CN101394988A - 预成型体的制造方法及制造装置 - Google Patents

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Abstract

一种预成型体的制造方法及制造装置，将形成预成型体的多张增强纤维基材中的横截面形状中具有分支部的增强纤维基材的原料基材向长度方向间歇地搬送，停止搬送时，对所述原料基材实施加热及/或加压的加工，暂时形成预赋型体，然后将形成的具有规定形状的预赋型体和形成预成型体的其他增强纤维基材的原料基材进行一体化，由此连续地制造横截面形状中具有分支部的预成型体。

Description

预成型体的制造方法及制造装置
技术领域
本发明涉及成型纤维增强树脂(FRP)时所用的预成型体的制造方法及制造装置。更详细而言，涉及在横截面上具有垂直部(web portion)和从该垂直部经至少一个分支部(branching portion)向两侧延伸的至少一组凸缘部(frange portion)的预成型体的制造方法及制造装置。作为具有上述横截面形状的预成型体的代表例，有横截面形状为T形或I形的预成型体。
背景技术
例如，以碳纤维、玻璃纤维或芳族聚酰胺纤维为增强纤维的纤维增强树脂(FRP)是轻质的，并且具有高耐久性，所以用作汽车或航空器等的结构部件等。
作为成型纤维增强树脂(FRP)的方法，已知有高压釜成型法。该成型法如下：例如将层合由增强纤维和高韧性的环氧树脂构成的预浸料坯(prepreg)片材得到的层合体在高压釜中加压及加热，使环氧树脂固化，成型纤维增强树脂(FRP)。
但是，通常预浸料坯片材存在难以成型复杂的三维形状的产品的问题。由于材料费和成型时间过多，产品的制造成本变高，所以现状是使用现有的预浸料坯片材的高压釜成型的适用用途并没有得到推广。
而作为比使用现有的预浸料坯片材的高压釜成型廉价且能缩短成型时间的成型方法，人们关注了树脂传递模塑(RTM)成型法和真空RTM成型法。
该RTM成型法是将不含浸基质树脂、层合多张干式增强纤维布帛得到的层合体配置在成型模中，向其中注入低粘度的液态基质树脂，由此使增强纤维含浸基质树脂，成型纤维增强树脂(FRP)。
如上所述，RTM成型法中使用干式增强纤维布帛，所以能使增强纤维布帛沿着具有复杂的三维形状的成型模进行赋型。但是，仅预先将层合多张增强纤维布帛得到的层合体沿着成型模放置，难以制造使用预浸料坯片材的高压釜成型法所得的纤维增强树脂(FRP)，该纤维增强树脂(FRP)没有褶皱，均质且具有高纤维体积含有率(Vpf)。纤维体积含有率是纤维在总体积中所占的体积百分率。
作为解决上述问题的方法，有使用下述预成型体的方法，所述预成型体是在维持注入基质树脂前的干式状态下，考虑最终产品的形状，使层合多张增强纤维布帛得到的层合体预先赋型为应成型的形状。但是，制作该预成型体的时间及制作的预成型体的精度对纤维增强树脂(FRP)的制造成本和品质有较大影响。
于是，专利文献1中提出了减少制作时间的预成型体的制造方法。
但是，专利文献1中公开的方法对于制造下述预成型体来说并不充分，所述预成型体能适用于成型例如航空器的结构部件之类要求高力学特性的纤维增强树脂(FRP)，是没有褶皱、均质且能达到高纤维体积含有率(Vpf)的预成型体。
专利文献1：特开2005-324513号公报
发明内容
本发明的目的在于提供连续制造下述预成型体的预成型体的制造方法及制造装置，所述预成型体能适用于成型例如航空器的结构部件之类要求高力学特性的纤维增强树脂(FRP)，是没有褶皱、均质且具有高纤维体积含有率(Vpf)的预成型体。
本发明人等研究了仅通过增强纤维布帛的折弯、层合、粘接等的组合导致无法制造下述预成型体的原因，所述成型体能适用于成型要求高力学特性的纤维增强树脂(FRP)，是没有褶皱、均质且达到高纤维体积含有率(Vpf)的预成型体，并关注到在制造工序中增强纤维的平直度(straightness)、中间成型体中增强纤维的密度的均一性。
结果尝试在制造工序中设置部分形状形成工序，所述部分形状形成工序是将构成制造的预成型体的主要部分的纤维基材预先赋型，形成预赋型体(preliminary shaped body)。然后，将准备好的预赋型体和形成被制造的预成型体的其他部分的纤维基材在后续的一体化工序中进行一体化，由此制造所希望的预成型体。
发现通过适当分配该部分形状形成工序和后续的一体化工序之间的纤维基材的加热及/或加压条件，在利用一体化工序成型预成型体时，消除或者显著减少伴随在厚度方向上压缩时发生的纤维基材的内外周长差而产生的褶皱。
本发明的预成型体的制造方法及制造装置如下所述。
(1)一种预成型体的制造方法，所述预成型体由第1增强纤维基材和至少一个第2增强纤维基材形成，所述第1增强纤维基材在横截面中具有垂直部和从该垂直部经至少一个分支部向两侧延伸的至少一组凸缘部；所述第2增强纤维基材含有上述至少一个分支部，并与上述第1增强纤维基材进行一体化，其中，
(a)所述第1增强纤维基材由第1原料基材和第2原料基材形成；
(b)所述第1原料基材由带状的第1层合体构成，所述带状的第1层合体由层合的多张增强纤维布帛和配置在层间部的粘合树脂材料构成；
(c)所述第2原料基材由带状的第2层合体构成，所述带状的第2层合体由层合的多张增强纤维布帛和配置在层间部的粘合树脂材料构成；
(d)所述第2增强纤维基材由至少一个第3原料基材构成；
(e)包括下述工序：供给所述第1层合体的第1供给工序；供给所述第2层合体的第2供给工序；和供给所述至少一个第3原料基材的至少一个第3供给工序；
(f)在所述第1供给工序的下游侧具有第1部分形状形成工序，所述第1部分形状形成工序是将所述第1层合体加热及/或加压进行成型，保持该成型状态，由此制造第1预赋型体；
(g)在所述第2供给工序的下游侧具有第2部分形状形成工序，所述第2部分形状形成工序是将所述第2层合体加热及/或加压进行成型，保持其成型状态，由此制造第2预赋型体；
(h)在所述第1及第2部分形状形成工序、以及所述至少一个第3供给工序的下游侧具有一体化工序，所述一体化工序是合并在所述第1及第2部分形状形成工序中制造的所述第1及第2预赋型体，以形成所述预成型体中的所述分支部，且使所述至少一个第3原料基材位于形成的所述分支部，在该状态下将它们加热及/或加压进行一体化，保持该一体化状态，由此形成所述预成型体；
(i)在所述一体化工序的下游侧具有搬送工序，所述搬送工序间歇地搬送在所述一体化工序中形成的所述预成型体；
(j)在停止搬送所述搬送工序中的所述预成型体时，进行在所述第1及第2部分形状形成工序中的所述第1及第2预赋型体的制造和在所述一体化工序中的所述预成型体的形成。
(2)一种预成型体的制造方法，其中，所述第1及第2预赋型体的各纤维体积含有率α和所述预成型体的纤维体积含有率β满足0.95α/β0.6的关系。
(3)一种预成型体的制造方法，其中，所述纤维体积含有率α和所述纤维体积含有率β满足0.95α/β0.8的关系。
(4)一种预成型体的制造方法，其中，在所述一体化工序的下游侧、所述搬送工序的上游侧设置用于修整在所述一体化工序中形成的预成型体的不要部分的修整(trimming)工序。
(5)一种预成型体的制造方法，其中，设置至少一个角填料供给工序，所述角填料供给工序是相应于所述搬送工序中所述预成型体的间歇搬送，将由增强纤维束构成的至少一个角填料供给至沿着所述一体化工序中形成的所述至少一个分支部的外表面形成的至少一个凹部。
(6)一种预成型体的制造方法，其中，形成所述角填料的增强纤维束为含有粘合树脂材料的增强纤维束，在所述至少一个角填料供给工序和所述一体化工序之间，设置至少一个角填料部分形状形成工序，制造的角填料预赋型体被供给于所述一体化工序，所述角填料部分形状形成工序是将含有所述粘合树脂材料的增强纤维束加热及/或加压进行成型，保持该成型状态，从而制造至少一个角填料预赋型体。
(7)一种预成型体的制造方法，其中，所述至少一个第3原料基材由至少一个带状第3层合体构成，所述至少一个带状第3层合体由层合的多张增强纤维布帛和配置在层间部的粘合树脂材料形成，在所述至少一个第3供给工序和所述一体化工序之间，设置有至少一个第3部分形状形成工序，被制造的至少一个第3预赋型体被供给于所述一体化工序，所述第3部分形状形成工序是将所述至少一个第3层合体加热及/或加压进行成型，保持该成型状态，由此制造至少一个第3预赋型体。
(8)一种预成型体的制造方法，其中，所述第1预赋型体和所述第2预赋型体的横截面形状为相互成左右对称的L形，所述第3预赋型体的一个横截面形状为平板形，在所述一体化工序中，所述L形的第1预赋型体和所述L形的第2预赋型体在相当于所述L形的垂直部的部位被一体化，同时所述平板形的第3预赋型体和一个所述角填料预赋型体被一体化，成型为T形的所述预成型体。
(9)一种预成型体的制造方法，其中，所述第1预赋型体和所述第2预赋型体的横截面形状为相互成左右对称的C形，2个所述第3预赋型体的横截面形状为平板形，在所述一体化工序中，所述C形的第1预赋型体和所述C形的第2预赋型体在相当于所述C形的垂直部的部位被一体化，同时所述平板形的2个第3预赋型体和2个所述角填料预赋型体被一体化，成型为I形的所述预成型体。
(10)一种预成型体的制造装置，其中，所述预成型体由第1增强纤维基材和至少一个第2增强纤维基材构成，所述第1增强纤维基材在横截面中具有垂直部和从该垂直部经至少一个分支部向两侧延伸的至少1组凸缘部；所述第2增强纤维基材含有所述至少一个分支部，并与所述第1增强纤维基材一体化；其中，
(a)所述第1增强纤维基材由第1原料基材和第2原料基材形成；
(b)所述第1原料基材由带状的第1层合体构成，所述带状的第1层合体由层合的多张增强纤维布帛和配置在层间部的粘合树脂材料构成；
(c)所述第2原料基材由带状的第2层合体构成，所述带状的第2层合体由层合的多张增强纤维布帛和配置在层间部的粘合树脂材料构成；
(d)所述第2增强纤维基材由至少一个第3原料基材构成；
(e)具有下述装置：供给所述第1层合体的第1供给装置；供给所述第2层合体的第2供给装置；和供给所述至少一个第3原料基材的至少一个第3供给装置；
(f)在所述第1供给装置的下游侧具有第1部分形状形成装置，所述第1部分形状形成装置将所述第1层合体加热及/或加压进行成型，保持其成型状态，由此制造第1预赋型体；
(g)在所述第2供给装置的下游侧具有第2部分形状形成装置，所述第2部分形状形成装置将所述第2层合体加热及/或加压进行成型，保持其成型状态，由此制造第2预赋型体；
(h)在所述第1及第2部分形状形成装置、以及所述至少一个第3供给装置的下游侧具有一体化装置，所述一体化装置是合并所述第1及第2部分形状形成装置中制造的所述第1及第2预赋型体以形成所述预成型体中的所述分支部，且使所述至少一个第3原料基材位于形成的所述分支部，在该状态下，将其加热及/或加压进行一体化，保持该一体化状态，由此形成所述预成型体；
(i)在所述一体化装置的下游侧具有间歇地搬送在所述一体化装置中形成的所述预成型体的搬送装置；
(j)在停止搬送所述搬送装置中的所述预成型体时，进行在所述第1及第2部分形状形成装置中的所述第1及第2预赋型体的制造和在所述一体化装置中的所述预成型体的形成。
(11)一种预成型体的制造装置，其中，在所述一体化装置的下游侧、所述搬送装置的上游侧设置有修整所述一体化装置中形成的预成型体的不要部分的修整装置。
(12)一种预成型体的制造装置，其中，设置至少一个角填料供给装置，所述至少一个角填料供给装置相应于所述搬送装置的所述预成型体的间歇搬送，将由增强纤维束构成的至少一个角填料供给至沿着所述一体化装置中形成的所述至少一个分支部的外表面形成的至少一个凹部。
(13)一种预成型体的制造装置，其中，形成所述角填料的增强纤维束为含有粘合树脂材料的增强纤维束，在所述至少一个角填料供给装置和所述一体化装置之间，设置有至少一个角填料部分形状形成装置，被制造的角填料预赋型体被供给于所述一体化装置，所述角填料部分形状形成装置将含有所述粘合树脂材料的增强纤维束加热及/或加压进行成型，保持该成型状态，由此制造至少一个角填料预赋型体。
(14)一种预成型体的制造装置，其中，所述至少一个第3原料基材由至少一个带状第3层合体构成，所述至少一个带状第3层合体由层合的多张增强纤维布帛和配置在层间部的粘合树脂材料构成，在所述至少一个第3供给装置和所述一体化装置之间设置有至少一个第3部分形状形成装置，被制造的至少一个第3预赋型体被供给于所述一体化装置，所述第3部分形状形成装置将所述至少一个第3层合体加热及/或加压进行成型，保持该成型状态，制造至少一个第3预赋型体。
(15)一种预成型体的制造装置，其中，所述第1预赋型体和所述第2预赋型体的横截面形状为相互成左右对称的L形，所述第3预赋型体的一个横截面形状为平板形，在所述一体化装置中，所述L形的第1预赋型体和所述L形的第2预赋型体在相当于所述L形的垂直部的部位被一体化，同时所述平板形的第3预赋型体和一个所述角填料预赋型体被一体化，成型为T形的所述预成型体。
(16)一种预成型体的制造装置，其中，所述第1预赋型体和所述第2预赋型体的横截面形状为相互左右对称的C形，2个所述第3预赋型体的横截面形状为平板形，在所述一体化装置中，所述C形的第1预赋型体和所述C形的第2预赋型体在相当于所述C形的垂直部的部位被一体化，同时所述平板形的2个第3预赋型体和2个所述角填料预赋型体被一体化，成型为I形的所述预成型体。
(17)一种预成型体的制造装置，其中，所述第1部分形状形成装置、所述第2部分形状形成装置及所述第3部分形状形成装置具有如下构成，
(a)构成为1个部分形状成型模，该部分形状成型模由以下部分构成：固定在底盘上的中央模；间隔地位于该中央模上方的上模、及间隔地位于所述中央模下方的下模；
(b)所述上模和所述中央模具有第1成型面和第2成型面，所述第1成型面收容所述第1层合体，将其进行加热及/或加压，所述第2成型面收容所述第2层合体，将其进行加热及/或加压；
(c)所述下模和所述中央模具有第3成型面，所述第3成型面收容所述第3层合体，将其进行加热及/或加压；
(d)在所述上模上安装使所述上模相对于所述中央模移动的第1驱动器，在所述下模上安装使所述下模相对于所述中央模移动的第2驱动器；
(e)在所述中央模的中央部设置有所述角填料预赋型体通过的孔。
(18)一种预成型体的制造装置，其中，所述至少一个角填料部分形状形成装置具有如下构成，
(a)由1个角填料成型模构成，该角填料成型模由下述部分构成：固定在底盘上的平模；被固定在该平模上面、处于各自位置的右上模和左上模；
(b)所述右上模在左侧下端部具有左侧弯曲面，所述左上模在右侧下端部具有右侧弯曲面，所述右上模和所述左上模以所述左侧弯曲面和所述右侧弯曲面相对的状态相互连接；
(c)由所述平模的上表面、所述左侧弯曲面及所述右侧弯曲面包围的部分形成所述增强纤维束通过的孔，所述增强纤维束形成从所述至少一个角填料供给装置被供给的角填料；
(d)该孔以其横截面积在所述增强纤维束的行进方向慢慢缩小的方式被形成。
(19)一种预成型体的制造装置，其中，所述一体化装置由一个一体化模构成，该一体化模具有如下构成：
(a)由下述部分构成：固定在底盘上的左上模；间隔地位于该左上模的右侧的右上模；及间隔地位于所述左上模和所述右上模的下面的下模；
(b)所述左上模和所述右上模分别具有收容所述第1预赋型体和所述第2预赋型体、将它们进行加热及/或加压的所述左上模的第1成型面和所述右上模的第2成型面；
(c)所述左上模和所述下模分别具有收容所述第1预赋型体和所述第3预赋型体、将它们进行加热及/或加压的所述左上模中的第3成型面和所述下模中的第4成型面；
(d)所述右上模和所述下模分别具有收容所述第2预赋型体和所述第3预赋型体、将它们进行加热及/或加压的所述右上模中的第5成型面和所述下模中的第6成型面；
(e)在所述右上模上安装使所述右上模相对于所述左上模移动的第1驱动器，在所述下模上安装使所述下模相对于所述左上模和所述右上模移动的第2驱动器。
根据本发明的预成型体的制造方法或制造装置，将形成目标预成型体的横截面形状中具有分支部的增强纤维基材的原料基材向长度方向间歇地搬送，停止搬送时，对所述原料基材实施加热及/或加压的加工，暂时形成预赋型体，然后，将形成的预赋型体和形成目标预成型体的其他部分的增强纤维基材的原料基材进行一体化，由此连续地制造横截面形状中具有分支部的预成型体。
因此，根据本发明，可以避免将形成目标预成型体的增强纤维基材的多个原料基材简单地经一个阶段的加热及/或加压进行一体化时发生的下述情况，即增强纤维的平直度降低，密度不均匀化，特别是原料基材的弯曲部产生的伴随原料基材的内外周长差而发生褶皱，从而可以制造高品质的预成型体。
附图说明
[图1]图1是本发明的预成型体的制造装置之一例的斜视简图。
[图2]图2是利用图1的制造装置制造的T形预成型体之一例的斜视图。
[图3]图3是用于图1的制造装置的角填料部分形状成型装置的角填料成型模之一例的主视简图。
[图4]图4是用于图1的制造装置的第1、2及3部分形状形成装置的部分形状成型模之一例的主视简图。
[图5]图5是用于图1的制造装置的一体化装置的一体化成型模之一例的主视简图。
[图6]图6是用于图1的制造装置的修整装置的预成型体把持模(preform gripping die)之一例的主视简图。
[图7]图7是说明现有的预成型体的制造装置中预成型体成型时发生的纤维基材的形状变化的预成型体的横截面模式图。
[图8]图8是由本发明的预成型体的制造方法制造的预成型体中的7种预成型体的横截面形状的简图。
[图9]图9是本发明的预成型体的制造装置的其他例的斜视简图。
[图10]图10是利用图9的制造装置制造的I形(H形)预成型体之一例的斜视图。
[图11]图11是用于图9的制造装置的C形预备赋型装置之一例的主视简图。
符号说明
B1：分支部
C1：一体化装置
Ca1：搬送装置
Cf1：角填料
CfB1：角填料的原料基材
CfP4：角填料部分形状形成装置
CfPf4：角填料预赋型体
F1、F1a、F1b：凸缘部
FL1：第1供给装置
FL2：第2供给装置
FB1：第1增强纤维基材
FB2：第2增强纤维基材
FCfB1：角填料供给装置
FOB3：第3供给装置
L1：第1层合体
L2：第2层合体
L3：第3层合体
OB1：第1原料基材
OB2：第2原料基材
OB3：第3原料基材
P1：第1部分形状形成装置
P2：第2部分形状形成装置
P3：第3部分形状成型装置
PF1、PF1a、PF1b、PF2：预成型体
Pf1：第1预赋型体
Pf2：第2预赋型体
Pf3：第3预赋型体
T1：修整装置
W1：垂直部
6a、6b：预赋型体
7d、7e、7f、7g：预赋型体
8a：预成型体
9a：预成型体
10a：材料供给装置
20：角填料成型模
20a：填料赋型装置
30：部分形状成型模
30a：部分形状成型装置
40：一体化成型模
40a：一体化装置
50：预成型体把持模
50a：修整装置
60a：牵拉装置
具体实施方式
下面，参见附图说明本发明的预成型体的制造方法及制造装置的实施方案。
由图1的制造装置(工序)最终制造的预成型体PF1具有T形的横截面形状。其详细斜视图示于图2。
图2中，预成型体PF1由第1增强纤维基材FB1和第2增强纤维基材FB2构成，所述第1增强纤维基材FB1在横截面中具有垂直部W1和从垂直部W1经分支部B1向两侧延伸的凸缘部F1a、F1b，所述第2增强纤维基材FB2含有分支部B1，并通过该分支部B1与第1增强纤维基材FB1一体化。沿着分支部B1的外表面形成的凹部在预成型体PF1的长度方向被第2增强纤维基材FB2封闭，在预成型体PF1的长度方向上形成空隙。该空隙中填充有角填料Cf1。
预成型体PF1的凸缘部F1由凸缘部F1a、F1b和第2增强纤维基材FB2形成。垂直部W1位于与位于水平的凸缘部F1、即位于水平方向的凸缘部F1a、F1b及第2增强纤维基材FB2垂直的方向上。
图1中，第1增强纤维基材FB1由第1原料基材OB1和第2原料基材OB2形成。第1原料基材OB1由带状的第1层合体L1构成，所述第1层合体由层合的多张增强纤维布帛和配置在层间部的粘合树脂材料构成。第2原料基材OB2由带状的第2层合体L2构成，所述第2层合体由层合的多张增强纤维布帛和配置在层间部的粘合树脂材料构成。第2增强纤维基材FB2由第3原料基材OB3构成。
图1中，本发明的预成型体的制造装置(工序)具有供给第1层合体L1的第1供给装置(工序)FL1、和供给第2层合体L2的第2供给装置(工序)FL2、和供给第3原料基材OB3的第3供给装置(工序)FOB3。
在第1供给装置(工序)FL1的下游侧具有第1部分形状形成装置(工序)P1，所述第1部分形状形成装置(工序)P1是将第1层合体L1加热及/或加压进行成型，保持该成型状态，由此制造第1预赋型体Pf1。在第2供给装置(工序)FL2的下游侧具有第2部分形状形成装置(工序)P2，所述第2部分形状形成装置(工序)P2是将第2层合体L2加热及/或加压进行成型，保持该成型状态，由此制造第2预赋型体Pf2。
在第1及第2部分形状形成装置(工序)P1、P2、以及第3供给装置(工序)FOB3的下游侧具有一体化装置(工序)C1，该一体化装置(工序)C1合并第1及第2部分形状形成装置(工序)P1、P2中制造的第1及第2预赋型体Pf1、Pf2，形成预成型体PF1中的分支部B1，并且使其结合第3原料基材OB3，使第3原料基材OB3位于形成的分支部B1，然后，在该状态下，将其加热及/或加压进行一体化，保持该一体化状态，由此形成预成型体PF1a。
在一体化装置(工序)C1的下游侧具有搬送装置(工序)Ca1，间歇地搬送在一体化装置(工序)C1中形成的预成型体PF1。
在停止搬送搬送装置(工序)Ca1中的预成型体PF1时，在第1及第2部分形状形成装置(工序)P1、P2中制造第1及第2预赋型体Pf1、Pf2，在一体化工序C1中形成预成型体PF1。
由图1的制造装置(工序)制造的图2所示的T形预成型体PF1实际上由横截面形状相互成左右对称的L形基材Lf1、Lf2、平板形的第2增强纤维基材FB2及角填料Cf1形成。左右对称的L形基材Lf1、Lf2在它们的垂直部被相互一体化，进而在它们的凸缘部，分别与平板形的第2增强纤维基材FB2一体化，在预成型体PF1的分支部B1填充有角填料Cf1。
进而，在该方案中，形成平板形的第2增强纤维基材FB2的第3原料基材OB3与第1原料基材OB1及第2原料基材OB2相同地由带状的第3层合体L3形成，所述带状的第3层合体L3由层合的多张增强纤维布帛和配置在层间部的粘合树脂材料构成。
另外，在该方案中，形成角填料Cf1的增强纤维束由含有粘合树脂材料的增强纤维束构成。
为了制造该方案的预成型体PF1，图1所示的制造装置(工序)在第3供给装置(工序)FOB3和一体化装置(工序)C1之间具有第3部分形状形成装置(工序)P3，所述第3部分形状形成装置(工序)P3将第3层合体L3加热及/或加压进行成型，保持该成型状态，由此制造第3预赋型体Pf3。
图1所示的制造装置(工序)在供给含有粘合树脂材料的增强纤维束(角填料的原料基材)CfB1的角填料供给装置(工序)FCfB1和一体化装置(工序)C1之间具有角填料部分形状形成装置(工序)CfP4，所述角填料部分形状形成装置(工序)CfP4将含有粘合树脂材料的增强纤维束(角填料的原料基材)CfB1加热及/或加压进行成型，保持该成型状态，由此制造角填料预赋型体CfPf4。
图1所示的制造装置(工序)在一体化装置(工序)C1和搬送装置(工序)Ca1之间具有将一体化装置(工序)C1中制造的预成型体PF1a的不要部分进行修整除去的修整装置(工序)T1。
第1供给装置FL1是引出卷缠成辊状并安装在支架上的第1原料基材OB1(第1层合体L1)，并供给于第1部分形状形成装置P1的装置，可以使用连续地或间歇地供给带(tape)时通常所用的带供给装置(tape supplyunit)。第2供给装置FL2、第3供给装置FOB3及角填料供给装置FCfB1也可以使用相同的带供给装置。
图3表示制造角填料预赋型体CfPf4的角填料部分形状形成装置CfP4之一例。图3中，角填料部分形状形成装置CfP4由一个角填料成型模20构成。角填料成型模20由固定在底盘上的平模22、和分别固定于平模22的上表面的右上模21a和左上模21b构成。右上模21a在左侧下端部具有左侧弯曲面21ac，左上模21b在右侧下端部具有右侧弯曲面21bc。右上模21a和左上模21b以左侧弯曲面21ac和右侧弯曲面21bc相对的状态彼此连接。
由平模22的上表面、左侧弯曲面21ac及右侧弯曲面21bc包围的部分形成孔23，该孔23可通过由角填料供给装置FCfB1供给的形成角填料Cf1的角填料的原料基材(增强纤维束)CfB1。孔23的横截面积向增强纤维束CfB1的行进方向慢慢缩小。供给到孔23的增强纤维束CfB1在孔23的内部成型为适合填充到分支部B1的所希望的横截面形状，成为角填料预赋型体CfPf4。为了易于形成角填料预赋型体CfPf4，根据需要加热角填料成型模20。可以通过供给于模内的加热流体或电热手段来进行加热。
在该方案中，第1部分形状形成装置P1、第1部分形状形成装置P2及第3部分形状形成装置P3集合形成一个一体化的部分形状成型模。图4表示部分形状成型模之一例。
图4中，部分形状成型模30由固定在底盘上的中央模31、间隔地位于中央模31的上方的上模32及间隔地位于中央模31的下方的下模33构成。上模32和中央模31分别具有收容第1层合体L1、将其加热及/或加压的第1成型面32L1；和收容第2层合体L2、将其加热及/或加压的第2成型面32L2。下模33和中央模31分别具有收容第3层合体L3、将其加热及/或加压的第3成型面33L3。
使上模32向中央模31移动的第1驱动器34a安装在上模32上，使上模32相对于中央模31自由离合。使下模33向中央模31移动的第2驱动器34b安装在下模33上，使下模33相对于中央模31自由离合。通过该结构，进行形成部分形状时的加压及加压的保持、搬送预成型体及增强纤维基材时模的开放。进而，在中央模31的中央部设置有角填料预赋型体CfPf4通过的孔35。为了使角填料预赋型体CfPf4通过，孔35的外周形状比该角填料预赋型体CfPf4的外周形状大。
中央模31、上模32及下模33中设置有图中未显示的加热装置。通过将位于模内的第1层合体L1、第2层合体L2及第3层合体L3进行加热及加压，进行部分形状的赋型，以及软化或熔融配置在层合体的层间的粘合树脂材料而粘合层间，由此固定形状，形成部分形状，即形成预赋型体。
中央模31的形状是在其上表面具有2个L形的凹部(第1成型面32L1、及第2成型面32L2)，下表面形成平面。上模32上具有2个L形的凸部(第1成型面32L1及第2成型面32L2)，在与中央模31的2个L形的凹部的间隙处形成作为T形剖面形状的构成部分的L形部分Lf1、Lf2的截面形状。下模33的上表面为平面，在与中央模31的下表面的间隙处形成作为T形截面形状的构成部分的平板部分的截面形状。
图5表示一体化装置C1之一例。图5中，一体化装置C1由1个一体化的一体化成型模40构成。一体化成型模40由固定在底盘的左上模41b、间隔地位于左上模41b的右侧的右上模41a、及间隔地位于左上模41b和右上模41a的下面的下模42构成。
右上模41a和左上模41b分别具有收容第1预赋型体Pf1和第2预赋型体Pf2、并将它们加热及/或加压的右上模41a中的第1成型面41a1f和右上模41b中的第2成型面41b1f。
右上模41a和下模42分别具有收容第1预赋型体Pf1和第3预赋型体Pf3、并将它们加热及/或加压的右上模41a中的第3成型面41a2f和下模42中的第4成型面42af。
左上模41b和下模42分别具有收容第2预赋型体Pf2和第3预赋型体Pf3、并将它们加热及/或加压的左上模41b中的第5成型面41b2f和下模42中的第6成型面42bf。
使右上模41a向左上模41b移动的第1驱动器43a安装在右上模41a上，使下模42向右上模41a和左上模41b移动的第2驱动器43b安装在下模42上。
通过该模的结构，驱动器43a、43b能使右上模41a及下模42相对于左上模41b自由离合。由此，进行一体化时的加压及加压的保持、搬送预成型体及增强纤维基材时模的开放。
右上模41a、左上模41b及下模42上设置有图中未显示的加热装置。将位于模内的第1预赋型体Pf1、第2预赋型体Pf2及第3预赋型体Pf3加热及加压，软化或熔融具有各部分形状的各预赋型体表面的粘合树脂材料，从而粘合层间，由此固定预赋型体的形状，同时通过各预赋型体的一体化，成型具有T形横截面形状的预成型体PF1a。
图6表示修整装置T1之一例。图6中，修整装置T1由预成型体把持模50构成。图6中，预成型体把持模50由2个中央模51a、51b及下模52构成。预成型体把持模50还具有修整机构53a、53b及53c，所述修整机构53a、53b及53c切除一体化装置C1中成型的预成型体PF1a对最终产品的预成型体PF1而言无需的部分。
中央模51a固定在图上未显示的不动底座(stationary base)上，中央模51b及下模52被分别连接在驱动器54a、54b上，并能挤压在中央模51b上或离开中央模51b。通过该操作，可以把持在一体化装置C1中刚成型的T形预成型体PF1a。
中央模51a上设置有一个修整机构53a，下模52上设置有2个修整机构53b、53c，各修整机构上具备转刀刀片(rotary cutter blade)55a、55b、55c。上述修整机构通过图上未显示的驱动器能向相对的模的方向、和预成型体的长度方向驱动。在与对应的转刀刀片相挤压的模的一侧设置树脂制剪切毡(cutting mat)56a、56b、56c，确实地使切断的增强纤维与转刀刀片挤压。
图中未显示搬送装置(牵拉装置)Ca1的具体情况，但与一体化装置C1相同，由多个模和驱动该模的驱动器构成，并形成下述构造：能把持从修整装置T1供给的T形预成型体PF1b，进而通过驱动器AC1，能使把持预成型体PF1b的机构整体在预成型体PF1的长度方向往复移动。
组装到角填料成型模20、部分形状形成模30、一体化成型模40中的各模中形成图上未显示的热介质的流路，通过在流路内流动进行温度调节的热介质，能将模温度调节至目标温度，能接触加热位于模内的被加工物。
下面，说明使用图1所示本发明的预成型体的制造装置的图2所示的T形预成型体PF1的制造方法。由图2所示，T形预成型体PF1由左右对称的L形基材Lf1、Lf2、平板形基材FB2及角填料Cf1形成。
首先，将形成二个L形基材之一的L形基材Lf1的带状的第1层合体L1的辊(第1原料基材)OB1安装在第1供给装置FL1上。另外，将形成另一个L形的基材Lf2的带状的第2层合体L2的辊(第2原料基材)OB2安装在第2供给装置FL2上。进而，将形成平板形的基材FB2的带状的第3层合体L3的辊(第3原料基材)OB3安装在第3供给装置FOB3上。进一步，将形成角填料Cf1的含浸有粘合树脂的增强纤维束的辊(角填料的原料基材)CfB1安装在角填料供给装置FCfB1上。由此，完成各原料基材的准备。
接下来，从上述辊引出层合体L1、L2、L3及增强纤维束CfB1，使其通过预成型体的制造装置的全长，成为初期状态。完成初期状态的准备后，开始运转装置。
在搬送装置Ca1中，交替实施下述操作：把持位于该搬送装置Ca1中的层合体L1、L2、L3及增强纤维束CfB1，向制造装置的下游侧(图1中为右侧)牵拉上述层合体和增强纤维束的搬送操作；停止搬送时，利用部分形状成型模30(参见图4)及一体化成型模40(参见图5)进行的各原料基材的加工操作，以及由修整装置中的预成型体把持模50(参照图6)进行的预成型体的加工操作。
通过上述操作，具有T形横截面形状的预成型体PF1在移向下游过程中慢慢成型，从所有材料通过装置全长的时刻开始制造恒常状态的预成型体。
从上游侧依次说明材料加工的流程。从角填料辊引出的增强纤维束CfB1在最下游的搬送装置Ca1的牵拉力的作用下，通过角填料成型模20(参见图3)的形成了目标角填料的横截面形状的孔23。右上模21a、左上模21b及平模22通过在各模内部流动的热介质被加热。
孔23的入口侧宽，内部形成为能填充T形分支部的目标角填料的横截面形状。由此，膨松的增强纤维束CfB1在通过孔23的过程中被加压及加热，包含在内部的热塑性树脂材料发生软化而变形，由此增强纤维束CfB1被加工成目标角填料的横截面形状。被加工的增强纤维束CfB1从角填料成型模(赋型装置)20取出，在室温下放冷，保持被加工的形状并被固定，成为角填料预赋型体CfPf4。
由此，通过预先将角填料的形状整理成假定最终横截面的形状，在后面用一体化装置C1将其与其他预赋型体结合时，能确实地将角填料收容在目标位置，而不溢出到角之外的平坦部，并且不会产生位置偏离而导致填料的密度不均。
另一方面，由各辊引出的层合体L1、L2及L3被导入部分形状成型模30(参见图4)。此处，中央模31、上模32、下模33分别被在内部流动的热介质加热。在各模打开的状态下，通过驱动器34a、34b驱动上模32、下模33，通过关闭各模，将位于各模中的层合体L1、L2及L3在各模之间冲压。
同时，各层合体受到从模供给的热而被加热，在该状态下保持一定时间。进行该加压及加热，并保持在该状态下，由此层合体L1、L2、L3不仅仅变形为沿着各个模形状的形状，还能提高各层合体中的纤维体积含有率。由此也能获得与目标预成型体的T形横截面形状的部分形状、即L形部分及平板形部分相同的纤维体积含有率、或以此为基准的纤维体积含有率。
由于层合体的层间部含有热塑性树脂材料，所以通过该树脂软化变形，能够粘合构成层合体的增强纤维布帛的各层间，并保持被冲压的形态。
将成型体在成型模30中保持一定时间后，由驱动器34a、34b驱动上模32、下模33，打开模。然后，再次通过搬送装置Ca1，将加工的层合体搬送至下游，放冷，通过固化内部的热塑性树脂，保持形成的形状。层合体L1、L2及L3形成具有目标T形横截面形状的部分形状即L形形状的预赋型体Pf1、Pf2和平板形状的预赋型体Pf3。
为了在后续的一体化工序中使各预赋型体之间良好地结合，而与层间相同，使粘合树脂材料(热塑性树脂)也附着在层合体的一体化侧表面上，在该情况下，当冲压后打开模将预赋型体从成型模中搬出时，有时在树脂的粘合作用下，发生预赋型体粘贴在中央模31上的现象。为了避免该现象，可以预先在至少中央模31的表面上涂敷剥离剂、例如聚四氟乙烯(特氟隆(注册商标))。
进而，在预赋型体和中央模31的间隙设置鼓吹空气的喷嘴，向预赋型体和中央模31之间流入高速的喷流，使其容易剥离，具有减少施加在预赋型体上的损伤，加快冷却，确实地维持冲压形态的效果，是较有效的。
除此之外，有下述方法，即在使广泛用于树脂等的成型领域的脱模片材(脱模纸)间隔存在于层合体和成型模之间的状态下，成型层合体，将经成型的层合体从成型模中搬出后，除去脱模片材。
图4所示的部分形状成型模30形成为下述结构：在中央模31的上面有2个L形的预赋型体，在中央模31的下面有一个平板形预赋型体，上述3个预赋型体能够仅通过垂直方向的一次冲压操作进行加工。由此，可以简化成型模的构成，降低设备费，除此之外，还能将模的总表面积控制在最小限。因此，能提高调节模温度的热介质的热效率。
进而，如图4所示的部分形状成型模30中，在中央模31的中央设置孔35。经角填料部分形状形成装置CfP4成型的角填料的预赋型体CfPf4通过孔35，到达一体化装置C1。部分成型模30中设置有角填料的预赋型体CfPf4通过的孔35，由此可以使一次性预备赋型、成为刚性的角填料预赋型体CfPf4供给到一体化装置C1，而不发生过度弯曲。
由此，可以在最终形成T形的预成型体时确保角填料预赋型体CfPf4的平直度。另外，如上所述，通过将角填料预赋型体CfPf4的通路设置在成型模内，可以尽可能减小进行2个L形的加工的部分的间隔。因此，将完成的L形预赋型体Pf1、Pf2搬送至一体化装置C1的过程中，能将上述赋型体受到弯曲作用的程度控制在最小限。结果，在制造工序中，可以抑制预赋型体Pf1、Pf2受到损伤。
接下来，将成型的预赋型体Pf1、Pf2、Pf3、CfPf4向下游搬送，在该过程中，聚集该预备成型体，形成T形截面。在该方案中，作为L形部分的预赋型体Pf1、Pf2相对长轴方向分别向相反方向扭转45°，同时弯曲以改变行进方向。最终，2个L形预赋型体Pf1、Pf2在垂直部背靠背，在水平部重合平板形的预赋型体Pf3，然后在中央的分支部的空隙配置角填料预赋型体CfPf4，在该状态下，导入一体化装置C1中。
此时，一体化装置中的一体化成型模40(参见图5)的右上模41a、左上模41b、下模42分别处于打开的状态。对应于由各模打开而形成的T形截面形状的垂直及水平的间隙不开得过大，为重合的预赋型体的总厚度的1.2～1.5倍左右即可。原因在于导入的预赋型体按照其形状收容在适当的位置，并能在导入预赋型体时减少其与模磨擦而受到损伤。
与该方案不同，用一体化工序合并预赋型体和其他增强纤维基材时，模的间隙也优选为位于间隙的基材的总厚度的1.1～1.5倍左右。原因在于能防止导入间隙的基材相对于模的位置偏离。另外，基材蓬松时，为了防止导入模的间隙时卡在模上，可以预先在模的入口设置锥形部或较大的弯曲部。
被导入一体化成型模40中的预赋型体首先通过驱动器43a驱动中央模41a，冲压T形的垂直部，然后，通过驱动器43b，驱动下模42，冲压T形的凸缘部。由于上述模被流向内部的热介质加热，所以预赋型体被冲压的同时被加热，在受到该加压及加热的状态下保持一定时间。
进行该加压及加热，通过保持在该状态下，附着在各预赋型体表面的热塑性树脂软化，发挥粘合功能，使预赋型体之间一体化，同时预赋型体被压缩，提高纤维体积含有率，达到与具有目标的T形横截面形状的成型体相同程度的纤维体积含有率。
保持该状态一定时间后，通过驱动器43a、43b驱动中央模41a、下模42，打开模。然后，再次通过搬送装置Ca1，将被加工的预赋型体搬向下游，从模中取出后放冷，内部的热塑性树脂发生固化而保持形状，形成预成型体PF1a。
然后，将一体化装置C1中成型的预成型体PF1a进一步搬送至下游，导入修整装置T1。修整装置T1中的预成型体把持模50中，首先通过驱动器54a驱动中央模51a，把持T形的垂直部，然后通过驱动器54b驱动下模52，把持T形的凸缘部。接下来，运转修整机构53a、53b、53c，图中未显示的驱动器边使转刀刀片55a、55b、55c接触预成型体PF1a的各端部，边使其向预成型体PF1a的长度方向移动，切断预成型体PF1a的各端部。
然后，转刀刀片55a、55b、55c离开预成型体PF1a，回到原来的位置，用驱动器54a、54b驱动中央模51a、下模52，打开模。然后，再次通过搬送装置Ca1，将修整处理后的预成型体PF1b搬向下游。
最后，将修整处理后的预成型体PF1b进一步搬送至下游，用内藏在搬送装置Ca1中的预成型体把持机构把持。通过驱动器AC1，搬送装置Ca1的预成型体把持机构把持预成型体PF1b，以该状态向下游侧移动。此处，解除预成型体PF1b的把持，再次通过驱动器AC1的运作，预成型体把持机构向上游侧移动，预成型体PF1b留在下游侧，成为完成的预成型体PF1。通过反复进行该操作，将完成的预成型体PF1依次搬送至下游侧。通过以上一系列的制造工序，只要原料基材不切断，就能不间断地连续制造具有T形横截面形状的预成型体PF1。
图9表示与图1所示的本发明的预成型体的制造装置不同的本发明的预成型体的制造装置的斜视图。图1所示的方案是制造具有T形横截面形状的预成型体的装置，而图9所示的方案是制造具有I形横截面形状的预成型体的装置。
图9中，具有I形横截面形状的预成型体的制造装置由从上游侧向下游侧配置的、材料供给装置10a、填料赋型装置20a、部分形状形成装置30a、一体化装置40a、修整装置50a及牵拉装置60a构成。
图10表示具有I形横截面形状的预成型体之一例的斜视图。图10中，预成型体PF2由加工增强纤维布帛的层合体形成的2个C形部分70a、70b和1个平板形部分2a、2b及填埋弯曲部外周侧的空隙的角填料3a、3b构成。与图2所示的T形的情况相同，图10中的预成型体PF2的垂直部分(perpendicular part)称为垂直部，水平部分称为凸缘部。
材料供给装置10a中准备作为用于形成2个C形部分70a、70b和2个平板部分2a、2b的各层合体的供给源的4个层合体辊11d、11e、11f、11g；和作为用于形成2个角填料3a、3b的各增强纤维束的供给源的填料材辊12a、12b。
填料赋型装置20a中的赋型模中设置有2个孔，该2个孔对应于填充在目标I形横截面形状的最终成型体的2个分支部中的角填料的横截面形状。优选如下配置上述2个孔：使其轴心与位于下游的一体化装置40a中的角填料的轴心一致。
部分形状形成装置30a由下述4个赋型装置构成：相对且模的间隙的截面形成C形的2个C形赋型装置71a、71b；和相对且模的间隙的截面形成直线的2个平板赋型装置72a、72b。
C形赋型装置71a、71b具有相同的形状。图11表示其中一个C形赋型装置71a的横截面图。图11中，被中央模712和2个侧面模713a、713b以间隔C形的薄板714的方式包围的内模711被配置在C形内部。内模711固定在图上未显示的不动底座上。中央模712和侧面模713a、713b分别连接在驱动器715、716a、716b上。由此，中央模712和侧面模713a、713b相对于内模711自由离合，从而对收容在模中的层合体加压和解除加压。
内藏在一体化装置40a中的成型模形成相对模的间隙的截面为I形的结构。
构成填料赋型装置20a、部分形状形成装置30a及一体化装置40a的各模具有与图1所示方案相同的、在内部进行温度调节的热介质循环的构造。由此，调节模的温度至成型所需的温度。另外，部分形状形成装置30a和一体化装置40a的各模通过图上未显示的驱动器，使各模之间自由离合，并能将导入模的材料进行加热及/或加压。
与图1所示的方案相同，修整装置50a具有将成型的预成型体的横截面形状的端部进行修整的修整机构。
牵拉装置60a具有把持I形预成型体的预成型体把持机构。进而，牵拉装置60a具有使预成型体把持机构整体在预成型体的长度方向往复移动的驱动器61a。
使用图9所示的预成型体的制造装置，制造图10所示的I形的预成型体时，首先，在材料供给装置10a中准备4个层合体辊11d、11e、11f、11g和2个角填料材辊12a、12b。需要说明的是，上述材料与图1所示的方案的情况相同。
下面从上游侧向下游侧说明材料加工的流程。首先，将来自填料材辊12a、12b的增强纤维束5a、5b通过填料赋型装置20a的具有角填料的横截面形状的孔，此时，经加热及加压加工，得到具有目标角填料的横截面形状的预赋型体6a、6b。
来自层合体辊11d、11e、11f、11g的层合体4d、4e、4f、4g被导入部分形状形成装置30a。此处，层合体4d、4e被平板赋型装置72a、72b加热及加压，保持该状态，得到平板形状预赋型体7d、7e。层合体4f、4g被C形赋型装置71a、71b加热及加压，保持该状态，得到C形形状的预赋型体7f、7g。
如图11所示，在C形赋型装置中，通过驱动器715、716a、716b驱动中央模712和侧面模713a、713b，使层合体4f间隔薄板714被内模711冲压。此时，中央模712和侧面模713a、713b的驱动顺序是中央模712在先，侧面模713a、713b在后。由此，可以防止由层合体4f弯曲时产生的内外周的周长差导致的褶皱。
通过存在薄板714，防止层合体4f被压入中央模712和侧面模713a、713b之间。薄板714的材质和厚度只要是能固定在模上，不妨碍对层合体4f施加均匀的冲压压力的柔软的材料即可，没有特别限定。但是，考虑到耐久性和剥离性，作为薄板714，优选使用0.07～0.15mm左右的厚度、涂布有氟树脂的钢板。
预赋型体6a、6b、7d、7e、7f、7g被搬送至后续的一体化装置40a中，并聚集形成I形截面的成型体。在该方案的该过程中，特别是作为C形部分的预赋型体7f、7g从C形赋型装置中出来的时刻，C形的开口方向朝上，但在到达一体化装置40a之前，必须将开口朝向横向，使其位于I形的侧面。于是，预赋型体7f、7g相对长轴方向分别向相反方向扭转90°，同时彼此靠近且弯曲以便改变行进方向。
另外，如上所述，使填料赋型装置20a的孔的轴心和一体化装置40a中的角填料的轴心一致时，角填料的预赋型体6a、6b能在该过程中不因弯曲而损伤，从而搬送至一体化装置40a。
最终，2个C形的预赋型体7f、7g在C形的中央部背靠背，在上下的水平部重合平板的预赋型体7d、7e，角部的空隙处配置有已经整理成角填料的形状的预赋型体6a、6b，在该状态下，被导入一体化装置40a中。
接下来，在一体化装置40a中，首先夹紧I形的垂直部，然后夹紧I形的凸缘部，保持加压及/或加热的状态，得到端部长度不同、但与目标的I形横截面形状一致的预成型体8a。
然后，与图1所示的方案的情况相同地将预成型体8a用修整装置50a切除不要的端部，得到整理为目标横截面形状的端部处理预成型体9a。端部处理预成型体9a经牵拉装置60a搬送至下游，从而不间歇地连续制造I形横截面形状的预成型体PF2。
由以上的实施方案制造的预成型体PF1、PF2在后续的纤维增强树脂的成型工序中，用作用于增强树脂的增强纤维材料。通常，预成型体被剪切为所希望的长度，向其中注入基质树脂，固化注入的树脂，从而制造纤维增强树脂(FRP)。
以上，使用图1及图9说明了2个实施方案，但本发明并不限定于上述方案。作为连续地制造增强纤维的平直度高、预成型体中的增强纤维的密度均匀、没有褶皱的预成型体的方法，重点在于在连续工序中具有部分形状形成工序和一体化工序。
增强纤维的层合体在部分形状形成工序中被加热及加压，保持该状态，使配置在层间的树脂和增强纤维布帛中所含的其他树脂成分与增强纤维本身一起在某种情况下被软化，流动，减少体积，由此形成预赋型体，使其具有等同于最终横截面的相应部分的最终部分形状重新在一体化工序中使预赋型体之间或预赋型体和其他增强纤维基材一体化，完成预成型体，这样的处理是本发明的重点。
更详细地说明该点。例如，在前面的实施方案中所示的T形预成型体的制造方法中，虽然预先将角填料实施预赋型体化，但层合3张增强纤维布帛得到的层合体不制成预赋型体，而用图5所示的一体化装置(一体化成型模40)进行一次性重合冲压时，在垂直部和凸缘部交叉的层合体的弯曲部发生由层合体内外周的周长差导致的褶皱。
通过图7所示的模式图来说明该褶皱的发生状况。图7中，首先，如状态S1所示，冲压前蓬松的3张层合体81a、81b、81c被配置在模间，并保持增强纤维布帛的平直度。然后，垂直部81W被冲压，成为状态S2。进而，凸缘部81F被冲压时，伴随层合体的压缩，弯曲部的外周侧的基材有余，成为状态S3。状态S3中产生褶皱Wr。
为了避免该褶皱发生，本发明的部分形状形成工序是重要的。特别是，由于形成横截面形状中的分支部，被弯曲的层合体的弯曲部易产生因内外周长差导致的褶皱。因此，为了尽量防止该褶皱发生，针对预成型体的横截面中形成分支部的部分基材，在与其他基材一体化形成预成型体之前，必须预先将该部分基材确实地成型为具有分支部的形状。
分支部是指垂直部和凸缘部交差的部分，在该部分，形成T字形截面、Y字形截面、或十字形截面。即，本发明在制造具有含有分支部的横截面形状的预成型体时发挥特有的效果。图8表示具有分支部的7种预成型体的例子。
图8中，预成型体PF3与图2所示的预成型体PF1相同，具有分支部B3。预成型体PF4与图10所示的预成型体PF2相同，具有分支部B4、B5。预成型体PF5的垂直部的上端具有向右方弯曲的形状，具有分支部B6。预成型体PF6为十字形，具有分支部B7。预成型体PF7具有T形和I形合成一体的形状，具有分支部B8、B9。预成型体PF8具有I形并列合成一体的形状，具有分支部B10、B11。预成型体PF9具有垂直部的上端向右方弯曲、其端部进一步向上方延伸的形状，具有分支部B12。
在部分形状形成工序中被加热及加压，通过将形成的形状保持在该状态下，由此压缩层合体，得到纤维体积含有率(Vpf)提高的预赋型体。此处的压缩程度优选压缩至接近于最终横截面形状、即接近于来自一体化工序的预成型体的纤维体积含有率(Vpf)，或与其相同的程度。通过以该程度压缩层合体，能尽量防止前面说明的一体化工序中发生的褶皱。
但是，从连续地制造预成型体的装置的处理能力的观点来看，决定装置的处理速度的是各工序中加热及加压来减少层合体的体积所需的保持时间。在部分形状形成工序中，需要较长保持时间使部分形状形成工序达到一体化工序结束时刻的纤维体积含有率(Vpf)，而在一体化工序中，仅需极短的保持时间完成预赋型体的贴合。因此，存在总处理能力依赖于部分形状形成工序的长保持时间之类效率较低的情况。在最终目标的纤维体积含有率(Vpf)的程度高、例如纤维体积含有率(Vpf)为40％以上时、或者在配置在层合体的层间的树脂量较多时等，上述情况成为显著的问题。
为了解决该问题，将部分形状形成工序中的纤维体积含有率(Vpf)抑制在相对低但对后续一体化工序不产生不良情况的一种程度，并在一体化工序中达到最终目标的纤维体积含有率(Vpf)是有效的。相对低但不产生该不良情况的一种程度的纤维体积含有率(Vpf)由满足下式的范围来表示。
0.95α/β0.6
较优选0.95α/β0.8
此处，α表示预赋型体的Vpf，β表示预成型体的Vpf。
即，将预赋型体的Vpf抑制在预成型体的Vpf的60％～95％左右，较优选抑制在80％～95％左右，在部分形状形成和一体化的2个工序中分担层合体的压缩工作，抑制处理时间的超出，从而能缩短制造装置的总处理时间。由此，能在一体化工序中将增强纤维发生褶皱或密度不均匀化之类不良情况抑制至最小限度。
测定纤维体积含有率(Vpf)时，首先，必须计测作为被测定体的增强纤维基材的原料基材、层合体或赋型体的厚度。可以在在被测定体的表面的垂直方向上对被测定体施加101.3kPa的压力的状态下计测厚度。作为赋予压力的方法，可以举出下述方法，用膜等片材覆盖被测定体，使内部为真空来赋予大气压的方法；在平板和压头(例如直径25mm的圆板)之间夹持被测定体，根据压头的面积，对其施加力的方法。本说明书中记载的厚度及关于纤维体积含有率(Vpf)基于真空方法。
实施本发明时，如上所说明的实施方案那样，无需将所有部分进行部分形状形成。例如，为T形横截面形状时，如同与平板形部结合的凸缘部那样的没有折弯部的部分基材等可以不经部分形状形成工序，而以层合体的状态在一体化工序中与进行了部分形状形成的L形部分一体化。即，可以将被认为其增强纤维的平直度或密度的均匀性等在形成预成型体时是重要的至少一个部分形成预赋型体，在一体化工序中，不仅仅预赋型体之间，而且与其他的未进行部分形状形成的增强纤维基材重合进行一体化。
作为与第1纤维强化基材一体化形成预成型体的第2增强纤维基材，除在上述实施方案中使用的多张增强纤维布帛通过在它们的层间部配置粘合树脂材料而层合的层合体之外，还包括不在它们的层间部配置粘合树脂材料而层合的层合体、1张增强纤维布帛单体、根据情况将增强纤维布帛卷成棒状或筒状的层合体。
配置在层合体的层间或根据情况配置在其表面的粘合树脂材料在上述实施方案中为热塑性树脂，作为热塑性树脂，例如可以举出聚烯烃树脂、苯乙烯类树脂、聚酰胺树脂、聚氨酯树脂。作为粘合树脂材料，也可以使用热固性树脂，例如可以举出环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂。但是，粘合树脂材料必须通过加热实现粘合功能。考虑到在常温环境下的操作性，粘合树脂材料优选玻璃化温度(Tg)为30～100℃左右的树脂。对于角填料材料的增强纤维束中所含的粘合树脂材料，也可以使用上述树脂。
作为粘合树脂材料的形态，可以举出纤维状、粒状、乳液状等。粘合树脂材料无需仅存在于层合的增强纤维布帛的层间，还可以无规则地分散在增强纤维布帛内。粘合树脂材料为纤维状时，可以整齐排列在增强纤维束中，或作为辅助丝插入织物的经丝及/或纬丝中，或穿过并插入多层增强纤维布帛的缝合丝。只要能通过加热及加压能粘合层间即可，粘合树脂材料的形态不限于此。
构成增强纤维布帛及角填料的增强纤维的种类没有特别限定。作为增强纤维，例如可以举出碳纤维、玻璃纤维、有机纤维(例如芳族聚酰胺纤维、聚对苯撑苯并二噁唑纤维、酚醛纤维、聚乙烯纤维、聚乙烯醇纤维)、金属纤维、或陶瓷纤维、上述纤维的组合。其中，由于碳纤维的比强度及比弹性模量优异，耐吸水性优异，所以在航空器或汽车的构造部件等要求高机械特性时，优选使用。
作为增强纤维布帛的形态，只要是增强纤维在至少单向排列的布帛状即可，没有特别限定。作为增强纤维布帛，可以举出织物、针织物、编织物、无纺布、用粘合剂或融合性无纺布、缝合丝等将单向集拢的增强纤维进行形态稳定化得到的单向性纤维片材、改变排列纤维的方向层合单向性片材得到的多轴片材等。特别是在成型运输机器(特别是航空器)的构造部件中使用预成型体时，要求高力学特性(特别是压缩强度)。根据该要求，单向性布帛、或将多张该布帛一体化得到的布帛能实现增强纤维的平直度、高纤维体积含有率(Vpf)，极优选。
如果如上述实施方案所述，使用层合体辊供给层合体，则打卷时能不限场所地保管长材料，所以优选。但是，使用增强纤维布帛的张数多、厚层合体时，卷曲时层合体发生弯曲，由内外周长差导致层间产生偏离。在预先在层间具有粘合点之类的层合体的情况下，层间发生剥离，有时不能保持所希望的层合体的状态。此时，优选预先将层合体不弯曲地收容在托盘等平坦的供给台上。另一方面，构成层合体的各增强纤维布帛是以单层卷曲到辊上的状态而得到时，也可以准备相当于层合张数的数量的单层卷曲的辊，在搬送至部分形状形成工序和一体化工序的过程前，重合各个增强纤维布帛，形成层合体。
作为将层合体或预赋型体加热及/或加压进行加工的方法，在上述实施方案中采用挤压加热的模之间的冲压方式。上述冲压方式能确实地设定温度及压力条件，除此之外还易于确保耐久性或操作的稳定性，故而优选。
作为用于各成型模的模，可以使用金属或树脂的刚体模，也可以使用由橡胶或弹性体之类软质材料构成的模。但是，由于从模的接触加热来加热收容在模内的材料，所以优选热传导及向增强纤维的热传递优异，也能期待高耐久性的金属制模。
作为模的加热方法，也可以采用放射热或气氛加热、吹鼓加热气体等。作为模的加压方法，也可以使用将模用膜状物进行覆盖或收容在袋状物中施加内压的方法等。根据材料的特性或预得到的预成型体的状态适当选择加热方法或加压方法。
加工层合体或预赋型体时的加热温度为超过配合在层间的粘合树脂材料的玻璃化温度(Tg)的温度，对于发挥粘合性能而优选。但是，温度过高时，虽然加工所需时间缩短，但粘合树脂材料的量较多时，增强纤维布帛的层间形成膜状的树脂层，可能在后续工序中的注入基质树脂时妨碍树脂流动。粘合树脂材料的玻璃化温度(Tg)为30～100℃时，加工时的加热温度优选从40～130℃左右的范围进行选择。
加压的压力如果过高，则层间的粘合树脂材料流动前，增强纤维在厚度方向变形，在层间对峙的增强纤维之间发生粘接，填埋层间的空间，有可能在后续工序中的注入基质树脂时妨碍层间的树脂流动。压力的下限为大气压左右，压力优选从0.1～1.0MPa的范围选择。
搬送装置(牵拉装置)可以为单独的装置，也可以使修整装置兼具该功能。搬送装置(牵拉装置)的功能有把持预成型体的功能和向长度方向搬送的两种功能，由于修整装置也具备第一种的把持功能，所以如果可以将该把持能力设定为足够，则能兼用修整和用于搬送(牵拉)的把持功能，然后赋予修整装置搬送功能，由此能省略搬送装置(牵拉装置)。
产业上的可利用性
根据本发明的预成型体的制造方法或制造装置，能将形成目标预塑形坯的横截面形状中具有分支部的增强纤维基材的原料基材向长度方向间歇地搬送，停止搬送时，对所述原料基材施加加热及/或加压的加工，暂时形成预赋型体，然后，将形成的预赋型体和形成目标预成型体的其他部分的增强纤维基材的原料基材进行一体化，由此连续地制造横截面形状中具有分支部的预成型体。本发明能解决用现有技术连续成型的预成型体中的增强纤维发生褶皱的问题，通过连续地制造来提供品质良好的例如可用于成型汽车、航空器的构造部件的预成型体。

Claims (19)

1、一种预成型体的制造方法，所述预成型体由第1增强纤维基材和至少一个第2增强纤维基材形成，所述第1增强纤维基材在横截面上具有垂直部和从所述垂直部经至少一个分支部向两侧延伸的至少一组凸缘部；所述第2增强纤维基材含有所述至少一个分支部，并与所述第1增强纤维基材一体化，其中，
(a)所述第1增强纤维基材由第1原料基材和第2原料基材形成；
(b)所述第1原料基材由带状的第1层合体构成，所述带状的第1层合体由层合的多张增强纤维布帛和配置在层间部的粘合树脂材料构成；
(c)所述第2原料基材由带状的第2层合体构成，所述带状的第2层合体由层合的多张增强纤维布帛和配置在层间部的粘合树脂材料构成；
(d)所述第2增强纤维基材由至少一个第3原料基材构成；
(e)包括下述工序：供给所述第1层合体的第1供给工序；供给所述第2层合体的第2供给工序；和供给所述至少一个第3原料基材的至少一个第3供给工序；
(f)在所述第1供给工序的下游侧具有第1部分形状形成工序，所述第1部分形状形成工序是将所述第1层合体加热及/或加压进行成型，保持所述成型状态，由此制造第1预赋型体；
(g)在所述第2供给工序的下游侧具有第2部分形状形成工序，所述第2部分形状形成工序是将所述第2层合体加热及/或加压进行成型，保持所述成型状态，由此制造第2预赋型体；
(h)在所述第1及第2部分形状形成工序、以及所述至少一个第3供给工序的下游侧具有一体化工序，所述一体化工序是合并在所述第1及第2部分形状形成工序中制造的所述第1及第2预赋型体，以形成所述预成型体中的所述分支部，且使所述至少一个第3原料基材位于形成的所述分支部，在该状态下将它们加热及/或加压进行一体化，保持该一体化状态，由此形成所述预成型体；
(i)在所述一体化工序的下游侧具有搬送工序，所述搬送工序间歇地搬送在所述一体化工序中形成的所述预成型体；
(j)在停止搬送所述搬送工序中的所述预成型体时，进行在所述第1及第2部分形状形成工序中的所述第1及第2预赋型体的制造和在所述一体化工序中的所述预成型体的形成。
2、如权利要求1所述的预成型体的制造方法，其中，所述第1及第2预赋型体的各纤维体积含有率α和所述预成型体的纤维体积含有率β满足0.95≧α/β≧0.6的关系。
3、如权利要求2所述的预成型体的制造方法，其中，所述纤维体积含有率α和所述纤维体积含有率β满足0.95≧α/β≧0.8的关系。
4、如权利要求1所述的预成型体的制造方法，其中，在所述一体化工序的下游侧、所述搬送工序的上游侧设置用于修整在所述一体化工序中形成的预成型体的不要部分的修整工序。
5、如权利要求1所述的预成型体的制造方法，其中，设置至少一个角填料供给工序，所述角填料供给工序是相应于所述搬送工序中所述预成型体的间歇搬送，将由增强纤维束构成的至少一个角填料供给至沿着所述一体化工序中形成的所述至少一个分支部的外表面形成的至少一个凹部。
6、如权利要求5所述的预成型体的制造方法，其中，形成所述角填料的增强纤维束为含有粘合树脂材料的增强纤维束，在所述至少一个角填料供给工序和所述一体化工序之间，设置至少一个角填料部分形状形成工序，被制造的角填料预赋型体被供给至所述一体化工序，所述角填料部分形状形成工序是将含有所述粘合树脂材料的增强纤维束加热及/或加压进行成型，保持该成型状态，从而制造至少一个角填料预赋型体。
7、如权利要求6所述的预成型体的制造方法，其中，所述至少一个第3原料基材由至少一个带状第3层合体构成，所述至少一个带状第3层合体由层合的多张增强纤维布帛和配置在层间部的粘合树脂材料形成，在所述至少一个第3供给工序和所述一体化工序之间，设置有至少一个第3部分形状形成工序，被制造的至少一个第3预赋型体被供给至所述一体化工序，所述第3部分形状形成工序是将所述至少一个第3层合体加热及/或加压进行成型，保持该成型状态，由此制造至少一个第3预赋型体。
8、如权利要求7所述的预成型体的制造方法，其中，所述第1预赋型体和所述第2预赋型体的横截面形状为相互成左右对称的L形，所述第3预赋型体的一个横截面形状为平板形，在所述一体化工序中，所述L形的第1预赋型体和所述L形的第2预赋型体在相当于所述L形的垂直部的部位被一体化，同时所述平板形的第3预赋型体和一个所述角填料预赋型体被一体化，成型为T形的所述预成型体。
9、如权利要求7所述的预成型体的制造方法，其中，所述第1预赋型体和所述第2预赋型体的横截面形状为相互成左右对称的C形，所述第3预赋型体的2个横截面形状为平板形，在所述一体化工序中，所述C形的第1预赋型体和所述C形的第2预赋型体在相当于所述C形的垂直部的部位被一体化，同时所述平板形的2个第3预赋型体和2个所述角填料预赋型体被一体化，成型为I形的所述预成型体。
10、一种预成型体的制造装置，其中，所述预成型体由第1增强纤维基材和至少一个第2增强纤维基材构成，所述第1增强纤维基材在横截面上具有垂直部和从该垂直部经至少一个分支部向两侧延伸的至少1组凸缘部；所述第2增强纤维基材含有所述至少一个分支部，并与所述第1增强纤维基材被一体化，其中，
(a)所述第1增强纤维基材由第1原料基材和第2原料基材形成；
(b)所述第1原料基材由带状的第1层合体构成，所述带状的第1层合体由层合的多张增强纤维布帛和配置在层间部的粘合树脂材料构成；
(c)所述第2原料基材由带状的第2层合体构成，所述带状的第2层合体由层合的多张增强纤维布帛和配置在层间部的粘合树脂材料构成；
(d)所述第2增强纤维基材由至少一个第3原料基材构成；
(e)具有下述装置：供给所述第1层合体的第1供给装置；供给所述第2层合体的第2供给装置；和供给所述至少一个第3原料基材的至少一个第3供给装置；
(f)在所述第1供给装置的下游侧具有第1部分形状形成装置，所述第1部分形状形成装置将所述第1层合体加热及/或加压进行成型，保持其成型状态，由此制造第1预赋型体；
(g)在所述第2供给装置的下游侧具有第2部分形状形成装置，所述第2部分形状形成装置将所述第2层合体加热及/或加压进行成型，保持其成型状态，由此制造第2预赋型体；
(h)在所述第1及第2部分形状形成装置以及所述至少一个第3供给装置的下游侧具有一体化装置，所述一体化装置是合并所述第1及第2部分形状形成装置中制造的所述第1及第2预赋型体以形成所述预成型体中的所述分支部，且使所述至少一个第3原料基材位于形成的所述分支部，在该状态下，将其加热及/或加压进行一体化，保持该一体化状态，由此形成所述预成型体；
(i)在所述一体化装置的下游侧具有间歇地搬送在所述一体化装置中形成的所述预成型体的搬送装置；
(j)在停止搬送所述搬送装置中的所述预成型体时，进行在所述第1及第2部分形状形成装置中的所述第1及第2预赋型体的制造和在所述一体化装置中的所述预成型体的形成。
11、如权利要求10所述的预成型体的制造装置，其中，在所述一体化装置的下游侧、所述搬送装置的上游侧设置有用于修整所述一体化装置中形成的预成型体的不要部分的修整装置。
12、如权利要求10所述的预成型体的制造装置，其中，设置至少一个角填料供给装置，所述角填料供给装置相应于所述搬送装置中的所述预成型体的间歇搬送，将由增强纤维束构成的至少一个角填料供给至沿着所述一体化装置中形成的所述至少一个分支部的外表面形成的至少一个凹部。
13、如权利要求12所述的预成型体的制造装置，其中，形成所述角填料的增强纤维束为含有粘合树脂材料的增强纤维束，在所述至少一个角填料供给装置和所述一体化装置之间，设置有至少一个角填料部分形状形成装置，被制造的角填料预赋型体被供给至所述一体化装置，所述角填料部分形状形成装置将含有所述粘合树脂材料的增强纤维束加热及/或加压进行成型，保持该成型状态，由此制造至少一个角填料预赋型体。
14、如权利要求13所述的预成型体的制造装置，其中，所述至少一个第3原料基材由至少一个带状第3层合体构成，所述至少一个带状第3层合体由层合的多张增强纤维布帛和配置在层间部的粘合树脂材料构成，在所述至少一个第3供给装置和所述一体化装置之间设置有至少一个第3部分形状形成装置，被制造的至少一个第3预赋型体被供给至所述一体化装置，所述第3部分形状形成装置将所述至少一个第3层合体加热及/或加压进行成型，保持该成型状态，制造至少一个第3预赋型体。
15、如权利要求14所述的预成型体的制造装置，其中，所述第1预赋型体和所述第2预赋型体的横截面形状为相互成左右对称的L形，所述第3预赋型体的一个横截面形状为平板形，在所述一体化装置中，所述L形的第1预赋型体和所述L形的第2预赋型体在相当于所述L形的垂直部的部位被一体化，同时所述平板形的第3预赋型体和一个所述角填料预赋型体被一体化，成型为T形的所述预成型体。
16、如权利要求14所述的预成型体的制造装置，其中，所述第1预赋型体和所述第2预赋型体的横截面形状为相互左右对称的C形，2个所述第3预赋型体的横截面形状为平板形，在所述一体化装置中，所述C形的第1预赋型体和所述C形的第2预赋型体在相当于所述C形的垂直部的部位被一体化，同时所述平板形的2个第3预赋型体和2个所述角填料预赋型体被一体化，成型为I形的所述预成型体。
17、如权利要求14所述的预成型体的制造装置，其中，所述第1部分形状形成装置、所述第2部分形状形成装置及所述第3部分形状形成装置具有如下构成，
(a)构成为1个部分形状成型模，该部分形状成型模由以下部分构成：固定在底盘上的中央模；间隔地位于该中央模上方的上模、及间隔地位于所述中央模下方的下模；
(b)所述上模和所述中央模具有第1成型面和第2成型面，所述第1成型面收容所述第1层合体，将其进行加热及/或加压，所述第2成型面收容所述第2层合体，将其进行加热及/或加压；
(c)所述下模和所述中央模具有第3成型面，所述第3成型面收容所述第3层合体，将其进行加热及/或加压；
(d)在所述上模上安装使所述上模相对于所述中央模移动的第1驱动器，在所述下模上安装使所述下模相对于所述中央模移动的第2驱动器；
(e)在所述中央模的中央部设置有所述角填料预赋型体通过的孔。
18、如权利要求13所述的预成型体的制造装置，其中，所述至少一个角填料部分形状形成装置具有如下构成，
(a)由1个角填料成型模构成，该角填料成型模由下述部分构成：固定在底盘上的平模；被固定在该平模上面、处于各自位置的右上模和左上模；
(b)所述右上模在左侧下端部具有左侧弯曲面，所述左上模在右侧下端部具有右侧弯曲面，所述右上模和所述左上模以所述左侧弯曲面和所述右侧弯曲面相对的状态相互连接；
(c)由所述平模的上表面、所述左侧弯曲面及所述右侧弯曲面包围的部分形成所述增强纤维束通过的孔，所述增强纤维束形成从所述至少一个角填料供给装置被供给的角填料；
(d)该孔以其横截面积向所述增强纤维束的行进方向慢慢缩小的方式被形成。
19、如权利要求14所述的预成型体的制造装置，其中，所述一体化装置由一个一体化模构成，所述一体化模具有如下构成：
(a)由下述部分构成：固定在底盘上的左上模；间隔地位于该左上模的右侧的右上模；及间隔地位于所述左上模和所述右上模的下面的下模；
(b)所述左上模和所述右上模分别具有收容所述第1预赋型体和所述第2预赋型体、将它们进行加热及/或加压的所述左上模中的第1成型面和所述右上模中的第2成型面；
(c)所述左上模和所述下模分别具有收容所述第1预赋型体和所述第3预赋型体、将它们进行加热及/或加压的所述左上模中的第3成型面和所述下模中的第4成型面；
(d)所述右上模和所述下模分别具有收容所述第2预赋型体和所述第3预赋型体、将它们进行加热及/或加压的所述右上模中的第5成型面和所述下模中的第6成型面；
(e)在所述右上模上安装使所述右上模相对于所述左上模移动的第1驱动器，在所述下模上安装使所述下模相对于所述左上模和所述右上模移动的第2驱动器。
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