纤维增强塑料的制造方法和纤维增强塑料技术

一种纤维增强塑料的制造方法，其包括下述工序：层叠工序，将包含切口预浸料的预浸料组层叠两片以上，得到预浸料层叠体，其中，以包含单向取向的增强纤维与树脂的预浸料在至少一部分区域插入有两个以上切断增强纤维的切口的预浸料为切口预浸料；赋形工序，将预浸料层叠体配置于包含上面和侧面的模具的上面或配置于包含下面和侧面的模具的下面，沿着侧面进行弯曲赋形，得到为近似模具形状的预型件；和固化工序，将预型件配置于与赋形工序中使用的模具不同的模具中，进行固化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】纤维增强塑料的制造方法和纤维增强塑料
本专利技术涉及具有高力学特性的纤维增强塑料及其制造方法。
技术介绍
由增强纤维和树脂构成的纤维增强塑料具有比强度、比弹性模量高，力学特性优异，耐候性、耐化学药品性等高功能特性等，因此在工业用途中也备受关注，并展开到飞机、航天器、汽车、铁路、船舶、电气化产品、体育等的结构用途中，其需求逐年高涨。对于航空器等的结构部件中使用的纤维增强塑料来说，要求高力学特性，将在连续的增强纤维中浸渗树脂而成的预浸料的层叠体赋形为特定的形状，制成预型件，并用高压釜等将预型件固化来成型。现有技术文献专利文献作为得到预型件的手段，已知下述被称为自动纤维铺放的方法，该方法将宽幅预浸料在纤维方向裁断而分割成窄幅而得到的狭长带状(slittape)预浸料，利用自动设备使该狭长带状预浸料连续地层叠(例如专利文献1)。即使是复杂的三维形状，也可以通过对经实质二维变形的窄幅的狭长带状预浸料进行排列来赋形。为了使用低成本的宽幅预浸料、并且实现生产率高的赋形工序，正在开发下述被称为热成型的赋形方法，该方法一边对预先利用自动设备高速地层叠为平板状的预浸料的层叠体施加热，一边将其按压到模具，从而赋形为三维形状(例如专利文献2)。专利文献1：国际公开2009/052263号公报专利文献2：国际公开96/06725号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题但是，专利文献1的技术存在下述问题：将狭长带状预浸料排列成所期望的形状需要花费时间，生产率低，会增加将宽幅预浸料裁断而形成狭长带状预浸料的工序，因此材料费本身也增高。另外，专利文献2的技术存在下述问题：在通过热成型将预浸料层叠体赋形为三维形状时，无法完全追随三维形状而产生褶皱，或者增强纤维突起，在与模具之间产生不含增强纤维的富含树脂部。褶皱、富含树脂部可成为使纤维增强塑料的表面品质、力学特性降低的缺陷，因此赋形为不存在褶皱的预型件很重要。鉴于该
技术介绍
中的问题，本专利技术的课题在于提供一种能够通过热成型而赋形为不存在褶皱的预型件、并且在制成纤维增强塑料时表现出高力学特性的纤维增强塑料的制造方法。另外，本专利技术的另一课题在于提供一种具有复杂形状、同时具有高力学特性的纤维增强塑料。用于解决课题的手段为了解决上述课题，本专利技术的纤维增强塑料的制造方法具有下述构成。即，一种纤维增强塑料的制造方法，其包括下述工序：层叠工序，将包含切口预浸料的预浸料组层叠两片以上，得到预浸料层叠体，其中，以包含单向取向的增强纤维与树脂的预浸料在至少一部分区域插入有两个以上切断增强纤维的切口的预浸料为切口预浸料；赋形工序，将预浸料层叠体配置于包含上面和侧面的模具的上面或配置于包含下面和侧面的模具的下面，沿着侧面进行弯曲赋形，得到为近似模具形状的预型件；和固化工序，将预型件配置于与赋形工序中使用的模具不同的模具中，进行固化。另外，本专利技术的纤维增强塑料具有下述构成。即，一种纤维增强塑料，该纤维增强塑料包含树脂和增强纤维，具有平面部和曲面部，对于纤维增强塑料来说，至少一部分被切断的增强纤维单向取向，并且增强纤维的取向方向上相邻的纤维束间存在树脂部P，以具有连结树脂部P的端部彼此而成的线段相对于增强纤维的取向方向倾斜配置的树脂部P的层为层A时，纤维增强塑料在与曲面部的内周相比接近外周的一侧包含层A。本专利技术的纤维增强塑料的制造方法优选的是，对于上述切口预浸料来说，将从切口预浸料的上述区域内任意选择的10个直径为10mm的圆形的小区域内包含的切口的个数作为总体的情况下，总体的平均值为10以上、且变异系数为20％以内。本专利技术的纤维增强塑料的制造方法优选的是，切口与增强纤维的取向方向所成的角度θ的绝对值实质上相同，包含大致相同数量的θ为正的正切口和θ为负的负切口，关于任意的切口与存在于该切口的延长线上的与其最近的其他切口的间隔，正切口彼此的间隔与负切口彼此的间隔是不同长度。本专利技术的纤维增强塑料的制造方法优选的是，预型件包含至少一个面外变形，该面外变形的高度为预浸料层叠体的平均厚度的0.5倍以上3倍以下。本专利技术的纤维增强塑料的制造方法优选的是，在赋形工序中，一边对形成为近似模具形状的预型件的至少一部分施加剪切力，一边将其按压到上述模具，进行平坦化。本专利技术的纤维增强塑料优选的是，在层A的面内的任意的树脂部P中，描绘与该树脂部P的轮廓相切且距离最短的两条平行线，此时，平行线的距离的平均值为0.2mm以下。本专利技术的纤维增强塑料优选的是，层A中的树脂部P的体积合计为该层A的体积的5％以下。专利技术的效果根据本专利技术，可以制造一种可通过热成型无褶皱地对预型件进行赋形、并且具有优异的表面品质和力学特性的纤维增强塑料。附图说明图1是预型件制作方法的概念图。图2是侧面具有凹凸的模具的概念图。图3是模具的长度方向的截面形状的例子。图4是切口预浸料的概念图。图5是切口预浸料中的切口图案的例子。图6是赋形工序中的面外变形的概念图。图7是本专利技术的纤维增强塑料的概念图。图8是树脂部P的概念图。图9是实施例中所用的模具。图10是弯曲赋形方法的概念图。具体实施方式为了通过下述热成型来制造可应用于航空器等的结构部件的力学特性优异的纤维增强塑料，本专利技术人进行了深入的研究，查明通过由包含切口预浸料的预浸料组来构成预浸料层叠体能够解决上述课题，该切口预浸料在至少一部分区域插入有两个以上切断增强纤维的切口。上述热成型包括以下工序：层叠工序，将包含单向取向的增强纤维与树脂的预浸料层叠两片以上，得到预浸料层叠体；赋形工序，将预浸料层叠体配置于包含上面和侧面的模具的上面或配置于包含下面和侧面的模具的下面，沿着侧面进行弯曲赋形，得到为近似模具形状的预型件；和固化工序，将预型件配置于与赋形工序中使用的模具不同的模具中，进行固化。本专利技术的纤维增强塑料的制造方法包括层叠工序、赋形工序、固化工序。并且，层叠工序是指下述工序：以包含单向取向的增强纤维与树脂的预浸料(下文中有时称为单向预浸料)在至少一部分区域插入有两个以上切断增强纤维的切口的预浸料为切口预浸料时，将包含切口预浸料的预浸料组层叠两片以上，得到预浸料层叠体。如后所述，构成预浸料层叠体的预浸料组只要包含切口预浸料即可，没有特别限定，可以为仅由切口预浸料构成的方式，也可以为部分包含切口预浸料的方式，没有特别限定。对于预浸料层叠体，可以对应作为成型对象的纤维增强塑料的目标厚度，使部分上的层叠片数。需要说明的是，以下，将切口预浸料中具有两个以上切断增强纤维的切口的区域称为切口区域。预先在预浸料整个面插入切口，将整个面作为切口区域的切口预浸料容易生产，通用性高，因而优选。在切口区域内，可以是全部的增强纤维被切口切断，也可以包含未被切口切断的增强纤维。在赋形为凹凸形状多的复杂形状的情况下，优选在切口区域内全部的增强纤维被切口切断。图1示出热成型的赋形工序的概念图，其中，将预浸料层叠体1按压在模具的上面2来配置，沿着侧面3进行弯曲赋形，从而赋形为近似模具形状的预型件4。在利用使图1的模具上下翻转后的模具的情况下，上面2成为下面，可以在赋形工序中将基材配置于下面之下，向侧面进行弯曲赋形。模具只要包含上面和侧面则也可以包含其他面。近似模具形状的预型件是指通过弯曲赋形而将预浸料层叠体赋形为包含上面或下面与侧面的形状的预浸料层叠体，从模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纤维增强塑料的制造方法，其包括下述工序：层叠工序，将包含切口预浸料的预浸料组层叠两片以上，得到预浸料层叠体，其中，以包含单向取向的增强纤维与树脂的预浸料在至少一部分区域插入有两个以上切断增强纤维的切口的预浸料为切口预浸料；赋形工序，将预浸料层叠体配置于包含上面和侧面的模具的上面或配置于包含下面和侧面的模具的下面，沿着侧面进行弯曲赋形，得到为近似模具形状的预型件；和固化工序，将预型件配置于与赋形工序中使用的模具不同的模具中，进行固化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.16 JP 2016-0518921.一种纤维增强塑料的制造方法，其包括下述工序：层叠工序，将包含切口预浸料的预浸料组层叠两片以上，得到预浸料层叠体，其中，以包含单向取向的增强纤维与树脂的预浸料在至少一部分区域插入有两个以上切断增强纤维的切口的预浸料为切口预浸料；赋形工序，将预浸料层叠体配置于包含上面和侧面的模具的上面或配置于包含下面和侧面的模具的下面，沿着侧面进行弯曲赋形，得到为近似模具形状的预型件；和固化工序，将预型件配置于与赋形工序中使用的模具不同的模具中，进行固化。2.如权利要求1所述的纤维增强塑料的制造方法，其中，对于所述切口预浸料来说，将从切口预浸料的所述区域内任意选择的10个直径为10mm的圆形的小区域内包含的切口的个数作为总体的情况下，总体的平均值为10以上、且变异系数为20％以内。3.如权利要求2所述的切口预浸料，其中，切口与增强纤维的取向方向所成的角度θ的绝对值实质上相同，包含大致相同数量的θ为正的正切口和θ为负的负切口，关于任意的切口与存在于该切口的延长线上的与其最近的其他切口的...

【专利技术属性】
技术研发人员：藤田雄三，内藤悠太，武田一朗，
申请(专利权)人：东丽株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP