CN113442466B - 切口预浸料坯 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题在于提供对三维形状的追随性优异、且制成纤维增强塑料时呈现出良好的表面品质和高力学特性的切口预浸料坯。切口预浸料坯,在包含沿单向取向的增强纤维和树脂的预浸料坯的至少一部分区域中具有多个将增强纤维切断的切口,所述切口预浸料坯中,将从上述区域内任意选择的10个直径10mm的圆形小区域内所含的切口个数作为总体时,小区域内的切口个数的平均值为10以上且变异系数在20%以内。

Description

切口预浸料坯
本申请是申请日为2016年10月20日、国际申请号为PCT/JP2016/081170、国家申请号为201680062569.8、发明名称为“切口预浸料坯、正交铺设层叠体及切口预浸料坯的制造方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及成型时具有良好的形状追随性、固化时具有高力学特性的纤维增强塑料的中间基材及其制造方法。
背景技术
对于由增强纤维和树脂形成的纤维增强塑料而言,由于比强度、比弹性模量高,力学特性优异、具有耐气候性、耐化学药品性等高功能特性等,因此,在产业用途中也备受关注,在航空器、宇宙飞船、汽车、铁路、船舶、电器制品、运动用品等的结构用途中展开,其需求正逐年升高。
作为纤维增强塑料的中间基材,有SMC(片状模塑料)。SMC是通常切断成25mm左右、且含浸有热固性树脂的短切纤维随机地分散而得到的片状基材,作为适于将具有复杂的三维形状的纤维增强塑料进行成型的材料而为人所知。但是,对于由SMC成型得到的纤维增强塑料而言,必然会产生短切纤维的分布不均、取向不均,由此导致成型体的力学特性降低、或其值的偏差变大。作为呈现稳定且高力学特性的纤维增强塑料的成型法,已知下述方法:将在连续的增强纤维中含浸树脂而得到的预浸料坯进行层叠,利用高压釜进行成型。然而,对于使用了连续纤维的预浸料坯而言,因变形能不足而产生褶皱、增强纤维的突起,难以成型为三维形状等复杂的形状。
为了消除上述材料的缺陷,公开了下述切口预浸料坯:在由连续的增强纤维和树脂形成的预浸料坯中设置切口,切断增强纤维,由此,使得可流动且力学特性的偏差也小(例如专利文献1、2)。
此外,为了得到高品质的纤维增强塑料,有时也需要适合于通过手工作业使预浸料坯顺着模具的手糊法(hand lay-up method)的基材,而不是如SMC这样通过加热加压使其流动而形成形状。在使用预浸料坯的手糊法中,通常使用将树脂含浸于以赋形性优异的机织结构作为增强形态的纤维基材(织物)而得到的预浸料坯(织物预浸料坯)(例如专利文献3)。
此外,作为切口预浸料坯的制造方法,还有如专利文献4那样、使用配置有刀的冲裁模进行制造的方法,但其是间歇性的切口***法,在切口较细的情况下,存在下述这样的问题:以不同的时间点冲裁的切口彼此的位置关系容易偏离。为了使切口预浸料坯呈现高力学特性,高精度地控制切口位置是重要的,因此,提出了如专利文献5那样将预浸料坯压靠至设置有刀的旋转刀辊的制造方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开昭63-247012号公报
专利文献2:国际公开WO2008/099670号小册子
专利文献3:日本特开平8-25491号公报
专利文献4:日本特开2009-220480号公报
专利文献5:日本专利第5223354号公报
发明内容
发明要解决的课题
关于专利文献1所述的切口预浸料坯,虽然与SMC相比力学特性大幅提高、偏差也变小,但不能认为具有足够用作结构材料的强度,对三维形状的追随性也有提高的余地。关于专利文献2所述的切口预浸料坯,通过使切口变细,从而呈现更高的强度,并通过使切口相对于纤维方向的角度变小,从而即使在流动后切口也不易开口,实现良好外观。但是,成型品的切口开口依然为可目视识别的程度。
鉴于上述背景技术,本发明提供下述中间基材,所述中间基材对三维形状的追随性优异,且固化时能够得到呈现出切口开口不易目视识别的程度的高表面品质和优异的力学特性的纤维增强塑料。
手糊法中通常使用织物预浸料坯,但另一方面,对于固化得到的纤维增强塑料的力学特性而言,与增强纤维的增强形态为机织结构的情况相比,厚度方向无起伏且增强纤维沿单向取向的情况下更为优异,对于制备期望高力学特性的制品而言,使用增强纤维沿单向取向的预浸料坯(单向预浸料坯)来进行成型是优选的。但是,单向预浸料坯在纤维方向上具有高刚性,因此难以伸长,当顺着具有三维形状的模具时,增强纤维会在角部突起,因此难以实现形状追随。此外,单向预浸料坯在非纤维方向上仅由树脂连接,当在非纤维方向上施加拉伸负荷时会发生破裂,因此不适合于手糊法。在改变纤维方向的角度将多片进行层叠而得到的单向预浸料坯的层叠体的情况下,虽然可减轻预浸料坯的破裂,但无法消除增强纤维在角部的突起,难以实现对具有三维形状的模具的形状追随。因此,本发明的课题还在于提供适合于手糊法、且制成纤维增强塑料时呈现出优异的力学特性的预浸料坯的层叠体。
关于切口预浸料坯的制造方法,旋转刀辊的生产率高于冲裁模,为了最大限度地发挥其特质,可考虑下述工艺:从将预浸料坯连续地卷至纸管等而得到的预浸料坯卷中放出预浸料坯,***切口而制成切口预浸料坯,然后卷绕成卷。然而,在向从预浸料坯卷放出的预浸料坯中连续***切口的工序中,存在如下这样的问题:预浸料坯在宽度方向上逐渐偏移;或者,由于卷入了预浸料坯的松弛而产生褶皱。发生这样的问题时,制造的切口预浸料坯的品质将降低,难以连续且稳定地制造切口预浸料坯。本发明的课题还在于减少预浸料坯的松弛、宽度方向的位置偏移,无褶皱、连续且稳定地在预浸料坯中***切口,制造具有优异的成型性、及固化时发挥高力学特性的切口预浸料坯。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题,本发明采用以下这样的手段。即,作为用于得到具有高力学特性和良好的表面品质的纤维增强塑料的切口预浸料坯,为在包含沿单向取向的增强纤维和树脂的预浸料坯的至少一部分区域中具有多个将增强纤维切断的切口的切口预浸料坯,所述切口预浸料坯中,将从上述区域内任意选择的、10个直径10mm的圆形小区域内所含的切口个数作为总体时,总体的平均值为10以上且变异系数在20%以内。
作为适合于手糊法的预浸料坯的层叠体,为下述正交铺设层叠体:其由多片预浸料坯形成,所述预浸料坯包含沿单向取向的增强纤维和树脂且增强纤维的体积含有率Vf为45~65%,所述正交铺设层叠体以包含纤维方向实质上呈直角相交的切口预浸料坯的方式构成,
上述各预浸料坯为具有多个将增强纤维横切的切口、且实质上全部增强纤维的纤维长度(L)为10~300mm的切口预浸料坯,
于25℃环境下满足以下所示的拉伸特性1、或者于60℃环境下满足以下所示的拉伸特性2。
(拉伸特性1)在将正交铺设层叠体中的任一切口预浸料坯的纤维方向设为0°的情况下,若将沿0°方向对正交铺设层叠体施加1%的拉伸应变时在正交铺设层叠体的0°方向上产生的负荷作为负荷1,将沿0°方向对正交铺设层叠体施加2%的拉伸应变时在正交铺设层叠体的0°方向上产生的负荷作为负荷2,则负荷1×0.5<负荷2<负荷1×1.5。
(拉伸特性2)在将正交铺设层叠体中的任一切口预浸料坯的纤维方向设为0°的情况下,若将沿0°方向对正交铺设层叠体施加1%的拉伸应变时在正交铺设层叠体的0°方向上产生的负荷作为负荷1,将沿0°方向对正交铺设层叠体施加2%的拉伸应变时在正交铺设层叠体的0°方向上产生的负荷作为负荷2,则负荷1×0.5<负荷2<负荷1×1.5。
作为切口预浸料坯的制造方法,为下述制造方法:对包含增强纤维和树脂的预浸料坯赋予张力,同时以预浸料坯的端边在旋转刀辊的轴向上成为规定范围内的方式,使预浸料坯从刀的总长度在1~3000m/m2的范围内的旋转刀辊与相对该旋转刀辊的轴大致平行地接近的支承辊之间通过,将至少一部分的增强纤维的纤维长度切断成10~300mm的范围内,从而制成切口预浸料坯。
本发明还包括下述技术方案:
(1)切口预浸料坯,在包含沿单向取向的增强纤维和树脂的预浸料坯的至少一部分区域中具有多个将增强纤维切断的切口,所述切口预浸料坯中,将从所述区域内任意选择的10个直径10mm的圆形小区域内所含的切口个数作为总体时,总体的平均值为10以上且变异系数在20%以内。
(2)上述(1)所述的切口预浸料坯,其中,任意的切口与最接近于该切口的其他切口不切断同一增强纤维。
(3)上述(1)或(2)所述的切口预浸料坯,其中,切口实质上为相同长度Y,最接近的切口彼此的距离比0.5倍的Y长。
(4)上述(1)~(3)中任一项所述的切口预浸料坯,其中,切口相对于增强纤维的取向方向倾斜地***。
(5)上述(1)~(4)中任一项所述的切口预浸料坯,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,并且,包含θ为正的切口(称为正切口)和θ为负的切口(称为负切口)。
(6)上述(5)所述的切口预浸料坯,其中,包含大致相同数量的正切口和负切口。
(7)上述(5)或(6)所述的切口预浸料坯,其中,关于任意的切口与存在于该切口的延长线上的最接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的长度不同。
(8)正交铺设层叠体,其由多片预浸料坯形成,所述预浸料坯包含沿单向取向的增强纤维和树脂且增强纤维的体积含有率Vf为45~65%,所述正交铺设层叠体以包含纤维方向实质上呈直角相交的切口预浸料坯的方式构成,
各预浸料坯为具有多个将增强纤维横切的切口、且实质上全部增强纤维的纤维长度(L)为10~300mm的切口预浸料坯,并且于25℃环境下满足以下所示的拉伸特性1、或者于60℃环境下满足以下所示的拉伸特性2,
(拉伸特性1)在将正交铺设层叠体中的任一切口预浸料坯的纤维方向设为0°的情况下,若将沿0°方向对正交铺设层叠体施加1%的拉伸应变时在正交铺设层叠体的0°方向上产生的负荷作为负荷1,将沿0°方向对正交铺设层叠体施加2%的拉伸应变时在正交铺设层叠体的0°方向上产生的负荷作为负荷2,则负荷1×0.5<负荷2<负荷1×1.5;
(拉伸特性2)在将正交铺设层叠体中的任一切口预浸料坯的纤维方向设为0°的情况下,若将沿0°方向对正交铺设层叠体施加1%的拉伸应变时在正交铺设层叠体的0°方向上产生的负荷作为负荷1,将沿0°方向对正交铺设层叠体施加2%的拉伸应变时在正交铺设层叠体的0°方向上产生的负荷作为负荷2,则负荷1×0.5<负荷2<负荷1×1.5。
(9)上述(8)所述的正交铺设层叠体,其中,
在25℃环境下,在将正交铺设层叠体中的任一切口预浸料坯的纤维方向设为0°的情况下,沿0°方向对正交铺设层叠体施加2%的拉伸应变时,切口开口部的总面积在正交铺设层叠体的面积中所占的比例(切口开口部的面积率)为0%以上且1%以下;或者
在60℃环境下,在将正交铺设层叠体中的任一预浸料坯的纤维方向设为0°的情况下,沿0°方向对正交铺设层叠体施加2%的拉伸应变时,切口开口部的总面积在正交铺设层叠体的面积中所占的比例(切口开口部的面积率)为0%以上且1%以下。
(10)上述(8)或(9)所述的正交铺设层叠体,其中,所述预浸料坯为上述(1)~(7)中任一项所述的切口预浸料坯。
(11)如上述(8)~(10)中任一项所述的正交铺设层叠体,其面积为0.5m2以上。
(12)纤维增强塑料的制造方法,其中,将上述(8)~(11)中任一项所述的正交铺设层叠体压靠至模具中而制成预成型体,接着,将所述预成型体进行固化。
(13)切口预浸料坯的制造方法,
对包含增强纤维和树脂的预浸料坯赋予张力,同时以预浸料坯的端边在旋转刀辊的轴向上成为规定范围内的方式,使预浸料坯从刀的总长度在1~3000m/m2的范围内的旋转刀辊与相对所述旋转刀辊大致平行地接近的支承辊之间通过,将至少一部分增强纤维的纤维长度切断成10~300mm的范围内,从而制成切口预浸料坯。
(14)上述(13)所述的切口预浸料坯的制造方法,其中,在使预浸料坯从旋转刀辊与支承辊之间通过而制成切口预浸料坯后,以切口预浸料坯的旋转刀辊侧的表面远离旋转刀辊的方式,将切口预浸料坯压靠至支承辊,从而取出。
(15)上述(13)或(14)所述的切口预浸料坯的制造方法,其中,一边将预浸料坯压靠至支承辊,一边使预浸料坯从旋转刀辊与支承辊之间通过。
(16)如上述(13)~(15)中任一项所述的切口预浸料坯的制造方法,其中,在预浸料坯的与支承辊接触的一侧的表面配置片状基材A,将设置于旋转刀辊的刀压靠至预浸料坯,使其贯穿预浸料坯,沿片状基材A的厚度方向,在从片状基材A的与预浸料坯接触的面起5~75%的范围内***刀。
(17)如上述(13)~(16)中任一项所述的切口预浸料坯的制造方法,其中,在使预浸料坯从旋转刀辊与支承辊之间通过时,将片状基材B配置在预浸料坯与旋转刀辊之间,并且贯穿片状基材B而在预浸料坯中***切口。
(18)如上述(13)~(17)中任一项所述的切口预浸料坯的制造方法,其中,在将旋转刀辊上的全部刀投影至垂直于旋转刀辊的轴向的平面上而形成的圆形状中,
在所述圆形状中不存在不连续部,或者,
在所述圆形状中存在不连续部,但在全部不连续部中由所述不连续部的两端与圆形状的中心所形成的中心角为5°以下。
发明的效果
根据本发明,能够得到三维形状追随性优异、且制成纤维增强塑料时呈现出良好的表面品质和优异的力学特性的中间基材。此外,可得到适合于手糊法、且制成纤维增强塑料时呈现出优异的力学特性的正交铺设层叠体。另外,能够抑制褶皱、宽度方向的位置偏移,能够连续且稳定地在预浸料坯中***切口,能够制造具有优异的成型性、及固化时发挥高力学特性的切口预浸料坯。
附图说明
[图1]为本发明的切口预浸料坯的概念图。
[图2]示例了不均匀的切口图案(a)和均匀的切口图案(b,c)。
[图3]为本发明的切口预浸料坯中使用的切口图案的一例。
[图4]为本发明的切口预浸料坯中使用的切口图案的一例。
[图5]为本发明的切口预浸料坯中使用的切口图案的一例。
[图6]为本发明的切口预浸料坯中使用的切口图案的一例。
[图7]为本发明的正交铺设层叠体的概念图。
[图8]为本发明的切口预浸料坯制造方法的概念图。
[图9]为从上方观察图8的切口预浸料坯制造方法的图。
[图10]为本发明的切口预浸料坯制造方法的概念图。
[图11]为本发明的切口预浸料坯制造方法的概念图。
[图12]为与权利要求18相关的概念图。
[图13]为加压成型用的模具。
[图14]为手糊法用的模具。
[图15]为本发明的切口预浸料坯中使用的切口图案的6个例子。
[图16]为本发明的切口预浸料坯中未使用的切口图案的5个例子。
[图17]为实施例及比较例中使用的切口图案的5个例子。
[图18]为从实施例的切口预浸料坯内选取出的小区域的图案。
[图19]为大型赋形模具。
具体实施方式
为了得到对三维形状的追随性优异、且制成纤维增强塑料时呈现出优异的力学特性的中间基材,本申请的发明人进行了潜心研究,研究明白了通过在包含沿单向取向的增强纤维和树脂的预浸料坯的至少一部分区域中***多个将增强纤维切断的切口,使得增强纤维不连续,从而提高对三维形状的追随性,解决了上述课题。
具体而言,本发明为下述切口预浸料坯:将在***有多个切口的区域(以下,称为切口区域)中任意选择的10个直径10mm的圆形小区域内所含的切口个数作为总体时,总体的平均值为10以上且变异系数在20%以内(以下,将总体的平均值为10以上的状态称为高密度,将变异系数为20%以内的状态称为均匀)。
图1(a)表示在预浸料坯1中包含***有多个切口2的切口区域3的切口预浸料坯的概念图。切口区域只要在预浸料坯的至少一部分区域中即可,可以仅存在于预浸料坯的一部分中,也可以存在于整个预浸料坯中,还可以在预浸料坯内包含多个切口区域。切口区域可以存在于切口预浸料坯的任意部位,但在使用切口预浸料坯进行成型而制成纤维增强塑料时,存在于包含曲面、凹凸等三维形状的区域中是优选的。在切口区域内,可以是全部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。
图1(b)表示在切口区域3内选取出10处直径10mm的圆形小区域4的情况(以下,将直径10mm的圆形小区域4简称为小区域)。对于小区域而言,在切口区域内以小区域不重合的程度密集地选取是优选的,但当切口区域的尺寸不足以选取出10个均不重合的小区域时,也可以以小区域彼此重合的方式进行选取。但是,为了更高精度地测定上述总体的平均值和变异系数,不可越过切口区域的边界来设定小区域。切口区域的边界设为下述线段组:其是将切口的端部彼此连结的线段进行连接而得到的,且全部切口均被包含在该线段组内,该线段组的总长度成为最小。
小区域内所含的切口的个数,是指小区域内存在的切口、与一部分同小区域的轮廓相接触的切口的总数。需要说明的是,将10个小区域内的切口数设为ni(i=1~10)时,上述总体的平均值和上述总体的变异系数分别按式1、式2进行计算。
[数学式1]
[数学式2]
切口个数的密度越高,对三维形状的追随性越提高,切口预浸料坯变形时各个切口的开口变小,因此当制成纤维增强塑料时,能够得到良好的表面品质。此外,在制成纤维增强塑料后施加负荷的情况下,即使被切口切断的增强纤维的数量整体上相同,切口大时切口周边的应力集中变大,而切口越细时越能够减少应力集中,力学特性得以提高。
因此,在10个小区域中对小区域内所含的切口个数进行计数并设为总体时,总体的平均值优选为10以上。进一步优选为15个以上。在小区域内,同一增强纤维可以被多个切口切断,但由于增强纤维的纤维长度L小于10mm时存在固化后的力学特性降低的情况,因此更优选的是,在小区域内,同一增强纤维不被多个切口切断。需要说明的是,如图2(a)~(c)所示,所谓纤维长度L是指,被任意的切口、和在增强纤维方向上最接近的切口(成对的切口)切断的增强纤维的长度。总体的平均值大于50时,在小区域内同一增强纤维被多个切口切断的可能性升高,因此总体的平均值优选为50以下。另一方面,在切口区域内,切口越均匀地分布,切口预浸料坯变形时各个切口的开口偏差越小,因此制成纤维增强塑料时呈现出稳定的力学特性。因此,总体的变异系数优选为20%以下。进一步优选为15%以下。此处,作为小区域的选取方法,优选的是,如图1(b)所示,以小区域彼此较接近地存在的方式进行选取。上述变异系数有时根据选取图案而发生变化,在该情况下,改变选取图案测定5次,若上述变异系数有4次以上为20%以下,则视为满足本发明的方式。
***较小切口的理念已记载于专利文献2中,但将例如专利文献2的图2中记载的切口图案放大或缩小而使上述总体的平均值成为10以上时,增强纤维的纤维长度将不得不成为10mm以下,而使增强纤维的纤维长度为10mm时,上述总体的平均值会成为5以下,切口的分布密度变小。
此外,在专利文献1的第1图(A)所代表的已有的多个切口图案中,如图2(a)(未限定文献时则为本说明书的图。以下相同)所示,相对于增强纤维的长度L,将相邻的切口错开L的一半长度L/2而设置成间断的切口。在这样的切口图案的情况下,切口的长度越短、纤维长度越长,则切口越容易在增强纤维的取向方向上呈间隔L/2而存在的直线状存在,上述总体的偏差变大。在这样的情况下,切口开口集中于上述直线上,显著地呈现开口。如图2(b)所示,通过将相邻的切口以L/5、L/6这样的小周期而非L/2进行错开,从而成为切口在切口预浸料坯中更均等地分布的切口图案,当切口预浸料坯伸长时,伸长部位不会偏向一侧,能够实现均匀的变形,各个切口的开口得以抑制(以下,有时也将切口均等地分布的切口图案记载为均匀的切口图案)。另外,也可以不如图2(b)那样将相邻的切口呈阶梯状错开,可以如图2(c)那样错开。图2(c)中切口以L/10的周期错开,但被切口切断的增强纤维束中,相邻增强纤维束的端部彼此(例如图2(c)中的切口s1与切口s2)的距离为2L/5,比图2(b)的L/5长。通过使相邻增强纤维束的端部彼此的距离长,从而具有对裂纹扩展、切口开口的相连进行抑制的效果,力学特性·表面品质均提高。图2(a)的情况下,相邻增强纤维束的端部彼此的距离长达L/2,但由于夹着增强纤维束的两个切口彼此的距离也近,因此由该两个切口开口带来的应力集中部容易重合,就力学特性而言也不优选。
切断后的增强纤维的长度优选为15mm以上,进一步优选为20mm以上。在增强纤维的长度为20mm以上的情况下,通过减少被各个切口切断的增强纤维数量,仍能够得到切口高密度地分布的切口图案(以下,有时也记载为高密度的切口图案),通过不仅使增强纤维较长、而且使切口较小,由此可期待力学特性提高的效果。通过如图2(b)那样以较小周期将相邻切口错开,从而不仅能够保持纤维长度,而且能够实现均匀且高密度的切口图案。切口相对增强纤维的取向方向倾斜地***的情况也是同样的。
作为本发明中的切口预浸料坯的方式,优选的是,任意的切口A与最接近于该切口的其他切口B不切断同一增强纤维。被最接近的切口彼此切断的增强纤维成为较短的增强纤维,因此成为制成纤维增强塑料时力学特性降低的主要原因。此外,通过在切口A与最接近的切口B之间存在不被切口A和切口B中任一者切断的增强纤维,从而在制成纤维增强塑料时,切口A与切口B不易因损伤而发生连结,提高力学特性。
图3示出了切口区域的一部分,在切口A与最接近的切口B之间存在有多个增强纤维5,切口A和切口B不切断同一增强纤维。可以如图3(a)那样,切口A与切口B之间的增强纤维5被切口C(其与切口A及切口B并非最接近)切断;也可以如图3(b)那样,切口A与切口B之间的增强纤维5不被切口切断。对于最接近的切口彼此的间隔而言,优选为在增强纤维的直角方向上为投影长度Ws的0.5倍以上,更优选为Ws的1倍以上,所述投影长度Ws是将切口投影至与增强纤维成直角的平面上而得到的长度。
在高密度地分布有切口的切口预浸料坯中,切口彼此的距离变近,最接近的切口彼此切断同一增强纤维时,有可能混入非常短的增强纤维,因此,通过以最接近的切口彼此不切断同一增强纤维的方式来设置间隔,从而即使为高密度的切口图案,也能够抑制短增强纤维的混入,能够呈现出稳定的力学特性。
作为本发明中的切口预浸料坯的优选方式,可举出如图4那样的切口预浸料坯,即,切口实质上为相同长度Y(以下,也将Y称为切口长度),且最接近的切口彼此的距离6比0.5倍的Y长。此处,所谓实质上相同的长度是指,全部切口长度均在全部切口长度的平均值的±5%以内(以下相同)。需要说明的是,本发明中,切口可以为直线状,也可以为曲线状,在任何情况下均以将切口的端部彼此进行连接的线段作为切口长度Y。
所谓最接近的切口彼此的距离,是指最接近的切口彼此的最短距离。在最接近的切口彼此的距离近的情况下,当纤维增强塑料中出现损伤时,损伤容易将切口彼此进行连接,因此,最接近的切口彼此的距离优选比0.5倍的切口长度Y大。最接近的切口彼此的距离更优选为Y的0.8倍以上,进一步优选为Y的1.0倍以上。另一方面,最接近的切口彼此的距离没有特别的上限,但在对预浸料坯赋予高密度的切口时,较难使最接近的切口彼此的距离为切口长度Y的10倍以上。
在高密度地分布有切口的切口预浸料坯中,对三维形状的追随性提高,且可期待由各个切口较小所带来的力学特性的提高,但相较于切口彼此的距离较近时而言,切口彼此远离时更能提高力学特性。因此,在紧密地***切口的情况下,为了提高力学特性,切口彼此隔开了距离的切口图案、即最接近的切口彼此的距离比0.5倍的切口长度Y大是特别重要的。另外,在将切口区域内全部增强纤维切断而提高了赋形性的切口预浸料坯的情况下,通过将最接近的切口彼此的最短距离以大于0.5倍的切口长度Y的方式隔开、且使最接近的切口彼此不切断同一增强纤维,从而能够以不损害对三维形状的追随性及表面品质的方式最大限度地呈现出力学特性。
作为本发明中的切口预浸料坯的优选方式,可举出切口相对于增强纤维的取向方向倾斜地***的切口预浸料坯。切口为曲线状的情况是指,将切口的端部彼此进行连接的线段相对于增强纤维的取向方向倾斜。通过使切口相对于增强纤维的取向方向倾斜,从而能够提高切口预浸料坯对三维形状的追随性、制成纤维增强塑料时的力学特性。将增强纤维的取向方向与切口所成的角度设为θ时,θ优选为2~60°。尤其是通过使θ的绝对值为25°以下,从而显著提高力学特性,尤其是显著提高拉伸强度,从该观点考虑,θ的绝对值更优选为25°以下。另一方面,θ的绝对值小于2°时,难以稳定地***切口。即,若切口相对于增强纤维呈倒伏状,则在利用刀***切口时,增强纤维容易从刀中脱离,难以在确保切口的位置精度的同时进行***。从该观点考虑,θ的绝对值更优选为2°以上。
不局限于切口高密度地分布的情况,θ的绝对值越小越可期待力学特性的提高,但另一方面,尤其是在切口区域内将全部增强纤维切断的情况下,也存在下述可能:切口彼此变得接近,在切口处产生的损伤容易连结,力学特性降低。但是,通过使任意的切口与最接近于该切口的其他切口不切断同一增强纤维、且使切口实质上为相同长度Y、最接近的切口彼此的距离比Y的0.5倍长,从而与切口相对于增强纤维的取向方向为直角的情况相比,可期待力学特性的进一步提高。切口为高密度的情况下,尤其可期待力学特性的提高、以及由抑制切口开口所带来的表面品质的提高。虽然如专利文献2所代表的那样,使切口相对于增强纤维倾斜地***是已知的技术,但在如专利文献2的图2(f)、图12那样的、相邻的切口相对于增强纤维的纤维长度L而言错开L/2那样的切口图案中,L较长且切口的长度较小时,与图2所示的现象同样地,无法实现均匀的切口图案,当切口预浸料坯伸长时,切口密集的部位容易伸长,制成纤维增强塑料时切口彼此接近地存在,因此,存在下述情况:切口彼此容易连结,导致力学特性降低。通过将倾斜的切口适用于图2(b)、图2(c)那样的均匀切口配置中,能够更有效地呈现出由倾斜地***切口所带来的力学特性提高效果。
作为本发明中的切口预浸料坯的优选方式,可举出下述切口预浸料坯: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,并且,包含θ为正的切口(称为正切口)和θ为负的切口(称为负切口)。所谓θ的绝对值实质上相同是指,全部切口中的角度θ的绝对值均在由全部切口中的角度θ的绝对值求出的平均值的±1°以内。通过在切口预浸料坯内不仅***正切口而且还***负切口,从而当切口预浸料坯伸长时在正切口附近产生面内剪切变形的情况下,在负切口附近产生反向的剪切变形,由此,能够在宏观上抑制面内的剪切变形而使其伸长。
进一步优选为包含大致相同数量的正切口和负切口的切口预浸料坯。所谓包含大致相同数量的正切口和负切口,是指θ为正的切口数与θ为负的切口数为大致相同数量。而且,所谓θ为正的切口数与θ为负的切口数为大致相同数量是指,利用以数量为基准的百分率来表示时,成正角的θ的数量与成负角的数量的θ的数量均为45%以上且55%以下(以下相同)。
通过如图5那样正切口与负切口彼此交替地配置,从而以高密度***切口,同时也容易确保接近的切口之间的距离。此外,将得到的切口预浸料坯进行层叠时,在仅包含正切口或负切口的切口预浸料坯的情况下,即使为同一增强纤维的取向方向的预浸料坯,通过从表面观察预浸料坯或从背面观察预浸料坯,也会成为不同的切口方向。因此,在制造纤维增强塑料时可能增加下述工时:为了使每次切口的方向相同而进行控制;或者,为了将增强纤维的方向相同且切口的方向不同的预浸料坯层叠相同片数而对层叠步骤进行控制。因此,若为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、且正切口与负切口为大致相同数量的切口图案,则能够以与通常的连续纤维预浸料坯同样的处理进行层叠。
在为正切口与负切口存在大致相同数量的切口预浸料坯、且正切口与负切口均匀地混合的切口图案的情况下,尤其是高密度的切口分布的情况下,容易制成下述切口图案,即,任意的切口与最接近于该切口的其他切口不切断同一增强纤维,且最接近的切口彼此的距离比Y的0.5倍长。由此,能够抑制在切口处产生的损伤的连结,提高力学特性。此外,在存在正切口和负切口的情况下,切口预浸料坯伸长时也不易发现切口的开口,制成纤维增强塑料时可得到良好的表面品质,而制成高密度的切口分布时切口进一步变小,能够得到进一步良好的表面品质。将切口区域内的全部增强纤维切断时,该切口图案也有效,不仅能够保持对三维形状的追随性,而且能够提高力学特性和表面品质。
进一步优选的是下述切口预浸料坯,其中,关于任意的切口与存在于该切口的延长线上的最接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的长度不同。图6示出了***有大致相同数量的正切口和负切口的切口预浸料坯。正切口配置于直线9上,负切口配置于直线10上,直线9上的正切口的间隔小于直线10上的负切口的间隔。通过为这样的切口配置,从而能够实现均匀·高密度、并确保接近的切口之间的距离,能够制成最接近的切口不切断同一增强纤维的切口图案。另外,关于任意的切口与存在于该切口的延长线上的最接近的其他切口的间隔,相较于正切口彼此的间隔与负切口彼此的间隔的长度相同的情况而言,能够使增强纤维的长度更长,且即使切口以高密度分布,也能够维持力学特性。需要说明的是,所谓切口存在于切口的延长线上是指,将切口延长而得的直线、与将作为对象的切口彼此的最接近的点彼此进行连接的直线所成的角度在1°以内。
关于任意的切口与存在于该切口的延长线上的最接近的其他切口的间隔,通过制成正切口彼此的间隔与负切口彼此的间隔的长度不同的切口图案,即使为高密度也能够使增强纤维的长度更长,此外,在将切口区域内的全部增强纤维切断的情况下,也可容易地得到下述切口图案,即,任意的切口与最接近于该切口的其他切口不切断同一增强纤维,最接近的切口彼此的距离比0.5倍的切口长度Y长。由此,能够以不损害表面品质和对三维形状的追随性的方式更有效地提高力学特性。即,从三维形状追随性、表面品质、力学特性的观点考虑,下述切口图案是特别优选的:***大致相同数量的正切口和负切口,关于任意的切口与存在于该切口的延长线上的最接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的长度不同,任意的切口与最接近于该切口的其他切口不切断同一增强纤维,最接近的切口彼此的距离比0.5倍的切口长度Y长,且在切口区域内实质上全部增强纤维被切断为15mm以上的纤维长度。如专利文献2的图1、图2(d)、图14(d)那样的***有正切口和负切口的切口图案是已知的,但任一切口图案均与本说明书的图2(a)同样,为相邻的切口错开增强纤维的纤维长度L的一半的切口图案,L越长、切口越小,则越容易发生切口配置的疏密不均。通过将相邻的切口如图2(b)、图2(c)那样错开而不限定于L/2,从而能够制成高密度且均匀的切口图案。
此外,在后述的切口预浸料坯的制造方法中,示出了下述方式:在切口预浸料坯的表面粘贴保护片材(相当于片状基材B),并贯穿保护片材而在预浸料坯中***切口,由此抑制旋转刀辊与切口预浸料坯的粘合。在层叠如上所述制造的切口预浸料坯时,需要将保护片材剥离,若最接近的切口彼此的距离接近,则在将保护片材剥离时存在保护片材被撕开、操作性降低的情况。因此,从切口预浸料坯片材的操作性的观点考虑,也优选使最接近的切口彼此的距离比0.5倍的切口长度Y长。在混合大致相同数量的正切口和负切口而进行配置的情况下,剥离保护片材时保护片材上的切口不易连结,切口预浸料坯片材的操作性进一步提高。关于任意的切口与存在于该切口的延长线上的最接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的长度不同时,能够更均匀地配置正切口和负切口,保护片材不易被撕开,切口预浸料坯的操作性进一步提高。需要说明的是,作为保护片材的代表性材质,可举出聚乙烯、聚丙烯等聚合物类,其具有下述作用:在预浸料坯中用刀***切口时,防止树脂与刀粘合;保存切口预浸料坯时,保护切口预浸料坯表面免受灰尘等异物的污染。
本发明中,切口预浸料坯所含的树脂可以为热塑性树脂也可以为热固性树脂,作为热塑性树脂,例如可举出聚酰胺(PA)、聚缩醛、聚丙烯酸酯、聚砜、ABS、聚酯、丙烯酸系树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯、聚丙烯、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚醚酮酮(PEKK)、液晶聚合物、聚氯乙烯、聚四氟乙烯等含氟系树脂、有机硅等。作为热固性树脂,可以为树脂利用热而发生交联反应从而形成至少部分三维交联结构的树脂。作为这些热固性树脂,可举出不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂、环氧树脂、苯并噁嗪树脂、酚醛树脂、尿素树脂、三聚氰胺树脂及聚酰亚胺树脂等。还可以使用这些树脂的变形及两种以上的混合树脂。此外,这些热固性树脂可以为利用热而自固化的树脂,也可以包含固化剂、固化促进剂等。
本发明的切口预浸料坯所含的增强纤维可以为玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维(Kevlar fiber)、碳纤维、石墨纤维或硼纤维等。这些中,从比强度及比弹性模量的观点考虑,优选碳纤维。
通过使增强纤维的体积含有率Vf为70%以下,从而使切口部的增强纤维发生偏移,有效地抑制桥连(bridging),能够获得形状追随性和抑制空隙等成型不良情况的效果。从该观点考虑,Vf更优选为70%以下。此外,Vf越低越能够抑制桥连,但Vf小于40%时,难以得到对结构材料而言所必需的高力学特性。从该观点考虑,Vf更优选为40%以上。更优选的Vf的范围为45~65%,进一步优选为50~60%。
切口预浸料坯可以使用在增强纤维中局部地含浸树脂(即,使一部分未含浸)而得到的预浸料坯来制造。通过使用在增强纤维中局部地含浸树脂而得到的切口预浸料坯,从而预浸料坯内部的增强纤维的未含浸部成为面内的流路,层叠时,被封入切口预浸料坯的层间的空气、来自切口预浸料坯的挥发成分等气体容易被排出至切口预浸料坯外(将这样的气体的流路称为脱气路径)。另一方面,若含浸率过低,则存在下述情况:增强纤维与树脂之间产生剥离,层叠切口预浸料坯时切口预浸料坯在未含浸部处分成二个等,操作性变差;或者,若成型中未采取较长的含浸时间则会导致空隙残留;等等,因此,含浸率优选为10~90%。从该观点考虑,含浸率的范围的更优选上限为70%,进一步优选的上限为50%,含浸率的范围的更优选下限为20%。
对于本发明的切口预浸料坯而言,可以在其表面存在树脂层。通过在切口预浸料坯的表面存在树脂层,从而在将切口预浸料坯进行层叠时,在切口预浸料坯彼此之间形成层间树脂层。由此,在被施加面外冲击负荷时,裂纹被引导至柔软的层间树脂层,且由于热塑性树脂的存在,而使得韧性高,故剥离被抑制,由此能够使面外冲击后的残存压缩强度提高,适合用作航空器等要求高安全性的主结构用材料。
此外,对于本发明的切口预浸料坯而言,上述的任意方式均可优选地用作下述正交铺设层叠板,所述正交铺设层叠板是在成型之前预先进行层叠的如下所示方式的层叠板。
切口预浸料坯可与SMC同样地用于加压成型,但本申请的发明人发现,通过制成下述正交铺设层叠体、并进一步制成具有后述的拉伸特性的正交铺设层叠体,可得到适于利用手工作业来进行赋形(手糊法)的基材,所述正交铺设层叠体以包含增强纤维的取向方向(纤维方向)在直角方向上实质上相交的切口预浸料坯的方式将多片切口预浸料坯层叠而成,所述切口预浸料坯包含沿单向取向的增强纤维和树脂、且增强纤维的体积含有率Vf为45~65%、且具有多个将增强纤维横切的切口、且实质上全部增强纤维的纤维长度(L)为10~300mm。
通常,增强纤维在纤维方向上的刚性高而难以伸长,但通过利用切口将增强纤维切断,从而切口预浸料坯能够在纤维方向上伸长,通过制成将切口预浸料坯层叠而得到的正交铺设层叠体,从而抑制在对各层的切口预浸料坯施加非纤维方向上的负荷时切口预浸料坯破裂。对于以包含纤维方向实质上呈直角相交的切口预浸料坯的方式进行层叠的、切口预浸料坯彼此约束的构成而言,经纱与纬纱彼此约束,能够在增强纤维的未取向的±45°方向上伸长,因此成为模仿赋形性优异的织物的构成,可期待与织物同等的赋形性,因此以正交铺设的方式进行层叠(以包含纤维方向实质上呈直角相交的切口预浸料坯的方式进行层叠)是优选的。由于仅使切成相同大小的正方形的切口预浸料坯旋转90°而进行层叠即可,所以层叠较简便。需要说明的是,所谓纤维方向实质上呈直角,是指纤维方向在90°±10°的范围内。
关于以包含纤维方向实质上呈直角相交的切口预浸料坯的方式层叠多片而成的正交铺设层叠体,层叠的片数没有特别限定,例如层叠构成可以为[0/90]、[0/90]2,也可以为[0/90/0]等0°与90°的片数不同。还可以为将不同切口***方法(切口图案)的切口预浸料坯进行层叠而得到的正交铺设层叠体。正交铺设层叠体越厚越不易伸长,因此层叠后的厚度优选小于1mm。
需要说明的是,本发明中,所谓实质上全部增强纤维被切断成纤维长度L=10~300mm是指,在正交铺设层叠体中的各切口预浸料坯中,L=10~300mm的范围以外的增强纤维的总体积相对于该切口预浸料坯的体积而言为0%以上且10%以下。
通过使各切口预浸料坯的增强纤维的体积含有率Vf为65%以下,从而切口部的增强纤维能够发生偏移,能够获得形状追随性,能够确保对于抑制成型时发生的表面树脂欠缺而言足够的树脂量。从该观点考虑,Vf优选为65%以下。此外,Vf越低则在纤维方向上的伸长效果越高,但若Vf小于45%,则难以得到结构材料所必需的高力学特性。从该观点考虑,Vf优选为45%以上。
由于***切口时发生增强纤维脱离,因此有时也会刻意地向切口预浸料坯中***长切口,也有在该切口预浸料坯内存在纤维长度比大部分L短的增强纤维的情况,但其体积比例优选小于该切口预浸料坯的体积的5%。此外,在各切口预浸料坯中有时存在由***切口时纤维方向的略微偏移或***切口的装置的劣化等所导致的未***切口的增强纤维、L大于300mm的增强纤维,但其体积比例优选小于该切口预浸料坯的体积的5%。利用成对的切口使得实质上全部增强纤维在规定的纤维长度范围(10~300mm)内,由此能够获得对三维形状的追随性并防止桥连。
通过使被切口切断的增强纤维的L为300mm以下,从而能够提高切口在正交铺设层叠体的纤维方向上的存在概率,能够实现对细小凹凸的形状追随性的提高。使L为10mm以上时,切口彼此之间距离远离,因此对使用这样的切口预浸料坯进行成型而得到的纤维增强塑料施加负荷时,裂纹不易连结,强度提高。鉴于成型时的形状追随性与成型的纤维增强塑料的力学特性之间的关系,L的更优选的范围为10~300mm。对于切口的具体配置没有特别限定,可采用上述的均匀且高密度的切口图案。通过使用高密度且均匀的切口图案,从而能够由利用手糊法得到的预成型体来成型具有基本观察不到切口开口的良好表面品质、且具有高力学特性的纤维增强塑料。
本发明中,在室温即25℃环境下,将正交铺设层叠体中任一片切口预浸料坯的纤维方向设为0°的情况下,若将沿0°方向对正交铺设层叠体施加1%的拉伸应变时正交铺设层叠体的0°方向上产生的负荷作为负荷1,将在25℃环境下沿0°方向对正交铺设层叠体施加2%的拉伸应变时正交铺设层叠体的0°方向上产生的负荷作为负荷2,则优选满足负荷1×0.5<负荷2<负荷1×1.5(拉伸特性)。
图7为将2层切口预浸料坯14进行层叠而得到的正交铺设层叠体的概念图,将上侧的切口预浸料坯的纤维方向作为0°方向11。利用手糊法将正交铺设层叠体压靠至模具进行赋形时,最容易伸长的方向为45°方向13,但仅在45°方向13上伸长并进行成型时是困难的。在比45°方向13更接近0°方向11的方向上伸长并赋形时,由于0°方向11越易伸长则以该角度也越易伸长,因此正交铺设层叠体在0°方向11上的伸长容易度成为正交铺设层叠体的赋形容易度的标准。在比45°方向13更接近90°方向的方向上伸长并进行成型的情况下,正交铺设层叠体的另一片切口预浸料坯的0°方向12上的伸长容易度成为正交铺设层叠体的赋形容易度的标准。
需要说明的是,对于本发明的正交铺设层叠体而言,重要的是,在将正交铺设层叠体中任一切口预浸料坯的纤维方向设为0°的情况下满足上述拉伸特性(负荷1×0.5<负荷2<负荷1×1.5),例如,只要在将上侧的切口预浸料坯的纤维方向设为0°方向11的情况下满足上述拉伸特性,则即使在将下侧的切口预浸料坯的纤维方向设为0°方向的情况下(即,将上侧的切口预浸料坯的纤维方向的90°方向12设为0°方向的情况)未满足上述拉伸特性,该方式也被包括在本发明的正交铺设层叠体内。本发明的正交铺设层叠体中,尤其优选下述方案:在将正交铺设层叠体的任一切口预浸料坯的纤维方向设为0°的情况下,在0°方向及90°方向上满足上述拉伸特性(负荷1×0.5<负荷2<负荷1×1.5)的方案,即对于正交铺设层叠体中的全部切口预浸料坯而言,在将其纤维方向设为0°的情况下在0°方向上满足上述拉伸特性(负荷1×0.5<负荷2<负荷1×1.5)的方案。
手糊法时,对于切口预浸料坯的0°方向而言,0°方向的应变优选为伸长1%以上,但若以弹性变形持续伸展,则存在赋形后收缩、无法维持形状的情况、或存在赋形所需的负荷也增大的情况,因此,作为正交铺设层叠体在0°方向上的拉伸特性,为非线性、具有弹性模量逐渐降低的特性是优选的。即,优选负荷2<负荷1×1.5。此外,若正交铺设层叠体在0°方向上的应变为2%以下,且具有正交铺设层叠体以一部分切口作为起点被切断的特性,则在赋形中存在正交铺设层叠体撕开的情况,因此作为正交铺设层叠体在0°方向上的拉伸特性,0°方向上的应变在1~2%之间且负荷不极端降低是优选的。即,优选负荷2>负荷1×0.5。更优选的拉伸特性的范围为负荷1×0.7<负荷2<负荷1×1.3。另外,即使***切口而将实质上全部增强纤维切断,对于负荷1是每1mm宽的正交铺设层叠体为50N以上的正交铺设层叠体而言,正交铺设层叠体的刚性高因此操作性良好,故优选。另一方面,负荷1过大时,即使满足负荷1×0.5<负荷2<负荷1×1.5,也存在人力难以使其伸长、不适合于手糊法的情况。因此,负荷1优选每1mm宽的正交铺设层叠体为300N以下。
负荷1、负荷2的测定中可以使用将正交铺设层叠体切成长条状而得到的拉伸试验片,可以使用拉伸试验机来赋予拉伸应变。应变可以采用实施例中记载的使用了非接触应变测定器的方法进行测定。
本发明中,从纤维增强塑料的表面品质的观点考虑,在将正交铺设层叠体的任一切口预浸料坯的纤维方向设为0°的情况下,沿0°方向对正交铺设层叠体施加2%的拉伸应变时,切口开口部的总面积在正交铺设层叠体的面积中所占的比例(称为切口开口部的面积率)优选为0%以上且1%以下。在树脂流动而填充的情况下或未填充树脂的情况下,切口开口部中有时可观察到相邻层。在任一情况下,均可观察到切口开口部的颜色与包含增强纤维的部位的颜色不同,因此在制成纤维增强塑料时大多损害表面品质。
本发明中的切口开口部是指:在正交铺设层叠体或纤维增强塑料的表面上,通过图像处理对从距离表面10cm以上且50cm以下的位置所拍摄的数字图像进行二值化时,能够将切口与切口以外的部位分离开的开口部。
正交铺设层叠体中的切口开口部的面积率为0%以上且1%以下时,切口开口部不易被目视识别,固化后的纤维增强塑料的表面品质变得良好。
施加2%的拉伸应变时,切口开口部的面积率为0%以上且1%以下的情况可举出:各个切口的开口小的情况,纤维长度长的情况等切口的存在概率低的情况等。可通过与切口相邻的增强纤维束的流入来制成1%以下的开口。进一步优选的切口开口部的面积率为0.8%以下。
本发明中的正交铺设层叠体即使于室温(25℃环境下)不满足上述的拉伸特性的情况下,也可以为下述正交铺设层叠体:在60℃的温度下,在将正交铺设层叠体中的任一片切口预浸料坯的纤维方向设为0°的情况下,若将沿0°方向对正交铺设层叠体施加1%的拉伸应变时在正交铺设层叠体的0°方向上产生的负荷作为负荷1,将60℃环境下沿0°方向对正交铺设层叠体施加2%的拉伸应变时在正交铺设层叠体的0°方向上产生的负荷作为负荷2,则满足负荷1×0.5<负荷2<负荷1×1.5(拉伸特性)。虽然于室温难以赋形,但通过在一边利用干燥器等加热手段进行加热一边赋形时在60℃环境下满足负荷1×0.5<负荷2<负荷1×1.5,从而容易赋形,且在赋形后形状容易被固定。优选负荷1×0.7<负荷2<负荷1×1.3。
另外,从纤维增强塑料的表面品质的观点考虑,优选的是,在60℃的温度下,在将正交铺设层叠体的任一切口预浸料坯的纤维方向设为0°的情况下,沿0°方向对正交铺设层叠体施加2%的拉伸应变时,切口开口部的总面积在正交铺设层叠体的面积中所占的比例(称为切口开口部的面积率)为0%以上且1%以下。进一步优选的切口开口部的面积率为0.8%以下。
需要说明的是,关于赋予拉伸负荷时正交铺设层叠体中的切口开口部的面积率,可以利用实施例中记载的方法,在对拉伸试验中的正交铺设层叠体进行拍摄后通过图像处理进行测定。需要说明的是,在沿正交铺设层叠体的0°方向施加2%的拉伸应变的过程中,发生负荷急剧降低,成为负荷2<负荷1×0.5,在该情况下,增强纤维产生起伏,表面品质受损。
作为本发明中的正交铺设层叠体的优选方案,面积优选为0.5m2以上。进一步优选为0.8m2以上。另一方面,实际的正交铺设层叠体的面积的最大值为5m2。通常,未层叠的预浸料坯、切口预浸料坯的面积越大则越容易挠曲,当成型时配置于模具中时越容易产生褶皱。通过制成正交铺设层叠体,从而使刚性提高,即使面积为0.5m2以上,配置于模具中时也不易产生褶皱。此外,制作面积大的正交铺设层叠体时,有时将多片切口预浸料坯连接而制成1层。通过制成正交铺设层叠体,从而即使存在连接点,也会被另一层所载持,连接点不会散开,操作性得以提高。为了维持将正交铺设层叠体固化而得到的纤维增强塑料的力学特性,优选使连接点为与增强纤维平行的直线状。
使树脂为热塑性树脂的情况下,由于切口预浸料坯没有粘性、无法于常温层叠一体化,因此可利用加压成型等具有加热和加压手段的方法,使切口预浸料坯一体化来制作正交铺设层叠体。
对于本发明的正交铺设层叠体而言,可以以平板状的状态设置于模具中进行加压成型,也可以通过将正交铺设层叠体压靠至模具中而得到预成型体,接着将该预成型体固化,从而制造纤维增强塑料。对于本发明的正交铺设层叠体而言,由于可在增强纤维的取向方向上伸长,因此,在进行压力高的成型(利用双面模具的加压成型等)时,预成型体可以不完全地追随模具。为了使正交铺设层叠体精度良好地顺着凹凸,需要长的时间,但由于即使不完全地追随模具的表面也能够借助压力而实现对模具的形状追随,从而预成型体的制作时间也变短。所谓不完全地追随模具的表面,表示与模具接触的预成型体的面积为模具的表面积的90%以下。预成型体可以利用手工作业(手糊法)压靠至模具而制造,也可以使用自动仪器等压靠至模具。使正交铺设层叠体追随细小凹凸时,若采用利用手工作业进行的赋形,由于能够一边确认褶皱的产生部位一边限定伸长的部位而使其精度良好地进行追随,故优选。此外,也可以改变角度来反复层叠多片正交铺设层叠体。在使预成型体固化时,可以将预成型体配置于模具与袋膜之间而形成密闭空间,将密闭空间抽真空,利用与大气压的差压对切口预浸料坯层叠体进行加压,同时进行加热,通过高压釜并进一步利用压缩加热气体进行成型,也可以利用烘箱、接触加热并使用真空泵,仅通过由与大气压的差压所引起的加压使其固化而成型。或者,也可以利用模具夹持预成型体,利用加压成型进行固化。
在将正交铺设层叠体压靠至模具时,优选还包括对正交铺设层叠体进行加热的工序。即,在将正交铺设层叠体压靠至模具时,可以包括利用干燥器、加热器等加热手段使正交铺设层叠体变柔软的工序。也可以对模具自身进行加热。也有下述情况:通过对正交铺设层叠体进行加热,切口预浸料坯发生软化,形状追随性提高。关于加热温度,优选为不使正交铺设层叠体的形状破坏的程度,优选为使树脂粘度保持50Pa·s以上的温度。
本申请的发明人还发现,作为制造切口预浸料坯的方法,对包含增强纤维和树脂的预浸料坯赋予张力,同时以预浸料坯的端边在旋转刀辊的轴向上成为规定的范围内的方式,使预浸料坯从刀的总长度在1~3000m/m2的范围内的旋转刀辊与相对该旋转刀辊大致平行地接近的支承辊之间通过,由此使预浸料坯的松弛、宽度方向上的位置偏移减少,可无褶皱、连续且稳定地在预浸料坯中***将至少一部分增强纤维的纤维长度切断成10~300mm的范围内的切口,能够制造具有优异的成型性及固化时发挥高力学特性的切口预浸料坯。
图8及图9示出了本发明中的切口预浸料坯的制造方法。将预浸料坯1从预浸料坯卷15(其是将预浸料坯沿长度方向连续地卷至纸管等而得到)中放出,并使预浸料坯1从配置有多个刀16的旋转刀辊17与支承辊18之间通过,由此使增强纤维在刀16靠压至预浸料坯1的部位被切断,得到切口预浸料坯14。
支承辊18相对旋转刀辊17大致平行地接近,且在2个辊之间设置有可使刀16通过的间隙。所谓大致平行是指,在旋转刀辊17或支承辊18的宽度方向上的任意位置,支承辊18与除刀以外的旋转刀辊17之间的间隙在旋转刀辊17或支承辊18的宽度方向上的平均值±10%的范围内。
旋转刀辊17可以为从辊中削出刀16而成的辊,也可以为使用磁铁、粘接剂等粘接手段将设置有刀16的片材卷绕于辊上而成的辊。特别地,辊为磁力辊,将配置有刀的金属片进行粘贴的方法在更换刀时能够简便地装卸,因此通过更换金属片(其比削出辊本身更为廉价),能够使用同一旋转刀辊制造多种切口图案,故优选。
关于预浸料坯,可以以切片的状态***旋转刀辊,但连续地供给预浸料坯的情况下生产率更优异,其中,可以从挂在吊架上的预浸料坯卷中放出而进行***。同样地,可以在离开旋转刀辊后,将预浸料坯切断而制成切片,也可以使用卷绕器卷绕成卷状。
对于本发明中的切口预浸料坯的制造方法而言,主要适用于增强纤维沿单向取向的单向预浸料坯,但也可以适用于具有机织结构的织物预浸料坯,此外,也可优选用于在层叠有多片单向预浸料坯、织物预浸料坯而成的预浸料坯层叠片材中***切口时。对于预浸料坯层叠片材而言,例如可以为以增强纤维成为直行方向的方式层叠多片单向预浸料坯而成的正交铺设层叠片材等将多片预浸料坯改变角度进行层叠而成的层叠片材,也可以为使单向预浸料坯、织物预浸料坯等增强形态不同的预浸料坯进行混合而成的层叠片材。
通过使用将刀配置在规定的位置的旋转刀辊,从而可与预浸料坯的输送联动而周期性地将刀***预浸料坯,通过提高旋转刀辊的转速,从而切口预浸料坯的制造速度也提高。
***切口预浸料坯14中的切口2在切口预浸料坯的面内的密度越密,切口预浸料坯14的成型性越提升,但密度过高时,固化时的力学特性降低。此处,对于***切口预浸料坯14中的切口2在切口预浸料坯的面内的密度而言,可以以单位面积中的刀的总长度作为指标来表示,该指标为1m/m2以上时,切口2的密度越密,切口预浸料坯14的成型性越提升,大于3000m/m2时,密度过高,固化时的力学特性降低。此外,在单位面积的刀的总长度较长的情况下,切断时被压靠的刀与预浸料坯的接触点增加,施加至预浸料坯的阻力增大,因此,存在发生预浸料坯的蛇行、产生拉入至旋转刀辊的作用的情况。因此,设置于旋转刀辊的刀的总长度优选在1~3000m/m2的范围内。设置于旋转刀辊的刀的总长度尤其优选在30~1000m/m2的范围内。
当局部存在低于10mm的长度的增强纤维时,即使切口的总长度在上述范围内,在切口预浸料坯固化时仍会引起力学特性的降低,增强纤维的纤维长度大于300mm的情况下,在成型为复杂形状时有可能引起增强纤维突起、成型不良,因此,增强纤维的纤维长度优选为300mm以下。因此,由刀切断的增强纤维的长度优选在10~300mm的范围内。即,在本发明中,优选以至少一部分的增强纤维的纤维长度成为10~300mm的方式进行切断而制成切口预浸料坯。增强纤维的长度尤其优选在15~200mm的范围内。
此外,可以利用刀将预浸料坯内的增强纤维全部切断,也可以残留一部分未被切断的增强纤维。
图8、图9中,预浸料坯1及切口预浸料坯14通过旋转刀辊17的旋转19而向切口预浸料坯的输送方向22移动。此时,支承辊18也可以旋转,可以为通过支承辊的旋转而产生旋转刀辊的旋转的机构。旋转刀辊17的旋转与预浸料坯卷15的旋转并不必须联动,但由于本发明的特征在于,在对预浸料坯赋予张力的同时使预浸料坯从旋转刀辊与支承辊之间通过从而制成切口预浸料坯,因此,优选以对预浸料坯1赋予张力23的方式控制预浸料坯卷15的旋转的扭矩或转速。若在预浸料坯1松弛的状态下,在卷入松弛的同时从旋转刀辊17与支承辊18之间通过,则切口预浸料坯14中会出现褶皱,难以稳定地制造品质良好的切口预浸料坯14。
对于对预浸料坯赋予的张力23而言,优选在使预浸料坯1连续地从旋转刀辊17与支承辊18之间通过的连续运转中保持大致恒定。连续运转中张力23较小时,存在预浸料坯1中产生挠曲、切口预浸料坯14中出现褶皱的情况。所谓大致恒定的张力,是指张力保持在平均张力±10%。优选的张力范围为10~20kg/m。
另外,即使对预浸料坯1赋予了张力的情况下,从预浸料坯卷15中放出时,当预浸料坯1在旋转刀辊的轴向17a(图8的纵深方向,图9的左右方向)上偏移时卷绕侧的端边发生偏移,卷绕成卷状时,为了使端边整齐需要进行重绕,并且因应变(其因从卷绕侧的片材通道偏离而导致)而在预浸料坯1的端边产生松弛,成为褶皱的原因。一旦在切口预浸料坯中产生褶皱,则褶皱会在将预浸料坯连续地制成切口预浸料坯的工序中传播,难以去除褶皱,因此,需要使工序暂时停止、并将预浸料坯切断、丢弃,成品率降低。因此,优选的是,在将预浸料坯1从预浸料坯卷15中放出直至***切口2的期间进行控制,以使预浸料坯1的端边在旋转刀辊的轴向17a上保持在规定的范围内。
作为用于如上所述地使预浸料坯以其端边在旋转刀辊的轴向17a上成为规定的范围内的方式从旋转刀辊17与支承辊18之间通过的具体方法,优选为以下方法:例如,使用读取预浸料坯1的端边位置的传感器,以使该端边相对于旋转刀辊的轴向始终在规定的范围内通过的方式,对预浸料坯卷15的宽度方向的位置进行调节。需要说明的是,所谓规定的范围是指,预浸料坯1的端边相对于旋转刀辊的轴向17a在平均位置±2.0mm的范围内。更优选的是,预浸料坯1的端边相对于旋转刀辊的轴向17a在平均位置±1.0mm的范围内,进一步优选在±0.5mm的范围内。
作为优选的切口预浸料坯的制造方法,可举出下述方法:如图10所示,在使预浸料坯1从旋转刀辊17与支承辊18之间通过而制成切口预浸料坯14后,以使切口预浸料坯的旋转刀辊17侧的表面远离旋转刀辊17的方式,将切口预浸料坯14压靠至支承辊18,从而将切口预浸料坯取出。对于将切口预浸料坯14压靠至支承辊18的方法而言,可以如图10那样使用按压辊24,也可以为下述方法:通过具有吸引机构的支承辊,将切口预浸料坯14吸附至支承辊的辊表面。在使预浸料坯1从旋转刀辊17与支承辊18之间通过时,在预浸料坯所含的树脂的粘度高的情况下、刀16与切口2的摩擦系数高的情况下,有时切口预浸料坯14密接于旋转刀辊17。在这样的情况下,需要将切口预浸料坯14从旋转刀辊17剥离,存在被刀16切断的增强纤维发生起毛而残留于切口预浸料坯的表面、切口预浸料坯14的品质恶化的情况。从将刀16压靠至预浸料坯1的瞬间起,将切口预浸料坯14压靠至支承辊18侧,由此能够抑制切口预浸料坯14密接于旋转刀辊17。本方法可以特别优选用于使用热固化树脂的预浸料坯。为使用热固性树脂的预浸料坯的情况下,由于预浸料坯通常具有粘性,因此预浸料坯利用后述的片状基材A(例如脱模纸)进行载持,若片状基材A在使预浸料坯1从旋转刀辊17与支承辊18之间通过时发生剥离,则对得到的切口预浸料坯14进行卷绕时会产生褶皱。通过将切口预浸料坯14以远离旋转刀辊17的方式压靠至支承辊18来取出,从而可抑制片状基材A的剥离,可减少卷绕时的褶皱。
作为进一步优选的切口预浸料坯的制造方法,可举出下述切口预浸料坯的制造方法:如图11所示,将预浸料坯1压靠至支承辊18,同时使预浸料坯1从旋转刀辊17与支承辊18之间通过,由此制成切口预浸料坯14。压靠方法可以如图11那样使用按压辊25,也可以为下述方法:通过具有吸引机构的支承辊,将切口预浸料坯14吸附至支承辊的辊表面。通过在将刀16***预浸料坯后将切口预浸料坯14压靠至支承辊18侧,从而能够抑制切口预浸料坯14与旋转刀辊17密合,但通过在***切口前预先将预浸料坯1压靠至支承辊18,从而能够更可靠地将切口预浸料坯14压靠至支承辊18,能够提高抑制切口预浸料坯14与旋转刀辊17密合的效果。此外,通过将预浸料坯1压靠至支承辊18,从而容易判别预浸料坯1是否垂直地***旋转刀辊17及支承辊18。例如,预浸料坯1的***角度即使只是略微不垂直,在压靠至支承辊18时也会产生预浸料坯1的单侧浮起这样的现象。
作为进一步优选的切口预浸料坯的制造方法,可举出下述切口预浸料坯的制造方法:在预浸料坯的与支承辊接触的一侧的表面配置片状基材A,将设置于旋转刀辊的刀压靠至预浸料坯,使其贯穿预浸料坯,沿片状基材A的厚度方向,在从片状基材A的与预浸料坯接触的一侧的表面起5~75%的范围内***切口。
此处,作为片状基材A,可举出牛皮纸、优质纸、玻璃纸、黏土涂层纸等纸类、聚乙烯·聚丙烯等聚合物膜类、铝等金属箔类等,此外,为了赋予或提高与树脂的脱模性,可以向片状基材A的表面赋予有机硅系、“Teflon(注册商标)”系脱模剂、金属蒸镀层等。片状基材A可以粘合于预浸料坯而载持预浸料坯,也可以不载持预浸料坯。通过将刀***至直至片状基材A中,能够可靠地将贯穿预浸料坯的切口***预浸料坯。在不使用片状基材A的情况下将贯穿预浸料坯的切口***时,存在刀碰到支承辊的情况。在这样的情况下,可能加快刀的劣化。作为刀的前端进入片状基材A的量,优选的是,以即使在刀因反复裁剪而磨耗的情况下也不发生切割残留的方式,在从片状基材A的与预浸料坯侧接触的一侧的表面起沿厚度方向***5%以上,且优选的是,以即使旋转刀辊与支承辊的间隙产生不均的情况下刀也不与支承辊接触的方式,在从片状基材A的与预浸料坯接触的一侧的表面起在厚度方向上为75%以下。因此,作为刀向片状基材A的***量,从片状基材A的与预浸料坯接触的一侧的表面起在厚度方向上为5~75%是优选的。在厚度方向上,刀向片状基材A的***量进一步优选为10~50%。
作为进一步优选的切口预浸料坯的制造方法,可举出下述切口预浸料坯的制造方法:在使预浸料坯从旋转刀辊与支承辊之间通过后,对切口预浸料坯与片状基材A进行加热压接。片状基材A与预浸料坯的粘合弱时,存在下述情况:即使在将预浸料坯压靠至支承辊的同时***至旋转刀辊与支承辊之间,片状基材A也会剥离。配置于切口预浸料坯的表面的片状基材A在取出切口预浸料坯前即从切口预浸料坯剥离时,片状基材A将无法载持切口预浸料坯,切口预浸料坯中可能产生褶皱。通过对预浸料坯进行加热压接,从而能够使切口预浸料坯与片状基材A粘合。关于具体的温度,没有特别限制,虽然也取决于树脂的种类、预浸料坯的输送速度等,但无需提供使树脂的粘度极端地降低的温度,在使用热固性树脂的预浸料坯中,存在即使为50℃以下的低温也可获得粘合效果的情况。对于压力也没有特别限制,但无需施加使切口预浸料坯压扁的程度的高压力,存在即使为3~5kg/cm2左右的低压也可获得效果的情况。
作为进一步优选的切口预浸料坯的制造方法,可举出下述切口预浸料坯的制造方法:在使预浸料坯从旋转刀辊与支承辊之间通过时,将片状基材B配置在预浸料坯与旋转刀辊之间,并且贯穿片状基材B而在预浸料坯中***切口。在预浸料坯所含的树脂为热固性树脂、且粘性强的情况下,通过在***切口时将片状基材B设置于刀与预浸料坯之间,从而能够抑制预浸料坯与刀的粘合,并且能够抑制在卷绕切口预浸料坯片材时预浸料坯片材彼此的粘合。片状基材B可以为聚乙烯膜、氯乙烯膜等保护预浸料坯的表面的覆盖膜。此外,片状基材B为海绵等具有伸缩性的原材料的情况下,具有下述效果:在使预浸料坯从旋转刀辊与支承辊之间通过时,将预浸料坯压靠至支承辊侧的效果,抑制切口预浸料坯与旋转刀辊粘合的效果。片状基材A存在于预浸料坯与支承辊之间的情况下,通过使用下述方法,从而具有抑制片状基材A从预浸料坯剥离的效果,所述方法为:将片状基材B配置于预浸料坯与旋转刀辊之间,贯穿片状基材B而在预浸料坯中***切口。
作为进一步优选的切口预浸料坯的制造方法,可举出下述切口预浸料坯的制造方法:将旋转刀辊冷却,同时将预浸料坯***旋转刀辊与支承辊之间并使其通过。旋转刀辊被冷却的情况下,尤其是预浸料坯包含热固性树脂时,热固性树脂的粘度会提高,因此通过将切口预浸料坯冷却,从而具有抑制切口预浸料坯与旋转刀辊粘合的效果。
作为设置于旋转刀辊的刀的优选图案,优选的是,在将旋转刀辊上的全部刀投影至垂直于旋转刀辊的轴向的平面上而形成的圆形状中,在该圆形状中不存在不连续部,或者,在该圆形状中存在不连续部、但在全部不连续部中由该不连续部的两端与圆形状的中心所形成的中心角为5°以下。此处所谓不连续部是指,如图12所示,在将旋转刀辊17上的全部刀16投影至垂直于旋转刀辊的轴向的平面上时形成的圆形状26中不存在刀的区域27,该不连续部的两端与圆形状的中心所形成的中心角以符号28表示。存在这样的不连续部27的图12(a)这样的情况下,将预浸料坯***至旋转刀辊与支承辊之间时,会产生刀未压靠至预浸料坯的瞬间。将刀压靠至预浸料坯时,会在旋转刀辊与支承辊间的间隙扩大的方向上产生反作用力,但若产生未将刀压靠至预浸料坯的瞬间,则在旋转刀辊和支承辊中产生的反作用力被放出,由于反作用力的有无反复出现,从而导致对旋转刀辊和支承辊的负荷增大。进一步优选的是,在该圆形状中不存在不连续部,或者,在该圆形状中存在不连续部,但在全部的不连续部中,由该不连续部的两端与圆形状的中心所形成的中心角在任意的不连续部中均为2°以下,尤其优选如图12(b)那样,在该圆形状中不存在不连续部是优选的。此外,刀与旋转刀辊的周向所成的角θ的绝对值小于45°时,尤其能够减少预浸料坯未压靠至旋转刀辊的刀的瞬间。
旋转刀辊中仅配置有θ为正的刀(或仅配置有θ为负的刀)的情况下,在使预浸料坯从旋转刀辊与支承辊之间通过时,存在下述情况:预浸料坯沿θ方向流动,切口预浸料坯在旋转刀辊的轴向上逐渐偏移。若切口预浸料坯在旋转刀辊的轴向上偏移,则存在下述情况:使预浸料坯从旋转刀辊与支承辊之间通过时,预浸料坯中产生挠曲,在***切口后产生褶皱,难以稳定地制造切口预浸料坯。若θ为正的刀与θ为负的刀的数量大致相同,则能够减少***切口时预浸料坯在宽度方向上的偏移。需要说明的是,本发明中,所谓θ为正的刀的数量与θ为负的刀的数量为大致相同数量是指,利用以数量作为基准的百分率表示时,θ为正的刀的数量与θ为负的刀的数量均为45%以上且55%以下。如此高精度的切口位置的控制可以通过如下方法实现:一边对预浸料坯赋予张力,一边调节端边在旋转刀辊的轴向的位置,以高的位置精度将预浸料坯压靠至设置有刀的旋转刀辊。
以上说明中,设置于旋转刀辊的刀的形状是将旋转刀辊展开成平面状时的形状。此外,刀可以为直线形状,也可以为曲线形状,具有曲线形状的情况下,θ是指将刀的一个端部与另一端部连接的线段、与旋转刀辊的周向所成的角度。
实施例
以下,利用实施例对本发明进一步具体地说明,但本发明并不限定于实施例中记载的发明。本实施例中,切口预浸料坯的制作、切口的密度分布、对三维形状的追随性、纤维增强塑料的表面品质、拉伸弹性模量、拉伸强度按照下述方法进行测定。图15~17分别示出了实施例及比较例中使用的切口图案的一部分,在切口预浸料坯上,各切口图案在预浸料坯面内重复。实施例1~7、比较例1~5的结果如表1所示,实施例8~11、比较例6~7的结果如表2所示。
<切口预浸料坯的制造>
准备“Torayca”(注册商标)预浸料坯片材P3052S-15(增强纤维:T700S,树脂组合物树脂:2500,增强纤维的体积含有率:56%,将单面脱模纸层叠),关于实施例1~11,利用后述实施例17的方法,***将预浸料坯贯穿的切口。切口区域设为预浸料坯整体。预浸料坯片材由作为片状基材A的脱模纸载持,在与脱模纸相反侧的面上密合有聚乙烯膜。切口***时,将聚乙烯膜贯穿,脱模纸中也***有直至厚度的50%左右的切口。
<切口的分布测定>
切出50mm×50mm的切口预浸料坯,并将脱模纸剥离,对转印至脱模纸的切口进行计数。***至脱模纸的切口也与切口预浸料坯的切口连续地***,切口的尺寸、密度视为与切口预浸料坯的切口同等。在脱模纸上用笔描绘、选取出10个小区域,算出小区域中含有的切口、和与小区域的边界接触的切口的总数,作为总体,以式1及式2算出总体的平均值和变异系数。需要说明的是,如图18那样,以小区域形成六方致密配置状的方式选取出小区域。
<加压成型后的表面品质确认>
将切口预浸料坯的增强纤维的取向方向设为0°,准备层叠为[+45/0/-45/90]2s的150mm×150mm的层叠体,利用图13所示形状的模具进行加压成型。成型温度为150℃,加压压力为3MPa。按照以下3个等级对成型品的表面品质进行评价。
A:基本无法识别到切口的存在
B:切口的开口虽少,但可识别出切口的存在
C:切口的开口较大地开口,切口开口明显。
<纤维增强塑料的拉伸弹性模量·拉伸强度>
从切口预浸料坯制作300mm×300mm、层叠构成为[+45/-45/0/90]2s的切口预浸料坯的层叠体。层叠时,以剥离了聚乙烯膜的面位于上方的方式进行层叠。然后,使用350mm×350mm的模具并利用加压机,在3MPa的面压下,对切口预浸料坯的层叠体进行加压成型,成型为350mm×350mm的纤维增强塑料。加压时的温度为130℃,在加压后保持90分钟,之后进行脱模,于室温放置而冷却。以增强纤维的0度方向成为长度方向的方式,切出25mm×250mm的试验片,利用ASTM D3039(2008)中规定的方法进行拉伸试验。测定的试验片的数量设为每个水平各5片,算出拉伸弹性模量及拉伸强度的平均值作为代表值。
<正交铺设层叠体的拉伸特性测定及切口开口部的面积率测定>
以正交铺设层叠体的1片预浸料坯的纤维方向成为长度方向(将该纤维方向设为0°)的方式,从正交铺设层叠体中切出50mm×250mm的预浸料坯拉伸试验片。在25℃环境下抓持预浸料坯拉伸试验片的两端各50mm,跨距设为150mm,使用拉伸试验机对预浸料坯拉伸试验片施加拉伸负荷。拉伸应变利用如下方式进行测定:使用与预浸料坯拉伸试验片的0°侧相对的非接触应变计,对距预浸料坯拉伸试验片的0°侧表面中央50mm进行了标记的两点之间的距离进行追踪并测定。将0°方向的拉伸应变为1%时的负荷记录为负荷1,将0°方向的拉伸应变为2%时的负荷记录为负荷2。
在赋予拉伸应变中,以不与非接触应变计重叠的方式,使预浸料坯拉伸试验片的0°侧与数字照相机相距30cm而相对,利用遮挡光的幕帘来覆盖数字照相机的对面侧以外的区域,设置从数字照相机的对面侧来照射预浸料坯拉伸试验片的照明,获得0°方向的拉伸应变为2%时的预浸料坯拉伸试验片的数字图像。以500×500像素,从数字图像中切出相当于试验片的中央部25mm×25mm的区域的数字图像,并以对应于切口的像素作为1、切口以外的部位作为0的方式进行二值化,由对应于切口的像素数在切出的数字图像的总像素数中所占的比例,来获得切口开口部的面积率。
<对三维形状的追随性>将切口预浸料坯的增强纤维的取向方向设为0°,准备层叠为[0°/90°]的切口预浸料坯的正交铺设层叠体,于常温(25℃),利用手工作业使正交铺设层叠体顺着下模具具有图14的形状的模具。使正交铺设层叠体的纤维方向与模具的底面各边对应,将正交铺设层叠体压靠至一角,当沿正交铺设层叠体的45°方向伸长时,使在侧面产生的褶皱伸长,以沿着该角部的方式进行赋形。使其沿着其余的3个角部同样地进行成型,从而制成将正交铺设层叠体赋形为沿着模具的箱型的预成型体。在表1中,将赋形所花费的劳力作为对三维形状的追随性的指标,分为以下的3个等级。
A:正交铺设层叠体在任何方向上均容易伸长,能够无褶皱地赋形为箱型。
B:正交铺设层叠体中存在部分难以伸长的部位,但能够无褶皱地赋形为箱型。
C:正交铺设层叠体难以伸长,且赋形为箱型时褶皱残留。
<成型的纤维增强塑料(成型品)的表面品质>
为了确认不是转印面(其表面品质受模具的平滑度影响)的面的品质,在将下述预成型体压靠至模具的状态下,以0.1℃/分钟的速度升温至130℃而使其固化,制造纤维增强塑料,所述预成型体是将正交铺设层叠体压靠至上述图14的模具而制作的。
将表1中得到的纤维增强塑料的表面品质分为以下4个等级。
A:基本无法识别到切口的存在,未产生褶皱
B:切口的开口少,但可识别出切口的存在,未产生褶皱
C:切口虽开口但未产生褶皱
D:产生褶皱。
(实施例1)
将切口预浸料坯的切口图案制成图15(a)那样的切口图案。经切断的增强纤维的长度为8mm,将切口投影至与增强纤维的取向方向成直角的平面上的投影长度Ws为1mm,增强纤维的取向方向与切口所成的角为90°。被切口切断的增强纤维束配置为相对于相邻的增强纤维束错开增强纤维长度L的1/3的距离。
在加压成型品的表面上观察到了切口的开口。增强纤维的长度短,但拉伸弹性模量为高的值。
(实施例2)
将切口预浸料坯的切口图案制成图15(b)那样的切口图案。经切断的增强纤维的长度为12mm,将切口投影至与增强纤维的取向方向成直角的平面的投影长度Ws为0.64mm,增强纤维的取向方向与切口所成的角为40°。切口实质上为相同长度,即Y=1mm,最接近的切口彼此的距离为1.7mm,比0.5倍的Y长。被切口切断的增强纤维束配置为相对于相邻的增强纤维束错开增强纤维长度L的1/6的距离。
加压成型品的表面观察到了切口的开口。拉伸弹性模量与实施例1相等,但拉伸强度高于实施例1。
(实施例3)
将切口预浸料坯的切口图案制成图15(c)那样的切口图案。任意的切口与最接近于该切口的其他切口不切断同一增强纤维。切口实质上为相同长度,即Y=1mm,最接近的切口彼此的距离为1mm,即与Y相等。经切断的增强纤维的长度为20mm,将切口投影至与增强纤维的取向方向成直角的平面的投影长度Ws为0.34mm,增强纤维的取向方向与切口所成的角为20°。由多个切口形成了间断的直线。
加压成型品的表面品质与实施例1、2同等,但拉伸弹性模量、拉伸强度为较实施例1、2而言更高的值。
(实施例4)
将切口预浸料坯的切口图案制成图15(d)那样的切口图案。任意的切口与最接近于该切口的其他切口不切断同一增强纤维。切口实质上为相同长度,即Y=1mm,最接近的切口彼此的距离为1.5mm,即Y的1.5倍。经切断的增强纤维的长度为20mm,将切口投影至与增强纤维的取向方向成直角的平面的投影长度Ws为0.34mm。增强纤维的取向方向与切口所成的角为20°。被切口切断的增强纤维束配置为相对于相邻的增强纤维束错开增强纤维长度L的2/5的距离。
加压成型品的表面品质与实施例3同等,但拉伸强度为较实施例3而言更高的值。
(实施例5)
将切口预浸料坯的切口图案制成图15(e)那样的切口图案。切口实质上为相同长度,即Y=1mm,最接近的切口彼此的距离为1.4mm,即Y的1.4倍。经切断的增强纤维的长度为12mm,将切口投影至与增强纤维的取向方向成直角的平面的投影长度Ws为0.64mm。增强纤维的取向方向与切口所成的角θ的绝对值为40°,包含大致相同数量的正切口(θ为正)和负切口(θ为负)。
利用旋转刀辊制造切口预浸料坯时,与实施例2的切口图案相比,预浸料坯在宽度方向上的偏移小,且无论以脱模纸侧和聚乙烯膜侧中的任一者位于上方的方式进行层叠,均存在正切口和负切口,因此能够不用关注切口预浸料坯的正反面而进行层叠。此外,在实施例2的切口图案中,将聚乙烯膜剥离时聚乙烯膜容易撕开,但本实施例中,能够以不撕开的方式将聚乙烯膜剥离。
加压成型品中观察到了切口开口,但比实施例2更不易观察到。拉伸弹性模量、拉伸强度为与实施例2相等的值。
(实施例6)
将切口预浸料坯的切口图案制成图15(f)那样的切口图案。任意的切口与最接近于该切口的其他切口不切断同一增强纤维。切口实质上为相同长度,即Y=1mm,最接近的切口彼此的距离为1.5mm,即Y的1.5倍。经切断的增强纤维的长度为20mm,将切口投影至与增强纤维的取向方向成直角的平面的投影长度Ws为0.34mm。增强纤维的取向方向与切口所成的角θ的绝对值为20°,包含大致相同数量的正切口(θ为正)和负切口(θ为负)。另外,对于存在于切口的延长线上的切口彼此的间隔而言,正切口(3.4mm)与负切口(24.5mm)不同。
加压成型品中基本未观察到切口开口。拉伸弹性模量、拉伸强度为比实施例3、4高的值。
(实施例7)
将切口预浸料坯的切口图案制成图15(f)那样的切口图案。任意的切口与最接近于该切口的其他切口不切断同一增强纤维。切口实质上为相同长度,即Y=1mm,最接近的切口彼此的距离为1.8mm,即Y的1.8倍。经切断的增强纤维的长度为24mm,将切口投影至与增强纤维的取向方向成直角的平面的投影长度Ws为0.34mm。增强纤维的取向方向与切口所成的角θ的绝对值为20°,包含大致相同数量的正切口(θ为正)和负切口(θ为负)。另外,对于存在于切口的延长线上的切口彼此的间隔而言,正切口(33.3mm)与负切口(44.7mm)不同。
加压成型品中基本未观察到切口开口。拉伸强度为比实施例6高的值。
(比较例1)
将切口预浸料坯的切口图案制成图16(a)那样的切口图案。切口与最接近于该切口的其他切口存在切断同一增强纤维的可能性,存在有最接近的切口彼此的距离短于0.5倍的切口长度的部位。经切断的增强纤维的长度为20mm以下,将切口投影至与增强纤维的取向方向成直角的平面的投影长度Ws为1~2mm,在增强纤维的取向方向与切口所成的角θ为90°的范围被随机地***。
加压成型品中存在切口大幅开口的部位。拉伸强度比实施例1~7均低。
(比较例2)
将切口预浸料坯的切口图案制成图16(b)那样的切口图案。切口与最接近于该切口的其他切口存在切断同一增强纤维的可能性。经切断的增强纤维的长度为20mm,将切口投影至与增强纤维的取向方向成直角的平面的投影长度Ws为5mm。增强纤维的取向方向与切口所成的角θ为40°。
加压成型品的表面上切口大幅开口。拉伸弹性模量、拉伸强度高于比较例1,但与制成相同增强纤维的长度的实施例3、4、6相比,更低。
(比较例3)
将切口预浸料坯的切口图案制成图16(c)那样的切口图案。切口与最接近于该切口的其他切口存在切断同一增强纤维的可能性。经切断的增强纤维的长度为20mm,将切口投影至与增强纤维的取向方向成直角的平面的投影长度Ws为5mm。增强纤维的取向方向与切口所成的角θ的绝对值为40°,包含大致相同数量的正切口(θ为正)和负切口(θ为负)。
加压成型品的表面上观察到了切口的开口,但较比较例2小。拉伸强度较比较例2稍有提高。
(比较例4)
将切口预浸料坯的切口图案制成图16(d)那样的切口图案。***有连续的切口,经切断的增强纤维的长度为20mm,切口与增强纤维的取向方向所成的角θ为20°。
加压成型品的表面上,切口大幅开口。拉伸强度较比较例3高。
(比较例5)
将切口预浸料坯的切口图案制成图16(e)那样的切口图案。切口实质上为相同长度,即Y=1mm,经切断的增强纤维的长度为24mm,将切口投影至与增强纤维的取向方向成直角的平面的投影长度Ws为0.34mm。增强纤维的取向方向与切口所成的角θ的绝对值为20°。改变小区域的位置时,存在变异系数大于80%的图案。
与实施例7相比,尽管被切口切断的纤维长和θ的绝对值相同,但加压成型品的表面上切口大幅开口,拉伸强度低。
(实施例8)
将切口预浸料坯的切口图案示于图17(a),经切断的纤维长度L为24mm,将切口投影至与增强纤维的取向方向成直角的平面的投影长度Ws为1mm,增强纤维与切口所成的角度θ为25°。被切口切断的增强纤维束配置为相对于相邻的增强纤维束错开增强纤维长度L的1/4的距离。
作为正交铺设层叠体的拉伸特性,满足负荷1×0.5<负荷2<负荷1×1.5。拉伸应变为2%时切口大幅开口。基于手糊法的形状追随性良好,且能够无褶皱地赋形。作为经成型的纤维增强塑料的表面品质,在表面观察到了切口的开口。
(实施例9)
将切口预浸料坯的切口图案制成图17(b)所示的切口图案,并制作正交铺设层叠体。任意的切口与最接近于该切口的其他切口不切断同一增强纤维。切口实质上为相同长度,即Y=1mm,最接近的切口彼此的距离为1.5mm,即Y的1.5倍。经切断的增强纤维的长度为20mm,将切口投影至与增强纤维的取向方向成直角的平面的投影长度Ws为0.34mm。增强纤维的取向方向与切口所成的角为20°。被切口切断的增强纤维束配置为相对于相邻的增强纤维束错开增强纤维长度L的2/5的距离。测定切口的分布,结果总体的平均值为12.4,变异系数为10.9%。
作为正交铺设层叠体的拉伸特性,满足负荷1×0.5<负荷2<负荷1×1.5。拉伸应变为2%时观察到了切口的开口,但开口面积比实施例8小。对于基于手糊法的形状追随性而言,存在若干难以伸长的部位,但能够无褶皱地进行赋形。作为经成型的纤维增强塑料的表面品质,在表面观察到了切口的开口。
(实施例10)
将切口预浸料坯的切口图案制成图17(c)所示的切口图案,制作正交铺设层叠体。切口实质上为相同长度,即Y=1mm,最接近的切口彼此的距离为1.4mm,即Y的1.4倍。经切断的增强纤维的长度为12mm,将切口投影至与增强纤维的取向方向成直角的平面的投影长度Ws为0.64mm。增强纤维的取向方向与切口所成的角θ的绝对值为40°,包含大致相同数量的正切口(θ为正)和负切口(θ为负)。测定切口的分布,结果总体的平均值为10.9,变异系数为10.4%。
作为正交铺设层叠体的拉伸特性,满足负荷1×0.5<负荷2<负荷1×1.5。拉伸应变为2%时,切口发生若干开口。基于手糊法的形状追随性良好,且能够无褶皱地赋形。作为经成型的纤维增强塑料的表面品质,在表面观察到了若干切口的开口。
(实施例11)
将切口预浸料坯的切口图案制成图17(d)所示的切口图案,制作正交铺设层叠体。任意的切口与最接近于该切口的其他切口不切断同一增强纤维。切口实质上为相同长度,即Y=1mm,最接近的切口彼此的距离为1.5mm,即Y的1.5倍。经切断的增强纤维的长度为20mm,将切口投影至与增强纤维的取向方向成直角的平面的投影长度Ws为0.34mm。增强纤维的取向方向与切口所成的角θ的绝对值为20°,包含大致相同数量的正切口(θ为正)和负切口(θ为负)。另外,关于存在于切口的延长线上的切口彼此的间隔,正切口(3.4mm)与负切口(24.5mm)不同。测定切口的分布,结果总体的平均值为11.3,变异系数为7.9%。
作为正交铺设层叠体的拉伸特性,满足负荷1×0.5<负荷2<负荷1×1.5。拉伸应变为2%时,基本未观察到切口的开口。基于手糊法的形状追随性良好,且能够无褶皱地赋形。作为经成型的纤维增强塑料的表面品质,在表面上基本未观察到切口的开口。
(实施例12)
使用与实施例11同样的切口预浸料坯,使正交铺设层叠体的层叠构成为[0/90/90/0]。作为正交铺设层叠体的拉伸特性,负荷1为3340N,负荷2为4320N,满足负荷1×0.5<负荷2<负荷1×1.5,但难以于室温进行赋形。使用干燥器进行加热,结果形状追随性良好,能够无褶皱地顺着模具。于60℃环境下对正交铺设层叠体的拉伸特性进行测定,结果负荷1为52N,负荷2为45N。
(实施例13)
使用与实施例11同样的切口预浸料坯,制作1000m×1000m的正交铺设层叠体。切口预浸料坯本来为500mm宽,以增强纤维的取向方向成为长度方向的方式切出1000mm×500mm的切口预浸料坯,将各2片进行贴合,制成2片1000mm×1000mm的切口预浸料坯,进而,以增强纤维的取向方向正交的方式进行层叠,制成1000mm×1000mm的正交铺设层叠体。层叠后,通过抽真空来增强层叠的层间的密合。尽管1层由2片切口预浸料坯构成,但可由另1层支撑,操作性良好。
将制作的切口预浸料坯赋形为具有图19(a)的形状的模具,得到预成型体。需要20分钟左右,能够赋形为如图19(b)那样的精度良好的凹凸形状。用双面模具夹持预成型体,使其于130℃固化90分钟,得到纤维增强塑料。对于得到的纤维增强塑料而言,基本未观察到切口开口,为良好的表面品质。
(实施例14)
使正交铺设层叠体不完全顺着模具,而是赋形成一部分从模具浮起的状态,除此以外,与实施例13同样地操作,得到预成型体。赋形时间为5分钟,比实施例13迅速。用双面模具夹持预成型体,使其于130℃固化90分钟,得到纤维增强塑料。对于得到的纤维增强塑料而言,在为预成型体时从模具浮起的部位也追随凹凸,基本未观察到切口开口,为良好的表面品质。
(比较例6)
以纤维方向成为直角的方式,将2片未施加切口的预浸料坯进行层叠,制作预浸料坯层叠体。
作为预浸料坯层叠体的拉伸特性,在达到2%的拉伸应变之前发生断裂,负荷急剧降低,不满足负荷1×0.5<负荷2<负荷1×1.5。对于基于手糊法的形状追随性而言,在纤维方向上难以伸长,无法消除褶皱。
(比较例7)
将切口预浸料坯的切口图案制作为图17(e)所示的切口图案,制作正交铺设层叠体。在呈直角地横切增强纤维的方向上设置有多个切口,沿增强纤维的直角方向将切口投影而得到的投影长度Ws与切口的长度Y相等,为1mm,被切断成纤维长度L为24mm的增强纤维。测定切口的分布,结果总体的平均值为3.7,变异系数为38.3%。
作为正交铺设层叠体的拉伸特性,在达到2%的拉伸应变之前发生断裂,负荷急剧降低,不满足负荷1×0.5<负荷2<负荷1×1.5。因此,无法测定切口开口面积率。对于基于手糊法的形状追随性而言,难以在纤维方向上伸长,无法消除褶皱。作为经成型的纤维增强塑料的表面品质,在表面观察到了切口的开口。
(比较例8)
使用增强纤维的增强形态为机织结构的织物预浸料坯F6343B-05(增强纤维:T300B-3000,树脂:2500),测定基于手糊法的形状追随性。对于基于手糊法的形状追随性而言,与实施例1、3、4、5同样地良好,能够无褶皱地赋形成箱型。
(比较例9)
使用未层叠的切口预浸料坯(而非正交铺设层叠体),向图19的模具进行赋形。由于切口预浸料坯的宽度为1000mm×500mm,因此虽想对2片切口预浸料坯独立地赋形,但在赋形前切口预浸料坯中出现褶皱,且无法消除该褶皱,放弃赋形。
(实施例15)
如图8那样一边施加张力,一边从卷绕有预浸料坯T800S/PPS(其是在沿单向取向的“Torayca”(注册商标)碳纤维T800S中含浸热塑性树脂PPS而得到)的200mm宽的辊中将预浸料坯放出,进行控制,以使得预浸料坯的端边相对于旋转刀辊的轴向而言以±0.5mm的范围从旋转刀辊与相对于该旋转刀辊大致平行地接近的支承辊之间通过,以刀不碰上支承辊的方式,将作为片状基材A的脱模纸夹在预浸料坯与支承辊之间,制造切口预浸料坯,用辊将得到的切口预浸料坯卷绕。
使旋转刀辊的刀为如图15(c)所示的图案,刀呈直线状,且使刀在旋转刀辊的轴向上的投影长度Ws为1.5mm、刀与旋转刀辊的周向所成的角度θ为25°、被刀切断的增强纤维的长度为30mm。在将旋转刀辊上的全部刀投影至垂直于旋转刀辊的轴向的平面上而形成的圆形状中,存在不连续部,在全部的不连续部中,由该不连续部的两端与圆形状的中心所形成的中心角为3°以下。刀的总长度为78m/m2。旋转刀辊的转速为45°/秒。设置旋转刀辊与支承辊之间的间隙,使得刀在脱模纸的厚度方向上可***50%。
结果,虽然切口预浸料坯表面的碳纤维观察到了若干起毛,但可制造无褶皱的切口预浸料坯。卷绕的辊端边的偏移为可忽略的水平。
(实施例16)
如图11那样,将预浸料坯一边压靠至支承辊一边使其从旋转刀辊与支承辊之间通过,制成切口预浸料坯,以切口预浸料坯的旋转刀辊侧的表面远离旋转刀辊的方式,将切口预浸料坯进行压靠,除此以外,在与实施例15相同的条件下制造切口预浸料坯。结果,切口预浸料坯表面的起毛比实施例15少。卷绕的辊端边的偏移为可忽略的水平。
(实施例17)
在预浸料坯的支承辊侧载持有作为片状基材A的脱模纸,在预浸料坯的旋转刀辊侧粘贴有作为片状基材B的聚乙烯膜,作为预浸料坯使用“Torayca”(注册商标)预浸料坯片材P3052S-15(增强纤维:T700S,热固性树脂:2500),除此以外,在与实施例16相同的条件下制造切口预浸料坯。
结果,切口预浸料坯在旋转刀辊的轴向上逐渐偏移,难以控制预浸料坯的端边的位置,但能够无褶皱、稳定地制造切口预浸料坯,虽然脱模纸从切口预浸料坯剥离的部位少量存在,但能够修复,能够将切口预浸料坯无褶皱地卷绕。
(实施例18)
在使预浸料坯从旋转刀辊与支承辊之间通过后,使用压延机将预浸料坯与片状基材A进行加热压接,除此以外,在与实施例17相同的条件下制造切口预浸料坯。加热温度为40℃,压力为3kg/cm2
结果,没有脱模纸从切口预浸料坯剥离的部位,能够无褶皱地卷绕切口预浸料坯。
(实施例19)
将旋转刀辊中的刀的图案制成如图15(f)那样刀与旋转刀辊的周向所成的角度θ的绝对值实质上相同、且θ为正的刀和θ为负的刀为大致相同数量的图案,除此以外,在与实施例17相同的条件下制造切口预浸料坯。增强纤维的长度为24mm,θ为±14°,Ws为0.25mm。
结果,能够无褶皱、稳定地制造切口预浸料坯,脱模纸也未从切口预浸料坯中剥离,能够无褶皱地将切口预浸料坯卷绕。预浸料坯也未在宽度方向上发生偏离,卷绕时不需要在宽度方向上进行微调。
(实施例20)
使预浸料坯为“Torayca”(注册商标)预浸料坯片材P2352W-19(增强纤维:T800S、热固性树脂:3900-2B),并冷却旋转刀辊,除此以外,在与实施例17相同的条件下制造切口预浸料坯。在预浸料坯的支承辊侧粘贴有作为片状基材A的脱模纸,但在预浸料坯的旋转刀辊侧未粘贴片状基材B。
结果,树脂未与刀粘合,也未发生脱模纸从切口预浸料坯剥离,能够无褶皱地制造切口预浸料坯。经卷绕的辊的端边的偏移为可忽略的水平。
(实施例21)
使切口图案的θ(刀与旋转刀辊的周向所成的角度)为90°,除此以外,在与实施例11相同的条件下制造切口预浸料坯。将刀在旋转刀辊的周向上进行投影时,在将旋转刀辊上的全部刀投影至垂直于旋转刀辊的轴向的平面上而形成的圆形状中,存在不连续部,由该不连续部的两端与圆形状的中心所形成的中心角为6°的部位有多处。结果,产生预浸料坯未压靠至旋转刀辊的瞬间,支承辊、旋转刀辊发生振动,但除此以外为与实施例17同样的结果。
(比较例10)
从卷绕有“Torayca”(注册商标)预浸料坯片材P3052S-15(增强纤维:T700S,热固性树脂:2500)的、500mm宽的辊中将预浸料坯放出,***至旋转刀辊与支承辊之间,以不施加张力的方式***切口,制造切口预浸料坯,将得到的切口预浸料坯用辊卷绕。旋转刀辊的刀为图16(b)所示的图案,刀呈直线状,刀在旋转刀辊的轴向上的投影长度Ws为5.0mm,刀与旋转刀辊的周向所成的角度为40°,被刀切断的增强纤维的长度为20mm。刀的总长度为78m/m2。预浸料坯的支承辊侧用脱模纸载持,预浸料坯的旋转刀辊侧粘贴有聚乙烯膜。旋转刀辊的转速为45°/秒。
结果,预浸料坯在***至旋转刀辊与支承辊之间以前即发生挠曲,在切口预浸料坯中出现褶皱。此外,发生了脱模纸的剥离、预浸料坯在宽度方向上的偏移,难以稳定地进行卷绕。
(比较例11)
从卷绕有“Torayca”(注册商标)预浸料坯片材P2255S-10(增强纤维:T800S、热固性树脂:2592)的、300mm宽的辊中将预浸料坯放出,施加张力,并将配置有刀的冲裁模安装于升降机上,将冲裁模压靠至预浸料坯,从而***切口,制造切口预浸料坯。在如实施例1~8那样、使预浸料坯从旋转刀辊与支承辊之间通过而制作切口预浸料坯时,通过使旋转刀辊旋转从而可同时进行切口***和预浸料坯的输送,但在使用冲裁模时,其工序变为如下:输送预浸料坯,暂时停止后使冲裁模下降,***切口,并再次输送预浸料坯。刀与图17(e)所示的图案同等,刀呈直线状,刀在预浸料坯的宽度方向上的投影长度Ws为1.0mm,刀与预浸料坯的输送方向所成的角度为90°,被刀切断的增强纤维的长度为24mm。刀的总长度为42m/m2。预浸料坯用脱模纸载持。预浸料坯的输送速度为3m/分钟,冲裁时停止1秒。
结果,冲裁时预浸料坯被刀带动,预浸料坯自身发生偏移,不同时间点时,被冲裁的切口彼此的位置关系的精度降低。
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附图标记说明
1:预浸料坯
2:切口
3:***有多个切口的区域(切口区域)
4:直径10mm的小区域
5:切口A与切口B之间的增强纤维
6:最接近的切口彼此的距离
7:正切口
8:负切口
9:正切口所处的直线
10:负切口所处的直线
11:正交铺设层叠体的0°方向
12:正交铺设层叠体的90°方向
13:正交铺设层叠体的45°方向
14:切口预浸料坯
15:预浸料坯卷
16:刀
17:旋转刀辊
17a:旋转刀辊17的轴向
18:支承辊
19:旋转刀辊的旋转方向
20:支承辊的旋转方向
21:预浸料坯卷的旋转方向
22:切口预浸料坯的输送方向
23:张力
24:设置于出口侧的按压辊
25:设置于入口侧的按压辊
26:将旋转刀辊上的全部刀投影至垂直于旋转刀辊的轴向的平面上时所形成的圆形状
27:符号26中的不连续部(符号26中的不存在刀的区域)
28:中心角
29:预成型体

Claims (6)

1.切口预浸料坯,在包含沿单向取向的增强纤维和树脂的预浸料坯的至少一部分区域中具有多个将增强纤维切断的切口,所述切口预浸料坯中,将从所述区域内任意选择的10个直径10mm的圆形小区域内所含的切口个数作为总体时,总体的平均值为10以上且变异系数在20%以内,
对于最接近的切口彼此的间隔而言,在增强纤维的直角方向上为投影长度Ws的0.5倍以上,所述投影长度Ws是将切口投影至与增强纤维成直角的平面上而得到的长度,
任意的切口与最接近于该切口的其他切口不切断同一增强纤维,
切口实质上为相同长度Y,最接近的切口彼此的距离比0.5倍的Y长。
2.如权利要求1所述的切口预浸料坯,其中,切口相对于增强纤维的取向方向倾斜地***。
3.如权利要求1或2所述的切口预浸料坯,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,并且,包含θ为正的切口、即正切口和θ为负的切口、即负切口。
4.如权利要求3所述的切口预浸料坯,其中,包含大致相同数量的正切口和负切口。
5.如权利要求3所述的切口预浸料坯,其中,关于任意的切口与存在于该切口的延长线上的最接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的长度不同。
6.如权利要求4所述的切口预浸料坯,其中,关于任意的切口与存在于该切口的延长线上的最接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的长度不同。
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