TW202239828A - 纖維強化塑膠及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

為了提供具有不僅力學特性優異，且外觀品質也優異之突起部的纖維強化塑膠，而作成一種纖維強化塑膠，其係包含具有板狀部與至少一處自該板狀部之至少單側的面隆起之突起部的形狀之纖維強化塑膠，在至少前述板狀部的內部有至少一層之多數條的強化纖維在基質樹脂中朝單方向排列的層，前述強化纖維的配向方向與前述突起部的橫剖面中之寬度方向並非平行或垂直。

Description

纖維強化塑膠及其製造方法
本發明係關於一種纖維強化塑膠，其為具有板狀部與自該板狀部之至少單面隆起的突起部之纖維強化塑膠，前述板狀部及突起部係以多數條的強化纖維、及與該多數條的強化纖維成為一體的基質樹脂形成。
包含強化纖維與基質樹脂的纖維強化塑膠，因為比強度、比彈性模數高，力學特性優異，且具有耐候性、耐化學藥品性等高機能特性等，被期待在產業、體育、醫療、資訊通訊等廣泛的領域中的活用而受到注目。
又，以提升纖維強化塑膠之力學特性、或維持力學特性，並且進行薄壁化與輕量化為目的，在成形品的剖面形狀下工夫，進行具有壁厚變化或肋(rib)形狀的纖維強化塑膠之設計。又，為了防止成形品廣的平面部之翹曲等，肋形狀亦為有效，但形狀變複雜，成形性、量產性成為課題。
另一方面，作為纖維強化塑膠的成形方法，可舉出如以下者。例如，作為具有高機能特性的纖維強化塑膠之製法方法，有高壓釜成形，其係將稱為預浸體之對連續的強化纖維之薄片或織物含浸基質樹脂的半硬化狀態者積層，且以高溫高壓釜(高壓釜(autoclave))進行加熱加壓，藉以使熱硬化性樹脂的基質樹脂硬化，將纖維強化塑膠成形。又，有加壓成形，其係將積層有前述的預浸體者，投入模具，以加壓機進行加熱加壓，使熱硬化性樹脂的基質樹脂硬化，進行成形。此外，也有在加壓成形中使熱塑性樹脂的基質樹脂軟化或熔融，成形後，進行冷卻脫模的成形。尤其是加壓成形，藉由使用將硬化速度快的熱硬化性樹脂作為基質樹脂而含浸於強化纖維的預浸體，可在短時間大量地生產成形品，因此近年來作為生產性高的成形方法受到注目。
在前述使用預浸體之成形方法中，製作壁厚變化的形狀或具有肋的形狀等複雜的形狀之成形品時，可為將所欲的纖維強化塑膠之剖面細分為板狀部或肋形狀部等，且將各部位分別成形後，藉由接著劑或熱熔接而接合的方法。然而，接著步驟不僅耗費時間與成本，且接合部的強度、剛性也變得比纖維強化塑膠部分更低，因此相較於纖維強化塑膠，接合部會先損壞，難以充分發揮纖維強化塑膠之優異的力學特性、耐久性。另一方面，也可為在成形前於模具上賦形，製作預形體之後進行成形的方法。但是，此方法在賦形的步驟花費時間，因此生產效率、成本成為課題。
又，使用強化纖維的長度為數～數十mm左右的短纖維之纖維強化塑膠的情況，形成突起部相較容易。例如，若基質樹脂為熱硬化性樹脂，則有利用SMC(片狀模造料(sheet moulding compound))或BMC(塊狀模造料(bulk moulding compound))的加壓成形等；若為熱塑性樹脂，則可使用射出成形等。然而，SMC或BMC在其製造步驟中，必然產生強化纖維之分布不均、配向不均，因此有成形品之力學物性降低、或者其物性值之偏差變大等問題。又，射出成形係強化纖維的量少，再者若不使用短的強化纖維則無法成形，因此成形品的力學物性變得非常低。因此，此等方法難以製造尤其是適於高力學特性且需要耐久性的構件之具有突起部的纖維強化塑膠。
有提案嘗試改善如前述的以往技術之問題點(專利文獻1、2、3、4)。
專利文獻1係揭示一種基於加壓成形之具備肋的成形品之製造方法。該製造方法為藉由在肋的部分切斷纖維，在成形時使纖維之切斷端部流入至肋前端，而在肋填充纖維者。
但是，僅在肋的部分切斷纖維時，實際情況為肋以外的部分纖維沒有切斷，因此纖維就全體而言相互拘束，纖維難以填充至肋的前端。即使藉由此製造方法而完成纖維被填充至肋的前端之成形品，對肋形成的方向(肋的高度方向)之剛性提升，但對肋的厚度方向(與肋的高度方向正交的方向)之剛性係因為切斷纖維而變成僅依賴樹脂的剛性，因此變得極低，作為實際的結構構件，係產生不堪使用的情況。
又，專利文獻2為了解決上述專利文獻1的課題，係揭示一種技術，其在切口的長度或角度、間隔下工夫，兼具預浸體基材之變形阻力減低與纖維強化塑膠之強度提升。
另一方面，專利文獻3為了解決專利文獻1的課題，提案一種纖維強化塑膠之製造方法，其係將插入切口而以纖維長成為10～100mm的方式調整的預浸體基材積層至少2片以上，進行加壓成形，藉以將肋形狀成形。惟，即使為插入切口的預浸體基材，纖維方向及與纖維垂直的方向，基材的伸長性或纖維的流動性也不同。因此，根據纖維強化塑膠或肋的形狀，在模具的肋部分有產生未填充纖維或樹脂之「未填充」或自預浸體僅擠出樹脂之「富含樹脂」的情況。又，纖維係朝容易流動的方向流動，因此產生纖維之偏離或紊亂，在成形品表面產生凹凸，因光在紊亂的纖維亂反射，而成形品表面看起來為白色，產生光之條紋圖樣(波紋(moire))，有損及表面之平滑性、外觀品質的情況。
再者，在將織物預浸體配置於成形品表面，具有重視設計性之織物外觀的成形品之成形中，因未露出表面的下層之預浸體的纖維之流動而產生織物結構紊亂之「經緯滑動」缺點，留有成形品的品質或因不良品產生所致之成本增加等課題。
專利文獻4係揭示一種在SMC成形中得到表面平滑性的製造方法。該製造方法，藉由將對強化纖維材料含浸樹脂之薄片狀的預浸體積層多片，使未含浸樹脂的基材介於預浸體層之間而裝設，可抑制厚度方向的樹脂收縮，且抑制成形品表面的凹凸，得到表面平滑性。又，也抑制起因於樹脂之流動性的強化纖維之起伏，因此也有抑制在成形品之表面產生凹凸而得到表面平滑化的效果。
但是，使多片之未含浸樹脂基材介於預浸體層之間而裝設，成形步驟變繁雜，且作為複合物的物性減弱。再者，因在預浸體層間插入多片之未含浸樹脂基材，而阻礙強化纖維的流動性，產生在肋的纖維之「未填充」或「富含樹脂」，發生無法承受實際的結構構件之要求特性的情況。 [先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特開昭63-087206號公報 專利文獻2：日本專利6597309號公報 專利文獻3：日本專利5315692號公報 專利文獻4：日本特開2008-246981號公報
[發明欲解決之課題]
本發明的目的在於提供一種纖維強化塑膠，其改善以往技術的問題點，具有不僅力學特性優異，且外觀品質亦優異之突起部。 [用以解決課題之手段]
達成目的之本發明係如下所述。 (1)一種纖維強化塑膠，其係包含具有板狀部與至少一處自該板狀部之至少單側的面隆起之突起部的形狀之纖維強化塑膠，其特徵為在至少前述板狀部的內部有至少一層之多數條的強化纖維在基質樹脂中朝單方向排列的層，前述強化纖維的配向方向與前述突起部的橫剖面中之寬度方向並非平行或垂直。 (2)如前述(1)記載之纖維強化塑膠，其特徵為在前述板狀部之至少一部分具有前述強化纖維朝單方向排列的層至少積層兩層的結構，且任意選擇的兩層之前述強化纖維的配向方向並非相互平行。 (3)如前述(1)或(2)記載之纖維強化塑膠，其特徵為在前述纖維強化塑膠之俯視中，具有前述突起部朝至少不同之二方向延伸存在的形狀。 (4)如前述(1)或(2)記載之纖維強化塑膠，其特徵為在前述纖維強化塑膠之俯視中，前述突起部設置兩處以上，且任意選擇之兩處的突起部之延伸存在的方向並非相互平行。 (5)如前述(1)至(4)中任一項記載之纖維強化塑膠，其特徵為前述強化纖維的至少一部分之纖維長為10～300mm。 (6)如前述(1)至(5)中任一項記載之纖維強化塑膠，其特徵為僅在前述板狀部之單側的面具有突起部，且形成其相反側的最表層之強化纖維為織物。 (7)如前述(1)至(6)中任一項記載之纖維強化塑膠，其特徵為前述板狀部具有多層強化纖維的層，同時僅在單側的面具有突起部，且構成該單側的面之表層以外的層的強化纖維的方向為非單方向。 (8)一種纖維強化塑膠之製造方法，其係將積層有對多數條的強化纖維含浸基質樹脂的預浸體之預形體配置於加熱的模具內，關閉前述模具且進行加壓，藉以得到包含具有板狀部與至少一處自該板狀部之至少單側的面隆起之突起部的形狀之纖維強化塑膠的纖維強化塑膠之製造方法，其特徵為前述預形體包含積層至少一層強化纖維朝單方向排列之單方向預浸體者，構成前述板狀部之前述單方向預浸體的纖維配向方向與前述突起部的橫剖面中之寬度方向並非平行或垂直。 (9)如前述(8)記載之纖維強化塑膠之製造方法，其特徵為前述預形體係將前述單方向預浸體配置於單側的表層，同時在該表層以外的層配置強化纖維的方向為非單方向之非單方向強化纖維薄片而構成，關閉前述模具且進行加壓，藉以使含浸於前述單方向預浸體之前述基質樹脂含浸於前述非單方向強化纖維薄片內，形成非單方向層。 (10)如前述(9)記載之纖維強化塑膠之製造方法，其特徵為前述非單方向強化纖維薄片為織物或不織布。 (11)如前述(9)或(10)記載之纖維強化塑膠之製造方法，其特徵為前述非單方向強化纖維薄片的厚度為0.01～1.0mm。 (12)如前述(9)至(11)中任一項記載之纖維強化塑膠之製造方法，其特徵為構成前述非單方向強化纖維薄片的強化纖維之至少一部分為熱塑性樹脂纖維以外的纖維。 (13)如前述(9)至(12)中任一項記載之纖維強化塑膠之製造方法，其特徵為前述非單方向強化纖維薄片為在至少一部分的區域預先含浸基質樹脂者。 [發明之效果]
根據本發明，可提供一種纖維強化塑膠，其具有不僅力學特性優異，且外觀品質也優異之突起部。特別是在本發明中，其特徵為至少在板狀部有至少一層之多數條的強化纖維在基質樹脂中朝單方向排列的層，其強化纖維的配向方向與突起部的橫剖面中之寬度方向並非平行也並非垂直。該強化纖維的配向方向與寬度方向為平行的情況，意指在成形時纖維難以在模具的溝流動，且容易產生富含樹脂或未填充。另一方面，該強化纖維的配向方向相對於寬度方向為平行的情況，意指在成形時纖維容易在模具的溝流動，纖維填充於突起部，但因設計面的纖維被拉入突起部而容易產生凹陷。而且，突起部朝向纖維的方向而容易折斷，變得難以得到充分的力學特性。在本發明中，藉由上述構成，可抑制突起部中的纖維或樹脂之「未填充」、「富含樹脂」之產生，同時也可提升外觀品質與提升力學特性。
[用以實施發明的形態]
本發明的纖維強化塑膠為使用對多數條的強化纖維含浸基質樹脂之預浸體而得者，例如，如圖1所示，為一種纖維強化塑膠，其包含具有板狀部100與至少一處自該板狀部100之至少單側的面隆起之突起部200的形狀。其特徵為至少在前述板狀部100之內部有至少一層之藉由配置強化纖維依序朝單方向排列之單方向預浸體而形成的層，亦即，有至少一層之多數條的強化纖維在基質樹脂中朝單方向排列的層，前述單方向預浸體的纖維配向方向與前述突起部200的橫剖面中之寬度方向(長度方向)並非平行或垂直。
在此，前述突起部的橫剖面中之寬度方向(長度方向)係在自板狀部的側面方向測定突起部時，將與該板狀部之平面方向平行的方向之長度成為最大的剖面稱為橫剖面，而係指該剖面中之與該板狀部的平面方向平行的方向。在如突起部朝例如不同的兩方向延伸存在時，以朝一方的方向延伸存在的突起部為基準而決定橫剖面。
又，「並非平行或垂直」意指只要相對於突起部的橫剖面中之寬度方向為傾斜即可。亦即，例如，圖8的(A)～(C)係表示構成單方向預浸體的強化纖維朝突起部之最長的方向(肋方向、紙面深度方向)或與其正交的方向延伸存在之態樣，但並非作成如前述的態樣，而係如圖8(D)所示，意指不使強化纖維經由突起部之最長的方向及與其正交的方向而延伸存在。此外，圖8(A)表示強化纖維300與突起部200的橫剖面中之寬度方向(長度方向、肋方向)為平行的態樣，圖8(B)表示強化纖維300與突起部200的橫剖面中之寬度方向(長度方向、肋方向)為垂直的態樣，再者，圖8(C)表示強化纖維300與突起部200的橫剖面中之寬度方向(長度方向、肋方向)為平行及垂直的態樣。另一方面，圖8(D)表示強化纖維300與突起部200的橫剖面中之寬度方向(長度方向、肋方向)並非平行也並非垂直，因此其強化纖維300的剖面變扁平的狀態。
在最後得到的纖維強化塑膠中，相對於突起部的橫剖面中之寬度方向(長度方向)，以強化纖維的配向方向不成為平行也不成為垂直的方式配置單方向預浸體所形成的層存在至少一層，係減低經由突起部之最長的方向延伸存在的強化纖維。因此，可抑制在如圖8(A)所示的纖維強化塑膠之突起部中，沿著纖維之對齊方向產生的凹陷500、或如圖8(B)、(C)所示之纖維或樹脂的「未填充」之產生、「富含樹脂」之產生，同時可圖謀外觀品質的提升。
強化纖維之對齊方向(配向方向)與突起部的長度方向為平行時，突起部變得難以承受剪切方向的荷重。因此，突起部的強度不足，容易沿著強化纖維之對齊方向於肋內部產生裂縫，且突起部折斷而自板狀部剝離的可能性變高。又，強化纖維之對齊方向相對於突起部之長度方向為垂直的情況，在成形時強化纖維變得難以在突起部內部(模具的凹部分)流動，因此在成形後之突起部內產生強化纖維之未填充區域的可能性變高。又，若強化纖維變得難以流動，則由單方向預浸體擠出基質樹脂而產生部分僅有樹脂之區域(富含樹脂)的可能性也變高。
此外，強化纖維之對齊方向與突起部之長度方向的角度(強化纖維之配向方向與突起部之長度方向所形成的角度)，只要在0～90°中不是平行或垂直，則沒有特別限定，但較佳為5～85°。又，從對突起部的填充性或突起部與板狀部的接合強度之觀點來看，進一步較佳為30～60°。
板狀部或突起部，詳細係後述，但可藉由例如下述方法而得到，準備多片前述之單方向預浸體，將該等之纖維方向配合所欲的方向而依序積層，並將此積層體(預形體)進行加壓的方法。又，在製作積層體(預形體)之際，也可因應需要以成為預先決定的形狀的方式賦形。之後，將該積層體投入預先加熱的模具(例如：凹型模具)，以加壓機進行加熱加壓而進行成形，藉此可得到纖維強化塑膠。
板狀部之形狀，沒有特別限定。厚度可藉由調整纖維與基質樹脂之使用量而任意地設計。作為調整纖維與基質樹脂之使用量的方法，除了調整單方向預浸體的積層片數以外，也可使含浸於單方向預浸體之樹脂的量變化、改變纖維的種類等任意地調整。
本發明的纖維強化塑膠使用於汽車或摩托車等運輸設備、腳踏車或高爾夫球桿等運動器具、醫療設備等所使用的結構構件或外殼等外板、其它的零件時，從要求的力學特性與輕量化之兼具、及實用性之觀點來看，板狀部的厚度較佳為0.1～10mm。進一步較佳為0.5～5.0mm，尤其在使用於需要輕量化的用途之情況，較佳為0.5～2.0mm。
自板狀部隆起之突起部的形狀，沒有特別限定，可因應目的採用各種的形態。例如，由板狀部的頂面來看的形狀，除了圖1所示之圓形的突起部之外，可舉出多角形(例如：長方形)、橢圓形、X字形狀、V字形狀、H字形狀、I字形狀、Y字形狀、L字形狀等突起部。又，亦可組合此等。此外，在圖9(A)表示具有X字形狀之突起部的態樣，在圖9(B)表示具有I字形狀之突起部的態樣，在圖9(C)表示具有H字形狀之突起部的態樣，在圖9(D)表示具有多個I字形狀之突起部的態樣。
又，作為突起部的橫剖面形狀，有例如多角形(例如：長方形)、圓形、或者橢圓形；作為縱剖面形狀，有例如四角形(例如：長方形)、三角形、或者半圓形。
在此，比較自與突起部垂直相交的剖面(自板狀部的側面方向)測定之突起部的寬度之最大值，將寬度最廣的剖面定義為橫剖面，將寬度窄的剖面定義為縱剖面。
此外，在下述中，將縱剖面的寬度(t)定義為突起部的「寬度」，沒有特別限定時(簡稱為「突起部的寬度」時)係指縱剖面的寬度(t)。又，將橫剖面的寬度(L)定義為突起部的「長度」，將橫剖面方向定義為突起部的「長度方向」。若以此定義換言之，則突起部的長度(L)與寬度(t)之比為L/t≧1。
又，突起部的高度(h)係定義為使用縱剖面測定之由突起部之接點的板狀部表面至縱剖面的頂點(最高的部分)之垂直距離。然後，在本發明的纖維強化塑膠中，較佳使用突起部的高度(h)與突起部的寬度(t)之比為h/t＞1的形狀。作為h/t的上限，較佳為30以下，進一步較佳為5以下。
關於突起部的剖面形狀或高度的尺寸，也可將存在多個的突起部之全部設為相同形狀・尺寸，但亦可使其配合纖維強化塑膠的凸凹形狀或曲率形狀而變化，也可部分地製作不符前述的形狀或尺寸比率處。又，例如，亦可將突起部的剖面形狀設為如以任意之重疊狀態而連結多個多角形或圓形、橢圓形所得到的形狀。從成形時之脫模性、或在使用時施加荷重之際的應力集中緩和之觀點來看，尤其較佳係成為突起部的縱剖面形狀為三角形或梯形等越靠近前端的地方(亦即，越遠離板狀部表面)寬度變得越窄之形狀、或突起部的橫剖面形狀越往端部前進而高度變得越低的錐形狀。
本發明的纖維強化塑膠之突起部的高度(h)，沒有特別限定，可任意地設計，但較佳為0.1～100mm。此外，本發明的纖維強化塑膠使用於汽車或摩托車等運輸設備、腳踏車或高爾夫球桿等運動器具、醫療設備等所使用的結構構件或外殼等外板、其它的零件時，較佳係相對於板狀部的厚度0.1～10mm，突起部的高度為0.1～50mm。進一步較佳係相對於板狀部的厚度0.1～10mm，突起部的高度較佳為1～10mm。
另一方面，突起部的寬度(t)也沒有特別限定，可根據需要的強度或設計而任意地設計。此外，從輕量化之觀點來看，窄者較佳，但從補強板狀部之目的來看，較佳係相對於板狀部的厚度0.1～10mm，突起部的寬度(t)為0.5～5mm。
本發明的纖維強化塑膠，可在板狀部之任意的位置配置突起部。又，突起部的配置位置，可在能確認全部之突起部的外觀之纖維強化塑膠的俯視中確認。突起部的配置位置沒有限定於一處，可配置於兩處以上的位置。亦即，也可將相同形狀或不同的形狀之突起部設置於兩處以上的位置。
此外，突起部的處數，在俯視中，看得到板狀部之部分係判斷為並非突起部，而將該板狀部所包圍之最小的突起部認定為獨立之一個突起部，並計算數量。
設置肋作為突起部時，為了達成本發明的纖維強化塑膠之兼具輕量化與剛性提升，較佳為並非將肋僅配置一處而是配置於兩處以上。藉由如前述進行，可擴展板狀部的補強範圍。然後，在兩處以上配置肋時，藉由將該等之長度方向配置成相互平行的關係，可得到補強效果。該情況中，也可不連續、間歇地設置各肋。另一方面，即使為多個肋各別的長度方向並非相互平行的關係的情況，也可配合纖維強化塑膠所要求的力學特性，將該長度方向以成為各別任意的方向的方式配置(八字等)。
肋的形狀不僅是長度方向僅為單方向的一字形狀，亦有至少兩方向的肋以任意的位置與角度交叉的十字形狀(X字形狀)或V字形狀(包含多個十字連結的形狀)，甚至至少三條肋在一處以任意的角度放射狀地交叉的形狀等，可根據纖維強化塑膠所要求的力學特性而任意地設計。
又，本發明的纖維強化塑膠，其特徵係如上述，至少在板狀部的內部配置至少一層多數條的強化纖維依序朝單方向排列之單方向預浸體而形成，單方向預浸體的纖維配向方向與突起部的橫剖面中之寬度方向(長度方向)並非平行或垂直。在此，「板狀部的內部」，只要為相當於板狀部的部分即可，可為構成表層的部分，也可為此以外的內層部分。
在單方向預浸體積層兩層以上時，較佳為以強化纖維的對齊方向盡可能與突起部的長度方向並非平行或並非垂直的層變多的方式積層。此時，在層間的纖維之對齊方向的角度差沒有特別限定，全部的層可對齊為相同方向，亦可不同。可因應所欲的複合物之特性而自由地選擇。
此外，單方向預浸體的積層順序，即使任意地設定也沒有問題，從成形性之觀點來看，較佳為以與突起部的長度方向並非平行也並非垂直的層成為靠近突起部的位置的方式積層。較佳為在板狀部中，以在有突起部的面至第四層以內配置單方向預浸體，最佳為在有突起部側的面之最表層配置單方向預浸體。又，亦較佳係將有突起部側的面之最表層至第四層之全部設為與突起部的長度方向並非平行或垂直的層。 再者，也可增加單方向預浸體的積層數。單方向預浸體的積層數越多，在突起部流動的纖維變得越多，因而更佳。較佳為6層以上，進一步較佳為10層以上。藉由如前述積層，強化纖維容易在突起部流動且變得可將強化纖維容易地填充至突起部末端，因此從成形性或突起部的力學特性之觀點來看為較佳。
又，突起部為兩個以上時，相對於各別的突起部，有預浸體的填充性不同的情況，且有在一部分的突起部產生「未填充」。該情況，較佳為以單方向預浸體的纖維配向方向，相對於更不易填充之突起部的橫剖面中之寬度方向不成為平行或垂直的方式積層預浸體。若表示不易填充的突起部之例，則突起部的長度越長，預浸體越不易填充。因此，單方向預浸體的纖維配向方向，較佳為至少相對於長度最長的突起部之長度方向並非平行也並非垂直。進一步較佳為單方向預浸體的纖維配向方向與各別的突起部之長度方向並非平行也並非垂直。
單方向預浸體，只要以纖維的配向方向成為滿足前述之至少一方向的方式配置即可，但在本發明中，較佳為在板狀部之至少一部分具有單方向預浸體積層兩層以上的結構，且任意地選擇的兩層之單方向預浸體的強化纖維層之纖維方向並非相互平行。亦即，較佳為具有強化纖維朝單方向排列的層至少積層兩層的結構，且在任意選自該等之層的兩層中，強化纖維的配向方向並非相互平行。強化纖維的配向方向僅為單方向的情況，突起部因熱收縮率或線膨脹係數的異向性而容易產生翹曲等，且尺寸精度變差。再者，突起部為肋的情況，朝兩方向之力、或扭轉之力對於肋作用時，變得無法提高相對於外力之肋的耐久性。
此外，將強化纖維之配向方向不同的多個強化纖維層積層時，一般而言，設為如[0/90]n S的對稱積層、或[0/±60]n S、[+45/0/-45/90]n S等之等向積層，而且，相對於積層方向(厚度方向)亦為對稱積層結構，對於纖維強化塑膠的板狀部之翹曲減低等為有效。另一方面，本發明的纖維強化塑膠，藉由使突起部成為肋形狀，可減低翹曲，因此可使纖維的配向方向偏重於纖維強化塑膠所要求的剛性方向。
又，在本發明中，較佳為使強化纖維之至少一部分的纖維長成為10～300mm。藉由使纖維長成為此範圍，而強化纖維變得容易沿著成形品的突起部之形狀，且提升對三維形狀之賦形性。又，因為減低賦形或成形時的纖維排列之紊亂，可得到力學特性之偏差小，且表面平滑性高的纖維強化塑膠。
具體而言，藉由將纖維長設為300mm以下，而強化纖維之柔軟性、流動性提升，可得到優異的賦形性、成形性。另一方面，若使纖維長成為10mm以上，則由於切口彼此的距離分開，而在使纖維強化塑膠負荷高荷重之際產生的裂縫難以連結，因此成為力學特性、耐久性高的纖維強化塑膠。
此外，將強化纖維以切刀切斷而調整纖維長時，在切刀碰到強化纖維之際，強化纖維移動，有產生逃離刀的纖維或捲入刀的纖維之可能性，因此也存在沒有在前述的範圍的纖維，但藉由將大多數的強化纖維之纖維長度調整為前述的範圍，可期待充分的改善效果。又，也存在在成形時碰到模具的邊緣等而被切斷的纖維，因此成形品內部也有存在比上述範圍更短的纖維之情況。
強化纖維之纖維長，可將纖維強化塑膠內之全部的強化纖維之纖維長調整為前述的範圍，但僅調整突起部等纖維強化塑膠的形狀變化的部分與其周邊的強化纖維之纖維長也可得到充分的效果。
作為在本發明中使用之纖維長10～300mm的強化纖維朝單方向排列之強化纖維薄片的態樣，例如可為(1)將藉由牽切紡等紡績手段而得到之不連續狀的強化纖維薄片化的態樣；也可為(2)將不連續狀的強化纖維(例如：短纖(chopped fiber))朝單方向排列而薄片化的態樣；或者，亦可為(3)在連續狀的強化纖維所構成之單方向預浸體的整面，例如，如圖2～圖6所示，在橫跨強化纖維的方向劃出連續或斷續之有限長度的切口之態樣。
(1)的牽切紡為藉由對股線狀態之連續纖維施加張力，而將纖維以短纖維的單位切斷的紡績方法之一種，且因為短纖維之切斷點沒有集中於一處，而具有涵蓋股線之全長而均等地分散的特徵。係不以單纖維的單位對齊強化纖維的切斷端而隨機地配置來形成集合體者，且強化纖維以單纖維的單位流動，因此成形性略差，但應力傳達變得非常有效率，因此可展現極高的力學特性。又，強化纖維之切斷處分散，因此可實現優異的品質安定性。
(2)之將不連續狀的強化纖維(例如：短纖)朝單方向排列而薄片化的方法係將強化纖維的切斷端以多個纖維單位對齊而某程度有規則地配置來形成集合體者。必然地產生強化纖維之配置、分布不均等，因此品質安定性略差，但以多個纖維的單位流動，因此可實現極優異的成形性。
(3)之使用切口預浸體的方法，強化纖維有規則地配置，因此品質安定性及力學特性優異，且以多個纖維的單位流動，因此成形性也優異。
上述之(1)、(2)、(3)的3種態樣，可因應用途而適宜選擇，且皆為力學特性與成形性之平衡優異，可簡易地製造者，其中最佳為(3)之在連續狀的強化纖維所構成之單方向預浸體的整面，在橫跨強化纖維的方向劃出連續或斷續之有限長度的切口之態樣。
此外，對預浸體劃出切口的方法沒有特別限定。也可為例如藉由使用刀具之手工作業劃出切口的方法，但較佳為使用品質安定，且也可大量生產的自動切割機等而機械性劃出切口的方法。作為機械性劃出切口的方法，沒有特別限定。可例示例如：在工作台上展開的預浸體基材之上，以刀會移動的裁切機，在規定的位置插入切口的方法；或使穿孔之旋轉圓刀於一直線上滾動、或將雷射加工用之脈衝雷射以高速於一直線上掃描，藉以插入對應脈衝周期之切口的方法等。以上均為生產性高的插入切口法，可選自所擁有的生產設備等。
經過如前述的步驟之預浸體，朝橫跨至少一部分之強化纖維的方向設置有多個斷續的切口，其結果，至少一部分中之強化纖維的纖維長成為10～300mm。然後，藉由斷續的切口彼此，而實質上分割全部的強化纖維，可確保賦形性、成形時之纖維的流動性。
切口的長度，以相對於預浸體基材的面內中之強化纖維為垂直方向的投影面中所投影的投影長度Ws定義時，較佳為30μm～1.5mm的範圍內。惟，此切口因為在賦形或成形時基材會變形，有在基材延伸的位置變長、在基材被壓縮塌陷的位置變短的可能性。因此，若觀察成形後之纖維強化塑膠，則也存在切口的長度不在前述範圍處，但藉由最後纖維長為10～300mm的強化纖維有規則地配置的結構存在於纖維強化塑膠，可得到力學特性、表面外觀優異的成形品。
藉由減小Ws，而減少因一個一個的切口所分割之強化纖維的量，可預期提升強度。特別是，藉由將Ws設為1.5mm以下，可預期提升大幅的強度。另一方面，Ws比30μm更小時，切口位置之控制困難，強化纖維的纖維長之偏差變大，規定範圍外的長度之強化纖維增加，賦形性或流動性降低。
在此，「相對於強化纖維為垂直方向的投影面中所投影的投影長度Ws」係指如圖2、4、5、6所示，在插入切口預浸體之面內，假設在相對於強化纖維的配向方向為垂直的方向(纖維垂直方向6)存在投影面，將切口對該投影面垂直(纖維配向方向5)投影之際的長度。
將預浸體基材的切口與強化纖維所形成的角度定為θ時，較佳係θ的絕對值為2～25°的範圍內。藉由θ的絕對值為25°以下，可提升力學特性，其中尤其可提升拉伸強度。從該觀點來看，更佳係θ的絕對值為15°以下。另一方面，若θ的絕對值比2°更小，則變得難以安定地劃出切口。亦即，若相對於強化纖維而使切口平躺，則劃出切口之際，強化纖維容易逃離刀，切口之位置精度降低。從該觀點來看，更佳係θ的絕對值為5°以上。
作為插入切口的方法，可採用例如以前述角度而連續地插入的方法、與斷續地將切口插入至多處的方法之任一者。連續切口的情況，可將纖維長度控制為一定，可減低力學特性、三維形狀追隨性之偏差。另一方面，在斷續地插入切口時，因為切口角度相對於強化纖維為傾斜，而相對於實際的切口長度Y之大小，可減小相對於預浸體基材的面內中之強化纖維為垂直方向的投影面中所投影的投影長度Ws。因此，可在工業上安定地設置例如Ws=1.5mm以下之極小的切口。又，在積層時相較於連續切口，預浸體難以變得散亂，作為預浸體的處理性也優異。
作為插入切口預浸體之較佳的切割圖案，可舉出如圖4，在預浸體基材之至少一部分，朝橫跨強化纖維的方向設置多個斷續的傾斜切口9之態樣。較佳為形成直線狀地插入多個斷續的傾斜切口9之列11，而且該列11為多個且相互平行地配置。藉由如前述進行，可使強化纖維成為一定長度，並將隣接的切口彼此的距離最大化，其結果，可將纖維強化塑膠均質化，同時提高強度。列間的距離X較佳為例如1～5mm的範圍內。
作為插入切口預浸體之其它的較佳之切割圖案，可舉出如圖5所示的態樣。在此態樣中，在預浸體基材之至少一部分，朝橫跨強化纖維的方向，設置多個斷續的傾斜切口9，同時設置雖然與該傾斜切口9之θ的絕對值實質上相同(均一)但成為正負相反的角度的傾斜切口10。此等傾斜切口9、10係設置各略為半數。在此，將θ的絕對值為「實質上相同」的定義設為角度為±1°以內之偏移。又，略為半數係指在以將傾斜切口9、10之總數作為基礎的百分率表示時，各別為45～55%(以下相同)。
將插入切口預浸體積層之際，在傾斜切口僅存在單方向時，即使為同一纖維方向之預浸體，也因從表面看或從背面看預浸體而成為不同的切口之方向。因此，在纖維強化塑膠製造時，有以每次切口的方向成為相同的方式控制的時間、或者控制用以將相同纖維方向且切口之方向不同者積層相同片數的積層程序之時間增加的可能性。但是，若是自纖維方向的切口之傾斜的絕對值為相同，且成為正的角度之切口與成為負的角度之切口成為各略為半數的切割圖案，則可藉由與通常的連續纖維預浸體同樣的處理進行積層。
作為插入切口預浸體之較佳的實施態樣，可舉出如圖5所示，注目於任意之一個切口A時，與該切口A接近的切口中，相較於θ之正負為同一且最近的切口B，與切口A之最短距離更近的θ之正負不同的切口C存在四個以上者。在三維形狀追隨時，預浸體之插入切口部係以切口角度與纖維方向的關係來決定纖維端部的移動。因此，藉由接近的切口彼此為同形狀、相反方向的角度，宏觀來看時，可擔保成形後之面內的等向性。
再者，作為插入切口預浸體之較佳的實施態樣，如圖6所示的態樣亦較佳。在此態樣中，在插入切口預浸體之至少一部分，朝橫跨強化纖維的方向設置多個斷續的傾斜切口10。然後，該斷續的傾斜切口10，係以直線狀且實質上相同的長度Y插入，且接近的切口彼此的最短距離比該切口的長度Y更長。在此，實質上相同的長度係指±5%的差以內(以下相同)。從力學特性之觀點來看，為纖維之不連續點的切口彼此藉由裂縫而連結之際，纖維強化塑膠係破壞。藉由成為將面內的切口彼此的距離分開之切割圖案，有抑制在至少同一面內之裂縫連結的效果，提升強度。
再者，作為插入切口預浸體之較佳的實施態樣，可舉出在插入切口預浸體之至少一部分，朝橫跨強化纖維的方向設置多個斷續的切口，斷續的切口係以直線且實質上相同的長度Y插入，而且，相同直線上之接近的切口間之距離比切口的長度Y之3倍更大者。在相同直線上存在切口時，有起因於切口之損傷在切口之延長線上產生的可能性，尤其是接近的距離越近，裂縫越容易連結。因此，藉由盡可能分開相同直線狀的切口彼此的距離，抑制裂縫連結，提升強度。又，在相同直線狀插入斷續的切口，且該切口彼此的距離近時，在成形後，切口作為斷續的直線之圖樣而變得容易辨識，另一方面，藉由切口彼此的距離分開而變得無法作為圖樣辨識，成為表面品質優異者。此外，在相同直線上存在切口係指延長某一個切口a的直線、與連結前述切口a及成為對象的切口b之相互最接近的點彼此的直線之角度為2°以內。
又，可將全部單方向預浸體設為纖維長被調整成前述範圍者，但沒有必要將該纖維長之強化纖維配置於全部的層。根據纖維強化塑膠之突起部的寬度或高度、形狀的曲率或角度，可適宜選擇配置調整纖維長之單方向預浸體的層。亦即，即使僅調整纖維強化塑膠的突起部或形狀變化部、與在板狀部中突起部或形狀變化部之正下方的層中之強化纖維的纖維長，也可得到充分的效果。
又，本發明的纖維強化塑膠之至少板狀部的纖維單位面積重量(FAW)，較佳為50～1000g/m 2。從變形阻力或流動性之觀點來看，較佳為50～200g/m 2，進一步較佳為70～200g/m 2。纖維層為兩層以上時，較佳為其至少一層為前述範圍。
纖維單位面積重量(FAW)越高，纖維層的剛性變得越高，若超過1000g/m 2，則變形阻力變大，纖維難以在突起部內部(模具凹部)流動，因此變得容易產生「未填充」或「富含樹脂」。又，在對高單位面積重量的預浸體基材之纖維以切刀劃出切口之際，逃離刀的纖維增加，目標範圍外的纖維長之纖維增加，會成為流動性低之預浸體基材的可能性高。
亦即，從成形性之觀點來看，較佳為積層有多量低單位面積重量的預浸體基材者，但小於50g/m 2的情況，因預浸體基材之生產或積層工時之增加而成本會變高。又，從積層工時削減之觀點來看，進一步較佳為70g/m 2以上。
本發明之成形品的樹脂重量分率(Rc)，較佳為10～70%。 進一步較佳為20～60%。樹脂重量分率(Rc)小於10%的情況，成形品表面的樹脂量少，因此除了因纖維之凹凸而成形品表面變凸凹以外，纖維之流動性變低，在成形變得容易產生「未填充」。另一方面，若樹脂重量分率(Rc)超過70%，則樹脂變多，在成形品的凹部等產生樹脂為過剩的部分(「富含樹脂」)，且因樹脂之硬化收縮而成形品表面之平滑性降低。
在本發明中，強化纖維並沒有特別限定，但較佳使用玻璃纖維、聚芳醯胺纖維、聚乙烯纖維、碳化矽纖維及碳纖維。尤其在得到輕量且高性能，並且優異之力學特性的纖維強化複合材料之點上，較佳使用玻璃纖維或碳纖維。又，可單一使用玻璃纖維，亦可單一使用碳纖維，從性能與成本之平衡來看，也可同時使用玻璃纖維與碳纖維兩者。
在此，玻璃纖維並沒有特別限定，但較佳使用E玻璃纖維、S玻璃纖維、C玻璃纖維、D玻璃纖維。從成本與強度的平衡之觀點來看，較佳使用E玻璃纖維；在要求高強度的情況，較佳使用S玻璃纖維；在要求耐酸性的情況，較佳使用C玻璃纖維；在要求低介電常數的情況，較佳使用D玻璃纖維。
玻璃纖維的平均纖維徑沒有特別限制，但玻璃纖維的平均纖維徑較佳為4～20μm，更佳係平均纖維徑為5～16μm。通常若為4μm以上，則可得到充分效果，另一方面，若平均纖維徑超過20μm，則有強度降低的傾向。
又，在得到更優異的機械強度之意義中，較佳為將玻璃纖維以異氰酸酯系化合物、有機矽烷系化合物、有機鈦酸酯(titanate)系化合物、有機硼烷系化合物及環氧化合物等偶合劑進行預備處理而使用。
其次，碳纖維並沒有特別限定，但較佳使用聚丙烯腈系碳纖維、嫘縈系碳纖維、及瀝青系碳纖維等。其中，特佳使用拉伸強度高的聚丙烯腈系碳纖維。作為碳纖維的形態，可使用有撚紗、解撚紗及無撚紗等。
該碳纖維較佳係拉伸彈性模數為180～600GPa的範圍。若拉伸彈性模數為此範圍，則可使得到的纖維強化塑膠具備剛性，因此可將得到的成形品輕量化。又，一般而言，碳纖維有彈性模數變得越高，強度越降低的傾向，但若為此範圍，則可保持碳纖維本身的強度。更佳的彈性模數為200～440GPa的範圍，進一步較佳為220～300GPa的範圍。亦可為組合上述的上限與下限之任一者的範圍。在此，碳纖維的拉伸彈性模數為依照JIS R7601-2006所測定的數值。
此外，作為碳纖維的市售品，可舉出以下者，但沒有特別限定於此等。可舉出「TORAYCA(註冊商標)」T300(拉伸強度：3.5GPa，拉伸彈性模數：230GPa)、「TORAYCA(註冊商標)」T300B(拉伸強度：3.5GPa，拉伸彈性模數：230GPa)、「TORAYCA(註冊商標)」T400HB(拉伸強度：4.4GPa，拉伸彈性模數：250GPa)、「TORAYCA(註冊商標)」T700SC(拉伸強度：4.9GPa，拉伸彈性模數：230GPa)、「TORAYCA(註冊商標)」T800HB(拉伸強度：5.5GPa，拉伸彈性模數：294GPa)、「TORAYCA(註冊商標)」T800SC(拉伸強度：5.9GPa，拉伸彈性模數：294GPa)、「TORAYCA(註冊商標)」T830HB(拉伸強度：5.3GPa，拉伸彈性模數：294GPa)、「TORAYCA(註冊商標)」T1000GB-(拉伸強度：6.4GPa，拉伸彈性模數：294GPa)、「TORAYCA(註冊商標)」T1100GC(拉伸強度：7.0GPa，拉伸彈性模數：324GPa)、「TORAYCA(註冊商標)」M35JB(拉伸強度：4.7GPa，拉伸彈性模數：343GPa)、「TORAYCA(註冊商標)」M40JB(拉伸強度：4.4GPa，拉伸彈性模數：377GPa)、「TORAYCA(註冊商標)」M46JB(拉伸強度：4.2GPa，拉伸彈性模數：436GPa)、「TORAYCA(註冊商標)」M55J(拉伸強度：4.0GPa，拉伸彈性模數：540GPa)、「TORAYCA(註冊商標)」M60JB(拉伸強度：3.8GPa，拉伸彈性模數：588GPa)、「TORAYCA(註冊商標)」M30SC(拉伸強度：5.5GPa，拉伸彈性模數：294GPa)(以上為東麗(股)製)、PX35(拉伸強度：4.1GPa，拉伸彈性模數：242GPa)(以上為ZOLTEK公司製)等。
作為碳纖維的長絲數，並沒有特別限定，但對本發明的纖維強化塑膠，如後述使用織物時，從織造生產性、所要求的作為纖維強化塑膠之拉伸・彎曲彈性模數、強度、設計性之觀點來看，較佳為1,000～70,000長絲的範圍，進一步較佳為1,000～60,000長絲。藉由為將長絲多條對齊的複絲，可得到柔軟性，在成形容易變形為任意的形狀。又，複絲由於其它的纖維可補足一條纖維的缺點，可抑制成形品的力學特性之偏差，可得到安定的性能。
其次，針對構成本發明的纖維強化塑膠之與前述強化纖維組合的基質樹脂進行說明。基質樹脂較佳使用熱硬化性樹脂或熱塑性樹脂。
在此，熱硬化性樹脂可為藉由熱而自硬化的樹脂，亦可為包含硬化劑或硬化促進劑等者，較佳為藉由熱引起交聯反應，且至少形成部分的三維交聯結構者，但沒有特別限定。在此，從處理性之觀點來看，作為熱硬化性樹脂之例，較佳為環氧樹脂組成物、乙烯酯樹脂組成物、不飽和聚酯樹脂組成物、聚胺基甲酸酯樹脂組成物、苯并
Figure 111103065-A0304-1
Figure 111103065-A0304-2
樹脂組成物、酚樹脂、脲樹脂組成物、三聚氰胺樹脂組成物、及聚醯亞胺樹脂組成物等。其中，從纖維強化塑膠的性能或耐環境性之觀點來看，更佳為環氧樹脂組成物、乙烯酯樹脂組成物、不飽和聚酯樹脂組成物。又，包含此等之熱硬化性樹脂組成物不需要為單一種類，也可為將樹脂組成物彼此混合等之相互混合的。
再者，也可在熱硬化性樹脂中將熱塑性樹脂作為粒子或纖維分散、或者在熱硬化性樹脂中溶解熱塑性樹脂等，進行摻合而作為基質樹脂組成物。如前述進行而使用的熱塑性樹脂，通常較佳為具有選自碳-碳鍵、醯胺鍵、醯亞胺鍵、酯鍵、醚鍵、碳酸酯鍵、胺基甲酸酯鍵、硫醚鍵、碸鍵及羰基鍵之鍵結的熱塑性樹脂，也可部分地具有交聯結構。
作為前述熱硬化性樹脂所使用之環氧樹脂組成物，可例示含有由具有多個羥基之酚得到的芳香族環氧丙醚、由具有多個羥基之醇得到的脂肪族環氧丙醚、由胺得到的環氧丙胺、具有環氧乙烷環的環氧樹脂、及由具有多個羧基之羧酸得到的環氧丙酯等環氧樹脂的樹脂組成物。作為芳香族環氧丙醚，可例示雙酚A的二環氧丙醚、雙酚F的二環氧丙醚、雙酚AD的二環氧丙醚、雙酚S的二環氧丙醚等由雙酚得到的二環氧丙醚、由酚或烷基酚等得到的酚醛之聚環氧丙醚、間苯二酚的二環氧丙醚、氫醌的二環氧丙醚、4,4’-二羥基聯苯的二環氧丙醚、4,4’-二羥基-3,3’,5,5’-四甲基聯苯的二環氧丙醚、1,6-二羥基萘的二環氧丙醚、9,9’-雙(4-羥苯基)茀的二環氧丙醚、參(對羥苯基)甲烷的三環氧丙醚、肆(對羥苯基)乙烷的四環氧丙醚、及使雙酚A的二環氧丙醚與雙官能異氰酸酯反應而得到之具有
Figure 111103065-A0304-1
唑啶酮骨架的二環氧丙醚等。作為脂肪族環氧丙醚，可例示乙二醇的二環氧丙醚、丙二醇的二環氧丙醚、1,4-丁二醇的二環氧丙醚、1,6-己二醇的二環氧丙醚、新戊二醇的二環氧丙醚、環己烷二甲醇的二環氧丙醚、丙三醇的二環氧丙醚、丙三醇的三環氧丙醚、三羥甲基乙烷的二環氧丙醚、三羥甲基乙烷的三環氧丙醚、三羥甲基丙烷的二環氧丙醚、三羥甲基丙烷的三環氧丙醚、新戊四醇的四環氧丙醚、十二氫雙酚A的二環氧丙醚、及十二氫雙酚F的二環氧丙醚等。作為環氧丙胺，可例示二環氧丙基苯胺、二環氧丙基甲苯胺、三環氧丙基胺基酚、四環氧丙基二胺基二苯甲烷、四環氧丙基二甲苯二胺、或此等之鹵素、烷基取代物、及氫化物等。作為具有環氧乙烷環的環氧樹脂，可例示二氧化乙烯環己烯、二氧化二戊烯、3,4-環氧環己烷甲酸3,4-環氧環己基甲酯、己二酸雙(3,4-環氧環己基甲基)酯、二氧化二環戊二烯、雙(2,3-環氧環戊基)醚、及二氧化4-乙烯環己烯的寡聚物等。作為環氧丙酯，可例示鄰苯二甲酸二環氧丙酯、對苯二甲酸二環氧丙酯、六氫鄰苯二甲酸二環氧丙酯、及二聚酸二環氧丙酯等。此等環氧樹脂，環氧樹脂組成物中所含者不需要為單一，也可在環氧樹脂組成物中混合多種環氧樹脂。
又，作為乙烯酯樹脂組成物，可例示含有使環氧樹脂與丙烯酸反應而成的環氧丙烯酸酯樹脂、或使環氧樹脂與甲基丙烯酸反應而成的環氧甲基丙烯酸酯樹脂等乙烯酯樹脂的樹脂組成物。成為此等乙烯酯樹脂之原料的環氧樹脂之種類沒有特別限定，可例示由具有多個羥基之酚得到的芳香族環氧丙醚、由具有多個羥基之醇得到的脂肪族環氧丙醚、由胺得到的環氧丙胺、具有環氧乙烷環的環氧樹脂、及由具有多個羧基之羧酸得到的環氧丙酯等。作為成為乙烯酯樹脂之原料的芳香族環氧丙醚，可例示雙酚A的二環氧丙醚、雙酚F的二環氧丙醚、雙酚AD的二環氧丙醚、雙酚S的二環氧丙醚等由雙酚得到的二環氧丙醚、由酚或烷基酚等得到的酚醛之聚環氧丙醚、間苯二酚的二環氧丙醚、氫醌的二環氧丙醚、4,4’-二羥基聯苯的二環氧丙醚、4,4’-二羥基-3,3’,5,5’-四甲基聯苯的二環氧丙醚、1,6-二羥基萘的二環氧丙醚、9,9’-雙(4-羥苯基)茀的二環氧丙醚、參(對羥苯基)甲烷的三環氧丙醚、肆(對羥苯基)乙烷的四環氧丙醚、及使雙酚A的二環氧丙醚與雙官能異氰酸酯反應而得到之具有
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唑啶酮骨架的二環氧丙醚等。作為成為乙烯酯樹脂之原料的脂肪族環氧丙醚，可例示乙二醇的二環氧丙醚、丙二醇的二環氧丙醚、1,4-丁二醇的二環氧丙醚、1,6-己二醇的二環氧丙醚、新戊二醇的二環氧丙醚、環己烷二甲醇的二環氧丙醚、丙三醇的二環氧丙醚、丙三醇的三環氧丙醚、三羥甲基乙烷的二環氧丙醚、三羥甲基乙烷的三環氧丙醚、三羥甲基丙烷的二環氧丙醚、三羥甲基丙烷的三環氧丙醚、新戊四醇的四環氧丙醚、十二氫雙酚A的二環氧丙醚、及十二氫雙酚F的二環氧丙醚等。作為成為乙烯酯樹脂之原料的環氧丙胺，可例示二環氧丙基苯胺、二環氧丙基甲苯胺、三環氧丙基胺基酚、四環氧丙基二胺基二苯甲烷、四環氧丙基二甲苯二胺、或此等之鹵素、烷基取代物、及氫化物等。作為成為乙烯酯樹脂之原料的具有環氧乙烷環之環氧樹脂，可例示二氧化乙烯環己烯、二氧化二戊烯、3,4-環氧環己烷甲酸3,4-環氧環己基甲酯、己二酸雙(3,4-環氧環己基甲基)酯、二氧化二環戊二烯、雙(2,3-環氧環戊基)醚、及二氧化4-乙烯環己烯的寡聚物等。作為成為乙烯酯樹脂之原料的環氧丙酯，可例示鄰苯二甲酸二環氧丙酯、對苯二甲酸二環氧丙酯、六氫鄰苯二甲酸二環氧丙酯、及二聚酸二環氧丙酯等。
作為不飽和聚酯樹脂組成物，可例示含有使具有兩個羧基且沒有雙鍵的飽和二元酸與具有雙鍵的不飽和二元酸、甚至具有兩個醇性羥基的二元醇進行反應而得到之不飽和聚酯樹脂的樹脂組成物。成為不飽和聚酯樹脂之原料的飽和二元酸之種類沒有特別限定，可例示鄰苯二甲酸酐、間苯二甲酸等。成為不飽和聚酯樹脂之原料的飽和不飽和二元酸之種類沒有特別限定，可例示馬來酸酐、富馬酸等。成為不飽和聚酯樹脂之原料的二元醇之種類沒有特別限定，可例示乙二醇或丙二醇等。
從降低黏度等處理性之觀點來看，上述的乙烯酯樹脂組成物與不飽和聚酯樹脂組成物也可包含反應性稀釋劑。作為反應性稀釋劑，可例示苯乙烯、乙烯甲苯、甲基丙烯酸甲酯等乙烯單體、鄰苯二甲酸二烯丙酯、間苯二甲酸二烯丙酯、三聚異氰酸三烯丙酯等烯丙基單體、(甲基)丙烯酸苯氧乙酯、1,6-己二醇(甲基)丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸2-羥乙酯等丙烯酸酯、乙烯吡咯啶酮、苯基馬來醯亞胺等。
另一方面，熱塑性樹脂並沒有特別限定，但亦可為丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)樹脂、聚胺基甲酸酯(TPU)樹脂、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)樹脂、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)樹脂、聚對苯二甲酸丙二酯(PTT)樹脂、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)樹脂、液晶聚酯樹脂等聚酯；聚乙烯(PE)樹脂、聚丙烯(PP)樹脂、聚丁烯樹脂等聚烯烴；除了苯乙烯系樹脂之外，也可為聚甲醛(POM)樹脂、聚醯胺(PA)樹脂、聚碳酸酯(PC)樹脂、聚甲基丙烯酸亞甲酯(PMMA)樹脂、聚氯乙烯(PVC)樹脂、聚苯硫醚(PPS)樹脂、聚苯醚(PPE)樹脂、改質PPE樹脂、聚醯亞胺(PI)樹脂、聚醯胺醯亞胺(PAI)樹脂、聚醚醯亞胺(PEI)樹脂、聚A(PSU)樹脂、改質PSU樹脂、聚醚碸樹脂、聚酮(PK)樹脂、聚醚酮(PEK)樹脂、聚醚醚酮(PEEK)樹脂、聚醚酮酮(PEKK)樹脂、聚芳酯(PAR)樹脂、聚醚腈樹脂、酚系樹脂、苯氧樹脂、聚四氟乙烯樹脂等氟系樹脂；甚至也可為聚苯乙烯系樹脂、聚烯烴系樹脂、聚胺基甲酸酯系樹脂、聚酯系樹脂、聚醯胺系樹脂、聚丁二烯系樹脂、聚異戊二烯系樹脂、氟系樹脂等之熱塑性彈性體等、或此等之共聚物、改質物、及摻合兩種類以上的樹脂等。
尤其，從易加工性、力學特性、設計性之觀點來看，較佳使用聚甲基丙烯酸亞甲酯(PBSMMA)樹脂、聚胺基甲酸酯(TPU)樹脂、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)樹脂、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)樹脂、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)樹脂、聚醯胺(PA)樹脂(特別是PA6、PA66、PA12)、聚碳酸酯(PC)樹脂、將聚碳酸酯(PC)與丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)樹脂摻合之PC/ABS樹脂。
在此，作為纖維強化塑膠的設計性之一種，要求著色時，沒有特別限定顏色，但藉由對前述舉出的熱塑性樹脂進行黑、紅、黃、綠、藍、紫、茶等的著色，可提高設計性。
本發明的纖維強化塑膠，其製造方法沒有特別限定，作為一例，可將對多數條的強化纖維含浸基質樹脂之單方向預浸體，因應需要與同種或不同種類之單方向預浸體或纖維基材等積層，並將該積層體藉由加壓成形、高壓釜成形、烘箱成形、或抽真空的烘箱成形而加熱及因應需要而加壓，藉以進行一體化而得到。
首先，單方向預浸體之製造方法沒有特別限定，可較佳利用以前述的方法將短纖維或長纖維對齊後，含浸基質樹脂的方法。
基質樹脂為熱硬化性樹脂的情況，含浸樹脂的方法較佳可利用濕式法、熱熔法、擠壓、噴灑、印刷或其它的周知的方法。
濕式法係將熱硬化性樹脂溶解於選自丙酮、甲基乙基酮及甲醇等之有機溶媒而低黏度化，並在含浸於強化纖維後拉出，使用烘箱等使有機溶媒蒸發，而可得到預浸體。
熱熔法，可使用使藉由加熱而低黏度化的基質樹脂直接含浸於強化纖維的方法；或者，製作暫時將基質樹脂塗布於脫模紙等上之附有樹脂薄膜的脫模紙薄片(以後也有表示為「樹脂薄膜」的情況)，其次，自強化纖維的兩側或是單側，將樹脂薄膜與強化纖維側重疊，且進行加熱加壓，藉以對強化纖維含浸基質樹脂的方法等。作為後者的方法，更具體而言，可舉出例如以下表示的方法。亦即，第一個方法為藉由將包含樹脂組成物的樹脂薄膜，自強化纖維的兩側或單側進行加熱加壓而以單階段含浸基質樹脂之所謂的一段含浸熱熔法。第二個方法為藉由將基質樹脂分為多階段塗敷於樹脂薄膜，且將該等自強化纖維的兩側或單側進行加熱加壓而含浸之多段含浸熱熔法。
另一方面，基質樹脂為熱塑性樹脂的情況，作為含浸樹脂的方法，較佳可利用熔融法、溶劑法、粉末法、樹脂薄膜含浸法、或其它之周知的方法。
熔融法為以擠壓機使熱塑性樹脂熔融，且在熔融浴中使強化纖維通過，而對纖維束內部含浸樹脂的方法。溶劑法為使以溶劑溶化樹脂的溶液含浸於纖維束內部者。粉末法為使熱塑性樹脂的粉末附著於強化纖維，且將其加熱而熔融含浸者。藉由此製造程序，可製造將強化纖維對齊為一個方向的預浸體。又，樹脂薄膜含浸法為將強化纖維加工為織物，將該織物與加工為薄膜狀之上述的基質樹脂，在具有加熱的金屬製盤面之加壓設備(所謂加壓)中同時設置至少各別各一個，且藉由加熱與加壓來使薄膜狀的樹脂含浸於織物，而製造織物預浸體的方法。因此，如後述，在同時使用單方向預浸體與將織物作為基材的預浸體時，可應用此方法。
在此，對強化纖維含浸樹脂的預浸體之一片的厚度並沒有特別限定，但較佳為0.05mm至5mm的範圍，從輕量化・薄壁化之觀點來看，進一步較佳為0.05mm至3mm。
作為本發明的纖維強化塑膠之成形方法，如上述，可舉出各種的成形方法，且沒有特別限定，較佳可使用加壓成形法，其係準備含浸基質樹脂的單方向預浸體，因應需要進行積層或賦形，投入模具，以加壓機進行加熱加壓而成形。加壓成形藉由以高壓力進行成形，而強化纖維與基質樹脂一體化，可減小對齊的纖維之鬆弛或角度之偏差的影響。
在加壓成形使用的模具之空腔(間隙)係成為最後所欲的纖維強化塑膠之形狀，且在相當於纖維強化塑膠的突起部之模具的形狀係成為凹部。加壓成形在加熱成形之際，由於可為使強化纖維與基質樹脂流動至該凹部，將纖維強化塑膠之形狀予以成形的方法，而未必需要在事前將單方向預浸體賦形為與纖維強化塑膠相同的形狀。因此，可減低預形體製作之工時而較佳。
此外，基質樹脂為熱塑性樹脂的情況，有需要將模具冷卻之後取出纖維強化塑膠，但基質樹脂為熱硬化性樹脂的情況，即使在模具維持為高溫下也可取出成形的纖維強化塑膠，因此藉由與速硬化性的熱硬化性樹脂組合，可縮短成形循環。
加壓成形方法與其它的成形方法相比，成形前的預先準備、甚至成形後的後處理也簡便，因此壓倒性地生產性優異。再者，基質樹脂為熱硬化性樹脂的情況，可在將模具溫度T實質上保持為一定的狀態下進行脫模。因此，由於不需要在基質樹脂為熱塑性樹脂時所必要的模具之冷卻步驟，而只要與速硬化樹脂組合，則可得到高生產性。
此外，加壓成形的模具溫度T(℃)，較佳為滿足熱硬化性樹脂之根據示差掃描熱量測定(DSC)的發熱峰值溫度Tp(℃)與以下的關係式(I)。進一步較佳為滿足以下的關係式(II)。
Tp-60≦T≦Tp+20・・・(I) Tp-30≦T≦Tp・・・(II)
模具溫度T(℃)比Tp-60(℃)更低時，樹脂之硬化所需要的時間變得非常長，又，也有硬化不充分的情況。另一方面，比Tp+20(℃)更高時，因樹脂之急劇的反應而引起在樹脂內部的孔隙之生成、硬化不良，因而不佳。此外，根據DSC的發熱峰值溫度Tp(℃)為以升溫速度10℃/分鐘的條件測定的數值。
本發明的纖維強化塑膠，較佳為以作為基質樹脂使用的熱硬化性樹脂之根據動態黏彈性測定(DMA)的最低黏度為0.1～100Pa・s的條件進行製造。進一步較佳為0.5～10Pa・s。最低黏度比0.1Pa・s更小時，有在加壓時僅樹脂流動，強化纖維無法充分填充至突起部的前端之情況。另一方面，比100Pa・s更大時，樹脂之流動性缺乏，因此有強化纖維與樹脂無法充分填充至突起部的前端之情況。此外，根據DMA的最低黏度為以升溫速度1.5℃/分鐘的條件測定的數值。
又，本發明的纖維強化塑膠，亦較佳為僅在板狀部之單側的面具有突起部，作為形成其相反側之最表層的強化纖維，較佳為配置織物。以經紗與緯紗編織的織物，不僅力學特性、形態之耐久性優異，且係使用於用以藉由展現織物之織物結構而提高設計性。此外，構成此織物的纖維，可使用與其它的層相同的強化纖維，但也可使用不同的纖維。
織物的織物組織或密度，沒有特別限定，從纖維強化塑膠設計性之觀點來看，可任意地選擇。作為織物組織之例，較佳使用平紋組織、斜紋組織、緞紋組織、重平組織、方平組織、蜂巢組織、浮紋組織、仿紗羅組織、縐紗組織。斜紋組織，可例示三枚斜紋、四枚斜紋、五枚斜紋、六枚斜紋、急斜紋、曲線斜紋、破斜紋、飛斜紋、山形斜紋、網狀斜紋、雙斜紋、撚斜紋、陰陽斜紋、花式斜紋、陰影斜紋。緞紋組織，可例示五枚緞紋、七枚緞紋、八枚緞紋、十枚緞紋、不規則緞紋、擴展緞紋、雙面緞紋、花岡石組織、陰陽緞紋、陰影緞紋。重平組織，可例示縱向重平組織、橫向重平組織、變化重平組織。方平組織，可例示規則方平組織、變化方平組織、不規則方平組織、分區重平組織、朝3方向編織纖維之3軸織物等。
在此，作為構成該織物的強化纖維，可為上述所例示之單一玻璃纖維，也可為單一碳纖維，亦可組合不同的多個玻璃纖維或碳纖維而應用，甚至也可單一使用其它的不同之強化纖維或組合多個。又，從性能・成本・設計性優異來看，也可將至少一種類的玻璃纖維與至少一種類的碳纖維一起混織。
又，在形成與設置突起部的面為相反側的最表層之織物，較佳為預先含浸基質樹脂。此外，含浸於織物的基質樹脂，較佳為使用與其它的層相同的基質樹脂，但也可使用不同的樹脂。惟，使用與其它的層之樹脂不同的樹脂時，較佳為確認相容性、密合性，且因應需要插入接著薄膜等。
就在織物含浸基質樹脂之預浸體的單位面積重量而言，使用玻璃纖維或碳纖維作為強化纖維時，較佳為20～400g/m 2，更佳為40～300g/m 2。該單位面積重量為20g/m 2以上的情況，織造性變得良好，又，該單位面積重量為400g/m 2以下的情況，織物柔軟且容易賦形，在預浸體製造時或成形時的基質樹脂(例如：環氧樹脂組成物等)之含浸時，樹脂容易到達至厚度方向的中央部，且未含浸部(孔隙)變得難以殘留。其結果，變成顯示優異的壓縮強度等機械物性之纖維強化塑膠。
本發明的纖維強化塑膠，較佳為板狀部的表層起比至少第二層更下方的層中之強化纖維的方向為非單方向層。非單方向層係指強化纖維並非僅朝單方向排列之狀態的層，亦即，為纖維的方向至少朝兩方向配向的層。作為該結構之具體例，可舉出板狀部以多個層構成，且設置突起部側的表層以外之層中的強化纖維之配向方向成為至少二方向(非單方向)的態樣。作為非單方向層之更具體的態樣，可例示如織物之纖維朝至少二方向以上之決定的方向排列者、或如不織布之纖維隨機地配向者等，沒有特別限定。
此外，在本發明中，將構成纖維強化塑膠中之板狀部的層之一種稱為非單方向層，且將成形該纖維強化塑膠前之相當於非單方向層的材料，稱為非單方向強化纖維薄片。非單方向強化纖維薄片，如前述，強化纖維並非僅朝單方向排列，且只要為朝多方向排列者，則可為任何形態，可為未包含基質樹脂的狀態(乾式薄片)，也可為在至少一部分的區域預先含浸基質樹脂者。以下針對非單方向強化纖維薄片詳細說明。
使用於非單方向強化纖維薄片的纖維，並沒有特別限定，但較佳使用例如：玻璃纖維、聚芳醯胺纖維、聚乙烯纖維、碳化矽纖維、及碳纖維。尤其在得到輕量且高性能，並且優異之力學特性的纖維強化複合材料之點上，較佳使用玻璃纖維或碳纖維。
又，構成非單方向強化纖維薄片的強化纖維之至少一部分，較佳為包含熱塑性樹脂纖維以外的纖維。製造本發明的纖維強化塑膠之際，進行加熱且進行加壓成形，熱塑性樹脂纖維因熱而變柔軟，因此藉由使構成非單方向強化纖維薄片的強化纖維之至少一部分為熱塑性樹脂纖維以外之纖維，可抑制成形品的厚度或形狀之偏差。
作為熱塑性樹脂纖維以外的纖維，沒有特別限定，作為其例，較佳使用玻璃纖維、聚芳醯胺纖維、聚乙烯纖維、碳化矽纖維及碳纖維。尤其在得到輕量且高性能，並且優異之力學特性的纖維強化複合材料之點上，較佳使用玻璃纖維或碳纖維。此外，作為玻璃纖維或碳纖維之較佳的態樣係如前述。
作為非單方向強化纖維薄片的形態，較佳使用前述的織物。織物的織物組織或密度，沒有特別限定，可任意地選擇。
又，作為非單方向強化纖維薄片的形態，較佳也可使用不織布。不織布的結構或製造方法沒有特別限定，較佳可使用藉由下述乾式法製造的不織布：將數cm的短纖維開纖並以梳理機形成薄網的梳理法、或將開纖的短纖維以氣動隨機分散機分散並在輸送帶上形成網的氣流成網(air-laid)法等。又，藉由乾式法製造之不織布的情況，較佳可使用：以針扎法將纖維纏絡，以物理的方法提升網之形態安定性者；或者以噴灑法或浸漬法賦予不飽和聚酯、聚乙烯醇(PVA)或其共聚物等黏合劑樹脂而將纖維彼此固著，化學性提升網之形態安定性者。作為纖維之固著方法，可舉出在網之製造時將熱塑性樹脂之纖維予以混纖、或使熱塑性樹脂微粒附著於網後，在熱滾筒或烘箱投入網而使熱塑性樹脂熔融，使纖維彼此固著的方法。
作為不織布之其它的例，較佳也可使用藉由將短纖維分散於水中並撈起至抄紙網狀物上之濕式法製造的不織布。此外，為了將藉由濕式法製造的不織布與藉由乾式法製造的不織布同樣地提升尺寸安定性、處理性，亦較佳為以噴灑法或浸漬法賦予不飽和聚酯、聚乙烯醇(PVA)或其共聚物等黏合劑樹脂而使纖維彼此化學性地固著；或者在製造網時將熱塑性樹脂之纖維予以混纖、或使熱塑性樹脂微粒附著於網後，在熱滾筒或烘箱投入網而使熱塑性樹脂熔融，使纖維彼此固著。
從力學特性優異且為便宜之觀點來看，作為上述以外的不織布，較佳可使用藉由紡黏法或熔噴法製造的不織布，紡黏法係將熱塑性樹脂熔融紡絲而得到的絲積層於輸送帶上，熔噴法係對熔融紡絲的絲噴吹空氣而成為細微的纖維，並將該纖維聚積於網狀物上來進行網化。
非單方向強化纖維薄片的厚度，較佳為0.01～1.0mm，更佳為0.05mm～0.5mm。非單方向強化纖維薄片的厚度為0.01mm以上的情況，可抑制因在加壓成形時產生的加壓力而賦予的纖維之塑性流動，且可抑制板狀部之表層所使用的織物纖維之蛇行或設計面中之富含樹脂等外觀不良。另一方面，非單方向強化纖維薄片的厚度為1.0mm以下的情況，柔軟且賦形性優異，同時在成形時之含浸環氧樹脂組成物等時，樹脂容易到達至厚度方向的中央部，且未含浸部(孔隙)變得難以殘留，其結果，變成顯示優異的壓縮強度等機械物性之纖維強化塑膠。
但是，使用不織布作為非單方向強化纖維薄片時，可藉由加壓成形時的壓力調整該不織布的厚度，因此較佳可使用0.01～3.0mm厚度的不織布。又，不織布從處理性或賦形性之觀點來看，以柔軟為較佳，但從抑制成形品的厚度偏差之觀點來看，尺寸安定性亦重要。
又，使用碳纖維或玻璃纖維的織物作為非單方向強化纖維薄片時，就該纖維薄片的單位面積重量而言，較佳為10～300g/m 2，更佳為30～150g/m 2。該纖維薄片單位面積重量為10g/m 2以上的情況，可抑制因在加壓成形時產生的加壓力而賦予的纖維之塑性流動，且可抑制表層所使用的織物纖維之纖維蛇行或設計面之富含樹脂等外觀不良。又，該纖維薄片單位面積重量為300g/m 2以下的情況，柔軟且賦形性優異，在成形時之含浸環氧樹脂組成物等時，樹脂容易到達至厚度方向的中央部，且未含浸部(孔隙)變得難以殘留，其結果，變成顯示優異的壓縮強度等機械物性之纖維強化塑膠。
使用不織布作為非單方向強化纖維薄片時，該纖維薄片的單位面積重量較佳為10～300g/m 2。為了吸收成形時之預浸體的變形，且緩和對成形品表面之影響，而需要厚度與強度，但若變得過厚，則有影響成形品之物性的可能性，因此進一步較佳為30～150g/m 2，最佳為40～100g/m 2。惟，藉由重疊低單位面積重量的不織布，也可調整為前述單位面積重量的範圍。
其次，針對本發明的纖維強化塑膠之製造方法詳細說明。
在本發明中，首先，將對多數條的強化纖維含浸基質樹脂之單方向預浸體，因應需要與同種或是不同種類之單方向預浸體、非單方向預浸體、或纖維基材等一起積層而作為預形體。然後，將該預形體配置於預先加熱的模具內(例如：凹型模具)，關閉該模具且進行加壓，藉以得到包含具有板狀部與至少一處自該板狀部之至少單側的面隆起之突起部的形狀之纖維強化塑膠。此時，預形體其特徵為包含至少一層多數條的強化纖維依序朝單方向排列之單方向預浸體，構成板狀部之至少一層的前述單方向預浸體之纖維配向方向與突起部的橫剖面中之寬度方向(長度方向)並非平行或垂直。
此外，在本發明中，可因應所欲的纖維強化塑膠之厚度而積層需要的片數之單方向預浸體，此時，不需要使全部之單方向預浸體的纖維配向方向與突起部的橫剖面中之寬度方向(長度方向)並非平行或垂直。
又，在本發明中，亦較佳為如上述，藉由將以纖維配向方向與最後得到之突起部的橫剖面中之寬度方向(長度方向)並非平行或垂直的方式配置的單方向預浸體，與其它的單方向預浸體、非單方向預浸體、或纖維基材等組合作為預形體，而成為包含多層板狀部者。此時，較佳為在預形體的表層起比至少第二層更下方的層(亦即，設置突起部側的表層以外之層)配置強化纖維的配向方向為非單方向之前述的非單方向強化纖維薄片，同時關閉凹型模具且進行加壓，藉以使含浸於單方向預浸體的前述基質樹脂含浸至非單方向強化纖維薄片內，作為非單方向層。
特別是在與設置突起部的面為相反側之最表層配置織物形態之非單方向強化纖維薄片時，可抑制因加壓成形時的加壓力而產生的纖維之塑性流動，且可抑制表層所使用的織物纖維之纖維蛇行或設計面之富含樹脂等外觀不良。
非單方向強化纖維薄片，如前所述並非強化纖維僅朝單方向排列的薄片，而是強化纖維朝多方向排列的薄片，可為未包含基質樹脂的乾式薄片，也可為在至少一部分的區域預先含浸基質樹脂的預浸體狀之薄片。
非單方向強化纖維薄片為乾式薄片的情況，在加壓成形之際，如前述，單方向預浸體的基質樹脂之一部分含浸至非單方向纖維強化薄片(乾式薄片)，可作為纖維強化塑膠。
非單方向纖維強化薄片為預浸體狀之薄片的情況，預先含浸於非單方向強化纖維薄片(預浸體狀之薄片)的基質樹脂，較佳為與其它的預浸體相同的樹脂，但從接著性或成形性之觀點來看，可任意選擇較佳者。具體的基質樹脂之組成，可選自前述的基質樹脂組成物。
該非單方向強化纖維薄片(預浸體狀的薄片)中的纖維體積含有率Vf[a]與前述的單方向預浸體的纖維體積含有率Vf[b]，較佳為Vf[a]＞Vf[b]的關係。在此關係中，在加壓成形時，產生使單方向預浸體所含之基質樹脂含浸至非單方向強化纖維薄片(預浸體狀之薄片)的餘地。亦即，可藉由加壓成形時之加壓力，對非單方向強化纖維薄片(預浸體狀之薄片)之未含浸樹脂部分含浸單方向預浸體所含有之樹脂，得到樹脂充分地填充至前述未含浸樹脂部分的成形品。
再者，Vf[a]較佳為55～99.9%，進一步較佳為80～99%。Vf[a]為55%以上的情況，難以受到因加壓成形時之加壓力而產生的樹脂流動之影響，且可抑制纖維流動，因此可得到纖維紊亂少，且表面凹凸少之外觀品質優異的纖維強化塑膠。
如以上，非單方向強化纖維薄片經由成形步驟成為非單方向層。非單方向層係如前述充分含浸樹脂，因此可得到孔隙率成為2%以下，且力學特性優異之纖維強化塑膠。 [實施例]
其次，使用實施例及比較例，進一步說明本發明，但本發明並沒有特別限定於此。
＜纖維強化塑膠之成形＞ 使用包含碳纖維與熱硬化性環氧樹脂的單方向預浸體，以加壓成形將具有突起部(肋)與板狀部的纖維強化塑膠成形。詳細係如以下所述。
＜對突起部(肋)之纖維及樹脂的填充性之評價＞ [1]外觀檢查：藉由目視，確認纖維及樹脂均未填充的「未填充」與僅填充樹脂的「富含樹脂」之有無。 [2]突起部(肋)之剖面觀察 以包含板狀部的方式藉由盤式砂輪機切出突起部並研磨切斷面後，使用顯微鏡(基恩斯(股)製，VHX-6000)進行突起部內部之觀察，確認填充於內部之碳纖維的狀態。將填充於突起部之碳纖維與板狀部之連續纖維為連續者(亦即，無產生「富含樹脂」)當作合格。
此外，將在上述[1]中沒有「未填充」及「富含樹脂」且碳纖維被填充至肋的前端，並且在上述[2]中合格者，於表中標記為「A」，將其以外標記為「F」。
＜成形品(纖維強化塑膠)之翹曲的評價＞ 使突起部成為上方的方式將板狀部置於平坦的檢查台(桌)上，確認板狀部端部之與檢查台的間隙(浮起)。將板狀部幾乎整面與檢查台接觸，且四隅之角部的浮起小於1mm者當作合格。
此外，將合格者於表中標記為「A」，將不合格者標記為「F」。
＜成形品之與具有突起部(肋)的面為相反側的面(相當於設計面)之外觀檢查＞ 以突起部成為下方的方式以手拿著板狀部，在螢光燈下、照度600lx(勒克司)～1500lx之環境下，以目視觀察板狀部之與具有突起部的面為相反側的面。
此時，一邊使成形品朝水平方向旋轉360°，並且朝鉛直方向傾斜0°～60°的角度，一邊進行觀察，沿著肋，確認螢光燈之反射光是否扭曲。此外，在表中，將任何角度均沒有扭曲者作為「A」，將僅在某一定的角度有扭曲者作為「B」，將任何角度均有扭曲者作為「F」，且將相當於「A」、「B」者當作合格。
再者，在與具有突起部的面為相反側的表層中，對於使用強化纖維之織物者，將突起部正下方的纖維寬度成為使用的纖維寬度之3/4以上者當作合格，在表中，將其標記為「A」。另一方面，對於使用單方向預浸體者，關於在突起部正下方的纖維之經緯滑動，以目視確認纖維強化塑膠之平面，將圖7(B)所示之經緯滑動102的高度為0.5mm以下者作為「A」，將超過0.5且1.0mm以下者作為「B」，將其以上作為「F」，並將相當於「A」、「B」者當作合格。此外，在圖7中，(A)表示強化纖維沒有經緯滑動之通常的表面狀態，(B)表示產生經緯滑動的表面狀態。
[實施例1(無切口，一字肋)] 由東麗(股)製單方向預浸體#P384-S-7(碳纖維(4,900MPa，拉伸彈性模數235GPa)，FAW=70g/m 2，熱硬化型環氧樹脂，Rc=40%)，切出1片的大小為100mm×100mm的預浸體基材12片。將其以成為[0/45] 6的方式積層，準備預浸體基材積層體(預形體)。
其次，將100mm×100mm的凹型模具作為下模具，又，將在100mm×100mm的凸部之中央部具有突起部(肋)形成用之溝(肋溝，寬度1.0mm、長度70mm、深度3mm之一字形狀)的凸型模具作為上模具而進行準備，並加熱至150℃。
以將積層時之0°方向與肋溝成為平行的朝向，將事前準備的預浸體基材積層體收納至下模具，且在下模具安裝上模具後，藉由加熱型加壓成形機，以加壓力12MPa、加熱溫度150℃、加壓時間3分鐘的條件，進行成形與基質樹脂之加熱硬化，得到具有肋的纖維強化塑膠。
得到的纖維強化塑膠，在寬度100mm×長度100mm×厚度0.7mm的板狀部之中央部有寬度1mm×長度70mm×高度3mm的肋，肋之外觀觀察中，碳纖維被填充至肋的前端。又，剖面觀察的結果，僅觀察到內部樹脂堆積(「富含樹脂」)，但也可確認與板狀部連續的碳纖維被填充至肋內部。
又，板狀部之翹曲為合格(幾乎整面與檢查台接觸，且四隅之浮起小於1mm)。
關於外觀檢查，實施在螢光燈下之觀察的結果，僅在某一定的角度下螢光燈之反射光有扭曲，再者，關於經緯滑動，係超過0.5mm且1.0mm以下，為合格。將實施例的結果示於表1。
[實施例2(插入切口預浸體，十字肋)] 對東麗(股)製單方向預浸體#P384-S-7，以圖6的切口圖案，並以成為纖維長度13mm、切口寬度Ws=0.25mm、切口角度θ=±14°的方式，推壓於圓筒配置有刀片的滾筒刀具，而對此預浸體之強化纖維插入切口，得到插入切口預浸體。
由此插入切口預浸體，切出1片的大小為100mm×100mm的預浸體基材12片。將其以成為[90/+45/-45] 4的方式積層，準備預浸體基材積層體。
其次，將100mm×100mm的凹型模具作為下模具，又，將在100mm×100mm的凸部之中央部具有突起部(肋)形成用之十字肋溝(寬度1.0mm、長度70mm、深度3mm的溝在各自的中央部交叉為90°的形狀)的凸型模具作為上模具而進行準備，並加熱至150℃，以與實施例1相同的條件進行成形，得到在寬度100mm×長度100mm×厚度0.7mm的板狀部之中央部具有寬度1mm×長度70mm×高度3mm之2條肋在中央部交叉90°之十字肋形狀的纖維強化塑膠。肋之外觀觀察中，碳纖維被填充至肋的前端。又，剖面觀察的結果，也可確認與板狀部連續的碳纖維被填充至肋內部。
又，板狀部之翹曲為合格(幾乎整面與檢查台接觸，且四隅之浮起小於1mm)。
關於外觀檢查，實施在螢光燈下之觀察的結果，僅在某一定的角度下螢光燈之反射光有扭曲，關於經緯滑動，係超過0.5mm且1.0mm以下，為合格。將實施例的結果示於表1。
[實施例3(插入切口預浸體，十字肋，與實施例2積層不一樣)] 除了以插入切口預浸體之積層構成成為[+45/-45] 6的方式積層以外，係以與實施例2相同的條件進行成形，得到具有十字肋形狀的纖維強化塑膠。
與實施例2同樣地，碳纖維被填充至肋的前端，且也可確認與板狀部連續的碳纖維被填充至肋內部。
又，板狀部之翹曲為合格(幾乎整面與檢查台接觸，且四隅之浮起小於1mm)。
關於外觀檢查，實施在螢光燈下之觀察的結果，僅在某一定的角度下螢光燈之反射光有扭曲，關於經緯滑動，係超過0.5mm且1.0mm以下，為合格。將實施例的結果示於表1。
[實施例4(插入切口預浸體，四條平行並列肋)] 由與實施例2相同的插入切口預浸體，切出1片的大小為100mm×100mm的預浸體基材12片，以積層構成成為[0/+45] 6的方式積層，準備預浸體基材積層體。
其次，將100mm×100mm的凹型模具作為下模具，又，將在100mm×100mm的平面部，以25mm間隔，平行配置4條寬度1.0mm、長度70mm、深度3mm之肋溝的凸型模具作為上模具而進行準備，並加熱至150℃，以與實施例1相同的條件進行成形，得到在寬度100mm×長度100mm×厚度0.7mm的板狀部具有寬度1mm×長度70mm×高度3mm之4條肋的纖維強化塑膠。肋之外觀觀察中，碳纖維被填充至全部4條肋的前端。又，剖面觀察的結果，也可確認與板狀部連續的碳纖維被填充至肋內部。
又，板狀部之翹曲為合格(幾乎整面與檢查台接觸，且四隅之浮起小於1mm)。
關於外觀檢查，實施在螢光燈下之觀察的結果，僅在某一定的角度下螢光燈之反射光有扭曲，關於經緯滑動，係超過0.5mm且1.0mm以下，為合格。將實施例的結果示於表1。
[實施例5(插入切口預浸體，2條並列肋，八字)] 由與實施例2相同的插入切口預浸體，切出1片的大小為100mm×100mm的預浸體基材12片，以積層構成成為[0/90] 6的方式積層，準備預浸體基材積層體。
其次，將100mm×100mm的凹型模具作為下模具，又，將在100mm×100mm的平面部有2條寬度1.0mm、長度70mm、深度3mm的肋溝，且以左端的間隔成為5mm、右端的間隔成為75mm的方式朝非平行的方向配置的凸型模具作為上模具而進行準備，並加熱至150℃，以與實施例1相同的條件進行成形，得到在寬度100mm×長度100mm×厚度0.7mm的板狀部具有寬度1mm×長度70mm×高度3mm之2條肋的纖維強化塑膠。
肋之外觀觀察中，碳纖維被填充至全部2條肋的前端。又，剖面觀察的結果，也可確認與板狀部連續的碳纖維被填充至肋內部。
又，板狀部之翹曲為合格(幾乎整面與檢查台接觸，且四隅之浮起小於1mm)。
關於外觀檢查，實施在螢光燈下之觀察的結果，僅在某一定的角度下螢光燈之反射光有扭曲，關於經緯滑動，係超過0.5mm且1.0mm以下，為合格。將實施例的結果示於表1。
[實施例6(插入切口預浸體，織物預浸體(設計面)，強化纖維薄片，十字肋)] 與實施例3同樣進行，準備預浸體基材積層體。
其次，將100mm×100mm的凹型模具作為下模具，將在100mm×100mm的凸部之中央部具有形成突起部(肋)之十字肋溝(寬度1.0mm、長度70mm、深度3mm的溝在各自的中央部交叉為90°的形狀)的凸型模具作為上模具而進行準備，並加熱至150℃。然後，將凹型模具面作為設計面，配置東麗(股)製織物預浸體(#CO6343B，碳纖維拉伸強度3530MPa，拉伸彈性模數230GPa，單位面積重量198g/m 2)作為設計面基材，且於其上配置未含浸樹脂的玻璃氈(單位面積重量90g/m 2)，進一步在其上層配置預先準備的前述預浸體基材積層體。
成形條件設為與實施例3相同，且藉由成形而得到具有十字肋的纖維強化塑膠。
肋之外觀觀察中，碳纖維被填充至肋的前端。又，剖面觀察的結果，也可確認與板狀部連續的碳纖維被填充至肋內部。板狀部之翹曲為合格(幾乎整面與檢查台接觸，且四隅之浮起小於1mm)。再者，藉由將未含浸樹脂的玻璃氈插入至兩表層間，能以玻璃氈緩和因在加壓成形時賦予的加壓力而產生的塑性流動，且可不受到在肋流動之插入切口預浸體的層之影響，而保持構成設計面之織物預浸體的形狀，可得到比實施例2更良好的外觀之纖維強化塑膠。
關於外觀檢查，實施在螢光燈下之觀察，可確認為規定之任何角度均沒有扭曲的成形品。又，關於織物的纖維寬度，也具有與成形前同等的寬度，為合格。將實施例的結果示於表1。
[實施例7(插入切口預浸體，織物預浸體(設計面)，強化纖維薄片，十字肋)] 除了在設計面的織物預浸體之上層，插入未含浸樹脂的CF抄紙(單位面積重量48g/m 2)代替玻璃氈以外，係設為與實施例6相同，藉由成形而得到具有十字肋的纖維強化塑膠。
肋之外觀觀察中，碳纖維被填充至肋的前端。又，剖面觀察的結果，也可確認與板狀部連續的碳纖維被填充至肋內部。板狀部之翹曲為合格(幾乎整面與檢查台接觸，且四隅之浮起小於1mm)。再者，與實施例6相同，藉由將未含浸樹脂的CF抄紙插入至表層間，能以CF抄紙緩和因在加壓成形時賦予的加壓力而產生的塑性流動，且可不受到在肋流動之插入切口預浸體的層之影響，而保持構成設計面之織物預浸體的形狀，可得到比實施例2更良好的外觀之纖維強化塑膠。
關於外觀檢查，實施在螢光燈下之觀察，可確認為規定之任何角度均沒有扭曲的成形品。又，關於織物的纖維寬度，也具有與成形前同等的寬度，為合格。將實施例的結果示於表1。
[實施例8(插入切口預浸體，織物預浸體(設計面)，含浸樹脂薄片，八字)] 與實施例5同樣進行，準備預浸體基材積層體。
其次，將100mm×100mm的凹型模具作為下模具，將在100mm×100mm的平面部有2條寬度1.0mm、長度70mm、深度3mm的肋溝，且以左端的間隔成為5mm、右端的間隔成為75mm的方式朝非平行的方向配置的凸型模具作為上模具而進行準備，並加熱至150℃。然後，將凹型模具面作為設計面，配置東麗(股)製織物預浸體(#CO6343B，碳纖維拉伸強度3530MPa，拉伸彈性模數230GPa，單位面積重量198g/m 2)作為設計面基材，於其上進一步配置前述織物預浸體作為含浸樹脂薄片，且進一步在其上配置前述預浸體基材積層體。
成形條件設為與實施例5相同，且藉由成形而得到具有八字肋的纖維強化塑膠。
肋之外觀觀察中，碳纖維被填充至全部2條肋的前端。又，剖面觀察的結果，也可確認與板狀部連續的碳纖維被填充至肋內部。板狀部之翹曲為合格(幾乎整面與檢查台接觸，且四隅之浮起小於1mm)。藉由進一步重疊2片織物預浸體，能以內側的織物預浸體緩和因在加壓成形時賦予的加壓力而產生的塑性流動，且可不受到在肋流動之插入切口預浸體的層之影響，而保持構成設計面之織物預浸體的形狀，可得到比實施例5更良好的外觀之纖維強化塑膠。
關於外觀檢查，實施在螢光燈下之觀察，僅在規定之某一定的角度可目視到扭曲，但可確認為合格水準。又，關於織物的纖維寬度，也具有與成形前同等的寬度，為合格。將實施例的結果示於表1。
[比較例1] 除了將單方向預浸體以積層方向成為[0] 12(全部同一方向)的方式積層以外，係以與實施例1相同的方法、相同的條件，將纖維強化塑膠成形(相對於肋，全部的強化纖維為0°)。
得到的纖維強化塑膠在肋之外觀觀察中，碳纖維被填充至前端。但是，剖面觀察的結果，在肋之內部，僅填充與肋平行的纖維，無法觀察到與板狀部連續的碳纖維。因此，雖然碳纖維被填充於肋之中，但可認為對於剪切應力弱。
此外，板狀部之翹曲為合格(幾乎整面與檢查台接觸，且四隅之浮起小於1mm)。又，關於外觀檢查，實施在螢光燈下之觀察的結果，在任何角度下螢光燈之反射光均確認到扭曲，再者，關於經緯滑動，亦超過1.0mm，為不合格。
[比較例2] 將單方向預浸體以積層方向成為[0] 12(全部同一方向)的方式積層，並以使預浸體基材積層體的纖維方向成為與肋溝垂直的朝向而收納至下模具，除此以外，係以與實施例1相同的方法、相同的條件，將纖維強化塑膠成形。
得到的纖維強化塑膠在肋之外觀觀察中，碳纖維未被填充至前端，產生「未填充」與在上部產生「富含樹脂」，無法得到目的之形狀。剖面觀察的結果，填充於肋的內部之碳纖維雖然與板狀部之碳纖維連續，但上部僅有樹脂，可認為僅基質樹脂流動。
[比較例3] 除了將單方向預浸體以積層方向成為[0/90] 6的方式積層(相對於肋，纖維方向全部為平行或垂直)以外，係以與實施例1相同的方法、相同的條件，將纖維強化塑膠成形。
得到的纖維強化塑膠在肋之外觀觀察中，碳纖維未被填充至前端，產生「未填充」，且在上部形成「富含樹脂」，無法得到目的之形狀。剖面觀察的結果，在肋的前端看到碳纖維，但沒有連續，且產生「富含樹脂」。可認為僅表層之0°的碳纖維流動，第二層以下的碳纖維無法流動至肋上部。
[表1]
實施例1 實施例2 實施例3 實施例4 實施例5 實施例6 實施例7 實施例8 比較例1 比較例2 比較例3
肋填充性 A A A A A A A A A F F
翹曲 A A A A A A A A A - -
外觀 螢光燈反射光之扭曲 B B B B B A A B F - -
纖維之經緯滑動 B B B B B - - - F - -
纖維寬度 - - - - - A A A - - -
[產業上利用之可能性]
本發明的纖維強化塑膠，較佳可利用於要求強度、剛性、輕量性的構件、或者構件形狀複雜且在與其它的構件之間要求形狀追隨性的構件。特別是可使用於前述要求強烈之腳踏車的曲柄或車架等構件、高爾夫球桿的桿身或桿頭等運動構件、汽車之門、座椅、構體、模組或車架等結構構件或外板及內裝材、機器手臂等機械零件。除此以外，也可較佳利用於醫療設備或資訊通訊設備的結構構件或外板等。
1:突起部之縱剖面的寬度(t) 2:突起部之橫剖面的寬度(L) 3:突起部的高度(h) 4:插入切口預浸體 5:纖維配向方向 6:纖維垂直方向 7:斷續的切口 8:連續的切口 9:斷續的傾斜切口(相對於纖維方向為正的角度) 10:斷續的傾斜切口(相對於纖維方向為負的角度) 11:斷續的切口之列 100:板狀部 101:板狀部之與具有突起部的面為相反側的面 102:經緯滑動 200:突起部 300:強化纖維 400:與具有突起部的面為相反側的表層 401:強化纖維 500:凹陷 600:「未填充」區域
圖1為表示構成本發明之纖維強化塑膠的突起部與板狀部之一例的概念圖。 圖2為表示各別針對插入切口預浸體中的纖維長度、切口的長度、角度、投影長度之定義的說明圖。 圖3為插入切口預浸體的切割圖案之一例(具有平行且連續的切口之例)。 圖4為插入切口預浸體的切割圖案之其它的例(具有平行且斷續的切口之例)。 圖5為插入切口預浸體的切割圖案之其它的例(與強化纖維之角度為一定且正與負之切口各略為半數的例)。 圖6為插入切口預浸體的切割圖案之其它的例(接近的切口彼此的最短距離比切口的長度更長的例)。 圖7為表示纖維強化塑膠之表面(與具有突起部的面為相反側的面)中的經緯滑動之有無・高度的概略圖。 圖8為表示構成纖維強化塑膠的突起部與板狀部中的強化纖維之配向方向的概念圖。 圖9為表示自板狀部隆起之突起部的形狀之例的概略圖。
1:突起部之縱剖面的寬度(t)
2:突起部之橫剖面的寬度(L)
3:突起部的高度(h)
100:板狀部
200:突起部

Claims (13)

  1. 一種纖維強化塑膠，其係包含具有板狀部與至少一處自該板狀部之至少單側的面隆起之突起部的形狀之纖維強化塑膠，其特徵為在至少前述板狀部的內部有至少一層之多數條的強化纖維在基質樹脂中朝單方向排列的層，前述強化纖維的配向方向與前述突起部的橫剖面中之寬度方向並非平行或垂直。
  2. 如請求項1之纖維強化塑膠，其在前述板狀部之至少一部分具有前述強化纖維朝單方向排列的層至少積層兩層的結構，且任意選擇的兩層之前述強化纖維的配向方向並非相互平行。
  3. 如請求項1或2之纖維強化塑膠，其在前述纖維強化塑膠之俯視中，具有前述突起部朝至少不同之二方向延伸存在的形狀。
  4. 如請求項1或2之纖維強化塑膠，其中在前述纖維強化塑膠之俯視中，前述突起部設置兩處以上，且任意選擇之兩處的突起部之延伸存在的方向並非相互平行。
  5. 如請求項1至4中任一項之纖維強化塑膠，其中前述強化纖維的至少一部分之纖維長為10～300mm。
  6. 如請求項1至5中任一項之纖維強化塑膠，其僅在前述板狀部之單側的面具有突起部，且形成其相反側的最表層之強化纖維為織物。
  7. 如請求項1至6中任一項之纖維強化塑膠，其中前述板狀部具有多層強化纖維的層，同時僅在單側的面具有突起部，且構成該單側的面之表層以外的層的強化纖維的方向為非單方向。
  8. 一種纖維強化塑膠之製造方法，其係將積層有對多數條的強化纖維含浸基質樹脂的預浸體之預形體配置於加熱的模具內，關閉前述模具且進行加壓，藉以得到包含具有板狀部與至少一處自該板狀部之至少單側的面隆起之突起部的形狀之纖維強化塑膠的纖維強化塑膠之製造方法，其特徵為前述預形體包含積層至少一層強化纖維朝單方向排列之單方向預浸體者，構成前述板狀部之前述單方向預浸體的纖維配向方向與前述突起部的橫剖面中之寬度方向並非平行或垂直。
  9. 如請求項8之纖維強化塑膠之製造方法，其中前述預形體係將前述單方向預浸體配置於單側的表層，同時在該表層以外的層配置強化纖維的方向為非單方向之非單方向強化纖維薄片而構成，關閉前述模具且進行加壓，藉以使含浸於前述單方向預浸體之前述基質樹脂含浸於前述非單方向強化纖維薄片內，形成非單方向層。
  10. 如請求項9之纖維強化塑膠之製造方法，其中前述非單方向強化纖維薄片為織物或不織布。
  11. 如請求項9或10之纖維強化塑膠之製造方法，其中前述非單方向強化纖維薄片的厚度為0.01～1.0mm。
  12. 如請求項9至11中任一項之纖維強化塑膠之製造方法，其中構成前述非單方向強化纖維薄片的強化纖維之至少一部分為熱塑性樹脂纖維以外的纖維。
  13. 如請求項9至12中任一項之纖維強化塑膠之製造方法，其中前述非單方向強化纖維薄片為在至少一部分的區域預先含浸基質樹脂者。
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