TWI661922B - 成形用模型及壓縮成形方法 - Google Patents

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梅井勇雄
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Abstract

本發明之課題係提供一種成形用模型及成形方法，其中該成形用模型可高循環地製造熱塑性樹脂或熱塑性樹脂纖維複合材料的成形體，並且能夠提升生產性。
本發明之解決單元，係使用下述成形用模型來進行成形，其係藉由以複數個模型部分所形成之模腔使成形體定型之成形用模型，並且具備：位於模腔面附近之至少可冷卻模腔面之第一溫度調節單元、以及位於與第一溫度調節單元之模腔面為相反側之至少可加熱模腔面之第二溫度調節單元；從模腔面至第一溫度調節單元為止之距離L0、與從模腔面至與模腔面為相反側的面為止之距離L1，係滿足(L1/L0)>3。

Description

成形用模型及壓縮成形方法
本發明係關於將包含熱塑性樹脂纖維複合材料之複合成形體壓縮成形之成形用模型及壓縮成形方法。
近年來，各種機械或汽車等之構造零件、壓力容器、以及管狀的構造物等所使用之複合材料成形體的材料而言，係已提案有一種使強化纖維與熱塑性樹脂纖維連續且均勻地混合之複合紗、以及由複合紗所構成之布帛。使用該布帛之成形體的成形方法，例如於專利文獻1中，係提案一種將布帛配置在加熱至280℃之模型，使布帛的熱塑性樹脂部分熔融後，將模型冷卻至50℃而固化之方法。
再者，於專利文獻2及專利文獻3中，亦提案一種使用於將熱塑性樹脂材料射出成形時之模型，且於模型中設置冷卻通路與加熱通路，將模型加熱或冷卻之技術。
再者，於專利文獻4中，係提案一種使用模型之複合 材料的模壓成形方法，該模型係於模腔面側具有冷卻機構，且於該背後具有加熱機構。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2015-101794號公報
[專利文獻2]日本特許第4334469號公報
[專利文獻3]日本特開2014-226851號公報
[專利文獻4]日本特開2013-203020號公報
為了使布帛的外觀及強度達到良好，必須於布帛的網目間充分含浸熱塑性樹脂來成形。因此，以往，由複合紗所構成之布帛的成形，必須具有：首先將布帛的熱塑性樹脂熔融來製造板狀布帛之步驟；以及將此板狀布帛插入於經預熱的模型，並藉由紅外線等將模型升溫至一定溫度後，進行數分鐘壓縮之步驟。然而，將板狀布帛藉由形狀為具有大的高低差之模型壓縮成形時，複合紗中的強化纖維於凹凸形狀之角的部分被切斷，而於該部分會有外觀或強度惡化之問題。
另一方面，為了提升生產性，考慮不製作板狀布帛，而是將布狀布帛插入於模型內，並於短時間內進行溫度差大的加熱及冷卻。然而，於上述專利文獻所記載之技術中，使模型溫度達成急速加熱與急速冷卻所需之加熱速度、冷 卻速度、及加熱溫度與冷卻溫度之差係有極限的。此外，上述專利文獻中，關於將複合材料高循環地進行溫度差大的加熱及冷卻之方法，並無任何揭示。
本發明有鑑於上述情形，而以提供一種可高循環地生產出含有熱塑性樹脂與強化纖維之複合材料(熱塑性樹脂纖維複合材料，以下亦僅稱為複合材料)的成形體之成形用模型及壓縮成形方法為目的者。
本發明者們進行精心探討，結果發現藉由使用特定結構的模型，可高循環地製造出使用熱塑性樹脂、或是於熱塑性樹脂中含有強化纖維之複合材料之成形體，進而完成本發明。
亦即，本發明係如以下所述。
一種成形用模型，係藉由以複數個模型部分所形成之模腔使成形體定型者，其具備：位於模腔面附近之至少可冷卻該模腔面之第一溫度調節單元、以及位於與該第一溫度調節單元之模腔面為相反側之至少可加熱模腔面之第二溫度調節單元；從模腔面至第一溫度調節單元為止之距離L0、與從模腔面至與該模腔面為相反側的面為止之距離L1，係滿足下述關係。
(L1/L0)>3
從第一溫度調節單元至第二溫度調節單元為止之距離L2，較佳係滿足下述關係。
L2>L0
模型部分，較佳係具備：具有第一溫度調節單元之第一部分、以及具有第二溫度調節單元之第二部分。
於模型部分中，第一部分的體積V(I)與模型部分的體積V0，較佳係滿足下述關係。
(V0/V(I))>1.3
第一部分的體積V(I)與模型部分的體積V0，較佳係滿足下述關係。
(V0/V(I))<3
第一部分之材質的熱傳導率C(I)(J/s．m．K)，較佳為第二部分之材質的熱傳導率C(II)(J/s．m．K)之3.5倍以上，及/或第一部分之材質的熱擴散率(m2/s)較佳為第二部分之材質的熱擴散率(m2/s)之3.5倍以上。
第一部分之材質的熱傳導率C(I)(J/s．m．K)較佳為100J/s．m．K以上。
第一部分之材質的硬度HB(Brinell Hardness；布里內耳硬度)較佳為200以上。
在此，硬度HB(布里內耳硬度)係依循ISO 6506所求取之值。
第一部分之材質的硬度HB(布里內耳硬度)較佳為250以上。
在將模腔面冷卻時，第一部分與第二部分較佳係可分離。
第一溫度調節單元，較佳係具備冷卻用介質所流通之複數個冷卻介質通路，並具有至少一個使同溫度的冷卻介質於複數個冷卻介質通路中同時流通之歧管。
本發明之成形用模型，可具有於鎖模時用以將模腔減壓之減壓路徑。
再者，本發明者們係進行精心探討，結果發現藉由在特定的升溫速度、降溫速度、以及溫度差下進行壓縮成形，可高循環地製造出使用複合材料之成形體，因而完成本發明。
亦即，本發明係如以下所述。
本發明之壓縮成形方法，係藉由具有以複數個模型部分所形成之模腔之模型，將包含強化纖維與熱塑性樹脂之熱塑性樹脂纖維複合材料壓縮成形而得到複合成形體之壓縮成形方法，該方法具備：第一步驟，將熱塑性樹脂纖維複合材料插入於模型的模腔後，將模型鎖模，並將模腔面升溫至熱塑性樹脂的熔點或玻璃轉移溫度以上之加熱溫度，使熱塑性樹脂熔融，以及第二步驟，於該第一步驟後，在模型鎖模之狀態下，將模腔面降溫至未達熱塑性樹脂的熔點或玻璃轉移溫度之冷卻溫度，使熱塑性樹脂冷卻固化，然後開放模型並取出複合成形體；第一步驟中的升溫速度為30℃/分鐘以上，第二步驟中的降溫速度為30℃/分鐘以上，且加熱溫度與冷卻溫度之差為80℃以上。
將熱塑性樹脂纖維複合材料插入於模腔時之模腔面的溫度，較佳係維持在未達構成熱塑性樹脂纖維複合材料之熱塑性樹脂的熔點或玻璃轉移溫度之冷卻溫度。
更佳者，升溫速度為80℃/分鐘以上，降溫速度為100℃/分鐘以上，且加熱溫度與冷卻溫度之差為100℃以上。
較佳者，升溫速度為150℃/分鐘以上，降溫速度為200℃/分鐘以上，且加熱溫度與冷卻溫度之差為120℃以上。
熱塑性樹脂纖維複合材料，較佳係包含強化纖維與熱塑性樹脂。
強化纖維，係選自由玻璃纖維、碳纖維、芳香多醯胺纖維、超高強力聚乙烯纖維、聚吲哚(Polybenzazole)纖維、液晶聚酯纖維、聚酮纖維、金屬纖維、以及陶瓷纖維所組成之群組之至少1種。
熱塑性樹脂纖維複合材料較佳為布帛。
熱塑性樹脂較佳為結晶性樹脂，且較佳係選自由聚烯烴系樹脂、聚醯胺系樹脂、聚酯系樹脂、聚醚酮、聚醚醚酮、聚醚碸、聚苯硫醚、及熱塑性聚醚醯亞胺所組成之群組之至少1種。
模型部分，較佳係具備：具有至少可冷卻模腔面之第一溫度調節單元之第一部分、以及具有至少可加熱模腔面之第二溫度調節單元之第二部分。
第一溫度調節單元，具備冷卻用介質所流通之複數個冷卻介質通路，並具有至少一個使同溫度的冷卻介質於複數個冷卻介質通路中同時流通之歧管；以第一部分中之由連結複數個冷卻介質通路的中心軸所形成之平面及模型模腔面所包夾之部分的體積V(III)(cm3)、與冷卻時之冷卻介質的流量A{L(cm3)/分鐘}之比(A/V(III))所表示之冷卻效率，較佳為15/分鐘以上。
以第二部分的總加熱能力容量kW/第一部分的重量kg所表示之模型部分於加熱時的加熱密度，較佳為0.6kw/kg以上。
第一部分之材質的熱傳導率C(I)(J/s．m．K)，較佳為第二部分之材質的熱傳導率C(II)(J/s．m．K)之3.5倍以上，及/或第一部分之材質的熱擴散率(m2/s)較佳為第二部分之材質的熱擴散率(m2/s)之3.5倍以上。
在將模腔面冷卻時，第一部分與第二部分較佳係可分離。
根據本發明之成形用模型，可高循環且生產性佳地提供熱塑性樹脂纖維複合材料的成形體。
再者，根據本發明之壓縮成形方法，可高循環且生產性佳地提供熱塑性樹脂纖維複合材料的成形體。
100、200‧‧‧模型
10、20、201‧‧‧模型部分
11、21、310、320‧‧‧第一部分
12、22‧‧‧第二部分
13、23、313、323‧‧‧第一溫度調節單元(冷卻介質通路)
14、24‧‧‧第二溫度調節單元(棒狀匣式加熱器)
15、25‧‧‧隔熱板
16、26‧‧‧與模腔面為相反側的面
30‧‧‧模腔
31、32‧‧‧模腔面
33‧‧‧路徑
40‧‧‧彈簧
50‧‧‧密封用墊片
60‧‧‧真空管線
70‧‧‧布帛
71、400‧‧‧成形體
72‧‧‧混成成形體
80‧‧‧射出成形機
90‧‧‧澆道部
L0‧‧‧從模腔面至第一溫度調節單元之距離
L1‧‧‧從模腔面至與模腔面為相反側的面之距離
L2‧‧‧從第一溫度調節單元至第二溫度調節單元之距離
V0‧‧‧模型部分的體積
V(I)‧‧‧第一部分的體積
V(II)‧‧‧第二部分的體積
V(III)‧‧‧第一部分中之由連結複數個冷卻介質通路的中心軸所形成之平面及模型模腔面所包夾之部分的體積
401、402‧‧‧孔
403、404、405、406、407、408‧‧‧肋
409、410‧‧‧軸套
411、412‧‧‧圓錐柱
413‧‧‧四角椎柱
第1圖係顯示本發明之壓縮成形方法之概略圖。
第2圖係顯示將射出成形組合於本發明之壓縮成形方法之混成成形法之概略圖。
第3圖係本發明之壓縮成形方法所使用之模型的一實施形態之概略剖面圖。
第4圖係用以說明本發明之壓縮成形方法所使用之模型的一實施形態的詳細內容之概略剖面圖。
第5圖係說明第一部分的詳細內容之概略剖面圖。
第6圖係實施例13所使用之模型的模型部分之概略剖面圖。
第7圖係實施例13所製作之成形體之概略上視圖。
以下係詳細說明本發明的實施形態。本發明並不僅限於以下實施形態，於該主旨的範圍內，可進行各種變形來實施。
[壓縮成形方法]
本發明之壓縮成形方法，係高循環地進行包含熱塑性樹脂纖維複合材料之複合成形體的成形，藉由將使成形體定型之模型的模腔面急速加熱至熱塑性樹脂的熔點或玻璃轉移溫度以上之高溫為止，且急速冷卻至未達熱塑性樹脂的熔點或玻璃轉移溫度之溫度為止，而迅速地實施模腔內之熱塑性樹脂的加熱熔融及冷卻固化。
以下說明本發明之壓縮成形方法的一實施形態，第1圖係顯示壓縮成形方法之概略圖。
首先，如第1圖a所示，將包含模型部分10、20之模 型100的模腔面31、32，維持在未達構成屬於成形體的材料之複合材料(布帛)之熱塑性樹脂的熔點或玻璃轉移溫度之溫度的狀態下，開放模型。
接著，如第1圖b所示，將作為複合材料的布狀基材之布帛70裁切為期望形狀，並插入於模腔30。
然後如第1圖c所示，將模型100關閉(鎖模)，使模腔面的溫度上升。模型之模腔面的溫度，係設定在構成複合材料之熱塑性樹脂的熔點以上或玻璃轉移溫度以上，並藉由第二溫度調節單元14、24調溫為恆常維持一定溫度。藉由加熱後之模腔面，使設置在模腔之布帛的熱塑性樹脂部分迅速熔融(第一步驟)。依據欲得到之成形體的期望厚度，來調整插入於模腔30之布帛70的片數。
可視需要，於模型關閉後將模腔30內減壓，而將模型內的空氣及存在於基材的布帛中之空氣排出，藉此可使熔融後之熱塑性樹脂迅速地含浸於強化纖維。減壓，例如以可對模腔面真空抽引之方式，於模腔面上設置可使空氣從模腔面排出之1/10mm以下的狹縫部分，並且設置從該處往模型外之吸氣管路，或者是利用設置在突出銷之氣體排出設備來設置真空管路而進行。又較佳為，可視需要於模型模腔面或突出銷的特定位置上設置墊片，成為於真空抽引時防止空氣從外部進入於模腔內之結構。
接著，在模型鎖模之狀態下，將模型100的模腔面31、32冷卻至未達熱塑性樹脂的熔點或玻璃轉移 溫度之冷卻溫度，使熱塑性樹脂冷卻固化。
然後，如第1圖d及第1圖e所示，開放模型100並且取出成形體71(第二步驟)。
第一步驟中的升溫速度為30℃/分鐘以上，第二步驟中的降溫速度為30℃/分鐘以上，且加熱溫度與冷卻溫度之差為80℃以上。較佳者，升溫速度為80℃/分鐘以上，降溫速度為100℃/分鐘以上，且加熱溫度與冷卻溫度之差為100℃以上。更佳者，升溫速度為150℃/分鐘以上，降溫速度為200℃/分鐘以上，且加熱溫度與冷卻溫度之差為120℃以上。
升溫速度，從生產性之觀點而言，較佳係設為30℃/分鐘以上，降溫速度，從生產性之觀點而言，較佳係設為30℃/分鐘以上，溫度差，從對樹脂強化連續纖維之含浸性、以及取出成形體時之固化性與脫模性之觀點而言，較佳為80℃以上。越高溫含浸性越良好，越低溫固化性與脫模性越良好。
取出成形體後，再次將作為複合材料的布狀基材之布帛裁切為期望形狀，插入於模腔，並關閉模型。
之後，重複進行第一步驟與第二步驟而製作成形體。
於成形體的取出同時或是成形體的取出後，例如可於模型的冷卻介質通路流通高壓的過熱蒸氣或低壓的過熱蒸氣，而提高模型模腔面的溫度。
再者，亦可使300℃以上的過熱蒸氣流通於插入布帛前的模腔面來加熱模腔面。
再者，在將布帛插入於模腔面後，亦可將300℃以上的過熱蒸氣從真空管線送入模腔內，而直接加熱基材。送入模型內之過熱蒸氣，亦可在送入達期望時間後，從真空管線去除。
根據本發明，可藉由將模腔面急速加熱至構成熱塑性樹脂纖維複合材料之熱塑性樹脂的熔點或玻璃轉移溫度以上，使熱塑性樹脂熔融，接著在模型鎖模之狀態下，將模腔面急速冷卻至未達熱塑性樹脂的熔點或玻璃轉移溫度，使熱塑性樹脂冷卻固化，因此可高循環且經濟性優異地得到熱塑性樹脂纖維複合成形體。
[混成成形]
本發明之壓縮成形方法，可進一步組合射出成形步驟而作為混成成形方法利用。第2圖係顯示混成成形法之概略圖。對於與第1圖相同之要素，係賦予同一符號並省略該說明。
如第2圖a及第2圖b所示，以與壓縮成形方法相同之步驟插入布帛70。
如第2圖c所示，於用以進行混成成形之模型200的模型部分201中，藉由一般所知的方法設置有從射出成形機80填充熱塑性樹脂之澆道(runner)部90。
填充熱塑性樹脂後，如第2圖d所示，開放模型，如第2圖e所示，取出包含布帛70與熱塑性樹脂81之混成成形體72。
[成形用模型]
接著，參考圖面來說明可使用在本發明之壓縮成形方法之本發明之成形用模型。惟本發明之成形用模型並不限定於下述說明者。第3圖係顯示模型的一實施形態之概略剖面圖。
如第3圖所示，模型100係具備上模型之模型部分10、下模型之模型部分20、以及隔熱板15、25而構成，並藉由模型部分10與模型部分20來形成模腔30。將複合材料等設置在模腔30而將成形體定型。
模型部分10具備：位於模腔面31附近之至少可冷卻模腔面31之包含複數個冷卻介質通路之第一溫度調節單元13、以及位於與第一溫度調節單元13之模腔面31為相反側之至少可加熱模腔面31之包含複數個棒狀匣式加熱器之第二溫度調節單元14。
再者，模型部分20亦相同具備：位於模腔面32附近之至少可冷卻模腔面32之包含複數個冷卻介質通路之第一溫度調節單元23、以及位於與第一溫度調節單元23之模腔面32為相反側之至少可加熱模腔面32之包含複數個棒狀匣式加熱器之第二溫度調節單元24。
模型部分10，係被分割為具有第一溫度調節單元13之第一部分11、以及具有第二溫度調節單元14之第二部分12之結構，第一部分11與第二部分12，係構成為可藉由彈簧40分離。
再者，模型部分20亦相同，係被分割為具有第一溫度調節單元23之第一部分21、以及具有第二溫度調節單元 24之第二部分22之結構，第一部分21與第二部分22，係構成為可藉由彈簧40分離。
於模型部分20，設置有於鎖模時用以將模腔30減壓之減壓路徑33。減壓路徑33，係藉由真空管線60連結至設置於成形用模型外部之減壓單元(未圖示)。於模型部分10與模型部分20之間，設置有密封用墊片50。
接著，使用第4圖進一步說明模型部分的詳細內容。第4圖係用以說明模型的詳細內容之概略剖面圖，並且省略一部分構成要素。
如第4圖所示，模型部分10、20，從模腔面31至第一溫度調節單元13為止之距離L0、與從模腔面31至與模腔面31為相反側的面16為止之距離L1，滿足下述關係。
(L1/L0)>3
此外，模型部分20亦相同，從模腔面32至第一溫度調節單元23為止之距離L0、與從模腔面32至與模腔面32為相反側的面26為止之距離L1，滿足上述關係。
當成形用模型以複數個模型部分構成時，滿足上述數值範圍之模型部分只要至少一個即可，更佳為全部模型部分滿足上述數值範圍。
在此，所謂從模腔面至第一溫度調節單元為止之距離L0，意指在垂直於模型之模腔面的剖面中從模腔面至第一溫度調節單元的中心為止之距離。
再者，所謂從第一溫度調節單元至第二溫度調節單元為止之距離L2，意指在垂直於模型之模腔面的剖面中從第 一溫度調節單元至第二溫度調節單元的中心為止之距離。
再者，所謂從模腔面至與模腔面為相反側的面為止之距離L1，意指垂直於模型之模腔面的剖面的距離，亦即模型部分的厚度。
當模腔面為凹凸形狀且從模腔面至第一溫度調節單元為止之距離因場所而不同時，從模腔面至第一溫度調節單元的中心為止之距離L0，意指此等中的最短距離。
再者，當模腔面為凹凸形狀且第一溫度調節單元沿著該凹凸形狀設置為與模腔面同距離時，從第一溫度調節單元至第二溫度調節單元為止之距離L2，因場所而不同。此時，從第一溫度調節單元至第二溫度調節單元為止之距離L2，意指不同L2中的最短距離。
再者，模腔面為凹凸形狀時之從模腔面至與模腔面為相反側的面為止之距離L1，意指不同L1的平均距離。
再者，當第一溫度調節單元與第二溫度調節單元為具備複數個冷卻介質通路或複數個加熱器而成時，對於1個通路或加熱器，與模腔面之距離因場所而不同時，係設為全部通路或加熱器之最短距離的平均值。
再者，當第一部分與第二部分藉由相同材料一體形成時，第一部分與第二部分之交界，係設為在垂直於模腔面的剖面中從第一溫度調節單元的中心至第二溫度調節單元側中遠離L0之位置。
本發明之成形用模型，係將使成形體定型之模腔面， 於結晶性樹脂時加熱至熱塑性樹脂的熔點以上，於非結晶性樹脂時加熱至玻璃轉移溫度以上之高溫，並迅速地進行冷卻至熱塑性樹脂的固化溫度以下之溫度，藉此可迅速且高循環地實施模腔中之熱塑性樹脂的加熱熔融及冷卻固化。
本實施形態之模型，係具有設置於模腔面附近之至少進行冷卻之第一溫度調節單元之結構，並且在較第一溫度調節單元更遠離模腔面之處設置有至少進行加熱之第二溫度調節單元。第二溫度調節單元，藉由加熱模型部分全體，來加熱模腔面。
第一溫度調節單元，越接近於模腔面越佳，但從模型的強度、設計上的限制等，必須設置在一定的距離上。從模腔面至第一溫度調節單元為止之距離L0，雖取決於第一溫度調節單元的尺寸，但較佳為30mm以下，更佳為20mm以下，又更佳為10mm以下。L0的下限值並無特別限制，雖取決於第一溫度調節單元的尺寸，但從模型強度上的限制而言，從第一溫度調節單元的端部至模型模腔面為止之距離，較佳為3mm以上，更佳為6mm以上。
本實施形態之模型中，從模腔面至第一溫度調節單元為止之距離L0、與從模腔面至與模腔面為相反側的面為止之距離L1間的關係，為(L1/L0)>3，更佳為(L1/L0)>5，最佳為(L1/L0)>10。
上限並無特別限制，較佳為以防止對大氣過度放熱與 防止設備的大型化之方式來適當地選擇。
藉由設為(L1/L0)>3，與冷卻部分相比，可增大高溫之蓄熱部分的容量，藉此可高效率地實施模型加熱時的急速加熱。再者，進行冷卻之第一溫度調節單元越接近模腔面，越可在冷卻時迅速地冷卻成形體，又，冷卻部分越少，越可在模型加熱時迅速地加熱模型。
在此，所謂冷卻部分，係以第一溫度調節單元冷卻之部分，至少顯示為第一部分。再者，所謂蓄熱部分，係以第二溫度調節單元冷卻之部分，至少顯示為第二部分。
進一步，從第一溫度調節單元至第二溫度調節單元為止之距離L2，為L2>L0，較佳為2<L2/L0<10。
藉由設為L2>L0，於冷卻時可良好地防止冷卻至第二溫度調節單元，另一方面，於加熱時可防止第二溫度調節單元之控制功率的紊亂。
於模腔面的溫度控制中，模腔溫度的上下溫度差距微小時，L0與L2較佳係盡可能接近。然而，在使複合材料成形時，模型模腔面溫度的上限值與下限值之差，例如為50℃以上，較佳為100℃以上，更佳為150℃以上的較大值，故較佳係設在上述範圍。
模型部分可為具備具有第一溫度調節單元之第一部分、以及具有第二溫度調節單元之第二部分而成者。此時，第一部分與第二部分可使用相同材質的材料，惟更佳為第一部分的材料係使用熱傳導率較第二部分的材 料更佳之材質者。藉由使用熱傳導率為較佳材質的材料作為第一部分，於冷卻時可急速地冷卻第一部分。再者，於停止第一部分之第一溫度調節單元的冷卻並且進行加熱時，亦可將具有第二溫度調節單元之第二部分所蓄熱之熱迅速地傳導。
再者，在具備具有作為第一溫度調節單元的冷卻介質通路之第一部分與具有第二溫度調節單元之第二部分之結構中，如第4圖所示，第一部分的體積V(I)與實質上被加熱之模型部分的體積V0之關係，較佳為(V0/V(I))>1.3。又，較佳為(V0/V(I))<3。為了將第一部分急速加熱並急速冷卻，較佳為縮小V(I)者，從蓄熱之觀點而言，第二部分的體積V(II)係容量愈大愈佳，故較佳為(V0/V(I))>1.3。另一方面，V(I)的容量，從模型的強度或模腔面的形狀限制之問題等而言，減量化仍有極限。第二部分的體積V(II)過大時，初期加熱耗時，或者是由於熱往模型外的釋出增大等問題而有所限制。進一步，V(I)的減量化，從強度或模腔形狀產生的限制而言，有其極限，故較佳為(V0/V(I))<3。
亦即，模腔面的加熱，藉由從具有將熱蓄熱一定量之蓄熱部分的功用之第二部分供給熱，可將模腔面急速加熱而使設置在模腔之材料的熱塑性樹脂加熱熔融。在此，蓄熱部分的容量越大，越可有效地加熱模腔面。惟蓄熱部分之容量的大小，從設備上以及伴隨著加熱之耗能量之觀點而言，可因應模型或成形設備的大小來適當地 決定。
另一方面，模腔面的冷卻，例如將第一溫度調節單元構成為複數個冷卻介質通路時，藉由使冷卻介質流通於模腔面附近的冷卻介質通路，可將模腔面急速冷卻而使已熔融的熱塑性樹脂冷卻固化。此時，為了僅冷卻模腔面附近，具有冷卻通路之部分的模型容量越小越佳，冷卻介質通路越接近模腔面越佳。
第一部分與第二部分的材質，可使用相同者，亦可使用熱傳導率不同之材料。第一部分的體積V(I)及第一部分之材質的熱傳導率C(I)(J/s．m．K)，與第二部分的體積V(II)及第二部分之材質的熱傳導率C(II)(J/s．m．K)，較佳為{V(II)×(1/C(II))}/{V(I)×(1/C(I))}>3，更佳為{V(II)×(1/C(II))}/{V(I)×(1/C(I))}>5，最佳為{V(II)×(1/C(II))}/{V(I)×(1/C(I))}>10。
藉由設為{V(II)×(1/C(II))}/{V(I)×(1/C(I))}>3，於冷卻時可迅速地冷卻模腔面，於加熱時可藉由第二部分的蓄熱而迅速地升溫。
再者，較佳為第一部分之材質的熱傳導率C(I)(J/s．m．K)，為具有第二溫度調節單元之第二部分之材質的熱傳導率C(II)(J/s．m．K)之3.5倍以上，及/或第一部分之材質的熱擴散率(m2/s)，為第二部分之材質的熱擴散率(m2/s)之3.5倍以上。亦即，冷卻時熱傳導率較高者可較快速地冷卻，加熱時熱傳導率較高者可迅速從蓄熱部汲取熱能進行加熱。此情況，尤其是藉由在冷卻第一部分時進 行分離，可得到更高效果。於冷卻時未分離之情況，第一部分的熱傳導率佳者，於冷卻時有時亦會將具有蓄熱部功能之第二部分冷卻，故必需適當地使材料達到最佳化。
至少具有第一溫度調節單元之部分之材質的熱傳導率C(I)(J/s．m．K)，較佳為100J/s．m．K以上。例如，卡遜合金的熱傳導率為165(J/s．m．K)，碳鋼的熱傳導率為40(J/s．m．K)。
此外，卡遜合金(Corson alloy)的熱擴散率為4.63×10-5(m2/s)，碳鋼的熱擴散率為1.12×10-5(m2/s)，不鏽鋼的熱擴散率為4.81×10-6(m2/s)。
再者，第一部分之材質的硬度HB，較佳為200以上，更佳為250以上。藉由第一部分之材質的硬度HB為200以上，可具有對壓縮成形之耐久性。
第一部分與第二部分，更佳構成為可分離之結構。將模腔加熱至期望溫度後，在模腔關閉之狀態下對模型進行些許開模動作，而將第一部分11與第二部分12、以及第一部分21與第二部分22分離，而設置空氣的隔熱層者，對於提升成形循環亦為有效。
具體的方法而言，可於第一部分與第二部分之間插入彈簧40，而將模型僅開放些許，藉此可在關閉模腔之狀態下分離第一部分與第二部分。分離，可對複數個模型部分的至少一個進行。
在分離模型之狀態下將冷卻水壓入冷卻介質通路等，使包含模腔之第一部分急速冷卻。此時，以不 開放模腔之方式，使用彈簧或油壓壓缸將模型模腔面保持在關閉狀態。模腔面在成為熱塑性樹脂的加熱變形溫度以下一定時間後，停止冷卻水，且視需要於冷卻介質通路導入壓縮空氣，而將冷卻介質通路內的水排出。
第一部分的冷卻，在包含複數個冷卻介質通路之第一溫度調節單元時，可藉由流通冷卻介質來達成，但如何使冷卻介質迅速且大量地流通，左右是否可進行模腔面的急速冷卻。
因此，較佳構成為可使冷卻介質單獨地流通於各冷卻介質通路之結構。該具體例可列舉出可使同溫度的冷卻介質同時流通之歧管。可將歧管設置在模型外部之冷卻介質通路的流路側，並從歧管中使冷卻介質同時流通於各冷卻介質通路，更具效率者為進一步在冷卻介質的排出側亦設置歧管進行排出。
流量對冷卻效率產生較大影響，可視需要使用加壓泵等以使冷卻介質流通。再者，亦可使用市售的加壓調溫機。
具有歧管時，如第5圖所示，於模型部分10中，連結第一部分11中之複數個冷卻介質通路13的中心軸X所形成之平面及模型模腔面31所包夾之部分的體積V(III)(cm3)、與冷卻時之冷卻介質的流量A{L(cm3)/分鐘}之比(A/V(III))所表示之冷卻效率，較佳為15/分鐘以上，更佳為25/分鐘以上。
藉由冷卻效率為15/分鐘以上，能夠更高循環地進行成形。
此外，關於另一方的第二部分20亦相同，冷卻效率較佳為15/分鐘以上，更佳為25/分鐘以上。
於冷卻介質通路中流通之介質，可列舉出水、冷卻液、碳酸氣體、壓縮氣體等。此外，介質可為1種，或是將溫度不同的介質以多階段流通。例如，以將模腔面調整為均勻溫度之方式，在將模腔面加熱至300℃時，首先使150℃的加壓溫水流通數秒，然後以多階段將60℃的溫調水，再者為10℃的冷卻水流通，在模型達到一定溫度後，再次使150℃的加壓溫水流通。
經由本發明之成形中，在將複合材料設置在模腔並於模腔內進行加熱壓縮成形以使複合材料的熱塑性樹脂熔融固化而得到成形體時，熱塑性樹脂對強化纖維之含浸性，對於所得到之成形體的特性造成較大影響。模型內存在著空氣時，於熱塑性樹脂的熔融時，空氣於成形體中會成為空隙而殘留，此乃成為在強化纖維內形成未含浸部分之原因。藉由在模型內去除此等由空氣、樹脂所產生之氣體，可更迅速地得到含浸有熱塑性樹脂之成形體。較佳為設置於鎖模時可將模腔減壓至真空之減壓路徑。
本發明所使用之模型的一使用形態，係要求於模型內加熱複合材料以使熱塑性樹脂熔融。雖因熱塑性樹脂的種類而不同，但第二溫度調節單元，於非結晶性樹脂時，係將第二部分的平均溫度設定為被設置於模腔內之熱塑性樹脂材料的玻璃轉移溫度以上，較佳為玻璃轉移溫度+30℃以上，最佳為玻璃轉移溫度+50℃以上。於結晶 性樹脂時，係設定為被設置於模腔內之熱塑性樹脂材料的熔點以上，較佳為熔點+30℃以上，最佳為熔點+50℃以上。
所謂第二部分的平均溫度，為模型第二部分的平均溫度，作為測定法的一例，可採用於第二溫度調節單元的附近，為遠離10mm至30mm之位置的模型內部插入溫度計來測定溫度之方法。當使用匣式加熱器作為第二溫度調節單元時，溫度控制，係有檢測前述溫度來進行電源的開關控制，或是進行PID控制(Proportional-Integral-Differential Controller；比例積分微分控制)來調整電源的容量之方法等。
再者，第二溫度調節單元並無特別限制，除了棒狀匣式加熱器之外，亦有即使為如加熱油、水蒸氣之加熱介質利用電阻之加熱器等，但為了將模型保持在熱塑性樹脂的熔點以上之高溫，從泛用性、性能之方面而言，較佳為加熱型加熱器。加熱器的種類，係有陶瓷加熱器、護套加熱器等，但就簡便性、性能上而言，較佳為使用棒狀匣式加熱器。
本實施形態中，針對模型部分10及模型部分20，各自之第一部分11、21與第二部分12、22構成可分離之情形進行說明，但亦可不設置彈簧40，而藉接著劑等一體地形成。
再者，由於隔熱板15、25具有抑制從具有第二溫度調節單元之模型部分往成形機之熱傳導所造成的熱流動之功用，故較佳為設置在模型100與成形機(未圖示) 之連結部。
上述之成形用模型，可適用於壓縮成形，亦可適用於混成成形，其為藉由適當地設置可進行射出成形之單元，例如豎澆道形成部、澆道形成部等，而在壓縮成形後將熱塑性樹脂熔融填充之射出成形。
〈熱塑性樹脂纖維複合材料〉
本發明之壓縮成形方法，對熱塑性樹脂纖維複合材料的成形具有效果。
熱塑性樹脂纖維複合材料，係包含強化纖維與熱塑性樹脂。
〈強化纖維〉
強化纖維，可使用通常作為纖維強化複合材料使用者，例如可列舉出選自由玻璃纖維、碳纖維、芳香多醯胺纖維、超高強力聚乙烯纖維、聚吲哚(Polybenzazole))纖維、液晶聚酯纖維、聚酮纖維、金屬纖維、以及陶瓷纖維所組成之群組之至少1種。從機械特性、熱特性、泛用性之觀點而言，較佳為玻璃纖維、碳纖維、芳香多醯胺纖維，從經濟性之方面而言，較佳為玻璃纖維。
當選擇玻璃纖維作為強化纖維時，可使用集束劑，集束劑，較佳為包含矽烷偶合劑、潤滑劑及黏結劑。
關於上述玻璃纖維及集束劑的詳細內容，可適當地採用專利文獻1所記載者。
(強化纖維的形態)
強化纖維的單紗數，從混纖步驟中的開纖性、及處理 性之觀點而言，較佳為30至15,000根。
當選擇碳纖維作為強化纖維時，集束劑較佳為包含潤滑劑、黏結劑。
關於集束劑、潤滑劑、黏結劑的種類，並無特別限制，可使用一般所知者。具體材料而言，可採用專利文獻1所記載者。
使用其他強化纖維時，可因應強化纖維的特性來適當地選擇玻璃纖維、碳纖維所使用之集束劑的種類、賦予量，較佳設為依據碳纖維所使用之集束劑之集束劑的種類、賦予量。
〈熱塑性樹脂〉
熱塑性樹脂並無特別限制，可使用通常所用者，例如，較佳為將選自由聚乙烯、聚丙烯等聚烯烴系樹脂；聚醯胺6、聚醯胺66、聚醯胺46等聚醯胺系樹脂；聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、聚對苯二甲酸丙二酯等聚酯系樹脂；聚甲醛等聚縮醛系樹脂；聚碳酸酯系樹脂；聚醚酮；聚醚醚酮；聚醚碸；聚苯硫醚；熱塑性聚醚醯亞胺；四氟乙烯-乙烯共聚物等熱塑性氟系樹脂、以及將此等改質之改質熱塑性樹脂之至少1種熱塑性樹脂進行熔融紡紗所得到之強化纖維。此等熱塑性樹脂中，較佳為聚烯烴系樹脂、聚醯胺系樹脂、聚酯系樹脂、聚醚酮、聚醚醚酮、聚醚碸、聚苯硫醚、熱塑性聚醚醯亞胺、及熱塑性氟系樹脂，從機械物性、泛用性之觀點而言，更佳為聚烯烴系樹脂、改質聚烯烴系樹脂、聚醯胺系樹脂及聚酯系樹脂，加上熱 物性之觀點時，更佳為聚醯胺系樹脂及聚酯系樹脂。此外，從對重複荷重負荷之耐久性之觀點而言，又更佳為聚醯胺系樹脂，可較佳地使用聚醯胺66。
-聚酯系樹脂-
所謂聚酯系樹脂，意指於主鏈中具有-CO-O-(酯)鍵之高分子化合物。例如可列舉出聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、聚對苯二甲酸四亞甲酯、聚-1,4-伸環己基二亞甲基對苯二甲酸酯、聚乙烯-2,6-萘二羧酸酯等，但並不限定於此等。
關於其他聚酯系樹脂的詳細內容，可適當地採用專利文獻1所記載者。
-聚醯胺系樹脂-
所謂聚醯胺系樹脂，意指於主鏈中具有-CO-NH-(醯胺)鍵之高分子化合物。例如可列舉藉由內醯胺的開環聚合所得到之聚醯胺、藉由ω-胺基羧酸的自縮合所得到之聚醯胺、藉由使二胺及二羧酸縮合所得到之聚醯胺、以及此等之共聚物，但並不限定於此等。聚醯胺，可單獨使用1種或作為2種以上的混合物來使用。關於其他上述內醯胺、二胺(單體)、二羧酸(單體)的詳細內容，可適當地採用專利文獻1所記載者。
聚醯胺的具體例，例如可列舉聚醯胺4(聚α-吡咯啶酮)、聚醯胺6(聚己醯胺)、聚醯胺11(聚十一醯胺)、聚醯胺12(聚十二醯胺)、聚醯胺46(聚四亞甲基己二醯胺)、聚醯胺66(聚六亞甲基己二醯胺)、聚醯胺610、聚 醯胺612、聚醯胺6T(聚六亞甲基對苯二甲醯胺)、聚醯胺9T(聚九亞甲基對苯二甲醯胺)、及聚醯胺6I(聚六亞甲基間苯二甲醯胺)、以及含有此等作為構成成分之共聚合聚醯胺。
共聚合聚醯胺，例如可列舉出六亞甲基己二醯胺及六亞甲基對苯二甲醯胺之共聚物、六亞甲基己二醯胺及六亞甲基間苯二甲醯胺之共聚物、以及六亞甲基對苯二甲醯胺及2-甲基戊烷二胺對苯二甲醯胺之共聚物。
本實施形態中，熱塑性樹脂纖維複合材料較佳為包含熱塑性樹脂與強化纖維。例如可使用混纖紗。混纖紗的具體製造方法並無特別限制，進行混纖之方法可利用一般所知的方法。例如可列舉：在藉由經靜電力或流體噴霧產生之壓力、經由輥等之緊壓壓力等產生之外力進行開纖後，將強化纖維與熱塑性樹脂纖維維持在開纖之狀態下，進行合紗或併線之開纖合紗法；以及流體交織(交錯)法。其中，較佳為可抑制強化纖維的損傷，開纖性優異，且可均勻地混合之流體交織法，作為流體交織(交錯)法可列舉：將製作出2個或以上與紗軸大致平行地的由空氣、氮氣及水蒸氣等流體所產生之渦流亂流區域，然後將纖維導入於該區域，在不會產生紗圈或捲縮之程度的張力下，形成非蓬鬆性的紗條之方法；或是在僅將強化纖維開纖後，或是將強化纖維與熱塑性樹脂纖維一同開纖後，進行流體交織之方法(開纖後流體交織法)等。特佳為在包含單獨對熱塑性樹脂纖維進行熱加工之步驟中施以假撚加工 後，以同一裝置連續地藉由流體交織法進行混纖。
其他關於混纖的詳細內容，可適當地採用專利文獻1所記載之方法。
構成熱塑性樹脂纖維複合材料之熱塑性樹脂，係可塗佈於強化纖維而形成複合紗，或是將熱塑性樹脂含浸於強化纖維。熱塑性樹脂的塗佈或含浸，可於強化纖維的製造時進行，或是於製造強化纖維後，於其他步驟中進行。
熱塑性樹脂纖維複合材料的形態並無特別限制，可為片狀、膜狀、顆粒狀，從操作性、形狀柔軟性之觀點而言，較佳為布帛狀。
得到布帛之方法並無特別限定，可因應用途、目的，採用可製作所選擇之適當的布帛之一般所知的方法。例如，織物可使用梭織機、劍桅式織機、噴氣式織機、噴水式織機等之織機，於至少一部分包含複合紗即可。較佳為將緯紗編織於排列配置有包含複合紗之纖維之經紗而得到。針織物，可使用圓針織機、橫針織機、翠可特(Tricot)針織機、拉舍爾(Raschel)針織機等之針織機，將至少一部分包含複合紗之纖維編織而得到。不織布，可在將至少一部分包含複合紗之纖維形成為稱為網片之片狀的纖維聚集體後，藉由針軋機、縫錠機、柱狀噴流機等之物理作用或依據壓印輥等之熱作用或接著劑，使纖維彼此結合而得到。
關於其他布帛的形態等，可適當地採用專利文獻1所記載之方法。
此外，當使用布帛作為基材時，將基材裁切為期望形狀之方法，係有噴水式切割刀、雷射切割刀、繪圖切割刀、超音波切割刀、超鋼刃模壓切割刀、熱刃模壓切割刀等，從經濟性、生產性、性能面而言，較佳為熱刃模壓切割刀。熱刃模壓切割刀之刀的溫度，可因應材料來適當地選擇，可為熱塑性樹脂材料的熔點或玻璃轉移溫度以上，較佳為熔點+30℃以上或玻璃轉移溫度+30℃以上，更佳為熔點+70℃以上或玻璃轉移溫度+70℃以上。
[實施例]
以下係列舉實施例來更具體地說明本發明。以下實施例所示之材料、用量、比率、處理條件等，在不脫離本發明的主旨之範圍內，可適當地進行變更。因此，本發明之範圍並不限定於以下所示之具體例。
[實施例1]
模型係使用第3圖至第5圖所示之模型。以下顯示模型的構成。
(第一部分、第二部分)
具有冷卻介質通路13、23之第一部分11、21，係使用熱傳導率165J/s．m．K的卡遜合金(Materion Brush公司製、商品名稱「Mold Max-V」、硬度HB：270)。
具有棒狀匣式加熱器14、24之第二部分12、22，係使用熱傳導率40J/s．m．K的碳鋼(S55C)。
於模型的第一部分與第二部分之間，不設置彈簧，且於成形時亦不分離。此外，於成形時亦不進行將模型內真 空抽引之作業。
(棒狀匣式加熱器)
棒狀匣式加熱器14、24係使用1600W(10mmΦ×400mm、瓦特密度12.7W/cm2、八光電機股份有限公司製)。模型的加熱密度(第二部分的總加熱能力容量kW述第一部分的重量kg)為0.75kw/kg。
(冷卻介質通路、L0、L1、L2)
冷卻介質通路13、23，係使用內徑為8mm，且在從中心部至模腔面之距離L0(參考第4圖)為10mm的位置上，以26mm的間隔(L)設置10根冷卻水路者。
從冷卻介質通路的中心至棒狀匣式加熱器的中心之距離L2(參考第4圖)為25mm。
(第一部分的厚度T1、第二部分的厚度T2)
如第5圖所示，模型之第一部分的厚度(T1)設為30mm，第二部分的厚度(T2)設為30mm。
再者，冷卻水係通過歧管於模型內並行地流動。冷卻水的流量A，上模型、下模型分別為25000cm3/分鐘。
(冷卻效率A/V(III))
再者，以連結複數個冷卻介質通路的中心軸X所形成之平面及模腔面31(或32)所包夾之部分的體積V(III)為842.4cm3。冷卻效率A/V(III)為30/分鐘。
將附著有下述集束劑1.0質量%之纖度685dtex且單紗數400根之玻璃纖維，作為連續強化纖維使用。
(集束劑的組成(固體成分換算))
‧矽烷偶合劑：γ-胺丙基三乙氧基矽烷0.6質量%[商品名稱：KBE-903(信越化學工業股份有限公司製)]
‧潤滑劑：蠟0.1質量%[商品名稱：Carnauba Wax(加藤洋行股份有限公司製)]
‧黏結劑：丙烯酸/順丁烯二酸共聚物鹽5質量%[商品名稱：Aqua Rick TL(日本觸媒股份有限公司製)]
(布帛)
使用未施以交織處理之聚醯胺66纖維[商品名稱：Leona(註冊商標)470/144BAU(旭化成纖維股份有限公司製)、纖度470dtex、單紗數144根]作為熱塑性樹脂纖維。
將纖度685dtex且單紗數400根的玻璃纖維2束與纖度470dtex的PA纖維2束合紗，進行併線後，實質上垂直地供給至流體交織噴嘴，並以下述條件進行流體交織而得到複合紗。
‧流體交織噴嘴：Kyocera KC-AJI-L(1.5mm口徑、推進型)
‧空氣壓：2kg/cm2
‧加工速度：30m/分鐘
使用複合紗作為經紗與緯紗，而編織出經紗密度為6根/5mm及緯紗密度為6根/5mm之針織物(布帛)。於編織時未產生軟毛或纖絲狀物，織機亦未觀察到紗屑或毛球的附著，編織性良好。
布帛係重疊7片並裁切為適合於期望之壓 縮成形體的形狀。使用熱刀經加熱至溫度330℃者，以積層片數7片來切斷。切斷面熔著，而得到處理性優異之基材。
(成形方法)
根據第1圖所示之壓縮成形的成形步驟，依循下述程序來製作成形體。
成形機，係使用最大鎖模力300噸的東芝機械公司製(S100V-8A)。模型及各步驟的詳細條件如表1所示。
[步驟1](布帛的裝設及模型鎖模)將模型開放，並將上述裁切為期望形狀之布帛7片，於模腔面的溫度為180℃時裝設於模型內的特定位置，接著以鎖模力240MPa進行鎖模。
[步驟2](模型加熱)在模型鎖模之狀態下，將模腔面的溫度急速加熱至300℃，使構成布帛之聚醯胺樹脂於模型內熔融，並連續地含浸於玻璃纖維內。此時，模型之加熱部分的溫度設定在350℃。
[步驟3](模型分離、冷卻)降低鎖模力，在將模型關閉之狀態下，於冷卻介質通路流通25℃的冷卻水，將模腔面急冷卻。在模腔面的溫度到達150℃之後5秒後停止通水，於停止通水10秒後開放模型，同時藉由壓縮空氣將冷卻介質通路的水排出。
[步驟4](脫模)模型脫模後，立即取出成形體並返回步驟1。
實施例1中之模腔溫度的升溫速度為150℃ /分鐘，降溫速度為600℃/分鐘，成形循環為90秒。
所得到之成形體的尺寸為250mm×250mm，厚度為2mm。
所謂降溫速度，為將模腔面從目標高溫溫度(上述模腔溫度300℃)冷卻至目標低溫溫度(上述模腔溫度150℃)時之降溫速度。此外，所謂升溫速度，為將模腔從目標低溫溫度升溫至目標高溫溫度時之升溫速度。此外，模腔面的溫度，係預先求取模腔面與模腔面附近的溫度之相關關係，且成形時之實際的溫度控制，係根據模腔面附近的溫度來進行。
[實施例2]
除了在上述[步驟1](布帛的裝設及模型鎖模)中，將模型開放，並將裁切為期望形狀之布帛7片，於模腔面的溫度成為300℃時裝設於模型內的特定位置，接著以鎖模力240MPa進行鎖模之外，其他以與實施例1相同之方法來得到成形體。
實施例2的加熱密度及冷卻效率，與實施例1相同，為0.75kW/kg及30/分鐘。
[實施例3]
除了模型的第一部分使用碳鋼之外，其他以與實施例1相同之方法來得到成形體。
實施例3中之模腔溫度的升溫速度為110℃/分鐘，降溫速度為300℃/分鐘，成形循環為180秒。
實施例3的加熱密度為0.83kW/kg，冷卻效率為30/分 鐘。
[實施例4]
除了模型的第一部分使用碳鋼，又，使用1000W(10mmΦ×400mm、瓦特密度8.3W/cm2)(八光電機股份有限公司製GLE4103)，使用第一部分的厚度(T1)為40mm、第二部分的厚度(T2)為100mm之模型，並且以使冷卻水於模型內串聯地流動之方式接合軟管，再者，上述[步驟1]中，於模型表面溫度成為300℃後投入布帛之外，其他與實施例1相同而製作成形體。
實施例4中之模腔溫度的升溫速度為60℃/分鐘，降溫速度為100℃/分鐘，成形循環為300秒。
實施例4的加熱密度為0.1kW/kg，冷卻效率為6/分鐘。
[實施例5]
除了使用第一部分的厚度(T1)為60mm、第二部分的厚度(T2)為240mm之模型，不使用歧管，並以使冷卻水於模型內串聯地流動之方式接合軟管之外，其他與實施例1相同而製作成形體。
實施例5中的模腔溫度，在模型溫度最初到達150℃後之升溫速度為40℃/分鐘，降溫速度為120℃/分鐘，成形循環為280秒。將模型最初加熱至150℃為止所需時間，與實施例1相比耗費3倍時間。
實施例5的加熱密度為0.75kW/kg，冷卻效率為10/分鐘。
[實施例6]
除了使用1000W(10mmΦ×400mm、瓦特密度8.3W/cm2)(八光電機股份有限公司製GLE4103)作為加熱器，將冷卻水的流量A設為12000cm3/分鐘之外，其他與實施例1相同而製作成形體。
實施例6中之模腔溫度的升溫速度為100℃/分鐘，降溫速度為450℃/分鐘，成形循環為150秒。
實施例6的加熱密度為0.24kW/kg，冷卻效率為15/分鐘。
[實施例7]
冷卻介質通路13、23，係使用內徑為8mm，且在從中心部至模腔面之距離L0為10mm的位置上，以20mm的間隔(L)所設置之模型，並且於成形時使模腔形成為真空。
從冷卻介質通路的中心至棒狀匣式加熱器的中心之距離L2，設為40mm。
使用棒狀匣式加熱器1000W(10mmΦ×400mm、瓦特密度8.3W/cm2)(八光電機股份有限公司製GLE4103)。
於模型的第一部分與第二部分之間設置彈簧，且於冷卻時，分別針對上模型與下模型，將第一部分與第二部分之間分離5mm。
模型之第一部分的厚度(T1)設為60mm、第二部分的厚度(T2)設為240mm。亦即，將模型的厚度(L1)設為300mm。
再者，冷卻水係通過歧管於模型內並行地流動。冷卻水的流量A，上模型、下模型分別為25000cm3/分鐘。
再者，以連結複數個冷卻介質通路的中心 軸X所形成之平面及模腔面31(或32)所包夾之部分的體積V(III)為1667cm3。冷卻效率A/V(III)為15/分鐘。
實施例7中之模型的升溫速度為200℃/分鐘，降溫速度為500℃/分鐘，成形循環為90秒。
實施例7的加熱密度為0.24kW/kg，冷卻效率為15/分鐘。
[實施例8]
除了將模腔面側之模型部分的材質改為碳鋼，將第一部分與第二部分之間分離10mm，並且將模型溫度設為320℃之外，其他與實施例7相同而製作成形體。實施例8中之模型的升溫速度為150℃/分鐘，降溫速度為300℃/分鐘，成形循環為120秒。
實施例8的加熱密度為0.25kW/kg，冷卻效率為15/分鐘。
[實施例9]
除了於模腔面的冷卻時未分離第一部分與第二部分，於成形時未將模腔形成為真空，並且將模型溫度設為320℃之外，其他與實施例7相同而製作成形體。實施例9中之模型的升溫速度為70℃/分鐘，降溫速度為400℃/分鐘，成形循環為220秒。
實施例9的加熱密度為0.24kW/kg，冷卻效率為15/分鐘。
[實施例10]
除了將模腔面側之第一部分的材質改為碳鋼，於模腔 面的冷卻時未分離第一部分與第二部分，於成形時未將模腔形成為真空，並且將模型溫度設為320℃之外，其他以與實施例7相同之方法來製作成形體。實施例10中之模型的升溫速度為100℃/分鐘，降溫速度為300℃/分鐘，成形循環為230秒。
實施例10的加熱密度為0.25kW/kg，冷卻效率為15/分鐘。
[實施例11]
除了將模腔面側之第一部分的材質改為碳鋼，改變為L0=30mm、L1=200mm、L2=50mm，於模腔面的冷卻時未分離第一部分與第二部分，於成形時未將模腔形成為真空，並且將模型溫度設為320℃之外，其他以與實施例7相同之方法來製作成形體。實施例11中之模型加熱的升溫速度為60℃/分鐘，冷卻速度為150℃/分鐘，成形循環為280秒。
實施例11的加熱密度為0.25kW/kg，冷卻效率為5/分鐘。
[實施例12]
除了將模腔面側之第一部分的材質改為碳鋼，改變為L0=30mm、L1=150mm、L2=50mm，於模腔面的冷卻時未分離第一部分與第二部分，於成形時未將模腔形成為真空，並且將模型溫度設為320℃，除此之外，其他以與實施例7相同之方法來製作成形體。實施例12中之模型加熱的升溫速度為50℃/分鐘，冷卻速度為150℃/分鐘，成形循環為 300秒。
實施例12的加熱密度為0.25kW/kg，冷卻效率為5/分鐘。
[實施例13]
如第6圖所示，使用具有第一溫度調節單元313與第二溫度調節單元323之第一部分310、320之模型，來製作第7圖所示之成形體400。實施例13中之模型加熱的升溫速度為180℃/分鐘，冷卻速度為420℃/分鐘，成形循環為100秒。成形體400外尺寸為250mm×250mm，厚度為2mm，孔401的直徑為15mm，孔402的直徑為10mm。
如第6圖及第7圖所示，肋403為基部3mm、前端1.5mm、高度15mm。肋404為基部3mm、前端1.5mm、高度10mm。肋405為基部5mm、前端3mm、高度10mm。肋406為基部1.5mm、前端0.8mm、高度10mm。肋407為基部5mm、前端4mm、高度5mm。肋408為基部3mm、前端1.5mm、高度20mm。
軸套409為於一邊26mm之四角柱的上部形成有直徑8mm的孔之高度8mm、厚度2mm之軸套，軸套410為於一邊26mm之四角柱的上部形成有直徑6mm的孔之高度8mm、厚度2mm之軸套。
圓錐柱411為底部外徑13.8mm、上部外徑8mm、高度15mm、厚度2mm之軸套狀。圓錐柱412，為底部外徑28.5mm、上部外徑17.5mm、高度15mm、厚度2mm之軸套狀。四角椎柱413，為底部一邊28.5mm之正方形， 上部一邊17.5mm、高度15mm、厚度2mm。
於肋部預先將布帛1片的一部分壓入，並將於底面部重疊有合計7片者壓縮成形。
除了模腔面側之第一部分的材質，以與實施例7為相同之卡遜合金設為L0=15mm、L1=300mm、L2=30mm之外，其他使用與實施例7相同之模型。實施例13中之模型加熱的升溫速度為180℃/分鐘，冷卻速度為420℃/分鐘，成形循環為100秒。
實施例13的加熱密度為0.24kW/kg，冷卻效率為10/分鐘。
所得到之成形體，為具有肋、軸套之成形體，並且在如圓錐柱411、412或四角椎柱413之複雜形狀部分可未產生玻璃纖維的斷裂之強度優異者。
[比較例1]
使用模型為第3圖中之L0=70mm、L1=200mm、L2=40mm且模型加熱用加熱器設置於較冷卻介質通路更接近模腔面之位置之模型，來製作成形體品。
所使用之材料與實施例7相同，但將模型溫度設為320℃，於模腔面的冷卻時未分離第一部分與第二部分，並且模型的各冷卻水通路串聯地連結，冷卻水並非同時而是連續地流通。
[評估條件]
(拉伸強度)
拉伸強度，係依據ISO527-1並在下述條件下測定。
‧試驗環境：23℃、50RH%
‧成形品：JIS K7113 3號試驗片
‧拉伸速度：5mm/分鐘
‧夾具間：50mm
‧使用機器：Instron 50kN(Instron公司製)
(彎曲剛性)
彎曲剛性，係依據ISO178並在下述條件下測定。
‧試驗環境：23℃、50RH%
‧成形品：寬10mm、長100mm、厚度2mm的長條狀
‧試驗速度：1mm/分鐘
‧跨距間：32mm
‧使用機器：Instron 50kN(Instron公司製)
(彎曲強度)
彎曲強度係依據ISO178來求取。
(最大衝擊強度)
最大衝擊強度，係依據JIS K7211-1；2006並在下述條件下測定。
‧試驗環境：23℃
‧高速衝擊試驗機島津HYDRO SHOT HITS-P10(島津製作所)
‧試驗片形狀：60mm見方平板、厚度2mm
‧試驗速度：4.4mm/s
(最大衝擊能量)
最大衝擊能量係依據JIS K7211-2；2006來求取。
實施例及比較例的製造條件及所得到之成形體的物性，係如表1及表2所示。
如第1表及第2表的實施例所示，使用本發明之成形用模型所製造之成形品，強度優異且可縮短循環時間。
特別是，於模型模腔溫度為180℃時裝設布帛之實施例1、3、及6中，成形體未觀察到黃變而為良好。於模型模腔溫度為300℃時裝設布帛之實施例2及4中，雖確認到若干的纖維紊亂與成形體的黃變，但強度優異。再者，未使用歧管之實施例5，與使用歧管之實施例1相比，成形體雖觀察到若干黃變，但強度優異。
再者，模型部分的第一部分使用卡遜合金、且第一部分與第二部分具備可分離的結構之實施例7，與第一部分使用碳鋼之實施例8、及不具有分離結構之實施例9相比，可得知能夠高循環地進行成形。
另一方面，L1/L0為3以下之比較例1，循環時間長，生產性差。
此外，根據本發明，可得到強度，特別是衝擊強度優異之成形品。例如，以與本實施例1為相同的材料所作成之箱型(高45mm、縱長150mm、橫長200mm，且具有厚3mm的底板之箱型成形品)試驗體，在朝下之狀態下將箱體設置在試驗台，將賦予至箱體的底板之能量設定在250J，並以大型高速衝擊壓縮試驗機來進行衝擊試驗。賦予能量250J之落下物，係使用下面直徑185mm的三角錐形狀體。藉由射出成形使玻璃短纖維50%/聚醯胺66複合材料成形之同形狀的成形品，於本衝擊試驗中，材料 飛散而無法保持形狀。另一方面，以與本實施例1相同的材料所製作之成形體，於本衝擊試驗中，亦可保持形狀而未被破壞，可使落下物於底板反彈數次。
[產業上之可應用性]
根據本發明，可提供一種能夠高循環地將各種機械或汽車等的結構零件等之要求高等級的機械物性之熱塑性樹脂纖維複合成形體壓縮成形之方法。

Claims (19)

  1. 一種成形用模型，其係藉由以複數個模型部分所形成之模腔使成形體定型者，並且具備：位於前述模腔面附近之至少可冷卻該模腔面之第一溫度調節單元、以及位於與該第一溫度調節單元之前述模腔面為相反側之至少可加熱前述模腔面之第二溫度調節單元；從前述模腔面至前述第一溫度調節單元為止之距離L0、與從前述模腔面至與該模腔面為相反側的面為止之距離L1，係滿足下述關係，(L1/L0)>3；前述模型部分具備：具有前述第一溫度調節單元之第一部分、以及具有前述第二溫度調節單元之第二部分；前述第一部分的體積V(I)與前述模型部分的體積V0滿足下述關係，(V0/V(I))<3；前述第一部分之材質的熱傳導率C(I)(J/s．m．K)為前述第二部分之材質的熱傳導率C(II)(J/s．m．K)之3.5倍以上，及/或前述第一部分之材質的熱擴散率(m2/s)為前述第二部分之材質的熱擴散率(m2/s)之3.5倍以上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之成形用模型，其中，從前述第一溫度調節單元至前述第二溫度調節單元為止之距離L2，滿足下述關係，L2>L0。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之成形用模型，其中，於前述模型部分中，前述第一部分的體積V(I)與前述模型部分的體積V0滿足下述關係，(V0/V(I))>1.3。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之成形用模型，其中，前述第一部分之材質的熱傳導率C(I)(J/s．m．K)為100J/s．m．K以上。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之成形用模型，其中，前述第一部分之材質的硬度HB為200以上。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之成形用模型，其中，前述第一部分之材質的硬度HB為250以上。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之成形用模型，其中，在將前述模腔面冷卻時，前述第一部分與前述第二部分可分離。
  8. 如申請專利範圍第1或2項所述之成形用模型，其中，前述第一溫度調節單元，具備冷卻用介質所流通之複數個冷卻介質通路，並且具有至少一個使同溫度的冷卻介質於複數個冷卻介質通路中同時流通之歧管。
  9. 如申請專利範圍第1或2項所述之成形用模型，其具有於鎖模時用以將前述模腔減壓之減壓路徑。
  10. 一種壓縮成形方法，其係藉由具有以複數個模型部分所形成之模腔之模型，將包含強化纖維與熱塑性樹脂之熱塑性樹脂纖維複合材料壓縮成形而得到複合成形體，該方法具備：第一步驟，於前述模型的模腔插入前述熱塑性樹脂纖維複合材料後，將前述模型鎖模，並且將前述模腔面升溫至前述熱塑性樹脂的熔點或玻璃轉移溫度以上之加熱溫度，使前述熱塑性樹脂熔融，以及第二步驟，於該第一步驟後，以將前述模型鎖模之狀態下，將前述模腔面降溫至未達前述熱塑性樹脂的熔點或玻璃轉移溫度之冷卻溫度，使前述熱塑性樹脂冷卻固化，然後開放前述模型並且取出前述複合成形體；前述第一步驟中的升溫速度為80℃/分鐘以上，前述第二步驟中的降溫速度為200℃/分鐘以上，且前述加熱溫度與前述冷卻溫度之差為100℃以上；前述模型部分具備：具有至少可冷卻前述模腔面之第一溫度調節單元之第一部分、以及具有至少可加熱前述模腔面之第二溫度調節單元之第二部分；前述第一部分的體積V(I)與前述模型部分的體積V0滿足下述關係，(V0/V(I))<3；前述第一部分之材質的熱傳導率C(I)(J/s．m．K)為前述第二部分之材質的熱傳導率C(II)(J/s．m．K)之3.5倍以上，及/或前述第一部分之材質的熱擴散率(m2/s)為前述第二部分之材質的熱擴散率(m2/s)之3.5倍以上。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之壓縮成形方法，其中，於前述模腔插入前述熱塑性樹脂纖維複合材料時之前述模腔面的溫度，係維持在未達構成前述熱塑性樹脂纖維複合材料之熱塑性樹脂的熔點或玻璃轉移溫度之冷卻溫度。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之壓縮成形方法，其中，前述升溫速度為150℃/分鐘以上，降溫速度為200℃/分鐘以上，且前述加熱溫度與前述冷卻溫度之差為120℃以上。
  13. 如申請專利範圍第10至12項中任一項所述之壓縮成形方法，其中，前述熱塑性樹脂纖維複合材料包含前述強化纖維與熱塑性樹脂。
  14. 如申請專利範圍第10至12項中任一項所述之壓縮成形方法，其中，前述強化纖維，係選自由玻璃纖維、碳纖維、芳香多醯胺纖維(aramid fiber)、超高強力聚乙烯纖維、聚吲哚(Polybenzazole))纖維、液晶聚酯纖維、聚酮纖維、金屬纖維、以及陶瓷纖維所組成之群組之至少1種。
  15. 如申請專利範圍第10至12項中任一項所述之壓縮成形方法，其中，前述熱塑性樹脂纖維複合材料為布帛。
  16. 如申請專利範圍第10至12項中任一項所述之壓縮成形方法，其中，前述熱塑性樹脂為結晶性樹脂，且係選自由聚烯烴系樹脂、聚醯胺系樹脂、聚酯系樹脂、聚醚酮、聚醚醚酮、聚醚碸、聚苯硫醚、及熱塑性聚醚醯亞胺所組成之群組之至少1種。
  17. 如申請專利範圍第10至12項中任一項所述之壓縮成形方法，其中前述第一溫度調節單元，具備冷卻用介質所流通之複數個冷卻介質通路，並具有至少一個使同溫度的冷卻介質於複數個冷卻介質通路中同時流通之歧管；連結前述第一部分中之複數個冷卻介質通路的中心軸所形成之平面與模型模腔面所包夾之部分的體積V(III)(cm3)、與冷卻時之冷卻介質的流量A{L(cm3)/分鐘}之比(A/V(III))所表示之冷卻效率，為15/分鐘以上。
  18. 如申請專利範圍第10至12項中任一項所述之壓縮成形方法，其中，以前述第二部分的總加熱能力容量kW/前述第一部分的重量kg所表示之前述模型部分於加熱時的加熱密度，為0.6kw/kg以上。
  19. 如申請專利範圍第10至12項中任一項所述之壓縮成形方法，其中在將前述模腔面冷卻時，前述第一部分與前述第二部分可分離。
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