TW202222545A - 纖維補強樹脂拉拔成形體及其製造方法 - Google Patents

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田中忠玄
平石陽一
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Abstract

本發明係一種將纖維片成形而得之纖維補強樹脂拉拔成形體，上述纖維片係至少於纖維表面熔合有成為上述拉拔成形體基質之熱塑性粉體樹脂的半預浸體（semi-preg）片，上述纖維補強樹脂拉拔成形體係上述纖維片受到拉拔成形，上述熱塑性樹脂填充於上述纖維片內及上述纖維片間而一體化。該成形體40係藉由下述方式成形：收束纖維片32，並供給至拉拔成形模具37之加熱部34；於加熱部34加熱至上述熱塑性樹脂之熔點或樹脂流動溫度以上，同時壓縮纖維片32；於成形部35進行成形；於冷卻部36進行冷卻，製成拉拔成形體；利用拉拔輥38a、38b從拉拔成形模具37拉出。

Description

纖維補強樹脂拉拔成形體及其製造方法
本發明係關於一種使用半預浸體（semi-preg）片之纖維補強樹脂拉拔成形體及其製造方法。
由樹脂材料所構成之線狀物於各種領域、用途中被使用，但具有更高強度或撞擊性之纖維強化樹脂複合材料之需求不斷升高。尤其是關於碳纖維，正開發經與各種基質樹脂複合化之線狀物。 使用熱硬化性樹脂之線狀物容易加工，但成形速度緩慢或脆性、二次加工性不易實現等被認為是問題。另一方面，由於熱塑性樹脂成形速度快且具有韌性、二次加工性容易實現，故使用了熱塑性樹脂之纖維強化樹脂製線狀物受到關注。 然而，熱塑性樹脂黏度高，樹脂難以含浸於纖維束。因此，提出了若干線狀物成形及樹脂含浸之技術。於專利文獻1，提出利用分配器，將排列成片狀之補強用纖維含浸熱塑性樹脂而成之預浸體片分開，並成形為棒狀。於專利文獻2，提出從端部纏繞片狀碳纖維預浸體，並且利用長絲纏繞機器將碳纖維纏繞於碳纖維束之外周。於專利文獻3，提出使用約束材料來束合纖維束，將其浸漬於熱塑性樹脂溶液，製成線材。於專利文獻4，則提出將單向織物之端部向裏折，成形為棒狀。 [先前技術文獻]  [專利文獻]
專利文獻1：日本特開平5-50434號公報 專利文獻2：日本特開平7-23679號公報 專利文獻3：日本特開2016-172870號公報 專利文獻4：日本特開2007-1299號公報
然而，關於上述先前技術，將可液化之熱塑性樹脂直接含浸於粗紗之方法存在可液化之樹脂受到限定之問題。又，關於使用預浸體片之方法，由於預浸體片本身較硬，故而需要將片加熱以使其軟化之步驟，或者將片切割成寬度短之細長狀並將其積層多層之步驟。又，由於預浸體片本身之成本高，還需要進行切割之步驟，故而成本及製造速度（生產性）成為課題。
為了解決上述先前技術之問題，本發明提供一種使用操作性及柔軟性良好之半預浸體片，成形加工性優異並且能夠進行連續之成形體之成形的纖維補強樹脂拉拔成形體及其製造方法。
本發明之纖維補強樹脂拉拔成形體係將纖維片成形而得者，其特徵在於：上述纖維片係至少於纖維表面熔合有成為基質之熱塑性粉體樹脂的半預浸體片，上述纖維補強樹脂拉拔成形體係上述纖維片受到拉拔成形，上述熱塑性樹脂填充於上述纖維片內及上述纖維片間而一體化。
本發明之纖維補強樹脂拉拔成形體之製造方法，係使用纖維片之纖維補強樹脂拉拔成形體之製造方法，其特徵在於：上述纖維片係至少於纖維表面熔合有成為基質之熱塑性粉體樹脂的半預浸體片； 收束上述纖維片並供給至拉拔成形模具之加熱部； 於上述加熱部加熱至上述熱塑性樹脂之熔點或樹脂流動溫度以上，同時壓縮上述纖維片； 於上述拉拔成形模具之成形部進行成形； 於上述拉拔成形模具之冷卻部進行冷卻，製成拉拔成形體； 將上述拉拔成形體拉出。
本發明之纖維補強樹脂拉拔成形體，係上述纖維片收束後被拉拔成形，上述熱塑性樹脂填充於上述纖維片內及上述纖維片間而一體化。又，可提供一種使用操作性及柔軟性良好之半預浸體片，成形加工性優異並且能夠進行連續之成形體之成形的纖維補強樹脂拉拔成形體及其製造方法。即，本發明之纖維強化樹脂製拉拔成形體藉由使用柔軟性高之未含浸及/或半含浸之半預浸體片，拉拔成形性良好並且能夠進行連續之拉拔成形體之成形。又，本發明之製造方法係具有通用性之成形方法，可使各種形狀之成形體成形。進而，將熱塑性樹脂作為基質樹脂之拉拔成形體其二次加工性良好，亦容易加工成曲線狀之線狀物或鉚釘等零件。
本發明係使用纖維片之纖維補強樹脂拉拔成形體。上述纖維片係至少於纖維表面熔合有成為上述拉拔成形體基質之熱塑性粉體樹脂的半預浸體片。本發明之纖維補強樹脂拉拔成形體，係上述纖維片於收束狀態下受到拉拔成形，上述熱塑性樹脂填充於上述纖維片內及上述纖維片間而一體化。上述纖維片為半預浸體片即可，可使用單向連續纖維片、多向纖維片、織物、針織物等。再者，此處所謂之填充，係指將熱塑性樹脂含浸於纖維片內，充滿於纖維片與纖維片之間。
上述纖維補強樹脂拉拔成形體之內部，較佳為纖維片呈無定形摺疊之狀態。若將纖維片收束並從模具拉出進行成形，則成形體之內部處於纖維片呈無定形摺疊之狀態，上述熱塑性樹脂填充於上述纖維片內及上述纖維片間而成為實心成形體，藉此，孔隙亦會減少。若上述纖維補強樹脂拉拔成形體之內部處於纖維片呈無定形摺疊之狀態，則會成為無方向性之應力均勻之成形體。
上述纖維補強樹脂拉拔成形體於表面具有拉拔痕跡。又，構成上述纖維片之至少一部分纖維存在於表面。若收束纖維片並於模具拉出進行成形，則於成形體之表面殘留拉拔痕跡，可辨別是否進行過拉拔成形。
關於本發明中使用之纖維片之纖維體積的比率（Vf）較佳為25～70體積%，熱塑性樹脂之比率較佳為30～75體積%，更佳為纖維（Vf）為30～60體積%，樹脂之比率為40～70體積%。藉此，可將纖維片之樹脂成分直接作為成形體之基質樹脂成分，當製造成形體時無需再增加新的樹脂。
本發明之纖維補強樹脂拉拔成形體為連續物或將其切斷為規定長度。剖面直徑或厚度較佳為0.2～15 mm，更佳為1～10 mm。剖面形狀可為圓型、方型、C型、H型、L型等任意形狀。該成形體可為線狀、棒狀、平板狀（板狀）等。
本發明中使用之纖維片較佳包含單向連續纖維及其交錯方向之交聯纖維，並且上述熱塑性樹脂較佳將上述單向連續纖維與上述交聯纖維一體化。構成纖維片之纖維之主成分，係經開纖並於單向上並列狀排列之單向連續纖維。纖維之副成分較佳為排列於與單向連續纖維交錯之方向上之交聯纖維。熱塑性樹脂較佳以粉體從單向連續纖維及交聯纖維上附著，至少於單向連續纖維的表面使之熱熔合，並且將單向連續纖維與交聯纖維一體化。由於單向連續纖維與交聯纖維藉由經熱熔合之熱塑性樹脂而一體化，故該片之使用性良好，收束、拉拔及加熱成形時之操作性良好。
上述纖維片較佳為於單向連續纖維之表面附著並熱熔合有成為上述拉拔成形體基質之熱塑性粉體樹脂的半預浸體片。該半預浸體片藉由成形，其表面之熱塑性樹脂填充於纖維片內及纖維片間。藉此，可獲得賦形性（成形性）優異且孔隙減少之成形體。
將單向連續纖維與交聯纖維之合計設為100質量%時，單向連續纖維較佳為75～99質量%，更佳為80～97質量%，進而較佳為85～97質量%。又，交聯纖維較佳為1～25質量%，更佳為3～20質量%，進而較佳為3～15質量%。若為上述範圍，則成為一體性高且寬度方向之拉伸強度高之纖維片。交聯纖維之平均長度較佳為1 mm以上，進而較佳為5 mm以上。交聯纖維之平均長度之上限較佳為1000 mm以下，更佳為500 mm以下。若交聯纖維之平均長度處於上述範圍內，則成為寬度方向之強度高且使用性優異之纖維片。
纖維片之每單位面積之質量較佳為10～500 g/m 2，更佳為20～400 g/m 2，進而較佳為30～300 g/m 2。若為上述範圍，則容易進行收束纖維片並拉拔成形之操作。 本發明中使用之纖維片可包含配置於相對於單向連續纖維為其他方向之輔助紗。輔助紗係將纖維片之配向性保持不變者。作為輔助紗，例如可例舉玻璃纖維、芳香族聚醯胺纖維、聚酯纖維、尼龍纖維、維尼綸纖維等。
上述纖維片之纖維較佳為選自碳纖維、玻璃纖維及彈性模數較佳為380 cN/dtex以上之高彈性模數纖維中之至少一種。作為上述高彈性模數纖維，例如有芳香族聚醯胺纖維尤其是對位系芳香族聚醯胺纖維（彈性模數：380～980 cN/dtex）、聚芳酯纖維（彈性模數：600～741 cN/dtex）、雜環聚合物（PBO，彈性模數：1060～2200 cN/dtex）纖維、高分子量聚乙烯纖維（彈性模數：883～1413 cN/dtex）、聚乙烯醇纖維（PVA，強度：14～18 cN/dtex）等。該等纖維作為樹脂強化纖維有用。碳纖維尤其有用。
纖維片之單片厚度較佳為0.01～2.0 mm，更佳為0.02～1 mm，進而較佳為0.05～0.5 mm。若為上述範圍，則容易進行收束纖維片並拉拔成形之操作。
上述熱塑性樹脂，可使用聚醯胺系樹脂、聚碳酸酯系樹脂、聚丙烯系樹脂、聚酯系樹脂、聚乙烯系樹脂、丙烯酸系樹脂、苯氧樹脂、聚苯乙烯系樹脂、聚醯亞胺系樹脂及聚醚醚酮系樹脂等，但並不限定於該等。 熱塑性樹脂為粉體狀態，粉體係粉末或粒子等聚集而成者。又，粉體較佳為乾粉。
其次，對本發明之纖維補強樹脂拉拔成形體之製造方法進行說明。使用至少於纖維表面熔合有成為上述拉拔成形體基質之熱塑性粉體樹脂的半預浸體片，包括以下步驟。 （1）供給步驟：收束上述纖維片並供給至拉拔成形模具之加熱部； （2）加熱壓縮步驟：於上述拉拔成形模具之加熱部加熱至上述熱塑性樹脂之熔點或樹脂流動溫度以上，同時利用拉拔力壓縮上述纖維片； （3）成形步驟：於上述拉拔成形模具之成形部進行成形； （4）冷卻步驟：於上述拉拔成形模具之冷卻部進行冷卻，製成拉拔成形體； （5）拉拔步驟：將上述拉拔成形體從上述拉拔成形模具拉出。
於上述供給步驟中，使用一片或兩片以上之纖維片。纖維片較佳於選自摺疊狀態、纏繞狀態及積層細長狀片之狀態中之至少一種收束狀態下供給至加熱部。藉此，可使平面狀之纖維片接近棒狀等立體成形體。尤其是將細長狀纖維片積層後供給之情形，若於長度方向上錯開細長狀片來供給，則可獲得無長度限制之不間斷之拉拔成形體。又，纖維片之收束手段可使用導引器等。又，於收束纖維片時，可將纖維之配向方向設為任意角度。再者，此處所謂之收束，係指將纖維片彙集或束集，使其成為能夠成形之狀態。例如摺疊、纏繞、細長狀片之積層。 於使用纏繞之片的情形時，可進一步纏繞於纏繞之片。纏繞可以任意角度進行。纖維片亦可積層，可以0°、45°、90°等任意角度積層。通常，以0°之長邊方向（單向）之纖維片為基礎。所謂0°，意指纖維片之單向連續纖維之長邊方向與拉拔成形之拉拔方向（成形體之長邊方向）為同方向。半預浸體片插入量可根據成形物之目標直徑及每單位長度之質量進行變更。
上述加熱壓縮步驟中，纖維片之加熱較佳為例如為樹脂熔融溫度以上之溫度，拉拔速度為10 mm～20 m/min。藉由溫度及拉拔速度這兩個條件，可控制樹脂之熔融、於纖維間之含浸及成形。加熱部之內部空間之形狀較佳為直徑朝纖維片之行進方向變小之錐形、喇叭狀等。即，較佳為加熱部之入口直徑（D1）大於目標直徑，加熱部之出口直徑（D2）及成形部之直徑（D3）與目標直徑之大小相同。再者，拉拔成形模具亦稱為模具。 加熱部之出口直徑（D2）及成形部之直徑（D3）例如為1～15 mm。加熱部之入口直徑（D1）/加熱部之出口直徑（D2）較佳為1.5倍以上，更佳為2倍以上，進而較佳為2.5倍以上。D1/D2並無上限，但在實際使用中較佳為10倍以下，更佳為8倍以下。原料之纖維片經與上述倍率相應之拉拔力壓縮，換言之，於行進方向上進行拉拔之同時被壓縮。藉由上述壓縮，可獲得成形體內部之孔隙少，密度高之成形體。冷卻部之模具直徑（D4）較佳為與加熱部之模具之出口直徑（D2）相同。
較佳為供給步驟至拉拔步驟為連續之步驟。若為連續步驟，則製造效率良好，可降低製造成本。 冷卻步驟後獲得之長條纖維補強樹脂拉拔成形體若為能夠捲繞之粗細，則可連續地捲繞，或亦可切斷為規定之長度。
本發明之拉拔成形體之製造方法，其特徵在於使半預浸體片直接成形。本發明中使用之纖維片（半預浸體片）與預浸體片不同，由於具有柔軟性，故賦形性優異，能夠插入至加熱部。即，由於預浸體具有硬度，故無法呈現摺疊構造。又，就賦形性方面而言，膜堆疊體等半預浸體片欠佳。於專利文獻3揭示之以約束材料來束合纖維束，浸漬於熱塑性樹脂溶液而製成線材之線材製造方法中，熱塑性樹脂之選擇受到限制，但與此相對，本發明由於使用附著有樹脂之纖維片，故若為用於一般之成形之熱塑性樹脂，便無限定，幾乎能夠使用全部之樹脂。又，本發明中使用之纖維片，由於係使熱塑性樹脂粉體掉落於纖維片表面，使之熔接固化，故正處於成形中之樹脂之加熱熔融及其後之冷卻亦可有效率地進行，可謂是成形性及成形速度均高之成形加工。
使用以下圖式進行說明。以下之圖式中，相同符號表示相同物體。圖1A係本發明之一實施形態之纖維補強樹脂拉拔成形體30的示意性立體圖，圖1B則是其示意性剖視圖。該纖維補強樹脂拉拔成形體30為棒狀成形體，剖面為纖維片呈無定形摺疊之狀態。又，熱塑性樹脂填充於上述纖維片內及上述纖維片間而一體化。圖1B中，31為熱塑性樹脂，其含浸於纖維片內，且亦填充於纖維片間而一體化。
圖2係表示本發明之一實施形態之纖維補強樹脂拉拔成形體製造方法的示意性步驟圖。成形模具37係沿纖維片之行進方向依序具備加熱部、成形部及冷卻部之拉拔成形模具。使纖維片32通過導引器33，收束後供給至成形模具37之加熱部34。於加熱部34中，將上述纖維片32加熱至至少存在於上述纖維片32之表面之熱塑性樹脂的熔點或樹脂流動溫度以上。樹脂流動溫度為樹脂開始流動之溫度。於加熱部34中，將纖維片於上述行進方向上拉拔，且同時進行壓縮，成形為加熱部34之內腔之形狀。繼而，引入至成形部35內，成形為成形部35之內腔之形狀，於成形部35內，穩定化至該形狀。繼而，於冷卻部36進行冷卻，使形狀固定。成形部35之模具溫度，例如設為熱塑性樹脂之熔點或樹脂流動溫度以上。冷卻部36之冷卻手段設為水冷是較有效率的。利用拉拔輥38a、38b，將所得之成形體從成形模具37拉出，於成形體較細之情形時，將其捲繞或者利用刀片39切斷成規定長度之纖維補強樹脂成形體40。
圖3A-C分別表示本發明之一實施形態之纖維補強樹脂拉拔成形體製造方法中使用之纖維片供給至上述加熱部時之形態的一例，圖3A為摺疊狀態之纖維片41，圖3B為纏繞狀態之纖維片42，圖3C為積層細長狀纖維片之狀態之纖維片43。纖維片42可斜向纏繞。積層細長狀纖維片之狀態之纖維片43可於長度方向上錯開配置，藉此可獲得不間斷之長條成形體。
圖4係為本發明之一實施形態之纖維補強樹脂拉拔成形體製造方法中使用之纖維片之一例的碳纖維片1之示意性立體圖，圖5係圖4所示之碳纖維片1沿寬度方向之示意性剖視圖。於開纖後之單向碳纖維2之表面，在各個方向配置有交聯纖維3。又，樹脂4熔融固化，附著於單向碳纖維2之表面附近，樹脂4未含浸於單向碳纖維2之內部或部分含浸於單向碳纖維2之內部。樹脂4將交聯纖維3接著固定於單向碳纖維2之表面。如圖5所示，於單向碳纖維2之表面存在交聯纖維3a、3b。交聯纖維3a全部位於單向碳纖維2之表面。交聯纖維3b處於一部分位於單向碳纖維2之表面，一部分進入內部而與碳纖維交錯之狀態。樹脂4將交聯纖維3接著固定於單向碳纖維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。當加熱碳纖維片1進行拉拔成形時，未附著樹脂之部分5成為纖維片內部之空氣從該部分逸出之通路，表面之樹脂容易含浸於整個纖維片內。藉此，樹脂4成為纖維強化樹脂成形體之基質樹脂。
圖6係表示本發明之一實施形態之碳纖維片製造方法的示意性步驟圖。從多個供給捲線軸7拉出碳纖維絲群（絲束）8，使其通過開纖輥21a-21j之間，藉此使之開纖（輥開纖步驟23）。亦可使用空氣開纖代替輥開纖。開纖輥可固定或旋轉，亦可於寬度方向上振動。 開纖步驟後，將開纖後之絲束夾持於夾輥9a、9b間，使其通過設置於夾輥9a、9b間之多個橋輥12a-12b之間，以例如每15,000根（相當於由1個供給捲線軸所供給之碳纖維絲群）為2.5～30 N之範圍對絲束施加張力，藉此產生交聯纖維（交聯纖維產生步驟24）。橋輥可旋轉，亦可於寬度方向上振動。橋輥例如可為表面為緞紋、凹凸或鏡面之多輥，藉由碳纖維絲群之彎曲、固定、旋轉、振動或該等之組合而產生交聯纖維。13a-13g為導輥。
其後，從粉體供給料斗14將乾粉樹脂15撒至開纖片之表面，於無壓狀態下供給至加熱裝置16內進行加熱，使乾粉樹脂15熔融，於導輥13e-13g間進行冷卻。其後，從粉體供給料斗17亦將乾粉樹脂18撒至開纖片之背面，於無壓狀態下供給至加熱裝置19內，進行加熱，使乾粉樹脂18熔融後進行冷卻，捲繞至捲繞輥20（粉體樹脂賦予步驟25）。乾粉樹脂15、18例如設為聚丙烯樹脂（熔點：150～165℃），加熱裝置16、19內之各溫度例如設為樹脂之熔點或樹脂流動溫度＋5～60℃，滯留時間例如設為各4秒。藉此，碳纖維開纖片其寬度方向之強度變高，構成碳纖維不會散開，而可作為片使用。
粉體樹脂之賦予可採用粉體塗佈法、靜電塗裝法、噴附法、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。例如將乾粉狀之粉體樹脂撒至開纖片。
本發明之優點可歸納如下。 （1）由於纖維片為半預浸體片而非預浸體片，故能夠直接成形。即，本發明中，無需進行由加熱部所進行之加熱前之預加熱。 （2）由於纖維片為半預浸體片而非預浸體片，故賦形性、成形性優異。 （3）纖維片中，熱塑性樹脂以粉末狀熱熔合於纖維，故樹脂於纖維間之含浸性良好。即，與膜不同，於成形時纖維片內之逸氣性優異，不易產生孔隙。又，由於使用熱塑性樹脂，故可高循環成形。 （4）纖維片之纖維，例如如碳纖維般為連續纖維（非短纖維）。因此，可獲得薄且強度高之成形體。 （5）由於本發明中使用半預浸體片，故與使用下述預浸體片（例1）或（例2）之情形相比，能夠低成本化，可於短時間內成形拉拔成形體。關於製造拉拔成形體所需時間之比較，具體而言如下所述。預浸體片之製作時間比半預浸體片之製作時間長。 [預浸體片（例1）] 預浸體片之製作時間＋成形時間（包括預加熱、加熱、賦形時間及熱硬化時間） [預浸體片（例2）] 預浸體片之製作時間＋用以將預浸體片細長狀化之時間＋成形時間（包括加熱、賦形及熱硬化時間） [半預浸體片] 半預浸體片之製作時間＋成形時間（包括加熱及賦形時間） 如上所述，使用半預浸體片可使拉拔成形體之製造高速化。 [實施例]
以下使用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 碳纖維未開纖絲束使用Mitsubishi Chemical公司製造之商品號：PYROFILE TR50S15L，形狀：普通絲束 長絲15 K（15,000根），單纖維直徑為7 μm。於該碳纖維未開纖絲束之碳纖維附著有作為上漿劑之環氧系化合物。 （2）未開纖絲束之開纖手段 使用圖6之開纖手段進行開纖。於開纖步驟中，將碳纖維絲群（絲束）之張力設為每15,000根為15 N。如此製成碳纖維絲構成根數15 K，開纖寬度500 mm，厚度0.08 mm之開纖片。交聯纖維為3.3質量%。 （3）半預浸體片 使用聚碳酸酯（PC）樹脂粉體（帝人公司製造之LN2520粉碎品，熔點為240℃）作為乾粉樹脂。乾粉樹脂之平均粒徑為320 μm。相對於碳纖維1 m 2，平均單面賦予該樹脂粉體26.7 g，於兩面賦予53.4 g。加熱裝置16、19內之溫度分別設為250℃，滯留時間分別設為20秒。所得之纖維片之質量為133.4 g/m 2，纖維體積（Vf）為32體積%，聚碳酸酯樹脂為50體積%。 （4）拉拔成形加工 ・使用圖2所示之拉拔加工裝置使拉拔成形體成形。 ・將上述半預浸體片從輥拉伸2～3 m並切斷，以半預浸體片之寬度為350 mm之方式進行切割，繼而，將其任意摺疊後，供給至成形模具之加熱部。 ・使經加熱、壓縮、成形後之半預浸體片通過加熱狀態之成形部，使其形狀穩定化。 ・將成形後之半預浸體片於冷卻部36進行冷卻並固定。 ・成形體通過拉拔輥38a、38b後，每150 mm長度便將其切斷。
（實施例2） 作為半預浸體片，使用聚醯胺（PA6）樹脂粉體（宇部興產公司製造之P101F，熔點為225℃）。乾粉樹脂之平均粒徑為320 μm。相對於碳纖維1 m 2，平均單面賦予該樹脂粉體24.9 g，於兩面賦予49.8 g。加熱裝置16、19內之溫度分別設為290℃，滯留時間分別設為20秒。所得之纖維片之質量為129.8 g/m 2，纖維體積（Vf）為47體積%，PA6樹脂為50體積%。以該半預浸體片之寬度為400 mm之方式進行切割，除表1所示以外，以與實施例1相同之方式實施拉拔成形體之成形。條件與結果彙總示於表1～2。
[表1]
   實施例1 實施例2
半預浸體之樹脂 PC PA6
加熱部模具溫度(℃) 290 250
成形部模具溫度(℃) 290 250
冷卻部模具溫度(℃)(水冷溫度） 15 15
加熱部模具直徑(mm) ϕ20→ϕ 6，錐形 ϕ 20→ϕ 6，錐形
加熱部模具長度(mm) 50 50
成形部模具直徑(mm) ϕ 6 ϕ 6
成形部模具長度(mm) 50 50
冷卻部模具直徑(mm) ϕ 6 ϕ 6
冷卻部模具長度(mm) 50 50
拉拔速度(mm/min) 72 72
成形體之大小，直徑(mm)×長度(mm) ϕ 6×150 ϕ 6×150
（評價） （1）將實施例1中獲得之成形體棒之外觀照片示於圖7，將其剖面照片示於圖8。將實施例2中獲得之成形體棒之外觀照片示於圖9，將其剖面照片示於圖10。成形體之剖面觀察，係使用奧林巴斯公司製造之顯微鏡DSX500進行。可確認實施例1～2中獲得之成形體棒之外觀無問題，為高質量之成形體。關於剖面形狀，雖然發現片狀之殘餘，但孔隙亦少，實現了良好之含浸、成形。又，成形體內部為纖維片呈無定形摺疊之狀態。進而，於成形體棒之表面存在拉拔痕跡，構成纖維片之至少一部分之纖維存在於表面。 （2）物性評價 ・狀態調整：於溫度23℃，相對濕度50%之條件下放置48小時以上後，進行三點彎曲試驗。三點彎曲試驗係依據JIS K7074進行，測定最大應力。裝置使用島津製作所公司製造之精密萬能試驗機AG-50k NXD plus。此處，於JIS K7074-1988中，彎曲模數係藉由以使用平板作為試驗片為前提之算式而算出，因此假設圓桿截面積與平板截面積相等，將圓桿截面積換算為平板截面積，算出彈性模數。 將測定結果示於表2。
[表2]
   實施例1 實施例2
半預浸體之樹脂 PC PA6
纖維Vf(體積%) 32 47
最大應力(MPa) 121 290
彈性模數(GPa) 22 35
由表2清楚可知，實施例1～2之成形體具有良好之最大應力與彈性模數。 根據以上內容，藉由使用半預浸體片同時進行含浸及成形之方法，亦可製作如棒、線之類的線狀物。由於本發明中使用之半預浸體片係實質上未含浸樹脂，而於表面熔接固定有粉末狀之樹脂之片，故柔軟性極高，無需如預浸體片之成形前之熱處理等處理。因此，本發明中使用之半預浸體片的操作優異，可由加熱溫度、拉拔速度及較佳為成形模具之直徑進行控制。
（實施例3） 除使用聚苯硫（PPS）樹脂（熔點278℃）作為半預浸體片之乾粉樹脂，將碳纖維之比率（Vf）設為45體積%以外，以與實施例1相同之方式實施拉拔成形體之成形。所得之棒之直徑為6 mm，長度為150 mm。將該棒與鐵（SS400）、鋁（杜拉鋁）比較所得之物性資料示於表3。再者，表3中之彎曲強度及彎曲模數係依據JIS K7074測得或算出之值，彎曲強度與上述表2中之最大應力同義。
[表3]
   實施例3 鐵(SS400) 鋁（杜拉鋁）
密度g/cm 3 1.5 7.8 2.8
彎曲模數GPa 87 205 74
彎曲強度MPa 543 450 423
比彎曲模數 (彎曲模數/密度） 58 26.3 26.4
比彎曲強度 (彎曲強度/密度） 362 57.7 151.1
如由表3清楚可知，實施例3中獲得之棒較輕，彎曲強度較高。 [產業上之可利用性]
本發明之纖維補強樹脂拉拔成形體可用作棒、軸、框架、平板、纜線等，剖面形狀可為圓型、方型、H型、L型等任意形狀。藉此，本發明可於航空、太空、汽車、體育、3D印表機、工業用途、建築構件、風車、腳踏車、鐵道、船舶等用途等中廣泛應用。
1:碳纖維片 2:單向碳纖維 3,3a,3b:交聯纖維 4:樹脂 5:未附著樹脂之部分 6:開纖裝置 7:供給捲線軸 8:碳纖維絲群（碳纖維未開纖絲束） 9a,9b:夾輥 12a-12b:橋輥 13a-13g:導輥 14,17:粉體供給料斗 15,18:乾粉樹脂 16,19:加熱裝置 20:捲繞輥 21a-21j:開纖輥 23:輥開纖步驟 24:交聯纖維產生步驟 25:粉體樹脂賦予步驟 30,40:纖維補強樹脂拉拔成形體 31:熱塑性樹脂之含浸一體化剖面 32,41-43:纖維片 33:導引器 34:加熱部 35:成形部 36:冷卻部 37:成形模具 38a,38b:拉拔輥 39:刀片
[圖1]圖1A係本發明之一實施形態之纖維補強樹脂拉拔成形體的示意性立體圖，圖1B係其示意性剖視圖。 [圖2]圖2係表示本發明之一實施形態之纖維補強樹脂拉拔成形體製造方法的示意性步驟圖。 [圖3]圖3A係於本發明之一實施形態之纖維補強樹脂拉拔成形體製造方法中將纖維片摺疊後供給之示意性說明圖，圖3B係纏繞後供給之示意性說明圖，圖3C則是將切割成細長狀之纖維片積層多層後供給之示意性說明圖。 [圖4]圖4係本發明之一實施形態之纖維補強樹脂拉拔成形體的成形所使用之纖維片之示意性立體圖。 [圖5]圖5係沿圖4所示之纖維片之寬度方向的示意性剖視圖。 [圖6]圖6係表示圖4所示之纖維片之製造方法的示意性步驟圖。 [圖7]圖7係從上方觀察本發明之實施例1中所得之纖維補強樹脂拉拔成形體的外觀照片。 [圖8]圖8係圖7所示之纖維補強樹脂拉拔成形體之剖面放大照片。 [圖9]圖9A係從上方觀察本發明之實施例2中獲得之纖維補強樹脂拉拔成形體的外觀照片，圖9B係從正面觀察本發明之實施例2中獲得之纖維補強樹脂拉拔成形體的外觀照片。 [圖10]圖10係圖9所示之纖維補強樹脂拉拔成形體之剖面放大照片。

Claims (12)

  1. 一種纖維補強樹脂拉拔成形體，其係將纖維片成形而得者，其特徵在於： 該纖維片係至少於纖維表面熔合有成為基質之熱塑性粉體樹脂的半預浸體（semi-preg）片， 該纖維補強樹脂拉拔成形體係該纖維片受到拉拔成形，該熱塑性樹脂填充於該纖維片內及該纖維片間而一體化。
  2. 如請求項1之纖維補強樹脂拉拔成形體，其中，該纖維補強樹脂拉拔成形體之內部為該纖維片呈無定形摺疊之狀態。
  3. 如請求項1或2之纖維補強樹脂拉拔成形體，其中，該纖維片包含：連續纖維群受到開纖並於單向上並列狀排列之單向連續纖維，及至少存在於該單向連續纖維之表面之熱塑性樹脂。
  4. 如請求項1或2之纖維補強樹脂拉拔成形體，其中，該纖維補強樹脂拉拔成形體之纖維之比率為25～70體積%，樹脂之比率為30～75體積%。
  5. 如請求項1或2之纖維補強樹脂拉拔成形體，其中，該纖維片包含該單向連續纖維及其交錯方向之交聯纖維，並且該熱塑性樹脂將該單向連續纖維與該交聯纖維一體化。
  6. 如請求項1或2之纖維補強樹脂拉拔成形體，其中，構成該纖維片之纖維為選自碳纖維、玻璃纖維及彈性模數為380 cN/dtex以上之高彈性模數纖維中之至少一種。
  7. 如請求項1或2之纖維補強樹脂拉拔成形體，其中，該纖維片之每單位面積之質量為10～500 g/m 2。
  8. 一種纖維補強樹脂拉拔成形體之製造方法，其係使用纖維片之纖維補強樹脂拉拔成形體之製造方法，其特徵在於： 該纖維片係至少於纖維表面熔合有成為基質之熱塑性粉體樹脂的半預浸體片； 收束該纖維片並供給至拉拔成形模具之加熱部； 於該加熱部加熱至該熱塑性樹脂之熔點或樹脂流動溫度以上，同時壓縮該纖維片； 於該拉拔成形模具之成形部進行成形； 於該拉拔成形模具之冷卻部進行冷卻，製成拉拔成形體； 將該拉拔成形體從該拉拔成形模具拉出。
  9. 如請求項8之纖維強化樹脂拉拔成形體之製造方法，其中，該纖維片於選自摺疊狀態、纏繞狀態及積層細長狀片之狀態中之至少一種狀態下收束後，供給至加熱部。
  10. 如請求項8或9之纖維強化樹脂拉拔成形體之製造方法，其中，該加熱部之模具之入口直徑（D1）/加熱部之出口直徑（D2）為1.5倍以上。
  11. 如請求項8或9之纖維強化樹脂拉拔成形體之製造方法，其中，該供給至拉拔為連續之步驟。
  12. 如請求項8或9之纖維強化樹脂拉拔成形體之製造方法，其中，將該拉拔後之拉拔成形體捲繞或切斷為規定長度。
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