[发明专利]纤维增强塑料及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及纤维增强塑料及其制造方法。

本申请基于2014年2月14日在日本申请的特愿2014-026641号主张优先权，将其内容援用到本文中。

背景技术

在航空器构件、汽车构件、风力发电用风车构件、体育用具等各种领域中，广泛使用将片状的纤维增强塑料通过冲压成型而赋形了的结构材。该纤维增强塑料例如通过将在增强纤维中含浸有热塑性树脂的预浸料基材多片层叠而一体化来形成。

作为预浸料基材，可举出例如，在将连续的纤维长度长的增强纤维沿一个方向并丝了的增强纤维中，含浸热塑性树脂而形成片状的基材。对于这样的由使用了连续的长增强纤维的预浸料基材形成的纤维增强塑料，可以制造具有优异的机械物性的结构材。然而，对于该纤维增强塑料，因为是连续的增强纤维的缘故，所以赋形时的流动性低，难以赋形成三维形状等复杂形状。因此，在使用该纤维增强塑料的情况下，制造的结构材主要限于接近于平面形状的结构材。

作为提高赋形时的流动性的方法，公开了例如，使从宽度窄的带状的预浸料基材以一定的长度切出的多个预浸料片分散在平面上，使它们通过加压成型而一体化，形成片状的纤维增强塑料的方法(专利文献1)。

然而，在该方法中，通过空气使预浸料片飞行，或在液体流体内使预浸料片扩散后使其堆积从而使该预浸料片分散，因此以增强纤维的纤维轴朝向完全随机的方向的方式使预浸料片均匀地分散是极其困难的。因此，成为即使在同一片内也根据位置、方向不同而强度等机械物性不同的纤维增强塑料。结构材 中，往往要求强度等机械物性的不均化少，并且，机械物性为各向同性，或其各向异性受控制。然而，在该方法中，获得机械物性的各向同性良好，或各向异性受控制，进一步机械物性的不均化少的纤维增强塑料是困难的。

此外，纤维增强塑料中也要求良好的耐热性。一般而言，纤维增强塑料的耐热性大幅受到纤维增强塑料所使用的基体树脂的耐热性的影响。通常，树脂单体的机械物性在该树脂的玻璃化转变温度以上的温度下有降低的倾向。在纤维增强塑料中也同样地，在基体树脂的玻璃化转变温度以上的温度下，有机械物性降低的倾向。为了将该机械物性的降低抑制到最小限度，在纤维增强塑料中需要使增强纤维均匀地分散在基体树脂中。然而，在上述方法中，在将堆积的预浸料片加热而使其一体化的工序中，在堆积的预浸料片的间隙中仅流入熔融的基体树脂。因此，在所得的纤维增强塑料中，局部地产生树脂富余的部分。由于该树脂富余部分的影响，该方法中获得的纤维增强塑料有耐热性差的问题。

也公开了将使热塑性树脂含浸在沿一个方向并丝了的增强纤维中，进一步以与纤维轴交叉的方式形成了切口的预浸料基材多片层叠，使它们一体化而制成纤维增强塑料的方法(专利文献2～6)。该方法中获得的纤维增强塑料由于在预浸料基材形成切口而分割增强纤维，因此赋形时获得良好的流动性。此外，以增强纤维的纤维轴的方向不偏向于特定的方向，例如以纤维轴的方向在俯视时每次错开45°的方式层叠多片预浸料基材，从而可以获得机械物性的各向同性良好并且不均化少的纤维增强塑料。此外，通过使纤维轴的方向沿任意的方向一致而层叠，也可以控制各向异性。

然而，该方法中获得的纤维增强塑料，在遵循切口形状的方向产生应力的情况下，有该切口部分成为破坏的起点而机械物性降低的问题。此外，由于在该切口部分中实质上仅存在树脂，因此在基体树脂的玻璃化转变温度以上的温度下，与上述专利文献1所公开的方法同样地，有耐热性差的问题。

此外，在该方法中，在连续地制造机械物性的各向同性良好的带状的纤维增强塑料的情况下，需要分别制造俯视时增强纤维的纤维轴的方向为不同的方向(例如相对于长度方向为0°、45°、90°、-45°)的带状的预浸料基材并将它们层叠。因此，制造工序复杂且控制也变得困难，成本变高。此外，在制造片状 的纤维增强塑料的情况下，也需要以俯视时增强纤维的纤维轴的方向不偏向的方式使各预浸料基材随时以规定的旋转角度(0°、45°、90°、-45°等)旋转并且进行层叠。因此，在该情况下层叠操作也复杂且控制也困难，成本变高。

在专利文献7中，公开了使增强纤维通过抄纸进行分散而制造纤维增强塑料的方法。该方法中获得的纤维增强塑料中，由于增强纤维几乎均匀地分散，因此机械物性的各向同性优异，并且不均化少，此外耐热性也良好。