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TW201406842A - 碳纖維複合材料及使用其而成之成形品、以及彼等之製造方法 - Google Patents

碳纖維複合材料及使用其而成之成形品、以及彼等之製造方法 Download PDF

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TW201406842A
TW201406842A TW102120495A TW102120495A TW201406842A TW 201406842 A TW201406842 A TW 201406842A TW 102120495 A TW102120495 A TW 102120495A TW 102120495 A TW102120495 A TW 102120495A TW 201406842 A TW201406842 A TW 201406842A
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TW
Taiwan
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carbon fiber
fiber composite
composite material
thermoplastic resin
molded article
Prior art date
Application number
TW102120495A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazuhiko Tomioka
Kazuyoshi Nakano
Original Assignee
Toyo Plastic Seiko Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyo Plastic Seiko Co Ltd filed Critical Toyo Plastic Seiko Co Ltd
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Abstract

一種碳纖維複合材料之製造方法，其係將具有包含碳纖維之芯成分和包含第1熱塑性樹脂之鞘成分之芯鞘構造的顆粒與第2熱塑性樹脂予以熔融，將經熔融的顆粒及第2熱塑性樹脂在指定溫度混煉。又，一種成形品之製造方法，其係將使用該製造方法所製造之碳纖維複合材料予以熔融、成形。再者，一種碳纖維複合材料，其特徵為包含第1熱塑性樹脂、第2熱塑性樹脂及碳纖維，且具有於由第2熱塑性樹脂所構成的海相內，分散有由第1熱塑性樹脂所構成的島相之構造；以及一種將其成形而成之成形品。藉由此等，可提供能實現物性強度的提升，後加工為容易，最適合於高剛性的成形品之生產的碳纖維複合材料(混雜合金碳纖維複合樹脂或混雜奈米合金碳纖維複合樹脂)及將彼等成形而成之成形品，以及彼等之製造方法。

Description

碳纖維複合材料及使用其而成之成形品、以及彼等之製造方法
本發明關於謀求力學特性的提升，後加工容易，適合於擠壓成形之碳纖維複合材料，使用該碳纖維複合材料而成之成形品，以及該碳纖維複合材料及該成形品之製造方法。
於習知技術中，準備於碳纖維浸漬有液狀的熱硬化性樹脂之預浸漬物，藉由將其在高溫高壓化下進行高壓釜處理，而得到碳纖維複合材料。然而，需要將預浸漬物在低溫下保管用之低溫設備，或高壓釜用之高溫設備等的高價設備，具有此等設備係大的負擔。
因此，作為代替以往的熱硬化性樹脂而使用操作容易的熱塑性樹脂之方法，專利文獻1中揭示在連續的碳纖維束之周圍被覆熱塑性樹脂而成之成形用材料，將成形材料切斷成50mm以下者。於該構成中，為了提高碳纖維與樹脂之密接性，較佳為使用低黏度的熱塑性樹脂。
然而，低黏度樹脂雖然適合於藉由對模具內填充樹脂而進行成形之射出成形，但於藉由使熔融的樹脂自擠壓機流入模頭而進行成形的擠壓成形中，成形品之形狀不安定，具有切削性或力學特性不足的傾向之問題，而摸索併用高黏度的熱塑性樹脂之方法。
因此，作為使用高黏度的熱塑性樹脂之方 法，專利文獻2中揭示以低黏度的熱塑性樹脂被覆碳纖維之束後，更以高黏度的熱塑性樹脂被覆之顆粒之製造方法。
然而，使用此方法所得之顆粒於擠壓成形時，低黏度的熱塑性樹脂與高黏度的熱塑性樹脂係完全分離，由於樹脂內的碳纖維之分散不充分，在成形時或成形後多發生裂紋或空隙，難以作為製品利用。
因此，專利文獻3中揭示使經並絲的長纖 維浸漬有合成樹脂而成之長纖維強化合成樹脂線料(strand)或經切斷成任意長度的長纖維強化合成樹脂顆粒(pellet)，其由纖維含有率高之層與纖維含有率低之層所構成。而且，作為藉由該線料或顆粒所得之發明的效果，可舉出由於是長纖維成束且保持並絲的狀態之線料或顆粒，而成形品的耐衝撃強度良好；浸漬纖維束用的樹脂係低黏度者，浸漬速率快；於浸漬纖維束用的樹脂以外，由於為了彌補樹脂的分子量不足等問題，而使用其它樹脂之複合線料或顆粒，可得到高強度．高彈性之成形品等。
然而，使用該線料或顆粒於擠壓成形時，由於長纖維成束而收束，而在經熔融的樹脂內，碳纖維無法開纖，而且於成形為複雜化的形狀時，碳纖維係變成密集之狀態。結果，於擠壓成形之際，因長纖維而樹脂發生彈出彈回，不僅難以得到目的之形狀，而且碳纖維不均勻分散在樹脂全體中，反而有成為成形品的裂紋或空隙的原因之虞。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1 日本實開昭60-62912號公報
專利文獻2 日本特開2009-263482號公報
專利文獻3 日本特開平6-320536號公報
本發明係鑒於該習知技術之問題點而完成者，其目的在於提供包含熱塑性樹脂及碳纖維之力學特性及加工容易性優異之適合擠壓成形之碳纖維複合材料，使用該碳纖維複合材料而成之成形品，以及該碳纖維複合材料及該成形品之製造方法。
為了解決上述問題，本發明之碳纖維複合材料及使用其而成之成形品、以及彼等之製造方法，係具有以下之構成。
(1)一種碳纖維複合材料之製造方法，其係 將具有包含碳纖維之芯成分和包含第1熱塑性樹脂之鞘成分之芯鞘構造的顆粒與第2熱塑性樹脂予以熔融，將經熔融的顆粒及第2熱塑性樹脂在指定溫度混煉的碳纖維複合材料之製造方法，其特徵為：第2熱塑性樹脂係在指定溫度之黏度比第1熱塑性樹脂還高。
(2)如(1)之碳纖維複合材料之製造方法，其中於指定溫度，第2熱塑性樹脂之黏度係第1熱塑性樹脂之黏度的10~750倍。
(3)如(1)或(2)之碳纖維複合材料之製造方法，其中在指定溫度的第1熱塑性樹脂之黏度為50~500泊，在指定溫度的第2熱塑性樹脂之黏度為1,000~10,000泊。
(4)如(1)~(3)中任一項之碳纖維複合材料之製造方法，其中指定溫度係比第2熱塑性樹脂之熔點還高，指定溫度與第2熱塑性樹脂之熔點之差為30~90℃。
(5)如(1)~(4)中任一項之碳纖維複合材料之製造方法，其中第2熱塑性樹脂之熔點為100~370℃。
(6)如(1)~(5)中任一項記載之碳纖維複合材料之製造方法，其中於經熔融的顆粒及第2熱塑性樹脂中，更添加碳纖維。
(7)如(1)~(6)中任一項記載之碳纖維複合材料之製造方法，其中於碳纖維複合材料中，以5~60重量%之比例含有碳纖維。
(8)一種成形品之製造方法，其特徵為將由如(1)~(7)中任一項之碳纖維複合材料之製造方法所製造的碳纖維複合材料予以熔融，然後成形。
(9)如(8)之成形品之製造方法，其中藉由熔融擠壓法(melt extrusion molding method)或固化擠壓法(solidification extrusion molding method)將碳纖維複合材料予以成形。
(10)如(8)之成形品之製造方法，其中於將碳纖維複合材料予以成形而形成成形中間體後，更藉由加壓成型法、真空成型法、吹塑成形法或彎曲加工將該成形中間體予以成形。
(11)如(10)之成形品之製造方法，其中成形中間體係在壓力0.2~100MPa及溫度100~370℃之條件下被熱壓。
(12)如(10)之成形品之製造方法，其中成形中間體係在壓力1×10-5~0.05MPa及溫度100~370℃之條件下被真空成型。
(13)如(10)之成形品之製造方法，其中成形中間體係在氣壓0.2~10MPa及溫度100~370℃之條件下被吹塑成形。
(14)如(10)~(13)中任一項之成形品之製造方法，其中成形中間體係在與熱塑性樹脂材料、玻璃纖維基布或碳纖維複合材料彼此積層之狀態下被成形。
(15)一種碳纖維複合材料，其特徵為包含第1熱塑性樹脂、第2熱塑性樹脂及碳纖維，具有於由第2熱塑性樹脂所構成的海相內，分散有由第1熱塑性樹脂所構成的島相之構造。
(16)如(15)之碳纖維複合材料，其中第1熱塑性樹脂的折射率係與第2熱塑性樹脂的折射率相異。
(17)如(15)或(16)之碳纖維複合材料，其中碳纖維複合材料所含有的碳纖維之中50重量%以上存在於島相內。
(18)如(15)~(17)中任一項之碳纖維複合材料，其中以5~60重量%之比例含有碳纖維。
(19)如(15)~(18)中任一項之碳纖維複合材料，其中島相的平均直徑為10nm~100μm。
(20)如(19)之碳纖維複合材料，其中島相的平均直徑為10nm~1μm。
(21)一種成形品，其係將如(15)~(20)中任一項碳纖維複合材料予以成形而成。
(22)如(21)之成形品，其係藉由熔融擠壓法或固化擠壓法所成形。
(23)如(21)之成形品，其中在將碳纖維複合材料予以成形而形成成形中間體後，更藉由加壓成型法、真空成型法、吹塑成形法或彎曲加工將該成形中間體予以成形而成。
(24)如(23)之成形品，其中成形中間體係在壓力0.2~100MPa及溫度100~370℃之條件下被熱壓。
(25)如(23)之成形品，其中成形中間體係在壓力1×10-5~0.05MPa及溫度100~370℃之條件下被真空成型。
(26)如(23)之成形品，其中成形中間體係在氣壓0.2~10MPa及溫度100~370℃之條件下被吹塑成形。
(27)如(23)~(26)中任一項之成形品，其中成形中間體係在與熱塑性樹脂材料、玻璃纖維基布或碳纖維複合材料彼此積層之狀態下被成形。
藉由使用本發明的碳纖維複合材料，在擠壓成形中，可抑制在製品中所發生的裂紋或空隙。結果，藉由切削加工或熱處理處理之加壓加工或彎曲加工之後加工係可容易。
又，由於樹脂為熱塑性，可提供容易回收再利用之成形品。
1‧‧‧包含碳纖維複合材料的顆粒
2‧‧‧碳纖維
3‧‧‧第1熱塑性樹脂
4‧‧‧第2熱塑性樹脂
5‧‧‧具有3層構造的顆粒
6‧‧‧具有2層構造的顆粒
20‧‧‧馬達
21‧‧‧變速機
22‧‧‧擠壓機
23‧‧‧齒輪泵
24‧‧‧冷卻部
25‧‧‧側進給器
26‧‧‧模頭
27‧‧‧線料切刀
28‧‧‧腸線
29‧‧‧排氣口
30‧‧‧供給口
42、43‧‧‧顆粒供給裝置
45‧‧‧筒管
46‧‧‧碳纖維粗紗
50‧‧‧開纖裝置
51‧‧‧模頭
52‧‧‧熨平桿
53‧‧‧收束賦型部
54‧‧‧冷卻部
55‧‧‧底輥
56‧‧‧頂輥
57‧‧‧線料切刀
58‧‧‧旋轉刀
60‧‧‧擠壓機
61‧‧‧第1熱塑性樹脂
62‧‧‧固定刀
70‧‧‧模頭
71‧‧‧第2熱塑性樹脂
72a、72b‧‧‧導入孔
75‧‧‧顆粒
111‧‧‧熔融擠壓片之製造裝置
112‧‧‧模頭
114‧‧‧碳纖維複合材料
116、118、120‧‧‧加熱輥
122‧‧‧帶用加熱輥
124‧‧‧不銹鋼帶
126‧‧‧加熱爐
128‧‧‧切刀
129、129a、129b‧‧‧片
130‧‧‧熔融擠壓管之製造裝置
131‧‧‧熔融擠壓管用模頭
135‧‧‧管用修準模
139‧‧‧冷卻部
141‧‧‧溫度調節水入口
145‧‧‧溫度調節水出口
147‧‧‧恒溫水槽
149‧‧‧牽引機
150‧‧‧切刀
151‧‧‧熔融擠壓管
180‧‧‧熔融擠壓實心成形品之製造裝置
185‧‧‧熔融擠壓實心成形品用模頭
187‧‧‧實心成形品用修準模
188‧‧‧熔融擠壓實心品
190‧‧‧熔融擠壓異形品之製造裝置
191‧‧‧熔融擠壓異形品用模頭
192‧‧‧異形品用修準模
194‧‧‧熔融擠壓異形品
197‧‧‧I形異形品
198‧‧‧H形異形品
199‧‧‧T形異形品
210‧‧‧固化擠壓成形品之製造裝置
212‧‧‧固化擠壓成形品用模頭
213‧‧‧加熱部
215‧‧‧加熱器
217‧‧‧冷卻部
218‧‧‧隔熱材
219‧‧‧水路
227‧‧‧牽引機
230‧‧‧固化擠壓成形品
231‧‧‧塊
232‧‧‧圓棒
300‧‧‧積層體
301‧‧‧凹模
302‧‧‧凸模
305‧‧‧加熱器
306‧‧‧水冷管
308、308a、308b‧‧‧熱壓成形片
320‧‧‧盒形狀用凹模
321‧‧‧盒形狀用凸模
324、327、327a、394‧‧‧熱壓成形體
325、326、326a、375、379、393‧‧‧熱壓成形品
342‧‧‧真空成形模具
344‧‧‧吸引孔
345‧‧‧吸引口
346‧‧‧真空成形體
347‧‧‧真空成形品
351‧‧‧片固定具
352‧‧‧片保持體
353、392‧‧‧下模
354、391‧‧‧上模
355‧‧‧吹口
356‧‧‧吹孔
357‧‧‧吹塑成形品保持體
358‧‧‧吹塑成形品
371‧‧‧玻璃纖維織物
372、378‧‧‧積層體
377‧‧‧熱塑性樹脂片
401‧‧‧S字狀彎曲加工品
402‧‧‧四方形彎曲加工品
P1、P2、P3‧‧‧顆粒供給路徑
第1圖係顯示本發明的一實施型態之包含碳纖維複合材料的顆粒之示意斜視圖。
第2圖係用於說明第1圖所示的顆粒之構造的部分放大截面圖，(a)係顯示碳纖維複合材料的構造之一例的模型橫截面圖，(b)係顯示用電子顯微鏡觀察碳纖維複合材料的側截面之結果的一例之截面觀察圖。
第3圖係顯示以往之具有3層構造的顆粒之一例的示意斜視圖。
第4圖係顯示以往之具有2層構造的顆粒之一例的示意斜視圖。
第5圖係顯示第1圖之顆粒的製造方法之一例的製造步驟圖。
第6圖係顯示第1圖之顆粒的製造方法之另一例的製造步驟圖。
第7圖係顯示第4圖之顆粒的製造方法之一例的製造步驟圖。
第8圖係顯示第3圖之顆粒的製造時所用之模頭的一例之示意縱截面圖。
第9圖係顯示藉由熔融擠壓法的片之製造方法的一例之製造步驟圖。
第10圖係顯示藉由熔融擠壓法的管之製造方法的一例之製造步驟圖。
第11圖係例示藉由第10圖之製造方法所製造的管之截面形狀的示意截面圖。
第12圖係顯示藉由熔融擠壓法的圓棒之製造方法的一例之製造步驟圖。
第13圖係例示藉由第12圖之製造方法所製造的圓棒之截面形狀的示意截面圖。
第14圖係顯示藉由熔融擠壓法的異形品之製造方法的一例之製造步驟圖。
第15圖係例示藉由第14圖之製造方法所製造的異形品之截面形狀的示意截面圖，(a)表示I形異形品之截面形狀，(b)表示H形異形品之截面形狀，(c)表示T形異形品之截面形狀。
第16圖係顯示藉由固化擠壓法的成形品之製造方法的一例之製造步驟圖。
第17圖係例示藉由第16圖之製造方法所製造的成形品之截面形狀的示意截面圖，(a)表示擠出塊的截面形狀，(b)表示圓棒的截面形狀。
第18圖係顯示藉由熱壓成形的成形步驟之第1例的流程圖，(a)表示準備作為材料的碳纖維複合材料片之步 驟，(b)表示在模具內將片予以積層之步驟，(c)表示將片積層而成的積層體投入模具內的指定位置之步驟，(d)表示關閉模具進行熱壓之步驟，(e)表示打開模具取出成形體之步驟，(f)表示進行成形體之修邊而得到成形品之步驟。
第19圖係顯示藉由熱壓成形的成形步驟之第2例的流程圖，(a)表示準備作為材料的碳纖維複合材料片之步驟，(b)表示將片置入模具內之步驟，(c)表示關閉模具進行熱壓之步驟，(d)表示打開模具取出成形體之步驟，(e)表示進行成形體的修邊而得到成形品之步驟。
第20圖係顯示藉由熱壓成形的成形步驟之第3例的流程圖，(a)表示準備作為材料的碳纖維複合材料片之步驟，(b)表示將片置入模具內之步驟，(c)表示關閉模具進行熱壓之步驟，(d)表示打開模具取出成形體之步驟，(e)表示進行成形體的修邊而得到成形品之步驟。
第21圖係顯示藉由熱壓成形的成形步驟之第4例的流程圖，(a)表示加熱碳纖維複合材料片之步驟，(b)表示將經加熱的片置入模具內之步驟，(c)表示關閉模具進行熱壓之步驟，(d)表示打開模具取出成形體之步驟，(e)表示進行成形體的修邊而得到成形品之步驟。
第22圖係顯示藉由真空成形的成形步驟之一例的流程圖，(a)表示加熱碳纖維複合材料片之步驟，(b)表示將經加熱的片置入模具內之步驟，(c)表示將片予以賦型而進行真空成形之步驟，(d)表示自模具取出成形體之步驟，(e)表示進行成形體的修邊而得到成形品之步驟。
第23圖係顯示藉由吹塑成形的成形步驟之一例的流程圖，(a)表示將使用碳纖維複合材料片所成的片保持體予以加熱之步驟，(b)表示將經加熱的片保持體置入模具內之步驟，(c)表示關閉模具進行吹塑成形之步驟，(d)表示打開模具取出成形品保持體之步驟，(e)表示進行保持體的卸除及成形體的修邊而得到成形品之步驟，(f)表示所得之成形品的截面圖。
第24圖係顯示藉由熱壓成形的成形步驟之第5例的流程圖，(a)表示準備碳纖維複合材料片及玻璃纖維織物作為材料之步驟，(b)表示將片及織物在模具內積層之步驟，(c)表示將片及織物積層而成的積層體投入模具內的指定位置之步驟，(d)表示關閉模具進行熱壓之步驟，(e)表示打開模具取出成形體之步驟，(f)表示進行成形體的修邊而得到成形品之步驟。
第25圖係顯示藉由熱壓成形的成形步驟之第6例的流程圖，(a)表示準備碳纖維複合材料片及熱塑性樹脂片作為材料之步驟，(b)表示將片在模具內積層之步驟，(c)表示將片積層而成的積層體投入模具內的指定位置之步驟，(d)表示關閉模具進行熱壓之步驟，(e)表示打開模具取出成形體之步驟，(f)表示進行成形體的修邊而得到成形品之步驟。
第26圖表示藉由熱壓成形的成形步驟之第7例的流程圖，(a)表示將作為材料的碳纖維複合材料片置入模具內之步驟，(b)表示關閉模具進行熱壓之步驟，(c)表示打開模具取出成形體之步驟，(d)表示進行成形體的修邊而得到成形品之步驟。
第27圖係顯示成形品的二次加工之一例的示意斜視圖，(a)表示成為二次加工的材料之異形擠壓品，(b)表示將異形擠壓品予以彎曲加工而成的S字彎曲加工品，(c)將異形擠壓品予以彎曲加工而成的四方形彎曲加工品。
實施發明的形態
以下，詳細說明本發明。
本發明中的碳纖維複合材料之製造方法，係將具有包含碳纖維之芯成分和包含第1熱塑性樹脂之鞘成分之芯鞘構造的顆粒與第2熱塑性樹脂予以熔融，將經熔融的顆粒及第2熱塑性樹脂在指定溫度混煉的碳纖維複合材料之製造方法，該方法之特徵為：第2熱塑性樹脂係在指定溫度之黏度比第1熱塑性樹脂還高。
又，本發明亦提供由上述製造方法所製造之碳纖維複合材料。即，本發明中的碳纖維複合材料係含有特徵為包含第1熱塑性樹脂、第2熱塑性樹脂及碳纖維，具有於由第2熱塑性樹脂所構成的海相內，分散有由第1熱塑性樹脂所構成的島相之構造者。再者，該碳纖維複合材料亦稱為混雜碳纖維複合樹脂或混雜合金(hybrid alloy)碳纖維複合樹脂。特別是島相的平均直徑(後述)為1μm以下者，係具有與Nanoalloy(註冊商標)類似的優異特性，亦稱為混雜奈米合金碳纖維複合樹脂。
於作為成形的材料使用之碳纖維複合材料中，碳纖維與樹脂的親和性，即密接性高，係成形時最 重要之點。又，一般於熱塑性樹脂中，黏度愈低則與碳纖維的密接性愈高。因此，例如亦可考慮使用包含碳纖維與低黏度的樹脂之顆粒來製造碳纖維複合材料。然而，作為碳纖維複合材料的樹脂，若僅使用黏度低的樹脂，則由於在成形時樹脂會追隨碳纖維的配向，有發生碳纖維推開彈回樹脂或裂紋、空隙等的不良狀況之虞，難以得到目的之成形品。相對於此，由上述碳纖維複合材料之製造方法所製造的碳纖維複合材料，係可一邊藉由黏度相對低的第1熱塑性樹脂包裹碳纖維而確保碳纖維與樹脂之親和性，一邊藉由黏度相對高的第2熱塑性樹脂覆蓋第1熱塑性樹脂而抑制彈回(springback)或裂紋、空隙等之不良狀況，而可得到目的之成形品。而且，與習知技術的碳纖維複合材料不同，由於碳纖維、第1熱塑性樹脂及第2熱塑性樹脂皆均勻分散，可得到剛性高之成形品。
上述第1熱塑性樹脂的折射率與第2熱塑性樹脂的折射率相異為較佳。
從碳纖維與樹脂的親和性之確保的觀點來看，上述碳纖維複合材料所含有的碳纖維之中50重量%以上存在於島相內較佳。又，存在於島相內的碳纖維之比例更佳為70重量%以上，尤佳為90重量%以上。
本發明中的碳纖維之纖維直徑較佳為0.5~20μm，更佳為5~15μm。纖維直徑若太粗，則在成形品的熱彎曲加工時，回彈變強，有發生扭曲或凹凸之虞。又，纖維直徑若細，則成形品的機械強度有降低之虞。
於上述碳纖維複合材料中，含有碳纖維之比例較佳為5~60重量%，更佳為15~50重量%，尤佳為20~40重量%。
上述的指定溫度較第2熱塑性樹脂之熔點(第2熱塑性樹脂為非晶性時係玻璃轉移點)高為較佳。又，指定溫度與第2熱塑性樹脂之熔點之差較佳為30~90℃，更佳為40~90℃。
再者，第1熱塑性樹脂之熔點較佳為100~370℃。又，第2熱塑性樹脂之熔點較佳為100~370℃。
第2熱塑性樹脂之黏度係在上述指定溫度時，相對於第1熱塑性樹脂之黏度，較佳為10~750倍，更佳為20~500倍，尤佳為50~200倍。
又，於上述指定溫度時，第1熱塑性樹脂之黏度為50~500泊，第2熱塑性樹脂之黏度為1,000~10,000泊較佳。再者，於上述指定溫度時，第1熱塑性樹脂之黏度為100~300泊，第2熱塑性樹脂之黏度為1,500泊~5000泊更佳。
再者，第1熱塑性樹脂與第2熱塑性樹脂係樹脂成分可相同或相異。例如，於成分相同但聚合度及黏度相異的2種類之樹脂之中，可使用黏度相對地低之樹脂作為第1熱塑性樹脂，使用黏度相對地高之樹脂作為第2熱塑性樹脂。
碳纖維複合材料之製造時可使用的熱塑性樹脂，係可為聚烯烴(例如聚乙烯、聚丙烯(PP)、聚丁烯、 聚苯乙烯)，或聚醯胺(例如尼龍6、尼龍66、尼龍11、尼龍12、尼龍610、芳香族尼龍)，或聚醯亞胺、聚醯胺醯亞胺、或聚碳酸酯、或聚酯(例如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)，或聚苯硫(PPS)、聚亞碸、或聚四氟乙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物(ABS)、聚縮醛、聚醚、聚醚．醚．酮、聚甲醛。又，亦可為上述熱塑性樹脂之衍生物，或上述熱塑性樹脂之共聚物，以及彼等之混合物。
作為上述熱塑性樹脂，較佳為聚醯胺，更 佳為尼龍6、尼龍66、彼等之衍生物或共聚物、或含有上述任一者之混合物，尤佳為尼龍6、尼龍66。
又，作為上述熱塑性樹脂聚烯烴亦較佳，更佳為聚乙烯、聚丙烯、彼等之衍生物或共聚物、或含有上述任一者之混合物，尤佳為聚乙烯、聚丙烯。
再者，丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物、其衍生物或共聚物、或含有上述任一者之混合物亦較佳。
更且，聚苯硫、其衍生物或共聚物、或含有上述任一者之混合物亦較佳。
上述島相的平均直徑較佳為10nm~500μm。 再者，所謂島相的平均直徑，意指在碳纖維複合材料之截面中，將各島相換算成同一面積的真圓時之直徑的平均值。島相的平均直徑為1μm以上的混雜合金碳纖維複合樹脂時，平均直徑較佳為1μm~500μm，更佳為1μm~100μm。又，島相的平均直徑小於1μm時的混雜奈米合金碳纖維複合樹脂時，平均直徑較佳為10nm~1μm，更佳為50nm~1μm，尤佳為150nm~1μm。
再者，於混煉中，較佳為使用一軸或二軸 的擠壓機。又，較佳為在該擠壓機的圓筒後半部設置真空排氣口，更佳為在該擠壓機的前端具備齒輪泵。
於上述碳纖維複合材料之製造方法中，亦 可更將碳纖維添加至經熔融的顆粒及第2熱塑性樹脂中。藉此，可提高碳纖維複合材料中的碳纖維之含有率，提高強度。作為添加碳纖維之方法，例如可舉出將由碳纖維粗紗所拉出的碳纖維長絲直接供應給擠壓機之方法，將切割成適度長度的碳纖維供應給擠壓機之方法等，惟不受此等所限定。
上述碳纖維複合材料係適合於成形用途。即，藉由將上述碳纖維複合材料予以熔融，然後成形，可得到力學強度及加工容易性優異之成形品。特別是包含碳纖維及熱塑性樹脂之上述碳纖維複合材料，係適合於習知技術中難以抑制彈回等的不良狀況之擠壓成形，亦可合適地利用於熔融擠壓法、固化擠壓法之任一者。又，上述碳纖維複合材料也可適用於以往的射出成形。
成形方法係沒有特別的限定，例如可使用日本特開平4-152122號公報中記載的心軸之製造方法及樹脂心軸之擠壓成形裝置、日本特開2001-315193號公報中記載的熔融擠壓之合成樹脂的管之製造方法、日本特開2000-313052號公報中記載的固化擠壓成形製法及其製造裝置、日本特開2008-246865號公報中記載的厚度不等樹脂片之製造方法及裝置等眾所周知之手段，得到包含上述碳纖維複合材料之成形品。又，關於成形品 之形狀，例如可藉由在模頭周圍進行加熱、冷卻、減壓(真空減壓)、隔熱等，而調整至目的之形狀。
再者，對上述成型方法所得之由碳纖維複 合材料所構成的成形品，亦可更施予二次加工，再成形為目的之形狀。作為二次加工之方法，例如可舉出異材積層、同材積層、模內加熱、模外加熱、模內冷卻、模外冷卻、模內加壓、模外加壓、模內減壓(真空減壓)、模外減壓、模內熱彎曲加工、模外熱彎曲加工、延伸、隔熱等，亦可組合此等方法而實施。
再者，於上述成形中，亦可在包含碳纖維複合材料的顆粒中，更混煉其它顆粒後，進行成形。
於上述碳纖維複合材料中，亦可含有上述的顆粒或樹脂、碳纖維以外者。例如，亦可含有1~10重量%碳纖維之束的收束或表面處理用的熱硬化性樹脂。又，也可含有如胺基矽烷、環氧矽烷、醯胺矽烷、疊氮矽烷、丙烯酸矽烷之矽烷偶合劑，或鈦酸酯系偶合劑，或此等之混合物。
再者，作為具有芯鞘構造的顆粒之製造方法，可使用眾所周知的方法。例如，設置具備有樹脂浸漬用輥的浸漬模頭，將經擠壓機熔融的第1熱塑性樹脂積蓄於浸漬模頭的樹脂槽內。將經開纖的粗紗狀碳纖維導入浸漬模頭的樹脂槽內，一邊以第1熱塑性樹脂被覆碳纖維粗紗之表面，一邊藉由浸漬輥夾住碳纖維粗紗而使碳纖維粗紗浸漬有第1樹脂。此時，碳纖維粗紗的搬送係藉由將位於樹脂槽的下游之進給輥來牽引碳纖維粗 紗而進行。搬送至下游的碳纖維粗紗係在藉由模頭調整樹脂量，調整截面形狀後，送進具有切刀的切斷裝置。 然後，藉由切斷裝置之切刀來切斷該第1熱塑性樹脂所覆蓋的碳纖維粗紗，而可得到包含碳纖維的芯被第1熱塑性樹脂所覆蓋之具有芯鞘構造的顆粒。又，於此方法所得之具有芯鞘構造的顆粒中，添加包含第2熱塑性樹脂的顆粒，藉由二軸的擠壓機來混煉此等的顆粒，藉由模頭調整樹脂量，調整截面形狀後，送入具有切刀的切斷裝置而切斷，而可製造包含上述碳纖維複合材料的顆粒。
於熱塑性樹脂中，只要不大幅損害其特性， 則亦可添加添加劑。例如，受阻酚類、磷化合物、受阻胺類、硫化合物、銅化合物、鹼金屬的鹵化物或此等的混合物係可作為熱安定劑、抗氧化劑、強化材、顏料、著色防止劑、耐候劑、難燃劑、可塑劑、結晶核劑、脫模劑等添加劑來添加。
再者，於上述成形中，亦可實施複數次的 成形步驟。例如，作為上述的成形方法，可採用一次將碳纖維複合材料成形而形成成形中間體後，將所得之成形中間體，更藉由加壓成形法、真空成形法或吹塑成形法進行成形而製造成形品之方法。又，於將成形中間體成形時，亦可組合複數的成形方法來實施。
於成形步驟中，將模具或碳纖維複合材料 加熱之方法係沒有特別的限定，可適宜使用電熱器、煤氣爐、感應線圈、高壓蒸氣等眾所周知的加熱手段。
對於在成形品周圍所形成的毛邊，可在模 具的嵌合時同時地切除，也可在另一步驟中藉由湯姆森(Tomson)切裁而拔除。又，藉由使用尺寸比模具小的碳纖維複合材料片來完全填充模具內，亦可抑制毛邊的發生本身。
於上述成形中，碳纖維複合材料亦可積層 而使用，亦可與碳纖維複合材料相異的其它材料組合而使用。例如，可使用使複數的碳纖維複合材料彼此積層而成之積層體來進行成形，也可使單獨或複數的碳纖維複合材料與單獨或複數的其它材料積層而構成積層體，進行成形。作為可積層的其它材料，例如可舉出包含金屬、玻璃或PTFE、聚酯、聚醯胺等熱塑性樹脂之纖維，包含聚胺基甲酸酯等的熱硬化性樹脂之基布、不織布或片，以及熱硬化型的CFRP之片或帶等，亦可組合2種類以上的材料而使用。又，該其它材料係可配置於積層體內的任一層，也可積層於積層體的上端及/或下端。
又，亦可預先在碳纖維複合材料中混合光 澤系的金屬粉、礦物、岩石、砂類。
再者，使碳纖維複合材料積層而使用時， 較佳為考慮碳纖維的配向狀態，以碳纖維的配向方向成為90°交叉之方式將碳纖維複合材料予以積層。藉由如此地調整碳纖維的配向方向，可提高成形體的物性。
又，積層體的各自層，亦可由單一的大略 片狀之碳纖維複合材料所構成，也可由複數的碳纖維複合材料之組合來構成。例如，亦可將複數之帶狀的碳纖 維複合材料在寬度方向並排而形成一個層，或將複數之帶狀的碳纖維複合材料組合成格子狀而形成層。特別是較佳為將複數之帶狀的碳纖維複合材料在寬度方向並排而成之層，邊使碳纖維複合材料的排列方向成為90°交叉邊積層。藉由採用該構成，可一邊確保更寬廣的面積，一邊在上下方增厚。
再者，藉由事先經加熱的上下之平板的模 具來夾住，施加0.2MPa~100MPa之壓力，亦可以片化成為一片具厚度之大面積的片。
使用上述之加壓成形法進行碳纖維複合材 料之成形時，例如於實施熱壓加工時，壓力較佳為0.2~100MPa，更佳為1~50MPa。
又，熱壓之溫度較佳為100~370℃。更詳 言之，以碳纖維複合材料中所含有的熱塑性樹脂之熔點作為基準，模具溫度較佳在-10~90℃之範圍內，更佳在0~50℃之範圍內。
熱壓成形之方法係沒有特別的限定，可舉 出以下之方法作為一例。首先，將一個或複數個的碳纖維複合材料以上述溫度加熱而熔融後，將此置入模具內，關閉模具而成為密閉狀態。然後，於模具之溫度為碳纖維複合材料之熔點以下的狀態，以上述壓力進行加壓，打開模具，取出成形品。
作為熱壓成形的另一方法，將一個或複數 個的碳纖維複合材料置入模具溫度經調整至碳纖維複合材料之熔點以下的模具內，關閉模具。接著，將模具之 溫度加熱至上述溫度為止，而使碳纖維複合材料成為熔融狀態，以上述壓力進行加壓。此時，模具係成為密閉狀態。然後，藉由放置冷卻或水冷等而將模具冷卻，於模具內的碳纖維複合材料固化後，打開模具，取出成形品。
作為熱壓成形的再另一方法，將一個或複 數個的碳纖維複合材料以上述溫度加熱而成為半熔融狀態，將此置入模具內。此時，較佳為碳纖維複合材料僅表面成為半熔融狀態。接著，關閉模具，但不完全密閉，使模具成為開放狀態。然後，於模具之溫度成為碳纖維複合材料之熔點以下的狀態，以上述壓力進行加壓後，打開模具，取出成形品。
進行該熱壓成形時，碳纖維複合材料之形 狀較佳為片狀。片之厚度較佳為0.1~3mm，更佳為0.5~2mm，尤佳為1.0~1.5mm。
又，當模具係由凸模及對應其之凹模所構 成時，模具之配置係沒有特別的限制。例如，可上模為凸模，下模為對應其之凹模，也可為其之相反。
使用上述之真空成形法進行碳纖維複合材 料之成形時，壓力較佳為1×10-5~0.05MPa，更佳為0.5×10-4~0.05MPa，尤佳為0.5×10-4~1×10-3MPa。
又，真空成形時之溫度較佳為100~370℃。 更詳言之，以碳纖維複合材料中所含有的熱塑性樹脂之熔點作為基準，溫度較佳在-10~90℃之範圍內，更佳在0~50℃之範圍內。
真空成形之方法係沒有特別的限定，可舉 出以下之方法作為一例。首先，將一個或複數個之碳纖維複合材料以上述溫度加熱而成為熔融狀態，將此置入模具內，關閉模具。然後，於模具之溫度成為碳纖維複合材料之熔點以下之狀態，以上述壓力進行減壓後，打開模具，取出成形品。此時，減壓係可在上模側或下模側的任一側進行，也可在上模側及下模側這兩側同時進行。
作為真空成形之另一方法，將一個或複數 個之碳纖維複合材料以上述溫度加熱而成為熔融狀態，將此置入模具內。然後，於使模具的下模上升後，自下模側以上述壓力進行吸引，打開模具，取出成形品。
作為真空成形之再另一方法，將一個或複 數個之碳纖維複合材料以上述溫度加熱而成熔融狀態，將此置入模具內。然後，於使模具的上模上升後，自上模側以上述壓力進行吸引，打開模具，取出成形品。
於進行該真空成形時，在加熱碳纖維複合 材料後，於藉由模具進行成形之前，自下方噴吹空氣，或使用壓縮空氣，亦可謀求成形的均一化。此時，碳纖維複合材料之形狀較佳為片狀。再者，使用壓縮空氣時，壓力較佳為0.1~10MPa，較佳為以碳纖維複合材料不破損之方式，調整壓力。
使用上述之吹塑成形法進行碳纖維複合材 料之成形時，吹塑壓力較佳為0.2~10MPa，更佳為0.5~2MPa。
又，吹塑成形時之溫度較佳為100~370℃。 更詳言之，以碳纖維複合材料中所含有的熱塑性樹脂之熔點作為基準，溫度較佳在-10~90℃之範圍內，更佳在0~50℃之範圍內。
真空成形之方法係沒有特別的限定，可舉 出以下之方法作為一例。首先，以上述溫度加熱包含碳纖維複合材料之一張或複數張之片，成為半熔融狀態後，進行吹塑而將片擴展。此時，較佳為片僅表面成為半熔融狀態。接著，將半熔融狀態之片置入模具內，關閉模具，進行吹塑。此時，模具係密閉狀態。然後，於模具之溫度為碳纖維複合材料的熔點以下之狀態，以上述壓力進行加壓後，打開模具，取出成形品。
彎曲加工之方法係沒有特別的限定，可舉 出以下之方法作為一例。首先，以100~370℃加熱包含一個或複數個之碳纖維複合材料之I形異形擠壓品，成為半熔融狀態後，沿著模具固定，於烘箱內更以100~370℃加熱。然後，冷卻至室溫為止後，自模具卸下，取出成形品。
再者，難以彎曲時，亦可局部地使用有機溶劑等使彎曲部分等柔軟後，加熱，進行彎曲加工。
其次，藉由實施例來更具體說明本發明。 惟，各實施例及比較例中，所使用的材料及破壞強度之測定方法係如以下。
(1)所使用的材料
(A)碳纖維粗紗(roving)/長絲(filament)
準備纖維直徑7um、支數200tex、捲長30,000m之碳纖維長絲。將此長絲5條合絲，給予2重量%的聚胺基甲酸酯之收束劑，準備平坦帶狀之碳纖維粗紗。
(B)第1熱塑性樹脂
B1：尼龍6(熔點：在225℃、275℃的黏度：100泊)
B2：尼龍66(熔點：在255℃、305℃的黏度：250泊)
B3：PP(熔點：在170℃、220℃的黏度：70泊)
B4：ABS(玻璃轉移點(軟化點)：在190℃、240℃的黏度：120泊)
B5：PPS(熔點：在285℃、335℃的黏度：260泊)
(C)第2熱塑性樹脂
C1：尼龍6(熔點：在225℃、275℃的黏度：1,100泊)
C2：尼龍66(熔點：在255℃、305℃的黏度：5,500泊)
C3：PP(熔點：在170℃、220℃的黏度：1,770泊)
C4：ABS(軟化點：在190℃、240℃的黏度：2,520泊)
C5：PPS(熔點：在255℃、335℃的黏度：8,060泊)
(2)破壞強度之測定方法
於破壞強度(彎曲強度及彎曲彈性模數(flexural modulus))之測定時，依照JIS規格K7161，使用Tensilon 拉伸試驗機(RTF-1360)。
[實施例1]
以下，各實施例及比較例中的試驗條件，只要沒有特別的記載，則基本上以實施例1為準。
第7圖顯示包含碳纖維的芯經由熱塑性樹脂覆蓋之具有芯鞘構造的顆粒之習知技術的製造方法。於第7圖的製造方法中，藉由使平坦帶狀的碳纖維粗紗46通過開纖裝置50送出至擠壓機60，同時將包含尼龍6的第1熱塑性樹脂B1投入擠壓機60中，使經熔融的第1熱塑性樹脂61(B1)通過模頭51以溫度275℃吐出至碳纖維粗紗，而以樹脂B1被覆碳纖維粗紗46之表面。自模頭51所拉出的碳纖維粗紗46，係在通過熨平桿52提高樹脂B1對碳纖維的浸漬度後，在收束賦型部53調整形狀，在冷卻部54被冷卻。然後，一邊藉由頂輥55及底輥56牽引表面經樹脂B1被覆的碳纖維粗紗46，一邊藉由具備旋轉刀58與固定刀62的線料切刀57進行切割，而得到如第4圖所示包含碳纖維的芯經由尼龍6覆蓋之具有芯鞘構造的顆粒6(第7圖中的顆粒59)。再者，所得之顆粒6中的碳纖維之含有率為30%。
將此芯鞘型之含有碳纖維的樹脂顆粒6投入第5圖所示的顆粒供給裝置42中，自顆粒供給路徑P1通過供給口30，對擠壓機22內供給該顆粒。又，將包含第2熱塑性樹脂C1的顆粒投入顆粒供給裝置43中，自顆粒供給路徑P2通過供給口30，對擠壓機22內供給該顆粒。此第2熱塑性樹脂C1係包含尼龍6，黏度比上述B1高。 藉由將此等顆粒在具備馬達20及變速機21的擠壓機22內，以溫度275℃進行混煉，在排氣口29脫氣，邊以齒輪泵23計量邊流入模頭26，而得到腸線(gut)28。然後，將所得之腸線28在冷卻部24冷卻後，用線料切刀27進行切割，得到包含尼龍6之混雜顆粒1(包含碳纖維複合材料之顆粒)。此包含尼龍6的混雜顆粒1中之碳纖維的含有率為15重量%。
使用此混雜顆粒進行射出成形，製作測定寬度10±0.5mm、測定長度80±2mm之啞鈴片。所得之啞鈴片的彎曲強度為250MPa，彎曲彈性模數為10.2GPa。
第1圖及第2圖中顯示藉由實施例1記載之方法所製造的由碳纖維複合材料所構成的顆粒1之構造。第1圖係顯示本發明的一實施型態之混雜顆粒1(包含碳纖維複合材料的顆粒)之示意斜視圖。又，第2圖係用於說明混雜顆粒1之構造用的部分放大截面圖，(a)係顯示混雜顆粒1的截面1a狀態之模型橫截面圖，(b)係顯示用電子顯微鏡觀察藉由實施例1之方法所製造的混雜顆粒1之側截面1b的結果之截面觀察圖。再者，於第2圖(b)中，為了使碳纖維2及島相3之識別成為容易化，將黑色表示的碳纖維2之周圍以細白線鑲邊，同時將由第1熱塑性樹脂所構成的島相3以粗白線來包圍而表示。如第2圖所示，混雜顆粒1係具有在包含第2熱塑性樹脂的海相4內，分散有包含第1熱塑性樹脂的島相3之構造、碳纖維2及島相3係均勻分散在混雜顆粒1內。藉由該碳纖維複合材料，由於可將起因於碳纖維或 熱塑性樹脂的偏向存在所造成的不良狀況(例如彈回或空隙)防患於未然，不僅在射出成形中，即使在擠壓成形中，也可得到表面狀態良好之剛性優異的成形品。
第4圖顯示實施例1記載之方法中使用的顆粒6之構造。於第4圖中，包含含有碳纖維的樹脂之顆粒6係具有包含碳纖維2的芯經由熱塑性樹脂3(實施例1中，包含尼龍6的第1熱塑性樹脂B1)覆蓋之芯鞘構造。再者，具有芯鞘構造的顆粒之構成係不僅限定於上述，而可適宜利用各種的顆粒。例如，如第3圖所示，包含碳纖維2的芯被熱塑性樹脂3所覆蓋，更且在其外側被黏度比熱塑性樹脂3高之熱塑性樹脂4(例如包含尼龍6的第2熱塑性樹脂B2)所覆蓋之顆粒5，亦可使用作為碳纖維複合材料之原料。
[實施例2]
於第7圖所示的製造方法中，將包含尼龍66的第1熱塑性樹脂B2自擠壓機60以溫度305℃吐出至平坦帶狀的碳纖維粗紗，而得到包含碳纖維的芯經由尼龍66覆蓋之具有芯鞘構造的芯鞘型含有碳纖維的樹脂顆粒6。所得之芯鞘型含有碳纖維的樹脂顆粒6中的碳纖維之含有率為40重量%。
將此包含尼龍66之芯鞘型含有碳纖維的樹脂顆粒6投入第5圖所示的顆粒供給裝置42中，同時將包含第2熱塑性樹脂C2的顆粒投入顆粒供給裝置43中。此第2熱塑性樹脂C2係包含尼龍66，黏度比上述B2高。將此 等顆粒在溫度305℃混煉，藉由第5圖所示之製造方法，得到包含尼龍66的混雜顆粒1。此包含尼龍66的混雜顆粒1中之碳纖維的含有率為20重量%。
[實施例3]
於第7圖所示之製造方法中，將包含PP的第1熱塑性樹脂B3自擠壓機60以溫度220℃吐出至平坦帶狀的碳纖維粗紗，得到包含碳纖維的芯經由PP覆蓋之具有芯鞘構造的芯鞘型含有碳纖維的樹脂顆粒6。所得之芯鞘型含有碳纖維的樹脂顆粒6中之碳纖維的含有率為20重量%。
將此包含PP之芯鞘型含有碳纖維的樹脂顆粒6投入第5圖所示的顆粒供給裝置42中，同時將包含第2熱塑性樹脂C3的顆粒投入顆粒供給裝置43中。此第2熱塑性樹脂C3係包含PP，黏度比上述B3高。將此等顆粒在溫度220℃混煉，藉由第5圖所示之製造方法，得到包含PP的混雜顆粒1。此包含PP的混雜顆粒1中之碳纖維的含有率為15重量%。
[實施例4]
於第7圖所示之製造方法中，將包含ABS的第1熱塑性樹脂B4自擠壓機60以溫度240℃吐出至平坦帶狀的碳纖維粗紗，得到包含碳纖維的芯經由ABS覆蓋之具有芯鞘構造的芯鞘型含有碳纖維的樹脂顆粒6。所得之芯鞘型含有碳纖維的樹脂顆粒6中的碳纖維之含有率為25重量%。
將此包含ABS之芯鞘型含有碳纖維的樹脂顆粒6投入第5圖所示的顆粒供給裝置42中，同時將包含第2熱塑性樹脂C4的顆粒投入顆粒供給裝置43中。此第2熱塑性樹脂C4係包含ABS，黏度比上述B4高。將此等以溫度240℃混煉，藉由第5圖所示之製造方法，得到包含ABS的混雜顆粒1。此包含ABS所的混雜顆粒1中之碳纖維的含有率為15重量%。
[實施例5]
於第7圖所示之製造方法中，將包含PPS的第1熱塑性樹脂B5自擠壓機60以溫度335℃吐出至平坦帶狀的碳纖維粗紗，得到包含碳纖維的芯經由PPS覆蓋之具有芯鞘構造的芯鞘型含有碳纖維的樹脂顆粒6。所得之芯鞘型含有碳纖維的樹脂顆粒6中的碳纖維之含有率為30重量%。
將此包含PPS之芯鞘型含有碳纖維的樹脂顆粒6投入第5圖所示的顆粒供給裝置42中，同時將包含第2熱塑性樹脂C5的顆粒投入顆粒供給裝置43中。此第2熱塑性樹脂C5係包含PPS，黏度比上述B5高。將此等顆粒在溫度335℃混煉，藉由第5圖所示之製造方法，得到包含PPS的混雜顆粒1。此包含PPS的混雜顆粒1之碳纖維的含有率為20重量%。
[實施例6]
於第7圖所示之製造方法中，將包含尼龍6的第1熱塑性樹脂B1自擠壓機60以溫度275℃吐出至平坦帶狀的碳纖維粗紗，得到包含碳纖維的芯經由尼龍6覆蓋之具有芯鞘構造的芯鞘型含有碳纖維的樹脂顆粒。所得之芯鞘型含有碳纖維的樹脂顆粒6中的碳纖維之含有率為30重量%。
將此包含尼龍6之芯鞘型含有碳纖維的樹脂顆粒6投入第5圖所示的顆粒供給裝置42中，自顆粒供給路徑P1通過供給口30，對擠壓機22供給該顆粒。又，將包含第2熱塑性樹脂C1的顆粒投入顆粒供給裝置43中，代替顆粒供給路徑P2，自顆粒供給路徑P3通過側進給器25，對擠壓機22供給該顆粒。將此等顆粒在溫度270℃混煉，藉由第5圖所示之製造方法，得到包含尼龍6的混雜顆粒1。此包含尼龍6的混雜顆粒1中之碳纖維的含有率為20重量%。
[實施例7]
於第7圖所示之製造方法中，將包含尼龍6的第1熱塑性樹脂B1自擠壓機60以溫度275℃吐出至平坦帶狀的碳纖維粗紗，得到包含碳纖維的芯經由尼龍6覆蓋之具有芯鞘構造的芯鞘型含有碳纖維的樹脂顆粒6。所得之芯鞘型含有碳纖維的樹脂顆粒6中的碳纖維之含有率為30重量%。
將此尼龍6的芯鞘型碳纖維樹脂顆粒6投入第5圖所示的顆粒供給裝置42中，自顆粒供給路徑P1通過供給口30，對擠壓機22內供給該顆粒。又，將包含第2熱塑性樹脂C1的顆粒投入顆粒供給裝置43中，代替顆粒供給路徑P2，自顆粒供給路徑P3通過側進給器25，對擠壓機22內供給該顆粒。然後，將此等顆粒在溫度275℃混煉，藉由第5圖所示之製造方法，得到包含尼龍6的混雜顆粒1。此包含尼龍6的混雜顆粒1中之碳纖維的含有率為20重量%。
[實施例8]
於第7圖所示之製造方法中，將包含尼龍6的第1熱塑性樹脂B1自擠壓機60以溫度275℃吐出至平坦帶狀的碳纖維粗紗，得到包含碳纖維的芯經由尼龍6覆蓋之具有芯鞘構造的芯鞘型含有碳纖維的樹脂顆粒6。所得之芯鞘型含有碳纖維的樹脂顆粒6中的碳纖維之含有率為30重量%。
將此包含尼龍6之芯鞘型含有碳纖維的樹脂顆粒6投入第5圖所示的顆粒供給裝置42中，自顆粒供給路徑P1通過供給口30，對擠壓機22供給該顆粒。又，將包含第2熱塑性樹脂C2的顆粒投入顆粒供給裝置43中，代替顆粒供給路徑P2，自顆粒供給路徑P3通過側進給器25，對擠壓機22內供應該顆粒。然後，將此等顆粒在溫度305℃混煉，藉由第5圖所示之製造方法，得到包含尼龍6及尼龍66的混雜顆粒1。此混雜顆粒1中之碳纖維的含有率為15重量%。
[實施例9]
於第7圖所示之製造方法中，將包含尼龍6的第1熱塑性樹脂B1自擠壓機60以溫度275℃吐出至平坦帶狀的碳纖維粗紗，得到包含碳纖維的芯經由尼龍6覆蓋之具有芯鞘構造的芯鞘型含有碳纖維的樹脂顆粒6。芯鞘型含有碳纖維的樹脂顆粒6中之碳纖維的含有率為35重量%。
將此包含尼龍6之芯鞘型含有碳纖維的樹脂顆粒6投入第6圖所示的顆粒供給裝置42中，自顆粒供給路徑P1通過供給口30，對擠壓機22內供給該顆粒。又，將包含第2熱塑性樹脂的顆粒投入顆粒供給裝置43中，自顆粒供給路徑P2通過供給口30，對擠壓機22內供給該顆粒。再者，如第6圖所示，通過側進給器25的開口部，將平坦帶狀的碳纖維粗紗供應到擠壓機22內。將此等顆粒及碳纖維粗紗在溫度275℃混煉，藉由第6圖所示之製造方法，得到包含尼龍6的混雜顆粒1。此包含尼龍6的混雜顆粒1中之碳纖維的含有率為47重量%。
[實施例10]
使用上述實施例1中記載的混雜顆粒1，藉由第9圖所示的熔融擠壓片之製造裝置111，以吐出量200g/min進行擠壓成形，製作寬度300mm、厚度0.3mm之片。
具體而言，於第9圖所示的熔融擠壓片之製造裝置111中，自模頭112擠出成片狀的熔融狀態之樹脂材料 114，係在通過加熱輥116、118、120之間後，藉由具備不銹鋼帶124及帶用加熱輥122之加熱爐126來調節溫度。然後，藉由切刀128來切斷經溫度調節的片狀樹脂材料114，得到作為熔融擠壓成形品之片129。
於本實施例中，測定所得之片129的破壞強度，結果縱向(長度方向)的彎曲強度為231MPa，彎曲彈性模數為9.8GPa。又，橫向(寬度方向)的彎曲強度為212MPa，彎曲彈性模數為9.2GPa。
[實施例11]
使用上述實施例1之混雜顆粒1，藉由第10圖所示的熔融擠壓管之製造裝置130，以吐出量50g/min進行擠壓成形，製作內徑20mm、外徑25mm之管。
具體而言，於第10圖所示的熔融擠壓管之製造裝置130中，自熔融擠壓管用模頭131以熔融狀態擠出的樹脂材料114，係藉由具有溫度調節水入口141及溫度調節水出口145連通之冷卻部139的管用修準模(sizing die)135來調整形狀，在恒溫水槽147被冷卻。然後，藉由一邊用牽引機149連續地牽引經冷卻的樹脂材料114，一邊用切刀150來切斷，而得到熔融擠壓管151。
於本實施例中，所得之管151的彎曲強度為236MPa，彎曲彈性模數為9.6GPa。又，第11圖中顯示此管151之截面形狀。
[實施例12]
使用上述實施例1之混雜顆粒1，藉由第12圖所示之熔融擠壓實心成形品之製造裝置180，以吐出量70g/min進行擠壓成形，製作外徑15mm之圓棒。
具體而言，於第12圖所示的熔融擠壓實心品的製造裝置180中，自熔融擠壓實心品用模頭185以熔融狀態擠出的樹脂材料114，係藉由實心成形品用修準模187來調整形狀，藉由恒溫水槽147冷卻。然後，藉由一邊用牽引機149連續地牽引經冷卻的樹脂材料114，一邊用切刀150來切斷，而得到熔融擠壓實心品188(本實施例中為圓棒)。再者，由於製造裝置180之其它構成係與第10圖所示之製造裝置130同樣，藉由附有與第10圖相同之符號而省略說明。
於本實施例中，所得之圓棒188的彎曲強度為241MPa，彎曲彈性模數為9.9GPa。又，第13圖中顯示此圓棒188之截面形狀。
[實施例13]
使用上述實施例1之混雜顆粒1，藉由第14圖所示的熔融擠壓異形品之製造裝置190，以吐出量70g/min進行擠壓成形，製作I型、H型、T型之異形擠壓成形品。
具體而言，於第14圖所示的熔融擠壓實心品之製造裝置190中，自熔融擠壓異形品用模頭191以熔融狀態擠出的樹脂材料114，係藉由熔融擠壓異形品用修準模192來調整形狀，藉由恒溫水槽147冷卻。然後，藉由 一邊用牽引機149連續地牽引經冷卻的樹脂材料114，一邊用切刀150來切斷，而得到熔融擠壓異形品194。再者，由於製造裝置190之其它構成係與第10圖所示之製造裝置130同樣，藉由附有與第10圖相同之符號而省略說明。
於本實施例中，所得之異形擠壓成形品194的彎曲強度為238MPa，彎曲彈性模數為10.1GPa。又，第15圖中顯示I型異形品197、H型異形品198、T型異形品199之截面形狀。
[實施例14]
使用上述實施例1之混雜顆粒1，藉由第16圖所示的固化擠壓成形品之製造裝置210，以吐出量30g/min進行擠壓成形，製作寬度300mm、厚度100mm之擠出塊。
具體而言，於第16圖所示的固化擠壓成形品之製造裝置210中，自固化擠出用模頭212以熔融狀態擠出的樹脂材料114，係藉由具備加熱器215的加熱部213來加熱後，藉由具備水路219的冷卻部217來冷卻，藉由牽引機227連續地牽引，成為固化擠壓成形品230。再者，於加熱部213與冷卻部217之間設置隔熱材218。
將藉由此製造裝置210所得之擠出塊231予以切削加工，製作測定寬度10±0.5mm、測定長度80±2mm的啞鈴片。所得之啞鈴片的彎曲強度為275MPa，彎曲彈性模數為11.5GPa。又，第17圖(a)中顯示擠出塊231之截面形狀。
[實施例15]
使用上述實施例1之混雜顆粒1，藉由第16圖所示的固化擠壓成形品之製造裝置210，使用圓棒用模頭，以吐出量30g/min進行擠壓成形，製作Φ150mm的圓棒。
所得之圓棒232的彎曲強度為265MPa，彎曲彈性模數為10.8GPa。又，第17圖(b)中顯示圓棒232之截面形狀。
[實施例16]
使用實施例2中記載之包含尼龍66及碳纖維的混雜顆粒1，與實施例10同樣地，藉由第9圖所示的熔融擠壓片之製造裝置111以吐出量200g/min進行擠壓成形，製作寬度300mm、厚度0.6mm之片。所得之片沒有發生彈回或空隙(void)，形狀及表面狀態亦良好。
[實施例17]
使用實施例3記載之包含PP及碳纖維的混雜顆粒1，與實施例13同樣地，藉由第14圖所示的熔融擠壓異形品之製造裝置190以吐出量70g/min進行擠壓成形，製作I型、H型、T型之異形擠壓成形品。所得之異形擠壓成形品沒有發生彈回或空隙，形狀及表面狀態亦良好。
[實施例18]
使用實施例4記載之包含ABS及碳纖維的混雜顆粒1，與實施例11同樣地，藉由第10圖所示的熔融擠壓管之製造裝置130以吐出量50g/min進行擠壓成形，製作內徑21mm、外徑25mm之管。所得之管沒有發生彈回或空隙，形狀及表面狀態亦良好。
[實施例19]
使用實施例5記載之包含PPS及碳纖維的混雜顆粒1，與實施例10同樣地，藉由第9圖所示的熔融擠壓片之製造裝置111以吐出量200g/min進行擠壓成形，製作寬度300mm、厚度0.5mm之片。所得之片沒有發生彈回或空隙，形狀及表面狀態亦良好。
[實施例20]
使用實施例10之熔融擠壓成形片作為成形中間體，如第18圖所示，藉由熱壓成形法來作成片。具體的地，首先以寬度300mm、長度1200mm來切割實施例10所得之熔融擠壓成形片129，作成片129a。然後，如第18圖(a)所示，將合計16張之片129a各4張積層為4層，以各層之片與鄰接的其它層之片成90度交叉之方式，將片排列，作為第18圖(b)所示之4層的積層體300。將此積層體300，如第18圖(c)所示，置入具備包含凹模301及凸模302的加熱器305及水冷管306之模具內，如第18圖(d)所示地關閉模具後，於模具溫度250℃、壓力20MPa之條件下加壓5分鐘。然後，藉由水冷管306來 冷卻模具後，如第18圖(e)所示地打開模具，得到第18圖(f)所示之熱壓成形片308。
所得之熱壓成形片308的尺寸係縱、橫皆1200mm，厚度為1.19mm。
[實施例21]
使用實施例10之熔融擠壓成形片作為成形中間體，如第19圖所示，藉由熱壓成形法來製作成形品。具體而言，首先以寬度300mm、長度300mm來切割實施例10所得之熔融擠壓成形片129，作成第19圖(a)所示之片129b後，如第19圖(b)所示，將此片129b置入具備加熱器305及水冷管306的單腔模具內。此模具係包含盒狀凹模320及對應其之形狀的凸模321，賦型部的尺寸為高度10mm、寬度150mm、長度170mm。接著，如第19圖(c)所示地關閉模具，於模具溫度250℃、壓力15MPa之條件下加壓5分鐘。然後，藉由水冷管306來冷卻模具，如第19圖(d)所示地打開模具後，進行所取出的熱壓成形體324之修邊，得到第19圖(e)所示之盒狀的熱壓成形品325。
所得之熱壓成形品325的尺寸係高度10mm、寬度150mm、長度170mm，厚度為0.25mm。
[實施例22]
使用實施例20之熱壓成形片作為成形中間體，如第20圖所示，藉由熱壓成形法來製作成形品。具體而言， 首先以寬度300mm、長度300mm來切割實施例20所得之熱壓成形片308，作成第20圖(a)所示之片308a後，如第20圖(b)所示，將此片308a置入具備加熱器305及水冷管306的單腔模具內。此模具係包含盒狀凹模320及對應其之形狀的凸模321，賦型部的尺寸為高度10mm、寬度150mm、長度170mm。接著，如第20圖(c)所示地關閉模具，於模具溫度250℃、壓力15MPa之條件下加壓5分鐘。然後，藉由水冷管306來冷卻模具，如第20圖(d)所示地打開模具後，進行所取出的熱壓成形體327之修邊，得到第20圖(e)所示之盒狀的熱壓成形品326。
所得之熱壓成形品326的尺寸係高度10mm、寬度150mm、長度170mm，厚度為1.04mm。
[實施例23]
使用實施例20之熱壓成形片作為成形中間體，如第21圖所示，藉由熱壓成形法來製作成形品。具體而言，首先以寬度300mm、長度300mm來切割實施例20所得之熱壓成形片308，作成第21圖(a)所示之片308a。然後，藉由瓦斯加熱烘箱將此片308a以245℃加熱5分鐘後，如第21圖(b)所示，置入包含盒狀凹模320與對應其之凸模321的單腔模具內。此模具係預先經加熱器305加熱至130℃，賦型部的尺寸為高度10mm、寬度150mm、長度170mm。接著，如第21圖(c)所示地關閉模具，以壓力20MPa進行2分鐘加壓。然後，如第21圖(d)所示地打開模具後，進行所取出的熱壓成形體327a 之修邊，得到第21圖(e)所示之箱形狀的熱壓成形品326a。
所得之熱壓成形品326a的尺寸係高度10mm、寬度150mm、長度170mm，厚度為1.09mm。
[實施例24]
使用實施例20之熱壓成形片作為成形中間體，如第22圖所示，藉由真空成形法來製作成形品。具體而言，首先以寬度300mm、長度300mm來切割實施例20所得之熱壓成形片308，作成第22圖(a)所示之片308a，藉由上下2片的電氣紅外線加熱器以245℃將此片308a加熱5分鐘。接著，如第22圖(b)所示，於具備吸引孔334、吸引口335及加熱器305之單腔的真空成形模具342中置入片308a，在模具溫度80℃，如第22圖(c)所示地將片308a賦型後，於壓力1.0×10-4MPa之條件下2分鐘，藉由吸引孔334進行減壓吸引。此模具的賦型部之尺寸係高度8mm、寬度140mm、長度170mm。然後，如第22圖(d)所示地打開模具後，進行所取出的真空成形體346之修邊，得到第22圖(e)所示的盒狀之真空成形品347。
所得之真空成形品347的尺寸係高度10mm、寬度150mm、長度170mm，厚度為0.67mm。
[實施例25]
使用實施例20之熱壓成形片作為成形中間體，如第23圖所示，藉由吹塑成形法來製作成形品。具體而言，首先以寬度300mm、長度500mm來切割實施例20所得之熱壓成形片308，而作成片308b。接著，如第23圖(a)所示，將2張之片308b固定在片固定具351而作成片保持體352，藉由紅外線加熱器將此片保持體352以245℃加熱5分鐘後，置入經加熱至155℃的模具內。此模具係如第23圖(b)所示，包含凹型的上模354及凸型的下模353，具備吹口355、吹孔356及加熱器305。又，上模354之賦型部的尺寸係高度30mm、寬度110mm、長度160mm，下模353之賦型部的尺寸係高度10mm、寬度110mm、長度160mm。如第23圖(c)所示地關閉模具後，於氣壓1.5MPa使壓縮空氣自吹孔356流入2分鐘，進行成形。然後，如第23圖(d)所示地打開模具後，對於所取出的吹塑成形品保持體357，進行片固定具351的卸除及修邊，得到第23圖(e)及第23圖(f)所示之盒狀的吹塑成形品358。
所得之吹塑成形品358的尺寸係高度20mm、寬度110mm、長度160mm，厚度為0.51mm。又，如由第23圖(f)所示之吹塑成形品358的截面圖可知，吹塑成形品358的內部係中空。
[實施例26]
使用實施例10之熔融擠壓成形片作為成形中間體，如第24圖所示，藉由熱壓成形法來製作成形品。具 體而言，首先以寬度300mm、長度1200mm來切割實施例10所得之熔融擠壓成形片129，而作成片129a。然後，如第24圖(a)所示，將合計8張之片129a各4張積層為2層，以上層之片相對於下層之片呈90度交叉之方式，將各層之片排列，同時將單位面積重量110g/m2、厚度0.15mm之玻璃纖維織物371載置於最上面，作成3層之積層體372。將此積層體372，如第24圖(b)及第24圖(c)所示地，置入包含凹模301及凸模302之具備加熱器305及水冷管306之模具內，如第24圖(d)所示地關閉模具後，於模具溫度250℃、壓力15MPa之條件下加壓5分鐘。然後，藉由水冷管306來冷卻模具後，如第24圖(e)所示地打開模具，如第24圖(f)所示地，得到包含碳纖維複合材料及玻璃纖維織物之熱壓成形片375。
所得之熱壓成形片375的尺寸係縱、橫皆1200mm，厚度為0.72mm。
[實施例27]
使用實施例10之熔融擠壓片作為成形中間體，如第25圖所示，藉由熱壓成形法來製作成形品。具體而言，首先以寬度300mm、長度1200mm來切割實施例10所得之熔融擠壓成形片129，而作成片129a。然後，如第25圖(a)所示，將合計8張之片材129a各4張積層為2層，以上層之片相對於下層之片呈90度交叉之方式，將各層之片材排列，同時於此2層之間配置包含聚丙烯之厚度0.50mm的熱塑性樹脂片377，作成3層之積層體378。 將此積層體372，如第25圖(b)及第25圖(c)所示地，置入包含凹模301及凸模302之具備加熱器305及水冷管306之模具內，如第25圖(d)所示地關閉模具後，於模具溫度250℃、壓力10MPa之條件下加壓5分鐘。然後，藉由水冷管306來冷卻模具後，如第25圖(e)所示地打開模具，如第25圖(f)所示地，得到包含碳纖維複合材料及聚丙烯之熱壓成形片379。
所得之熱壓成形片379的尺寸係縱、橫皆1200mm，厚度為1.05mm。
[實施例28]
使用實施例26之熱壓成形片作為成形中間體，如第26圖所示，藉由熱壓成形法來製作成形品。具體而言，首先將實施例26所得之熱壓成形片375，如第26圖(a)所示地，置入具備加熱器305及水冷管306的三腔模具內。此模具係包含上模391及對應其之下模392，賦型部的尺寸皆為高度5mm、寬度140mm、長度200mm。接著，如第26圖(b)所示地關閉模具，於模具溫度250℃、壓力12MPa之條件下加壓7分鐘。然後，藉由水冷管306來冷卻模具，如第26圖(c)所示地打開模具後，進行所取出的熱壓成形體394之修邊，得到第26圖(d)所示之3個盒狀的熱壓成形品393。
所得之熱壓成形品393的尺寸係高度5mm、寬度140mm、長度250mm，厚度為0.89mm。
[實施例29]
使用實施例10之熔融擠壓片作為成形中間體，藉由與實施例27大致同樣之方法，將成形品成形。具體而言，首先以寬度300mm、長度1200mm來切割實施例10所得之熔融擠壓片129，而作成片。然後，將合計8張之片各4張積層為2層，以上層之片相對於下層之片呈90度交叉之方式，將各層之片排列，同時於此2層之間配置單位面積重量90g/m2且厚度0.15mm之碳纖維織物，作成3層之積層體。將此積層體置入包含凹模及凸模之模具內，關閉模具後，於模具溫度250℃、壓力20MPa之條件下加壓5分鐘。然而，藉由水冷管306來冷卻模具後，打開模具，得到包含碳纖維複合材料及碳纖維織物之熱壓成形片。
所得之熱壓成形片的尺寸係縱、橫皆1200mm，厚度為0.71mm。
[實施例30]
使用實施例29之熱壓成形片作為成形中間體，藉由與實施例24大致同樣之方法，將成形品成形。具體而言，首先以寬度300mm、長度300mm來切割實施例29所得之熱壓成形片，而作成片，藉由上下2片的電氣紅外線加熱器以245℃將此片加熱5分鐘。接著，將此片置入單腔的的真空成形模具內，於模具溫度80℃將片賦型後，於壓力1.0×10-4MPa之條件下，進行2分鐘減壓 吸引。模具的賦型部之尺寸係高度8mm、寬度140mm、長度170mm。然後，打開模具後，進行所取出的真空成形體之修邊，得到盒狀的真空成形品。
所得之真空成形品的尺寸係高度8mm、寬度140mm、長度170mm，厚度為0.61mm。
[實施例31]
使用實施例27之熱壓成形片作為成形中間體，藉由與實施例25大致同樣之方法，將成形品成形。具體而言，首先以寬度300mm、長度500mm來切割實施例20所得之熱壓成形片，而作成片，將此2張之片固定於片固定具而作成片保持體。藉由紅外線加熱器將此片保持體以245℃加熱5分鐘後，置入模具內，關閉模具。接著，於模具溫度80℃之條件下，以壓力1.5MPa使空氣流入2分鐘，進行成形。然後，打開模具後，進行所取出的吹塑成形體之修邊，得到中空且盒狀之吹塑成形品。
所得之吹塑成形品的尺寸係高度20mm、寬度110mm、長度160mm，厚度為0.50mm。又，所得之吹塑成形品的內部為中空。
[實施例32]
將實施例17所得之異形擠壓品I型197在烘箱中加熱至200℃，進行彎曲加工。如第27圖所示，可得到S字狀的彎曲加工品401或四方形的彎曲加工品402。
[比較例1]
以下，各比較例的試驗條件只要沒有特別的記載，則基本上以實施例1為準。
於具有芯鞘構造的顆粒之習知技術的製造方法之第7圖的製造方法中，將包含尼龍6的第1熱塑性樹脂B1自擠壓機60以溫度275℃吐出至平坦帶狀的碳纖維粗紗，得到包含碳纖維的芯經由尼龍6覆蓋之具有芯鞘構造的芯鞘型含有碳纖維的樹脂顆粒6。所得之芯鞘型含有碳纖維的樹脂顆粒6中的碳纖維之含有率為15%。
使用此顆粒進行射出成形，作成與實施例1同樣之啞鈴片。所得之啞鈴片的彎曲強度為188MPa，彎曲彈性模數為8.0GPa。
[比較例2]
於具有芯鞘構造的顆粒之習知技術的製造方法之第7圖的製造方法中，藉由使用第8圖之模頭70代替模頭51，而製造第3圖所示之具有3層構造的顆粒5。具體而言，於模頭70內，使經熔融的第1熱塑性樹脂61通過導入孔72a而吐出至碳纖維粗紗46，以第1熱塑性樹脂61被覆碳纖維粗紗46之表面。接著，使經熔融的第2熱塑性樹脂71通過導入孔72b而吐出至碳纖維粗紗46，以第2熱塑性樹脂71被覆第1熱塑性樹脂61之表面。其它程序係與第7圖所示的製造方法同樣。於本比較例中，藉由使用包含尼龍6的樹脂B1作為第1熱塑性 樹脂，使用包含尼龍6的樹脂B2作為第2熱塑性樹脂，使模頭70內之溫度成為275℃，而得第3圖記載之具有3層構造的顆粒5。所得之芯鞘型碳纖維樹脂顆粒5中之碳纖維的含有率為15%。
使用此顆粒進行射出成形，作成與實施例1同樣之啞鈴片。所得之啞鈴片的彎曲強度為210MPa，彎曲彈性模數為9.3GPa。
[比較例3]
又，使用上述比較例1記載之芯鞘型含有碳纖維的樹脂顆粒6，嘗試藉由日本特開平4-152122號公報記載之心軸的製造方法及擠壓成形裝置、日本特開2001-315193號公報記載之熔融擠壓的合成樹脂之管的製造方法、日本特開2000-313052號公報記載之固化擠壓成形製法及其製造裝置、以及日本特開2008-246865號公報記載之厚度不等樹脂片之製造方法及裝置等眾所周知之手段來製作成形品，但碳纖維推開低黏度的樹脂，得不到能滿足作為製品的品質基準之成形品。又，由於碳纖維的分散不充分，所得之成形品係碳纖維出現在表面，形狀亦顯著地差。
[比較例4]
又，使用上述比較例2記載之包含尼龍6之含有碳纖維的樹脂顆粒5，嘗試藉由日本特開平4-152122號公報記載之心軸的製造方法及擠壓成形裝置、日本特開 2001-315193號公報記載之熔融擠壓的合成樹脂之管的製造方法、日本特開2000-313052號公報記載之固化擠壓成形製法及其製造裝置、以及日本特開2008-246865號公報記載之厚度不等樹脂片之製造方法及裝置等眾所周知之手段來製作成形品，但碳纖維、樹脂B1及比該B1還黏度高之樹脂B2的分散係皆不充分，得不到能滿足作為製品的品質基準之成形品。又，由於碳纖維的分散不充分，所得之成形品係碳纖維出現在表面，形狀亦顯著地差。
[比較例5]
使用上述比較例1記載之顆粒6，藉由第9圖所示的熔融擠壓片之製造裝置111，以吐出量200g/min進行擠壓成形，嘗試製作寬度300mm、厚度0.3mm之片，但無法得到目的厚度之片，0.7mm的厚度為極限。又，雖然可製作0.7mm厚之片，但所得之片係開纖性低，表面品質亦差。
[比較例6]
使用上述比較例1記載之顆粒6，藉由第10圖所示的熔融擠壓管之製造裝置130，以吐出量50g/min進行擠壓成形，嘗試製作內徑20mm、外徑25mm之管，但發生因碳纖維所造成的彈回，無法製作所欲的管。
[比較例7]
使用上述比較例1記載之顆粒6，藉由第12圖所示的熔融擠壓實心成形品之製造裝置180，以吐出量70g/min進行擠壓成形，嘗試製作外徑15mm之圓棒，但發生因碳纖維所造成的彈回，無法製作所欲的圓棒。
[比較例8]
使用上述比較例1記載之顆粒6，藉由第14圖所示的熔融擠壓異形品之製造裝置190，以吐出量70g/min進行擠壓成形，嘗試製作I型、H型、T型之異形擠壓成形品，但發生碳纖維的彈回，無法製作所欲的成形品。
[比較例9]
使用上述比較例1記載之顆粒6，藉由第16圖所示的固化擠壓成形品之製造裝置210，以吐出量30g/min進行擠壓成形，作成寬度300mm、厚度100mm之擠出塊。
將此擠出塊予以切削加工，欲製作測定寬度10±0.5mm、測定長度80±2mm之啞鈴片，但塊內有空隙，無法製作所欲的啞鈴片。
[比較例10]
使用上述比較例1記載之顆粒6，藉由第16圖所示的固化擠壓成形品之製造裝置210，以吐出量30g/min進行擠壓成形，嘗試製作Φ150mm之圓棒，但在截面有許多空隙，無法製作所欲的圓棒。
[比較例11]
使用含有20重量%的玻璃纖維之尼龍6的顆粒110，藉由第9圖所示的熔融擠壓片之製造裝置111，以吐出量200g/min進行擠壓成形，嘗試製作寬度300mm、厚度0.7mm之片，但發生堵塞，無法製作所欲之片。
因此，使用此顆粒進行射出成形，製作與實施例1同樣之啞鈴片。所得之啞鈴片的彎曲強度為171MPa，彎曲彈性模數為5.8GPa。
[比較例12]
使用比較例2記載之顆粒5，藉由第10圖所示的熔融擠壓管之製造裝置130，以吐出量50g/min進行擠壓成形，嘗試製作內徑20mm、外徑25mm之管，但發生堵塞，無法製作所欲之成形品。
[比較例13]
使用比較例2記載之顆粒5，藉由第12圖所示的熔融擠壓實心成形品之製造裝置180，以吐出量70g/min進行擠壓成形，嘗試製作外徑15mm之圓棒，但所得之圓棒係在截面有許多的空隙，無法安定連續地成形。
[比較例14]
使用比較例2記載之顆粒5，藉由第14圖所示的熔融擠壓異形品之製造裝置190，以吐出量70g/min進行擠 壓成形，嘗試製作I型、H型、T型之異形擠壓成形品，但所得之成形品係在截面有許多的空隙，無法安定連續地成形。
[比較例15]
使用比較例2記載之顆粒5，藉由第16圖所示的固化擠壓成形品之製造裝置210，以吐出量30g/min進行擠壓成形，製作寬度300mm、厚度100mm之擠出塊。
將此擠出塊予以切削加工，嘗試製作測定寬度10±0.5mm、測定長度80±2mm之啞鈴片，但塊內有空隙，無法製作所欲之啞鈴片。
[比較例16]
使用比較例2記載之顆粒5，藉由第16圖所示的固化擠壓成形品之製造裝置210，以吐出量30g/min進行擠壓成形，嘗試製作Φ150mm之圓棒。調查所得之圓棒，結果在截面發生空隙。
[比較例17]
使用包含尼龍6之沒有添加強化纖維的非強化顆粒，藉由第16圖所示的固化擠壓成形品之製造裝置210，以吐出量30g/min進行擠壓成形，製作寬度300mm、厚度100mm之擠出塊。然後，將上述擠出塊予以切削加工以製作啞鈴片，進行強度之測定，結果彎曲強度為106MPa，彎曲彈性模數為2.7GPa。
產業上之利用可能性
本發明之碳纖維複合材料及其成形品，係適合要求高強度與優異加工性的一切用途，不僅在作為緩衝材、隔熱材、補強材、片帶、管等之量產品的用途，而且在作為模具製造前之樣品或針對半導體產業的製品等之要求高精度的多品種少量生產品之用途亦合適。
1‧‧‧由包含碳纖維複合材料所構成的顆粒
20‧‧‧馬達
21‧‧‧變速機
22‧‧‧擠壓機
23‧‧‧齒輪泵
24‧‧‧冷卻部
25‧‧‧側進給器
26‧‧‧模頭
27‧‧‧線料切刀
28‧‧‧腸線
29‧‧‧排氣口
30‧‧‧供給口
42、43‧‧‧顆粒供給裝置
P1、P2、P3‧‧‧顆粒供給路徑

Claims (27)

  1. 一種碳纖維複合材料之製造方法，其係將具有包含碳纖維之芯成分和包含第1熱塑性樹脂之鞘成分之芯鞘構造的顆粒與第2熱塑性樹脂予以熔融，將經熔融的該顆粒及第2熱塑性樹脂在指定溫度混煉的碳纖維複合材料之製造方法，其特徵為：該第2熱塑性樹脂係在該指定溫度之黏度比該第1熱塑性樹脂還高。
  2. 如請求項1之碳纖維複合材料之製造方法，其中在該指定溫度，該第2熱塑性樹脂之黏度係該第1熱塑性樹脂之黏度的10~750倍。
  3. 如請求項1或2之碳纖維複合材料之製造方法，其中在該指定溫度的該第1熱塑性樹脂之黏度為50~500泊，在該指定溫度的該第2熱塑性樹脂之黏度為1,000~10,000泊。
  4. 如請求項1至3中任一項之碳纖維複合材料之製造方法，其中該指定溫度係比該第2熱塑性樹脂之熔點還高，該指定溫度與該第2熱塑性樹脂之熔點之差為30~90℃。
  5. 如請求項1至4中任一項之碳纖維複合材料之製造方法，其中該第2熱塑性樹脂之熔點為100~370℃。
  6. 如請求項1至5中任一項之碳纖維複合材料之製造方法，其中於經熔融的該顆粒及該第2熱塑性樹脂中，更添加碳纖維。
  7. 如請求項1至6中任一項之碳纖維複合材料之製造方法，其中於該碳纖維複合材料中，以5~60重量%之比例含有碳纖維。
  8. 一種成形品之製造方法，其特徵為將由如請求項1至7中任一項之碳纖維複合材料之製造方法所製造的碳纖維複合材料予以熔融，然後成形。
  9. 如請求項8之成形品之製造方法，其中藉由熔融擠壓法(melt extrusion molding method)或固化擠壓法(solidification extrusion molding method)將該碳纖維複合材料予以成形。
  10. 如請求項8之成形品之製造方法，其中於將該碳纖維複合材料予以成形而形成成形中間體後，更藉由加壓成型法、真空成型法、吹塑成形法或彎曲加工將該成形中間體予以成形。
  11. 如請求項10之成形品之製造方法，其中該成形中間體係在壓力0.2~100MPa及溫度100~370℃之條件下被熱壓。
  12. 如請求項10之成形品之製造方法，其中該成形中間體係在壓力1×10-5~0.05MPa及溫度100~370℃之條件下被真空成型。
  13. 如請求項10之成形品之製造方法，其中該成形中間體係在氣壓0.2~10MPa及溫度100~370℃之條件下被吹塑成形。
  14. 如請求項10至13中任一項之成形品之製造方法，其中該成形中間體係在與熱塑性樹脂材料、玻璃纖維基布或該碳纖維複合材料彼此積層之狀態下被成形。
  15. 一種碳纖維複合材料，其特徵為包含第1熱塑性樹脂、第2熱塑性樹脂及碳纖維，且具有於由該第2熱 塑性樹脂所構成的海相內，分散有由該第1熱塑性樹脂所構成的島相之構造。
  16. 如請求項15之碳纖維複合材料，其中該第1熱塑性樹脂的折射率係與該第2熱塑性樹脂的折射率相異。
  17. 如請求項15或16之碳纖維複合材料，其中該碳纖維複合材料所含有的碳纖維之中50重量%以上存在於該島相內。
  18. 如請求項15至17中任一項之碳纖維複合材料，其中以5~60重量%之比例含有該碳纖維。
  19. 如請求項15至18中任一項之碳纖維複合材料，其中該島相的平均直徑為10nm~100μm。
  20. 如請求項19之碳纖維複合材料，其中該島相的平均直徑為10nm~1μm。
  21. 一種成形品，其係將如請求項15至20中任一項碳纖維複合材料予以成形而成。
  22. 如請求項21之成形品，其係藉由熔融擠壓法或固化擠壓法所成形。
  23. 如請求項21之成形品，其中在將該碳纖維複合材料予以成形而形成成形中間體後，更藉由加壓成型法、真空成型法、吹塑成形法或彎曲加工將該成形中間體予以成形而成。
  24. 如請求項23之成形品，其中該成形中間體係在壓力0.2~100MPa及溫度100~370℃之條件下被熱壓。
  25. 如請求項23之成形品，其中該成形中間體係在壓力1×10-5~0.05MPa及溫度100~370℃之條件下被真空成型。
  26. 如請求項23之成形品，其中該成形中間體係在氣壓0.2~10MPa及溫度100~370℃之條件下被吹塑成形。
  27. 如請求項23至26中任一項之成形品，其中該成形中間體係在與熱塑性樹脂材料、玻璃纖維基布或該碳纖維複合材料彼此積層之狀態下被成形。
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