热塑性预浸料和层叠体的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及冲压成型中的预热时的尺寸稳定性优异且对复杂形状的赋形性优异 的热塑性预浸料及其层叠体。更详细而言，涉及能够抑制预热时的垂伸、且容易追随肋 (rib)、毂(boss)等三维形状的成型的热塑性预浸料及其层叠体。
[0002] 本申请根据2013年9月10日在日本申请的日本特愿2013-187062号要求优先权，在 此引用其内容。
【背景技术】
[0003] 作为纤维强化热塑性塑料的成型方法，最常见地进行如下冲压成型：将在连续的 增强纤维中浸渍有热塑性树脂的预浸料层叠而得到的层叠基材用加压机等进行预热/加热 加压，由此赋形为目标形状。由此而得到的纤维强化塑料由于使用连续的增强纤维，因此具 有优异的力学物性。另外，连续的增强纤维通过规则地排列，能够设计成所需的力学物性。 然而，由于是连续的增强纤维，因此难以形成三维形状等复杂形状，主要仅限于接近于平面 形状的构件。
[0004] 为了解决该问题，公开了如下层叠基材:使将宽度窄的带状的预浸料切断为一定 长度的短切预浸料分散于平面上而得到的、冲压成型性优异的层叠基材;通过在包含连续 纤维和热塑性树脂的预浸料上切入切口而能够体现成型时优异的赋形性和赋形后优异的 力学物性的层叠基材。（例如，专利文献1、2)
[0005] 然而，专利文献1和2所述的层叠基材存在如下问题:在冲压成型时的预热工序后 的输送时，发生增强纤维为不连续导致的层叠基材的加热下垂（即，垂伸），引起形状变化、 冷却速度的加速。
[0006] 关于如上述那样在预热/加热时层叠基材出现垂伸这方面，提出了在层叠基材的 外层设置软化温度高的表皮材料、在芯层设置以往公知的纤维强化层而得到的层叠基材 (例如专利文献3)。然而，存在如下问题:虽然通过在表皮材料上设置软化温度高的树脂层， 能够抑制预热时的垂伸，但导致在冲压成型时表皮材料阻碍增强纤维和树脂的流动，导致 大幅降低肋、毂等三维形状的成型。
[0007] 现有技术文献
[0008] 专利文献
[0009] 专利文献1:日本特开平07-164439号公报 [0010] 专利文献2:日本特开2009-286817号公报 [0011] 专利文献3:日本特开平07-156145号公报
【发明内容】
[0012] 发明要解决的问题
[0013] 本发明是为了解决如上述那样的现有技术的课题点的发明，提供抑制冲压成型的 预热时的垂伸、具有优异的操作性，而且对复杂形状的成型性优异的预浸料及其层叠基材。
[0014] 用于解决问题的方案
[0015] 本发明人等为解决上述课题经过深入研究，结果发现，在片状的预浸料中，通过使 长度为前述增强纤维的取向方向上的前述预浸料的片长的50%以上的增强纤维存在而能 够解决课题，从而完成了本发明。即，本发明的要旨为以下的（1)~（17)。
[0016] (1)-种预浸料，其特征在于，其是包含单向取向的增强纤维和树脂的预浸料，
[0017] 前述预浸料为片状，
[0018] 前述预浸料具有深度为切断前述增强纤维的深度的切口，且包含由前述切口切断 成长度为10~50_的增强纤维A和长度为前述增强纤维的取向方向上的前述预浸料的片长 的50%以上的增强纤维B，
[0019] 包含前述增强纤维B的带部分的俯视图的面积相对于前述预浸料的俯视图的总面 积为 1.4% ~35.0%，
[0020] 前述增强纤维B的至少一端位于前述增强纤维的取向方向上的前述预浸料的端 部。
[0021] (2)根据上述(1)所述的预浸料，其中，包含由前述切口切断的增强纤维A的带部分 和包含前述增强纤维B的带部分交替地排列。
[0022] (3)根据上述(1)所述的预浸料，其中，包含由前述切口切断的增强纤维A的带部分 和包含前述增强纤维B的带部分在前述预浸料的整面交替地排列。
[0023] (4)根据上述(1)~(3)中任一项所述的预浸料，其中，在包含由前述切口切断的增 强纤维A的、带部分与带部分之间具有包含前述增强纤维B的带部分。
[0024] (5)根据上述（1)~(4)中任一项所述的预浸料，其中，包含前述增强纤维B的带部 分的宽度Wn为0.5mm以上且10.0mm以下，包含前述增强纤维B的带部分与带部分的间隔Wp为 5mm以上且150mm以下。
[0025] (6)根据上述（1)~（5)中任一项所述的预浸料，其中，包含前述增强纤维B的带部 分的宽度Wn全部为相同的长度。
[0026] (7)根据上述（1)~(6)中任一项所述的预浸料，其中，前述增强纤维B为在从前述 预浸料的一边到另一边之间未被切断的增强纤维。
[0027] (8)根据上述(1)~(7)中任一项所述的预浸料，其中，前述预浸料的一边与前述增 强纤维的取向方向平行。
[0028] (9)根据上述(1)~(8)中任一项所述的预浸料，其中，在前述预浸料的俯视图的每 lm2面积中，由前述切口形成的切口长的总和为20m以上且150m以下。
[0029] (10)根据上述（1)~(9)中任一项所述的预浸料，其中，前述切口与前述增强纤维 形成的角度为30°以上且60°以下。
[0030] (11)根据上述⑴~（10)中任一项所述的预浸料，其中，厚度为50μπι以上且200μπι 以下。
[0031] (12)根据上述(1)~（11)中任一项所述的预浸料，其中，前述增强纤维为碳纤维。
[0032] (13)根据上述（1)~（12)中任一项所述的预浸料，其中，形成前述预浸料的树脂为 热塑性树脂。
[0033] (14)根据上述（1)~（13)中任一项所述的预浸料，其中，前述预浸料的至少一边为 500mm~2000mm〇
[0034] (15)-种层叠基材，其是将预浸料层叠多张而成的层叠基材，包含至少一张（1)~ (14)中任一项所述的预浸料。
[0035] (16)根据上述（15)所述的层叠基材，其还包含至少一层由热塑性树脂形成的不包 含前述增强纤维的层。
[0036] (17)根据上述（15)或（16)所述的层叠基材，其中，层叠基材中包含的前述增强纤 维的体积含有率相对于前述层叠基材的总体积为15体积％以上且55体积％以下。
[0037] (18)-种成型品，其是将上述（15)~（17)中任一项所述的层叠基材加热加压而成 型的成型品。
[0038] 发明的效果
[0039] 本发明是为了解决如上述那样的现有技术的问题的发明，能够提供抑制冲压成型 的预热时的垂伸、具有优异的操作性，而且对复杂形状的成型性优异的预浸料及其层叠基 材。
【附图说明】
[0040] 图1是示出现有的预浸料的图（相对于比较例2和3的预浸料）。
[0041]图2是示出本发明的一个实施方式的预浸料的图。
[0042] 图3是示出增强纤维B的至少一端位于预浸料片材的长度方向的端部（即，增强纤 维的取向方向上的预浸料的端部)的状态的一个例子的图。（图中，斜线表示切断增强纤维B 的切口。另外，省略了由通过切口而被切断的增强纤维A形成的带部分的切口）
[0043] 图4是示出增强纤维B的至少一端位于预浸料片材的长度方向的端部（即，增强纤 维的取向方向上的预浸料的端部)的状态的一个例子的图。（图中，斜线表示切断增强纤维B 的切口。另外，省略了由通过切口而被切断的增强纤维A形成的带部分的切口）
[0044] 图5是示出包含增强纤维B的两端均不位于预浸料片材的长度方向的端部（即，增 强纤维的取向方向上的预浸料的端部）的带部的状态的图。（图中，斜线表示切断增强纤维B 的切口。另外，省略了由通过切口而被切断的增强纤维A形成的带部分的切口）
【具体实施方式】
[0045] 以下，使用附图对本发明进行说明（以下的编号、记号的符号是图中所述的符号）。
[0046] 本发明涉及一种预浸料和包含前述预浸料的层叠基材，所述预浸料是包含单向取 向的增强纤维和树脂的预浸料，前述预浸料为片状，前述预浸料具有深度为切断前述增强 纤维的深度的切口 1，且包含由前述切口切断成长度为10~50mm的增强纤维A和长度为前述 增强纤维的取向方向上的前述预浸料的片长的50%以上的增强纤维B，包含前述增强纤维B 的带部分2的俯视图的面积相对于前述预浸料的俯视图的总面积为1.4%~35.0%，前述增 强纤维B的至少一端位于前述预浸料片材的长度方向的端部（即，前述增强纤维的取向方向 上的前述预浸料的端部）。
[0047] "由增强纤维A形成的带部分"是指，在片状的预浸料中，增强纤维的取向方向上的 从预浸料的端部到端部的、仅由增强纤维A形成的区域。然而，根据需要，"由增强纤维A形成 的带部分"的端部也可以具有从端部朝向内侧形成的突缘部分。
[0048] "包含增强纤维B的带部分"是指，在片状的预浸料中，增强纤维的取向方向上的从 预浸料的端部到端部的、包含增强纤维B的区域。
[0049] "切断增强纤维的深度"是指，从片材的上表面至下表面进行切断的深度。
[0050] "俯视图"是指，从法线方向观看片状的预浸料的平面。
[0051] "单向取向的增强纤维"是指，预浸料中包含的增强纤维相对于增强纤维的纵长方 向大致平行地排列。"预浸料中包含的增强纤维大致平行"是指，预浸料所包含的增强纤维 的90%以上相对于纵长方向在-5°~+5°的范围内，优选增强纤维的95%以上相对于纵长方 向在-2°~+2°的范围内，进一步优选95%以上在-1°~+1°的范围内。
[0052] 作为本实施方式的一个方面，尤其优选的是，在预浸料的制造方法中，对将纤维拢 在一起的纤维束施加张力以使方向大致一致(也可将该状态称为纤维单向地一致）。如此操 作而得到的片状的预浸料的一边与前述预浸料所包含的增强纤维变得大致平行。
[0053] 片状的预浸料的一边与前述预浸料所包含的增强纤维大致平行时，能够有效地利 用预浸料内包含的增强纤维的性能。另一方面，片状的预浸料的一边与前述预浸料所包含 的增强纤维脱离大致平行的状态时，即相对于预浸料的一边，增强纤维大幅度曲折时，这样 的预浸料不能充分地发挥所包含的增强纤维的性能，有可能使由预浸料得到的层叠基材、 进而由层叠基材得到的成型品的物性显著地降低，故不优选。
[0054]需要说明的是，"片状的预浸料的一边与预浸料所包含的增强纤维大致平行"是 指，预浸料所包含的增强纤维的90%以上相对于预浸料的纵长方向的一边在-5°~+5°的范 围内，优选为增强纤维的95 %以上相对于预浸料的纵长方向的一边在-2°~+2°的范围内， 进一步优选95%以上在-1°~+1°的范围内。
[0055] 需要说明的是，根据预浸料的制造方法，有时在预浸料端部出现树脂富集（毛刺 等）。在这样的情况下，排除树脂富集部，将增强纤维和树脂如目标那样一体化的部位看作 是?而部。
[0056] 根据本发明，在冲压成型的预热时，能够抑制垂伸、在冲压成型时体现优异的赋形 性。本发明中，更能体现这样的效果是在大型预浸料的冲压成型时。具体而言，在片状的预 浸料的俯视图的形状为矩形形状的情况下，在至少一边为500mm~2000mm的预浸料的冲压 成型的预热时是优选的。预浸料小时，不易发生垂伸的问题。对大小没有特别的上限，但通 常受到操作性的观点的限制。特别有效的是，在至少一边为600mm~2000mm以下的预浸料的 冲压成型的预热时。
[0057]需要说明的是，此处所谓的"矩形形状"是指，俯视图中被4条直线包围的具有4个 顶点和4条边的多边形状，将前述4点作为矩形形状的顶点，也可以顶点部具有弧度。
[0058]另外，作为另外一方面，俯视图的面积为900cm2以上、更优选为1600cm2以上、并且 长宽比为1.2以上、更优选为2以上的大型预浸料的冲压成型的预热时更能够体现这样的效 果，故优选。
[0059]需要说明的是，"长宽比"为纵横比，由大型预浸料的增强纤维的取向方向的最大 长度和与增强纤维的取向方向大致垂直的方向的最大长度算出。即使大型的形状为矩形以 外的圆形/椭圆形，也可以根据前述定义来算出长宽比进行应用。
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