CN113728038A - 纤维增强复合材料成型品的制造方法、增强纤维基材及纤维增强复合材料成型品 - Google Patents
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Abstract
本发明的纤维增强复合材料成型品的制造方法包括下述工序:使用模具,使包含沿单向取向的增强纤维和基质树脂组合物的增强纤维基材变形。增强纤维基材在剪切变形和/或压缩变形的部位具有与增强纤维的取向方向实质上平行的切口,并且实质上不具有将纤维切断的切口。
Description
技术领域
本发明涉及纤维增强复合材料成型品的制造方法、增强纤维基材以及纤维增强复合材料成型品。
背景技术
包含增强纤维和基质树脂的纤维增强复合材料用的预浸料由于其硬化物或固化物(纤维增强复合材料)轻量且具有优异的机械特性,因此被广泛用于体育、航空宇宙、一般产业用途。纤维增强复合材料例如使用高压釜或压制成型机将层叠多张预浸料而形成的预浸料层叠体进行加热加压成型来制造。
作为预浸料的成型方法,已知作为高循环成型法之一的如下方法:层叠多张包含增强纤维和基质树脂组合物的预浸料,由所得的层叠体制作预成型体,然后将预成型体进行加热和加压,使该树脂组合物硬化或固化,从而制造纤维增强复合材料成型品。
专利文献1中公开了一种纤维增强复合材料的制造方法,其通过使用具有与增强纤维的取向方向实质上平行的切口和将增强纤维横穿的切口的切口预浸料,从而在表现出将基质树脂硬化时的外观品质和力学特性的同时,三维形状追随性也优异。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:国际公开第2018/055932号
发明内容
发明所要解决的课题
然而,在上述那样的以往技术中,通过将连续的增强纤维(连续增强纤维)切断来实现对于三维形状的追随。一般而言,将连续纤维切断的纤维增强复合材料成型品由于来源于连续纤维的优异的力学特性受损,因此有时产生成型品的强度降低这样的问题。这样,在以往技术中,从制造纤维增强复合材料成型品的情况下的强度的观点考虑,尚残留研究的余地。
本发明是鉴于上述情况而提出的,其目的在于提供不损伤连续纤维的力学特性,具有优异的对于三维形状的追随性的纤维增强复合材料成型品。
用于解决课题的方法
为了解决上述课题,本发明的一个方式涉及的纤维增强复合材料成型品的制造方法包括下述工序:使用模具,使包含沿单向取向的增强纤维和基质树脂组合物的增强纤维基材变形,上述增强纤维基材具有:剪切变形和/或压缩变形的部位、以及在上述剪切变形和/或压缩变形的部位与上述增强纤维的取向方向实质上平行的切口,并且实质上不具有将纤维切断的切口。
此外,本发明的一个方式涉及的增强纤维基材包含沿单向取向的增强纤维和基质树脂组合物,在剪切变形和/或压缩变形的部位具有与上述增强纤维的取向方向实质上平行的切口,并且实质上不具有将纤维切断的切口。
此外,本发明的一个方式涉及的纤维增强复合材料成型品包含上述增强纤维基材的硬化物或固化物。
发明的效果
根据本发明的一个方式,能够制造外观和强度优异的纤维增强复合材料成型品。
附图说明
图1为示意性示出本发明中的增强纤维基材的一例的图。
图2为示意性示出本发明的实施方式中的预成型体模具的下模的结构的一例的图。
图3为示意性示出用于说明本发明的实施方式中的、俯视预成型体模具时的几何中心和Y方向、以及三维形状中的Y方向的尺寸的预成型体模具的下模的结构的一例的图。
图4为示意性示出用于说明本发明的实施方式中的、俯视预成型体模具时的几何中心和X方向、以及三维形状中的X方向的尺寸的预成型体模具的下模的结构的一例的图。
图5为用于说明本发明中的增强纤维基材的变形量的测定的图。
图6为用于说明本发明中的增强纤维基材的变形量的图。
图7为示意性示出纤维的取向方向为0°的预浸料片和纤维的取向方向为90°的预浸料片的图。
图8为说明本发明的实施方式中的、增强纤维基材或预成型体的裁切工序的图。
图9为说明本发明的实施方式中的压密化工序的图。
图10为示意性示出实施例1所使用的预浸料片的切口的配置的图。
图11为示意性示出实施例2所使用的预浸料片的切口的配置的图。
图12为示意性示出实施例3所使用的预浸料片的切口的配置的图。
图13为示意性示出实施例4所使用的预浸料片的切口的配置的图。
图14为示意性示出实施例5所使用的预浸料片的切口的配置的图。
图15为示意性示出实施例6所使用的预浸料片的切口的配置的图。
图16为示意性示出实施例7所使用的预浸料片的切口的配置的图。
图17为示意性示出实施例8所使用的预浸料片的切口的配置的图。
图18为示意性示出实施例9所使用的预浸料片的切口的配置的图。
图19为示意性示出比较例1所使用的预浸料片的图。
图20为表示由实施例1获得的预成型体的照片。
图21为表示由实施例2获得的预成型体的照片。
图22为表示由实施例3获得的预成型体的照片。
图23为表示由实施例7获得的预成型体的照片。
图24为表示由实施例8获得的预成型体的照片。
图25为表示由实施例9获得的预成型体的照片。
图26为表示由比较例1获得的预成型体的照片。
具体实施方式
以下,对于本发明的实施方式进行说明。需要说明的是,本说明书中“A和/或B”是指“A和B的一者或两者”。
[1.预成型体的制造方法]
本发明的一个实施方式涉及的预成型体的制造方法包括通过模具将增强纤维基材进行赋形的工序。以下,也将预成型体的制造中所使用的模具称为“预成型体模具”。增强纤维基材具有剪切变形和/或压缩变形的部位。此外,增强纤维基材具有用于使该剪切变形和/或压缩变形的部位追随上述预成型体模具的切口。该切口为用于使该部位进行剪切变形和/或压缩变形而追随预成型体模具的切口。该切口为与增强纤维的取向方向实质上平行的切口。
该增强纤维基材在剪切变形和/或压缩变形的部位实质上不具有将纤维切断的切口。
从提高剪切变形和/或压缩变形的部位对于三维形状的追随性方面等考虑,增强纤维基材优选在基于模具进行的变形时进行剪切变形和/或压缩变形。所谓“基于模具进行的变形时”,例如为由增强纤维基材形成预成型体的“赋形时”,或者由增强纤维基材或预成型体成型纤维增强复合材料成型品的“成型时”。
预成型体通过将后述的增强纤维基材进行赋形,从而预成型为目标成型品的净形形状。所得的预成型体的形状可以为纤维增强复合材料成型品的形状本身,也可以为与纤维增强复合材料成型品的形状接近(类似)的形状。
所谓与纤维增强复合材料成型品的形状接近的形状,例如为能够收容于后述的成型工序中的模具内的程度地与纤维增强复合材料成型品的形状类似的形状。需要说明的是,以下,也将成型所使用的模具称为“成型模具”。从再现性良好地制造成型品的形状的观点考虑,优选预成型体具有所期望的成型品形状的大致净形形状(立体形状),更优选制作具有净形形状(立体形状)的预成型体。这样,通过在获得目标纤维增强复合材料成型品的成型工序之前,将增强纤维基材、或层叠有增强纤维基材的层叠体进行赋形而获得预成型体,从而能够高品质且高效地制造所期望的形状的纤维增强复合材料成型品。
预成型体的厚度取决于所期望的物性、形状等,优选为0.05mm以上,更优选为0.1mm以上,进一步优选为0.15mm以上。优选为3.0mm以下,更优选为2.0mm以下,进一步优选为1.0mm以下。如果预成型体的厚度为上述下限值以上,则以成为所期望的厚度的方式层叠预成型体的工序数得以减少。如果为上述上限值以下,则赋形工序中的向立体形状的赋形能够适当地实施。使用该预成型体而成型的增强纤维复合材料在轻量的同时,具有充分的强度。对于预成型体的优选的成型方法等后述。
作为增强纤维基材,使用包含沿单向取向的增强纤维和基质树脂组合物,在剪切变形和/或压缩变形的部位具有用于使该部位进行剪切变形和/或压缩变形而追随模具的切口的增强纤维基材。在本说明书中,“模具”包含预成型体模具和成型模具。图1为示意性示出本发明的一个实施方式涉及的增强纤维基材的一例的图。如图1所示,增强纤维基材1在增强纤维基材的剪切变形和/或压缩变形的部位具有用于使该部位进行剪切变形和/或压缩变形而追随模具的切口2。可以在增强纤维基材的剪切变形和/或压缩变形的所有部位具有切口2,也可以在一部分具有切口2。对于增强纤维基材而言,其本身在赋形时或成型时被加热,从而即使为没有切口2的状态,也能够进行某种程度的剪切变形和/或压缩变形。因此,优选对于产生了超过在没有切口2的状态下,按照后述的增强纤维基材的剪切变形量的测定方法测得的剪切变形量的变形的部分赋予切口2。此外,可以在增强纤维基材的除剪切变形和/或压缩变形的部位以外的部位具有切口2。切口2与增强纤维的取向方向实质上平行地延伸。以下,将切口2也称为“平行切口”。此外,以下将包含沿单向取向的增强纤维和基质树脂组合物并具有平行切口的增强纤维基材也称为“具有平行切口的增强纤维基材”。
所谓实质上平行,是指以不切断增强纤维群的程度地沿着增强纤维的取向方向的方向,例如,是指在增强纤维基材中与沿单向取向的增强纤维群的取向方向平行。增强纤维基材中的增强纤维的取向有时由于增强纤维基材的制造工序中的挤压而散乱,因此满足上述条件的平行切口有时也可以将增强纤维基材中的增强纤维的极少一部分切断。
例如,如果切口的延伸方向相对于增强纤维的取向方向所形成的角度为0~10°,则可以说切口相对于增强纤维实质上平行。更优选为0~3°,进一步优选为0~1.7°,特别优选为0~1.5°,最优选为0~1°。切口的延伸方向和增强纤维的取向方向可以利用目视进行确认,此外也可以将增强纤维基材中的剪切变形和/或压缩变形的部位用3D激光扫描仪、X射线CT等进行拍摄,由所得图像的通过使用图像处理的定性或定量的处理而得到的数据来确认。
增强纤维基材在剪切变形和/或压缩变形的部位具有实质上平行的切口。此外,也可以说增强纤维基材在剪切变形和/或压缩变形的部位实质上不具有将纤维切断的切口(以下,将纤维切断的切口也称为“切断切口”)。所谓切断切口,例如在切口的延伸方向相对于增强纤维的取向方向所形成的角度超过10°的情况下,可以说该切口为切断切口。或者也可以说切断切口为对被增强纤维基材中的某一切口切断的增强纤维沿增强纤维的取向方向赋予拉伸应力时,对增强纤维基材赋予延伸性的切口。或者也可以说切断切口为对基于该切口得到的增强纤维基材的切断面和其附近的增强纤维赋予流动性的切口。
本实施方式的增强纤维基材的特征在于实质上不具有切断切口。所谓实质上不具有切断切口,其宗旨不仅是包含完全不具有切断切口的情况,即使具有少量的切断切口,只要成型品的强度在商业上能够容许的范围内,则也包含于该概念内。
从抑制由纤维的切断带来的强度降低的观点考虑,在剪切变形和/或压缩变形的部位中,由增强纤维基材中的未断裂的连续的增强纤维和树脂构成的区域所占的面积的合计占剪切变形和/或压缩变形的部位的面积的比例优选大于5%,更优选大于10%,进一步优选大于25%,特别优选大于50%,最优选大于80%。进一步更优选为90%以上,更优选为95%以上,进一步优选为99%以上,特别优选为99.5%以上,最优选为99.9%以上。从兼具剪切变形和/或压缩变形容易性和成型品的强度方面考虑,具有上述平行切口的增强纤维基材特别优选仅具有实质上平行的切口。
另一方面,平行切口优选遍及切口长度的大致全长,贯通增强纤维基材。如上述那样,平行切口为用于使增强纤维基材的剪切变形和/或压缩变形的部位进行剪切变形和/或压缩变形而追随预成型体模具的切口。剪切变形和/或压缩变形的部位可以在表现平行切口的上述功能的范围内,具有用于其他功能的切口。从这样的观点考虑,例如,上述平行切口的数目相对于剪切变形和/或压缩变形的部位中的切口的总数的比例优选为0.5%以上,更优选为5%以上。从提高成型品的强度的观点考虑,进一步优选为50%以上,特别优选为70%以上,最优选为80%以上。进一步更优选为90%以上,更优选为95%以上,进一步优选为99%以上,特别优选为99.5%以上,最优选为99.9%以上。从兼具剪切变形和/或压缩变形容易性和成型品的强度方面考虑,具有上述平行切口的增强纤维基材特别优选仅具有实质上平行的切口。
平行切口只要以足够获得本实施方式的效果的量和长度存在即可。对于平行切口的存在量和长度后述。
通过使用具有上述平行切口的增强纤维基材,从而在剪切变形和/或压缩变形时,增强纤维基材所包含的增强纤维的由基质树脂组合物带来的束缚变小,增强纤维基材变得易于进行剪切变形和/或压缩变形。
所谓剪切变形和/或压缩变形的部位,为增强纤维基材的至少一部分,为在为了基于模具进行的变形而对增强纤维基材施加面外方向的力的情况下,产生剪切变形和压缩变形的一者或两者的变形的部位。例如,在后述的赋形工序中,根据要赋形的形状来决定,或在后述的成型工序中,根据要成型的形状来决定。所谓要赋形的形状,为复合材料成型品的形状,或者作为用于其的预成型体所要实现的与该复合材料成型品的形状接近的形状。所谓要成型的形状,为复合材料成型品的形状,或者以通过进行剪裁等后加工而成为复合材料成型品的形状的程度地与复合材料成型品的形状接近的形状。
上述要成型的形状例如包含图2所示那样的平面和/或三维形状。图2为示意性示出作为本发明的实施方式中的预成型体模具的下模的结构的一例的、与增强纤维基材、用于提高外观的树脂膜等材料相接触的面的图。以下,将模具中的与增强纤维基材、用于提高外观的树脂膜等材料相接触的面称为模具。对于图2所示的下模的构成,后面进行详述。该要成型的形状为由预成型体模具的形状所转印的形状。这样,预成型体的模具等模具的形状可以为三维形状。
所谓三维形状,不是平面形状,而是表示立体的形状,由平面、可展开面和三维曲面中的任一个、或二个以上的组合形成。所谓可展开面,表示不使其伸缩,而是通过展开而成为平面的面。作为可展开面的一例,可举出锥面。所谓三维曲面,表示不使其伸缩就不能形成平面的面,表示无法展开而成为平面的面。作为三维曲面的一例,可举出球面。在要成型的形状由可展开面和/或三维形状构成的情况下,由于赋形时产生剪切、压缩和包含它们这两者的复杂的变形,因此本实施方式中的纤维增强复合材料成型品的制造方法的优势性易于变得更显著。
如果将二维形状的平面状的片构件以追随用于追随该三维形状的预成型体模具的方式进行挤压,则在基于模具进行的变形时,通常产生剪切变形。在基于模具进行的变形时,在相对于原始的片构件的面积,追随的面的面积小的情况下,产生压缩变形。剪切变形和压缩变形有时同时产生。
通常,使二维形状的平面状片构件,特别是增强纤维沿单向取向的增强纤维基材变形,使其追随具有图2所示那样的三维形状的下模并进行赋形是困难的。如果想要使其追随三维形状,则增强纤维的取向方向紊乱而产生能够看到弯弯曲曲的纤维曲折、在增强纤维基材的面外方向上浮现的褶皱这样的外观不良。外观不良能够通过涂装来隐藏,但是像这样的纤维的直进性受损那样的外观不良由于会引起成型品的强度降低,因此不优选。所谓面内方向,表示包含平面状的增强纤维基材的平面内的水平方向,所谓面外方向,是指与面内方向正交的方向。
以下,对于预成型体模具进行详细地说明。预成型体模具的结构和形状也可以适用于成型模具的结构和形状。
[预成型体模具]
预成型体模具为用于制造预成型体的模具。即,预成型体模具为能够将平面状的增强纤维基材赋形为作为最终制品的复合材料成型品的形状,或赋形为与该形状接近的形状的模具。预成型体模具在能够将增强纤维基材赋形为预成型体的范围内,可以为与用于制造复合材料成型品的模具相同的形状,也可以不同。需要说明的是,所谓“与复合材料成型品接近的形状”,也可以说是能够将预成型体收容于用于成型复合材料成型品的模具中来进行加热加压的程度地与复合材料成型品的形状接近的形状。
预成型体模具能够使用具有下模、以及具有与该下模相对应的形状的上模的通常的模具。也可以为仅任一方的模具。上模和下模可以分别为一体,也可以为分别被分割为多个的构成。上模和下模可以以成为重力方向的上下的方式来设置,也可以垂直地树立,或倾斜地设置。在该情况下,将模具嵌合的二个模具中的任一方称为上模。通过在预成型体模具的上模和下模的任一者中都配置增强纤维基材,将增强纤维基材进行模具嵌合,从而能够应用于本实施方式,但在本实施方式中设为下模。从操作性和生产性的观点考虑,优选能够将增强纤维基材载置于模具并操作。
预成型体能够将一张具有上述切口的增强纤维基材,或者将层叠了二张以上的具有上述切口的增强纤维基材配置于预成型体模具,通过上述预成型体模具将该增强纤维基材进行赋形来制造。在使用具有下模,以及具有与该下模对应的形状的上模的模具的情况下,通过使上下的模具嵌合来进行赋形,从而能够获得预成型体。
具有上述平行切口的增强纤维基材在获得本实施方式的效果的范围内,可以将一张单独进行赋形而制成预成型体,也可以作为包含二张以上的具有上述平行切口的增强纤维基材的层叠体进行赋形而制成预成型体。进一步,在本实施方式中,如果使用至少一张以上具有上述平行切口的增强纤维基材,则可以进一步包含与具有上述平行切口的增强纤维基材不同的其他增强纤维基材,或用于提高外观的树脂膜。此外,上述树脂膜可以包含含有玻璃纤维稀松平纹织物(glass scrim cloth)等增强纤维的基材。
例如,可以将具有上述平行切口的增强纤维基材和没有上述平行切口的增强纤维基材交替地或无规地层叠而构成的层叠体进行赋形而制成预成型体。从提高对于模具的追随性的观点考虑,具有上述平行切口的增强纤维基材相对于层叠体中的增强纤维基材中的总数优选为50%以上,更优选为75%以上,进一步优选为80%以上,特别优选为90%以上。最优选仅使用具有上述平行切口的增强纤维基材或其层叠体。然而,在成型品的一部分并用不同种类的增强纤维基材的情况下,并不限定于此。作为其使用例,可举出加强。
在将多个增强纤维基材和/或含有基质树脂组合物的增强纤维基材进行赋形而获得预成型体的情况下,可以在将全部增强纤维基材或含有基质树脂组合物的增强纤维基材层叠而制成层叠体之后进行赋形,也可以将增强纤维基材或含有基质树脂组合物的增强纤维基材的一张~数张分别分成多次进行赋形,或者将重叠多张增强纤维基材或含有基质树脂组合物的增强纤维基材而成的层叠体的一张~数张分别分成多次进行赋形。此时,可以将全部层设为含有基质树脂组合物的增强纤维基材,也可以将一部分设为不含基质树脂组合物的增强纤维基材。通过将全部层设为含有基质树脂组合物的增强纤维基材,从而在成型品中不易产生硬化或固化的基质树脂组合物缺乏的部分,因此优选。此时也使用至少一张具有平行切口的增强纤维基材。
在进行多次赋形,获得1个预成型体的情况下,可以在获得多个使用增强纤维基材或层叠体而形成的相同形状的预备预成型体之后,进一步将预备预成型体重叠来进行赋形,获得预成型体。此外,可以在预备预成型体上载置一张增强纤维基材、或层叠体之后进行进一步的赋形,获得预成型体。即,可以在上述预成型体模具内的赋形了的一张以上的具有切口的增强纤维基材上,重叠具有切口的一张以上的其他增强纤维基材,通过上述预成型体模具进一步进行赋形。在后者的情况下,可以多次重复进一步的赋形。在使用前者的方法的情况下,能够有效率地获得预成型体。如果使用后者的方法,则即使在预成型体厚的情况下,在使相同形状的预备预成型体彼此重叠时,重叠不会变差,因此能够获得外观极其良好的预成型体。作为增强纤维基材,可以将全部层设为含有基质树脂组合物的增强纤维基材,也可以将一部分设为含有基质树脂组合物的增强纤维基材。通过全部层使用含有基质树脂组合物的增强纤维基材,从而在成型品中难以产生硬化或固化的基质树脂组合物缺乏的部分,因此优选。需要说明的是,预成型体使用至少一张以上具有切口的增强纤维基材。
以下,对于平行切口,以图2所示的下模为例,进一步详细地说明。
(预成型体模具的结构)
图2所示的下模例如为用于制造在汽车的车内所配置的底板用的预成型体的预成型体模具的一部分。需要说明的是,预成型体和底板(复合材料成型品)使用片状的增强纤维基材,因此成为下模的内面(与赋形或成型的材料相接触的面)被转印的形状(与该内面实质上相同形状)。
预成型体模具具有上模和下模3。下模3具有波纹(corrugate)结构10以及在其一端侧所形成的前段部20。
波纹结构10为用于提高强度的波状结构。波纹结构10具有底部10a、10b、在这些底部间形成的凸条部11、以及在波纹结构10的侧缘分别形成的凸缘部12、13。
底部10a、10b分别由平面形状为矩形的平面构成。底部10a具有第一边41、第二边42和第三边43,底部10b具有第一边51、第二边52和第三边53。第一边41(51)和第三边43(53)为例如该矩形中的一对长边,第二边42(52)为例如该矩形中的一个短边。
凸条部11通过从底部10a的一个侧缘立起的壁部11a、从底部10b的其他侧缘立起的壁部11b、以及在这些壁部间形成的顶面部11c而构成。壁部11a、11b的与增强纤维基材等材料相接触的面成为相对于底部10a、10b与增强纤维基材等材料相接触的面形成钝角的倾斜面。顶面部11c由与底部10a、10b水平的平面构成。在本说明书中,所谓材料,表示增强纤维基材和除增强纤维基材以外的纤维增强复合材料成型品的材料(例如,用于提高外观的树脂膜)。以下,有时将材料表示为“增强纤维基材等材料”。需要说明的是,有时也以在增强纤维基材的一部分层叠除增强纤维基材以外的纤维增强复合材料成型品的材料的方式进行配置。
凸缘部12具有从底部10a的其他侧缘立起的壁部12a以及在壁部12a的上端形成的顶面部12b。壁部12a的与增强纤维基材等材料相接触的面成为相对于底部10a与增强纤维基材等材料相接触的面形成钝角的倾斜面。顶面部12b由与底部10a水平的平面构成。凸缘部13也与凸缘部12同样,具有壁部13a和顶面部13b。
前段部20具有从波纹结构10的一端缘立起的壁部21以及在壁部21的上端形成的顶面部22。壁部21的与增强纤维基材等材料相接触的面成为相对于底部10a、10b与增强纤维基材等材料相接触的面形成钝角的倾斜面。顶面部22由与底部10a、10b水平的平面构成。
在底部10a(10b)中,第一边41(51)和第二边42(52)形成角部31(33),第二边42(52)和第三边43(53)形成角部32(34)。更详细地说,底部10a、壁部11a、21的交点形成有角部31,底部10a、壁部12a、21的交点形成有角部32。同样地,底部10b、壁部11b、21的交点形成有角部33,底部10b、壁部13a、21的交点形成有角部34。
顶面部11c、12b、13b距离底部10a、10b的高度都相同。顶面部22形成于比其他顶面部高的位置。这些顶面部的高度取决于制品的规格,可以为2~40cm。此外,壁部11a、11b、12a、13a、21相对于底部10a、10b的倾斜角也取决于制品的规格,可以为30~90°。该倾斜角为壁部11a、11b、12a、13a、21的未与增强纤维基材等材料相接触的面相对于底部10a、10b的角度。即,壁部11a、11b、12a、13a、21的与增强纤维基材等材料相接触的面相对于底部10a、10b的角度可以为钝角。需要说明的是,在壁部21中,将从底部10a、10b直至顶面部11c、12b、13b的高度的部分也称为下部21a,将与直至顶面部11c、12b、13b的高度相比靠上的部分也称为上部21b。
这样,在俯视时,预成型体模具的下模3包含:含有角部31(33)的底部10a(10b)、从底部10a(10b)的一个侧缘(其他侧缘)立起的壁部11a(11b)、以及从底部10a(10b)的一端缘立起的壁部21(下部21a)。
此外,在下模3中,底部10a(10b)包含与角部31(33)不同的另一个角部32(34)。壁部21从底部10a(10b)的一端缘中的角部31(33)与角部32(34)之间立起。进一步,下模3在底部10a(10b)的其他侧缘(一个侧缘)进一步包含借由角部32(34)而在与壁部21相反侧立起的壁部12a(13a)。
接下来,使用图3,对于添加平行切口的位置进行具体地说明。图3为用于说明本发明的实施方式中的、俯视预成型体模具时的中心和Y方向的尺寸的图。此外,图3为用于说明本发明的实施方式中的、三维形状中的Y方向的尺寸的图。
图3的符号301表示俯视预成型体模具中的下模3时的下模3,即下模的平面形状。图3的符号302表示从斜上方观察预成型体模具中的下模3时的下模3,即下模的立体的形状。该平面形状相当于以使模具(图3中,预成型体模具)的与增强纤维基材和除增强纤维基材以外的材料中的至少一者相接触的面(使增强纤维基材变形的面)的投影面积成为最大的方式,将模具的与增强纤维基材和除增强纤维基材以外的材料中的至少一者相接触的面进行平面投影时的二维图形。将该模具的与增强纤维基材和除增强纤维基材以外的材料中的至少一者相接触的面进行平面投影时的投影方向设为Z方向。Z方向为相对于图的纸面铅直的方向。此外,将穿过由O表示的二维图形的几何中心的线段在二维图形中最短的方向设为X方向,将二维图形中与X方向正交的方向设为Y方向。中心O为下模3的几何中心。如图3所示那样,X方向为上述平面形状中的短边方向,Y方向为长边方向。需要说明的是,在模具的与赋形或成型的材料相接触的面的周边具有赋形或成型的材料与模具没有接触的部分的情况下,上述几何中心设为将与赋形或成型的材料相接触的面进行投影而得的二维图形的几何中心。
在上述二维图形的对称性高,穿过上述二维图形的几何中心的线段在二维图形中最短的方向存在多个的情况下(例如,在为正方形、圆形的情况下),选择任意的一个方向设为X方向,将与X方向正交的方向设为Y方向。
L1’为在二维图形中,沿Y方向延伸的直线,以穿过顶面部11c与壁部11a的边界的直线表示。L1位于下模3的表面,为与Y方向平行的线段,且表示最短的线段。L1’也称为二维图形中的最短的线段。l1’表示L1’的长度。
需要说明的是,L1’只要是上述最短的线段即可,例如,在二维图形中为沿着Y方向的直线,可以为穿过顶面部11c的直线,也可以为穿过顶面部12b或13b的直线,也可以为穿过顶面部12b或13b与壁部12a或13a的边界的直线。
L1表示与L1’相对应的沿着上述预成型体模具的形状的线段。l1表示下模3的二维形状中的L1的长度。l1也称为L1’的三维长度。
L2位于下模3的表面,为与Y方向平行的线段。L2’在二维图形中,为在Y方向延伸的直线,以穿过第一边41的直线表示。l2’表示L2’的长度。包含L2的平面与包含L1的平面平行。剪切力为彼此并行,且不在同轴上的反方向的力。易于理解,剪切力的大小以沿着模具的、彼此平行的线段的长度之差,或之比来进行比较。
L2表示与L2’相对应的沿着上述预成型体模具的形状的线段。l2表示下模3的二维形状中的L2的长度。l2也称为L2’的三维长度。
需要说明的是,L2’可以为在相同方向上延伸的其他线段,例如,为在二维图形中平行地沿着Y方向的直线,可以为穿过底部10a的直线。
在下模3中,由于l1与l2不同,l1’与l2’相等,由此l1相对于l1’的比例(l1/l1’)与l2相对于l2’的比例(l2/l2’)不同。这样,下模3具有上述比例不同的部位。
此外,对于下模3,如果将前者作为第一比例,将后者作为第二比例,并能够任意设定L2,则图3中的夹在L1和L2之间的部分存在随着L2远离L1,第二比例相对于第一比例的变化的比例变大的部分。
l1相对于l1’的比例(l1/l1’)与l2相对于l2’的比例(l2/l2’)不同的部位中,由于要变形的量根据片状的增强纤维基材的位置而不同,因此在增强纤维基材内产生剪切变形。根据模具的形状,同时产生压缩变形。然而,通常由该增强纤维基材形成的片构件缺乏变形性,结果剪切变形不充分,因此在不能追随所期望的形状的部位产生外观不良。因此,通过在l1相对于l1’的比例(l1/l1’)与l2相对于l2’的比例(l2/l2’)不同的部位,即,与模具(图3中,预成型体模具)的与增强纤维基材和除增强纤维基材以外的材料中的至少一者相接触的面相对应的、增强纤维基材中的夹在L1和L2之间的部分(例如,图3中的阴影部分)添加平行切口,从而能够改善增强纤维基材的剪切变形性,能够提高对于三维形状的追随性。而且,能够改善赋形性,获得外观良好的预成型体。关于L1与L2的线段中的例如穿过图2的下部21a和壁部11a的部分,L1中的长度与L2中的长度不同,关于穿过顶面部22的部分,L1中的长度与L2中的长度相等。在这样的情况下,如果在夹在L1和L2之间的部分中的与形成下部21a和/或壁部11a的一部分的部分相对应的、具有切口的增强纤维基材的部分添加切口,则切口的效果被最大限度地发挥,因此优选。
如上述那样,增强纤维基材中的沿着Y方向的部分中的切口的位置由上述l1、l2等确定。增强纤维基材中的沿着X方向的部分中的切口的位置也能够同样地确定。接下来,使用图4,对于添加平行切口的位置进行具体地说明。
图4为示意性示出用于说明俯视本发明的实施方式中的预成型体模具时的中心和X方向的尺寸、以及三维形状中的X方向的尺寸的、预成型体模具的下模的结构的一例的图。图4的符号401表示预成型体模具的下模的平面形状,图4的符号402表示该下模的立体的形状。
L3’为在二维图形中,沿X方向延伸的直线,以穿过上部21b的直线表示。L3位于下模3的表面,为与Y方向平行的线段,且表示最短的线段。L3’也称为二维图形中的最短的线段。l3’表示L3’的长度。
需要说明的是,L3’只要是上述最短的线段即可,例如,为在二维图形中沿X方向的直线,可以为穿过顶面部11c、12b、13b的直线。或者L3’可以为穿过顶面部22的直线,也可以为穿过顶面部12b或13b的直线,还可以为穿过上部21b与顶面部22的边界的直线。
L3表示与L3’相对应的沿着上述预成型体模具的形状的线段。l3表示下模3的二维形状中的L3的长度。l3也称为L3’的三维长度。
L4位于下模3的表面,为与X方向平行的线段。L4’为在二维图形中,沿X方向延伸的直线,以横穿底部10a、10b、凸条部11和凸缘部12、13的直线表示。l4’表示L4’的长度。包含L4的平面与包含L3的平面平行。
L4表示与L4’相对应的沿着上述预成型体模具的形状的线段。l4也称为L4’的三维长度。l4表示下模3的二维形状中的L4的长度。
需要说明的是,L4’可以为沿相同方向延伸的线段,例如,为在二维图形中沿X方向的直线,可以为穿过第二边42、52的直线。
在下模3中,由于l3与l4不同,l3’与l4’相等,因此l3相对于l3’的比例(l3/l3’)与l4相对于l4’的比例(l4/l4’)不同。这样,下模3具有上述比例不同的部位。
此外,对于下模3,如果将前者作为第三比例,将后者作为第四比例,并能够相对于L3任意设定L4,则图4中的夹在L3和L4之间的部分具有随着L4远离L3,第四比例相对于第三比例的变化的比例变大的部分。所谓该部分,例如在L3为二维图形中穿过顶面部11c、12b、13b的直线,L4为二维图形中穿过第二边42、52的直线的情况下,为夹在L3和L4之间的部分。
在l3相对于l3’的比例(l3/l3’)与l4相对于l4’的比例(l4/l4’)不同的部位,增强纤维基材进行剪切变形和/或压缩变形。因此,优选在l3相对于l3’的比(l3/l3’)与l4相对于l4’的比(l4/l4’)不同的部位,即,与模具(图3中,预成型体模具)的与增强纤维基材和除增强纤维基材以外的材料中的至少一者相接触的面相对应的、增强纤维基材中的夹在L3和L4之间的部分(例如,图4的阴影部分)添加平行切口。通过在上述部分添加平行切口,从而能够使具有平行切口的增强纤维基材的剪切变形和/或压缩变形变得容易,从获得外观良好的预成型体的观点考虑,是优选的。关于L3和L4的线段中的例如穿过图2的凸条部11、凸缘部12、凸缘部13和下部21a的部分,存在L4的长度l4不同的部分,关于穿过上部21b的部分,L3的长度以l3计为恒定。在这样的情况下,如果在夹在L3和L4之间的部分中的与形成下部21a的部分相对应的、具有切口的增强纤维基材的部分添加切口,则切口的效果被最大限度地发挥,因此优选。
此外,产生外观不良的原因之一还可举出如下情况:在向三维形状的基于模具进行的变形时,在二维形状的平面状片构件中,存在与基于模具进行的变形前的面积相比,基于模具进行的变形后的面积变小的部分,即产生压缩变形的部分。通过在基于模具进行的变形时面积缩小,从而产生由不能完全收入形状中的片构件向面外的弯曲导致的外观不良。因此,在具有与增强纤维的取向方向实质上平行的切口的增强纤维基材的部分的面积和与增强纤维基材的部分相对应的预成型体模具的部分的面积不同的情况下,通过在压缩变形的部位(增强纤维基材的部分)添加平行切口,从而在增强纤维基材中产生重叠,增强纤维基材的变形的自由度提高而增强纤维基材变形。由此,能够除去多余的片构件,从获得外观良好的预成型体的观点考虑,是更优选的。
(剪切变形的量)
剪切变形的量也取决于增强纤维基材的种类,从抑制纤维曲折的观点考虑,优选不超过具有平行切口的增强纤维基材的最大变形量。剪切变形的量优选为1°以上。此外,剪切变形的量优选为60°以下。剪切变形的量的下限值更优选为3°以上,进一步优选为5°以上。剪切变形的量的上限值更优选为45°以下,进一步优选为30°以下。如果为上述下限值以上,则能够充分地发挥由上述平行切口带来的增强纤维基材的剪切变形性的提高效果。如果为上述上限值以下,则能够抑制预成型体的纤维曲折、褶皱。
(压缩变形的量)
对于压缩变形,从抑制片构件向面外的弯曲的观点考虑,在后述的单向性预浸料的情况下,压缩变形后的面积相对于压缩变形前的面积优选为70%以上,更优选为80%以上,进一步优选为90%以上。即,压缩变形后的面积相对于压缩变形前的面积的变化率优选为30%以下,变化率更优选为20%以下,变化率进一步优选为10%以下。如果为上述下限值以上,则能够通过上述平行切口除去多余的片构件。
这里,增强纤维基材中的剪切变形的量能够通过以下方法进行测定。图5为用于说明本发明中的增强纤维基材的变形量的测定的图。图6为示意性示出图5的试样中的棋盘格状的图案的、该试样的剪切变形前后的形状的图。
首先,准备具有图5所示那样的棋盘格状的图案Cu的增强纤维基材的试样S。试样S的平面形状和图案Cu中的棋盘格的每一个的平面形状都为矩形。图案Cu的一个角度θ1如图6所示那样,例如为90°。
接着,将至少包含试样S的对置的一对边的边缘部分别用夹具夹持。接着,分别对该夹具施加剪切方向的力(例如图6中的箭头F所示的方向的力)以使试样S的平面形状变形。这样操作,例如如图6所示那样,图案Cu的一个角部的角度θ2变得大于90°。此时的角度θ2为变形后的角度。变形量只要以获知从原始角度的变化量的方式表示即可,作为一例,能够以与原始角度(θ1=90°)的差的绝对值表示。将在试样S即将产生褶皱之前的变形量设为最大变形量。
压缩变形的量通过在增强纤维基材上棋盘格状地附上矩形的图案,取得赋形前后的增强纤维基材的图像,将图像用市售的图像处理软件进行处理,算出面积的变化从而获得。将以百分率表示赋形后的面积从赋形前的面积的减少的值设为压缩变形量。
(平行切口的尺寸和配置)
平行切口实质上沿增强纤维的取向方向而形成。平行切口的长度为增强纤维基材在基于模具进行的变形时与预成型体模具抵接的部分中的预成型体模具的表面长度,从提高增强纤维基材的剪切变形性的观点考虑,优选为该预成型体模具的三维形状中的上述取向方向上的最长的表面长度的0.5%以上。更优选为1.0%以上,进一步优选为1.5%以上。从增强纤维基材的形态保持性的观点考虑,上述平行切口的长度优选为90%以下,更优选为80%以下,进一步优选为70%以下。为了减少废弃物,增强纤维基材等赋形或成型的对象材料大多作为与模具相同程度的大小来使用,因此如上述那样,优选相对于模具的尺寸规定平行切口的长度。在使用增强纤维的取向方向不同的多张具有平行切口的增强纤维基材的情况下,使各层的平行切口的长度大致相同,这在设计切口长度方面简便,因此优选。
此外,存在于大致一条直线上的平行切口可以连续即没有间隔,也可以具有间隔。在切口为连续的情况下,从增强纤维基材的操作性的观点考虑,优选使端部一体化。平行切口的间隔可以为等间隔,间隔也可以为不规则的。
在平行切口具有间隔的情况下,即,多个平行切口在增强纤维的取向方向上配置于大致一条直线上的情况下,如果该取向方向上的平行切口间的间隔恒定,则提高平行切口的设计和制作效率。此外,从提高由平行切口带来的增强纤维基材的变形性的观点考虑,优选为上述表面长度的0.5%以上,更优选为1.0%以上,进一步优选为1.5%以上。从保持片形状的观点考虑,优选小于上述表面长度的80%,更优选小于70%,进一步优选为60%以上,特别优选小于50%。仅在增强纤维基材中的变形量大的部分(例如,仅超过赋予切口之前的增强纤维基材的最大变形量的部分)添加平行切口的情况下,可以将该部分的Y方向的长度作为基准,以上述比例赋予平行切口。
此外,关于与该取向方向正交的方向上的平行切口间的间隔,相对于增强纤维基材等材料在基于模具进行的变形时与预成型体模具抵接的部位中的、与三维形状的尺寸相对于将上述预成型体模具平面投影而得的二维形状的尺寸的比例不同的部分相对应的部位的、与上述方向正交的方向的尺寸,优选为75%以下,更优选为50%以下。此外优选为5%以上,更优选为10%以上。如果为上述上限值以下,则能够充分地增大增强纤维基材中的剪切变形量和/或压缩变形量。此外,如果为上述下限值以上,则能够对增强纤维基材稳定地赋予平行切口。与上述部分的纤维正交的方向的长度在沿纤维的取向方向发生变化的情况下,可以将上述长度的最大值作为基准,以上述比例赋予平行切口。
从其他观点考虑,以使上述预成型体模具等模具的与增强纤维基材等材料相接触的面的投影面积成为最大的方式,将与上述预成型体模具等模具的与增强纤维基材等材料相接触的面进行平面投影而获得二维图形时,在与上述增强纤维的取向方向平行的方向上,将上述二维图形中最长的线段L5’的长度设为l5’时,上述增强纤维基材的切口优选为上述l5’的0.5%以上的长度,更优选为l5’的0.8%以上,进一步优选为l5’的1.0%以上。此外,从不将片分割的观点考虑,平行切口的Y方向上的长度优选小于l5’的100%,更优选为l5’的90%以下,进一步优选为l5’的80%以下。L5’位于下模3的表面,为与增强纤维的取向方向平行的线段,表示最长的线段。l5’表示L5’的长度。需要说明的是,在图3中,l1’与l5’相等。从由平行切口带来的增强纤维基材的变形性提高和片形状保持性的观点考虑,平行切口的长度优选相对于l5’为上述范围的比例,预成型体模具的三维形状中的上述取向方向上的最长的表面长度的比例更优选为上述范围。
增强纤维的取向方向上的间隔表示相邻的平行切口彼此的取向方向上的间隔。这里,所谓相邻的切口,表示相对于某一切口,在取向方向上位于最接近的位置的切口。即,表示位于大致一条直线上。取向方向上的间隔从提高对于增强纤维基材施加平行切口的工序的效率的观点考虑,优选为l5’的0.5%以上,更优选为l5’的0.8%以上,进一步优选为l5’的1.0%以上。此外,从由平行切口带来的增强纤维基材的变形性提高和片形状保持性的观点考虑,平行切口的Y方向上的间隔优选小于l5’的70%,更优选为l5’的40%以下,进一步优选为l5’的25%以下。仅在增强纤维基材中的变形量大的部分(例如,仅超过赋予切口之前的增强纤维基材的最大变形量的部分)添加平行切口的情况下,可以将该部分的Y方向的长度作为基准,以上述比例赋予平行切口。
此外,与增强纤维的取向方向正交的方向上的上述切口的间隔表示与增强纤维的取向方向正交的方向上相邻的平行切口彼此的间隔。这里,所谓相邻的切口,表示相对于某一切口,在与取向方向正交的方向上位于最接近的位置的切口。关于与取向方向正交的方向上的间隔,在增强纤维基材所包含的增强纤维沿X方向取向的情况下,优选将L3与L4的最短距离作为基准来确定间隔,在增强纤维基材所包含的增强纤维沿Y方向取向的情况下,优选将L1与L2的最短距离作为基准来确定间隔。从提高向增强纤维基材施加平行切口的工序的效率的观点考虑,对于增强纤维沿X方向取向的增强纤维基材,与取向方向正交的方向上的间隔优选为L3与L4的最短距离的10%以上,更优选为该距离的15%以上,进一步优选为该距离的20%以上。从有效地进行具有平行切口的增强纤维基材的剪切变形和/或压缩变形的观点考虑,与取向方向正交的方向上的间隔优选为该距离的70%以下,更优选为该距离的60%以下,进一步优选为该距离的50%以下。同样地,对于增强纤维沿Y方向取向的增强纤维基材,优选为L1与L2的最短距离的10%以上,更优选为该距离的15%以上,进一步优选为该距离的20%以上。从有效地进行具有平行切口的增强纤维基材的剪切变形和/或压缩变形的观点考虑,与取向方向正交的方向上的间隔优选为该距离的70%以下,更优选为该距离的60%以下,进一步优选为该距离的50%以下。所谓L3与L4的最短距离,为分别存在于线段L3上和线段L4上的二点间的距离的最小值。所谓L1与L2的最短距离,为分别存在于线段L1上和线段L2上的二点间的距离的最小值。可以代替L1与L2的最短距离或L3与L4的最短距离,使用L1’与L2’、L3’与L4’的最短距离,以同样的数值范围设定切口的间隔。
对于增强纤维的取向方向不是X方向、Y方向的情况,为了使切口的间隔的设计变得容易,将L1与L2、L3与L4、L1’与L2’、或L3’与L4’的最短距离的任一者作为基准,以上述数值范围设定间隔。同样地,对于平行切口的长度和增强纤维的取向方向上的间隔,也可以将l2或l2’、或l4或l4’作为基准,以上述数值范围进行设定。
通过对增强纤维基材施加满足上述条件的平行切口,从而能够抑制向三维形状赋形后的增强纤维的曲折,将增强纤维的曲折宽度抑制为2mm以下。所谓增强纤维的曲折,为所制造的预成型体中的增强纤维基材中的增强纤维的一部分沿与该增强纤维基材中的取向方向交叉的方向取向。所谓曲折宽度,为增强纤维中的曲折的部分的、距未曲折的情况下(上述取向方向上的位置)的距离,为与上述取向方向正交的方向上的距离。该距离只要为适当地表示曲折的程度的值即可,可以为平均值,也可以为最大值。通过抑制曲折,从而成型品的强度和外观提高。
(层叠体)
具有平行切口的增强纤维基材可以将二张以上重叠而作为层叠体使用。层叠体所使用的增强纤维基材的张数能够根据成型品所要求的厚度进行适当选择。层叠体可以包含除具有平行切口的增强纤维基材以外的增强纤维基材。
赋形的层叠体的张数能够根据成型品所要求的厚度进行适当选择。例如,在成型品所要求的厚度为将五张以上的层叠体重叠的厚度的情况下,优选多次进行将一张层叠体或重叠一张或二张~四张层叠体来进行赋形的工序,制作多个预成型体。通过将在一次赋形工序中赋形的层叠体的数目设为一张或二张~四张,从而能够更有效地进行层叠体的赋形。
在增强纤维基材所包含的增强纤维为长纤维的情况下,例如如图7所示那样,可以以使沿着增强纤维基材的层叠方向观察时增强纤维基材所包含的增强纤维的取向方向不重叠的方式,将增强纤维基材进行层叠来使用。图7为分别示意性示出纤维的取向方向为0°的预浸料片和纤维的取向方向为90°的预浸料片的图。需要说明的是,在层叠增强纤维基材时,在俯视增强纤维基材时的、增强纤维基材所包含的增强纤维的交叉角度可以不是90°。
此外,可以使用将增强纤维基材的层叠形态设为准各向同性层叠的层叠体。所谓准各向同性层叠,是指在具有各向异性的材料,特别是,增强纤维基材所包含的增强纤维为长纤维,并沿单向取向的情况下,使增强纤维的取向方向每(360/n)°进行旋转并层叠n层(n≥3)。此外,可以使增强纤维基材的层叠形态为正交层叠。所谓正交层叠,是指在具有各向异性的材料,特别是,增强纤维基材所包含的增强纤维为长纤维,并沿单向取向的情况下,以使增强纤维的取向方向的交叉角成为直角(-90°或90°)的方式,层叠多个增强纤维基材的层叠构成。
具体而言,例如,可以以使彼此的增强纤维基材所包含的增强纤维的取向方向成为45°或135°的方式,将第一增强纤维基材与第二增强纤维基材进行重叠并赋形。通过这样地重叠增强纤维基材,例如,能够形成[0°/45°/90°/-45°/0°]那样的准各向同性层叠。通过这样的重叠方式,从而能够设计出具有高各向同性的纤维增强复合材料成型品、或者在任意方向上具有高强度的纤维增强复合材料成型品。
作为将增强纤维基材赋形以获得预成型体的方法的例子,可举出以下三种方法。也可以利用以下方法以外的方法来获得预成型体。
(i)通过利用人工将上述层叠体贴入模具材,从而将该层叠体进行赋形并制作预成型体的方法。
(ii)在模具材上配置层叠体,从其上部配置橡胶膜等之后,将内部抽真空以使橡胶膜压接,从而将层叠体进行赋形而制作预成型体的方法。
(iii)在简易成型机上配置具有上模和下模的预成型体模具,在打开的上下模具之间配置层叠体,连续地夹压,从而进行赋形以制作预成型体的方法。
赋形可以利用上述三种方法的任一种来进行,也可以利用适当组合有这些之中的二种以上的方法来进行。从即使为大的形状也能够在短时间内赋形的观点考虑,上述赋形工序优选为上述(iii)的方法。
赋形时的温度也取决于基质树脂组合物的组成,优选为基质树脂组合物软化的60~80℃左右。通过一边加热一边赋型,从而提高对于模具的追随性。
赋形时的压力从形状追随性的观点考虑,优选为0.01MPa~0.05MPa。通过在上述范围内,从而基材充分地追随模具。此外,对于预成型体模具没有施加过重的负荷。
赋形时间优选为10秒以上,更优选为20秒以上。优选为60秒以下,更优选为40秒以下。
如果为上述下限值以上,则能够充分地冷却被加热的预浸料,能够防止因预浸料张贴于在模具中而带来的形状、纤维取向的紊乱。此外,如果为上述上限值以下,则能够缩短工序时间,能够将成型循环有效率地运转。
<其他工序>
(预加热工序)
预加热工序为在赋形工序之前将预浸料片进行预加热的工序。由此,基质树脂的粘度适度地降低,从而在后段的赋形工序中的赋形操作变得容易。其结果是在后段的赋形工序中,能够良好地制作预成型体。
预加热工序在预浸料片所使用的热固性基质树脂不会硬化的温度下进行。例如,优选以使预浸料片的温度成为40℃~80℃的方式进行预加热。通过使预加热温度为40℃以上,从而例如在使用环氧树脂作为热固性基质树脂的情况下,存在能够对于基质树脂赋予充分的成型性的倾向。此外,通过使预加热温度为80℃以下,从而能够适度地维持基质树脂的粘性。而且,存在在后段的赋形工序中不产生预成型体的纤维紊乱,能够最终获得机械特性优异的纤维增强复合材料成型品的倾向。
作为预加热的方法,可举出例如,对于预浸料片吹送暖风的方法、对于预浸料片照射红外线的方法、在经加热的板上配置预浸料片的方法等。从能够以短时间将预浸料片进行预加热,以及预加热后的预浸料片的操作容易的方面考虑,优选通过照射红外线来进行预加热。
(裁切工序)
可以在赋形工序之前或成型工序之前,进行将上述增强纤维基材或预成型体裁切为所期望的形状的裁切工序。通过进行裁切工序,从而能够使预成型体的形状(特别是,预成型体的尺寸)成为所期望的成型品形状的净形形状(尺寸)。
作为用于制作具有成型品的净形形状(尺寸)的预成型体的裁切工序,例如,可以以使上述增强纤维基材成为所期望的成型品形状的平面展开形状的方式进行裁切。这样,可以通过将经裁切的上述增强纤维基材进行赋形,从而制作具有成型品的净形形状(尺寸)的预成型体。
或者,可以通过将上述增强纤维基材进行赋形,从而制作成型品的大致净形形状(尺寸)的预成型体之后,将该预成型体的剩余部分进行裁切。通过这样地进行裁切,从而可以制作具有成型品的净形形状(尺寸)的预成型体。
从可提高获得的预成型体的尺寸精度的方面考虑,优选在赋形工序之后且成型工序之前进行裁切工序。从制作具有成型品的净形形状(尺寸)的预成型体的观点考虑,将具有成型品形状的大致净形形状(尺寸)的预成型体进行裁切。
上述裁切工序例如可以使用如图8所示那样的超声波刀具等切割装置来自动地实施,也可以使用图8所示那样的剪裁夹具、或剪刀、刀具等用手操作来实施。
(压密化工序)
通过进行将上述层叠体压密化的压密化工序,从而能够除去构成上述层叠体的增强纤维基材间的残留空气,制造抑制了空隙(void)的层叠体。
层叠体的压密化方法优选为增强纤维基材的增强纤维不会曲折的方法。这样的压密化方法的例子包括在平坦的工具上配置上述增强纤维基材,从其上部配置橡胶膜等弹性片之后,从上述增强纤维基材侧进行抽真空而使橡胶膜压接的方法。通过该压密化工序,从而增强纤维基材间的残留空气被除去。
关于压密化工序,例如,能够使用图9所示那样的去除褶皱(debulk)装置。以下,参照图9来说明压密化工序。
图9为说明本实施方式涉及的预成型体的制造方法中的压密化工序的图。如图9所示那样,将层叠体输送至平坦的操作台上。接着,将层叠体用去除褶皱装置(例如,Torr公司制;T-7密封***(seal system))覆盖。接着,通过用真空泵使内部处于减压状态,从而将层叠体压密化。减压状态例如通过使真空压为700mmHg,将该真空压维持5分钟从而形成。接着,将去除褶皱装置的内部恢复至大气压,获得被压密化的层叠体。
<具有平行切口的增强纤维基材的制造方法>
(平行切口工序)
添加与上述增强纤维基材的纤维取向方向平行的切口的方法使用通过图8所示那样的超声波刀具、割字机(cutting plotter)、旋转刀辊、激光照射等自动地添加切口的方法自不待言,也可以使用利用切割装置、或剪刀、刀具等,以人工操作来实施的方法。此外,添加切口的方法只要在上述增强纤维基材的厚度方向上添加切口,就不限定于刀具。进一步,如果树脂附着到刀具上,则连续地添加切口变得困难,因此优选从保护膜侧添加切口。
此外,由于也与工序的简化相关联,因此更优选与后述的增强纤维基材的裁切工序同时,对于上述增强纤维基材赋予平行切口以制造切口预浸料。
获得的切口预浸料以获得所期望的厚度的预成型体的方式,以1张或作为重叠了多张的层叠体配置于预成型体模具,进行赋型而获得预成型体。将赋型的预成型体进行加热加压并成型,获得成型品。在使用层叠体的情况下,使用1张以上的切口预浸料,但是也可以使除具有平行切口的增强纤维基材以外的增强纤维基材混合1张以上并层叠来使用。
(增强纤维基材)
所谓增强纤维基材,为由多个增强纤维构成的片状或带状的基材。需要说明的是,为了方便,将宽度比较宽的基材称为片,将窄的基材称为带,但是增强纤维基材的尺寸没有限制,能够根据成型品的尺寸进行裁切,或者将多个增强纤维基材进行组合来使用。通过在纤维增强复合材料成型品的制造中,利用模具使增强纤维基材变形,从而能够获得纤维增强复合材料成型品。
作为增强纤维基材的形态,可举出将连续纤维在单向上并丝的形态(单向材)、将连续纤维进行织造的织物形态(织物材)以及将增强纤维制成无纺布的形态等。
从提高成型后的物性的观点考虑,优选为使用了长纤维的单向材的形态以及织物材的形态。
作为增强纤维基材,可以单独使用一种,也可以并用二种以上。
作为本发明的具有平行切口的增强纤维基材,从将增强纤维的切断抑制至极限,来源于长纤维而提高成型品的强度这样的观点考虑,包含沿单向取向的增强纤维和基质树脂组合物的基材使用具有平行切口的增强纤维基材。该增强纤维的至少一张在剪切变形和/或压缩变形的部位具有上述平行切口。此外,本发明的预成型体或成型品的制造中使用至少一张包含沿单向取向的增强纤维和基质树脂组合物,且具有平行切口的增强纤维基材。此时,可以并用与该具有平行切口的增强纤维基材不同的增强纤维基材。
(增强纤维基材的厚度)
增强纤维基材的厚度没有特别限制,优选为0.03~6mm的范围。如果片的厚度为0.03mm以上,则预成型体的形状保持性变得良好。片的厚度的下限值更优选为0.2mm以上,进一步优选为0.4mm以上。此外,如果片的厚度为6mm以下,则预成型体的赋形性变得良好,能够降低所得的成型品中的褶皱的产生。片的厚度的上限值更优选为5mm以下,进一步优选为4mm以下。
(增强纤维基材的单位面积重量(TAW;Total Areal Weight))
从使用了本发明的预成型体的纤维增强复合材料的操作性和操作效率、强度的观点考虑,增强纤维基材的每1m2的重量(单位:gsm)优选为50gsm以上,更优选为100gsm以上,进一步优选为150gsm以上。同样地,从轻量性的观点考虑,优选为350gsm以下,更优选为300gsm以下,进一步优选为250gsm以下。
需要说明的是,所谓gsm,表示g/m2,是指每单位面积的重量。
(增强纤维)
增强纤维能够使用通常的纤维增强复合材料中所使用的增强纤维。增强纤维能够根据后述的纤维增强复合材料成型品的所期望的物性等的预浸料片的用途来适当地选择。
增强纤维的粗细以长丝直径计优选为1~20μm的范围,更优选为3~10μm的范围。从提高其抗拉强度和抗拉弹性模量的观点考虑,优选增强纤维的粗细为20μm以下。此外,通过使增强纤维的粗细为1μm以上,从而能够提高增强纤维束的生产性,能够使制造成本降低。
增强纤维可以为一种,也可以为一种以上。增强纤维的例子包括玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维、高强度聚酯纤维、硼纤维、氧化铝纤维、氮化硅纤维和尼龙纤维。需要说明的是,石墨纤维也包含于碳纤维中。
其中,从轻量并且高强度且具有高弹性模量,耐热性、耐化学性也优异的方面考虑,优选为碳纤维。碳纤维的种类的例子包括沥青系、聚丙烯腈(PAN)系和人造丝系,也可以为它们的任一种类的碳纤维。从碳纤维的生产性的观点考虑,更优选为PAN系碳纤维。
此外,从碳纤维束的收束性的观点,或者改善作为纤维增强复合材料成型品时的碳纤维与热固性树脂的粘接性的观点考虑,碳纤维可以附着有0.01~5质量%左右的具有预定的官能团的物质。预定的官能团可以为一种也可以为一种以上,其例子包括环氧基、羟基、氨基、羧基、羧酸酐基、丙烯酸酯基和甲基丙烯酸酯基。
碳纤维为高强度碳纤维,这对于表现纤维增强复合材料的强度而言是合适的。所谓高强度碳纤维,其单丝(strand)抗拉强度为4GPa以上,优选为4.6GPa以上,抗拉伸长率为1.5%以上。所谓单丝抗拉强度,是指通过基于JIS R7601(1986)进行的单丝拉伸试验而测定的强度。
(基质树脂组合物)
基质树脂组合物包含基质树脂和其他成分。作为基质树脂,没有特别限制,能够使用热塑性树脂和/或热固性树脂。
以下,将使用热塑性树脂作为基质树脂的基质树脂组合物也称为热塑性树脂组合物,将使用热固性树脂作为基质树脂的基质树脂组合物也称为热固性树脂组合物。热固性树脂组合物包含热固性树脂以及作为其他成分的固化剂。
热塑性树脂通过加热而成为粘度高的液体状态,能够通过外力自由地变形,如果冷却并除去外力,则以固体状态保持其形状。此外,能够反复进行该过程。作为热塑性树脂,没有特别限制,能够在不大幅降低作为成型品的机械特性的范围内适当选择。作为热塑性树脂,能够使用例如,聚乙烯树脂、聚丙烯树脂等聚烯烃系树脂、尼龙6树脂、尼龙6,6树脂等聚酰胺系树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂等聚酯系树脂、聚苯硫醚树脂、聚醚酮树脂、聚醚砜树脂、芳香族聚酰胺树脂等。其中,从物性、价格的观点考虑,优选为聚酰胺树脂、聚丙烯树脂、聚苯硫醚树脂的任一者。它们可以单独使用一种,也可以并用二种以上。
热固性树脂为受到热或催化剂的作用,进行由分子间交联引起的固化反应,得到不溶不熔的三维网状结构的反应性聚合物。作为热固性树脂,也没有特别限制,能够在不大幅降低作为成型品的机械特性的范围内适当选择。作为热固性基质树脂,可举出例如,环氧树脂、不饱和聚酯树脂、丙烯酸系树脂、乙烯基酯树脂、酚醛树脂、苯氧基树脂、醇酸树脂、氨基甲酸酯树脂、马来酰亚胺树脂、氰酸酯树脂、苯并嗪树脂、环氧丙烯酸酯树脂、氨基甲酸酯丙烯酸酯树脂等。作为热固性树脂,能够从这些之中适当选择一种以上来使用,其中由于存在能够提高固化后的强度的倾向,因此优选为环氧树脂。
(固化剂)
热固性树脂的固化剂只要能够使热固性树脂的固化反应进行,就没有特别限定,由于固化后的物性高,因此优选为具有氨基的化合物或通过分解产生具有氨基的化合物的胺系的固化剂。从提高固化速度的观点考虑,作为固化剂可以使用具有咪唑环的咪唑化合物,作为固化助剂可以并用具有脲基的脲化合物。
此外,热固性树脂组合物在发挥本实施方式的效果的范围内,可以进一步含有上述热固性树脂和固化剂以外的其他成分。该其他成分可以为一种,也可以为一种以上。上述其他成分的例子包括固化助剂、脱模剂、脱泡剂、紫外线吸收剂和填充剂。
(基质树脂组合物的粘度)
对于基质树脂组合物的粘度,从增强纤维基材的操作性方面考虑,30℃时的粘度优选为10000Pa·s~50000Pa·s,更优选为15000Pa·s~35000Pa·s。
此外,在将本实施方式的增强纤维基材所包含的热固性树脂组合物等基质树脂组合物以2.0℃/分钟进行升温的升温粘度测定中,最低粘度优选为0.3~20Pa·s,更优选为0.5~20Pa·s。通过使最低粘度为0.3Pa·s以上,从而能够抑制压制成型时的树脂流动量,进一步防止所得的纤维增强复合材料的表面产生凹凸等外观不良。通过使最低粘度为0.5Pa·s以上,从而能够进一步抑制压制成型时的树脂流动量,进一步防止所得的纤维增强复合材料的表面产生凹凸等外观不良。通过使最低粘度低于20Pa·s,从而增加树脂流动量,对于防止在压制成型时发生树脂组合物未被填充至模具内的各个角落的不良情况而言是合适的。
显示上述最低粘度的温度范围优选为100~120℃。如果显示上述最低粘度的温度范围为100℃以上,则从防止压制成型时的流动量变得过低而树脂未遍及至成型体的观点考虑是合适的。此外,如果显示上述最低粘度的温度范围为120℃以下,则从抑制压制成型时的流动量的观点考虑是合适的。
<基质树脂组合物的固化性>
本实施方式的增强纤维基材所包含的基质树脂组合物为热固性树脂组合物的情况下的、利用硫化仪(curelastometer)测定时的140℃时的固化结束时间优选为2.0~15.0分钟,更优选为2.0~10.0分钟,进一步优选为2.0~8.0分钟。
<评价和评价方法>
利用硫化仪进行的测定根据橡胶硫化试验的工业标准JIS K6300来进行。此时,频率为100cpm,振幅角度为±1/4°,模头形状为WP-100。
硫化仪的转矩-时间曲线为将被测定的转矩设为纵轴,将横轴设为时间而得的曲线。通常,随着树脂的固化反应进行,转矩上升,如果固化反应接近结束,则转矩的上升结束,值成为恒定的。
上述固化结束时间设为在转矩-时间曲线的切线的斜率成为最大值之后,其斜率成为最大值的1/20的时间。
由硫化仪测定时的140℃时的固化结束时间如果在15.0分钟以内,则本实施方式的增强纤维基材所包含的热固性树脂组合物等基质树脂组合物的固化性优异。由此,能够缩短压制成型中的压制模具的占有时间,能够快速地运转成型循环。此外,由硫化仪测定时的140℃时的固化结束时间如果为2.0分钟以上,则由于存在树脂流动的时间,因此能够使树脂充分地遍及成型体。
(增强纤维基材的树脂含有率)
增强纤维基材中的树脂含有率优选为20~45质量%,进一步优选为25~40质量%。从降低增强纤维基材中的空隙的观点考虑,优选上述树脂含有率为20质量%以上。此外,从提高增强纤维基材的机械物性,并且防止增强纤维基材的粘性变得过强的观点考虑,优选上述树脂含有率为45质量%以下。需要说明的是,所谓树脂含有率的树脂,为增强纤维基材所含有的基质树脂组合物中的树脂。
(包含基质树脂组合物的增强纤维基材的形态)
将增强纤维基材中的包含基质树脂组合物的增强纤维基材称为“包含基质树脂组合物的增强纤维基材”。包含基质树脂组合物的增强纤维基材一般被称为预浸料。在本实施方式涉及的预成型体的制造方法中,作为能够与具有平行切口的增强纤维基材并用的包含基质树脂组合物的增强纤维基材的种类,可举出由多个排列的带状预浸料形成的片状的基材、织物预浸料和单向性预浸料等的片状基材。
作为包含基质树脂组合物的增强纤维基材,可以单独使用一种,也可以并用二种以上,还可以与不含基质树脂组合物的增强纤维基材并用。从抑制成型品的空隙等缺陷的观点考虑,在压缩成型用的预成型体的制造或利用压缩成型的成型品的制造中并用增强纤维基材时,优选使用包含基质树脂组合物的增强纤维基材。以下,对于各包含基质树脂组合物的增强纤维基材的种类进行说明。
将增强纤维在单向上并丝的形态称为单向材。单向材的例子包括:使增强纤维在单向上取向的单向材、使增强纤维在单向上取向并且通过辅助丝等进行了缝合的在单向上配置增强纤维并缝合了的单向性织物。
将单向材中的、使基质树脂组合物含浸于使增强纤维沿单向取向的材料中的、包含基质树脂组合物的增强纤维基材称为单向性预浸料。
(单向性预浸料的制造方法)
上述片状的单向性预浸料的制造方法的例子包括热熔法。热熔法为将被膜化的热固性树脂组合物粘贴于将多个在单向上并丝的增强纤维束并丝而制成宽度宽的材料上之后,进行加热加压,使热固性树脂组合物等基质树脂组合物含浸于增强纤维束的方法。
(带状预浸料)
从部分增强本发明的预成型体和/或成型品的观点考虑,作为使基质树脂组合物含浸于沿单向取向的宽度窄的增强纤维基材的、包含基质树脂组合物的增强纤维基材,可以使用带状的预浸料。作为带状预浸料,可举出例如,纵切带、丝束预浸料。纵切带由在将增强纤维束在单向上并丝的状态下含浸有基质树脂组合物的片状的单向性预浸料来制作。为将该单向性预浸料利用专用纵切器切断为长条状而制作的带状预浸料。
(纵切带)
纵切带为在将增强纤维束在单向上并丝的状态下含浸有热固性树脂组合物等基质树脂组合物的片状的单向性预浸料沿着增强纤维的取向方向被细长地切断而成的带状的增强纤维基材。纵切带例如,为将通常的单向预浸料利用纵切器切断为长条状之后,将其卷绕于纸管等线轴而获得的宽度窄的增强纤维基材。
(纵切带的制造方法)
纵切带能够通过在将多个增强纤维束在单向上并丝的状态下含浸有热固性树脂组合物而得到片状的单向预浸料,将该单向预浸料利用专用纵切器切断为长条状来制作。上述单向预浸料的制造方法的例子包括热熔法。热熔法为将被膜化的热固性树脂组合物粘贴于在单向上并丝的增强纤维束之后,进行加热加压,使热固性树脂组合物含浸于增强纤维束的方法。
(丝束预浸料)
丝束预浸料为在连续的增强纤维束中含浸有热固性树脂组合物等基质树脂组合物的带状的包含基质树脂组合物的增强纤维基材。丝束预浸料例如为在数千~数万根增强纤维的长丝沿单向排列的增强纤维束中含浸热固性树脂之后而得的宽度窄的增强纤维基材。
增强纤维束为多个增强纤维的束。增强纤维束中的长丝数为1000根~100000根,优选为1000根~60000根,更优选为3000根~50000根。从使基质树脂组合物向增强纤维束的含浸变得容易的观点考虑,优选上述长丝数为60000根以下。此外,从增强纤维束的生产性的观点考虑,上述长丝数优选为1000根以上。
(丝束预浸料的制造方法)
上述丝束预浸料能够通过使热固性树脂组合物等基质树脂组合物含浸于增强纤维束来制作。热固性树脂组合物等基质树脂组合物向增强纤维束的供给能够通过公知的方法来进行。这样的供给方法的例子包括树脂浴法、旋转辊法、纸上转印法和喷嘴滴加法。
在上述树脂浴法中,在储存有热固性树脂组合物的树脂浴内,使沿单向取向的宽度窄的增强纤维束(丝束)通过,含浸热固性树脂组合物等基质树脂组合物。而且,通过孔、辊等榨取剩余的热固性树脂组合物等基质树脂组合物,调整增强纤维束中的树脂含量的方法。此外,上述旋转辊法为在旋转辊上形成热固性树脂组合物等基质树脂组合物的层,将其转印至丝束的转印辊式的含浸法。该旋转辊法的例子包括利用具备刮刀的转鼓的含浸法。
此外,上述纸上转印法为在纸上形成热固性树脂组合物等基质树脂组合物的层,并转印至丝束的方法。此外,上述喷嘴滴加法记载于日本特开平09-176346号公报、日本特开2005-335296号公报和日本特开2006-063173号公报等公报中。
这些之中,从热固性树脂组合物等基质树脂组合物的供给量的控制、实施的容易性方面考虑,优选为旋转辊法。从成型品的空隙降低、抑制物性降低的观点考虑,热固性树脂组合物等基质树脂组合物优选被均匀地含浸于增强纤维束中。
(织物预浸料)
织物预浸料为基质树脂组合物含浸于上述织物材的、包含基质树脂组合物的增强纤维基材。织物材可以为在需要的方向上配置有增强纤维的单向性织物;平纹织物、缎纹织物、斜纹织物等双向性织物;三轴织物;无褶皱(non-crimp)织物;等任一机织组织的织物材。从剪切变形优异方面考虑,特别优选使用平纹织物、斜纹织物和缎纹织物。
(织物预浸料的制法)
织物预浸料能够利用与上述(纵切带的制造方法)的项中记载的单向性预浸料的制法同样的方法含浸基质树脂组合物来制造。
(片状模塑料)
片状模塑料(以下,SMC)为包含切断成3mm~100mm左右的增强纤维以及热固性树脂或热塑性树脂的片状材料。
(SMC的制法)
SMC例如通过在将切断成3mm~100mm左右的增强纤维束片状地散布之后,充分地含浸基质树脂组合物来制造。
本实施方式涉及的预成型体由于在剪切变形/压缩变形部位中的增强纤维的取向方向具有多个切口,因此如果从与增强纤维交叉的方向切断并观察截面,则在各层内,在增强纤维之间可看到树脂蓄积。由本实施方式涉及的制法制造的预成型体能够由这样的角度来判别。
〔2.纤维增强复合材料成型品的制造方法〕
本实施方式涉及的纤维增强复合材料成型品的制造方法包括上述预成型体的制造方法作为制造预成型体的工序,进一步包括将预成型体在模具内进行加热加压的加热加压工序。此外,本实施方式涉及的纤维增强复合材料成型品的制造方法包括使用模具(例如,成型模具)将上述增强纤维基材进行成型的工序。此时,可以不经过预成型体而利用模具将上述纤维增强基材成型来获得纤维增强复合材料成型品。从提高对于三维形状的追随性方面等考虑,该增强纤维基材的剪切变形和/或压缩变形的部位优选在基于模具进行的变形时进行剪切变形和/或压缩变形。所谓“基于模具进行的变形时”,可举出例如“在成型中的基于模具进行的变形时”。模具的结构和形状可以与上述预成型体模具的结构和形状同样,也可以不同。从提高对于三维形状的追随性方面等考虑,模具的形状优选与上述预成型体模具的形状同样。
此外,可以包括:通过上述预成型体模具等模具,使上述增强纤维基材和/或包含基质树脂组合物的增强纤维基材变形的工序。即,所谓本实施方式中的、使用模具使增强纤维基材变形的工序,可以为使用成型模具直接将增强纤维基材成型为纤维增强复合材料成型品的形状。或者该变形的工序可以包括:使用预成型体模具将增强纤维基材赋形为与纤维增强复合材料成型品的形状接近的形状,以及使用成型模具将通过赋形而形成的预成型体进行成型。像这样,在本实施方式中,所谓变形,可以为赋形和成型的总称,在该情况下,包括赋形和成型的一者或两者的含义。
<加热加压工序>
在加热加压工序中,例如,将预成型体配置于预先调温了的模具的下模内。接着,使预先调温了的模具的上模靠近并闭合,对预成型体进行加压。模具的温度优选为100~170℃,更优选为130~150℃。模具的上模与下模的温度可以相同也可以不同,优选相同。成型时的模具的面压优选为1~15MPa,更优选为4~10MPa。这样的话,通过成型模具进行加热加压而使预成型体固化。
成型时间优选为1~15分钟,更优选为2~5分钟。由此,获得预定的形状的成型品。成型时间能够根据成型品所要求的生产性和用于实现该生产性的材料的选择,进行适当地确定。例如,通过适当地选择上述汽车用制品用的热固性树脂,从而能够利用150~600秒的上述加热加压来获得成型品。
在基质树脂为热塑性树脂的情况下,通过使增强纤维基材所包含的基质树脂组合物软化,赋予形状,然后冷却,从而能够获得作为固化物的成型品。在基质树脂为热固性树脂的情况下,使增强纤维基材所包含的基质树脂组合物固化,能够获得作为硬化物的成型品。此外,通过将上述增强纤维基材以及与上述纤维增强基材不同种类的增强纤维基材进行成型,从而能够获得作为增强纤维基材的硬化物或固化物的成型品。
这样,本实施方式中的纤维增强复合材料成型品为由上述预成型体的制造方法获得的预成型体的硬化物或固化物。本实施方式中的纤维增强复合材料成型品为上述增强纤维基材的硬化物或固化物。该成型品能够通过在基于模具进行的变形时剪切变形/压缩变形的部位的强度与没有进行剪切变形/压缩变形的部位的强度之间,没有因增强纤维的切断带来的差异来确认。
此外,本实施方式涉及的纤维增强复合材料成型品的制造方法可以由上述增强纤维基材不经过上述预成型体而制造纤维增强复合材料成型品。即,包括如下成型工序的复合材料成型品的制造方法也包含于本实施方式中,所述成型工序通过将1张以上的上述增强纤维基材进行加热加压之后进行冷却来制造复合材料成型品。
在不经过预成型体而制造纤维增强复合材料成型品时,只要通过适当的形状的模具,此外以适当的挤压力对增强纤维基材进行挤压,以使增强纤维基材成为复合材料成型品的形状即可。上述成型工序可以与上述“将预成型体进行加热加压而制造复合材料成型品的工序”同样地实施。例如,该成型工序只要在对于由增强纤维基材制造复合材料成型品而言充分的温度下,以充分的时间将用模具固定的上述增强纤维基材进行加热加压即可。
在本实施方式中,即使通过由上述增强纤维基材直接制造纤维增强复合材料成型品的方法,即不经过预成型体的制造方法,也能够使用与预成型体模具同样的形状的成型模具来制造具有良好的外观和强度的纤维增强复合材料成型品。这样的纤维增强复合材料成型品的制造方法例如,能够与上述的使用预成型体模具的预成型体的制造方法同样地操作来进行。该制造方法由于省略了预成型体的制造,因此能够省略由预成型体制造纤维增强复合材料成型品时的操作,因此操作性优异。
通过本实施方式涉及的制造方法获得的纤维增强复合材料成型品由于将上述增强纤维基材或预成型体进行加热加压固化,因此成型时的褶皱和增强纤维的曲折的产生得以抑制。进一步,由于实质上没有切断增强纤维束,因此可获得来源于连续的增强纤维的强度。因此,通过本实施方式涉及的制造方法,能够制造具有良好的外观(外观性优异),并且高强度的纤维增强复合材料成型品。
〔归纳〕
由以上说明明确了,本实施方式涉及的纤维增强复合材料成型品的制造方法包括:使用模具,使包含沿单向取向的增强纤维和基质树脂组合物的增强纤维基材变形的工序,增强纤维基材具有:剪切变形和/或压缩变形的部位,以及在上述剪切变形和/或压缩变形的部位与上述增强纤维的取向方向实质上平行的切口,并且实质上不具有将纤维切断的切口。
根据上述构成,能够制造外观和强度优异的纤维增强复合材料成型品。
此外,在本实施的方式中,剪切变形和/或压缩变形的部位可以在基于上述模具进行的变形时,进行剪切变形和/或压缩变形。
根据上述构成,能够制造外观和强度优异的纤维增强复合材料成型品。
此外,在本实施的方式中,模具的形状可以为三维形状。
根据上述构成,能够制造外观和强度优异的纤维增强复合材料成型品。
此外,在本实施的方式中,可以以使上述模具的投影面积成为最大的方式,将上述模具的与增强纤维基材和除增强纤维基材以外的材料中的至少一者相接触的面进行平面投影而获得二维图形时,将上述投影方向设为Z方向,将穿过上述二维图形的几何中心,并且沿着最短的线段的方向设为X方向,将在二维图形中与上述X方向正交的方向设为Y方向,将与上述Y方向平行的、上述二维图形内的最短线段设为L1’,将上述L1’的长度设为l1’,将与上述L1’相对应的沿着上述模具的形状的线段设为L1,将上述L1的长度设为l1,将与上述L1’平行的、上述二维图形内的线段设为L2’,将上述L2’的长度设为l2’,将与上述L2’相对应的沿着上述模具的形状的线段设为L2,将上述L2的长度设为l2时,上述模具具有上述l1相对于上述l1’的比例(l1/l1’)与上述l2相对于上述l2’的比例(l2/l2’)不同的部位。
根据上述构成,通过改善增强纤维基材的剪切变形性,提高对于三维形状的追随性,从而能够制造外观良好的纤维增强复合材料成型品。
此外,可以在将上述模具的与增强纤维基材和除增强纤维基材以外的材料中的至少一者相接触的面进行平面投影而获得二维图形,在与该二维图形相对应的增强纤维基材中,夹在L1和L2之间的部分具有切口。
根据上述构成,通过在增强纤维基材中产生重叠,或者增强纤维基材的变形的自由度提高而发生变形,从而能够除去多余的片构件,能够制造外观良好的纤维增强复合材料成型品。
此外,在本实施的方式中,可以将与X方向平行的、上述二维图形内的最短线段设为L3’,将上述L3’的长度设为l3’,将与上述L3’相对应的沿着上述模具的形状的线段设为L3,将上述L3的长度设为l3,将与上述L3’平行的、上述二维图形内的线段设为L4’,将上述L4’的长度设为l4’,将与上述L4’相对应的沿着上述模具的形状的线段设为L4,将上述L4的长度设为l4时,上述模具具有上述l3相对于上述l3’的比例(l3/l3’)与上述l4相对于上述l4’的比例(l4/l4’)不同的部位。
根据上述构成,通过改善增强纤维基材的剪切变形性,提高对于三维形状的追随性,从而能够制造外观良好的纤维增强复合材料成型品。
此外,在本实施的方式中,可以在将上述模具进行平面投影而获得二维图形,在与该二维图形相对应的增强纤维基材中的夹在L3和L4之间的部分具有切口。
根据上述构成,通过在增强纤维基材中产生重叠,或者增强纤维基材的变形的自由度提高而增强纤维基材发生变形,从而能够除去多余的片构件,能够制造外观良好的纤维增强复合材料成型品。
此外,在本实施的方式中,可以是具有与增强纤维的取向方向实质上平行的切口的增强纤维基材的部分的面积和与增强纤维基材的部分相对应的模具的部分的面积不同。
根据上述构成,通过在增强纤维基材中产生重叠,或者增强纤维基材的变形的自由度提高而增强纤维基材发生变形,从而能够除去多余的片构件,能够制造外观良好的纤维增强复合材料成型品。
此外,在本实施的方式中,可以是剪切变形的量为1°以上60°以下。
根据上述构成,能够充分地发挥由切口带来的增强纤维基材的剪切变形性的提高效果。此外,能够抑制纤维增强复合材料成型品的纤维曲折、褶皱。
此外,在本实施的方式中,可以是压缩变形的量为压缩变形的部位的面积的30%以下。
根据上述构成,能够充分地发挥由切口带来的增强纤维基材的剪切变形性的提高效果。此外,能够抑制纤维增强复合材料成型品的纤维曲折、褶皱。
此外,在本实施的方式中,可以以使上述模具的投影面积成为最大的方式,将上述模具进行平面投影而获得二维图形时,在与上述增强纤维的取向方向平行的方向上,将上述二维图形中最长的线段L5’的长度设为l5’时,上述增强纤维基材的切口为上述l5’的0.5%以上的长度。
根据上述构成,能够提高增强纤维基材的剪切变形性,能够制造外观和强度优异的纤维增强复合材料成型品。
此外,在本实施的方式中,可以是上述取向方向上的上述切口的间隔为上述l5’的0.5%以上且小于70%。
根据上述构成,能够提高增强纤维基材的剪切变形性,能够制造外观和强度优异的纤维增强复合材料成型品。
此外,在本实施的方式中,可以是与上述取向方向正交的方向上的上述切口的间隔为上述L3与上述L4的最短距离的10%以上或上述L1与上述L2的最短距离的10%以上。
根据上述构成,能够提高增强纤维基材的剪切变形性,能够制造外观和强度优异的纤维增强复合材料成型品。
此外,在本实施的方式中,可以使用上述模具将1张以上的具有上述切口的增强纤维基材和上述1张以上的与具有上述切口的增强纤维基材不同种类的增强纤维基材进行成型。
根据上述构成,能够制造外观和强度优异的纤维增强复合材料成型品。
此外,在本实施的方式中,可以是上述变形的工序包括使用预成型体模具将上述增强纤维基材进行赋形。
根据上述构成,能够经由预成型体制造纤维增强复合材料成型品,从制造外观和强度优异的纤维增强复合材料成型品的观点考虑,更有效果。
此外,本实施方式涉及的增强纤维基材包含沿单向取向的增强纤维和基质树脂组合物,在剪切变形和/或压缩变形的部位具有与上述增强纤维的取向方向实质上平行的切口,并且实质上不具有将纤维切断的切口。
如果为上述构成,则可获得外观优异,具有高强度的纤维增强复合材料成型品。
此外,本实施方式涉及的纤维增强复合材料成型品为上述增强纤维基材的硬化物或固化物。
如果为上述构成,则纤维增强复合材料成型品在成型时的褶皱和增强纤维的曲折的产生得以抑制。此外,外观优异,具有高强度。
以下示出实施例,对于本发明的实施方式进一步详细地说明。当然,本发明并不限定于以下实施例,对于细节能够有各种方式也是不言而喻的。进一步,本发明并不限定于上述实施方式,能够在权利要求所示的范围内进行各种变更,对于将分别公开的技术手段适当组合而得到的实施方式,也包含于本发明的技术范围内。此外,本说明书中记载的文献的全部内容作为参考被援用。
实施例
[实施例1]
(增强纤维基材的制造)
准备将作为增强纤维的碳纤维的束(三菱化学株式会社制,制品名:TR50S)在单向上并丝,在其中含浸有基质树脂组合物的增强纤维基材。基质树脂组合物使用了将jER828与环氧树脂预聚合物以86.9:13.1(单位:质量份)进行了混合的混合物。环氧树脂预聚合物按照日本专利第5682838号的成分D-2的制造方法来准备。将基质树脂组合物在100℃进行加热,在室温附近(30℃)利用B型粘度计测定得到的粘度为35000Pa·s,利用硫化仪测定得到的固化结束时间为5分钟。在以2.0℃/分钟进行升温的升温粘度测定中,最低粘度为0.8Pa·s,显示最低粘度的温度为120℃。此外,基质树脂组合物的玻璃化转变温度Tg为170℃。增强纤维基材的厚度为0.22mm。
(增强纤维基材的裁切)
使用图8所示那样的裁切装置,将上述增强纤维基材切割为图1所示那样的形状。增强纤维基材的Y方向的长度为532mm,X方向的长的一边的长度为550mm,X方向的短的一边的长度为500mm。
(平行切口的赋予)
使用割字机,通过对上述增强纤维基材赋予平行切口,从而制造具有平行切口的增强纤维基材。图10为示意性示出实施例1所使用的预浸料片的切口的配置的图。制造具有图10所示那样的平行切口的二种增强纤维基材。需要说明的是,图10以后的“纤维方向”,是指增强纤维的取向方向。
(层叠)
将具有上述平行切口的增强纤维基材以各个片所包含的增强纤维的取向方向正交的方式进行了层叠。而且,如图10所示那样,获得了以使增强纤维的取向方向成为90°交叉的方向的方式层叠有二张增强纤维基材片的层叠体。也将这样的层叠体中的增强纤维基材的配置称为“0°/90°”。需要说明的是,相对于图10的纸面,左图为0°层,右图为90°层。
(压密化)
将获得的层叠体输送至平坦的操作台上,用去除褶皱装置(Torr公司制;T-7tollsystem)覆盖,利用真空泵将内部减压,从而将上述层叠体压密化。减压状态的条件是真空压为700mmHg,减压时间为5分钟。接着,将去除褶皱装置的内部恢复至大气压,获得了被压密化的层叠体。
(预成型体的制作)
将被压密化的层叠体载置于上表面开口的下模的开口上部,通过该层叠体的粘性,将该层叠体的一部分固定于下模。需要说明的是,下模使用了上述图2~图4所示那样的下模。L1为穿过顶面部11c与壁部11a的边界的线段,L2为穿过底部10a与壁部11a的边界的线段和穿过底部10b与壁部11b的边界的线段。此外,L3为穿过下部21a与上部21b的边界的线段,L4为穿过壁部21与预成型体模具10的边界的线段。具体而言,L1为520mm,L2为548mm,L3为440mm,L4为530mm。将固定的层叠体通过可动式红外线加热器在70℃加热30秒。接着,使安装于简易成型机的上模下降,由下模和上模夹入,施加0.03MPa的压力30秒,从而将上述层叠体赋形。接着,对下模和上模喷射空气,将该层叠体进行冷却,使上模上升,从而获得了预成型体。将所得的预成型体的照片示于图20中。图20的右图中由2001~2003表示的部分分别为图20的左图中带有符号2001~2003的部分的放大图。
需要说明的是,所谓带有符号2001的部分,为壁部中凸条部与凸缘部之间的部分。所谓带有符号2002的部分,为凸条部的侧面中的壁部侧的端部。所谓带有符号2003的部分,为与壁部中的凸条部的连接部及其周边部。此外,在图21~26中,预成型体中图示的部分也与图20同样。
[实施例2]
图11为示意性示出实施例2所使用的预浸料片的切口的配置的图。构成层叠体的二种增强纤维基材使用图11所示那样的具有平行切口的增强纤维基材,除此以外,与实施例1同样地操作,获得了预成型体。图11的左图为0°层,右图为90°层。将所得的预成型体的照片示于图21中。图21的右图的2101~2103所示的部分分别为图21的左图的带有符号2101~2103的部分的放大图。
[实施例3]
图12为示意性示出实施例3所使用的预浸料片的切口的配置的图。构成层叠体的二种增强纤维基材使用图12所示那样的具有平行切口的增强纤维基材,除此以外,与实施例1同样地操作,获得了预成型体。图12的左图为0°层,右图为90°层。将所得的预成型体的照片示于图22中。图22的右图的2201~2203所示的部分分别为图22的左图的带有符号2201~2203的部分的放大图。
[实施例4]
图13为示意性示出实施例4所使用的预浸料片的切口的配置的图。构成层叠体的增强纤维基材使用图13所示那样的具有平行切口的增强纤维基材,除此以外,与实施例1同样地操作,假定获得预成型体。该层叠体是将图13所示那样的增强纤维基材以使增强纤维的取向方向成为相同的方式配置一张而构成。
[实施例5]
图14为示意性示出实施例5所使用的预浸料片的切口的配置的图。构成层叠体的增强纤维基材使用图14的左图所示那样的具有平行切口的增强纤维基材、以及图14的右图所示那样的不具有平行切口的增强纤维基材,除此以外,与实施例1同样地操作,假定获得预成型体。该层叠体中,图14的左图为0°层,右图为90°层。
[实施例6]
图15为示意性示出实施例6所使用的预浸料片的切口的配置的图。构成层叠体的增强纤维基材使用图15所示那样的具有平行切口的增强纤维基材、以及将增强纤维切断的增强纤维基材,除此以外,与实施例1同样地操作,假定获得预成型体。图15的左图为0°层,右图为90°层。在90°层中以与0°层相同的长度、相同的间隔赋予将增强纤维切断的切口。
[实施例7]
图16为示意性示出实施例7所使用的预浸料片的切口的配置的图。构成层叠体的增强纤维基材使用图16所示那样的具有平行切口的增强纤维基材,除此以外,与实施例1同样地操作,获得了预成型体。该层叠体是将图16所示的那样的增强纤维基材以使增强纤维的取向方向成为相同的方式配置一张而构成。将所得的预成型体的照片示于图23中。图23的右图的2301~2303所示的部分分别为图23的左图的带有符号2301~2303的部分的放大图。
此外,图23的左图下侧的右侧的图表示实施例7中的预成型体的凸条部的一侧面部,左侧的图表示由该预成型体中的壁部、凸缘部和底部所规定的一个角部。根据上述2302,在波纹结构的侧面可观察到纤维的捻合,假定这是因为在该部位不具有平行切口。
[实施例8]
图17为示意性示出实施例8所使用的预浸料片的切口的配置的图。构成层叠体的增强纤维基材使用图17所示那样的具有平行切口的增强纤维基材,除此以外,与实施例1同样地操作,获得了预成型体。该层叠体中,图17的左图为0°层,右图为90°层。将所得的预成型体的照片示于图24中。图24的右图的2401~2403所示的部分分别为图24的左图的带有符号2401~2403的部分的放大图。
[实施例9]
图18为示意性示出实施例9所使用的预浸料片的切口的配置的图。构成层叠体的增强纤维基材使用图18所示那样的具有平行切口的增强纤维基材、以及将增强纤维切断的增强纤维基材,除此以外,与实施例1同样地操作,获得了预成型体。在90°层中以与0°层相同的长度、相同的间隔赋予将增强纤维切断的切口。图18的左图为0°层,右图为90°层。将所得的预成型体的照片示于图25中。图25的右图的2501~2503所示的部分分别为图25的左图的带有符号2501~2503的部分的放大图。
此外,图25的左图下侧的右侧的图表示实施例9中的预成型体的凸条部的一侧面部,左侧的图表示将带有符号2501的部分从斜向观察的状态。这些图分别表示预成型体的缝隙和从预成型体模具的浮起。推测是因为与实施例7同样地,构成层叠体的二种增强纤维基材的同一部位具有切口。
[比较例1]
图19为示意性示出比较例1所使用的预浸料片的图。构成层叠体的增强纤维基材使用图19所示那样的不具有平行切口的增强纤维基材,除此以外,与实施例1同样地操作,获得了预成型体。图19的左图为0°层,右图为90°层。将所得的预成型体的照片示于图26中。图26的右图的2601~2603所示的部分分别为图26的左图的带有符号2601~2603的部分的放大图。
[预成型体的评价]
观察实施例1~9和比较例1的预成型体的制造过程和获得的预成型体,按照下述基准评价以下3个项目的特性。
(1)对于模具形状的追随
A:层叠体对于模具的追随充分。
B:产生了褶皱,但是为可期待通过压制成型来缓和褶皱的能够容许的范围。
C:对于模具的追随不充分且产生褶皱,是认为即使压制成型后也残留大的褶皱的程度。
(2)中央部的褶皱
A:通过层叠体的充分的变形和移动,作为成型品中的包含凹凸的部分的底板(floor)中央部没有观察到褶皱。
B:底板中央部确认到若干褶皱,但是预料为通过压制成型缓和褶皱的程度。
C:底板中央部产生深且严重的褶皱,预料到难以实施压制成型。
(3)赋形时的纤维曲折
A:没有观察到赋形时的纤维曲折或纤维的捻合。
B:赋形时观察到若干纤维曲折或纤维的捻合,但是为能够容许的范围。
C:赋形时观测到极度的纤维曲折或纤维的捻合。
对于实施例1~9和比较例1的预成型体,将层叠体中的平行切口的尺寸和配置以及评价结果示于表1和2中。对于实施例4~6的评价结果,为由实施例1~3和7~9类推的假定值。需要说明的是,表中,l1~l4和L1~L4如上述那样。此外,表中,“D12”表示L1与L2之间的最短距离,“D34”表示L3与L4之间的最短距离。
其他,表中的用语为以下含义。
“Sy” 各个切口的Y方向上的长度
“Sys” 沿Y方向的位于一条直线上的切口的长度的合计
“Gy” 在Y方向上相邻的切口间的间隔
“Gx” 在X方向上相邻的切口间的间隔
“Rsy” 切口的长度Sy相对于l1的比例
“Rgy1” 切口间的间隔Gy相对于l1的比例
“Rgx12” 切口间的间隔Gx相对于L1与L2之间的最短距离的比例
“Rsys” 切口的长度的合计Sys相对于l1的比例
“Sx” 各个切口的X方向上的长度
“Sxs” 沿着X方向的位于一条直线上的切口的长度的合计
“Rsx” 切口的长度Sx相对于l3的比例
“Rgx3” 切口间的间隔Gx相对于l3的比例
“Rgy34” 切口间的间隔Gy相对于L3与L4之间的最短距离的比例
“Rsxs” 切口的长度的合计Sxs相对于l3的比例
“连续” 虽然存在切口,但是没有切口间的间隔。
[表1]
[表2]
如表1和2以及图20~25所示那样,实施例1~9的预成型体与比较例1的预成型体相比,没有C的评价,追随于模具形状,在中央部没有产生褶皱,没有观察到纤维曲折或纤维的捻合。
实施例6的预成型体为将具有切断增强纤维的方向的切口的增强纤维基材与在切断增强纤维的方向上不具有切口的增强纤维基材层叠而成的预成型体。尽管实施例1~5均不具有切断增强纤维的方向的切口,但也具有与实施例6同等或同等以上的赋形性。
此外,根据表1和图20~图22可知,如果在与波纹结构的侧面相对应的部分添加切口,则可获得更良好的评价。在图2所示的形状中,由于在波纹结构的长边方向产生压缩、拉伸,因此在作为波纹结构的侧面的11a、11c易于产生纤维的捻合。其结果认为这是因为虽然也对中央部带来影响,但是通过在与波纹结构的侧面相对应的部分具有切口,从而能够将该影响抑制至最低限度。
此外,根据表2和图23~图25可知,增强纤维基材只要在剪切变形和/或压缩变形的部位的一部分具有切口,就可获得良好的评价。认为即使在与波纹结构的侧面相对应的部分没有切口,而与作为波纹结构的侧面的11a、11c相对应的部分的变形性低的情况下,通过具有该切口,从而抑制增强纤维基材从模具浮起。
此外,根据实施例1~4和6与实施例5的对比、或实施例7、9与实施例8的对比可知,如果彼此重叠的二张增强纤维基材的二张都具有切口,则与仅一张增强纤维基材具有切口的情况相比,可获得更良好的评价。认为通过具有不具有切口而变形性差的层,从而如果稍微出现褶皱,就会在整层都能够观察到褶皱,因此全部层具有切口为好。
成型品的强度没有测定,但是由于实施例的预成型体的褶皱和纤维曲折得以抑制,因此在通过实施例的预成型体制造的成型品中,褶皱和纤维曲折得以抑制的倾向也是明确的。此外,认为该成型品显然外观良好,且强度高。此外,认为由于为连续纤维,因此与将纤维切断的情况相比,强度变高,这是不言自明的。例如,将实施例1与实施例6、或实施例7与实施例9进行对比的话可知,在增强纤维基材具有横穿增强纤维的取向方向的方向的切口的情况下,与使用具有平行切口的增强纤维基材的情况相比,所得的成型品的强度降低。
此外,如果将实施例1、2与实施例3进行比较,则实施例3的增强纤维基材的形态保持性为低水平,因此操作性稍差。这是因为切口长,存在直至增强纤维基材的端部。此外,在赋予切口时,增强纤维基材的形状不稳定,操作性差。
比较例1的预成型体如图26所示那样,不能抑制褶皱,产生极度的纤维曲折或纤维的捻合。认为这是因为在预成型体的制作工序中,层叠体中的增强纤维间的缠绕强,变形的自由度低,因此对于模具形状的追随性变差。
产业可利用性
根据本发明的一个方式涉及的发明,能够抑制在成型时褶皱和增强纤维的曲折的产生,进一步能够提供成型性优异的预成型体。本发明的一个方式涉及的预成型体能够特别适合用于汽车部件等具有复杂的结构的成型品的制造。
符号的说明
1 增强纤维基材
2 (平行)切口
3 下模
4 层叠体(增强纤维基材)
5 超声波刀具
6 剪裁夹具
7 去除褶皱装置
10 预成型体模具
10a、10b 底部
11 凸条部
11c、12b、13b、22 顶面部
11a、11b、12a、13a、21 壁部
12、13 凸缘部
20 前段部
21a 下部
21b 上部
31、32、33、34 角部
41、51 第一边
42、52 第二边
43、53 第三边
Cu 图案
S 试样。
Claims (17)
1.一种纤维增强复合材料成型品的制造方法,其包括下述工序:使用模具,使包含沿单向取向的增强纤维和基质树脂组合物的增强纤维基材变形,
所述增强纤维基材具有:
剪切变形和/或压缩变形的部位,以及
在所述剪切变形和/或压缩变形的部位与所述增强纤维的取向方向实质上平行的切口,并且实质上不具有将纤维切断的切口。
2.根据权利要求1所述的纤维增强复合材料成型品的制造方法,剪切变形和/或压缩变形的部位在基于所述模具进行的变形时,进行剪切变形和/或压缩变形。
3.根据权利要求1或2所述的纤维增强复合材料成型品的制造方法,所述模具的形状为三维形状。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的纤维增强复合材料成型品的制造方法,
以使所述模具的投影面积成为最大的方式,将所述模具的与增强纤维基材和除增强纤维基材以外的材料中的至少一者相接触的面进行平面投影而获得二维图形时,
将所述投影方向设为Z方向,
将穿过所述二维图形的几何中心,并且沿着最短的线段的方向设为X方向,
将在所述二维图形中与所述X方向正交的方向设为Y方向,
将与所述Y方向平行的、所述二维图形内的最短线段设为L1’,将所述L1’的长度设为l1’,将与所述L1’相对应的沿着所述模具的形状的线段设为L1,将所述L1的长度设为l1,
将与所述L1’平行的、所述二维图形内的线段设为L2’,将所述L2’的长度设为l2’,将与所述L2’相对应的沿着所述模具的形状的线段设为L2,将所述L2的长度设为l2时,
所述模具具有所述l1相对于所述l1’的比例即l1/l1’与所述l2相对于所述l2’的比例即l2/l2’不同的部位。
5.根据权利要求4所述的纤维增强复合材料成型品的制造方法,
将所述模具的与增强纤维基材和除增强纤维基材以外的材料中的至少一者相接触的面进行平面投影而获得二维图形,在与该二维图形相对应的所述增强纤维基材中,夹在所述L1和所述L2之间的部分具有所述切口。
6.根据权利要求4或5所述的纤维增强复合材料成型品的制造方法,
将与所述X方向平行的、所述二维图形内的最短线段设为L3’,将所述L3’的长度设为l3’,将与所述L3’相对应的沿着所述模具的形状的线段设为L3,将所述L3的长度设为l3,
将与所述L3’平行的、所述二维图形内的线段设为L4’,将所述L4’的长度设为l4’,将与所述L4’相对应的沿着所述模具的形状的线段设为L4,将所述L4的长度设为l4时,
所述模具具有所述l3相对于所述l3’的比例即l3/l3’与所述l4相对于所述l4’的比例即l4/l4’不同的部位。
7.根据权利要求6所述的纤维增强复合材料成型品的制造方法,将所述模具进行平面投影而获得二维图形,在与该二维图形相对应的所述增强纤维基材中的夹在所述L3和所述L4之间的部分具有所述切口。
8.根据权利要求1~7中任一项所述的纤维增强复合材料成型品的制造方法,具有与所述增强纤维的取向方向实质上平行的切口的增强纤维基材的部分的面积和与所述增强纤维基材的部分相对应的所述模具的部分的面积不同。
9.根据权利要求1~8中任一项所述的纤维增强复合材料成型品的制造方法,所述剪切变形的量为1°以上60°以下。
10.根据权利要求1~9中任一项所述的纤维增强复合材料成型品的制造方法,所述压缩变形的量为所述压缩变形的部位的面积的30%以下。
11.根据权利要求1~10中任一项所述的纤维增强复合材料成型品的制造方法,
以使所述模具的投影面积成为最大的方式,将所述模具进行平面投影而获得二维图形时,
在与所述增强纤维的取向方向平行的方向上,将所述二维图形中最长的线段L5’的长度设为l5’时,
所述增强纤维基材的切口为所述l5’的0.5%以上的长度。
12.根据权利要求11所述的纤维增强复合材料成型品的制造方法,所述取向方向上的所述切口的间隔为所述l5’的0.5%以上且小于70%。
13.根据权利要求6或7所述的纤维增强复合材料成型品的制造方法,与所述取向方向正交的方向上的所述切口的间隔为所述L3与所述L4之间的最短距离的10%以上或所述L1与所述L2之间的最短距离的10%以上。
14.根据权利要求1~13中任一项所述的纤维增强复合材料成型品的制造方法,使用所述模具将1张以上的具有所述切口的增强纤维基材、以及1张以上的、与具有所述切口的增强纤维基材不同种类的增强纤维基材进行成型。
15.根据权利要求1~14中任一项所述的纤维增强复合材料成型品的制造方法,所述变形的工序包括将所述增强纤维基材通过预成型体模具进行赋形。
16.一种增强纤维基材,其包含:沿单向取向的增强纤维和基质树脂组合物,
在剪切变形和/或压缩变形的部位具有与所述增强纤维的取向方向实质上平行的切口,并且实质上不具有将纤维切断的切口。
17.一种纤维增强复合材料成型品,其包含权利要求16所述的增强纤维基材的硬化物或固化物。
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