TW202037648A - 樹脂一體化強化纖維片及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明之樹脂一體化碳纖維片1係於使碳纖維絲群開纖並在一方向上並排狀地排列而成之碳纖維片2之至少表面上局部地存在樹脂4者，於上述碳纖維片之表面上，且在橫穿上述碳纖維片之方向上，上述碳纖維片2之每面積10 mm2 存在平均1根以上之橋接纖維（bridge fiber）3，上述橋接纖維3藉由上述表面之樹脂4接著固定於上述碳纖維片2。藉此，提供一種碳纖維片之寬度方向之強度較高、開裂性較低、且操作性得以改善之樹脂一體化碳纖維片及其製造方法。

Description

樹脂一體化強化纖維片及其製造方法
本發明係關於一種用於纖維強化複合材料之樹脂一體化強化纖維片及其製造方法。
纖維強化樹脂（FRP）之特徵為高強度且輕量，因此於各式各樣用途中均有需求。作為用途，可列舉汽車、飛機、或船舶之材料等。該等材料除高強度且輕量以外，亦進一步要求更高之韌性（堅韌）、耐衝擊性。作為樹脂，為了進一步提高韌性、耐衝擊性，自熱固性樹脂轉變為熱塑性樹脂。其原因在於，熱塑性樹脂之成形品與熱固性樹脂相比，具有較高之韌性（堅韌）、耐衝擊性。作為纖維，使用了玻璃纖維、碳纖維、或芳香多醯胺纖維之FRP之需求較高，尤其是碳纖維之需求增加。於FRP成形中，有時會採取多階段之成形步驟。大致包含2個成形步驟，作為第1步驟，係製作使樹脂含浸於纖維束而成之預浸體之步驟，作為第2步驟，係製作積層預浸體並使其一體成形而成之成形品之步驟。其原因在於，樹脂一般黏度較高，尤其是熱塑性樹脂之黏度高於熱固性樹脂，由於其高黏性，故樹脂不易含浸於纖維之中。最近，出現了一種開纖片，該開纖片為了於第1步驟中進一步提高樹脂之對纖維束之含浸性，使纖維束開纖而降低了質量，從而成為半預浸體。該開纖片之質量愈低，熱塑性樹脂愈容易含浸，在市場上，由開纖片構成之FRP用半預浸體受到關注。於專利文獻1～2中，提出有使用了細毛較少之碳纖維片之預浸體。於專利文獻3～4中，提出了將熱塑性粉體樹脂靜電塗佈於碳纖維片，於無加壓狀態下將上述樹脂加熱至軟化點以上並進行冷卻，從而使樹脂成為半含浸或未含浸之半預浸體。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2015-221867號公報 [專利文獻2]日本特開2001-288639號公報 [專利文獻3]國際公開第2016/152856號 [專利文獻4]日本特開2017-190439號公報
[發明所欲解決之課題]
但是，上述以往之技術存在經開纖之較薄之強化纖維片之寬度方向之強度較低，操作性困難之問題。
本發明為了解決上述問題，提供一種經開纖之較薄之強化纖維片之寬度方向之強度較高、開裂性較低、且操作性得以改善之樹脂一體化強化纖維片及其製造方法。 [解決課題之技術手段]
本發明之第1發明係一種強化纖維片，其係藉由保形構件對使強化纖維絲群開纖並於一方向上並排狀地排列而成之強化纖維片進行形狀保持而成者，其特徵在於，於上述強化纖維片之表面上，且在橫穿上述強化纖維片之方向上，上述強化纖維片之每面積10 mm2 存在平均1根以上之橋接纖維（bridge fiber），上述保形構件於存在橋接纖維之狀態下，對強化纖維片進行形狀保持。 本發明之第2發明係一種樹脂一體化碳纖維片，其係於使碳纖維絲群開纖並在一方向上並排狀地排列而成之碳纖維片之至少表面上局部地存在樹脂者，其特徵在於，於上述碳纖維片之表面上，且在橫穿上述碳纖維片之方向上，上述碳纖維片之每面積10 mm2 存在平均1根以上之橋接纖維，上述橋接纖維藉由上述表面之樹脂接著固定於上述碳纖維片。
本發明之樹脂一體化強化纖維片之製造方法之特徵在於，於藉由選自通過複數個輥、通過開纖棒、及空氣開纖中之至少一種方法使碳纖維絲群開纖，並使其等在一方向上並排狀地排列時，於上述碳纖維絲群之開纖時或開纖後自上述碳纖維絲群產生橋接纖維，或於碳纖維絲群之開纖時或開纖後使橋接纖維掉落至碳纖維片，上述橋接纖維於碳纖維片之每面積10 mm2 平均為1根以上，對上述碳纖維片賦予粉體樹脂，於無加壓狀態下加熱熔融，並進行冷卻，使樹脂局部地存在於上述碳纖維片之至少表面上，藉由上述表面之樹脂將上述橋接纖維接著固定於上述碳纖維片。 [發明之效果]
關於本發明，於上述強化纖維片之表面上，且在橫穿上述強化纖維片之方向上，強化纖維片之每面積10 mm2 存在平均1根以上之橋接纖維，上述橋接纖維藉由上述表面之樹脂接著固定於上述強化纖維片。藉此，可提供一種寬度方向之強度較高、開裂性較低、且操作性得以改善之樹脂一體化強化纖維片。又，關於本發明之製造方法，於強化纖維絲群之開纖步驟中或開纖步驟後自強化纖維絲群產生橋接纖維，或使橋接纖維掉落至強化纖維片，並利用樹脂使其接著固定於強化纖維片，藉此可高效率地製造本發明之樹脂一體化強化纖維片。
FRP用開纖片之半預浸體要求降低質量。其原因在於，開纖片之質量愈低，愈能夠消除含浸不良，並減少含浸之時間。但是，於低質量之開纖片中，新出現了開裂性之問題。低質量之開纖片容易開裂，若於含浸樹脂之步驟或搬運途中受到衝擊，則會導致破損或開裂。即，操作性極差。半預浸體係未使樹脂完全含浸於開纖片之片材，於使纖維束開纖後，僅藉由粉末等基質樹脂簡易固定。質量愈低，橫向接著性愈下降。因此，要求質量較低，且橫向接著性較高之低開裂性之開纖片。 另一方面，如專利文獻1～2所提出般，細毛較少之碳纖維片強度較高，因此細毛儘可能少被視作技術常識。 但是，本發明者等人敢於違反上述技術常識，嘗試使橋接纖維存在於經開纖之較薄之強化纖維片之寬度方向上，並藉由作為保形構件的表面之樹脂進行接著固定，結果驚奇地發現樹脂一體化強化纖維片之寬度方向之強度較高，能夠改善操作性。即，可知即便犧牲一部分強化纖維之配向性，若產生橋接纖維或使相當於橋接纖維之強化纖維掉落，則亦有助於寬度方向之強度及操作性之改善。本發明之強化纖維可列舉碳纖維、芳香多醯胺纖維、玻璃纖維等，但此處以碳纖維為具體例進行記載。
本發明之樹脂一體化碳纖維片係使碳纖維絲群開纖並於一方向上並排狀地排列而成之樹脂一體化碳纖維片。所謂碳纖維絲群，意指多根碳纖維絲之束（以下，亦稱為「碳纖維未開纖絲束」）。所謂開纖，係指將構成絲束之多根碳纖維於寬度方向上解開，使之成為較薄之片狀或帶狀。較佳之厚度為0.02～0.4 mm，進而較佳為0.02～0.3 mm。本發明中所使用之碳纖維未開纖絲束較佳為3～60 K，進而較佳為12～60 K。此處，K表示1000根，市售品之大絲束於例如50 K（50,000根）之情形時，通常之寬度為12 mm左右。
於碳纖維片之表面上，且在橫穿碳纖維片之方向上，樹脂一體化碳纖維片之每面積10 mm2 存在平均1根以上之橋接纖維。較佳為，橋接纖維於樹脂一體化碳纖維片之每面積10 mm2 平均為5～300根，較佳為平均10～200根，更佳為平均25～150根，進而較佳為平均30～135根。若為上述根數，則寬度方向之強度較高，操作性良好。橋接纖維之角度只要係橫穿碳纖維排列方向之方向則可為任意方向，且只要自碳纖維之排列方向起超過0度且未達180度即可。最有效的角度為90度，但橋接纖維之角度較難控制，可為所有方向。
於碳纖維片之至少表面上局部地存在樹脂，橋接纖維藉由表面之樹脂接著固定於碳纖維片。藉此，寬度方向之強度較高，操作性變得良好。
橋接纖維較佳為選自從碳纖維絲群分離之碳纖維、及掉落至碳纖維片之碳纖維中之至少一種。橋接纖維之作用功能如上所述。
橋接纖維可存在於碳纖維片之一面，亦可存在於兩個表面。就寬度方向之強度及操作性而言，較佳為存在於兩面。較佳為於碳纖維片之內部，亦在橫穿碳纖維片之方向上存在橋接纖維。橋接纖維之一部分可存在於碳纖維片之表面上，其餘部分可存在於碳纖維片之內部。
作為保形構件之樹脂較佳為選自熱塑性樹脂及熱固性樹脂中之至少一種。作為熱塑性樹脂，可使用聚乙烯、聚丙烯等聚烯烴樹脂、尼龍（聚醯胺）樹脂、聚醯亞胺樹脂、聚酯樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚醚醚酮樹脂、聚醚酮酮樹脂、苯氧基樹脂等，但並不限定於該等。作為熱固性樹脂，可使用環氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、酚樹脂、三聚氰胺樹脂等，但並不限定於該等。其中較佳為熱塑性樹脂。 關於保形構件之態樣，只要能夠藉由膜、不織布、網狀物、粉末等之樹脂對片材進行形狀保持則並無特別限制。就操作之觀點而言，較佳為粉末之形狀，粉末之樹脂尤佳為基質樹脂。
本發明之樹脂一體化碳纖維片之樹脂之附著狀態較佳為樹脂熔融固化並附著於經開纖之碳纖維片之表面附近，樹脂未含浸於碳纖維片內部或一部分含浸於碳纖維片內部。若為上述狀態，則將樹脂一體化碳纖維片於複數片積層之狀態下加熱、加壓而成形為纖維強化樹脂成形品，故較佳。
於將樹脂一體化碳纖維片中之碳纖維設為100質量%時，橋接纖維可為0.01～25質量%，較佳為0.1～25質量%，更佳為1～25質量%，進而較佳為5～15質量%。若橋接纖維以上述比率存在，則碳纖維片之寬度方向之強度較高，開裂性較低，且能夠進一步改善操作性。 再者，自上述碳纖維絲群產生橋接纖維之情形時之質量%係測定露出於開纖片之表面之橋接纖維量而計算出。關於測定，係將開纖片截取成任意大小，謹慎地僅將露出於該樣本之兩面之橋接纖維取出，利用電子天平測定質量，並計算出每單位面積（g/m2 ）之橋接纖維量。
於將樹脂一體化碳纖維片設為100體積%時，上述纖維較佳為30～70體積%，更佳為35～65體積%，進而較佳為40～60體積%。若為上述比率，則較佳地作為｢用以將樹脂一體化碳纖維片於複數片積層之狀態下加熱、加壓而成形為纖維強化樹脂成形品｣之碳纖維強化樹脂中間材料。樹脂一體化碳纖維片之質量較佳為10～3000 g/m2 ，更佳為20～2000 g/m2 ，進而較佳為30～1000 g/m2 。
樹脂一體化碳纖維片表面之樹脂較佳為對碳纖維片進行成形加工時之基質樹脂。藉此，能夠將樹脂一體化碳纖維片於複數片積層之狀態下加熱、加壓而成形為纖維強化樹脂成形品。
關於碳纖維片（以下，亦稱為「開纖片」）之寬度，每構成纖維根數1000根較佳為0.1～5.0 mm。具體而言，關於開纖片之寬度，於50 K或60 K等之大絲束之情形時，每構成纖維根數1000根為0.1～1.5 mm左右，於12 K或15 K等之普通絲束之情形時，每構成纖維根數1000根為0.5～5.0 mm左右。每根絲束之構成纖維根數愈增加，纖維之撚度愈大，愈難進行開纖，因此開纖片之寬度亦變窄。藉此，可使碳纖維製造商所銷售之未開纖絲束擴展，製成易使用之開纖片，供給至各種成形物。供給絲之碳纖維束（絲束）較佳為5,000～50,000根/束，該碳纖維束（絲束）較佳為供給10～280根。若如此供給複數根碳纖維束（絲束）並進行開纖，製成1片片材，則碳纖維束（絲束）與碳纖維束（絲束）之間容易開裂，但若藉由樹脂將具有各種方向性之橋接纖維接著固定於片材，則亦能夠防止絲束間之開裂。
橋接纖維之平均長度較佳為1 mm以上，進而較佳為5 mm以上。若橋接纖維之平均長度處於上述範圍內，則成為寬度方向之強度較高、操作性優異之碳纖維片。再者，橋接纖維如圖11所示，設為4種態樣：a）短纖維，且兩端被切斷者31；b）長纖維，且兩端被切斷者32；c）長纖維，且一端被切斷者33；及d）長纖維，且兩端未被切斷者34。30係樹脂一體化碳纖維片，S為面積10 mm2 。
本發明之樹脂一體化碳纖維片之製造方法包含如下步驟。 A 於藉由選自通過複數個輥、通過開纖棒、及空氣開纖中之至少一種方法使碳纖維絲群開纖，並使其等於一方向上並排狀地排列時，於開纖時或開纖後自碳纖維絲群產生橋接纖維，或於開纖時或開纖後使橋接纖維掉落至碳纖維片，上述橋接纖維於碳纖維片之每面積10 mm2 平均為1根以上。於通過輥或開纖棒而使碳纖維絲群開纖之情形時，可藉由對碳纖維絲群施加張力，而於開纖時自碳纖維絲群產生橋接纖維。碳纖維絲群之張力例如可設為每15,000根為2.5～30 N之範圍。於採用空氣開纖之情形時，較佳為於之後藉由輥或開纖棒產生橋接纖維。於自碳纖維絲群產生橋接纖維之情形時，橋接纖維成為與構成碳纖維片之碳纖維交織之狀態。此處，所謂交織，包含相互纏繞。例如，橋接纖維之一部分或全部存在於碳纖維片內，與在一方向上排列之碳纖維立體地交織。 B 對碳纖維片賦予粉體樹脂。 C 於無加壓（未加壓）狀態下將粉體樹脂加熱熔融，並進行冷卻，使樹脂局部地存在於碳纖維片之至少表面之一部分。此時，藉由表面之樹脂將橋接纖維接著固定於碳纖維片。
具體而言，作為本發明之樹脂一體化碳纖維片之製造方法之一例，存在下述方法，使用圖式進行說明。於以下圖中，相同符號表示同一物體。 ＜空氣開纖步驟＋橋接纖維產生步驟＋粉體樹脂賦予步驟＞ 如圖3所示，將碳纖維絲群8夾在複數個夾輥9a、9b間，於兩者間之壓緊輥10a、10b之間設置撓曲空間11，於對撓曲空間11內之空氣進行抽吸之狀態下使碳纖維絲群8通過。藉此使碳纖維絲群8開纖（空氣開纖步驟22）。撓曲空間11可為1個，亦可設置複數個。碳纖維絲群8係將來自複數個供給捲絲管7之絲束聚集而製作。 於開纖步驟後，將經開纖之絲束夾於夾輥9b、9c間，使其通過設置於兩者間之複數個橋接輥12a-12d之間，例如於每15,000根（相當於自1個供給捲絲管供給之碳纖維絲群）2.5～30 N之範圍內施加絲束之張力，藉此產生橋接纖維（橋接纖維產生步驟24）。橋接輥可進行旋轉，亦可於寬度方向上振動。橋接輥例如表面為緞光加工面（crepe）、凹凸、鏡面，利用複數個輥使碳纖維絲群彎曲、固定、旋轉、振動或該等之組合動作，藉此產生橋接纖維。13a-13g為導輥。 之後，自粉體供給漏斗14將乾式粉末樹脂15撒向開纖片之表面，於無壓力狀態下供給至加熱裝置16內進行加熱，使乾式粉末樹脂15熔融，並於導輥13f-13g間進行冷卻。之後，亦自粉體供給漏斗17向開纖片之背面撒上乾式粉末樹脂18，於無壓力狀態下供給至加熱裝置19內進行加熱，使乾式粉末樹脂18熔融，並進行冷卻，再捲繞於捲取輥20（粉體樹脂賦予步驟25）。乾式粉末樹脂15、18例如設為苯氧基樹脂（軟化點180℃），加熱裝置16、19內之溫度各設為熔點或軟化點之＋20～60℃，滯留時間各設為4秒。藉此，碳纖維開纖片之寬度方向之強度提高，構成碳纖維不會散亂，可作為片材進行處理。
＜輥開纖步驟（＋橋接纖維產生步驟）＋粉體樹脂賦予步驟＞ 如圖4所示，使碳纖維絲群8通過開纖輥21a-21j之間，藉此於開纖時產生橋接纖維（輥開纖步驟23）。開纖輥可固定或旋轉，亦可於寬度方向上振動。於橋接纖維產生得較少之情形時，將經開纖之絲束夾於夾輥9a、9b間，使其通過設置於兩者間之複數個橋接輥12a-12b之間，例如於每15,000根2.5～30 N之範圍內施加絲束之張力，藉此產生橋接纖維（橋接纖維產生步驟24）。於藉由輥開纖步驟23產生足夠之橋接纖維之情形時，無需橋接纖維產生步驟24。之後，使其通過與圖3相同之粉體樹脂賦予步驟25。
＜橋接輥＞ 作為橋接輥，除圖3-4所示者以外，亦存在圖5Α-D所示之橋接輥等。圖5A係將橋接輥12a以接觸碳纖維絲群8之狀態配置於導輥13a、13b間之例。圖5B係將橋接輥12a以使碳纖維絲群8彎曲之狀態配置於導輥13a、13b間之例。圖5C係將橋接輥12a、12b以夾持碳纖維絲群8之狀態配置於導輥13a、13b間之例。圖5D係將橋接輥12a、12b以使碳纖維絲群8彎曲之狀態配置於導輥13a、13b間之例。如此使碳纖維絲群接觸橋接輥或使碳纖維絲群彎曲地通過，藉此能夠產生橋接纖維。橋接輥12a、12b可固定或旋轉，亦可於寬度方向上振動。圖6係圖5B之立體圖。
＜棒開纖步驟＋粉體樹脂賦予步驟＞ 作為圖4之實施形態之變化例，可將開纖輥21a-21j變更為開纖棒。開纖棒之位置亦可改變。開纖棒例如為具有能夠跨及絲束之寬度方向之全寬地進行接觸之長度，且具有特定厚度之板狀體，接觸絲束之部分形成為曲面狀，整體為縱向較長之長圓狀。開纖裝置6之主要部分由壓住絲束之開纖棒（被固定之開纖棒）與於絲束之寬度方向上振動之開纖棒（進行振動之開纖棒）之一對構成，可設置複數個開纖棒。碳纖維未開纖絲束8自供給捲絲管7供給，彎曲地通過被固定之開纖棒與進行振動之開纖棒之間，未開纖絲束8於藉由被固定之開纖棒壓住之狀態下，藉由進行振動之開纖棒於寬度方向上振動，因此於寬度方向上擴展並開纖，從而成為開纖片。作為較佳之形態，可上下設置2個被固定之開纖棒，並自被固定之開纖棒之上下2個方向供給未開纖絲束，使絲束分別通過進行振動之開纖棒之上部下部而進行開纖。可針對自供給捲絲管供給之每根未開纖絲束，藉由開纖步驟進行開纖。此時，1根未開纖絲束於通過位於下側之被固定之開纖棒之上部時通過進行振動之開纖棒之下部，相鄰之另1根未開纖絲束通過位於上側之被固定之開纖棒之下部，並通過進行振動之開纖棒之下部。於該形態中，於1個纖維絲束之寬度方向上擴展並開纖，並於開纖後在導輥13a上成為使開纖絲束排成一行之片狀，於通過導輥13b後，成為碳纖維開纖片。於該步驟中，不存在橋接纖維產生步驟24。之後，自粉體供給漏斗14將乾式粉末樹脂15撒向開纖片之表面，於無壓力狀態下供給至加熱裝置16內進行加熱，使乾式粉末樹脂15熔融，並於導輥13e-13g間進行冷卻。之後，亦自粉體供給漏斗17向開纖片之背面撒上乾式粉末樹脂18，於無壓力狀態下供給至加熱裝置19內進行加熱，使乾式粉末樹脂18熔融，並進行冷卻，再捲繞於捲取輥20（粉體樹脂賦予步驟25）。乾式粉末樹脂15、18設為熱塑性樹脂，加熱裝置16、19內之溫度較佳為熔點＋5～60℃、或軟化點＋5～60℃，滯留時間分別較佳為2～60秒。熱塑性樹脂之乾式粉末於碳纖維開纖片表面熔融，在離開加熱裝置後固化，從而將橋接纖維固定。藉此，碳纖維開纖片之寬度方向之強度提高，構成碳纖維不會散亂，可作為一體化之片材進行處理。
亦可於碳纖維絲群之開纖時或開纖後使橋接纖維掉落至碳纖維片。橋接纖維之掉落步驟可設在粉體樹脂之賦予步驟之前或之後。
粉體樹脂之賦予可採用粉體塗佈法、靜電塗佈法、噴塗法（air blast）、流動浸漬法等。較佳為使粉體樹脂掉落至碳纖維片表面之粉體塗佈法。例如於碳纖維片上撒上乾式粉末狀之粉體樹脂。
碳纖維絲群較佳為於捲繞於捲絲管之狀態下被供給複數根，於絲束之寬度方向上被擴展並進行開纖，藉由橋接輥產生橋接纖維，從而被製成狀態為樹脂並未完全含浸之1片開纖碳纖維樹脂片。即所謂半預浸體。藉由該方法，產生自碳纖維絲群分離之橋接纖維。較佳為於開纖步驟中對碳纖維絲群施加張力，從而自碳纖維絲群產生橋接纖維。橋接纖維與構成碳纖維片之碳纖維交織配置。例如，於開纖步驟中將碳纖維絲群之張力設為每15,000根2.5 N以上，從而自上述碳纖維絲群產生橋接纖維。較佳之張力為每15,000根3.0 N以上。藉此，容易產生橋接纖維。
關於橋接輥之形狀，與碳纖維絲群接觸之面較佳為曲面，其剖面形狀只要為圓形、橢圓形、長圓形等即可。其原因在於，當碳纖維絲群接觸橋接輥時，若橋接輥具有角則會切斷絲線。又，橋接輥之表面可為具有凹凸之緞光加工面，亦可為不具有凹凸之鏡面。
藉由橋接輥產生橋接纖維之態樣只要可產生橋接纖維則並無特別限制，橋接輥接觸經開纖之碳纖維絲群，藉由此時產生之摩擦力產生橋接纖維。亦可設置1個橋接輥，並壓抵於經開纖之碳纖維絲群。此時，可將橋接輥固定，亦可使其旋轉，亦可使其振動。再者，本發明中之橋接纖維並非因張力或撓曲等而偶然產生者。
作為另一態樣，可設置2個導輥，於其間設置橋接輥，並壓抵於經開纖之碳纖維絲群而使碳纖維絲群通過。此時，橋接輥可設置於上表面，亦可設置於下表面。亦可於上表面與下表面設置2個。
作為又一個態樣，亦可設置2個橋接輥，一面對經開纖之碳纖維絲群進行加壓一面使其通過。此時，亦可使橋接輥旋轉。
作為又一個態樣，可設置2個導輥，於其間使橋接輥於寬度方向上振動，並一面壓抵於經開纖之碳纖維絲群一面使碳纖維絲群通過。此時，橋接輥可設置於上表面，亦可設置於下表面。亦可於上表面與下表面設置2個。
作為又一個態樣，可使開纖棒於進行開纖時具備橋接輥之作用，於一面使碳纖維絲群接觸開纖棒一面使其通過時，可藉由開纖步驟對碳纖維絲群施加張力（例如每15,000根2.5～30 N之範圍內），從而自碳纖維絲群產生橋接纖維。具備橋接輥之作用之開纖棒可為1個以上。又，可使開纖棒於寬度方向上振動。此時，開纖棒可設置於上表面，亦可設置於下表面。亦可於上表面與下表面設置2個。
可藉由開纖棒與該橋接輥之設置而高效率地控制橋接纖維之產生。本發明之碳纖維片較佳為｢用以於複數片積層之狀態下進行加熱、加壓而成形為纖維強化樹脂成形品｣之碳纖維強化樹脂中間材料。本發明之碳纖維片即便為1片亦可成形為纖維強化樹脂成形品。
於上述開纖之步驟中，較佳為藉由至少一對開纖機構進行開纖，該開纖機構由用以使碳纖維絲群（碳纖維未開纖絲束）彎曲地通過之開纖棒（被固定之開纖棒）、及於絲束之寬度方向上振動之開纖棒（進行振動之開纖棒）構成。未開纖絲束於由開纖棒壓住之狀態下藉由開纖棒於寬度方向上振動，因此未開纖絲束於寬度方向上擴展並開纖。開纖棒為具有能夠跨及絲束之寬度方向之全寬地進行接觸之長度，且具有特定厚度之板狀體，接觸絲束之部分形成為曲面狀。開纖棒之剖面較佳為圓形、橢圓形、長圓形等，其中較佳為長圓形。尤其是，開纖棒能夠於上表面與下表面接觸未開纖絲束，因此剖面較佳為縱向較長之長圓形。由被固定之開纖棒與進行振動之開纖棒構成之開纖機構較佳為設置2～4對。如此，可高效率地進行開纖。
於上述開纖之步驟中，用以使碳纖維絲群（碳纖維未開纖絲束）彎曲地通過之被固定之開纖棒之端部（接觸絲束之部分）與進行振動之開纖棒之端部（接觸絲束之部分）之高度差ΔH較佳為設為5～30 mm，更佳為8～20 mm。由於上述差，碳纖維未開纖絲束可彎曲地通過，並接觸進行振動之開纖棒之表面而容易被開纖。上述高度差ΔH可起初較高，並逐漸降低。開纖棒之振幅較佳為1～20 mm，更佳為2～10 mm，振動數較佳為10～100 Hz，更佳為15～50 Hz。藉此，可高效率地使未開纖絲束開纖。
圖1係本發明之一實施形態之樹脂一體化碳纖維片1之示意俯視圖，圖2係該樹脂一體化碳纖維片1之寬度方向之示意剖視圖。於經開纖之碳纖維片2之表面上，橋接纖維3在各個方向上配置。又，樹脂4熔融固化並附著於碳纖維片2之表面附近，樹脂4為未含浸於碳纖維片2內部或一部分含浸於碳纖維片2內部之程度。樹脂4將橋接纖維3接著固定於碳纖維片2之表面。如圖2所示，於碳纖維片2之表面存在橋接纖維3a、3b。橋接纖維3a係整體位於碳纖維片2之表面，且使短纖維掉落至碳纖維片之情形。橋接纖維3b係一部分位於碳纖維片2之表面，一部分進入內部而與碳纖維交織之狀態。其係於開纖時或開纖後產生橋接纖維之情形。樹脂4將橋接纖維3接著固定於碳纖維片2之表面。又，存在附著有樹脂4之部分、及未附著樹脂之部分5。未附著樹脂之部分5成為｢於將樹脂一體化碳纖維片1在複數片積層之狀態下加熱、加壓而成形為纖維強化樹脂成形品時，供纖維片內部之空氣自該部分釋出｣之通路，藉由加壓，表面之樹脂易含浸於整個纖維片內。藉此，樹脂4成為碳纖維片2之基質樹脂。 [實施例]
使用以下實施例，具體地對本發明進行說明。再者，本發明並不限定於下述實施例。 （實施例1） （1）碳纖維未開纖絲束 使用如下之碳纖維未開纖絲束：三菱化學公司製造；商品號：PYROFILE TR 50S15L；形狀：普通絲束 長絲15 K（15,000根）、單纖維直徑7 μm。於該碳纖維未開纖絲束之碳纖維上附著有環氧系化合物作為上漿劑。 （2）未開纖絲束之開纖機構 使用圖4之變化例之開纖機構進行開纖。為使碳纖維絲群通過6根開纖棒，將被固定之開纖棒與進行振動之開纖棒交替配置，進行振動之開纖棒於上下配置。開纖棒均準備形狀為縱向較長之長圓狀者。於開纖步驟中，碳纖維絲群（絲束）之張力設為每15,000根15 N。如此，製成碳纖維絲構成根數50 K、開纖寬度500 mm、厚度0.2 mm之開纖片。 （3）樹脂及熱處理 使用苯氧基樹脂（軟化點：180℃）作為乾式粉末樹脂。乾式粉末樹脂之平均粒徑為80 μm。該樹脂針對碳纖維開纖片1 m2 平均單面賦予16.3 g、兩面賦予32.6 g。加熱裝置11、15內之溫度各設為220℃、滯留時間各設為4秒。所獲得之樹脂一體化纖維片之質量為82.6 g/m2 ，纖維體積（Vf）為50體積%，熱塑性樹脂為50體積%。但是，上述體積比率係樹脂含浸後之理論計算值。由於該樹脂一體化碳纖維片含有空氣，因此無法計算出其自身之體積比率。 （4）樹脂一體化碳纖維片之評價 所獲得之樹脂一體化碳纖維片之質量為82.6 g/m2 。關於橫穿碳纖維片之方向之橋接纖維，在10處中平均碳纖維片之每面積10 mm2 為66根。 將樹脂一體化碳纖維片設為長度10 mm、寬度50 mm，於在垂直於長邊方向之方向上進行拉伸時，分別比較開裂之容易性。
（實施例2） 使用與實施例1相同之開纖機構進行開纖。若依照國際公開第2018/038033號所記載之方法，進行碳纖維絲之表面處理後使其開纖，則幾乎不產生橋接纖維。於撒上乾式粉末樹脂前，將切斷成平均5.0 mm之碳纖維撒向碳纖維片，單面約5質量%、兩面約10質量%，除此以外，以與實施例1相同之方式進行實驗。
（比較例1） 於實施例2中，未將切斷之碳纖維撒向碳纖維片，除此以外，以與實施例2相同之方式進行實驗。 所獲得之樹脂一體化碳纖維片之質量為132.5 g/m2 。於將該樹脂一體化碳纖維片設為長度150 mm、寬度150 mm時，手持片材之寬度方向之一端使其垂吊，但卻導致開裂，操作性極差。
如圖7所示，針對實施例1之樹脂一體化碳纖維片26之輥側，在橫向上於左側27、中央側28、右側29中各選擇了三個部位，並使用掃描式電子顯微鏡拍攝了照片。對於片材寬度500 mm，針對左側27、中央側28、右側29各於3個部位上藉由掃描式電子顯微鏡（SEM）拍攝了照片。拍攝部位任意選擇了3處。自該3個部位之照片任意選擇3處，目視確認橋接纖維。 圖8係圖7所示之左側27之樹脂一體化碳纖維片之俯視照片（各照片倍率50倍）。圖9係圖7所示之中央部28之樹脂一體化碳纖維片之俯視照片（各照片倍率50倍）。圖10係圖7所示之右側29之樹脂一體化碳纖維片之俯視照片（各照片倍率50倍）。每處之測定範圍設為2.3 mm×1.7 mm之平面。結果記載於下表。
[表1]
左側 照片① 照片② 照片③
   1 2 3 1 2 3 1 2 3
根數(根） 21 30 21 25 23 25 19 20 26
[表2]
中央側 照片① 照片② 照片③
   1 2 3 1 2 3 1 2 3
根數(根） 26 20 29 13 15 21 27 52 20
[表3]
右側 照片① 照片② 照片③
   1 2 3 1 2 3 1 2 3
根數(根） 41 39 29 36 17 24 18 30 28
[表4]
數值 每2.3 mm×1.7 mm之根數 每面積10 mm2 之根數
平均 25.7根 65.7根
最大（Max） 52根 133.0根
最小（Min） 13根 33.2根
＜撕裂難度之測定＞ 碳纖維片之撕裂難度之測定係藉由下述評價，試著用手將其輕輕地揮舞，測試是否會產生撕裂。樣本之大小設為樹脂一體化碳纖維片長度150 mm、寬度150 mm。 評價基準 A：未撕裂，極佳。 B：局部產生撕裂，但於實用方面足夠良好。 C：被撕裂。 將結果彙總表示於表5。
[表5]
項目 實施例1 實施例2 比較例1
撕裂難度 A B C
實施例1-2之撕裂難度為良好，比較例1與實施例1-2相比，結果為立即被撕裂。尤其是產生有橋接纖維之實施例1之結果較為良好。 [產業上之可利用性]
本發明之碳纖維開纖片能夠廣泛地應用於風力發電所使用之葉片、高爾夫球桿之桿身、釣竿等各種體育用品、飛機、汽車、壓力容器等。
1、26、30:樹脂一體化碳纖維片 2:碳纖維片 3、3a、3b、31-34:橋接纖維 4:樹脂 5:未附著樹脂之部分 6:開纖裝置 7:供給捲絲管 8:碳纖維絲群（碳纖維未開纖絲束） 9a、9b、9c:夾輥 10a、10b:壓緊輥 11:撓曲空間 12a-12d:橋接輥 13a-13h:導輥 14、17:粉體供給漏斗 15、18:乾式粉末樹脂 16、19:加熱裝置 20:捲取輥 21a-21j:開纖輥 22:空氣開纖步驟 23:輥開纖步驟 24:橋接纖維產生步驟 25:粉體樹脂賦予步驟
[圖1]係本發明之一實施形態之樹脂一體化碳纖維片之示意俯視圖。 [圖2]係該樹脂一體化碳纖維片之寬度方向之示意剖視圖。 [圖3]係表示本發明之一實施形態之樹脂一體化碳纖維片之製造方法之示意步驟圖。 [圖4]係表示本發明之另一實施形態之樹脂一體化碳纖維片之製造方法之示意步驟圖。 [圖5]Α-D係本發明之一實施形態之開纖裝置之示意說明圖。 [圖6]係圖5B之局部放大立體圖。 [圖7]係表示該樹脂一體化碳纖維片之俯視照片之拍攝部位之說明圖。 [圖8]係圖7所示之左側之樹脂一體化碳纖維片之俯視照片（各照片倍率50倍）。 [圖9]係圖7所示之中央部之樹脂一體化碳纖維片之俯視照片（各照片倍率50倍）。 [圖10]係圖7所示之右側之樹脂一體化碳纖維片之俯視照片（各照片倍率50倍）。 [圖11]係面積10 mm2 內之橋接纖維之說明圖。
1:樹脂一體化碳纖維片
2:碳纖維片
3:橋接纖維
4:樹脂

Claims (16)

  1. 一種強化纖維片，其係藉由保形構件對使強化纖維絲群開纖並於一方向上並排狀地排列而成之強化纖維片進行形狀保持而成者，其特徵在於： 於上述強化纖維片之表面上，且在橫穿上述強化纖維片之方向上，上述強化纖維片之每面積10 mm2 存在平均1根以上之橋接纖維（bridge fiber）， 上述保形構件於存在橋接纖維之狀態下，對強化纖維片進行形狀保持。
  2. 一種樹脂一體化碳纖維片，其係於使碳纖維絲群開纖並在一方向上並排狀地排列而成之碳纖維片之至少表面上局部地存在樹脂者，其特徵在於： 於上述碳纖維片之表面上，且在橫穿上述碳纖維片之方向上，上述碳纖維片之每面積10 mm2 存在平均1根以上之橋接纖維， 上述橋接纖維藉由上述表面之樹脂接著固定於上述碳纖維片。
  3. 如請求項2之樹脂一體化碳纖維片，其中，上述橋接纖維係選自從碳纖維絲群分離之碳纖維、及掉落至碳纖維片之碳纖維中之至少一種。
  4. 如請求項2之樹脂一體化碳纖維片，其中，上述橋接纖維存在於碳纖維片之兩個表面。
  5. 如請求項2之樹脂一體化碳纖維片，其中，於上述碳纖維片之內部亦存在橋接纖維。
  6. 如請求項2之樹脂一體化碳纖維片，其中，上述樹脂係選自熱塑性樹脂及熱固性樹脂中之至少一種。
  7. 如請求項2之樹脂一體化碳纖維片，其中，樹脂熔融固化並附著於上述經開纖之碳纖維片之表面附近，上述樹脂未含浸於碳纖維片內部，或一部分含浸於碳纖維片內部。
  8. 如請求項2之樹脂一體化碳纖維片，其中，於將上述樹脂一體化碳纖維片中之碳纖維設為100質量%時，橋接纖維為0.01～25質量%。
  9. 如請求項2之樹脂一體化碳纖維片，其中，於將上述樹脂一體化碳纖維片設為100體積%時，上述纖維為30～70體積%。
  10. 如請求項2之樹脂一體化碳纖維片，其中，上述樹脂係對上述碳纖維片進行成形加工時之基質樹脂。
  11. 如請求項2之樹脂一體化碳纖維片，其中，上述碳纖維片之寬度係每構成纖維根數1000根為0.1～5.0 mm。
  12. 如請求項2之樹脂一體化碳纖維片，其中，上述橋接纖維之平均長度為1 mm以上。
  13. 一種樹脂一體化碳纖維片之製造方法，其 於藉由選自通過複數個輥、通過開纖棒、及空氣開纖中之至少一種方法使碳纖維絲群開纖，並使其等於一方向上並排狀地排列時， 於上述碳纖維絲群之開纖時或開纖後自上述碳纖維絲群產生橋接纖維，或於碳纖維絲群之開纖時或開纖後使橋接纖維掉落至碳纖維片， 上述橋接纖維於碳纖維片之每面積10 mm2 平均為1根以上， 對上述碳纖維片賦予粉體樹脂，於無加壓狀態下加熱熔融，並進行冷卻，使樹脂局部地存在於上述碳纖維片之至少表面上， 藉由上述表面之樹脂將上述橋接纖維接著固定於上述碳纖維片。
  14. 如請求項13之樹脂一體化碳纖維片之製造方法，其中，上述開纖棒或輥於使上述碳纖維絲群開纖時，於寬度方向上振動。
  15. 如請求項13之樹脂一體化碳纖維片之製造方法，其中，上述粉體樹脂係藉由掉落至碳纖維片而進行賦予。
  16. 如請求項13之樹脂一體化碳纖維片之製造方法，其中，上述碳纖維絲群於捲繞於捲絲管之狀態下被供給複數根，並於寬度方向上被擴展並開纖，從而被製成1片開纖片。
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