增强纤维层合片材以及纤维增强树脂成型体以及增强纤维层合片材的制造方法技术

本发明专利技术提供发挥形态稳定性和高赋型性的增强纤维片材、其制造方法以及纤维增强树脂成型体。本发明专利技术的增强纤维片材是增强纤维层合片材，所述增强纤维层合片材是包含单向排列的多个增强纤维束、且同一层内的增强纤维束之间没有直接的束缚力的第一、第二增强纤维束层以相互之间纤维取向不同的方式配置而成，并且，上述第一、第二增强纤维束层的层间通过固着元件相互固着，从而上述第一、第二增强纤维束层被一体化，所述增强纤维层合片材满足下述条件(i)和(ii)。(i)在上述第一、第二增强纤维束层的固着面具有包含至少1个固着元件的固着部分，上述固着部分的平均面积S1为100mm2以下；(ii)在上述固着部分内，上述固着元件相对于上述固着部分的面积比例为0.1％以上且80％以下。

Reinforced fiber laminated sheet and fiber reinforced resin molded body and manufacturing method of reinforced fiber laminated sheet

The present invention provides reinforcing fiber sheet with morphological stability and high formability, its manufacturing method and fiber reinforced resin molding body. The reinforced fiber sheet of the present invention is an enhanced fiber laminated sheet. The reinforced fiber laminated sheet is formed by a first and second reinforced fiber bundles containing no direct binding force between the reinforced fiber bundles in the same layer, and the fiber bundles are arranged in a different way of fiber orientation between each other. Furthermore, the interlayers of the first and second reinforced fiber bundles are fixed to each other through a fixation element, so that the first and second reinforced fiber bundles are integrated, and the reinforced fiber laminates meet the following conditions (I) and (II). (I) the fixing mask of the first and second reinforced fiber bundles has a fixed part containing at least 1 fixation elements, and the average area of the fixed part is below 100mm2; (II) the ratio of the above fixing element to the above fixed part is more than 0.1% and below 80% (II) in the above fixed part.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】增强纤维层合片材以及纤维增强树脂成型体以及增强纤维层合片材的制造方法
本专利技术涉及增强纤维层合片材、以及包含上述增强纤维层合片材和基体树脂的纤维增强树脂成型体以及增强纤维层合片材的制造方法。
技术介绍
对于纤维增强树脂(FiberReinforcedPlastic：FRP)、其中使用了碳纤维的碳纤维增强树脂(CarbonFiberReinforcedPlastic：CFRP)而言，轻质且强度、刚性等机械特性优异。因此，发挥其特性，近年，向航空·宇宙、汽车等输送用机器、运动用途、产业用途等的应用得以发展。作为FRP的代表制造方法，已知有高压釜成型法、树脂传递成型(RTM)法、真空注入成型(VaRTM)法。目前为止，在尤其要求高可靠性和品质的航空器构件的成型中，已采用使用了预浸料坯的高压釜成型法。该方法中，例如，预先在单向排列的增强纤维束组中含浸基体树脂得到预浸料坯，将所得预浸料坯在成型模中层合，根据需要用袋材料覆盖，用高压釜加热·加压，得到由FRP形成的成型体。上述预浸料坯的层合工序中，近年来采用自动铺带(automatictapelayup，ATL)装置，所述自动铺带装置将宽度被切割得窄的预浸料坯进行层合。通过使用ATL装置，特别是针对凹凸少且宽阔面形状的构件，能够实现层合工序的自动化·材料成品率的提高。另一方面，对于凹凸多的形状、立体的复杂形状，该装置难以适用。因此，尝试使用与目标形状相匹配的赋型模等使预浸料坯的层合体变形的方法。但是，对于预浸料坯来说，因为被含浸的基体树脂束缚增强纤维，所以针对微细的凹凸、复杂的立体形状不能得到充分的变形性。这导致褶皱的产生，对机械特性带来不良影响。进而，在使用该预浸料坯的航空器构件的成型中，通常使用昂贵的高压釜设备。特别是在主翼、尾翼等大型构件的成型中使用巨大的高压釜，所以难以缩减制造成本。因此，正在探讨采用不需要大型高压釜、且能够缩短生产周期的RTM成型法、VaRTM成型法。这些成型方法中，将未含浸基体树脂的干布帛等基材的层合体、或者使层合体进一步赋形为所期望的形状的称为预成型体的成型前体，配置在成型模中，合模后注入低粘度的液态基体树脂，由此使基体树脂含浸至增强纤维中，得到由FRP形成的成型体。作为这些成型方法中使用的干布帛等基材，已开始使用了以平纹织物、斜纹织物等形态织造增强纤维束而得到的织物基材、或者使用辅助纱采用缝合等方法将平行并丝而成的增强纤维束进行接合从而保持形态的无褶皱(noncrimp)基材。可以说这些基材均是预先制作的、在布帛面内邻接的增强纤维束预先被束缚从而被一体化而成的、具有以一定的宽度及单位面积重量在长度方向上连续的形态的增强纤维基材。所以，这些基材中，增强纤维没有被基体树脂强烈束缚。因此，具有如下特征：与预浸料坯相比能够易于变形为所期望的形状(即使是曲面形状、凹凸形状、复杂的立体形状)，使其适当地赋型时，能够抑制对机械特性带来不良影响的褶皱。进而，近年来，在RTM成型法、VaRTM成型法中，仅在需要的位置依次配置各必要长度的增强纤维从而得到增强纤维基材的AFP(自动纤维布置(AutomatedFiberPlacement))法，作为生产率高且能使增强纤维的废弃量大幅减少的技术备受关注。在AFP法中，例如，将干增强纤维束以单向且平面状的方式进行并丝形成一个增强纤维束层，将相邻的增强纤维束进行束缚、或将上述层层合多层并对层间进行束缚，由此形成片材形态。作为用于形成片材形态的增强纤维束(层)的束缚手段，尝试了通过使用了树脂的粘合进行的束缚、通过使用了缝合丝的缝合进行束缚等。例如，专利文献1中公开了如下技术，即，在片状基础基材上的规定位置单向配置多个增强纤维束，将增强纤维束随机地粘合在基础基材上，由此形成片材形态。对于由该技术制作的增强纤维片材，由于在基础基材上粘合有增强纤维束，所以可以一体化为增强纤维片材。另一方面，已知下述增强纤维基材，其不是采用AFP法形成的，而是如专利文献2所公开那样，在单向增强纤维层和纤维取向与该层不同的其它的单向增强纤维层之间配置包含热塑性树脂材料的固着材料，对其进行热熔接而成。另外，作为增强纤维层间的束缚手段，已知有例如如专利文献3所公开的，对赋予了固着材料的增强纤维层间进行部分固着来提高增强纤维层合体的变形性的技术。专利文献2或3所公开的技术是对将通过闭合纱(日语为“目留め糸”)、辅助纱等来束缚邻接的增强纤维束而成的织物基材进行层合而言有效的技术。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开2014－159099号公报专利文献2:日本特开2009－235182号公报专利文献3:日本特开2007－276453号公报
技术实现思路
然而，对于具有复杂且大的曲面的三维形状而言，采用专利文献1公开的方法制作的增强纤维片材在基础基材中产生裂纹，片材的赋型性变得较低，不能充分地在不产生褶皱、增强纤维的波纹(日文为“ヨレ”)的情况下使其赋型。另外，在根据成型品的不同而必须使用不必要的基础基材方面也存在课题。另外，对于专利文献2或3公开的技术，无法用于将采用AFP法配置的、将相互未被直接束缚的增强纤维束一体化从而制成片材。这些技术只不过是将片材(其是通过机织结构而使得邻接的纤维彼此相互束缚而成)彼此的层间进行部分地固着，而针对将采用AFP法得到的片材所特有的“以相互不同的长度邻接、并丝而成的增强纤维”彼此进行固着，没有给出任何解决手段。即，对于对采用AFP法得到的增强纤维束层间进行束缚时所特有的课题(以适当的固着力将未束缚的增强纤维束间束缚，在不扰乱纤维取向且不产生褶皱、增强纤维的波纹的状态下使其赋型)，没有给出解决手段，即使参考这些专利文献，也无法得到具有充分赋型性的增强纤维层合片材。如上所述，目前为止尚无法得到如下的增强纤维层合片材，该增强纤维层合片材中，不使用基础基材等其它材料而是以适当的固着力将未束缚的增强纤维束间束缚、具有充分的赋型性(在不扰乱纤维取向且不产生褶皱、增强纤维的波纹的情况下使其赋型)。进而，为了提高赋型性，仅单纯地减弱增强纤维束的束缚力时，由于增强纤维束容易偏移或剥离，所以无法维持作为增强纤维层合片材的形态。其结果，在之后工序中无法搬送增强纤维片材、在赋型时产生褶皱、波纹、剥离等，完全不能作为增强纤维片材使用。当然，即使采用RTM法将上述增强纤维片材进行成型，所得成型体也残留有增强纤维层的褶皱等，终究无法得到所期望的力学物性。因此，鉴于上述现有技术的现状，本专利技术的课题在于提供增强纤维层合片材以及该增强纤维层合片材的制造方法，所述增强纤维层合片材通过将未被直接束缚的、相邻的增强纤维束彼此进行一体化，从而可以作为片材进行处理，并且在赋型时能够在保持作为片材的形态的同时按照模具的形状进行变形。另外，使用上述增强纤维层合片材，提供纤维增强树脂成型体，该纤维增强树脂成型体没有在赋型时所产生的褶皱等缺陷、具有优异的成型性。用于解决课题的手段AFP法中，关于将纤维束的层间进行束缚的手段，已探讨使用树脂粘合剂作为固着材料的方法。然而，通过现有技术的组合，难以同时实现片材的赋型性和形态稳定性这样的相反特性。因此，本专利技术的专利技术人们进行了潜心研究，结果发现，通过使在以纤维取向彼此不同的方式配置而成的单向增强纤维束层的层间所存本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.增强纤维层合片材，其是包含单向排列的多根增强纤维束、且同一层内的增强纤维束之间没有直接的束缚力的第一、第二增强纤维束层以相互之间纤维取向不同的方式配置而成，并且，所述第一、第二增强纤维束层的层间通过固着元件相互固着，从而所述第一、第二增强纤维束层被一体化，所述增强纤维层合片材满足下述条件(i)及(ii)，(i)在所述第一、第二增强纤维束层的固着面具有包含至少1个固着元件的固着部分，所述固着部分的平均面积S1为100mm2以下，(ii)所述固着部分内，所述固着元件相对于所述固着部分的面积比例为0.1％以上且80％以下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.31 JP 2016-070827;2016.03.31 JP 2016-070821.增强纤维层合片材，其是包含单向排列的多根增强纤维束、且同一层内的增强纤维束之间没有直接的束缚力的第一、第二增强纤维束层以相互之间纤维取向不同的方式配置而成，并且，所述第一、第二增强纤维束层的层间通过固着元件相互固着，从而所述第一、第二增强纤维束层被一体化，所述增强纤维层合片材满足下述条件(i)及(ii)，(i)在所述第一、第二增强纤维束层的固着面具有包含至少1个固着元件的固着部分，所述固着部分的平均面积S1为100mm2以下，(ii)所述固着部分内，所述固着元件相对于所述固着部分的面积比例为0.1％以上且80％以下。2.增强纤维层合片材，其是包含单向排列的多根增强纤维束、且同一层内的增强纤维束之间没有直接的束缚力的第一、第二增强纤维束层以相互之间纤维取向不同的方式配置而成，并且，所述第一、第二增强纤维束层的层间通过固着元件相互固着，从而所述第一、第二增强纤维束层被一体化，所述增强纤维层合片材满足下述条件(i)及(iii)，(i)在所述第一、第二增强纤维束层的固着面具有包含至少1个固着元件的固着部分，所述固着部分的平均面积S1为100mm2以下，(iii)所述固着元件是由粒状或纤维集合体状的固着材料熔融而成的。3.如权利要求1或2所述的增强纤维层合片材，其中，在所述第一、第二增强纤维束层的固着面中，具有包含至少1处所述固着部分的固着区域，所述固着区域相对于所述增强纤维层合片材的面积比例为30％以上且100％以下。4.如权利要求1～3中任一项所述的增强纤维层合片材，其具有固着部分相对于固着区域的面积比例为1％以上且50％以下的至少1个固着区域。5.如权利要求1～4中任一项所述的增强纤维层合片材，其还满足下述条件(iv)，(iv)具有所述固着部分的中心被配置成多边形的格子状的所述固着区域。6.如权利要求1～5中任一项所述的增强纤维层合片材，其还满足下述条件(v)，(v)所述固着部分的中心被配置成一边的长度为L1(mm)的正多边形的格子状，所述长度L1(mm)满足下述式(1)，1≤L1≤50(1)。7.纤维增强树脂成型体，其包括权利要求1～6中任一项所述的增强纤维层合片材和基体树脂。8.增强纤维层合片材的制造方法，其包括以下工序(a)～(c)，(a)第一增强纤维束层配置工序，在工作台上将多根增强纤维束单向排列进行配置，得到同一层内的增强纤维束之间没有直接的束缚力的第一增强纤维束层，(b)第二增强纤维束层配置工序，在所述第一增强纤维束层上进一步地在与所述第一增强纤维束层的纤维方向不同的方向上将多根增强纤维束单向排列进行配置，得到同一层内的增强纤维束之间没有直接的束缚力的第二增强纤维束层，制成增强纤维层合体，(c)片材化工序，使用片材化机构，得到满足下述条件(i)及(ii)的增强纤维层合片材，所述片材化机构通过在与所述增强纤维层合体相接触的面上所具有的突起，部分地对所述增强纤维层合体进行加热及/或加压，使所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：三浦真吾，佐藤将之，樋野丰和，
申请(专利权)人：东丽株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP