成形品的特性係如表1所示。

(比較例1)

除模具係使用模具(2)之外，其餘均與實施例2同樣地獲得成形品。所獲得成形品的深抽拉部有出現破裂，且壓縮強度亦呈較低之值。所獲得成形品的特性係如表1所示。

(比較例2)

模具係使用模具(1)，成形基材(A)係使用3層經裁切為

50mm的成形基材(1)，藉由經以下步驟(0)~(IV)，獲得成形品。所獲得成形品的表面有條痕狀殘留樹脂與強化纖維流動的痕跡，外觀不佳。又，相關表面外變形，因衝壓時的流動導致基材不均，造成無法獲得平滑表面。所獲得成形品的特性係如表1所示。

(0)將裁切為300mm四方的成形基材(A)，在具備遠紅外線加熱器的烤箱中，施行120秒預熱，使該成形基材厚度方向中心成為230℃。

(I)其次，將成形基材(A)重疊配置於經預熱至100℃之模具的下模中央處，然後馬上依20mm/s速度使上模下降，依1000kN壓力施行模鎖，而將成形基材(A)施行塑形。

(II)依120秒衝壓成形施行塑形後，卸除壓力，使上模模具上升，在模具間的端部插入金屬間隔物，調整成獲得成形品時的厚度成為1.0mm狀態。

(IV)使上模模具上升，取出成形品。

8.檢討

由實施例1~2與比較例1~2的比較得知，由本發明所獲得之成形品其外觀‧比強度均優異。特別係比較例1，因為塑形性不足，因而即便插入金屬間隔物，成形基材仍不會朝面外方向充分變形。實施例3，藉由更進一步朝面外方向變形，而呈現可獲得更輕量效果。實施例4，得知藉由預熱條件最適化，便提升成形基材(A)對具凹凸形狀成形品的塑形性，且面外變形率亦較實施例1~3增加，外觀性亦獲提升。實施例5，藉由成形基材(A)複數層重疊後才進行本發明之製造方法，便可更加提升成形品的外觀品質。又，實施例6，將含有強化纖維與基質樹脂的成形基材(A)，一邊抓持一邊進行成形，便可降低起皺等不佳情形，且質量亦變輕，能在維持力學特性狀態下提升品質。

(產業上之可利用性)

根據本發明成形品之製造方法，可提供起皺等外觀品質、輕量性均優異的衝壓成形品。

Claims

一種成形品之製造方法，係利用衝壓成形，由含有強化纖維與基質樹脂的成形基材(A)，製造具有凹凸部之成形品的方法；其包括有：步驟(I)，其係在由上模與下模構成模具的任一模中配置成形基材(A)，加熱上述成形基材(A)，且利用模具施行加壓，而使上述成形基材(A)朝其面內方向變形；以及步驟(II)，其係接著步驟(I)之後，藉由將模具卸除壓力，使已朝面內方向變形的上述成形基材(A)朝其面外方向變形；其中，下式(1)所示變形率比T係0.1~1；T=X/Z‧‧‧(1)面內變形率X={(具有凹部的模具之凹部表面積)/(上述具有凹部的模具之凹部開口部中屬於原材料的成形基材(A)朝面外方向的投影面積)} ^1/2面外變形率Z=(上述成形品最大壁厚)/(上述成形基材(A)的厚度P)厚度P=(上述成形基材(A)的質量)/(表觀密度)/(上述成形基材(A)的面積)。
如請求項1之成形品之製造方法，其中，面外變形率Z係1.5以上。
如請求項1或2之成形品之製造方法，其中，成形基材(A)係由含有上述強化纖維與上述基質樹脂的複數成形基材進行積層而成。
如請求項1至3中任一項之成形品之製造方法，其中，在步驟 (I)之前，更進一步包括有：將成形基材(A)加熱至(上述基質樹脂之熔融溫度Ta)以上的步驟(0)。
如請求項1至4中任一項之成形品之製造方法，其中，在與步驟(II)同時、或待步驟(II)結束後，更進一步包括有：將成形基材(A)冷卻至{(上述基質樹脂之熔融溫度Ta)-10℃}以下的步驟(III)。
如請求項1至5中任一項之成形品之製造方法，其中，將上述成形基材(A)在至少抓持其1層的2個地方以上之狀態下進行成形。
如請求項1至6中任一項之成形品之製造方法，其中，上述成形基材(A)係片狀，且其面積係在模具的凹部朝成形基材(A)面外方向的投影面積以上。
如請求項1至7中任一項之成形品之製造方法，其中，於上述模具截面中，將模具所具有凹部的開口部之最大直線距離設為L，凹部之深度設為D時，D/L>0.2。
如請求項1至8中任一項之成形品之製造方法，其中，上述強化纖維係碳纖維，質量平均纖維長度係1~15mm。
如請求項1至9中任一項之成形品之製造方法，其中，上述強化纖維係略單絲狀。
如請求項1至10中任一項之成形品之製造方法，其中，上述強化纖維係呈無規分散。
如請求項1至11中任一項之成形品之製造方法，其中，上述基質樹脂係熱可塑性樹脂。
如請求項1至12中任一項之成形品之製造方法，其中，上述成形品係具有空隙，且上述成形品的上述空隙為10~97體積%範圍內。
如請求項1至13中任一項之成形品之製造方法，其中，將上述成形品的彎曲彈性模數設為Ec，上述成形品的密度設為ρ時，依Ec ^1/3‧ρ ^-1所示比彎曲剛性係3~20範圍內；且上述部位的彎曲彈性模數Ec係3GPa以上。
如請求項1至14中任一項之成形品之製造方法，其中，上述加壓前後的成形基材(A)之伸長率Y係滿足下式(2)：X≧Y>1‧‧‧(2)。