專利名稱：復合材料用的增強纖維基材的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種增強纖維基材，該基材用于纖維增強復合材料如FRP(纖維增強塑料)和FRTP(纖維增強熱塑性樹脂)，特別是涉及片狀增強纖維基材，該基材成形性好、生產率高。
作為增強纖維基材的基本形式，有粗紗、短切原絲、短切原絲薄氈和織造織物幾種。粗紗在長絲卷繞法或拉伸法中被應用，并用來模壓出儲罐和管子。短切原絲被廣泛用于熱塑性樹脂的噴射模壓或擠壓模壓，并被用來生產汽車零件或電子元件。短切原絲薄氈被用于手工敷設法或SMC(sheet metal compound，片狀模塑料)法，并被用來生產小船、浴缸和厭氧菌處理槽，近年來還被用于沖壓模制法，并被用來生產汽車的保險杠或類似物。至于織造織物，在增強纖維為玻璃纖維的情況下被廣泛用作印刷電路板的增強材料，在增強纖維為碳纖維的情況下被用作飛機或類似物的結構材料，使用范圍正在逐年擴大。
在上述增強纖維基材的基本形式中，就粗紗而言，在被用作中空的模制品如儲罐和管子時，其在卷繞方向上的強度被充分利用，因此兼有纖維束形式的優(yōu)點和增強纖維含量能增加的優(yōu)點。然而在拉伸模制的情況下，纖維束在排列方向上的強度能被顯示，但在垂直于排列方向的方向上的強度自然便會不夠，因此粗紗不適宜用來制造平而寬的模制品或者像盒式那樣的立體模制品。
短切原絲結合熱塑性樹脂被用于噴射模塑或擠壓模塑，其時增強纖維的含量不能增加得太多，含量通常為20-40％。因此使用重點被放在用作填料上而不是增強材料上。它們常被用來增加表面硬度、抗熱能力或尺寸穩(wěn)定性。
短切原絲薄氈以原來的形式用于手工敷設法中，結合熱固性樹脂用于SMC法中，結合熱塑性樹脂用于沖壓法中。在使用短切原絲薄氈時，由于短切原絲隨機布置，增強纖維沒有方向性但成形性卻良好，因此優(yōu)點是，對于立體的模制品如浴缸，也能得到均勻的增強效果。但缺點是，由于短切原絲薄氈本身龐大，增強纖維的含量不能增加，并且由于增強纖維不是連續(xù)纖維，不能得到足夠的增強效果。
織造織物的增纖維基材適用于特別需要強度的領域，因為增強纖維是連續(xù)纖維并且增強纖維的含量可達50-60％。
另外，在使用強織造織物的情況下，由于增強纖維被排列在經紗方向和緯紗方向，因此在強度的方向性上能得到較好的平衡。但由于織造織物具有交替地上、下交織的經紗和緯紗，因此紗線的運動受到限制，并且不適合用于具有立體形狀的模制品，但卻適合用于形式為平板的模制品如印刷電路板，即織造織物的成形性差。另外，由于織造織物具有交替地上下交織造成波形的經紗和緯紗，當需要關鍵性的強度時，這種需求有時不能滿足，并且就強度的方向性而言，嚴格地說，在斜方向上并沒有強度分量，這一點有時會引起問題。例如，如果將一個具有單方向纖維層的沒有織造的非織造織物的成層產品用作增強材料，抗拉強度通?？稍黾?0％。另外一個問題是用基體樹脂來浸漬經紗和緯紗的交叉部分。再者，由于織造織物的生產包括織造步驟，生產速度低和費用大為其基本缺點。
增強纖維基材除了上述基本形式外，還根據復合模制品的形狀、模制方法和要被增強的基體樹脂的性能提出過各種形式。
例如，有一種基材是用熱塑性樹脂浸漬排列在一個方向上的增強纖維，然后使它形成薄片(UD片，即單向片)，有一種基材將增強纖維的織造織物和排列在一個方向上的增強纖維層壓，然后將它們點連結，或粘合成粘附一個稱為非織造織物的具有粗網格的織物狀材料來代替織造織物和其他基材。另外，用增強纖維作為經紗、用熱塑性樹脂纖維作為緯紗制成的整合織物也被提出過可作為基材。
但用熱塑性樹脂浸漬的UD片在室溫時剛度太大，因此必須預熱使它貼合模具成形，這就給搬運帶來問題。另外，將織造織物層壓然后用點連結制成的基材具有柔性并有良好的可處理性，但由于它在一側具有織造織物，因此產生需要較長時間用樹脂來浸漬的問題。
增強纖維和熱塑性樹脂的整合織物具有柔性和優(yōu)良的可處理性，但需要一個織造步驟。
用非織造織物代替織造織物層壓制出的基材可解決浸漬的問題并可解決可處理性的問題，因為它們具有柔性。但在這種基材中，提供強度的零件也就是排列在一個方向上的增強纖維，因此它們仍然具有單方向材料遇到的問題。
另一方面，在非織造織物的領域內，三軸非織造織物是在雙軸非織造織物的基礎上發(fā)展來的。在非織造織物中，緯紗材料或斜向材料通過粘合劑粘結于經紗材料，而雙軸非織造織物具有一個與織造織物相似的形狀。但與織造織物不同，在非織造織物中緯紗材料只是放置在經紗材料上，因此與織造織物的生產相比，生產速度顯然較高，因此制造成本能被降低。在三軸非織造織物中，在經紗材料上粘結著在兩個相對方向上相交的斜向材料。三軸非織造織物就是由經紗材料和設置在兩個方向上的斜向材料構成的。另外，最近在非織造織物的領域內又發(fā)展了四軸非織造織物的生產技術(JP-B-3-80911和JP-A-8-209518)。
四軸非織造織物的結構為將緯紗材料和在兩個方向上相交的斜向材料都放置在經紗材料之間，然后整體用乳化液粘合劑粘結。在四軸非織造織物中，除了經紗材料和緯紗材料外，還排列著兩個方向的斜向材料，因此四軸非織造織物在強度的方向性上優(yōu)于織造織物。另外，由于經紗和緯紗不是互相交織如同織造織物那樣，增強纖維被直接放置，因此當四軸非織造織物被用作增強材料時能容易地顯示增強效果。再者，在非織造織物中，經紗材料、緯紗材料和斜向材料等組分只是疊置在一起，在用壓力機模壓時相關組分運動的自由度比用織造織物生產時大，因此，非織造織物也適宜制造具有復雜形狀的模制品。
但如上所述，該非織造織物是這樣生產的，先將各組分層壓，然后將造成的層壓件用乳化劑型的處理溶液浸漬，浸漬后擠出多余的溶液，然后使層壓件干燥來完成組分間的粘結。為烯酸樹脂和其他一些樹脂被用作乳化劑型的處理溶液。因此，如果該非織造織物被用作FRP或FRTP的增強材料，用基體樹脂即聚酯樹脂或環(huán)氧樹脂浸漬時，容易浸漬得不夠，引起易彎曲性的問題。
另外，還有用合成樹脂紗將經紗材料、緯紗材料和斜向材料等組分用針織機針織或用縫紉機縫合來生產該非織造織物的方法，但當這樣生產的非織造織物被切割時，端部的短纖維束會掉落或掉出，使生產率(生產速度)降低、費用增加。另一個問題是需要經常維修來監(jiān)視針織針或縫紉機針是否發(fā)生磨損或斷裂。
本發(fā)明就是要解決傳統(tǒng)技術中存在的上述問題。一個目的是要提供復合材料用的增強纖維基材，該基材須能容易地用基體樹脂浸漬，具有優(yōu)越的可成形性，并且沒有處理和模制的問題。
本發(fā)明另一個目的是要提供一種制造成本低廉的復合材料用的增強纖維基材。
另外，生產本發(fā)明的復合材料用的增強纖維基材的方法的特征為，將增強纖維束和熱塑性樹脂纖維一起排列在一個方向上，將大量如此得到的纖維束平行放置從而形成具有單向增強纖維束的纖維束層，將該纖維束層與增強纖維束的纖維束層堆積起來，但相鄰纖維束層內的纖維束的方向須各不相同，將疊置的纖維束層加熱并加壓使各纖維束層連結在一起。
另外，生產本發(fā)明的復合材料用的增強纖維基材的方法可有這樣的特征，將增強纖維束排列在一個方向上，將如此得到的大量纖維束平行放置以便形成具有單向增強纖維束的纖維束層，在纖維束方向互不相同的各纖維束層之間撒布熱塑性樹脂粉末，然后堆積這些纖維束層，對疊置的纖維束層加熱并加壓使各纖維束層連結在一起。<增強纖維基材的構造>
復合材料用的增強纖維基材的構造適宜為非織造織物，例如雙軸非織造織物、三軸非織造織物或四軸非織造織物，其中四軸非織造織物特別適宜，但對構造并無限制。在本發(fā)明中的“非織造織物”為具有線性排列的長纖維束的非織造織物，并包括具有粗網格的非織造織物。在本發(fā)明中的“具有單向增強纖維束的纖維束層”為具有大量平行排列在一個方向上的增強纖維束的層。
本發(fā)明中的“雙軸非織造織物”意為非織造織物在第一纖維束層內具有大量排列在縱長方向的增強纖維束(今后有時被稱為“經紗材料”)，在第二纖維束層內具有大量排列在與縱長方向成直角的方向的增強纖維束(今后有時被稱為“緯紗材料”)。“三軸非織造織物”意為非織造織物在所說第一纖維束層內具有大量排列在縱長方向的增強纖維束，在第三纖維束層內具有大量排列在特定方向與所說縱長方向相交成+30度、+45度、+60度等角度的增強纖維束(今后有時被稱為“斜向材料”)，在第四纖維束層內具有大量排列在一個與第三纖維束層的角度對稱(相對一條對稱軸線)的方向的增強纖維束，即第四纖維束層排列在與所說縱長方向成-30度、-45度、-60度等角度的方向(今后有時被稱為“斜向材料”)。另外，四軸非織造織物意為具有上述第一、第二、第三、第四纖維束層的非織造織物。在四軸非織造織物中，最好第二、第三和第四纖維束層被夾在第一纖維束層之間。
非織造織物的基本重量適宜為100-4000g/m2，最好為250-2500g/m2。
用于本發(fā)明的非織造織物可用美國專利3,761,345,日本專利JP-B-3-80991和JP-A-8-209518所公開的方法、或用美國LIBA公司制造的MULTI-AXIAL復合織物制造機或類似物制造。<增強纖維束>
作為用于本發(fā)明的增強纖維束，可以指出用作FRP和FRTP的增強材料的玻璃纖維、碳纖維、氧化鋁纖維、芳族聚酰胺纖維和類似物的復絲紗線。在用作FRP而被熱塑性樹脂浸漬時，最好使用未加捻的纖維束，其可以容易地被樹脂浸漬。
構成增強纖維束的長絲的直徑可在3-25μm的范圍內，至于長絲的數目可用100-25000根增強纖維。纖維束的粗細(支數)在用玻璃纖維束的情況下適宜為570-2200g/1000m，在用碳纖維束或芳族聚酰胺纖維束的情況下適宜為200-4000g/1000m。
用于本發(fā)明的四軸非織造織物的增強纖維不僅可以是一種纖維，而且可以是兩種或多種纖維的組合。例如可以采用碳纖維作為經紗材料并采用玻璃纖維作為緯紗材料和斜向材料。各該材料的支數不必相同，可根據所需模制品的性能加以改變。
用于本發(fā)明的增強纖維可根據要被增強的基體樹脂的種類改變成束處理的種類而被制成纖維束，例如玻璃纖維能被這樣制成纖維束，當要被增強的樹脂為聚酯樹脂時，可用含有甲基丙烯酸硅烷的成束劑處理，當要被增強的樹脂為環(huán)氧樹脂時可用含有環(huán)氧硅烷的成束劑處理。<熱塑性樹脂組分>
本發(fā)明的用于復合材料的增強纖維基材的特征為，各纖維束層是用熱塑性樹脂組分隨機而部分地粘結在至少一個纖維束層的增強纖維束的表面上來連結在一起的。
這里“用熱塑性樹脂組分隨機而部分地粘結在纖維束層的增強纖維束的表面上”意味著熱塑性樹脂組分被隨機地粘結在增強纖維束的一部分表面上。另外，“隨機地”意味著熱塑性樹脂組分被不規(guī)則地粘結在纖維束層內纖維束表面的未被規(guī)定的位置上。在本發(fā)明中的“隨機而部分地被粘結的狀態(tài)”并不包括下列兩種情況一是熱塑性樹脂被粘結在纖維束的整個表面上，其時熱塑性塑料被有規(guī)則地粘結著有一個規(guī)定的形式或模式；二是使用薄的熱塑性樹脂纖維片、薄的熱塑性樹脂片或類似物將熱塑性樹脂粘結在纖維束的表面上。這樣在本發(fā)明中，由于熱塑性樹脂組分被隨機而部分地粘結在纖維束的表面上，如果在纖維束層的交叉點上有熱塑性樹脂組分，那么這些層可在交叉點上連結在一起；反之，如果在交叉點上沒有熱塑性樹脂組分，那么這些層不會連結，只是層壓疊置。這種連結狀態(tài)可改善層壓纖維束間的連結強度和可成形性之間的平衡，并且在保持連結強度恒定的情況下能夠較大地增加纖維在被模制時運動的自由度。結果可以得到一個本身具有高度柔性的增強纖維基材，并可用來生產具有復雜形狀的模制品。具體地說，熱塑性樹脂組分可粘結在纖維束的外周表面上成為如

圖1和2所示的狀態(tài)，這種狀態(tài)可通過利用將熱塑性樹脂制成纖維而獲得的熱塑性樹脂纖維或者將熱塑性樹脂制成粉末而獲得的熱塑性樹脂粉末而實現。圖1所示為熱塑性樹脂纖維被用作熱塑性樹脂組分時線性地粘結在纖維束表面上的狀態(tài)，熱塑性樹脂纖維用虛線示出。圖2所示為熱塑性樹脂粉末被用作熱塑性樹脂組分時以點狀粘結在纖維束表面上的狀態(tài)，熱塑性樹脂粉末以黑點示出。
適用的熱塑性樹脂的熔點適宜為約80-150℃，最好為約100-130℃。
熱塑性樹脂纖維例如可包括尼龍共聚物、聚酯共聚物和丙烯酸酯共聚物。尼龍共聚物如尼龍6、尼龍66、尼龍12和尼龍610的共聚物。熱塑性樹脂纖維適宜的支數為10-50g/1000m，較好的支數為25-40g/1000m。在使用大支數的纖維束或具有粗網格的非織造織物時，每一纖維束內不僅可用一根而且可用多根(2-3)熱塑性樹脂纖維。為了線性地粘結熱塑性樹脂纖維，方法是將增強纖維束和熱塑性樹脂纖維排列在一個方向上，然后用一個裝置如傳送帶使它們移動通過一個循環(huán)熱空氣加熱爐、一個紅外爐或一個遠紅外爐被加熱，從而將軟化或熔化的熱塑性樹脂纖維粘結在增強纖維上。另一個方法是將增強纖維束和熱塑性樹脂纖維排列在一個方向上，使它們與加熱輥密切接觸而被加熱，并用冷卻輥使它們冷卻。還有其他方法。如圖1可見，熱塑性樹脂纖維被隨機地粘結在纖維束上。當每一纖維束內使用多根熱塑性樹脂纖維時，各該纖維被布置在不同的位置上如纖維束的上面、下面、左面和右面的位置上以保證纖維束能互相粘結。
熱塑性樹脂粉末例如可包括未飽和的聚酯樹脂粉末、醇酸樹脂粉末或類似物，其顆粒大小為50-200目。為了以點狀粘結熱塑性樹脂粉末，方法是用公知的振動喂送器、旋轉的滾筒喂送器等將粉末以大約4-5g/m2的量撒布在纖維束層上，這些設備能在給定的寬度內以薄的厚度輸送恒定數量的粉末。按照另一個方法，熱塑性樹脂粉末可預先熱熔融在纖維束上。當使用熱塑性樹脂粉末時，非織造織物最好不要形成粗網格。
熱塑性樹脂和增強纖維束的含量比例以重量計適宜為0.4-10％的熱塑性樹脂組分和90-99.6％的增強纖維束，最好為2-5％的熱塑性樹脂組分和95-98％的增強纖維束。另外，熱塑性樹脂以較低的含量為宜。但若熱塑性樹脂組分的比率低于上述范圍，連結強度將不足夠；而若高于上述范圍，非織造織物被熱塑性樹脂浸漬的部分將增加致使基體樹脂的浸漬速度降低并在用液態(tài)的基體樹脂浸漬時增加失效的可能性。<生產復合材料用的增強纖維基材的方法>
如上所述，本發(fā)明的生產方法的特征為，將增強纖維束和熱塑性樹脂纖維排列在一個方向，將大量如此獲得的纖維束平行放置使它們形成具有單向增強纖維束的纖維束層，將該纖維束層與增強纖維束的纖維束層堆積起來使相鄰層的纖維束的方向彼此不相同，然后對疊置的纖維束層加熱并加壓使它們連結在一起。另一個方法是將增強纖維束排列在一個方向，將大量如此獲得的纖維束平行放置使它們形成具有單向增強纖維束的纖維束層，將熱塑性樹脂粉末撒布在纖維束方向互不相同的纖維束層之間，然后將這些纖維束層堆積起來，對疊置的纖維束層加熱并加壓使它們連結在一起。
作為具體實例，下面結合圖3和4說明增強纖維基材的生產方法，該基材為四軸非織造織物，使用熱塑性樹脂纖維作為熱塑性樹脂。在圖3和4中，循環(huán)傳送帶3設有銷排2、2′，其中以恒定的節(jié)距設在縱長方向上左右兩側的捕紗銷釘1、1′可在機械方向上向前運動。在傳送帶之上設有滑軌4、4′(兩個一組)，它們互相平行并以給定的角度α斜向越過傳送帶。還有一個與機械方向平行的橫向導引桿5，其兩端都可滑動地被滑軌支承著，因而可沿著滑軌來回運動。在橫向導引桿5上設有多個為細管的導管6排列在一條線上，它們的節(jié)距和方向與傳送帶的銷釘一樣，并有大量的增強纖維7連同熱塑性樹脂纖維19通過導管6被輸送到傳送帶3上。
每當與增強纖維的數目相同的傳送帶3的銷釘向前運動時，橫向導引桿5就來回一次，并且在橫向導引桿轉變方向時，相關的紗線被左、右側的銷釘1、1′掛住，從而形成一個在左、右銷排2、2′之間具有大量斜向紗線的本體8。在這情況下通過對角度α及傳送帶3和橫向導引桿5速度的調節(jié)，可使圖3中的角度β成為直角。
另外，在傳送帶3之上還設有與滑軌4、4′相似的滑軌9、9′，使其與機械方向形成一個180-α的角度，并設有帶著導管11的橫向導引桿10使它能夠可滑動地在兩滑軌9、9′之間來回移動。大量增強纖維12連同熱塑性樹脂纖維20通過導管11被輸入，從而形成在銷排2、2′之間具有斜向紗線的相似的本體。這兩個具有斜向紗線的本體被層疊在一起，形成一個由緯紗材料與兩個方向相交的斜向紗線結合起來的本體13。
圖4為圖3的側視圖，在圖4中添加了經紗材料14、15。經紗材料14、15被這樣輸入使結合體13被夾持在其間。被夾持在經紗材料14、15之間的結合體13在移動抵達熱滾筒16的位置時使可從銷釘上脫開，連同經紗材料一起與熱滾筒16密切接觸而被加熱，接著被壓力滾筒17加壓連結，形成四軸非織造織物18。
同時熱塑性樹脂纖維19、20連同大量增強纖維7、12分別被輸入。熱塑性樹脂纖維也可連同經紗材料14、15一起被輸入。
在圖4中，經紗材料是從結合體13的上側和下側被輸入，但在某些情況下，可允許結合體13只由從下側輸入的經紗材料14與熱滾筒接觸，這樣可以得到經紗材料只在一側的四軸非織造織物。
圖3和4中所示裝置不僅能生產四軸非織造織物，而且也能產生三軸非織造織物。
纖維束層的加熱條件不受限制，只要加熱溫度能使熱塑性樹脂組分熔化即可，例如為120-200℃，并且這個溫度應根據樹脂的種類、生產線的速率和纖維束層的厚度而變。加熱溫度最好使熱塑性樹脂纖維或粉末熔化到這樣程度、使它近乎保持纖維或粉末的狀態(tài)而又不在增強纖維束的表面上展開成為薄膜，因為薄膜能阻礙用基體樹脂浸潰。纖維束的加壓條件可以是通常的加壓條件，只要纖維束在熔化后能被冷卻滾筒加壓和固定即可，不會有什么問題。
這樣得到的增強纖維復合基材的結構如圖5和6所示。如圖5可見，纖維束層是用部分(線性地)粘結在纖維束表面上的熱塑性樹脂纖維連結在一起。
圖2示出當熱塑性樹脂粉末被用作熱塑性樹脂組分時熱塑性樹脂在增強纖維束上的粘結狀態(tài)。
圖3為使用熱塑性樹脂纖維來生產本發(fā)明的復合材料用的增強纖維基材(三軸或四軸非織造織物)的裝置的平面圖(用來輸送經紗14、15的裝置未被示出)。
圖4為使用熱塑性樹脂纖維來生產本發(fā)明的復合材料用的增強纖維基材(三軸或四軸非織造織物)的裝置的側視圖。
圖5為使用熱塑性樹脂纖維時纖維束互相連結的狀態(tài)的放大視圖。
圖6為使用熱塑性樹脂纖維時纖維束互相連結的狀態(tài)。
玻璃纖維束(Nitto Boseki公司制造的RS 110QL；支數1100g/1000m，長絲直徑16μm)被用作經紗材料、緯紗材料和斜向材料。
尼龍共聚物(熔點100-120℃，支數33g/1000m)被用作熱塑性樹脂纖維，并且在輸送緯紗材料和斜向材料時沿著纖維束被輸送，但不沿著經紗材料被輸送。熱塑性樹脂纖維的重量為增強纖維束的2.4％，以重量計。
使用圖3和4所示的裝置，緯紗材料和斜向材料被夾持在設在其上和其下的經紗材料之間，然后一同移動到熱壓滾筒之間，從而將連同緯紗材料和斜向材料輸送的尼龍共聚物熔化使這些材料彼此線性地連結在一起，來制出四軸非織造織物。
造成的四軸非織造織物的基本重量為770g/m2，相關的被排列材料的數目在經紗方向上為20/10cm，在緯紗方向上為19/10cm，在兩個傾斜的方向上均為14/10cm。<例2>
使用與例1相同的玻璃粗紗以與例1相同的方式生產出四軸非織造織物，只是沒有使用熱塑性樹脂纖維，而是使用熱塑性樹脂粉末(KaoAtlas有限公司制造的NEWTLAC 514)，將該粉末撒布在各該層之間。<比照例1>
使用與例1相同的方式生產出四軸非織造織物，只是沒有使用例1中的熱塑性樹脂組分，而是在緯紗材料和斜向材料被經紗材料夾持后，一起浸入到丙烯酸乳化液內，然后用壓力滾筒擠壓出多余溶液，進行干燥，使它們連結。<比照例2>
與例1的四軸非織造織物的重量相同的玻璃粗紗布被生產出來以資比較。<層壓件的生產>
例1、例2和比照例1中每一個例子所得到的四個四軸非織造織物被分別層壓，使用三種樹脂即聚酰胺(尼龍)樹脂、環(huán)氧樹脂和不飽和的聚酯樹脂來得到厚度為2mm的層壓片。至于比照例2，只用不飽和的聚酯樹脂來生產層壓片。每一種樹脂的成分和層壓片的生產方法如下聚酰胺樹脂尼龍6的薄膜(80μm厚)被用作聚酰胺樹脂，將該薄膜放置在具有四個四軸非織造織物的分層疊合制品的兩側和非織造織物之間，然后在下列條件下將它們熱壓，溫度280℃，時間20分鐘，壓力15kg/cm2。
環(huán)氧樹脂用下列環(huán)氧樹脂浸漬非織造織物，使它干燥形成半固化的預浸漬材料，然后在100℃熱壓20分鐘。
Araldite，環(huán)氧樹脂(Ciba-Geigy公司制造的AW136H)100份固化劑(Ciba-Geigy公司制造的HY994)40份不飽和的聚酯樹脂四軸非織造織物(比照例2中的玻璃粗紗布)用下列樹脂浸漬，然后在25℃加壓60分鐘，便可得到層壓片。
O-鄰苯二甲酸基的聚酯100份BPO(過氧化苯甲酰) 1份環(huán)烷酸鈷0.1份在得到的層壓片中玻璃纖維的含量以體積計為50％。每一層壓片的外觀都經觀察。由于丙烯酸樹脂以薄膜的形式粘結在比照例1中的四軸非織造織物的纖維束上，用基體樹脂進行的浸漬不充分，該層壓片不適合于實際使用。<層壓片的外觀>
例1和例2中得到的層壓片在使用聚酰胺樹脂、環(huán)氧樹脂和聚酯樹脂的情況下都是透明的。而比照例1中的層壓片的浸漬不夠充分，顏色變白。<層壓片的強度>
在用例1和比照例1的四軸非織造織物制備的層壓片的經紗、緯紗和傾斜方向上按照JIS K 7055進行彎曲強度的測量。測量結果如表1所示。用例2的四軸非織造織物制備的層壓片的彎曲強度與從例1得到的結果近乎相同。
另外，在用例1的四軸非織造織物和比照例2的玻璃粗紗布制備的層壓片的經紗、緯紗和傾斜方向上按照JIS K 7057進行層間剪切強度的測量。測量結果如表2所示，從該表可見，使用本發(fā)明的四軸非織造織物的層壓件與使用粗紗布的層壓件相比，層間剪切強度較高，因此能制出抗扭強度高的橫壓件如面板和圓筒。
表1

測量方法JIS K 7055表2

測量方法JIS K 7057<用熱塑性樹脂浸漬的層壓片的可成形性>
為了檢查用熱塑性樹脂浸漬的層壓片的可成形性，將例1中的具有四軸非織造織物的層壓片與比照例2中的用聚酰胺樹脂浸漬的粗紗布的層壓片比較，兩個層壓片都被預熱并放置在半球形的模具內，然后通過熱壓，制出半球形的模制品(直徑為15cm)，觀察增強纖維束的狀態(tài)。
在由例1中的層壓片制出的模制品中，在模制品上沒有看到褶皺，在作為增強材料的四軸非織造織物的經紗材料、緯紗材料和斜向材料上也沒有看到局部滑移和裂紋，結果是令人滿意的。而在由比照例2中的層壓片制出的模制品中，發(fā)生部分褶皺，并且作為增強材料的布的經紗和緯紗有滑移以致產生出只有經紗或緯紗的部分。
我們推測這是因為在使用布(織造織物)的情況下，該布不能在經紗和緯紗方向被拉動只能在傾斜方向變形的原故。而在使用四軸非織造織物的情況下，由于各該材料只是分層疊合，材料能夠在有關方向自由運動的原故。
工業(yè)上的可應用性由于在本發(fā)明的復合材料用的增強纖維基材中，纖維束只是用少量的熱塑性樹脂組分局部地連結在一起，用基體樹脂浸漬可得到滿意的結果，并且熱固性和熱塑性樹脂都能使用。另外，由于不需要像織造織物那樣在經紗和緯紗的交叉部提供樹脂的儲備，因此增強纖維的含量能夠增加并能提供機械性能良好的復合材料。
此外在本發(fā)明的復合材料用的增強纖維基材中，由于纖維束只是層壓連結，因此在模壓時纖維運動的自由度相當大，而基材本身是柔性的，可成形性優(yōu)越，所以能被用來生產具有復雜形狀的模制品。
再者，當四軸非織造織物被用作本發(fā)明的復合材料用的增強纖維基材時，連續(xù)的增強纖維被線性地布置在經紗方向、緯紗方向和兩個傾斜方向，因此復合材料的強度較少由于方向而發(fā)生差異，能夠得到很好的增強。
另外，本發(fā)明的復合材料用的增強纖維基材在用樹脂浸漬和層壓的地方就被剪刀切割使之與模型適應，并且由于在各方向上的紗線都是用熔融的熱塑性樹脂部分連結的，因此與傳統(tǒng)制造多軸非織造織物時用縫紉機縫合或用針織將許多纖維束固定在一起的做法相比，能夠得到纖維束極少掉落的效果。此外，由于對紗線或針織紗的組成并無限制，纖維的開松(opening)性能良好，能夠容易地得到光滑的表面。
再者，由于本發(fā)明的四軸非織造織物的生產并不需要織造的步驟，因此用于工業(yè)生產有十分有利的效果，生產速率能夠提高，制造成本能夠降低。
權利要求
1．一種復合材料用的增強纖維基材，其具有至少兩個各有單向增強纖維束的纖維束層，其特征為，相鄰纖維束層中的增強纖維束的方向各不相同，熱塑性樹脂組分隨機而部分地粘結在至少一個纖維束層中的增強纖維束的表面上，從而使各纖維束層用熱塑性樹脂組分互相連結。
2．根據權利要求1的復合材料用的增強纖維基材為雙軸非織造織物。
3．根據權利要求1的復合材料用的增強纖維基材為三軸非織造織物。
4．根據權利要求1的復合材料用的增強纖維基材為四軸非織造織物。
5．根據權利要求1的復合材料用的增強纖維基材，其特征為，熱塑性樹脂組分為熱塑性樹脂纖維。
6．根據權利要求1的復合材料用的增強纖維基材，其特征為，熱塑性樹脂組分為熱塑性樹脂粉末。
7．一種生產復合材料用的增強纖維基材的方法，其特征為，將增強纖維束和熱塑性樹脂纖維一起排列在一個方向上，將大量如此獲得的纖維束平行放置，從而形成具有單向增強纖維束的纖維束層，將此纖維束層與增強纖維束的纖維束層堆積起來使各層中的增強纖維束的方向各不相同，將疊置的纖維束層加熱并加壓使它們彼此連結在一起。
8．一種生產復合材料用的增強纖維基材的方法，其特征為，將增強纖維束排列在一個方向上，將大量如此獲得的纖維束平行放置從而形成具有單向增強纖維束的纖維束層，將熱塑性樹脂粉末撒布在如此獲得的兩個纖維束方向互不相同的纖維束層之間，然后將這些纖維束層疊置成層，對它們加熱并加壓使它們連結在一起。
全文摘要
一種復合材料用的增強纖維基材,其具有至少兩個各有單向纖維束的纖維束層,基特征為,相鄰纖維束層的纖維束的方向各不相同,熱塑性樹脂組分隨機而又部分地粘結在至少一個纖維束層的增強纖維束的表面上,從而將各纖維束層用熱塑性樹脂組分互相連結?；哪苡没w樹脂良好地浸漬。基材的機械性能良好,并有良好的可成形性。
文檔編號D04H3/04GK1314842SQ9881427
公開日2001年9月26日 申請日期1998年10月12日 優(yōu)先權日1998年10月12日
發(fā)明者佐佐木靖夫, 谷春久, 山口茂雄, 藤井干也 申請人:日東紡績株式會社