TW202402510A - 肋條補強成形體及其製造方法 - Google Patents

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日商倉敷紡績股份有限公司
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Abstract

本發明之肋條（rib）補強成形體於一態樣中係將包含樹脂之成形體本體52與補強肋條53一體成形而得之肋條補強成形體，上述補強肋條自上述成形體本體之一主面突出。本發明之肋條補強成形體於另一態樣中包含：積層基材，其將基材層積層而得；及作為補強肋條之肋條構件，其包含補強纖維及熱塑性樹脂，且配置於積層基材之內部；於肋條補強成形體之一主面，形成有對應於肋條構件300之外形之凸條。補強肋條包含補強纖維及熱塑性樹脂，補強纖維包含沿著上述補強肋條之長度方向配置之連續纖維。補強肋條較佳為纖維補強樹脂拉擠成形體，該纖維補強樹脂拉擠成形體係將包含樹脂之纖維片材無定形地摺疊，於經摺疊之纖維片材內及纖維片材間填充上述樹脂並使其等一體化而得。

Description

肋條補強成形體及其製造方法
本發明係關於一種肋條（rib）補強成形體及其製造方法。
作為強化纖維材料之碳纖維與各種基質樹脂複合化，所獲得之纖維強化塑膠被廣泛用於各種領域、用途。於要求高度之機械特性及耐熱性等之航空、宇宙領域或普通產業領域中，使用作為基質樹脂之熱塑性樹脂、以及單向性連續纖維。
以往，作為樹脂與單向性連續纖維之複合材料，例如採用使樹脂完全含浸於碳纖維基材中而獲得之預浸體。為了提高使用此種複合材料而成形之成形體之彎曲性能及耐衝擊性能，專利文獻1中提出一種成形品，其係將熱塑性樹脂以成為格子狀之方式射出成形於強化纖維中含浸有基質樹脂之預浸體之一面，並將格子狀之補強肋條與預浸體接合一體化而得。專利文獻2中記載了一種碳纖維複合成形品，其係將厚度0.01～30 mm之熱塑性樹脂層射出成形於厚度0.01～2.0 mm之單層或複數層具有可撓性之碳纖維複合材料板之表面及/或中間層，使其等結合一體化而得。專利文獻3中提出，將強化纖維中含浸有基質樹脂之預浸體於模具內預先加熱，使熱塑性樹脂熔融後將其射出填充於槽部，使射出成形後之補強肋條與上述預浸體一體成形。 先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本特開2010-253802號公報 專利文獻2：日本特開平06-015687號公報 專利文獻3：WO2016-159118號公報
[發明所欲解決之課題]
對使用纖維強化塑膠、尤其是纖維強化熱塑性塑膠（FRTP）之製品之小型化的需求依然較高。自然地，要求所使用之纖維強化熱塑性塑膠薄壁化。為了彌補由纖維強化熱塑性塑膠之薄壁化所致之剛性降低，考慮設置補強肋條，但於上述習知技術中，補強肋條本身之強度及剛性存在問題，不易獲得強度及剛性較高之成形體。
本發明提供一種即便薄壁化，強度及剛性亦較高之肋條補強成形體及其製造方法。 [解決課題之技術手段]
本發明於一態樣中係關於一種肋條補強成形體，其係包含樹脂之成形體本體與補強肋條一體成形而得者，上述補強肋條包含補強纖維及熱塑性樹脂，上述補強纖維包含沿著上述補強肋條之長度方向配置之連續纖維。
本發明於一態樣中係關於一種肋條補強成形體之製造方法，其係本發明之肋條補強成形體之一例之製造方法，且其 進行包含如下步驟之真空壓空成形，即，將於包含樹脂之成形體本體之材料之上配置有補強肋條之積層體加熱軟化；於具有減壓管線之下模內使上述積層體真空成形；及自具有加壓管線之上模向上述下模側供給壓縮空氣而對上述積層體進行壓空壓製；或 將上述補強肋條定位配置於成形模具之模腔內之後，向上述模腔內注入包含熔融樹脂之上述成形體本體之材料，進行射出成形，藉此使上述成形體本體與上述補強肋條一體成形。
本發明於一態樣中係關於一種肋條補強成形體之製造方法，其係本發明之肋條補強成形體之另一例之製造方法，且其係 將作為包含樹脂且構成成形體本體之基材層之材料的基材片材積層複數片，於複數片上述基材片材中之任一基材片材間配置包含補強纖維與熱塑性樹脂之肋條構件作為補強肋條，以於上述肋條補強成形體之一主面形成對應於上述肋條構件之外形之凸條的方式，藉由真空成形法、壓空成形法或真空壓空成形法將上述肋條構件與積層後之複數片上述基材片材一體成形。 [發明之效果]
本發明之肋條補強成形體包含與含有樹脂之成形體本體一體成形之補強肋條，構成上述補強肋條之補強纖維包含沿著補強肋條之長度方向配置之連續纖維，故補強肋條本身之強度及剛性較高，能夠提供一種即便使成形體本體薄壁化，強度及剛性亦較高之肋條補強成形體。 又，於本發明之肋條補強成形體之一例之製造方法中，除通常之加熱壓製成形法以外，可藉由真空壓空成形法或射出成形法將上述補強肋條與上述成形體本體之材料一體成形，故能夠高效率地製造上述肋條補強成形體。 又，於本發明之肋條補強成形體之另一例之製造方法中，將包含樹脂之基材片材積層複數片，於複數片上述基材片材中之任一片材間配置包含補強纖維與熱塑性樹脂之肋條構件，藉由真空成形法、壓空成形法或真空壓空成形法使其等一體成形，故能夠製造強度及剛性較高且為各種形狀之本發明之肋條補強成形體。
[實施方式1] 本發明係包含樹脂之成形體本體與補強肋條一體成形而得之肋條補強成形體。上述補強肋條由於包含熱塑性樹脂，故能夠與包含樹脂之成形體本體之材料一體化成形。又，上述補強肋條由於包含沿著補強肋條之長度方向配置之連續纖維作為補強纖維，故補強肋條本身之強度及剛性較高。再者，所謂「沿著上述補強肋條之長度方向配置」，意指連續纖維之長度方向整體沿著補強肋條之長度方向，「沿著上述補強肋條之長度方向配置之連續纖維」不限於連續纖維沿著補強肋條之長度方向呈直線狀配置之情形，亦包含呈螺旋狀或鋸齒狀配置之情形。
上述補強肋條較佳為在與成形體本體之材料一體成形之前預先成形之纖維補強樹脂拉擠成形體（以下有時亦簡稱為「拉擠成形體」）。拉擠成形體較佳為將纖維片材拉擠成形，且將該纖維片材例如無定形地摺疊，於經摺疊之纖維片材內及纖維片材間填充樹脂後使其等一體化而得者。使經收束之纖維片材通過模嘴（拉擠成形模具）後，能獲得拉擠成形體。所獲得之拉擠成形體係如下所述之實心成形體，即，於其內部纖維片材為無定形地摺疊之狀態，構成纖維片材之熱塑性樹脂藉由熔融並填充於纖維片材內及纖維片材間而成為基質樹脂。此處所提及之填充係指熱塑性樹脂含浸於纖維片材內，填滿纖維片材與纖維片材之間。以此方式成形之拉擠成形體中孔隙較少。又，由於在拉擠成形體之內部，纖維片材為無定形地摺疊之狀態，故拉擠成形體成為於與拉擠成形體之長度方向正交之截面中無方向性且應力均勻之成形體。故，拉擠成形體適宜作為補強材。
上述纖維片材若為包含補強纖維及熱塑性樹脂，且柔軟性較高的未含浸樹脂及/或半含浸樹脂之半浸體（semi-preg）片材，則因拉擠成形性良好而較佳，更佳為於上述纖維片材之纖維表面熔合有作為基質之熱塑性粉體樹脂之半浸體片材。藉由使用該半浸體片材，能夠實現拉擠成形性良好且連續之拉擠成形體之成形。就提高肋條補強成形體之強度及剛性之觀點而言，纖維片材進而較佳為在拉擠成形體成形時使作為基質之熱塑性粉體樹脂熔合於連續纖維群（補強纖維）經開纖而沿一方向呈並排狀排列之一方向連續纖維（開纖片材）之纖維表面所得的半浸體片材。拉擠成形法係具有通用性之成形方法，能夠成形各種形狀之拉擠成形體，且二次加工性良好，亦容易加工成曲線狀之線狀物或鉚釘等零件。
構成上述拉擠成形體之補強纖維亦可為短纖維及連續纖維中之任一者或兩者，尤佳為包含選自碳纖維、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連續纖維。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。該等纖維可用作為樹脂強化纖維。尤其是就輕量化之觀點而言，碳纖維較有用。
作為構成上述纖維片材之熱塑性樹脂，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、聚醚醚酮系樹脂及聚苯硫樹脂等，但不限於此。就肋條補強成形體之成形性之觀點而言，構成纖維片材之熱塑性樹脂較佳為軟化點較構成成形體本體之樹脂高之熱塑性樹脂。
上述補強肋條較佳為選自方桿、圓桿、扁平狀桿及板狀桿所組成之群中之至少一種桿。根據在拉擠成形體之製造過程中使用之模嘴形狀，可使拉擠成形體之截面成為各種形狀。
上述成形體本體可僅由樹脂形成，但就提高肋條補強成形體之強度及剛性之觀點而言，較佳為包含強化纖維。上述強化纖維亦可為短纖維及連續纖維中之任一者或兩者。上述成形體本體中所包含之樹脂可為熱固性樹脂及熱塑性樹脂之任一者，但較佳為熱塑性樹脂。作為熱塑性樹脂，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，但不限於此。於上述成形體本體中包含上述強化纖維之情形時，關於樹脂與強化纖維之摻合比率，在將整體設為100體積%時，較佳為，纖維之體積比率（Vf）為20～65體積%，熱塑性樹脂之體積比率為35～80體積%，更佳為，纖維之體積比率（Vf）為25～60體積%，熱塑性樹脂之體積比率為40～75體積%。上述強化纖維較佳為包含選自碳纖維、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纖維。上述高彈性模數纖維之具體例與作為上述補強纖維之一例而說明之高彈性模數纖維相同。
上述成形體本體亦可為藉由將包含上述強化纖維之纖維強化樹脂片材積層一片或複數片並使其等一體化而形成者。作為上述成形體本體之材料之上述纖維強化樹脂片材亦可為預浸體片材及半浸體片材之任一者，但就兼顧肋條補強成形體之薄壁化與高強度之觀點而言，較佳為於連續纖維群經開纖而沿一方向呈並排狀排列之一方向連續纖維（開纖片材）之纖維表面熔合有熱塑性粉體樹脂的半浸體片材，就輕量化之觀點而言，連續纖維較佳為碳纖維。
上述肋條補強成形體較佳為加熱壓製成形體、真空成形體、壓空成形體、真空壓空成形體或射出成形體。於本發明之肋條補強成形體之一例之製造方法中，例如可藉由加熱壓製成形法、真空成形法、壓空成形法及真空壓空成形法中之一種以上之成形方法，使補強肋條與成形體本體一體成形。上述成形法較佳為真空成形法、壓空成形法及真空壓空成形法中之任一種成形方法，其中較佳為真空壓空成形法。
真空壓空成形法係例如使具有真空管線之下模與經加熱軟化之成形材料之間為真空狀態，將成形材料抽吸至下模側並使其密接於下模（真空成形），將利用自具有加壓管線之上模向下模側供給之壓縮空氣而加熱軟化之成形材料壓抵於下模（壓空壓製）之成形方法。作為成形體本體之材料，例如若使用一片或經積層之複數片上述半浸體片材，則構成半浸體片材之樹脂被填充至半浸體片材內及半浸體片材間而成為成形體本體之基質樹脂，半浸體片材成為成形體本體，並且使成形體本體與補強肋條一體化。真空壓空成形法係一面使成形材料一體化，一面進行各種賦形，作為薄壁之成形體之成形方法而言較佳。 射出成形亦稱作模內成形，成形速度較快，能將熱塑性樹脂、或包含短纖維之熱塑性樹脂以較快之成形速度成形。 於加熱壓製成形之情形時，例如亦可將補強肋條載置於具有能供定位配置補強肋條之槽之下模，於該補強肋條之上積層複數片上述半浸體片材，利用經加熱之下模與經加熱之上模夾住補強肋條與上述半浸體片材並進行壓製。若為此種成形方法，則補強肋條之位置精度提高。
本發明之肋條補強成形體之製造方法較佳為包含：使於經積層之複數片上述半浸體片材之上配置有補強肋條之積層體加熱軟化，在具有真空管線之下模內將上述積層體真空成形，利用自具有加壓管線之上模向下模側供給之壓縮空氣將上述積層體進行壓空成形。具體而言，較佳為使用包含上述下模、袋膜及上述上模之真空壓空成形裝置，藉由包含下述步驟（a）～（d）之方法來製造肋條補強成形體。 （a）於下模內配置上述積層體之後，將袋膜覆蓋於上述下模上，在袋膜與下模之間形成可視作真空環境下之密閉空間； （b）自真空管線將上述密閉空間減壓，使積層體密接於下模，且使上述下模升溫； （c）於維持著上述（b）之壓力條件，將上述積層體加熱至上述半浸體片材中所包含之樹脂之軟化點以上之溫度的狀態下，自配置於袋膜之上方之上模向下模側供給壓縮空氣，而將上述積層體朝上述下模側擠壓（將上述積層體進行真空壓空成形）； （d）將於維持上述（c）之壓力條件之狀態下獲得之成形體冷卻，在冷卻後將成形體脫模。
再者，袋膜亦稱為袋裝膜或真空袋膜。 於上述（a）中，以上述半浸體片材與下模對向方式，將上述積層體配置於下模內。 所謂軟化點以上之溫度，係指樹脂軟化或熔融之溫度。
於本發明之肋條補強成形體之製造方法中，作為上述補強肋條，較佳為使用藉由將纖維片材拉擠成形而獲得之纖維補強樹脂拉擠成形體。上述纖維片材較佳為使熱塑性粉體樹脂熔合於連續纖維群經開纖而沿一方向呈並排狀排列之一方向連續纖維之表面所得的半浸體片材。纖維補強樹脂拉擠成形體之製造方法於一態樣中較佳為包含： 將上述纖維片材收束後供給至拉擠成形模具之加熱部， 一面利用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，一面壓縮上述纖維片材， 利用上述拉擠成形模具之成形部使經壓縮之上述纖維片材成形，隨後，利用上述拉擠成形模具之冷卻部將其冷卻，藉此獲得拉擠成形體，將上述拉擠成形體自上述拉擠成形模具拉擠出。
[拉擠成形體] 以下，使用圖13～圖15，更詳細地說明作為本發明之肋條補強成形體之成形所使用的補強肋條之較佳之一例之拉擠成形體。 圖13A係本發明之一態樣中所使用之纖維補強樹脂拉擠成形體之示意性立體圖，圖13B係本發明之一態樣中所使用之纖維補強樹脂拉擠成形體之示意性截面圖。拉擠成形體30係桿狀成形體，於截面中纖維片材呈無定形地摺疊之狀態。又，於纖維片材內及纖維片材間填充熱塑性樹脂並使其等一體化。於圖13B中，拉擠成形體30之基質樹脂成分31為熱塑性樹脂，含浸於纖維片材內，且亦填充於纖維片材間。
於上述拉擠成形體之表面存在拉擠痕跡。又，拉擠成形體之表面存在構成作為原料之纖維片材之至少一部分纖維。當使纖維片材一面收束一面通過模嘴，對其進行拉擠時，於所獲得之成形體之表面會殘留拉擠痕跡，能夠供判別是否已進行拉擠成形。
關於作為拉擠成形體30之材料之纖維片材中的樹脂與強化纖維之摻合比率，當將整體設為100體積%時，較佳為，補強纖維之體積比率（Vf）為20～70體積%，熱塑性樹脂之體積比率為30～80體積%，更佳為，補強纖維之體積比率（Vf）為25～60體積%，熱塑性樹脂之體積比率為40～75體積%。藉此，能夠將纖維片材之樹脂成分直接作為拉擠成形體30之基質樹脂成分31，於製造拉擠成形體30時，無需追加新的樹脂。
上述拉擠成形體30係連續物或將該連續物切斷為規定之長度而得者。拉擠成形體之截面直徑或厚度較佳為0.2～15 mm，更佳為1～10 mm。截面形狀可為圓型、方型、C型、H型、L型等任意形狀，其形態可為線狀、桿狀、平板狀（板狀）等。
作為上述纖維片材，較佳為使作為上述拉擠成形體之基質樹脂之熱塑性粉體樹脂附著並熱熔合於上述一方向連續纖維之表面所得的半浸體片材。該半浸體片材係藉由成形而將表面之熱塑性樹脂填充至纖維片材內及纖維片材間。藉此，能獲得賦形性（成形性）優異，孔隙較少之拉擠成形體。
上述纖維片材進而較佳為，包含與一方向連續纖維交錯之方向之橋接纖維作為副成分，且熱塑性樹脂較佳為使上述一方向連續纖維與上述橋接纖維一體化。構成纖維片材之纖維之主成分係經開纖而沿一方向呈並排狀排列之一方向連續纖維。纖維片材之形成所使用之熱塑性樹脂較佳為粉體，較佳為使熱塑性粉體樹脂自一方向連續纖維及橋接纖維之上附著，在一方向連續纖維之表面或其附近熱熔合，且使一方向連續纖維與橋接纖維一體化。該纖維片材係藉由熱熔合之熱塑性樹脂使一方向連續纖維與橋接纖維一體化，因此處理性良好，且收束、拉擠及加熱成形時之操作性良好。
當將上述纖維片材中之一方向連續纖維與橋接纖維之合計設為100質量%時，一方向連續纖維之質量比率較佳為75～99質量%，更佳為80～97質量%，進而較佳為85～97質量%。又，橋接纖維之質量比率較佳為1～25質量%，更佳為3～20質量%，進而較佳為3～15質量%。若各纖維之質量比率處於上述範圍內，則因纖維片材之一體性較高，寬度方向之拉伸強度較高而較佳。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。橋接纖維之平均長度之上限較佳為1000 mm以下，更佳為500 mm以下。若橋接纖維之平均長度處於上述範圍內，則纖維片材之寬度方向之強度較高，處理性優異，而較佳。
上述纖維片材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。若處於上述範圍內，則將纖維片材收束並進行拉擠成形時容易處理。 又，纖維片材亦可包含相對於一方向連續纖維配置於另一方向之輔助紗。輔助紗係將纖維片材之配向性保持固定者。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。
其次，使用圖10～圖12，更詳細地說明作為拉擠成形體之材料之上述纖維片材（半浸體片材）之一例。圖10係作為上述半浸體片材之一例之碳纖維片材1之示意性立體圖，圖11係圖10所示之碳纖維片材1之示意性截面圖。圖10中，於經開纖之一方向碳纖維2之表面沿各種方向配置有橋接纖維3。熱塑性樹脂4熔融固化後附著於一方向碳纖維2之表面及其附近，樹脂4係不含浸於一方向碳纖維片材之內部或含浸一部分之程度。如圖11所示，於一方向碳纖維2之表面存在橋接纖維3a、3b。橋接纖維3a全部存在於一方向碳纖維2之表面。橋接纖維3b係一部分存在於一方向碳纖維2之表面，一部分進入內部並與碳纖維交錯之狀態。此處，交錯包含交纏。例如，橋接纖維3之一部分或全部存在於一方向性連續纖維內，與一方向性連續纖維立體地交錯。樹脂4將橋接纖維3接著固定於一方向碳纖維2之表面。又，於碳纖維片材1，存在附著有樹脂4之部分、及未附著有樹脂之部分5。未附著有樹脂之部分5成為將碳纖維片材1加熱並進行拉擠成形時，供纖維片材內部之空氣自該部分逃逸之通路，從而使得表面之樹脂容易含浸於纖維片材內整體。藉此，樹脂4成為拉擠成形體之基質樹脂。
圖12係表示上述半浸體片材之製造方法之示意性步驟圖。自多個供給捲絲管7拉出碳纖維長絲群（絲束）8，使其通過開纖輥21a－21j之間，藉此進行開纖（輥開纖步驟23）。亦可代替輥開纖，而採用空氣開纖。開纖輥可固定或旋轉，亦可沿寬度方向振動。於開纖步驟之後，將經開纖之絲束夾持於夾輥9a、9b間，使其通過設置於夾輥9a、9b之間的複數個橋接輥12a－12b之間，例如於平均每15,000根（相當於自1個供給捲絲管供給之碳纖維長絲群）2.5～30 N之範圍內施加絲束之張力，藉此能夠產生橋接纖維（橋接纖維產生步驟24）。橋接輥可旋轉，亦可沿寬度方向振動。橋接輥係例如表面為緞紋（stain）、凹凸或鏡面之複數個輥，藉由碳纖維長絲群之彎曲、固定、旋轉、振動或該等之組合而產生橋接纖維。13a－13g為導輥。如上所述，藉由對經開纖之碳纖維長絲群施加規定之張力，而自碳纖維長絲群產生橋接纖維，因此，於纖維片材之內部沿橫穿纖維片材之方向存在橋接纖維，並與一方向性連續纖維立體地交錯而較佳。
其後，自粉體供給料斗14將乾粉樹脂15撒至開纖片材之表面，於無壓力狀態下供給至加熱裝置16內並進行加熱，而使乾粉樹脂15熔融，並於導輥13e－13g間進行冷卻。其後，亦自粉體供給料斗17向開纖片材之背面撒上乾粉樹脂18，於無壓力狀態下供給至加熱裝置19內並進行加熱，而使乾粉樹脂18熔融，並進行冷卻，再由捲取輥20進行捲取（粉體樹脂賦予步驟25）。乾粉樹脂15、18例如採用聚苯硫樹脂（熔點：290℃），加熱裝置16、19內之各溫度例如設為該樹脂之熔點或樹脂流動溫度+5～60℃，滯留時間例如各設為4秒。藉此，碳纖維片材之寬度方向之強度提高，構成碳纖維不會散亂，而可作為片材進行處理。
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開纖片材表面之粉體塗佈法。例如將乾粉狀之粉體樹脂撒至開纖片材上。
如上所述，藉由對經開纖之碳纖維長絲群施加規定之張力，而自碳纖維長絲群產生橋接纖維，但亦可代替此，使橋接纖維掉落至開纖片材上。橋接纖維可僅存在於開纖片材之單面上，亦可存在於兩表面上。於纖維片材（半浸體片材）不包含橋接纖維之情形時，在圖12中省略橋接纖維產生步驟24即可。
其次，使用圖14對本發明之肋條補強成形體之成形所使用的拉擠成形體之製造方法之一例進行說明。圖14中，拉擠成形模具37係沿著纖維片材之前進方向依序具備加熱部34、成形部35及冷卻部36之拉擠成形模具。使纖維片材32通過導引件33，收束後供給至拉擠成形模具37之加熱部34。於加熱部34中將上述纖維片材32加熱至上述纖維片材32之至少表面上所存在的熱塑性樹脂之熔點或樹脂流動溫度以上。所謂樹脂流動溫度，係指樹脂之流動開始之溫度。於加熱部34中，將纖維片材一面朝上述前進方向拉擠一面進行壓縮，成形為加熱部34之內腔之形狀。隨後，拉入至成形部35內，賦形為成形部35之內腔之形狀，於成形部35內穩定地保持該形狀。成形部35之模具溫度較佳為與加熱部34之模具溫度相等。隨後，利用冷卻部36進行冷卻而使形狀固定。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之冷卻手段採用水冷較有效率。所獲得之拉擠成形體由拉擠輥38a、38b自拉擠成形模具37拉擠出，於成形體較細之情形時進行捲取，或視需要利用刀片39切斷為規定長度之纖維補強樹脂拉擠成形體40。
因此，本發明之肋條補強成形體之成形所使用的拉擠成形體之製造方法於一態樣中係使用在一方向連續纖維之表面及其附近熔合有作為上述拉擠成形體之基質樹脂之熱塑性粉體樹脂的纖維片材（半浸體片材）作為拉擠成形體之材料，且包含以下步驟。 （1）供給步驟，其係將上述纖維片材收束而供給至拉擠成形模具之加熱部； （2）加熱壓縮步驟，其係一面利用上述拉擠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，一面以拉擠力壓縮上述纖維片材； （3）成形步驟，其係利用上述拉擠成形模具之成形部使經壓縮之上述纖維片材成形； （4）冷卻步驟，其係利用上述拉擠成形模具之冷卻部將所獲得之成形體冷卻而製成拉擠成形體；及 （5）拉擠步驟，其係將上述拉擠成形體自上述拉擠成形模具拉擠出。
於上述供給步驟中，使用一片或兩片以上之纖維片材。纖維片材較佳為以選自摺疊狀態、捲曲狀態、及積層有短條狀片材之狀態中之至少一種收束狀態供給至加熱部。藉此，能夠使平面狀之纖維片材接近桿狀等之立體成形體，於所獲得之拉擠成形體中，纖維片材成為無定形地摺疊之狀態。再者，此處所提及之收束係指將纖維片材彙集或束集，使之成為能夠成形之狀態。例如，上述摺疊、捲曲、短條狀片材之積層等包含於其中。
圖15A係摺疊狀態之纖維片材41，圖15B係捲曲狀態之纖維片材42，圖15C係將短條狀纖維片材積層之狀態之纖維片材43。纖維片材42亦可斜向捲曲。於將短條狀之纖維片材積層而供給之情形時，如圖15C所示，若將短條狀片材以於長度方向上偏移之方式供給，則能獲得長度上無限制之無端拉擠成形體。又，可使用導引件33（圖14）等作為纖維片材32之收束手段。又，在將纖維片材收束時可使纖維之配向方向為任意角度。於使用捲曲之纖維片材之情形時，亦可將捲曲之片材進一步捲曲。捲曲可以任意角度進行。纖維片材亦可積層，能以任意角度、例如0°、45°、90°積層。通常，基本為0°之長度方向（一方向）之纖維片材。所謂0°，意指纖維片材之一方向連續纖維之長度方向與拉擠成形之拉擠方向（成形體之長度方向）為相同方向。半浸體片材向拉擠成形模具之插入量可根據拉擠成形體之目標直徑與每單位長度之質量而變更。
於上述加熱壓縮步驟中，纖維片材之加熱溫度（加熱部34之模具溫度）例如為樹脂熔融溫度以上之溫度，拉擠速度較佳為10 mm～100 m/min。能夠根據溫度與拉擠速度這兩個條件來控制熱塑性樹脂之熔融、向纖維間之含浸與成形。加熱部34之內部空間之形狀較佳為採用朝向纖維片材之前進方向直徑變小之錐狀、喇叭狀等。即，加熱部34之入口直徑（D1）大於拉擠成形體之目標直徑，加熱部之出口直徑（D2）及成形部之直徑（D3）較佳為與目標直徑之大小相同。
作為一例，加熱部34之出口直徑（D2）及成形部35之直徑（D3）為1～15 mm。加熱部34之入口直徑（D1）/加熱部34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雖無上限，實用性上較佳為10倍以下，更佳為8倍以下。相應於上述倍率，作為拉擠成形體之材料之纖維片材32因拉擠力而於加熱部34內被壓縮，換言之，一面向前進方向拉擠一面壓縮。藉由上述壓縮，獲得成形體內部之孔隙少而密度較高之成形體。冷卻部36之模具之直徑（D4）較佳為與加熱部34之模具之出口直徑（D2）及成形部35之直徑（D3）相同。
較佳為自上述供給步驟至拉擠步驟採用連續步驟。若為連續步驟，則製造效率良好，能減少製造成本。 冷卻步驟後所獲得之長條之拉擠成形體若為能捲取之粗細，則能夠連續地捲取，或能夠切斷為規定之長度。
上述一態樣之拉擠成形體之製造方法之特徵在於以下方面，即，使半浸體片材直接成形。所使用之纖維片材（半浸體片材）不同於預浸體片材，因具有柔軟性而賦形性優異，故能直接插入至加熱部34，無需預加熱。另一方面，預浸體由於具有硬度，故無法直接採用摺疊構造。又，於利用拘束材將纖維束捆束，並浸漬於熱塑性樹脂溶液中製成線材之習知之線材之製造方法中，熱塑性樹脂之選擇上存在限制，與此相對，於上述一態樣之拉擠成形體之製造方法中，使用附著有樹脂之纖維片材，故只要是通常之成形中所使用之熱塑性樹脂則無限定，可使用幾乎所有的樹脂。又，上述拉擠成形體之成形所使用之纖維片材於一態樣中係使熱塑性樹脂粉體掉落至一方向連續纖維（開纖片材）之纖維表面且使其熔接固化，故正處於拉擠成形體之成形過程中之樹脂之加熱熔融及其後之冷卻亦能高效率地進行，可以說拉擠成形體之成形性良好，成形速度亦較快。
[纖維強化樹脂片材] 其次，更詳細地說明本發明之肋條補強成形體之成形所使用之纖維強化樹脂片材。纖維強化樹脂片材係成形體本體之材料。纖維強化樹脂片材較佳為包含纖維及熱塑性樹脂，且柔軟性較高之未含浸樹脂及/或半含浸樹脂之半浸體片材。就提高肋條補強成形體之強度及剛性之觀點而言，纖維強化樹脂片材進而較佳為，於連續纖維群經開纖而沿一方向呈並排狀排列之一方向連續纖維（開纖片材）之纖維表面熔合有熱塑性粉體樹脂的半浸體片材。該熱塑性粉體樹脂於肋條補強成形體之成形時，成為成形體本體之基質（母材）樹脂，將成形體本體與補強肋條接合後使其等一體化。又，纖維強化樹脂片材亦可進而包含與一方向連續纖維交錯之方向之橋接纖維作為副成分，此情形時，熱塑性樹脂較佳為使上述一方向連續纖維與上述橋接纖維一體化。藉由肋條補強成形體之成形而成為成形體本體的半浸體片材除構成半浸體片材之樹脂及/或該樹脂與纖維之體積比率相同或不同以外，與使用上述圖10及圖11加以說明之作為纖維片材（拉擠成形體之材料）之一例之半浸體片材為相同構成，可藉由利用圖12加以說明之方法來製造。於纖維強化樹脂片材不包含橋接纖維之情形時，在圖12中省略橋接纖維產生步驟24即可。又，纖維強化樹脂片材可藉由WO2021/095626中揭示之樹脂一體化纖維片材之製造方法來製造。
就肋條補強成形體之賦形性及成形性之觀點而言，纖維強化樹脂片材中所包含之熱塑性樹脂較佳為軟化點較構成拉擠成形體之熱塑性樹脂低之熱塑性樹脂。
上述纖維強化樹脂片材中，較佳為，纖維之體積比率（Vf）為20～65體積%，熱塑性樹脂之比率為35～80體積%，更佳為，纖維之體積比率（Vf）為25～60體積%、熱塑性樹脂之比率為40～75體積%。藉此，可將纖維強化樹脂片材之樹脂成分作為成形體本體之基質樹脂成分，使上述補強肋條與成形體本體一體化，於製造肋條補強成形體時，無需追加新的樹脂。
於上述纖維強化樹脂片材包含上述橋接纖維之情形時，將一方向連續纖維與橋接纖維之合計設為100質量%時之、一方向連續纖維之質量比率較佳為75～99質量%，更佳為80～97質量%，進而較佳為85～95質量%。又，橋接纖維之質量比率較佳為1～25質量%，更佳為3～20質量%，進而較佳為5～15質量%。若各纖維之質量比率處於上述範圍內，則因纖維強化樹脂片材之一體性較高且寬度方向之拉伸強度較高而較佳。橋接纖維之平均長度較佳為1 mm以上，更佳為5 mm以上。橋接纖維之平均長度之上限較佳為1000 mm以下，更佳為500 mm以下。若橋接纖維之平均長度處於上述範圍內，則纖維強化樹脂片材之寬度方向之強度較高，處理性優異，而較佳。
上述纖維強化樹脂片材之每單位面積之質量較佳為10～3000 g/m 2，更佳為20～2000 g/m 2，進而較佳為30～1000 g/m 2。
一片纖維強化樹脂片材之厚度較佳為0.01～5.0 mm。該範圍內之厚度之纖維強化樹脂片材容易真空壓空成形。於真空壓空成形時，該纖維強化樹脂片材之較佳之積層數為2～70片，進而較佳為2～50片。
以下使用圖式對本發明之肋條補強成形體之一例、及本發明之肋條補強成形體之製造方法之一例進行說明。
以下圖式中，相同符號表示相同物體。圖1A－C分別為本發明之一態樣之肋條補強成形體之示意性截面圖。圖1A係於包含樹脂或樹脂與強化纖維（短纖維）之成形體本體52之一主面（下表面）上配置有補強肋條53之肋條補強成形體51a。圖1B係於成形體本體52之內部埋入補強肋條53之一部分，補強肋條53之剩餘部分自成形體本體52之一主面（下表面）突出之肋條補強成形體51b。圖1C係於成形體本體52之內部埋入補強肋條53之一部分，補強肋條53之剩餘部分自成形體本體52之另一主面（上表面）突出之肋條補強成形體51c。不論肋條補強成形體51a～51c中之哪一者，補強肋條53均與成形體本體52一體化。本發明之肋條補強成形體於一態樣中係亦可併用2種以上圖1A－C之態樣。又，本發明之肋條補強成形體於一態樣中亦可將補強肋條之整體埋入至成形體本體52之內部。
圖2係本發明之另一態樣之肋條補強成形體51d之示意性後視圖。肋條補強成形體51d包含與成形體本體52一體成形之補強肋條53a－53c，補強肋條53a－53c相互平行地配置於成形體本體52之背面上。 圖3係本發明之又一態樣之肋條補強成形體51e之示意性後視圖。肋條補強成形體51e包含與成形體本體52一體成形之補強肋條53a、53b，補強肋條53a、53b於成形體本體52之背面上交叉。 圖4係本發明之又一態樣之肋條補強成形體51f之示意性後視圖。肋條補強成形體51f包含與成形體本體52一體成形之補強肋條53a－53d，補強肋條53a－53d呈W字狀配置於成形體本體52之背面上。 圖5係本發明之又一態樣之肋條補強成形體51g（殼體）之示意性後視圖。肋條補強成形體51g為殼體，包含由底部52e與側部52a－52d所構成之箱狀之成形體本體。肋條補強成形體51g包含與成形體本體一體成形之補強肋條53a－53j。於底部52e與側部52a－52d之外側面，分別相互平行地配置有2根補強肋條。
[真空壓空成形] 其次，使用圖6～圖8對本發明之肋條補強成形體之製造方法之一例進行說明。圖6係本發明之一態樣之肋條補強成形體之製造方法中所使用的真空壓空成形裝置之示意性截面圖，圖7～圖8係說明本發明之一態樣之肋條補強成形體之製造方法的各步驟之示意性步驟圖。
如圖6所示，真空壓空成形裝置60包含具有真空管線64之下模63、及具有加壓管線70之上模69。下模63固定於基台61、模台62之上，真空管線64通達成形面65。於真空管線64，連接有真空泵（未圖示）。上模69具備包含加壓管線70之上模本體66，能夠自空氣槽67、面板68之空氣孔71朝下（下模63側）供給壓縮空氣。於加壓管線70，連接有壓縮機（未圖示）。下模63能經電磁感應加熱式、電阻線加熱式、紅外或紅外線加熱式加熱器72與水冷管73加熱及冷卻，而控制為規定之溫度。
圖7表示準備步驟，圖8A表示加熱升溫步驟，圖8B表示加熱真空壓空成形步驟，圖8C表示冷卻、脫模步驟。首先，如圖7A所示，於下模63之成形面65之上積層複數片半浸體片材10，於該等半浸體片材10之上載置配置有補強肋條30之積層體90（參照圖7B）。此時，以半浸體片材10與成形面65對向之方式，載置積層體90。隨後，將袋膜74覆蓋於下模63上，於較袋膜74更靠下方形成可視作真空環境下之密閉空間。進而，於袋膜74之上配置上模69。
其次，如圖8A所示，自真空管線64抽吸下模63內（密閉空間內）之空氣而使密閉空間減壓，將積層體90抽吸至下模63側，使其密接於下模63。上述下模63藉由加熱器72而升溫。下模63之升溫可在減壓開始之同時開始，亦可在減壓開始之前或之後開始。其次，一面維持減壓狀態，一面如圖8B所示將上述積層體90加熱至構成半浸體片材10之熱塑性樹脂之軟化點以上之溫度而使該熱塑性樹脂軟化，且利用壓縮空氣自袋膜74之上方對積層體90加壓，而將積層體90壓抵於下模。最後，如圖8C所示，於維持圖8B中之壓力條件之狀態下，將所獲得之成形體冷卻，於冷卻後解除施加至密閉空間之壓力，將肋條補強成形體50（真空壓空成形體）脫模。
藉由自下模63之真空管線64排氣所獲得之密閉空間之減壓度（真空度）較佳為0～0.1 MPa，自上模69之加壓管線70供給之壓縮空氣之氣壓較佳為0.1～2.0 MPa。作為袋膜，可使用聚四氟乙烯等氟樹脂膜、或聚醯亞胺樹脂膜、矽橡膠片材等熱性膜。
本態樣之肋條補強成形體之製造方法之優點如下所述。 （1）作為成形體本體10之材料，使用包含一方向連續纖維（開纖片材）及熱塑性樹脂之半浸體片材，故能獲得成形體本體10之厚度薄，強度高且賦形性優異之肋條補強成形體。此外，能夠直接成形。即，即便不進行預加熱（成形材料配置到成形模具內之前之用於軟化之預加熱），亦能對積層體90賦形，該賦形與樹脂之向開纖片材整體之填充（含浸）大致同時進行。 （2）由於能夠直接成形，故能夠減少樹脂之熱歷程而防止樹脂之劣化。 （3）真空壓空成形法由於係使用袋膜之成形，故不僅能成形為平板狀，亦能成形為各種三維形狀。
[射出成形] 其次，使用圖9來說明本發明之肋條補強成形體之製造方法之另一例。 圖9A示出本態樣之肋條補強成形體之製造方法中所使用之模內（射出）成形裝置80。成形裝置80具備上模81及下模82。圖9A中，上模81與下模82雖分離地配置，但將其等對位並重疊時所形成之間隙為模腔。於構成該模腔之下模82之表面，形成有用以將補強肋條定位之槽部83a－83c。84係熔融樹脂之射出口。如圖9B所示，將補強肋條85a－85c配置於上述槽部83a－83c。其次，如圖9C所示，將上模與下模對位並重疊，其後自射出口84射出熔融樹脂86。熔融樹脂於上模81與下模82之間所形成之模腔內，成形為成形體本體87，並且與補強肋條85a－85c一體化。
[實施方式2] 本發明之肋條補強成形體於一態樣中，上述成形體本體係複數個包含樹脂之基材層積層而得之積層基材，上述補強肋條係配置於上述積層基材之內部之肋條構件。而且，肋條補強成形體為如下構造：於其一主面，形成有與積層基材之內部所配置之肋條構件之外形對應的凸條。即，本發明之肋條補強成形體於一態樣中，包含：積層基材，其係複數個基材層積層而得；及肋條構件，其包含補強纖維及熱塑性樹脂，且配置於上述積層基材之內部；上述補強纖維包含沿著上述補強肋條之長度方向配置之連續纖維，且於一主面上形成有對應於上述肋條構件之外形之凸條。由於肋條構件包含補強纖維，故凸條之強度及剛性較高，因此，肋條補強成形體之強度及剛性亦較高。又，由於凸條之強度及剛性較高，故能夠提供即便使積層基材薄壁化，強度及剛性亦較高之肋條補強成形體。
於本態樣之肋條補強成形體中，上述肋條構件較佳為包含補強纖維及熱塑性樹脂之纖維補強樹脂拉擠成形體。作為該拉擠成形體，可使用與[實施方式1]中所說明之拉擠成形體相同者。具體而言，該拉擠成形體之形成所使用之纖維片材、構成該纖維片材之補強纖維及熱塑性樹脂、拉擠成形體之形狀、拉擠成形體之製造方法等與[實施方式1]中所說明者相同。構成該纖維片材之熱塑性樹脂較佳為軟化點較構成上述基材層之樹脂高之熱塑性樹脂。
作為構成積層基材之基材層之材料的基材片材，並無特別限定，可例舉樹脂片材、包含強化纖維之纖維強化樹脂片材、金屬片材、纖維素系片材等，但較佳為選自樹脂片材及包含強化纖維之纖維強化樹脂片材的至少一種含樹脂片材。作為含樹脂片材，只要是可與肋條構件一體成形者則並無特別限制，但就成形高強度之肋條補強成形體之觀點而言，更佳為纖維強化樹脂片材。基材層及含樹脂片材中所包含之樹脂亦可為熱固性樹脂及熱塑性樹脂之任一者，但較佳為熱塑性樹脂。作為熱塑性樹脂，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，但不限於此。
於用以形成上述基材層之含樹脂片材為上述纖維強化樹脂片材之情形時，該樹脂強化樹脂片材可使用與[實施方式1]中所說明之作為上述成形體本體之材料之上述纖維強化樹脂片材相同者。
本態樣之肋條補強成形體較佳為加熱壓製成形體、真空成形體、壓空成形體或真空壓空成形體，可藉由加熱壓製成形法、真空成形法、壓空成形法及真空壓空成形法中之任一種成形方法，將肋條構件與複數片基材片材一體成形，而製造本態樣之肋條補強成形體。上述成形法較佳為真空成形法、壓空成形法及真空壓空成形法中之任一種成形方法，尤佳為真空壓空成形法。根據真空壓空成形法，可一面使構成材料一體化，一面進行各種賦形，作為薄壁之成形體之成形方法而言較佳。
於本態樣之肋條補強成形體之製造方法中，較佳為將含樹脂片材積層複數片，將在複數片上述含樹脂片材中之任一片材間配置有肋條構件之積層體加熱軟化，於具有真空管線之下模內使上述積層體真空成形，利用自上模向下模側供給之壓縮空氣使上述積層體壓空成形。具體而言，較佳為使用包含上述下模、袋膜及上述上模之真空壓空成形裝置，藉由包含下述步驟（a）～（d）之方法來製造肋條補強成形體。 （a）於下模之上載置上述積層體之後，將袋膜覆蓋於上述下模上，於袋膜與下模之間形成可視作真空環境下之密閉空間； （b）自真空管線將上述密閉空間減壓，使積層體密接於下模，且使上述下模升溫； （c）於維持著上述（b）之壓力條件，將上述積層體加熱至上述含樹脂片材中所包含之熱塑性樹脂之軟化點以上之溫度的狀態下，自配置於袋膜之上方之上模向下模側供給壓縮空氣，而將上述積層體朝上述下模側擠壓（使上述積層體真空壓空成形）； （d）將於維持上述（c）之壓力條件之狀態下所獲得之成形體冷卻，於冷卻後將成形體脫模。 再者，所謂軟化點以上之溫度，係指樹脂軟化或熔融之溫度。
於上述步驟（a）中，含樹脂片材較佳為纖維強化樹脂片材，一片纖維強化樹脂片材之厚度較佳為0.01～5.0 mm。該範圍內之厚度之纖維強化樹脂片材容易真空壓空成形。於真空壓空成形時，該纖維強化樹脂片材之較佳之積層數為5～70片，進而較佳為8～50片。
以下，使用圖式，對本態樣之肋條補強成形體之一例、及其製造方法之一例進行說明。
圖16係本發明之一態樣之肋條補強成形體500之示意性立體圖，圖17係圖16所示之肋條補強成形體500之示意性局部放大截面圖。如圖16及圖17所示，肋條補強成形體500係於其一主面510形成有凸條530之板狀體。由圖17可明確得知，肋條補強成形體500於包含複數個基材層520之積層基材540之內部配置有肋條構件300作為補強肋條，例如，於自一主面510側起第2層與第3層之基材層520之間配置肋條構件300，將肋條構件300與複數個基材層520積層一體化。
所積層之基材層520中之、尤其是配置於較肋條構件300更靠一主面510側之基材層520以沿著肋條構件300之外周面之方式被覆肋條構件300，於一主面51形成有對應於肋條構件300之外形之凸條530作為肋條。肋條構件300配置於基材層520間，故不會於肋條補強成形體500之表面露出，而埋設於肋條補強成形體500內。
基材層520及肋條構件300包含熱塑性樹脂，故於肋條補強成形體500之製造過程中，能夠實現經過成形而成為基材層520之含樹脂片材100（參照圖18B）彼此之積層一體化及肋條構件300與含樹脂片材100之一體化成形。凸條530由於係對應於包含補強纖維之肋條構件300之外形而形成之凸條，故其本身之強度及剛性較高。故，肋條補強成形體500藉由於內部包含肋條構件300，其強度及剛性提高。
關於基材層520之層數並無特別限制，但較佳之積層數為5～70片，進而較佳為8～50片。所積層之基材層520中之肋條構件300之配置位置並無特別限制。於肋條構件300為拉擠成形體之情形時，利用樹脂遮蓋拉擠成形體之表面之拉擠痕跡或纖維、即構成形成基材層520之纖維強化樹脂片材之纖維，就提高肋條補強成形體500之一表面之平滑性之觀點而言，較佳為於自形成有凸條530之一主面側起2層以上之下，配置有肋條構件300。
於使用包含方向連續纖維（開纖片材）之纖維強化樹脂片材形成基材層52之情形時，在將複數個纖維強化樹脂片材積層時，亦可改變一方向連續纖維之方向而積層。例如可按照0°/45°/90°/135°/180°/…，0°/90°/180°/…等方式改變一方向連續纖維之方向。藉此，可獲得具有所要求之力學特性之成形體。
肋條補強成形體500包含1個肋條構件300，但肋條構件300之數量並無特別限制，只要根據肋條補強成形體500之尺寸、形狀、用途、所要求之強度等適當決定即可。例如，可包含複數個肋條構件，將複數個肋條構件配置成相互平行，亦可使其他肋條構件相對於1根肋條構件傾斜，肋條補強成形體500亦可包含對角撐條。
其次，作為本發明之肋條補強成形體之製造方法之一例，例舉圖16及圖17所示之肋條補強成形體500之製造方法為例進行說明。於本態樣之肋條補強成形體之製造方法中，亦使用[實施方式1]中所說明之真空壓空成形裝置60，故省略該真空壓空成形裝置60之說明。本態樣之肋條補強成形體500之製造方法除代替圖7B所示之積層體90而使用圖18B所示之積層體900以外，與[實施方式1]中使用圖7及圖8加以說明之肋條補強成形體之製造方法相同。
首先，如圖18A所示，於下模63之成形面65之上，載置積層體900（參照圖18B），該積層體900積層有複數片含樹脂片材100，在複數片含樹脂片材100中之任一片材間配置有肋條構件300。此時，以肋條構件300遠離成形面65之方式將積層體900載置於成形面65之上。隨後，將袋膜74覆蓋於下模63上，在較袋膜74更靠下方形成可視作真空環境下之密閉空間。進而，於袋膜74之上配置上模69。
其次，如圖19A所示，自真空管線64抽吸下模63內（密閉空間內）之空氣而使密閉空間減壓，將積層體900抽吸至下模63，使其密接於下模63。上述下模63藉由加熱器72而升溫。下模63之升溫可與減壓開始同時開始，亦可在減壓開始之前或之後開始。其次，一面維持減壓狀態，一面如圖19B所示，將上述積層體900加熱至構成含樹脂片材100之熱塑性樹脂之軟化點以上之溫度而使該熱塑性樹脂軟化，且利用壓縮空氣自袋膜74之上方對積層體900加壓，而將積層體90壓抵於下模。最後，如圖19C所示，於維持圖19B中之壓力條件之狀態下，將所獲得之成形體冷卻，於冷卻後解除施加至密閉空間之壓力，將肋條補強成形體500（真空壓空成形體500）脫模。
藉由自下模63之真空管線64排氣所獲得之密閉空間之較佳之減壓度（真空度）、自上模69之加壓管線70供給之壓縮空氣之較佳之氣壓分別與[實施方式1]中相同。所使用之袋膜74亦可使用與[實施方式1]中相同者。
上述本發明之一態樣之肋條補強成形體之製造方法之優點如下所述。 （1）將因包含補強纖維而強度及剛性較高之肋條構件埋設於成形體中，故能夠提供即便使積層基材薄壁化，強度及剛性亦較高之肋條補強成形體。 （2）尤其是，若使用包含連續纖維之纖維強化樹脂片材（半浸體）作為含樹脂片材100，則能獲得雖薄但強度高且賦形性優異之肋條補強成形體。此外，能直接成形。即，即便不進行預加熱（向成形模具內配置之前之用於軟化之預加熱），亦可進行向積層體900之賦形，該賦形與樹脂之向纖維強化樹脂片材整體之填充（含浸）可大致同時進行。又，由於能直接成形，故能夠減少樹脂之熱歷程而防止樹脂之劣化 （3）真空壓空成形係使用袋膜之成形，故不僅能成形為平板狀，亦能成形為各種三維形狀。 實施例
使用以下實施例，具體地說明本發明。再者，本發明不限於下述實施例。 （實施例1：真空壓空成形法） 1.拉擠成形體之製成 （1）碳纖維未開纖絲束 使用如下之碳纖維未開纖絲束：Mitsubishi Chemical公司製造，商品號：PYROFILE TR 50S15L，形狀：普通絲束 長絲15K（15,000根）、單絲纖維直徑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）未開纖絲束之開纖手段 使用圖12之開纖手段進行開纖。於橋接纖維產生步驟中，碳纖維長絲群（絲束）之張力設為每15,000根15 N。以此方式，將未開纖絲束製成碳纖維長絲構成根數15K、開纖寬度500 mm、厚度0.08 mm之開纖片材。橋接纖維為3.3質量%。 （3）半浸體片材（纖維片材） 使用PPS樹脂粉體（聚苯硫樹脂，熔點：290℃，Solvay公司製造）作為乾粉樹脂。乾粉樹脂之平均粒子徑為350 μm。將該樹脂粉體針對碳纖維（上述開纖片材）1 m 2平均單面賦予29.7 g，兩面共賦予59.4 g。加熱裝置16、19內之溫度各設為380℃，滯留時間各設為4秒。所獲得之半浸體片材（纖維片材）之質量為139.6 g/m 2，纖維之體積比率（Vf）為50體積%，PPS樹脂之體積比率為50體積%。
（4）拉擠成形加工 ·使用圖14所示之拉擠加工裝置，使拉擠成形體成形。 ·將半浸體片材（纖維片材）之插入寬度設為20 mm，任意摺疊後供給至成形模具之加熱部34。 ·使經加熱部34加熱、壓縮、成形後之半浸體片材通過加熱狀態之成形部35，而使得賦形及其形狀變得穩定。 ·利用冷卻部36將成形後之半浸體片材冷卻，使其形狀固定。 ·所獲得之成形體通過拉擠輥38a、38b後，由可執行捲取之曲率之捲取機進行捲取。
再者，加熱部及34及成形部35之模具溫度設為400℃，冷卻部36（水冷）之模具溫度設為15℃，拉擠速度設為72 mm/min。 所獲得之拉擠成形體（CFRTP）係截面為大致圓形，且其直徑為2.5 mm之桿狀。
2.纖維強化樹脂片材之製作 （1）碳纖維未開纖絲束 使用如下之碳纖維未開纖絲束：Mitsubishi Chemical公司製造，商品號：PYROFILE TR 50S15L，形狀：普通絲束 長絲15K（15,000根）、單絲纖維直徑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）未開纖絲束之開纖手段 使用圖12之開纖手段進行開纖。於橋接纖維產生步驟中，碳纖維長絲群（絲束）之張力設為每15,000根15 N。以此方式，將未開纖絲束製成碳纖維長絲構成根數15K、開纖寬度500 mm、厚度0.08 mm之開纖片材。橋接纖維為3.3質量%。 （3）半浸體片材 使用PA12樹脂粉體（聚醯胺12，熔點：176℃，宇部興產公司製造）作為乾粉樹脂。乾粉樹脂之平均粒子徑為340 μm。將該樹脂粉體針對碳纖維（上述開纖片材）1 m 2平均單面賦予22.5 g，兩面共賦予45.0 g。加熱裝置16、19內之溫度各設為240℃，滯留時間各設為4秒。所獲得之半浸體片材（纖維強化樹脂片材）之質量為125 g/m 2，纖維之體積比率（Vf）為50體積%，PA12樹脂之體積比率為50體積%。
3.肋條補強成形體之製作 （1）積層條件 ·半浸體片材（纖維強化樹脂片材）之積層片數：13片 ·構成半浸體片材之連續纖維之纖維方向：兩方向（沿直行方向積層） 設為0°/90°/0°/90°/0°/90°/0°/90°/0°/90°/0°/90°/0°。 ·拉擠成形體（CFRTP）載置於積層了13片之半浸體片材之上。
（2）真空壓空成形 使用圖6～圖8所示之真空壓空成形裝置，以下述步序製作實施例1之肋條補強成形體。 ·步驟1：於鎳合金製之下模之上，按照上述「（1）積層條件」配置半浸體片材與上述CFRTP之積層體。此時，以使半浸體片材與下模對向，之後使CFRTP與上模對向之方式，將上述積層體配置於下模內。於下模上覆蓋袋膜，在袋膜與下模之間形成可視作真空環境下之密閉空間。袋膜係使用厚度2 mm之矽橡膠片材。 ·步驟2：以減壓度成為0.09 MPa之方式自下模之真空管線將上述密閉空間減壓，在減壓開始之同時，開始下模之升溫。 ·步驟3：於下模溫度達到205℃（成形溫度）之後，自袋膜之上方利用壓縮空氣以0.70 MPa對積層體進行加壓，將加壓狀態維持3分鐘來進行真空壓空成形。步驟3係於維持步驟2之壓力條件之狀態下進行。 ·步驟4：於維持步驟3之壓力條件之狀態下將下模冷卻至50℃，其後，阻斷真空管線與加壓管線，將所獲得之真空壓空成形體脫模。 步驟1～步驟4之1循環為400秒。 所獲得之真空壓空成形體係成形體本體與補強肋條一體成形。
以此方式所獲得之實施例1之肋條補強成形體係包含1根補強肋條之大致板狀體，成形體本體之長度為300 mm，寬度為300 mm，厚度（壁厚）為1 mm。補強肋條距離成形體本體表面（補強肋條突出之側之面）之高度為2.5 mm。該真空壓空成形體無翹曲，補強肋條之強度及剛性較高，故肋條補強成形體之強度及剛性亦較高。
（實施例2：模內成形） 1.拉擠成形體之製成 準備與實施例1之肋條補強成形體之成形所使用的拉擠成形體相同之拉擠成形體。
2.肋條補強成形體之製作 使用圖9A－C所示之模內（射出）成形裝置，製作實施例2之肋條補強成形體。 具體而言，於構成模腔之下模之表面所形成的槽部配置補強肋條，隨後，將上模與下模對位而使其等重疊，將被加熱至220℃之已熔融之聚丙烯樹脂（熔點：160℃）自射出口射出至模腔內。其後，將上模與下模進行水冷，使模具冷卻至30℃後，取出肋條補強成形體（射出成形體）。於所獲得之肋條補強成形體中，成形體本體與補強肋條一體成形。成形體本體之長度為300 mm，寬度為300 mm，厚度（壁厚）為1 mm。又，於所獲得之肋條補強成形體中，補強肋條之一部分被埋入成形體本體內，剩餘部分自成形體本體之一主面（下表面）突出至外側，補強肋條距離成形體本體表面（補強肋條突出之側之面）之高度為2 mm。該成形體無翹曲，補強肋條之強度及剛性較高，故成形體之強度及剛性亦較高。
（實施例3：真空壓空成形法、肋條構件埋入型） 1.拉擠成形體之製成 準備與實施例1之肋條補強成形體之成形所使用的拉擠成形體相同之拉擠成形體。
2.纖維強化樹脂片材（基材片材）之製作 準備與實施例1之肋條補強成形體之成形體本體之成形所使用的半浸體片材相同之半浸體片材。
3.肋條補強成形體之製作 （1）積層條件 ·半浸體片材（纖維強化樹脂片材）之積層片數：13片 ·構成半浸體片材之連續纖維之纖維方向：兩方向（沿直行方向積層） 設為0°/90°/0°/90°/0°/90°/0°/90°/0°/90°/0°/90°/0°。 ·拉擠成形體（CFRTP）載置於由下至上第11片半浸體片材之上，且其上積層有2片半浸體片材。
（2）真空壓空成形 使用圖6～圖8所示之真空壓空成形裝置，以下述步序製作實施例3之肋條補強成形體。 ·步驟1：於鎳合金製之下模之上，按照上述「（1）積層條件」配置半浸體片材與上述CFRTP之積層體。此時，以使圖18B中由下至上第1片半浸體片材與下模對向之方式，將上述積層體配置於下模內。其次，於下模之上覆蓋袋膜，在袋膜與下模之間形成可視作真空環境下之密閉空間。袋膜係使用厚度2 mm的矽橡膠片材。 ·步驟2：以減壓成為0.09 MPa之方式自下模之真空管線將上述密閉空間減壓，在減壓開始之同時，開始下模之升溫。 ·步驟3：於下模溫度達到205℃（成形溫度）之後，自袋膜之上方利用壓縮空氣以0.70 MPa對積層體進行加壓，將加壓狀態維持3分鐘來進行真空壓空成形。步驟3係於維持步驟2之壓力條件之狀態下進行。 ·步驟4：於維持步驟3之壓力條件之狀態下將下模冷卻至50℃，其後，阻斷真空管線與加壓管線，將所獲得之真空壓空成形體脫模。 步驟1～步驟4之1循環為400秒。
以如上方式製作之實施例3之肋條補強成形體中，複數個基材層與拉擠成形體一體成形，於肋條補強成形體之一主面，形成有對應於拉擠成形體之外形之凸條作為補強肋條。圖20係以如上方式製作之實施例3之肋條補強成形體之照片，右圖係自一主面側拍攝到之照片，左圖係自另一主面側拍攝到之照片。實施例3之肋條補強成形體之凸條之高度h為2 mm，寬度w為30 mm，厚度（壁厚）t為約1 mm，長度L為300 mm（參照圖1）。該成形體無翹曲，藉由將包含補強纖維之拉擠成形體埋設於內部而形成有凸條，故例如與使熱塑性樹脂射出成形而形成凸條之情形相比，凸條本身之強度及剛性較高，故肋條補強成形體之強度及剛性亦變高。 [產業上之可利用性]
本發明之肋條補強成形體由於補強肋條本身之強度較高，故對肋條補強成形體之成形體本體之補強效果較顯著，可用於框架、平板、擱板、壁面、殼體等各種用途。又，亦能夠廣泛用於航空、宇宙、汽車、運動、三維列印、產業用途、建築構件、風車、自行車、鐵路、船舶等用途等。
1:碳纖維片材 2:一方向碳纖維 3,3a,3b:橋接纖維 4:樹脂 5:未附著有樹脂之部分 6:開纖裝置 7:供給捲絲管 8:碳纖維長絲群（碳纖維未開纖絲束） 9a,9b:夾輥 10:纖維強化樹脂片材（半浸體片材） 12a－12b:橋接輥 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:捲取輥 21a－21j:開纖輥 23:輥開纖步驟 24:橋接纖維產生步驟 25:粉體樹脂賦予步驟 30,40:纖維補強樹脂拉擠成形體 31:熱塑性樹脂之含浸一體化截面 32,41－43:纖維片材 33:導引件 34:加熱部 35:成形部 36:冷卻部 37:成形模具 38a,38b:拉擠輥 39:刀片 51a－51g:肋條補強成形體 52:成形體本體 53a－53j:補強肋條 60:真空壓空成形裝置 64:真空管線 63:下模 69:上模 70:加壓管線 80:模內（射出）成形裝置 81:上模 82:下模 83a－83c:槽部 84:射出口 85a－85c:補強肋條 90:積層體 100:含樹脂片材 500:肋條補強成形體 510:肋條補強成形體之一主面 520:基材層 530:凸條（補強肋條） 540:積層基材 300:肋條構件 900:積層體
[圖1A－C]分別為本發明之一態樣之肋條補強成形體之示意性截面圖。 [圖2]係本發明之另一態樣之肋條補強成形體之示意性後視圖。 [圖3]係本發明之又一態樣之肋條補強成形體之示意性後視圖。 [圖4]係本發明之又一態樣之肋條補強成形體之示意性後視圖。 [圖5]係本發明之又一態樣之肋條補強成形體之示意性立體圖。 [圖6]係本發明之又一態樣之肋條補強成形體之製造方法中所使用的真空壓空成形裝置之示意性截面圖。 [圖7]係說明本發明之一態樣之肋條補強成形體之製造方法之一步驟的示意性步驟圖。 [圖]係說明本發明之一態樣之肋條補強成形體之製造方法之一步驟的示意性步驟圖。 [圖9A－C]係說明本發明之另一態樣之肋條補強成形體之製造方法之一步驟的示意性步驟圖。 [圖10]係本發明之一態樣之肋條補強成形體之製造所使用的半浸體片材之示意性立體圖。 [圖11]係圖10所示之半浸體片材之沿著寬度方向之示意性截面圖。 [圖12]係表示圖10所示之半浸體片材之製造方法之示意性步驟圖。 [圖13A]係本發明之一態樣之肋條補強成形體之製造所使用的纖維補強樹脂拉擠成形體之示意性立體圖，[圖13B]係本發明之一態樣之肋條補強成形體之製造所使用的纖維補強樹脂拉擠成形體之示意性截面圖。 [圖14]係表示本發明之一態樣之肋條補強成形體之製造所使用的纖維補強樹脂拉擠成形體之製造方法之一例的示意性步驟圖。 [圖15A]係於本發明之一態樣之肋條補強成形體之製造所使用的纖維補強樹脂拉擠成形體之製造方法之一例中，將纖維片材摺疊後供給至拉擠成形模具之加熱部的示意性說明圖，[圖15B]係將纖維片材捲曲而供給之示意性說明圖，[圖15C]係將呈短條狀切斷之纖維片材積層複數片而供給之示意性說明圖。 [圖16]係本發明之另一態樣之肋條補強成形體之示意性立體圖。 [圖17]係圖16所示之肋條補強成形體之示意性局部放大截面圖。 [圖18]係說明本發明之一態樣之肋條補強成形體之製造方法之一步驟的示意性步驟圖。 [圖19]係說明本發明之一態樣之肋條補強成形體之製造方法之一步驟的示意性步驟圖。 [圖20]係實施例3之肋條補強成形體之照片。
51a~51c:肋條補強成形體
52:成形體本體
53:補強肋條

Claims (17)

  1. 一種肋條（rib）補強成形體，其係包含樹脂之成形體本體與補強肋條一體成形而得， 上述補強肋條包含補強纖維及熱塑性樹脂， 上述補強纖維包含沿著上述補強肋條之長度方向配置之連續纖維。
  2. 如請求項1之肋條補強成形體，其中，上述補強肋條自上述成形體本體之一主面突出。
  3. 如請求項1之肋條補強成形體，其中，上述成形體本體係複數個包含樹脂之基材層積層而得之積層基材， 上述補強肋條係配置於上述積層基材之內部之肋條構件， 於一主面上形成有對應於上述肋條構件之外形之凸條。
  4. 如請求項1之肋條補強成形體，其中，上述補強肋條係纖維補強樹脂拉擠成形體。
  5. 如請求項4之肋條補強成形體，其中，上述纖維補強樹脂拉擠成形體係將包含上述補強纖維與上述熱塑性樹脂之纖維片材無定形地摺疊，於經摺疊之上述纖維片材內及上述纖維片材間填充上述熱塑性樹脂並使其等一體化而得。
  6. 如請求項1之肋條補強成形體，其中，上述成形體本體包含強化纖維，上述強化纖維係短纖維及連續纖維中之至少一者或兩者。
  7. 如請求項6之肋條補強成形體，其中，上述成形體本體係藉由將包含上述強化纖維之纖維強化樹脂片材積層複數片並使其等一體化而形成。
  8. 如請求項3之肋條補強成形體，其中，上述基材層係由選自樹脂片材及包含強化纖維之纖維強化樹脂片材中之至少一種含樹脂片材形成。
  9. 如請求項6或8之肋條補強成形體，其中，上述強化纖維係選自碳纖維、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纖維。
  10. 如請求項1之肋條補強成形體，其中，上述補強纖維係選自碳纖維、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纖維。
  11. 如請求項1之肋條補強成形體，其中，上述補強肋條係選自由方桿、圓桿、扁平狀桿及板狀桿所組成之群中之至少一種桿。
  12. 一種肋條補強成形體之製造方法，其係請求項1、依附於請求項1之請求項2、4至7、10至11中任一項之肋條補強成形體之製造方法，且 進行包含如下步驟之真空壓空成形，即，將於包含樹脂之成形體本體之材料之上配置有補強肋條之積層體加熱軟化；於具有減壓管線之下模內將上述積層體真空成形；及自具有加壓管線之上模向上述下模側供給壓縮空氣而對上述積層體進行壓空壓製；或 將上述補強肋條定位配置於成形模具之模腔內之後，向上述模腔內注入包含熔融樹脂之上述成形體本體之材料，進行射出成形，藉此使上述成形體本體與上述補強肋條一體成形。
  13. 如請求項12之肋條補強成形體之製造方法，其中，上述補強肋條係使用纖維片材而成形之纖維補強樹脂拉擠成形體， 上述纖維片材係於連續纖維群經開纖而沿一方向呈並排狀排列之一方向連續纖維之纖維表面熔合有熱塑性粉體樹脂的半浸體（semi-preg）片材， 上述製造方法包含： 將上述纖維片材收束後供給至拉擠成形模具之加熱部， 一面利用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，一面壓縮上述纖維片材， 將經壓縮之上述纖維片材成形為上述拉擠成形模具之成形部之內腔之形狀，並利用上述拉擠成形模具之冷卻部將其冷卻， 自上述拉擠成形模具拉擠所獲得之拉擠成形體。
  14. 如請求項12之肋條補強成形體之製造方法，其中，上述成形體本體係藉由如下方法形成，即，將包含上述強化纖維之纖維強化樹脂片材複數片積層並使其等一體化， 上述纖維強化片材係於連續纖維群經開纖而沿一方向呈並排狀排列之一方向連續纖維之表面熔合有熱塑性粉體樹脂的半浸體片材。
  15. 一種肋條補強成形體之製造方法，其係請求項3或8之肋條補強成形體之製造方法，且其係 將作為包含樹脂且構成成形體本體之基材層之材料的基材片材積層複數片，於複數片上述基材片材中之任一基材片材間配置包含補強纖維與熱塑性樹脂之肋條構件作為補強肋條，以於上述肋條補強成形體之一主面形成對應於上述肋條構件之外形之凸條的方式，藉由真空成形法、壓空成形法或真空壓空成形法將上述肋條構件與積層後之複數片上述基材片材一體成形。
  16. 如請求項15之肋條補強成形體之製造方法，其中，上述肋條構件係使用纖維片材而成形之纖維補強樹脂拉擠成形體， 上述纖維片材係於連續纖維群經開纖而沿一方向呈並排狀排列之一方向連續纖維之纖維表面熔合有熱塑性粉體樹脂的半浸體片材， 上述製造方法包含： 將上述纖維片材收束後供給至拉擠成形模具之加熱部， 一面利用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，一面壓縮上述纖維片材， 將經壓縮之上述纖維片材成形為上述拉擠成形模具之成形部之內腔之形狀，並利用上述拉擠成形模具之冷卻部將其冷卻， 自上述拉擠成形模具拉擠所獲得之拉擠成形體。
  17. 如請求項15之肋條補強成形體之製造方法，其中，上述基材片材係於連續纖維群經開纖而沿一方向呈並排狀排列之一方向連續纖維之表面熔合有熱塑性粉體樹脂的半浸體片材。
TW112110585A 2022-03-25 2023-03-22 肋條補強成形體及其製造方法 TW202402510A (zh)

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