进行压缩成形以制造成形体的方法与流程

1.本发明涉及对包含碳纤维和热塑性树脂m1的材料a、和包含玻璃纤维和热塑性树脂m2的材料b进行层叠并压缩成形从而制造成形体的方法。


背景技术：

2.背景技术
3.近年来，成形体的机械特性优异，作为汽车等的结构部件而受到关注。
4.在专利文献1、2中，记载了将利用玻璃纤维强化后的热塑性树脂层和利用碳纤维强化后的热塑性树脂层叠并成形而得到的成形体。在专利文献3、4中，记载了使用利用碳纤维强化后的热塑性树脂的波浪形状的冲击吸收部件。
5.现有技术文献
6.专利文献
7.专利文献1：日本特开2018-43412号公报
8.专利文献2：国际公开第2018/052080号小册子
9.专利文献3：美国专利公报第9650003号
10.专利文献4：美国专利公报第9592853号


技术实现要素：

11.发明欲解决的技术问题
12.但是，专利文献1中记载的材料是用碳纤维复合材料夹着玻璃纤维复合材料而成的层叠结构，因此碳纤维复合材料配置于两表层。在该情况下，位于两表层的碳纤维复合材料的断裂伸长率小，因此，例如不满足作为汽车的主要要求性能的刚性，受到冲击时受到冲击的一侧的相反侧的层容易断裂。存在于中央层的玻璃纤维复合材料虽然具有大的断裂伸长率，但由于存在于成形体内部，因此无助于防止受到冲击时的裂纹。
13.专利文献2所记载的成形体虽然将玻璃纤维复合材料与碳纤维复合材料以2层进行层叠，但由于彼此的线膨胀系数差而产生翘曲的问题。在产生了翘曲的情况下，难以与其他部件组合而组装于例如汽车。
14.专利文献3、4所记载的发明仅由碳纤维复合材料制成，因此未意识到翘曲的课题。
15.因此，本发明的目的在于，提供一种解决了高耐冲击性和成形体“翘曲”问题的成形体的制造方法。
16.用于解决问题的技术手段
17.为了解决上述课题，本发明提供以下的手段。
18.1.一种成形体的制造方法，其中：
19.使用作为阴阳一对成形模具的成形模具ma和成形模具mb，使材料a接触成形模具ma、使材料b接触成形模具mb并进行压缩成形，从而制造成形体，
20.材料a包含碳纤维和热塑性树脂m1，材料b包含玻璃纤维和热塑性树脂m2，
21.成形体具有一对侧壁和连接该侧壁的连结壁，
22.成形体的截面具有波浪形状，
23.成形体的平面度fa与侧壁的高度h的关系为0≤fa/h＜1.3。
24.2.如上述1所述的成形体的制造方法，其中，
25.成形体的截面具有多个波浪形状，波浪方向的长度为1m以上。
26.3.如上述1至2中任一项所述的成形体的制造方法，其中，
27.成形体具有一对侧壁和连接该侧壁的连结壁，
28.所述成形体的在材料b存在于表层的一侧由侧壁与连结壁所成的角θ1满足90度≤θ1＜160度。
29.4.如上述3所述的成形体的制造方法，其中，
30.成形模具mb具有用于形成连结壁的成形模具面s1和用于形成侧壁的成形模具面s2，s1和s2所成的角θ2满足θ1＜θ2。
31.5.如上述4所述的成形体的制造方法，其中，
32.在将材料a的线膨胀系数设为xa、将材料b的线膨胀系数设为xb时，xa、xb、θ1以及θ2满足下述式(1)和(2)。
33.式(1)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
0.01≤xa/xb＜1
34.式(2)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
0≤(θ2-θ1)
÷
(xa/xb)＜1.0
×
10335.其中，
36.材料a的线膨胀系数xa是指，已成为成形体时，材料在成为波浪方向的方向上的线膨胀系数。
37.材料b的线膨胀系数xb是指，已成为成形体时，材料在成为波浪方向的方向上的线膨胀系数。
38.6.如上述1至5中任一项所述的成形体的制造方法，其中，
39.压缩成形所使用的成形模具腔室的平面度fc满足fa≤fc。
40.7.如上述6所述的成形体的制造方法，其中，
41.在将材料a的线膨胀系数设为xa、将材料b的线膨胀系数设为xb时，满足下述式(1)和(3)。
42.式(1)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
0.01≤xa/xb＜1
43.式(3)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
0≤|fc-fa|/h
÷
(xa/xb)＜1.0
×
10344.其中，
45.材料a的线膨胀系数xa是指，已成为成形体时，材料在成为波浪方向的方向上的线膨胀系数。
46.材料b的线膨胀系数xb是指，已成为成形体时，材料在成为波浪方向的方向上的线膨胀系数。
47.8.如上述1至7中任一项所述的成形体的制造方法，其中，
48.在将材料a的线膨胀系数设为xa、将材料b的线膨胀系数设为xb时，满足下述式(1)和(4)。
49.式(1)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
0.01≤xa/xb＜1
50.式(4)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
0＜|ta-tb|
÷
(xa/xb)＜5000
51.xa：材料a的线膨胀系数
52.xb：材料b的线膨胀系数
53.ta：成形模具ma的温度
54.tb：成形模具mb的温度
55.其中，
56.材料a的线膨胀系数xa是指，已成为成形体时，材料在成为波浪方向的方向上的线膨胀系数。
57.材料b的线膨胀系数xb是指，已成为成形体时，材料在成为波浪方向的方向上的线膨胀系数。
58.9.如上述1至8中任一项所述的成形体的制造方法，其中，
59.成形模具ma为上模，成形模具mb为下模。
60.10.如上述1至9中任一项所述的成形体的制造方法，其中，
61.成形体是耐冲击吸收体，材料a是受冲击的一侧。
62.11.如上述1至10中任一项所述的成形体的制造方法，其中，
63.材料a的厚度la为0.5mm以上且小于5.0mm，材料b的厚度lb为0.5mm以上且3.0mm以下，
64.1＜la/lb《0.6或者0.1《lb/la《0.6。
65.12.如上述1至11中任一项所述的成形体的制造方法，其中，
66.在将材料a的线膨胀系数设为xa、将材料b的线膨胀系数设为xb时，材料a的纤维体积比例vfa和材料b的纤维体积比例vfb的关系满足下述式(1)和(5)。
67.式(1)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
0.01≤xa/xb＜1
68.式(5)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
0.3≤vfa/vfb≤3.0
69.其中，
70.材料a的线膨胀系数xa是指，已成为成形体时，材料在成为波浪方向的方向上的线膨胀系数。
71.材料b的线膨胀系数xb是指，已成为成形体时，材料在成为波浪方向的方向上的线膨胀系数。
72.13.如上述1至12中任一项所述的成形体的制造方法，其中，
73.在连结壁与侧壁之间具有肋。
74.14.如上述1至13中任一项所述的成形体的制造方法，其中，
75.在材料a和材料b之间具有材料c，
76.材料a的线膨胀系数xa、材料b的线膨胀系数xb以及材料c的线膨胀系数xc的关系满足xa＜xc＜xb。
77.其中，
78.材料a的线膨胀系数xa是指，已成为成形体时，材料在成为波浪方向的方向上的线膨胀系数。
79.材料b的线膨胀系数xb是指，已成为成形体时，材料在成为波浪方向的方向上的线膨胀系数。
80.材料c的线膨胀系数xc是指，已成为成形体时，材料在成为波浪方向的方向上的线
膨胀系数
81.15.如上述1至14中任一项所述的成形体的制造方法，其中，
82.混入线膨胀缓和剂，以使在将材料a的线膨胀系数设为xa、将材料b的线膨胀系数设为xb时，0.8≤xa/xb≤1。
83.其中，
84.材料a的线膨胀系数xa是指，已成为成形体时，材料在成为波浪方向的方向上的线膨胀系数。
85.材料b的线膨胀系数xb是指，已成为成形体时，材料在成为波浪方向的方向上的线膨胀系数。
86.16.如上述1至15中任一项所述的成形体的制造方法，其中，
87.通过使用线膨胀系数比热塑性树脂m1小的热塑性树脂m2，从而调整为在将材料a的线膨胀系数设为xa、将材料b的线膨胀系数设为xb时，0.8≤xa/xb≤1。
88.其中，
89.材料a的线膨胀系数xa是指，已成为成形体时，材料在成为波浪方向的方向上的线膨胀系数。
90.材料b的线膨胀系数xb是指，已成为成形体时，材料在成为波浪方向的方向上的线膨胀系数。
91.17.如上述1至16中任一项所述的成形体的制造方法，其中，
92.成形模具ma的温度ta和成形模具mb的温度tb是室温+10℃以下。
93.18.一种接合体的制造方法，其特征在于，
94.在使成形体的角θ1应力变形而变小且应力变形后的成形体的平面度fa’与侧壁的高度h的关系为0≤fa’/h＜0.1的状态下，将所述成形体接合，制造接合体，
95.所述成形体通过权利要求1至17中任一项所述的制造方法制造而成，所述成形体具有一对侧壁和连结所述侧壁的连结壁，并且材料b存在于表层一侧的由侧壁与连结壁所成的角θ1满足90度≤θ1＜160度。
96.19.如上述1至17中任一项所述的成形体的制造方法，其中，
97.在将材料a和材料b层叠后进行压缩成形。
98.20.如上述19所述的成形体的制造方法，其中，
99.材料a和材料b是平板形状。
100.21.如上述19和20中任一项所述的成形体的制造方法，其中，
101.材料a和材料b在成为成形体时分别形成材料层a和材料层b。
102.发明效果
103.在通过本发明的制造方法制造的成形体中，使包含具有刚性的碳纤维的材料a作为表层(优选设计面)而具有刚性，将相反的表层作为包含玻璃纤维的材料b，从而在成形体中的材料a侧受到冲击时，由于存在于相反侧的材料b的断裂伸长率大，因此在材料b中不易产生裂纹。另外，通过本发明的制造方法制造的成形体除了耐冲击之外，还能够解决翘曲的问题。
附图说明
104.图1是表示通过本发明的制造方法制造的成形体的一例的示意图。
105.图2(a)是表示阴阳一对成形模具的打开状态的示意图。图2(b)是表示阴阳一对成形模具的关闭状态的示意图。
106.图3(a)是表示使材料(a)和材料(b)层叠并利用成形模具进行压缩成形的状态的示意图。图3(b)是表示从成形模具取出的成形体的示意图。
107.图4是表示通过本发明的制造方法制造的成形体的一例的示意图。
108.图5(a)是表示阴阳一对成形模具的打开状态的示意图。图5(b)是表示阴阳一对成形模具的关闭状态的示意图。
109.图6(a)是表示使材料(a)和材料(b)层叠并利用成形模具进行压缩成形的状态的示意图。图6(b)是表示从成形模具取出的成形体的示意图。
110.图7(a)(b)是表示在连结壁与侧壁之间具有肋的成形体的示意图。
111.图8(a)、(b)是表示使角θ1应力变形，在成为角θ3的状态下将成形体与其他部件接合，制造接合体的示意图。
112.图9(a)是以波浪方向的长度ly为40cm的方式切取成形体的观察范围，观察波浪形状的截面的示意图，示例出平面度的测定方法。图9(b)是表示下壁的示意图。图9(c)是表示下壁的下表面的示意图。
113.图10是表示侧壁的高度h的示意图。
114.图11是表示通过本发明的制造方法制造的成形体的一例的示意图。
115.图12是示例成形模具腔室的平面度fc的测定方法的示意图。
116.图13是示例刚作成成形体后随着时间经过而翘曲的现象的示意图。
117.符号说明
118.a：材料a
119.b：材料b
120.101、401：侧壁
121.102：连结壁
122.402：上壁的连接壁(将材料b配置在下侧进行观察)
123.403：下壁的连接壁(将材料b配置在下侧进行观察)
124.x：x轴方向
125.y：y轴方向
126.z：z轴方向
127.θ1：由侧壁与连结壁所成的角
128.θ2：成形模具mb中的用于形成连结壁的成形模具面s1与用于形成侧壁的成形模具面s2所成的角
129.θ3：使角θ1应力变形，将成形体接合的状态下的由侧壁与连结壁所成的角
130.ma：使材料a接触的模具
131.mb：使材料b接触的模具
132.701：肋
133.801：用于使其应力变形的力
134.802：接合用的其他部件
135.901：两根平行的理想直线
136.902：连结壁的下壁
137.903：下壁的底面
138.ly：波浪方向的长度(40cm)
139.h：侧壁的高度
140.lyc：波浪方向的长度(40cm)
141.1201：用于形成下壁的成形模具面
142.1202：两根平行的理想直线
143.t1、t2：成形体
具体实施方式
144.[材料]
[0145]
在本说明书中，有时将材料a、材料b或材料c都简称为“材料”。“材料”是指材料a、材料b或材料c，或者是将多个材料组合而成的材料a/材料b等层叠体的概念。
[0146]
材料a和材料b优选为平板形状，优选在使平板形状的材料a和材料b层叠并压缩成形后、成为成形体时分别形成材料层a、材料层b。平板形状的材料在成为成形体时形成单层。
[0147]
[材料a和材料b]
[0148]
材料a包含碳纤维和热塑性树脂m1，材料b包含玻璃纤维和热塑性树脂m2。
[0149]
本发明的成形体的制造是使用阴阳一对成形模具即成形模具ma和成形模具mb，使材料a与成形模具ma接触并使材料b与成形模具mb接触而进行压缩成形。换言之，所制成的成形体的一个表面为材料a，相反侧的表面为材料b。材料的层叠结构没有特别限定，可以为a/b，也可以为a/b/a/b的4层结构，也可以为a/b/a/b/a/b的6层结构。在此，仅记载为“a”、“b”时是指各层。
[0150]
成形体的一个表面为材料a，相反侧的表面为材料b，从而特别是在材料a的面受到冲击的情况下，由于位于相反侧表层的材料b的断裂伸长率大，因此在材料b中不易产生裂纹，在这一点上优选。但是，如果仅为材料b，则成形体的刚性不足，因此需要将含有碳纤维的材料a配置在一侧的表层。换言之，通过本发明的制造方法制造的成形体为耐冲击吸收体，优选是材料a成为受到冲击的面的成形体。成形体优选为要求刚性和耐冲击性这两者的汽车部件用。
[0151]
另一方面，像例如日本特开2018-43412号公报所记载的那样，在由含有碳纤维的材料a夹着含有玻璃纤维的材料b而成的a/b/a的结构、或b/a/b那样的线对称的层结构的情况下，线膨胀系数的差被抵消，因此容易抑制成形体的翘曲，但存在以下的课题。
[0152]
在a/b/a的情况下，在受到冲击时，由于与承受冲击的一侧相反的一侧的表层是碳纤维复合材料，因此容易产生裂纹。在b/a/b的情况下，由于有助于刚性的表层不含有碳纤维，因此成形体不具有充分的刚性。若材料a存在于中央层，则几乎无助于确保成形体的刚性。
[0153]
[材料a和材料b的厚度]
[0154]
材料a和材料b的厚度没有特别限定，优选材料a的厚度la为0.5mm以上且小于5.0mm、材料b的厚度为0.5mm以上且3.0mm以下，并且优选0.1《la/lb《0.6或0.1《lb/la《0.6。更优选0.1《la/lb《0.2或0.1《lb/la《0.2。如果为该范围，则即使彼此的材料存在线膨胀系数之差，该差也不容易表现为翘曲。
[0155]
材料a的厚度la的上限更优选为4.0mm以下，进一步优选为3.0mm以下。
[0156]
材料b的厚度lb的上限更优选为2.0mm以下，进一步优选为1.5mm以下，更进一步优选为1.0mm以下。
[0157]
在压缩成形后的成形体内部，各层的材料的厚度可以是均匀的。换言之，本发明的压缩成形为非流动成形，可以以100％以上的填充率将材料填充在成形模具中进行压缩成形。
[0158]
其中，填充率(％)＝100
×
将材料a与材料b层叠后的投影面积(mm2)/成形模具腔室面积(mm2)。
[0159]
如果材料a和材料b为平板形状，则能够容易地测定投影面积。
[0160]
[材料c]
[0161]
作为制造本发明的成形体时的材料，可以在材料a与材料b之间具有材料c。此时，材料a的线膨胀系数xa与材料b的线膨胀系数xb、材料c的线膨胀系数xc的关系优选满足xa＜xc＜xb。也可以是xa＜xb＜xc或xc＜xa＜xb。此时的层结构不仅是a/c/b的三层结构，也可以是a/c/a/b、a/b/c/b等四层结构、a/c/b/a/b、a/b/a/c/b等五层结构。在此，仅记载为“a”、“b”、“c”时是指各层。
[0162]
但是，本发明中的成形体的制造是使用阴阳一对成形模具即成形模具ma和成形模具mb，使材料a与成形模具ma接触并使材料b与成形模具mb接触从而进行压缩成形。因此，即使具有材料c，仍然是，成形体的一个表面为材料a，相反侧的表面为材料b。
[0163]
当然，成形体也可以具有材料c以外的材料d等。
[0164]
[碳纤维]
[0165]
材料a包含碳纤维。作为碳纤维，一般已知有聚丙烯腈(pan)系碳纤维、石油
·
煤沥青系碳纤维、人造丝系碳纤维、纤维素系碳纤维、木质素系碳纤维、酚系碳纤维等，但在本发明中，可以优选使用这些中的任一种碳纤维。其中，在本发明中，从拉伸强度优异的方面考虑，优选使用聚丙烯腈(pan)系碳纤维。
[0166]
[碳纤维的纤维直径]
[0167]
本发明中使用的碳纤维的单丝(一般情况下，有时单丝称为长丝)的纤维直径只要根据碳纤维的种类适当决定即可，没有特别限定。平均纤维直径通常优选在3μm～50μm的范围内，更优选在4μm～12μm的范围内，进一步优选在5μm～8μm的范围内。在碳纤维为纤维束状的情况下，不是指纤维束的直径，而是指构成纤维束的碳纤维(单丝)的直径。碳纤维的平均纤维直径例如可以通过jisr-7607：2000中记载的方法进行测定。
[0168]
[玻璃纤维]
[0169]
材料b包括玻璃纤维。玻璃纤维的种类没有特别限定，可以使用包含e玻璃、a玻璃或c玻璃的玻璃纤维中的任一种，还可以将它们混合使用。对本发明中的玻璃纤维没有特别限定，玻璃纤维的平均纤维直径优选为1μm～50μm，更优选为5μm～20μm。
[0170]
[上浆剂]
[0171]
本发明中使用的碳纤维或玻璃纤维可以在表面附着有上浆剂。在使用附着有上浆剂的强化纤维的情况下，该上浆剂的种类可以根据强化纤维和基质树脂的种类适当选择，没有特别限定。
[0172]
[重均纤维长度]
[0173]
碳纤维为不连续纤维，其重均纤维长度优选为1mm以上且100mm以下。同样地，玻璃纤维为不连续纤维，其重均纤维长度优选为1mm以上且100mm以下。虽然为了消除翘曲的问题，优选为连续纤维，但从提高成形性的观点考虑，优选上述重均纤维长度的范围。
[0174]
以下，将玻璃纤维和/或碳纤维统称为“强化纤维”。换言之，强化纤维是玻璃纤维和碳纤维中的至少任一者。
[0175]
强化纤维的重均纤维长度更优选为5mm以上且100mm以下，进一步优选为5mm以上且80mm以下，更进一步优选为10mm以上且60mm以下。在强化纤维的重均纤维长度为100mm以下的情况下，材料a和/或材料b的流动性提高，在进行压缩成形时，容易得到期望的成形体形状。另一方面，重均纤维长度为1mm以上时，成形体的机械强度容易提高。
[0176]
在本发明中，也可以并用纤维长度互不相同的强化纤维。换言之，强化纤维可以在重均纤维长度中具有单个峰，或者也可以具有多个峰。
[0177]
强化纤维的平均纤维长度例如可以使用游标卡尺等将从成形体随机抽取出的100根纤维的纤维长度测定至1mm单位，并基于下述式(a)求出。平均纤维长度的测定用重均纤维长度(lw)测定。
[0178]
当将各个强化纤维的纤维长度设为li、将测定根数设为j时，数均纤维长度(ln)和重均纤维长度(lw)通过以下的式(a)、(b)求出。
[0179]
ln＝σli/j式(a)
[0180]
lw＝(σli2)/(σli)式(b)
[0181]
需要说明的是，纤维长度为一定长度的情况下，数均纤维长度与重均纤维长度为相同的值。
[0182]
从成形体抽取强化纤维例如可以通过对成形体实施500℃
×
1小时左右的加热处理，在炉内除去树脂来进行。
[0183]
[材料a的纤维体积比例vfa与材料b的纤维体积比例vfb]
[0184]
本发明中，材料a或材料b中所含的纤维体积比例没有特别限定，优选满足式(1)和(5)。
[0185]
式(1)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
0.01≤xa/xb＜1
[0186]
式(5)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
0.3≤vfa/vfb≤3.0
[0187]
式(5)的上限更优选为vfa/vfb≤1.6，进一步优选为vfa/vfb≤1.0，更进一步优选为vfa/vfb≤0.8。
[0188]
式(5)的下限更优选0.4≤vfa/vfb，进一步优选0.5≤vfa/vfb，更进一步优选0.6≤vfa/vfb。
[0189]
通过满足式(5)，能够进一步消除翘曲的问题。
[0190]
需要说明的是，纤维体积比例由下述式(c)、(d)定义。在本说明书中，有时将材料a或材料b的纤维体积比例分别称为vfa或vfb。
[0191]
纤维体积比例(vfa)＝100
×
碳纤维体积/(碳纤维体积+材料a的热塑性树脂体积)
式(c)
[0192]
纤维体积比例(vfb)＝100
×
玻璃纤维体积/(玻璃纤维体积+材料b的热塑性树脂体积)式(d)
[0193]
更具体而言，纤维体积比例(vfa)优选为10vol％以上且60vol％以下，更优选为20vol％以上且50vol％以下，进一步优选为25vol％以上且45vol％以下。
[0194]
纤维体积比例(vfb)优选为10vol％以上且60vol％以下，更优选为20vol％以上且50vol％以下，进一步优选为25vol％以上且45vol％以下。
[0195]
在材料a或材料b中的强化纤维体积比例(vfa、vfb)为10vol％以上的情况下，容易得到期望的机械特性。另一方面，在强化纤维体积比例(vfa、vfb)不超过60vol％的情况下，在冲压成形等中使用时的流动性良好，容易得到期望的成形体形状。
[0196]
[材料a的纤维形态]
[0197]
1.束形态
[0198]
碳纤维是纤维长度为5mm以上的不连续纤维，优选包含纤维束小于0.3mm的碳纤维a1和束宽0.3mm以上且3.0mm以下的碳纤维束a2。碳纤维束a2相对于材料a中所含的碳纤维的体积比例优选为5vol％以上且小于95vol％，更优选为10vol％以上且小于90vol％。
[0199]
2.分散
[0200]
在材料a中，碳纤维优选在面内方向分散。面内方向是指与成形体的板厚方向正交的方向，是指与板厚方向正交的平行的面的不固定的方向。
[0201]
进而，碳纤维优选在面内方向上沿二维方向随机地分散。在不使材料a流动而进行压缩成形的情况下，碳纤维的形态在成形前后大致维持，因此在将材料a成形而成的成形体中包含的碳纤维也同样优选在成形体的面内方向上二维随机地分散。
[0202]
在此，所谓二维随机地分散是指，碳纤维在成形体的面内方向上不是朝向一个方向那样的特定方向而是无序地取向，整体上不表现出特定的方向性而配置于片材面内的状态。使用该二维随机分散的不连续纤维而得到的材料a(或成形体)是在面内不具有各向异性的、而实质上各向同性的材料a(或成形体)。
[0203]
需要说明的是，二维随机的取向度通过求出相互正交的两个方向的拉伸弹性模量之比来进行评价。针对成形体的任意方向以及与其正交的方向，如果分别测定出的拉伸弹性模量值中的较大值除以较小值而得的(eδ)比为5以下、更优选为2以下、进一步优选为1.5以下，则能够评价为碳纤维以二维随机的方式分散。成形体具有形状，因此作为向面内方向二维随机分散的评价方法，优选加热至软化温度以上而恢复成平板形状并进行固化。之后，切割试验片而求出拉伸弹性模量，则能够确认二维方向的随机分散状态。
[0204]
[材料b的纤维形态]
[0205]
在材料b中，玻璃纤维优选在面内方向分散。面内方向是指与成形体的板厚方向正交的方向，是与板厚方向正交的平行的面的不固定的方向。
[0206]
进而，优选玻璃纤维在面内方向上沿二维方向随机地分散。在不使材料b流动而进行压缩成形的情况下，玻璃纤维的形态在成形前后大致维持，因此在将材料b成形而成的成形体中包含的玻璃纤维也同样优选在成形体的面内方向上二维随机地分散。
[0207]
在此，所谓二维随机地分散是指，玻璃纤维在成形体的面内方向上不是朝向一个方向那样的特定方向而是无序地取向，整体上不表现出特定的方向性而配置于片材面内的
状态。使用该二维随机分散的不连续纤维而得到的材料b(或成形体)是在面内不具有各向异性的、实质上各向同性的材料b(或成形体)。
[0208]
需要说明的是，二维随机的取向度通过求出相互正交的两个方向的拉伸弹性模量之比来进行评价。针对成形体的任意方向以及与其正交的方向，如果分别测定出的拉伸弹性模量值中的较大值除以较小值而得的(eδ)比为5以下、更优选为2以下、进一步优选为1.5以下，则能够评价为玻璃纤维二维随机地分散。成形体具有形状，因此作为向面内方向的二维随机分散的评价方法，优选加热至软化温度以上而恢复成平板形状并进行固化。之后，若切割试验片而求出拉伸弹性模量，则能够确认二维方向的随机分散状态。
[0209]
[热塑性树脂m1]
[0210]
本发明中的热塑性树脂m1的种类没有特别限定，可以适当选择使用具有期望的软化点或熔点的树脂。作为上述热塑性的基质树脂，通常使用软化点为180℃～350℃的范围内的树脂，但并不限于此。
[0211]
作为热塑性树脂m1的种类，例如可列举出：氯乙烯系树脂、偏二氯乙烯系树脂、乙酸乙烯酯系树脂、聚乙烯醇系树脂、聚苯乙烯系树脂、丙烯腈-苯乙烯系树脂(as树脂)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯系树脂(abs树脂)、丙烯酸系树脂、甲基丙烯酸系树脂、聚乙烯系树脂、聚丙烯系树脂、各种热塑性聚酰胺系树脂、聚缩醛系树脂、聚碳酸酯系树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯系树脂、聚萘二甲酸乙二醇酯系树脂、聚萘二甲酸丁二醇酯系树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯系树脂、聚芳酯系树脂、聚苯醚系树脂、聚苯硫醚系树脂、聚砜系树脂、聚醚砜系树脂、聚醚醚酮系树脂、聚乳酸系树脂等。
[0212]
本发明中的热塑性树脂可以是结晶性树脂，也可以是非晶性树脂。在结晶性树脂的情况下，优选的结晶性树脂具体可举出：尼龙6等聚酰胺系树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯系树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯系树脂、聚乙烯系树脂、聚丙烯系树脂、聚缩醛系树脂、聚苯硫醚系树脂等。其中，聚酰胺系树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯系树脂、聚苯硫醚系树脂由于耐热性、机械强度优异等而优选使用。
[0213]
作为聚酰胺系树脂之一的尼龙(以下，有时简称为“pa”)，优选为从由pa6(也称为聚己酰胺、聚己内酰胺、聚ε-己内酰胺)、pa26(聚乙烯己二酰胺)、pa46(聚四亚甲基己二酰胺)、pa66(聚六亚甲基己二酰胺)、pa69(聚六亚甲基壬二酰胺)、pa610(聚六亚甲基癸二酰胺)、pa611(聚六亚甲基十一酰胺)、pa612(聚六亚甲基十二酰胺)、pa11(聚十一烷酰胺)、pa12(聚十二烷酰胺)、pa1212(聚十二亚甲基十二酰胺)、pa6t(聚六亚甲基对苯二甲酰胺)、pa6i(聚六亚甲基间苯二甲酰胺)、pa912(聚九亚甲基十二酰胺)、pa1012(聚十亚甲基十二酰胺)、pa9t(聚九亚甲基对苯二甲酰胺)、pa9i(聚九亚甲基间苯二甲酰胺)、pa10t(聚十亚甲基对苯二甲酰胺)、pa10i(聚十亚甲基间苯二甲酰胺)、pa11t(聚十一亚甲基对苯二甲酰胺)、pa11i(聚十一亚甲基间苯二甲酰胺)、pa12t(聚十二亚甲基对苯二甲酰胺)、pa12i(聚十二亚甲基间苯二甲酰胺)、聚酰胺mxd6(聚己二酰间苯二甲胺)构成的组中选择的至少一种。
[0214]
[热塑性树脂m2]
[0215]
本发明中的热塑性树脂m2与热塑性树脂同样地，其种类没有特别限定，可以适当选择使用具有期望的软化点或熔点的树脂。作为上述热塑性的基质树脂，通常使用软化点为180℃～350℃的范围内的树脂，但并不限于此。
[0216]
热塑性树脂m2可以是与热塑性树脂m1相同的种类，也可以是使用线膨胀系数比热塑性树脂m1小的热塑性树脂m2从而在设定材料a的线膨胀系数为xa、材料b的线膨胀系数为xb时是调整为0.8≤xa/xb≤1的热塑性树脂m2。
[0217]
[线膨胀缓和剂]
[0218]
在设定材料a的线膨胀系数为xa、材料b的线膨胀系数为xb时，也可以向材料a和/或材料b中混入线膨胀缓和剂，以使得0.8≤xa/xb≤1。
[0219]
[其他的添加剂]
[0220]
在不损害本发明的目的的范围内，本发明中使用的材料a或材料b可以包含有机纤维或无机纤维的各种纤维状或非纤维状的填料、阻燃剂、耐uv剂、稳定剂、脱模剂、颜料、软化剂、增塑剂、表面活性剂、中空玻璃珠等添加剂。
[0221]
[线膨胀系数的测定方向]
[0222]
压缩成形时的成形体的“翘曲”是从压缩成形刚结束后过段时间而成形体的温度降低的情况下成形体变形的现象，典型地，是在成形体刚作成后随着时间经过而向线膨胀系数大的材料b侧拉伸的现象。例如，如图13的上方的刚作成后的成形体那样，是瓦楞方向(波浪方向)的成形体端部向z轴下方变形的现象。这是因为，材料a和材料b的波浪方向(一对侧壁中的一个侧壁与另一个侧壁对置的方向，例如图13的下方的成形体的波浪方向是y轴方向)的线膨胀系数不同。因此，线膨胀系数如下定义。
[0223]
材料a的线膨胀系数xa是指在成为成形体时材料的在成为波浪方向的方向上的线膨胀系数。
[0224]
材料b的线膨胀系数xb是指在成为成形体时材料的在成为波浪方向的方向上的线膨胀系数。
[0225]
材料c的线膨胀系数xc是指在成为成形体时材料的在成为波浪方向的方向上的线膨胀系数。
[0226]
需要说明的是，在(特别是在进行了非流动成形的情况下)还是材料时的线膨胀系数与成为成形体后的材料的线膨胀系数大致一致，因此可以测定材料的线膨胀系数，也可以从成形体中采样来测定线膨胀系数。在从成形体的连结壁进行采样的情况下，是图13的波浪方向(图13的y轴方向)，但在从立壁(侧壁)进行采样时，与波浪方向(图13的y轴)相比，成为行路方向(图13的z轴方向)。
[0227]
[材料与成形体的关系]
[0228]
在本发明中，材料是用于制作成形体的材料，材料a、材料b(或材料c等其他层)被压缩成形而成为成形体。因此，本发明中的材料a、材料b优选为平板形状。与之相对，成形体被赋形而成为三维形状。
[0229]
在使用热塑性树脂进行压缩成形(特别是冷压)的情况下，在成形前后强化纤维的形态被大致维持，因此若分析成形体所包含的碳纤维、玻璃纤维的形态，则可知材料a、材料b的碳纤维、玻璃纤维的形态是怎样的。在进行冷压时，如果在不使材料流动的情况下成形(非流动成形)，则纤维形态几乎不变。
[0230]
[成形体]
[0231]
1.侧壁和连结壁
[0232]
本发明的成形体具备一对侧壁和与该侧壁连结的连结壁。
[0233]
侧壁例如是图1、图4中的101、401。连结壁例如是图1、图4中的102、402、403。如图1、图4所示，连结壁连结一对侧壁。
[0234]
如图4所示，连结壁是包含上壁的连结壁(402)和下壁的连结壁(403)的概念。上壁(图4的402)是指在以存在于表层的材料b成为下侧的方式将成形体静置时位于上侧的连结壁。下壁(图4的403)是指，在以存在于表层的材料b成为下侧的方式将成形体静置时，位于下侧的连结壁。
[0235]
2.波浪形状
[0236]
本发明中的成形体的截面具有波浪形状。在此，波浪形状的截面如图1的剖视图所示例的那样，波动可以是一个。优选成形体的截面具有多个波浪形状(例如图4)。优选波浪方向的长度为1m以上，进一步优选成形体的截面具有多个波浪形状且波浪方向的长度1m以上。这里所说的波浪方向例如是图4的y轴方向。截面具有波浪形状的成形体是指在截面观察时能够观察到波动的成形体。一般在面内方向(与厚度方向垂直的方向)进行观察。
[0237]
3.平面度fa和侧壁的高度h
[0238]
本发明的成形体的平面度fa与侧壁的高度h的关系为0≤fa/h＜1.3。
[0239]
3.1
[0240]
本发明的平面度fa通过以下的步骤1-步骤5来定义。
[0241]
(步骤1)以存在于表层的材料b成为下侧的方式静置成形体。
[0242]
(步骤2)以截面看起来为波浪形状的方式观察成形体的截面，以波浪方向的长度ly达到40cm的方式切取成形体的观察范围。
[0243]
(步骤3)关注由连结壁形成的下壁的底面。
[0244]
(步骤4)以包含所有下壁的底面的方式，以所需最小限度的宽度描绘2条平行的理想直线。
[0245]
(步骤5)将理想直线间的距离定义为平面度fa。
[0246]
使用图9对步骤1-步骤5进行说明。
[0247]
图9表示以存在于表层的材料b成为下侧的方式静置的成形体。纸面下侧的成形体的表层被材料b覆盖。图9的y轴方向是波浪方向，在图9(a)中，是以长度ly达到40cm的方式切取成形体的观察范围，观察波浪形状的截面的图(步骤2)。连结壁的下壁是指图9的902所示的区域。另外，下壁的底面是图9的903所示的面(步骤3)。2条平行的理想直线由图9的901示例。2条平行的理想直线(901)以两者的间隔为最小的方式描绘(以所需最小限度的宽度描绘了2条平行的理想直线)。
[0248]
另外，使图9的成形体的顶底反转而在纸面下侧的成形体表面被材料a覆盖的状态下(在材料a接触桌子上的状态下)进行观察并进行测定的方法在本发明中不采用。
[0249]
在fa因波浪方向的长度ly的切取场所而变化的情况下，只要在1处以满足0≤fa/h＜1.3的方式设计fa即可。
[0250]
3.2
[0251]
本发明的侧壁的高度h由图10的h示例，是指观察波浪形状的截面时的上壁与下壁的距离。更具体而言，在观察与一个侧壁直接连结的上壁和下壁时，以包含全部该上壁和该下壁的方式，以必要最小限度的宽度描绘2条平行的理想直线时的理想直线间的距离为高度h。图10中描绘的2条虚线以两者的间隔成为最小的方式描绘。
[0252]
成形体具有多个高度h时，至少一个h满足0≤fa/h＜1.3即可。
[0253]
3.3
[0254]
在fa/h＝0的情况下，成形体的下壁成为理想平面。若fa/h＜1.3，则容易与其他部件组合，例如容易组装汽车。优选为0≤fa/h≤1.0，更优选为0≤fa/h≤0.7，进一步优选为0≤fa/h≤0.4，更进一步优选为0≤fa/h≤0.1。
[0255]
4.角度θ1
[0256]
成形体优选材料b存在于表层的一侧的由侧壁与连结壁所成的角θ1为90度≤θ1＜160度。材料b存在于表层的一侧的由侧壁与连结壁所成的角θ1例如由图1、图4的θ1表示。即，在观察波浪形状的截面时能够测定角θ1。
[0257]
另外，图1、图4的成形体具备多个相同角度的θ1。在存在多个角θ1且各自为不同角度的情况下，将材料b存在于表层的一侧的由侧壁与连结壁所成的角中的最小角度的角作为角θ1。
[0258]
更优选的角θ1的范围为95度≤θ1＜135度，进一步优选为95度≤θ1＜125度，更进一步优选为98度≤θ1＜120度。
[0259]
5.基于线膨胀系数差的角度变化
[0260]
由于本发明的材料a和材料b分别含有碳纤维和玻璃纤维，因此材料a和材料b的线膨胀系数存在差异。设材料a的线膨胀系数为xa和材料b的线膨胀系数为xb，并且使纤维种类以外的条件相同时(vfa＝vfb，热塑性树脂m1与m2的种类相同等)，xa/xb＜1。
[0261]
在材料a与材料b的线膨胀系数存在差异时，在将材料a和材料b层叠而在比常温高的温度下制作成波浪形状的成形体的情况下，线膨胀系数大的层会拉伸线膨胀系数小的层。具体而言，在xa/xb＜1时，材料b拉伸材料a，因此例如在图3、图6中压缩成形刚结束后，随着时间经过，成形体的(波浪方向的)两端部向纸面下方向翘曲。其结果是，材料b存在于表层的一侧的由侧壁与连结壁所成的角在刚成形体后和经过一段时间后角度发生变化(有时，称为角度变化“angle change”)。为了使成形体的角度θ1成为目标角度，需要预先预测角度变化何种程度。
[0262]
对于刚成形后和经过一段时间后的角度的变化(角度变化)，波浪方向的长度越长(具体而言，若波浪方向的长度为1m以上)，角θ1的数量越增加，则成形体整体的翘曲问题越显著。如果使用本发明的优选的制造方法，则即使具有这样的显著的课题，也能够制造fa/h的值小的成形体。
[0263]
6.肋
[0264]
本发明中的成形体优选在连结壁与侧壁之间具有肋。肋例如由图7(a)、(b)的701示例。通过配置肋，即使对线膨胀系数存在差别的材料a和材料b进行压缩成形，也不容易翘曲。
[0265]
[接合体]
[0266]
也可以在使角θ1应力变形而减小、应力变形后的成形体的平面度fa’与侧壁的高度h的关系为0≤fa’/h＜0.1的状态下，与其他部件接合来制造接合体。例如也可以如图8(a)那样，在如图8(a)的箭头801那样对稍微翘曲的成形体施加了应力的基础上，与其他部件(图8的802)接合。在此，平面度fa’是指在接合的状态下的成形体的平面度。接合可以如图8(b)那样螺栓紧固，也可以用粘接剂粘接。
[0267]
[压缩成形]
[0268]
本发明是如下的方法：使用阴阳一对成形模具即成形模具ma和成形模具mb，使材料a与成形模具ma接触、并且使材料b与成形模具mb接触而进行压缩成形，制造成形体。图3(a)和图6(a)示出了材料a与成形模具ma接触并且材料b与成形模具mb接触的状态。在此，作为阴阳一对的成形模具的成形模具ma和成形模具mb不是分别为阴阳一对的两模的成形模具，而是成形模具ma和成形模具mb是单模，成形模具ma和成形模具mb构成阴阳一对。另外，例如如图2所示，只要任一个单模具有阳部分，另一个单模具有阴部分即可。也可以在两个成形模具中分别具有阴阳(凹凸或凸凹)。
[0269]
1.成形模具的上下
[0270]
成形模具ma和成形模具mb的上下没有特别限定，优选成形模具ma为上模，成形模具mb为下模。进一步优选压缩成形为冷压，成形模具ma为上模、成形模具mb为下模。理由如下所述。
[0271]
(理由1)
[0272]
在进行冷压的情况下，与材料a、材料b相比，上下的成形模具的温度低，因此在材料与成形模具接触的瞬间，材料所含的热塑性树脂固化。材料a是含有碳纤维的层，因此导热性高，与包含玻璃纤维的材料b相比，相同的条件(树脂、添加剂、vf等相同)时，容易冷却，因此流动性差。因此，在进行冷压的情况下，如何防止材料a的温度降低成为课题。
[0273]
在对使材料a和材料b层叠而成的材料进行冷压时，为了确保流动性，优选确保使材料a在即将开始压缩之前不与成形模具ma接触，因此，优选使材料b与下模的成形模具mb接触而配置，使材料a与上模接触而进行压缩成形。在该情况下，材料a在进行压缩成形之前不与成形模具接触，因此容易防止温度降低。
[0274]
(理由2)
[0275]
材料a由于含有碳纤维，因此外观美观，如果材料a在表面，则对顾客的吸引力高。特别地，当材料a具有纹理时，其设计性特别显著。为了在材料a上形成纹理，需要在使材料a与成形模具ma接触之后立即进行压缩成形。此时，成形模具ma成为上模。
[0276]
2.压缩成形
[0277]
压缩成形可以利用热压成形、冷压成形等成形方法，特别优选使用冷压成形的压缩成形。冷压成形例如在将加热到第一规定温度的成形体投入到设定为第二规定温度的成形模具内之后，进行加压、冷却。
[0278]
具体而言，在构成材料a和材料b(视情况而定的材料c等)的热塑性树脂为相同种类、且其为结晶性的情况下，第一规定温度为熔点以上，第二规定温度低于熔点。热塑性树脂为相同种类、且其为非晶性的情况下，第一规定温度为玻璃化转变温度以上，第二规定温度低于玻璃化转变温度。
[0279]
在热塑性树脂为不同的树脂的情况下，以树脂的熔点或玻璃化转变温度高的一方为基准，确定第一规定温度，以树脂的熔点或玻璃化转变温度低的一方为基准，确定第二规定温度。
[0280]
即，冷压法至少包含以下的工序a2)～a1)。
[0281]
工序a1)将材料加热至第一规定温度的工序。
[0282]
工序a2)将在上述工序a1)中加热后的材料配置于被调节为第二规定温度的成形
模具，并进行加压的工序。
[0283]
通过进行这些工序，能够完成成形体的成形。
[0284]
上述各工序需要按照上述的顺序进行，但也可以在各工序间包括其他工序。其他工序例如有：在工序a2)之前，利用与工序a2)中利用的成形模具不同的赋形模具，预先赋形为成形模具的腔室形状的赋形工序等。另外，工序a2)是对材料施加压力而得到期望形状的成形体的工序，此时的成形压力没有特别限定，但相对于成形模具腔室投影面积，优选小于20mpa，更优选为10mpa以下。
[0285]
另外，当然也可以在压缩成形时将各种工序放入上述工序之间，例如也可以使用一边处于真空一边压缩成形的真空冲压成形。
[0286]
3.成形模具的优选温度
[0287]
成形模具ma的温度ta和成形模具mb的温度tb可以为室温+10℃以下，也可以为室温以上且室温+10℃以下。在该情况下，在成形完成的同时成形体成为接近室温的温度，不存在由成形体与室温的温度差导致的各层的收缩，因此即使在材料a与材料b之间存在线膨胀系数的差，也不容易产生翘曲的问题。
[0288]
[用于压缩成形的成形模具]
[0289]
1.角θ2
[0290]
优选的是，成形模具mb具备用于形成连结壁的成形模具面s1和用于形成侧壁的成形模具面s2，s1与s2所成的角θ2满足θ1＜θ2。
[0291]
角θ2通过测定s1与s2所成的角中的钝角部而得到。例如，在图3、图6中，测定材料b所接触的成形下模(成形模具mb)的钝角部。
[0292]
成形模具腔室优选截面具有波浪形状，在截面中观察到成形体腔室为波浪形状时，能够测定角θ2。
[0293]
另外，图3、图6的成形体腔室具备多个相同角度的θ2。在存在多个角θ2且各自为不同的角度的情况下，将成形面s1与成形面s2所成的角中的最小角度的角作为角θ2。
[0294]
更优选的θ2的范围为0度≤θ2-θ1＜10度，进一步优选为0度≤θ2-θ1＜5度，更进一步优选为θ2-θ1＝0度。
[0295]
2.基于线膨胀系数差的角度变化
[0296]
由于本发明的材料a和材料b分别含有碳纤维和玻璃纤维，因此材料a和材料b的线膨胀系数存在差异。在设材料a的线膨胀系数为xa、材料b的线膨胀系数为xb、并且使纤维种类以外的条件相同时(vfa＝vfb，热塑性树脂m1与m2的种类相同等)，xa/xb＜1。
[0297]
在材料a与材料b的线膨胀系数存在差异时，在将材料a和材料b层叠而将成形体制成波浪形状的情况下，线膨胀系数大的层拉伸线膨胀系数小的层。具体而言，在xa/xb＜1时，材料b拉伸材料a，因此，例如在图3、图6中，从刚制作成形体后，随着时间经过，波浪方向的成形体的端部向纸面下方向翘曲。其结果是，材料b存在于表层的一侧的由侧壁与连结壁所成的角在刚制成成形体后和经过一段时间后角度发生变化(有时称为角度变化)。为了使成形体的角度θ1成为目标角度，优选预先预测角度进行何种程度变化，预先将要角度变化的量作为θ2-θ1的角度进行弯曲，并进行冲压成形。
[0298]
3.角θ1、θ2、线膨胀系数xa、xb
[0299]
本发明人等在设定材料a的线膨胀系数为xa、材料b的线膨胀系数为xb时，成功预
测了角度变化量的角度θ2-θ1。即，xa、xb、θ1及θ2优选满足下述式(1)及(2)。
[0300]
式(1)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
0.01≤xa/xb＜1
[0301]
式(2)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
0≤(θ2-θ1)
÷
(xa/xb)＜1.0
×
103[0302]
式(2)的更优选的上限小于65，进一步优选小于15，更进一步优选小于10。
[0303]
4.成形模具腔室的平面度fc
[0304]
4.1
[0305]
本发明的平面度fc通过以下的步骤1'～步骤5'来定义。
[0306]
(步骤1')以与材料b接触的成形模具为下模的方式观察成形模具腔室。
[0307]
(步骤2')观察波浪形状的成形模具腔室截面，以波浪方向的长度lyc为40cm的方式切取成形模具腔室的观察范围。
[0308]
(步骤3')关注用于形成下壁的成形模具面。
[0309]
(步骤4')以包含用于形成下壁的全部成形模具面的方式，以所需最小限度的宽度描绘2条平行的理想直线。
[0310]
(步骤5')将理想直线间的距离定义为平面度fc。
[0311]
使用图12说明步骤1’～步骤5’。
[0312]
图12以与材料b接触的成形模具mb成为下模的方式观察成形模具腔室。图12的y轴方向是波浪方向，观察波浪形状的成形模具腔室截面，以波浪方向的长度lyc达到40cm的方式切取成形模具腔室的观察范围。用于形成下壁的成形模具面是图12的1201。2条平行的理想直线以图12的1202示例。2条平行的理想直线(1202)以两者间隔达到最小的方式描绘。
[0313]
在fc根据波浪方向的长度lyc的切取场所而变化的情况下，只要在1处以满足fa＜fc、式(3)的方式设计fc即优选。
[0314]
4.2
[0315]
用于压缩成形的成形模具腔室的平面度fc优选满足fa＜fc。fa＜fc是指成形体比成形模具腔室更接近平面。
[0316]
在材料a与材料b的线膨胀系数存在差异时，在将材料a和材料b层叠而制成波浪形状的成形体的情况下，线膨胀系数大的层拉伸线膨胀系数小的层。具体而言，在xa/xb＜1时，材料b拉伸材料a，因此，例如在图3、图6中，从刚制作成形体后，随着时间经过而(波浪方向的成形体的端部)向纸面下方向翘曲。其结果是，材料b存在于表层的一侧的由侧壁与连结壁所成的角在刚成形体之后和经过一段时间后角度发生变化，引起角度变化。为了使成形体的平面度fa为目标的范围，优选预先预测平面度变化何种程度，预先将平面度变化的量设为(fc-fa)而弯曲，进行冲压成形。更具体而言，更优选满足下述式(1)及(3)。
[0317]
式(1)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
0.01≤xa/xb＜1
[0318]
式(3)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
0≤|fc-fa|/h
÷
(xa/xb)＜1.0
×
103[0319]
式(3)的更优选的上限小于5，进一步优选小于4，更进一步优选小于3，最优选小于2。
[0320]
5.成形模具ma的温度ta、成形模具mb的温度tb、线膨胀系数xa、xb
[0321]
在设定材料a的线膨胀系数为xa、材料b的线膨胀系数为xb时，成形模具ma的温度ta与成形模具mb的温度tb的关系优选满足下述式(1)和(4)。
[0322]
式(1)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
0.01≤xa/xb＜1
[0323]
式(4)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
0＜|ta-tb|
÷
(xa/xb)＜5000
[0324]
式(4)的优选上限为200以下，进一步优选为100以下，更进一步优选为50以下。另一方面，式(4)的优选下限为30以上。
[0325]
实施例
[0326]
以下，使用实施例对本发明进行具体说明，但本发明并不限于这些实施例。
[0327]
1.材料
[0328]
·
碳纤维
[0329]
帝人株式会社制的碳纤维
“テナックス”
(注册商标)sts40-24k(ep)(平均纤维直径7μm、纤度1600tex、密度1.78g/cm3)
[0330]
·
玻璃纤维
[0331]
日本电气硝子株式会社制造的玻璃纤维ex 2500(平均纤维直径15μm，纤维宽度9mm)
[0332]
·
热塑性树脂ma
[0333]
聚酰胺6(
ユニチカ
株式会社制a1030，有时简称为pa6)。
[0334]
·
热塑性树脂mb
[0335]
聚酰胺6(
ユニチカ
株式会社制a1030，有时简称为pa6)。
[0336]
2.材料的测定
[0337]
本实施例中的各值按照以下的方法求出。
[0338]
(1)材料所含的纤维体积比例(vfa、vfb)的测定
[0339]
从材料a(或材料b)切出100mm
×
100mm的样品，将样品在加热至500℃的电炉(
ヤマト
科学株式会社制fp410)中、在氮气气氛下加热1小时，将基质树脂等有机物烧掉。
[0340]
通过称量烧掉前后的样品的重量，算出强化纤维和热塑性树脂的重量。接着，使用各成分的比重，算出强化纤维的体积比例。
[0341]
纤维体积比例(vfa)＝100
×
碳纤维体积/(碳纤维体积+材料a的热塑性树脂体积)式(c)
[0342]
纤维体积比例(vfb)＝100
×
玻璃纤维体积/(玻璃纤维体积+材料b的热塑性树脂体积)式(d)
[0343]
(2)材料的线膨胀系数
[0344]
作为前处理，将材料a及材料b的试验片在110℃
×
24小时、真空干燥后，在以下的测定条件下，随机在10个点测定成为成形体时成为波浪方向的方向的线膨胀系数，进行平均。
[0345]
试验片形状：2.5mm
×
5mm
×
5mm
[0346]
试验机种：tma/ss7100(
セイコーインスツルメンツ
株式会社制)
[0347]
升温速度：5℃/min
[0348]
试验载荷：压缩载荷49mn
[0349]
探针直径：2.9mm
[0350]
测定气氛：氮气气氛下(100ml/min)
[0351]
试验温度范围：25～200℃
[0352]
3.截面观察
[0353]
从能够观察波浪形状的方向观察成形体和成形模具腔室的截面。更具体而言，从与波浪方向(图1、图4的y轴方向)垂直的方向(图1、图4的x轴方向)、且能够观察波浪形状的方向进行观察。这也是相对于板厚方向(图1、图4的z轴方向)垂直的方向。换言之，波浪形状的观察是与波浪方向及板厚方向垂直的方向。
[0354]
(1)成形体的平面度fa
[0355]
按照以下的顺序测定平面度fa。
[0356]
(步骤1)以存在于表层的材料b成为下侧的方式静置成形体。
[0357]
(步骤2)以截面看起来为波浪形状的方式观察成形体的截面，以波浪方向的长度ly为40cm的方式切取成形体的观察范围。
[0358]
(步骤3)关注由连结壁形成的下壁的底面。
[0359]
(步骤4)以包含全部下壁的底面的方式，以必要最小限度的宽度描绘了2条平行的理想直线。
[0360]
(步骤5)将理想直线间的距离设为平面度fa。
[0361]
(2)成形模具腔室的平面度fc
[0362]
按照以下的顺序测定平面度fc。
[0363]
(步骤1')以与材料b接触的成形模具mb成为下模的方式观察成形模具腔室。
[0364]
(步骤2')观察波浪形状的成形模具腔室截面，以波浪方向的长度lyc达到40cm的方式切取成形模具腔室的观察范围。
[0365]
(步骤3')着眼于用于形成下壁的成形模具面。
[0366]
(步骤4')以包含用于形成下壁的全部成形模具面的方式，以所需最小限度的宽度描绘了2条平行的理想直线。
[0367]
(步骤5')将理想直线间的距离设为平面度fc。
[0368]
(3)角度θ1
[0369]
观察波浪形状的成形体的截面，将材料b存在于表层的一侧的由侧壁与连结壁所成的角全部测定，将最小的角度的作为角θ1。
[0370]
(4)角度θ2
[0371]
对成形模具mb进行截面观察时，用于形成连结壁的成形模具面s1与用于形成侧壁的成形模具面s2所成的角θ2根据各实施例、比较例进行设计。
[0372]
[实施例1]
[0373]
1.材料a的准备
[0374]
作为碳纤维，使用切割为纤维长度20mm的东邦
テナックス
社制造的碳纤维
“テナックス”
(注册商标)sts40-24k(平均纤维直径7μm、单纤维数24000根)，作为树脂，使用
ユニチカ
社制的尼龙6树脂a1030，基于美国专利第8946342号中记载的方法，制作了碳纤维二维随机取向的碳纤维和尼龙6树脂的复合材料。将得到的复合材料在加热至260℃的压制装置中，以2.0mpa加热5分钟，得到平均厚度2.5mm、475mm
×
350mm的平板板状的材料。
[0375]
对平板板状的材料所含的碳纤维进行分析，结果碳纤维体积比例(vf)为35％，碳纤维的纤维长度为一定长度，重均纤维长度为20mm。
[0376]
1.2材料b的准备
[0377]
作为玻璃纤维，使用日本电气硝子株式会社制的玻璃纤维ex 2500(平均纤维直径
15μm、纤维宽度9mm)，作为树脂，使用
ユニチカ
社制的尼龙6树脂a1030，基于美国专利第8946342号中记载的方法，制作了玻璃纤维二维随机取向的玻璃纤维及尼龙6树脂的复合材料。将得到的复合材料在加热至260℃的压制装置中，以2.0mpa加热5分钟，得到平均厚度0.7mm、475mm
×
350mm的平板板状的材料。对材料所含的玻璃纤维进行分析，结果是，玻璃纤维体积比例(vf)为45％，玻璃纤维的纤维长度为一定长度，重均纤维长度为20mm。
[0378]
材料b的md方向(machine direction：机器方向)的线膨胀系数为1.1
×
10-5
，td方向(transvese direcction：横向)的线膨胀系数为
[0379]
1.8
×
10-5
，但由于使td方向对准成为波浪方向的方向配置，因此实施例1中的线膨胀系数xb为1.8
×
10-5
。
[0380]
2.成形模具的准备
[0381]
准备用于制作图11所示的成形体的成形模具。y轴方向的成形体长度为40cm，将其设为ly。
[0382]
在此，平面度fc设定为11mm，角θ2设定为103度(s1与s2所成的角全部是相同的角度)，成形模具ma(上模)的温度ta设定为150℃，成形模具mb(下模)的温度tb设定为150℃。
[0383]
3.冷压
[0384]
将材料a和材料b用120℃的热风干燥机干燥4小时后，按照材料a/材料b的顺序层叠，通过红外线加热器升温至290℃。
[0385]
然后，以使材料b与成形模具mb接触的方式载置材料。此时，将475mm
×
350mm的材料(平板形状)中的475mm方向作为波浪方向而进行载置。
[0386]
使上模下降，在压制压力20mpa(从加压开始到达到20mpa的时间为1秒)下加压1分钟，同时压制材料a和材料b，制造冷压成形体(400mm
×
350mm：波浪方向(图11的y轴方向)
×
与波浪方向正交的方向(图11的x轴方向))。
[0387]
在冷压完成后，1小时后的成形体是图11所示的形状的波浪形状的成形体。成形体的侧壁的高度h为12mm，上壁的长度为23mm，下壁的长度为25mm。上壁、下壁都是连结壁，以使材料b成为下侧的方式进行观察来定义上壁、下壁并测定长度。
[0388]
将结果示于表1。成形体的平面度fa极高，为0.1mm，成形体的翘曲少。需要说明的是，翘曲的状况(翘曲的方向)是在将材料b以与桌子接触的方式静置于桌子上时，向下凸。(例如，图10被描绘成向下凸出)。
[0389]
另外，成形体的波浪方向的长度越长，翘曲的问题越显著。
[0390]
[实施例2]
[0391]
使材料b的材料的配置方向相对于实施例1旋转90度，将md方向作为波浪方向并层叠。因此，实施例2中的线膨胀系数xb为1.1
×
10-5
，除此以外，与实施例1同样地制作成形体。将结果示于表1。
[0392]
[实施例3～5]
[0393]
除了将材料b的厚度lb设为1.4mm、1.6mm或2.0mm以外，与实施例1同样地制作成形体。将结果示于表1。翘曲的状况(翘曲的方向)在将材料b以与桌子接触的方式静置于桌上时，向上凸出(未图示)。
[0394]
[实施例6～8]
[0395]
将成形模具腔室的平面度fc设为0mm，将角θ2设为100度，将成形模具温度设定为
表1和表2那样，除此以外，与实施例5同样地制作成形体。将结果示于表1和表2。
[0396]
需要说明的是，实施例6、7难以维持成形模具温度差而量产，虽然能够制造出2～3个成形体，但制造100个以上的成形体时，需要进一步的研究。另外，实施例8的成形模具的模具温度低，因此成形体稍微无法成形为目标形状，成形体的部分表面可见缺损。另外，材料快速冷却，因此成形模具的转印性降低。
[0397]
[实施例9]
[0398]
除了将成形模具腔室的形状和成形模具温度设计成如表2所示以外，与实施例5同样地制作成形体。将结果示于表2。
[0399]
[实施例10、11]
[0400]
除了如表1那样变更材料b的玻璃纤维的纤维体积比例以外，与实施例1同样地制作成形体。将结果示于表2。
[0401]
[比较例1]
[0402]
将成形模具腔室的角度θ2设为100度，将平面度设为0(mm)，除此以外，与实施例5同样地制作成形体。将结果示于表2。
[0403]
[实施例12]
[0404]
除了将材料a的厚度设为3.6mm、不使用材料b而仅使用材料a以外，与实施例1同样地制作成形体，从而准备参考成形体p1。
[0405]
除了将材料a的厚度la设为2.6mm、将材料b的厚度lb设为1.0mm以外，与实施例1同样地制作成形体p2。
[0406]
使用2个成形体进行落锤试验。试验条件为锤质量为16kg且以施加135j、145j、155j、165j的冲击的方式进行高度调整，进行以下的评价。将结果示于表3。
[0407]
完美：在锤体撞击的面的相反侧的表面未观察到裂纹(面内方向的龟裂)。
[0408]
极好：在锤体撞击的面的相反侧的表面产生小于10mm的裂纹(面内方向的龟裂)。
[0409]
良好：在锤体撞击的面的相反侧的表面产生10mm以上的裂纹(面内方向的龟裂)。破裂(板厚方向的龟裂)收敛于小于板厚的一半。
[0410]
不好：在锥撞击的面的相反侧的表面产生10mm以上的裂纹(面内方向的龟裂)，且破裂(板厚方向的龟裂)为板厚的一半以上破裂。
[0411]
[表1]
[0412][0413]
[表2]
[0414][0415]
[表3]
[0416]
[0417]
[比较例2]
[0418]
作为材料b，除了使用片模塑化合物(smc)以外，与实施例1同样地制作成形体。将结果示于表4。
[0419]
作为smc，使用在作为基质的乙烯基酯树脂(热固性树脂)中含有玻璃纤维的smc。
[0420]
[比较例3]
[0421]
除了使用铁作为材料b以外，与实施例1同样地制作成形体。将结果示于表4。
[0422]
[表4]
[0423][0424]
比较例2和3的成形体的翘曲少。但是，在比较例3中，在成形后发生了铁与材料层a剥离、或铁破裂的问题。
[0425]
产业上的利用可能性
[0426]
本发明的成形体以及将其成形而得到的成形体被用于各种结构部件、例如汽车的
结构部件、以及各种电气制品、机械的框架、壳体等期望冲击吸收的所有部位。特别优选能够作为汽车部件利用。
[0427]
虽然参照特定的实施方式对本发明进行了详细说明，但对于本领域技术人员而言，显然能够在不脱离本发明的精神和范围的情况下施加各种变更、修正。
[0428]
本技术基于2020年11月4日申请的日本专利申请(日本特愿2020-184217)，其内容在此作为参照被取入。

技术特征：
1.一种成形体的制造方法，其特征在于，使用作为阴阳一对成形模具的成形模具ma和成形模具mb，使材料a接触成形模具ma、使材料b接触成形模具mb并进行压缩成形，从而制造成形体，材料a包含碳纤维和热塑性树脂m1，材料b包含玻璃纤维和热塑性树脂m2，成形体具有一对侧壁和连接所述侧壁的连结壁，成形体的截面具有波浪形状，成形体的平面度fa与侧壁的高度h的关系为0≤fa/h＜1.3。2.如权利要求1所述的成形体的制造方法，其特征在于，成形体的截面具有多个波浪形状，波浪方向的长度为1m以上。3.如权利要求1至2中任一项所述的成形体的制造方法，其特征在于，成形体具有一对侧壁和连接所述侧壁的连结壁，所述成形体的在材料b存在于表层的一侧由侧壁与连结壁所成的角θ1满足90度≤θ1＜160度。4.如权利要求3所述的成形体的制造方法，其特征在于，成形模具mb具有用于形成连结壁的成形模具面s1和用于形成侧壁的成形模具面s2，s1和s2所成的角θ2满足θ1＜θ2。5.如权利要求4所述的成形体的制造方法，其特征在于，在将材料a的线膨胀系数设为xa、将材料b的线膨胀系数设为xb时，xa、xb、θ1以及θ2满足下述式(1)和(2)，式(1)
ꢀꢀꢀꢀ
0.01≤xa/xb＜1式(2)
ꢀꢀꢀꢀ
0≤(θ2-θ1)
÷
(xa/xb)＜1.0
×
103其中，材料a的线膨胀系数xa是指，已成为成形体时，材料在成为波浪方向的方向上的线膨胀系数，材料b的线膨胀系数xb是指，已成为成形体时，材料在成为波浪方向的方向上的线膨胀系数。6.如权利要求1至5中任一项所述的成形体的制造方法，其特征在于，压缩成形所使用的成形模具腔室的平面度fc满足fa≤fc。7.如权利要求6所述的成形体的制造方法，其特征在于，在将材料a的线膨胀系数设为xa、将材料b的线膨胀系数设为xb时，满足下述式(1)和(3)，式(1)
ꢀꢀꢀꢀ
0.01≤xa/xb＜1式(3)
ꢀꢀꢀꢀ
0≤|fc-fa|/h
÷
(xa/xb)＜1.0
×
103其中，材料a的线膨胀系数xa是指，已成为成形体时，材料在成为波浪方向的方向上的线膨胀系数，材料b的线膨胀系数xb是指，已成为成形体时，材料在成为波浪方向的方向上的线膨胀系数。8.如权利要求1至7中任一项所述的成形体的制造方法，其特征在于，
在将材料a的线膨胀系数设为xa、将材料b的线膨胀系数设为xb时，满足下述式(1)和(4)，式(1)
ꢀꢀꢀꢀ
0.01≤xa/xb＜1式(4)
ꢀꢀꢀꢀ
0＜|ta-tb|
÷
(xa/xb)＜5000xa：材料a的线膨胀系数xb：材料b的线膨胀系数ta：成形模具ma的温度tb：成形模具mb的温度其中，材料a的线膨胀系数xa是指，已成为成形体时，材料在成为波浪方向的方向上的线膨胀系数，材料b的线膨胀系数xb是指，已成为成形体时，材料在成为波浪方向的方向上的线膨胀系数。9.如权利要求1至8中任一项所述的成形体的制造方法，其特征在于，成形模具ma为上模，成形模具mb为下模。10.如权利要求1至9中任一项所述的成形体的制造方法，其特征在于，成形体是耐冲击吸收体，材料a是受冲击的一侧。11.如权利要求1至10中任一项所述的成形体的制造方法，其特征在于，材料a的厚度la为0.5mm以上且小于5.0mm，材料b的厚度lb为0.5mm以上且3.0mm以下，1＜la/lb<0.6或者0.1<lb/la<0.6。12.如权利要求1至11中任一项所述的成形体的制造方法，其特征在于，在将材料a的线膨胀系数设为xa、将材料b的线膨胀系数设为xb时，材料a的纤维体积比例vfa和材料b的纤维体积比例vfb的关系满足下述式(1)和(5)，式(1)
ꢀꢀꢀꢀ
0.01≤xa/xb＜1式(5)
ꢀꢀꢀꢀ
0.3≤vfa/vfb≤3.0其中，材料a的线膨胀系数xa是指，已成为成形体时，材料在成为波浪方向的方向上的线膨胀系数，材料b的线膨胀系数xb是指，已成为成形体时，材料在成为波浪方向的方向上的线膨胀系数。13.如权利要求1至12中任一项所述的成形体的制造方法，其特征在于，在连结壁与侧壁之间具有肋。14.如权利要求1至13中任一项所述的成形体的制造方法，其特征在于，在材料a和材料b之间具有材料c，材料a的线膨胀系数xa、材料b的线膨胀系数xb以及材料c的线膨胀系数xc的关系满足xa＜xc＜xb，其中，材料a的线膨胀系数xa是指，已成为成形体时，材料在成为波浪方向的方向上的线膨胀系数，
材料b的线膨胀系数xb是指，已成为成形体时，材料在成为波浪方向的方向上的线膨胀系数，材料c的线膨胀系数xc是指，已成为成形体时，材料在成为波浪方向的方向上的线膨胀系数。15.如权利要求1至14中任一项所述的成形体的制造方法，其特征在于，混入线膨胀缓和剂，以使在将材料a的线膨胀系数设为xa、将材料b的线膨胀系数设为xb时，0.8≤xa/xb≤1，其中，材料a的线膨胀系数xa是指，已成为成形体时，材料在成为波浪方向的方向上的线膨胀系数，材料b的线膨胀系数xb是指，已成为成形体时，材料在成为波浪方向的方向上的线膨胀系数。16.如权利要求1至15中任一项所述的成形体的制造方法，其特征在于，通过使用线膨胀系数比热塑性树脂m1小的热塑性树脂m2，从而调整为在将材料a的线膨胀系数设为xa、将材料b的线膨胀系数设为xb时，0.8≤xa/xb≤1，其中，材料a的线膨胀系数xa是指，已成为成形体时，材料在成为波浪方向的方向上的线膨胀系数，材料b的线膨胀系数xb是指，已成为成形体时，材料在成为波浪方向的方向上的线膨胀系数。17.如权利要求1至16中任一项所述的成形体的制造方法，其特征在于，成形模具ma的温度ta和成形模具mb的温度tb是室温+10℃以下。18.一种接合体的制造方法，其特征在于，在使成形体的角θ1应力变形而变小且应力变形后的成形体的平面度fa’与侧壁的高度h的关系为0≤fa’/h＜0.1的状态下，将所述成形体接合，制造接合体，所述成形体通过权利要求1至17中任一项所述的制造方法制造而成，所述成形体具有一对侧壁和连结所述侧壁的连结壁，并且材料b存在于表层一侧的由侧壁与连结壁所成的角θ1满足90度≤θ1＜160度。19.如权利要求1至17中任一项所述的成形体的制造方法，其特征在于，在将材料a和材料b层叠后进行压缩成形。20.如权利要求19所述的成形体的制造方法，其特征在于，材料a和材料b是平板形状。21.如权利要求19和20中任一项所述的成形体的制造方法，其特征在于，材料a和材料b在成为成形体时分别形成材料层a和材料层b。

技术总结
本发明通过成形体的制造方法，来得到高耐冲击性且解决了成形体的“翘曲”的问题，在该成形体的制造方法中，使用作为阴阳一对成形模具的成形模具MA和成形模具MB，使材料A接触成形模具MA、使材料B接触成形模具MB并压缩成形，从而制造成形体，材料A包含碳纤维和热塑性树脂M1，材料B包含玻璃纤维和热塑性树脂M2，成形体具有一对侧壁和连接该侧壁的连结壁，成形体的截面具有波浪形状，成形体的平面度Fa与侧壁的高度h的关系为0≤Fa/h＜1.3。高度h的关系为0≤Fa/h＜1.3。高度h的关系为0≤Fa/h＜1.3。


技术研发人员：中本大志朗 能登大辅 小永井祐平 北野一朗
受保护的技术使用者：帝人株式会社
技术研发日：2021.10.13
技术公布日：2023/8/9