CN101588902A - 纤维增强树脂梁成型用预成型体、其制造方法、其制造装置及纤维增强树脂梁的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种纤维增强树脂梁成型用预成型体,该预成型体由增强纤维梁和脱模片形成,其中,所述增强纤维梁通过由多根增强纤维形成的增强纤维基材形成,所述增强纤维梁具有由至少一个直线部和与该直线部相连的至少一个弯曲部形成的横截面形状;所述脱模片通过粘合树脂与上述增强纤维基材表面的至少一部分沿着其长度方向粘合一体化。本发明还提供一种纤维增强树脂梁成型用预成型体的制造方法,所述制造方法包括制造预赋型体的工序和预赋型体一体化的工序,其中,所述制造预赋型体的工序是将表面上粘合一体化有脱模片的连续平坦的增强纤维基材进行赋型,使其横截面形状中形成弯曲部;所述预赋型体一体化的工序是将该预赋型体与其他预赋型体进行粘合一体化。

Description

纤维增强树脂梁成型用预成型体、其制造方法、其制造装置及纤维增强树脂梁的制造方法
技术领域
本发明涉及一种纤维增强树脂梁成型用预成型体、其制造方法、其制造装置及纤维增强树脂梁的制造方法。使用基质树脂通过树脂传递成型法制造纤维增强树脂梁时,优选使用本发明的纤维增强树脂梁成型用预成型体。
背景技术
由碳纤维、玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维等增强纤维和树脂形成的纤维增强树脂成型体,轻质且具有高耐久性,因此可以用作汽车和航空器等中的各种结构构件。
作为成型纤维增强树脂成型体的方法,通常使用例如高压釜成型法,所述方法将在增强纤维片上层合了含浸有树脂的预浸料坯片(prepreg sheet)的层合体在高压釜中进行加压及加热,使树脂固化。
但是,在使用预浸料坯片的高压釜成型法中,存在难以成型复杂的三维形状的成型体的问题。另外,存在材料费用过高、成型时间过长、成型体的制造成本增高的问题。因此,现状是采用使用预浸料坯片的高压釜成型法制造的成型体,其适用用途并不广泛。
另一方面,作为解决高压釜成型法的上述问题的纤维增强树脂成型体的成型方法,有树脂传递成型法(RTM法),即,使基质树脂注入、含浸于未附着基质树脂的增强纤维基材(干式增强纤维基材)中的空间内。还有真空树脂传递成型法(真空RTM法),即,在该树脂传递成型法中,在注入基质树脂时将气氛维持在真空压下。
在树脂传递成型法中,通常将层合多层干式增强纤维布帛得到的层合体配置于成型模内,将低粘度的液态基质树脂注入层合体中,从而使基质树脂含浸于层合体中,之后通过烘箱等对其加热,从而使基质树脂固化,成型为纤维增强树脂成型体(所谓的复合材料)。
如上所述,由于在树脂传递成型法中使用干式增强纤维基材,所以可以按复杂的三维形状将增强纤维基材赋型。但是,将必要层数的增强纤维布帛依次重叠仅仅放置在成型模内,难以制造下述复合材料,即增强纤维布帛无明显的褶皱、增强纤维位置基本均匀、且纤维体积含有率Vf(成型体的总体积中增强纤维所占的体积的百分率)高的复合材料。
作为解决上述问题的方法,可以采用如下方法:考虑应该成型的成型体的形状,将层合多层干式增强纤维布帛的层合体预先赋型为与其形状相称的形状,制成预成型体,使用上述预成型体,成型成型体。但是,制作上述预成型体的工夫及预成型体的质量对复合材料的制造成本和质量产生很大影响。
进而,为了在预成型体中注入、含浸基质树脂,必需在预成型体表面配置用于使基质树脂扩散的树脂扩散介质(通常称作介质材料),并且为了防止介质材料与成型品一体化,必需在预成型体与介质材料之间配置脱模材料(脱模片(release sheet))。
但是,脱模材料通常为聚酰胺或聚酯纤维等布帛,介质材料通常是由聚酰胺等形成的网状物(筛),因此在预成型体表面所期望的位置上仅仅放置上述材料,难以将它们固定在其位置上。因此,在成型模内配置预成型体时,必需进行固定操作,即通过某种固定方式、多数情况下使用胶带、通过手工作业将上述材料固定在被插入成型模内的预成型体的表面。
特别是在横截面形状中具有弯曲部或分支部的复杂形状的预成型体的表面配置、固定脱模材料时,存在工序繁琐、抵消树脂传递成型法的成本优势的问题。
在成型模中的纤维增强树脂成型体的成型结束后,需要使附着于成型体表面的脱模材料从成型体的表面剥离。因此,脱模材料多由厚度薄、没有良好的粘合性、且容易滑动的材料形成。将由上述材料形成的脱模材料配置在预成型体的表面上变得更加困难,配置操作,要求十分慎重和细腻。
另外,如上所述由于脱模材料通常为聚酰胺或聚酯纤维等织物,所以缺乏伸缩性,如果未准确地按照预成型体的形状配置脱模材料,则导致下述问题:在成型模被挤压到预成型体中时,脱模材料产生褶皱,或位于预成型体弯曲部的脱模材料绷紧,成型模不能被挤压到所期望的位置,基质树脂积存在脱模材料与预成型体之间产生的间隙中,形成富含树脂的部分,使成型得到的树脂成型体的质量变差。
在上述问题中,为了减少预成型体制造工序所花费的工夫,公开了一种纤维增强树脂梁成型用预成型体的连续制造装置(参见专利文献1)。该预成型体的连续制造装置如下:在输送2片片状的连续增强纤维布帛的过程中,将各横截面形状弯折成U字状且相互背靠背,将各U字状的底面相互层合、粘合,连续地制造预成型体。
但是,上述公开的装置仅是用于将增强纤维基材调整为预成型体形状、制造预成型体的装置。因此,将该预成型体收纳于成型模中使所收纳的预成型体中含浸基质树脂使复合材料成型为止的制造成本、以及对制造得到的复合材料的质量产生很大影响的与脱模材料的配置相关的技术,在上述公开的内容中没有给出任何教导。上述公开的内容仍不能充分地满足以最终要求的低成本制造高质量的复合材料的要求。
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一种在利用树脂传递成型法制造纤维增强树脂梁时优选使用的、解决了上述现有技术的问题的、纤维增强树脂梁成型用预成型体。
本发明的其他目的在于提供一种上述纤维增强树脂梁成型用预成型体的制造方法及制造装置。
本发明的其他目的还在于提供一种使用上述纤维增强树脂梁成型用预成型体的纤维增强树脂梁的制造方法。
本发明的纤维增强树脂梁成型用预成型体如下所述。
一种纤维增强树脂梁成型用预成型体,所述预成型体由增强纤维梁和脱模片形成,所述增强纤维梁通过由多根增强纤维形成的增强纤维基材形成,所述增强纤维梁具有由至少一个直线部和与该直线部相连的至少一个弯曲部形成的横截面形状;所述脱模片与上述增强纤维基材的表面的至少一部分沿着其长度方向通过粘合树脂粘合一体化,其中,所述增强纤维基材在其内部具有基质树脂导入空间,所述预成型体在其表面的至少一部分上具有与所述基质树脂导入空间连通的基质树脂流通部。
上述脱模片可以设置在上述增强纤维基材的除厚度方向的端面之外的表面上、或端面也包括在内的整个表面上。
上述纤维增强树脂梁成型用预成型体中的上述增强纤维的体积含有率Vpf优选为45%至65%。
上述增强纤维基材优选由增强纤维布帛形成。
上述增强纤维基材较优选由通过粘合树脂相互粘合的多片上述增强纤维布帛的层合体形成。
上述增强纤维基材可以具有上述增强纤维布帛的层合片数减少的铺层递减部(ply drop portion)。
上述增强纤维梁的横截面形状中的高度可以沿着其长度方向变化。
上述脱模片优选由聚酯纤维的布帛形成。
上述增强纤维梁具有至少2个弯曲部,使上述2个弯曲部位于相互背靠背的位置,从而在上述增强纤维梁的横截面形状中可以形成上述增强纤维基材的分支部。
上述增强纤维基材由增强纤维布帛形成,上述增强纤维梁具有至少2个弯曲部,使上述2个弯曲部处于相互背靠背的位置,从而在上述增强纤维梁的横截面形状中形成上述增强纤维基材的分支部,在上述增强纤维基材的部分表面上设置上述脱模片,上述增强纤维基材的表面的其它部分可以在上述预成型体的表面上露出。
上述增强纤维基材由增强纤维布帛形成,上述增强纤维梁具有至少2个弯曲部,使上述2个弯曲部处于相互背靠背的位置,从而在上述增强纤维梁的横截面形状中形成上述增强纤维基材的分支部,上述脱模片可以设置在上述增强纤维基材的除厚度方向的端面之外的表面上、或端面也包括在内的整个表面上。
上述增强纤维梁的横截面形状可以为T形、I形、H形或J形。
上述增强纤维梁的横截面形状可以为L形、Z形、C形或帽形(hatshaped)。
本发明的纤维增强树脂梁成型用预成型体的制造方法如下所述。
一种纤维增强树脂梁成型用预成型体的制造方法,包含以下工序,
(a)增强纤维基材供给工序:将由多根增强纤维形成的、内部具有基质树脂导入空间表面附着有粘合树脂的增强纤维基材供给至加工位置;
(b)脱模片供给工序:将脱模片供给至上述加工位置;
(c)脱模片层合工序:在上述加工位置,在被供给的上述增强纤维基材的至少一部分表面上,沿着其长度方向层合被供给的上述脱模片;
(d)脱模片粘合工序:对上述增强纤维基材和层合于该增强纤维基材的表面上的上述脱模片进行加热及加压,在上述增强纤维基材的表面上利用上述粘合树脂将上述脱模片粘合一体化;和
(e)赋型工序:使用赋型模对粘合一体化有上述脱模片的上述增强纤维基材进行加热及/或加压,由此成型纤维增强树脂梁成型用预成型体,所述纤维增强树脂梁具有由至少一个直线部和与该直线部相连的至少一个弯曲部形成的横截面形状。
在上述脱模片层合工序中,上述脱模片可以层合在上述增强纤维基材的除厚度方向的端面之外的表面上、或端面也包括在内的整个表面上。
上述纤维增强树脂梁成型用预成型体中的上述增强纤维的体积含有率Vpf,优选为45%至65%。
用于上述增强纤维基材供给工序中的上述增强纤维基材,优选由增强纤维布帛形成。
用于上述增强纤维基材供给工序中的上述增强纤维基材,优选由通过粘合树脂相互粘合得到的多片上述增强纤维布帛的层合体形成。
用于上述脱模片供给工序中的上述脱模片,优选由聚酯纤维的布帛形成。
本发明的纤维增强树脂梁成型用预成型体的制造方法中,优选如下所述:
(a)所述增强纤维基材供给工序中的所述增强纤维基材为连续的增强纤维基材片,所述增强纤维基材供给工序包括具有供给时间带(time zone)和停止供给时间带的增强纤维基材片间歇供给工序,所述供给时间带为连续供给该连续的增强纤维基材片直至达到在所述加工位置被加工的规定长度的时间带,所述停止供给时间带为供给所述规定长度后停止其供给的时间带,
(b)所述脱模片供给工序中的所述脱模片为连续的脱模片,所述脱模片供给工序包括具有供给时间带和停止供给时间带的脱模片间歇供给工序,所述供给时间带为连续供给该连续的脱模片直至达到在所述加工位置被加工的规定长度的时间带,所述停止供给时间带为供给所述规定长度后停止其供给的时间带,而且,
(c)所述增强纤维基材片间歇供给工序中的增强纤维基材片的供给和所述脱模片间歇供给工序中的脱模片的供给,间歇地进行至少2次、且相互同步进行。
本发明的纤维增强树脂梁成型用预成型体的制造方法中,优选如下所述:
(a)上述增强纤维基材片间歇供给工序中的上述增强纤维基材片的供给,通过相互独立的多条增强纤维基材片供给传送线(feedingline)进行;
(b)上述脱模片间歇供给工序中的上述脱模片的供给,与上述多条增强纤维基材片供给传送线相对应,通过共用的一条或相互独立的多条脱模片供给传送线进行;
(c)上述脱模片层合工序中由上述多条增强纤维基材片供给传送线供给的多片增强纤维基材片与由上述脱模片供给传送线供给的脱模片的层合,通过相互独立的多条脱模片层合传送线(lamination line)进行;
(d)上述脱模片粘合工序中的上述增强纤维基材片与上述脱模片的一体化,通过与上述多条脱模片层合传送线相对应的相互独立的多条脱模片粘合传送线进行;并且
(e)上述赋型工序包括如下工序:
(e-1)第1预赋型工序:在上述多条脱模片粘合传送线上,使用赋型模对上述增强纤维基材片与上述脱模片分别各自一体化的、相互独立的带有脱模片的增强纤维基材片中的至少一片带有脱模片的增强纤维基材片进行加热及/或加压,由此进行预赋型,使其具有由至少一个直线部和与该直线部相连的至少一个弯曲部形成的横截面形状;
(e-2)第2预赋型工序:使用赋型模加热及/或加压上述剩余的带有脱模片的增强纤维基材片,由此进行预赋型;
(e-3)预赋型体粘合工序:将上述第1预赋型工序中得到的第1预赋型体和上述第2预赋型工序中得到的第2预赋型体粘合一体化。
在本发明的纤维增强树脂梁成型用预成型体的制造方法中,优选如下所述:
(a)上述多条增强纤维基材片供给传送线由第1增强纤维基材片供给传送线、第2增强纤维基材片供给传送线和第3增强纤维基材片供给传送线组成,由上述第1增强纤维基材片供给传送线供给连续的第1增强纤维基材片,由上述第2增强纤维基材片供给传送线供给连续的第2增强纤维基材片,由上述第3增强纤维基材片供给传送线供给连续的第3增强纤维基材片;
(b)相对于上述第1增强纤维基材片供给传送线及上述第2增强纤维基材片供给传送线,准备供给第1脱模片的第1脱模片供给传送线;
(c)在所述脱模片层合工序中,上述第1脱模片层合在上述第1增强纤维基材片和上述第2增强纤维基材片的相同单侧表面上;
(d)在上述脱模片粘合工序中,上述第1脱模片与上述第1增强纤维基材片和上述第2增强纤维基材片进行粘合一体化,形成带有第1脱模片的增强纤维基材片;
(e)在上述第1预赋型工序中,使上述带有第1脱模片的增强纤维基材片中的第1增强纤维基材片的弯曲部与第2增强纤维基材片的弯曲部位处于相互背靠背的位置、并且上述第1脱模片位于所述弯曲部的内侧弯曲面,在上述状态下,将上述带有第1脱模片的增强纤维基材片赋型为T形,形成横截面形状为T形的第1预赋型体;
(f)在上述第2预赋型工序中,将上述第3增强纤维基材片赋型为平板,形成平板的第2预赋型体;
(g)在上述预赋型体粘合工序中,将上述T形的第1预赋型体的不存在上述第1脱模片的顶部表面与上述平板的第2预赋型体的底面进行粘合一体化。
在上述方案中相对于上述第3增强纤维基材片供给传送线,准备供给第2脱模片的第2脱模片供给传送线,在上述脱模片层合工序中,在上述第3增强纤维基材片上,在位于与层合有上述第1脱模片的面相对侧的单侧表面上,层合上述第2脱模片;在上述脱模片粘合工序中,上述第2脱模片与上述第3增强纤维基材片进行粘合一体化,形成带有第2脱模片的增强纤维基材片;在上述第2预赋型工序中,将上述带有第2脱模片的增强纤维基材片赋型为平板,形成平板的第2预赋型体;在上述预赋型体粘合工序中,使上述T形的第1预赋型体中的不存在上述第1脱模片的顶部表面与所述平板的第2预赋型体中的不存在上述第2脱模片的底面进行粘合一体化。
在本发明的纤维增强树脂梁成型用预成型体的制造方法中,可以在上述第2预赋型体形成时,省略上述脱模片粘合工序及上述第2预赋型工序中的任意一个工序,通过剩余的工序,对在上述各工序中的上述增强纤维基材片及上述脱模片进行加工处理。
在本发明的纤维增强树脂梁成型用预成型体的制造方法中,上述T形的第1预赋型体的顶部表面与上述平板的第2预赋型体的底面进行一体化形成纤维增强树脂梁成型用预成型体,向形成的预成型体的上述顶部表面与上述平板的底面之间形成的间隙中与上述增强纤维基材片的间歇的供给同步地供给线状连续的填充材料,使该间隙被填埋。
本发明的纤维增强树脂梁成型用预成型体的制造装置如下所述。
一种纤维增强树脂梁成型用预成型体的制造装置,包括如下装置:
(a)增强纤维基材供给装置:将增强纤维基材供给至加工位置,所述增强纤维基材由多根增强纤维形成,内部具有基质树脂导入空间,表面附着有粘合树脂,
(b)脱模片供给装置:将脱模片供给至上述加工位置,
(c)脱模片层合装置:在上述加工位置处,在被供给的上述增强纤维基材的至少一部分表面上,沿着其长度方向,层合被供给的上述脱模片,
(d)脱模片粘合装置:对上述增强纤维基材和层合于该增强纤维基材的表面的上述脱模片进行加热及加压,在上述增强纤维基材的表面上通过上述粘合树脂将上述脱模片粘合一体化,和
(e)赋型装置:使用赋型模,对粘合一体化有上述脱模片的上述增强纤维基材进行加热及/或加压,由此使纤维增强树脂梁成型用预成型体成型,所述纤维增强树脂梁成型用预成型体具有由至少一个直线部和与该直线部相连的至少一个弯曲部形成的横截面形状。
本发明的纤维增强树脂梁的制造方法如下所述。
一种纤维增强树脂梁的制造方法,包括如下工序,
(a)工序:在纤维增强树脂梁成型用的成型模内,在权利要求1所述的纤维增强树脂梁成型用预成型体上粘合一体化的脱模片面向所述成型模的成型面的状态下,配置上述纤维增强树脂梁成型用预成型体;
(b)工序:在上述成型模的基质树脂流入口与位于该树脂流入口侧的上述纤维增强树脂梁成型用预成型体的表面之间,配置树脂扩散介质;
(c)工序:从上述基质树脂流入口,通过上述树脂扩散介质,将基质树脂注入上述纤维增强树脂梁成型用预成型体的上述基质树脂导入空间;
(d)工序:将含浸基质树脂的上述纤维增强树脂梁成型用预成型体从上述成型模中取出。
根据本发明可以提供一种在干式增强纤维基材的表面通过粘合树脂将脱模片粘合一体化的预成型体。在树脂传递成型法中通过使用上述预成型体,可以大幅降低在成型模内个别配置脱模用片所需的工夫,并且脱模片与预成型体的形状相称地粘合一体化,因而可以抑制目前由于在脱模片与预成型体之间产生的间隙中积存基质树脂所产生的树脂浓厚部分的形成。
结果表明,使用本发明的预成型体成型得到的纤维增强树脂梁具有良好的质量。该纤维增强树脂梁优选用作例如汽车中的各种结构构件、或航空器中的各种结构构件(例如,纵梁或翼梁)。
另外,需要通过修边调整本发明的预成型体的形状时,由于脱模片在增强纤维基材的表面上粘合一体化,因此可以抑制修边时形成增强纤维基材的增强纤维起毛。
附图说明
[图1]图1为本发明的纤维增强树脂梁成型用预成型体之一例的侧视图。
[图2]图2为本发明的纤维增强树脂梁成型用预成型体中的增强纤维梁的横截面形状的8个例子的各横截面图的罗列。
[图3]图3为成型装置的横截面简图,用于说明使用具有I形横截面形状的本发明的预成型体和基质树脂,通过树脂传递成型法,使纤维增强树脂梁的一个形态成型的状态。
[图4]图4为成型装置的横截面简图,用于说明使用具有I形横截面形状的现有的预成型体与基质树脂,通过树脂传递成型法,使纤维增强树脂梁成型的状态。
[图5]图5为成型装置的横截面简图,用于说明使用具有I形横截面形状的本发明的预成型体与基质树脂,通过树脂传递成型法,使纤维增强树脂梁的另一个形态成型的状态。
[图6]图6为在本发明的预成型体的制造工序的脱模片粘合工序中,使增强纤维基材与脱模片进行粘合一体化时使用的脱模片粘合装置之一例的正面简图。
[图7]图7为在本发明的预成型体的制造工序的脱模片粘合工序中,使增强纤维基材与脱模片进行粘合一体化时使用的脱模片粘合装置的另一例的正面简图。
[图8]图8为在本发明的预成型体的制造工序的预赋型工序中,使增强纤维基材与脱模片进行预赋型时使用的预赋型模之一例的横截面简图。
[图9]图9为在本发明的预成型体的制造工序的预赋型体粘合工序中使用的预赋型体粘合装置之一例的横截面简图。
[图10]图10为本发明的具有铺层递减部的预成型体之一例的侧视图。
[图11]图11为图10所示的本发明的预成型体的铺层递减部的纵截面详图。
[图12]图12为具有I形横截面形状的本发明的预成型体的制造装置之一例的侧视简图。
[图13]图13为用于调整本发明的预成型体的形状的修边装置(trimming apparatus)之一例的侧视简图。
[图14]图14为用于调整本发明的预成型体的形状的修边装置的其他一个例子的侧视简图。
[图15]图15为在本发明的预成型体的制造工序的脱模片粘合工序中,使增强纤维基材和脱模片粘合一体化时使用的脱模片粘合装置的另一例的正面简图。
[图16]图16为制造具有T形横截面形状的本发明的预成型体的制造装置之一例的侧视简图。
[图17]图17为脱模片粘合装置的正面简图,用于说明如下方案:使用图15所示的脱模片粘合装置,在共用的1片脱模片的表面上间隔地配置左右2片增强纤维基材的状态下,使脱模片的上面与各增强纤维基材的下面进行粘合一体化。
[图18]图18为图16中所示的赋型装置205B的正面简图。
[图19]图19为横截面简图,用于说明在图16的脱模片粘合装置204B(图17的脱模片粘合装置96)中将一体化有脱模片的的增强纤维基材向赋型装置205B移动的过程中的一体化有脱模片的增强纤维基材的形状变化。
[图20]图20为图16所示的预赋型体粘合装置208的横截面简图。
符号说明
11、11a:本发明的预成型体
12:由多根增强纤维形成的增强纤维基材
12B1、12B2:弯曲部
12S1:直线部(垂直部)(梁腹部(web portion))
12S2、12S3:直线部(水平部)(梁缘部(flange portion))
12b:增强纤维梁
12p、12pS:脱模片
13:由多根增强纤维形成的增强纤维基材
13B1、13B2:弯曲部
13S1:直线部(垂直部)(梁腹部)
13S2、13S3:直线部(水平部)(梁缘部)
13b:增强纤维梁
13f:增强纤维布帛
13p、13pS:脱模片
14:由多根增强纤维形成的增强纤维基材
14p:脱模片
15:由多根增强纤维形成的增强纤维基材
15p:脱模片
16B1、16B2:分支部
16b:增强纤维梁
17F1、17F2:填充材料
21a:L形的梁
21b:Z形的梁
21c:C形的梁
21d:帽形的梁
21e:T形的梁
21f:I形的梁
21g:H形的梁
21h:J形的梁
31:成型装置
32:装置基体
33:预成型体收纳空间
34a、34b:基质树脂注入口
35a、35b:成型模
36a、36b:成型模
37:间隙
38:真空抽吸口
39a、39b、39c:树脂扩散介质
40:袋膜
41a、41b:密封膜
51:现有预成型体
52p:脱模片
53p:脱模片
54p:脱模片
55p:脱模片
55LC1、55LC2、55RC1、55RC2:弯曲部
59a、59c、59b:树脂扩散介质
61:成型装置(共粘合(Co-bonding)法)
71:板材
71p:脱模片
81:脱模片粘合装置
81a:平板冲床
82:下模
83:上模
84:脱模片
85:增强纤维基材
91:脱模片粘合装置
92:下模
93:上模
93a:凸起(压头)
94:脱模片
95:增强纤维基材
96:脱模片粘合装置
97:下模
98:上模
98a:凸出平坦部分
99:脱模片
100:增强纤维基材
101:赋型装置
102:下模
103:上模
103a:凹槽
104a:右侧模
104b:左侧模
111:预赋型体粘合装置
112:下模
113a:右侧模
113b:左侧模
114:上模
120:下侧预赋型体
121a:右侧预赋型体
121b:左侧预赋型体
122:上侧预赋型体
131:本发明的预成型体
132a:上侧梁缘部
132b:下侧梁缘部
133a:铺层递减
133b:铺层递减
135:铺层递减开始位置
136:铺层递减终止位置
133s:斜面
141:预成型体的制造装置
142A、142B、142C、142D:成型传送线
143:预成型体牵拉传送线
144A、144B、144C、144D:脱模片粘合装置
145A、145B、145C、145D:赋型装置
146A:平板的预成型体
146B:C形的预成型体
146C:C形的预成型体
146D:平板的预成型体
147A、147B、147C、147D:预赋型体
148:预赋型体粘合装置
152:本发明的预成型体
161A、161B:填充材料
162A、162B:填充材料供给传送线
171:修边装置
172a、172b:上修边刀
172c、172d:下修边刀
176:修边装置
177a、177b:上修边刀
177c、177d:下修边刀
178a、178b:锥形部分
201:预成型体的制造装置
203:预成型体牵拉传送线
202A、202B:成型传送线
204A:赋型装置
204B:脱模片粘合装置
205B:赋型装置
206A:平板的预成型体
206B:T形的预成型体
207A:平板的预赋型体
207B:T形的预赋型体
208:预赋型体粘合装置
211Bf1、211Bf2:增强纤维基材片
211Bp:宽幅的1片脱模片
212:本发明的预成型体
221:填充材料
222:填充材料供给传送线
300:间隙
302:右侧模
303:左侧模
304:宽幅辊
305:凹部
307:右侧模
308:左侧模
309:上模
310:空隙部
具体实施方式
本发明的纤维增强树脂梁成型用预成型体(以下,有时简称本发明的预成型体)由增强纤维梁和脱模片形成,所述增强纤维梁通过由多根增强纤维形成的增强纤维基材形成,所述增强纤维梁具有由至少一个直线部和与该直线部相连的至少一个弯曲部形成的横截面形状,所述脱模片与上述增强纤维基材的表面的至少一部分沿着其长度方向通过粘合树脂粘合一体化。
本发明的预成型体的特征之一在于,在配置到使用基质树脂成型树脂成型体的成型模中之前的状态、即在成型模之外的状态下,在增强纤维基材上通过粘合树脂将脱模片粘合一体化。
利用图1说明本发明的预成型体的一例。图1中所示的本发明的预成型体11是横截面形状为I形的预成型体的一例。
在图1中预成型体11通过由多根增强纤维形成的增强纤维基材12、由多根增强纤维形成的增强纤维基材13、由多根增强纤维形成的增强纤维基材14和由多根增强纤维形成的增强纤维基材15而形成。各增强纤维基材在其内部具有基质树脂导入空间,所述基质树脂导入空间由在多根增强纤维之间存在的空间形成。
在各增强纤维基材的一侧表面(形成预成型体11的外表面的表面)的整个面上通过粘合树脂与脱模片12p、13p、14p、15p粘合一体化。各脱模片具有与增强纤维基材的基质树脂导入空间相连通的基质树脂流通部。
增强纤维基材12的横截面形状为C形,该增强纤维基材12具有2个弯曲部12B1、12B2。弯曲部12B1的一端与直线部(垂直部)12S1相连,另一端与直线部(水平部)12S2相连,弯曲部12B2的一端与直线部(垂直部)12S1相连,另一端与直线部(水平部)12S3相连,形成增强纤维梁12b。
增强纤维基材13的横截面形状为C形,该增强纤维基材13具有2个弯曲部13B1、13B2。弯曲部13B1的一端与直线部(垂直部)13S1相连,另一端与直线部(水平部)13S2相连,弯曲部13B2的一端与直线部(垂直部)13S1相连,另一端与直线部(水平部)13S3相连,形成增强纤维梁13b。
增强纤维基材12的横截面形状的C形与增强纤维基材13的横截面形状的C形的朝向相反,在直线部(垂直部)12S1和直线部(垂直部)13S1处,处于背靠背的位置,通过粘合树脂相互粘合一体化。
增强纤维基材14和增强纤维基材15分别由平板的增强纤维基材形成。将脂增强纤维基材14的下面通过粘合树脂与增强纤维基材12的上面(直线部(水平部)12S2)和增强纤维基材13的上面(直线部(水平部)13S2)进行粘合一体化。
增强纤维梁12b和增强纤维梁13b相互背靠背地粘合一体化所形成的增强纤维梁16b,在上侧具有分支部16B1,在下侧具有分支部16B2。在分支部16B1的上面和增强纤维基材14的下面之间所形成的间隙中根据需要可以插入填充材料17F1。同样地,在分支部16B2的下面和增强纤维基材15的上面之间所形成的间隙中根据需要可以插入填充材料17F2。
增强纤维梁12b的直线部(垂直部)12S1通常被称作梁腹部。增强纤维梁12b的直线部(水平部)12S2通常被称作梁缘部。同样地,增强纤维梁12b的直线部(水平部)12S3通常被称作梁缘部。对于增强纤维梁13b的直线部(垂直部)13S1、直线部(水平部)13S2和直线部(水平部)13S3也可以分别同样地称呼。
在横截面形状为I形的预成型体11中,上下的水平部分通常被称作梁缘部,上下水平部分间的垂直部分通常被称作梁腹部。预成型体11具有与纤维增强树脂梁相称的尺寸的宽度、高度和长度,所述纤维增强树脂梁例如具有用作航空器和汽车的结构材料所期望的尺寸。
在本发明的纤维增强树脂梁成型用预成型体中的增强纤维梁的横截面形状的8个例子如图2所示。横截面形状为L形的梁21a如图2(a)所示。梁21a具有一个弯曲部21aB1、与其一端相连的直线部(垂直部)21aS1和与其另一端相连的直线部(水平部)21aS2。
横截面形状为Z形的梁21b如图2(b)所示。梁21b具有2个弯曲部21bB1、21bB2。
横截面形状为C形的梁21c如图2(c)所示。梁21c的横截面形状与图1的增强纤维梁12b或13b的横截面形状相同,具有2个弯曲部21cB1、21cB2。
横截面形状为帽形的梁21d如图2(d)所示。梁21d具有4个弯曲部21dB1、21dB2、21dB3、21dB4。
横截面形状为T形的梁21e如图2(e)所示。梁21e具有2个弯曲部21eB1、21eB2。T形梁21e的直线部(垂直部)21eS1通常被称作梁腹部21eW。T形梁21e的直线部(水平部)21eS2通常被称作梁缘部21eF。梁缘部21eF被分成左右的部分通常被称作分支部21eB。
横截面形状为I形的梁21f如图2(f)所示。梁21f的横截面形状与图1的增强纤维梁16b的横截面形状相同,具有4个弯曲部21fB1、21fB2、21fB3、21fB4。
横截面形状为H形的梁21g如图2(g)所示。梁21g具有四个弯曲部21gB1、21gB2、21gB3、21gB4。从形状上可以看出该H形的梁21g与将I形的梁21f横着放倒时相同。
横截面形状为J形的梁21h如图2(h)所示。梁21h具有三个弯曲部21hB1、21hB2、21hB3。
在图2中,与图2(e)的T形梁21e相同,尽管各图中省略符号,但图(f)中I形的梁21f、图2(g)中H形的梁21g和图2(h)中J形的梁21h,在从梁腹部21fW、21gW、21hW开始向梁缘部21fF、21gF、21hF经弯曲部连续延伸的增强纤维基材上,具有分支部21fB、21gB、21hB。
具有I形的横截面形状的增强纤维梁16b如图1所示,但图2中所示的各增强纤维梁可以代替图1的I形的增强纤维梁16b进行使用。据此可以准备具有各种横截面形状的增强纤维梁。
图3中表示用于制造纤维增强树脂梁的成型装置的横截面简图,所述纤维增强树脂梁使用作为本发明的纤维增强树脂梁成型用预成型体之一例的图1所示的I形预成型体。
在图3中,成型装置31具有装置基体32,所述装置基体32由配置于底面或基台(省略图示)上的平板形成。在装置基体32的上面设置有沿着装置基体32的长度方向(在图3中为与纸面垂直的方向)延伸的预成型体收纳空间33。
在预成型体收纳空间33的左右,沿着装置基体32的长度方向,安装右侧基质树脂注入口34a和左侧基质树脂注入口34b,使其相对于装置基体32的上面可在上下方向、根据需要也可在水平方向自由地移动。
成型装置31具有右侧成型模35a和左侧成型模35b,所述右侧成型模35a和左侧成型模35b在水平方向、根据需要在上下方向移动自由地被基台支撑,且相对于预成型体收纳空间33可自由拆装;成型装置31进一步具有右侧上成型模36a和左侧上成型模36b,所述右侧上成型模36a和左侧上成型模36b在上下方向、根据需要在水平方向移动自由地被基台支撑,且相对于预成型体收纳空间33可自由拆装。右侧上成型模36a和左侧上成型模36b在两者之间的位置处具有空气及基质树脂流通的间隙37。
在右侧上成型模36a和左侧上成型模36b的上方,设置有真空抽吸口38,使其在上下方向、根据需要在水平方向,移动自由地被基台支撑,且相对于右侧上成型模36a和左侧上成型模36b可自由拆装。
进而,在成型装置31中安装有树脂扩散介质39a、39b、39c、袋膜40和密封膜41a、41b。作为树脂扩散介质(介质)、袋膜以及密封膜,可以使用符合成型条件的市售品。
以上简要说明了成型装置31的结构,但由上述结构构成的成型装置31本身是众所周之的,多用于作为真空RTM成型的一种的真空袋成型。
接下来,使用图3的成型装置31,说明由图1中所示的本发明的纤维增强树脂梁成型用预成型体11制造纤维增强树脂梁的工序。
首先,在图3的成型装置31的装置基体32上配置本发明的预成型体11,且将其收纳于预成型体收纳空间33中。由于脱模片12p、13p、14p、15p已经与预成型体11的表面粘合,且与预成型体11一体化,所以将预成型体11收纳于预成型体收纳空间33后,完全不需要再另外将脱模片配置于预成型体的表面的手工作业。
然后,通过手工作业将树脂扩散介质39a、39b、39c配置在收纳于预成型体收纳空间33中的预成型体11的表面。将树脂扩散介质39b的下端部延伸至右侧基质树脂注入口34a,且将树脂扩散介质39c的下端部延伸至左侧基质树脂注入口34b。目前为止通过手工作业配置树脂扩散介质。
需要说明的是,脱模片13p连续延伸至预成型体11的下侧梁缘部的右侧面,但也可以另外准备预成型体11的下侧梁缘部的右侧面部分的脱模片,在成型装置31中通过手工作业进行配置不必预先将准备的脱模片13pS与预成型体11粘合一体化。
同样地,脱模片12p连续延伸至预成型体11的下侧梁缘部的左侧面,但也可以另外准备预成型体11的下侧梁缘部的左侧面部分的脱模片,在成型装置31中通过手工作业进行配置不必预先将准备好的脱模片12pS与预成型体11粘合一体化。但是,从节省手工作业的观点考虑,优选脱模片连续延伸至梁缘部的侧面部分。
然后,将右侧成型模35a、左侧成型模35b、右侧上成型模36a以及左侧上成型模36b,通过设置于基台上的移动装置,经树脂扩散介质,抵接于预成型体11的表面。之后将各成型模、右侧基质树脂注入口34a、左侧基质树脂注入口34b以及真空抽吸口38用袋膜40进行覆盖,使其与外界隔断。
通过密封膜41a、41b将袋膜40的端部与装置基体32之间密封。由此完成成型装置31中的基质树脂注入的准备工序。上述准备工序本身是已经公知的。
准备作业结束后,利用由真空抽吸口38引起的袋膜40的内侧的减压作用,从左右的基质树脂注入口34a、34b导入基质树脂,通过树脂扩散介质及脱模片,进入预成型体11的基质树脂导入空间,将基质树脂含浸于预成型体11中。上述树脂含浸工序本身是已经公知的。
树脂含浸工序结束后,等待基质树脂固化,从成型装置31中取出形成的纤维增强树脂梁。该所谓的脱膜工序也是已经公知的。
在使用本发明的预成型体的树脂传递成型法中,由于预先将脱模片与预成型体粘合一体化,所以在将预成型体收纳于成型模中的作业中,不需要在成型装置内另外配置脱模片的烦杂的作业。
另外,由于脱模片与预成型体粘合一体化,所以在成型装置内配置树脂扩散介质、成型模或其他材料时,不会发生脱模片在成型装置内脱落或引起错位的情况。因此,可以放心地、非常容易地完成基质树脂注入的准备作业。由此可以大幅度地缩短作业量。
并且,在使模向预成型体一侧移动时,也不会发生如脱模片产生褶皱、或脱模片拉紧成型模无法移动至正确的位置之类的不良情况。由此,也可以抑制由上述不适情况导致的树脂梁中的富含树脂部分的生成和增强纤维的体积含有率(Vf)降低的问题。结果可以制造质量优良的纤维增强树脂梁。
图4为横截面简图,用于说明使用横截面形状为I形的现有预成型体51利用图3中所示的成型装置31成型纤维增强树脂梁时的、将基质树脂注入预成型体前的准备工序。由于图4的成型装置31具有与图3的成型装置31相同的结构,所以成型装置的各部件具有与图3相同的符号。
在图4中,首先,在成型装置31的装置基体32上配置脱模片55p,在其上面配置现有的预成型体51,并收纳于预成型体收纳空间33中。现有的预成型体51与本发明的预成型体11在横截面形状为I形方面相同,不同之处在于其表面未粘合脱模片。
然后,沿着预成型体51右侧侧面的C形的凹部的表面通过手工作业配置脱模片53p。在上述情况下,根据需要通过胶带等固定材料将脱模片53p临时固定在预成型体51的表面。之后沿着已经配置的脱模片53p的外表面配置树脂扩散介质59b。树脂扩散介质59b的下端部延伸至右侧基质树脂注入口34a。
对预成型体51的左侧侧面的C形的凹部的表面进行相同的作业。即,沿着预成型体51的左侧侧面的C形的凹部的表面通过手工作业配置脱模片52p。在上述情况下根据需要通过胶带等固定材料将脱模片52p临时固定在预成型体51的表面。之后沿着已经配置的脱模片52p的外表面配置树脂扩散介质59c。树脂扩散介质59c的下端部延伸至左侧基质树脂注入口34b。进而,在预成型体51的上面配置脱模片54p,在脱模片54p的上面配置树脂扩散介质59a。
然后,进行如下作业:利用设置在基台上的移动装置,使右侧成型模35a、左侧成型模35b、右侧上成型模36a以及左侧上成型模36b分别向预成型体51的表面移动。在上述移动作业中,右侧上成型模36a及左侧上成型模36b的移动顺利地进行,脱模片54p经树脂扩散介质59a被挤压在预成型体51的上面,配置到所期望的位置。
但是,产生如下问题,在脱模片53p到达预成型体51的表面的所期望的位置之前,右侧成型模35a不能移动。在左侧成型模35b的移动中也出现同样的问题。
调查上述问题的原因,结果判断其原因为在弯曲部55RC1、55RC2、55LC1、55LC2中,预先配置的脱模片52p、53p处于拉紧状态或在脱模片52p、53p上部分折叠而积压成褶皱。如果出现脱模片的拉紧状态或褶皱,则判断在脱模片与预成型体之间形成空隙。
另外,可以判断,在上述状态下,即在成型模无法移动至所期望的位置的状态下,将基质树脂注入预成型体51中时,所得纤维增强树脂梁在弯曲部55RC1、55RC2、55LC1、55LC2中,具有由残留在上述空隙中的剩余树脂所形成的富含树脂部分,无法形成均质的纤维增强树脂梁。并且,预成型体51梁腹部分的增强纤维的密度降低,增强纤维的体积含有率(Vf)比期望值低,无法得到高质量的纤维增强树脂梁。
为了尽量解决上述问题,在使用未预先粘合一体化脱模片的现有预成型体时,需要极其慎重地进行在脱模片的成型装置中的配置作业。因此,需要大量的劳动和时间。特别是在使用横截面形状为I形的预成型体时,有2处分支部(有4处弯曲部)。
在上述情况下,在梁腹部的垂直面和上部梁缘部的水平的下面,需要克服重力地进行配置脱模片的作业。在上述作业的过程中或作业后,配置的脱模片容易发生错位或脱落。因此,在脱模片的配置中特别需要劳力和时间。
纤维增强树脂梁通常与其他的面板结构构件一体化,用作面板的加强构件。可以将由图3的成型装置31制造得到的纤维增强树脂梁与另外准备的板材粘合一体化,但需要用于上述粘合一体化的粘合工序。使用图5说明省略上述粘合工序,将纤维增强树脂梁的制造和与板材的粘合同时进行的方法。上述方法被称作共粘合法。
图5为用于实施共粘合法的成型装置61的横截面简图。图5中的成型装置61的装置结构与图3的成型装置31相同。因此,在图5中,代表性的装置部件使用与图3中所用的符号相同的符号。图3与图5的不同之处在于,在图5中将板材71配置在装置基体32的上面,在装置基体32的上面进一步配置本发明的预成型体11a。
在共粘合法中使用的本发明的预成型体11a的特征在于,在与板材71抵接的表面上不存在脱模片。在上述表面的一部分上不存在脱模片的本发明的预成型体,可以如下制作:将除了不存在脱模片的表面之外的其他表面与脱模片粘合一体化。但是,如图1所示,也可以使用实质上整个表面与脱模片粘合一体化的预成型体,剥离表面中的不需要脱模片的部分的脱模片,由此进行制作。由于脱模片也用于保护增强纤维基材的表面,所以优选后者的制造法。即,可以在刚实施共粘合法前除去不需要的部位的脱模片,用于成型。
处理未含浸基质树脂的增强纤维基材时,有时发生增强纤维起毛。从抑制上述起毛发生的观点考虑,优选脱模片与增强纤维基材的上下表面的至少一个的表面的整个面进行粘合一体化。从同样的观点考虑,优选脱模片与沿着增强纤维基材的长度方向的两侧面中的至少一个侧面的整个面进行粘合一体化。
在图5中,在板材71的上面与预成型体11a的下面相连接的部分72上不存在脱模片。据此,预成型体11a中含浸的基质树脂通过预成型体11a到达板材71的上面,伴随着基质树脂的固化,板材71与预成型体11a粘合。
需要说明的是,在板材71的上面,在与树脂扩散介质39b、39c相连接的部分存在脱模片71p,上述脱模片71p可以在将板材71配置于成型装置61的装置基体32上之后在其表面通过手工作业配置。但是,与本发明的预成型体同样地,也可以预先通过粘合树脂使脱模片与板材71的必要位置粘合一体化。在后者的情况下,可以准备使板材71的上面的整个面和脱模片粘合一体化的物质,在即将实施共粘合法之前,除去不需要的部位的脱模片。另外,作为其他方法,也可以将脱模片12p、13p分别制成仅为到达左侧基质树脂注入口34b和右侧基质树脂注入口34a的宽度,由此也可以不需要脱模片71p。
本发明的预成型体中使用的增强纤维基材是由多根增强纤维形成的。作为所使用的增强纤维,包括玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维、聚对苯撑苯并二噁唑(PBO)纤维、聚乙烯醇(PVA)纤维、聚乙烯(PE)纤维等有机纤维、或聚丙烯腈(PAN)类、沥青类等碳纤维等。由于碳纤维的比强度及比弹性模量优异,几乎不吸水,所以在制造航空器和汽车用的纤维增强树脂梁时优选使用。
增强纤维基材的形态优选为由多根增强纤维形成的布帛,即,增强纤维布帛。作为增强纤维布帛的形态,包括织物、针织物、编织物或增强纤维单向合丝的片(单向片)。作为织物,包括单向织物、双向织物或多轴织物。
在大多数情况下,增强纤维基材是由多层增强纤维布帛层合得到的层合体形成。在层合体上,多层增强纤维布帛通过粘合树脂相互粘合一体化。增强纤维布帛间的粘合形态可以为基于粘合树脂形成的点状、线状等部分粘合。在增强纤维的排列方向为单向的增强纤维布帛多片层合、并且需要尽可能地使层合体为均质结构的情况下,层合各增强纤维布帛使各层增强纤维的排列方向各不相同。
本发明的预成型体中所用的脱模片由于需要具有基质树脂的流通性,所以优选为由多根纤维形成的布帛。对于脱模片来说,由于在制造纤维增强树脂梁之后需要从制造得到的纤维增强树脂梁的表面剥离,所以形成脱模片的布帛优选为织物。用于脱模片的纤维优选聚酯纤维或聚酰胺纤维。由于市售有各种形态的脱模片,所以可以根据与增强纤维基材的粘合性和成型条件来适当地选择。
如上所述,在制造纤维增强树脂梁后需要从制造得到的纤维增强树脂梁的表面剥离脱模片。有时在除去脱模片后的纤维增强树脂梁的表面上与其他构件粘合一体化。此时,如果脱模片由聚酯纤维的织物形成,则剥离了脱模片的表面,与脱膜片由其他纤维原料形成的织物形成时的剥离了脱模片的表面相比,与其他构件的粘合性良好。
因此,脱模片优选由聚酯纤维的织物形成。另外,无需粘合其他构件时,或粘合其他构件但是粘合性方面没有问题时,可以使用由其他纤维原料例如由聚酰胺纤维的织物形成的脱模片。
用于粘合增强纤维基材与脱模片的粘合树脂可以是热固性树脂及热塑性树脂中的任意一种。在常温下将脱模片粘合于增强纤维基材上时,可以使用利用溶剂溶解在常温下没有粘合性的树脂、赋予常温下的粘合性的树脂。通过上述方法,在溶剂挥发后在常温下可以保持干燥状态。另一方面,通过下述连续的预成型体的制造工序制造预成型体时,优选使用热塑性树脂。
作为热塑性树脂,可以使用聚碳酸酯、聚缩醛、聚苯醚、聚乙酸乙烯酯、聚苯硫醚、多芳基化合物、聚酯、聚酰胺、聚酰胺-酰亚胺、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚砜、聚醚砜、聚醚醚酮、聚芳酰胺、聚苯并咪唑、聚乙烯、聚丙烯、醋酸纤维素等树脂。
需要说明的是,当选择树脂时,优选考虑如下方面进行选择,即脱模片与增强纤维基材的粘合性,以及使成型得到的纤维增强树脂梁的耐冲击特性,例如施加冲击后的常温压缩强度(CAI-Compression AfterImpact)提高。
在形成由多层增强纤维布帛相互粘合得到的层合体时作为所使用的粘合树脂,可以使用与上述增强纤维基材和脱模片的粘合中所使用的粘合树脂相同的树脂。
为了使增强纤维基材的表面和脱模片粘合一体化,附着在增强纤维基材的表面上的粘合树脂的附着量优选为2g/m2至40g/m2;以及为了使多层增强纤维布帛之间粘合一体化,附着在相邻增强纤维布帛中的一方的增强纤维布帛的表面上的粘合树脂的附着量优选为2g/m2至40g/m2
附着量的下限值,是用于被相互粘合的构件在之后必要的加工工序中不容易剥离、保持预成型体所期望的形态的优选值。附着量的上限值优选,是用于防止出现如下情况的优选值:附着量过多阻碍基质树脂含浸于预成型体中;或由于粘合树脂所占的层间变厚,引起成型的纤维增强树脂梁重量增加。
粘合树脂在增强纤维基材上的附着形态,优选为点状、或者连续或不连续的线状。通过使粘合树脂以上述形态附着在增强纤维基材上,可以提高基质树脂含浸于预成型体中的含浸性。
作为将脱模片与纤维增强基材的表面通过粘合树脂粘合一体化,制作本发明的预成型体的方法,有如下三种。
第1种方法如下,首先在增强纤维基材(增强纤维基材片)的表面层合脱模片;然后对被层合的脱模片和增强纤维基材片进行加热及/或加压,通过粘合树脂将脱模片和增强纤维基材片粘合一体化;之后利用赋型模加热及/或加压与脱模片粘合一体化的增强纤维基材片,赋予形状,使在横截面形状中形成至少一个弯曲部。
第2种方法为在一个赋型工序(一个赋型装置)中同时进行第1种方法中的脱模片与增强纤维基材片的粘合一体化、和对增强纤维基材片赋予形状的方法。即,将配置于增强纤维基材片表面的脱模片和增强纤维基材片作为一体进行加热及/或加压,进行脱模片与增强纤维基材片的粘合一体化、和与脱模片一同对增强纤维基材片赋予形状。
第3种方法如下:首先利用赋型模加热及/或加压平板的增强纤维基材(增强纤维基材片),赋予形状,使在横截面形状中形成至少一个弯曲部,然后在赋予了形状的增强纤维基材片的表面层合脱模片,加热及/或加压层合得到的脱模片和增强纤维基材片,通过粘合树脂使脱模片与增强纤维基材片粘合一体化。
在第1种至第3种方法中,在增强纤维基材片的表面层合脱模片时,需要在脱模片与增强纤维基材片之间配置粘合树脂,粘合树脂可以预先附着在增强纤维基材片的表面,也可以相反地附着在脱模片的表面。特别是,在赋予了形状的增强纤维基材为增强纤维布帛的层合体时,优选在增强纤维布帛的两面附着由热塑性树脂形成的粘合树脂。此时,粘合树脂经加热及加压,发生塑性变形,层合的增强纤维布帛之间的层间更加牢固地粘合,有助于预成型体形状的固定,同时附着在增强纤维布帛上的粘合树脂在增强纤维基材片表面上露出,可以通过粘合树脂将脱模片与增强纤维布帛的层合体的表面粘合一体化。
第3种方法是在进行增强纤维基材的赋型后,在赋型的增强纤维基材上,即在横截面形状中存在至少一个弯曲部的增强纤维基材上贴合脱模片的方法,因此根据横截面形状,有时难以将脱模片贴合到所期望的位置。从此方面考虑,一般认为与第3种方法相比第1种方法具有自由度。
另外,一般认为与第1种方法相比,第2种方法通过使工序简略化,可以降低设备化中的设备费用,有利于削减制造成本,但在第1种方法中增强纤维基材片与脱模片可以一起以平坦的状态进行层合,粘合一体化,所以容易决定双方的片的位置,因此脱模片易于贴合在正确的位置,与之相比在第2种方法中进行在增强纤维基材片上形成弯曲部的作业的同时,进行脱模片的粘合,因此与第1种方法相比,难以将脱模片贴合在正确的位置。根据上述理由,在第1到第3种方法中,最优选第1种方法。
图6为在第1种方法中用于通过粘合树脂将脱模片与增强纤维基材的表面粘合一体化的脱模片粘合装置的一例的横截面简图。在图6中,脱模片粘合装置81由被固定在基台(省略图示)上面的平板的下模82和安装在被基台支撑的上下移动装置(省略图示)上的平板的上模83构成。在上模83和下模82中自备加热装置。这种形式的装置通常被称作平板冲床81a。
将脱模片84配置于下模82的上表面。然后,将附着粘合树脂的增强纤维基材85配置于脱模片84的上表面。完成上述准备作业后,通过上下移动装置使上模83朝向下模82下降,将增强纤维基材85挤压在脱模片84上。通过将挤压状态保持一定时间,增强纤维基材85与脱模片84被加热及加压粘合一体化所需的一定时间,通过附着于增强纤维基材85表面的粘合树脂,将脱模片84与增强纤维基材85的下表面粘合一体化。
粘合一体化结束后,上模83通过上下移动装置移动到上方,从脱模片粘合装置81中取出与脱模片粘合一体化得到的增强纤维基材。由于取出的增强纤维基材与脱模片被一体化,所以其操作性良好。
图6的脱模片粘合装置81中的上模83和下模82的长度方向(与纸面垂直的方向)的长度(模长度)比粘合处理的基材的长度方向的长度短时,一旦进行模长度部分的粘合处理后,开模,移动基材使下一个粘合处理部位位于模的位置,然后合模,进行下一个粘合处理。即,基材的移动和基材移动停止中的粘合处理间歇地交互进行必要次数,处理连续基材。
当基材不是长尺寸、为模长度以下的一定长度的基材时,可以通过使用供给托盘(图中未示出)供给一定长度的基材,或通过手作业,将基材配置于下模82上。另一方面,长度超过模长度的连续基材(连续基材),需要间歇移动处理时,在脱模片粘合装置81上安装原料基材的间歇供给装置(图中未示出)和被处理的基材的间歇牵拉装置(图中未示出)。
图7为用于通过粘合树脂将脱模片与增强纤维基材的表面粘合一体化的脱模片粘合装置的另一例的横截面简图。在图7中脱模片粘合装置91与图6的脱模片粘合装置81同样地具有下模92和上模93。
图6的脱模片粘合装置81与图7的脱模片粘合装置91的不同之处在于,上模93的下面不是平面,在上模93的下面设置多个凸起93a。该凸起93a通常被称作压头。脱模片粘合装置91除上述不同之处之外的其他结构与脱模片粘合装置81的结构相同。
通过使用脱模片粘合装置91,脱模片94与增强纤维基材95通过粘合树脂粘合一体化,但两者的实际粘合部位与凸起(压头)93a的位置相对应地分散存在,两者为部分粘合。另一方面,使用图6的平板冲床81a时,脱模片84与增强纤维基材85的粘合部位在两者相对的整个面上,其两者整面地粘合。
通过上述整面粘合与脱模片一体化的增强纤维基材,在之后被赋型时,根据被赋型的形状有时在被粘合的脱模片上产生褶皱。此时,使用通过部分粘合与脱模片一体化的增强纤维基材,可以防止这种褶皱产生。
进而,脱模片粘合装置的另外一例如图15所示。在图15中脱模片粘合装置96与图6的脱模片粘合装置81同样地具有下模97和上模98。图6的脱模片粘合装置81与图15的脱模片粘合装置96的不同之处在于,在上模98下面的中央部仅设置一个从下面凸出所形成的凸出平坦部分98a。脱模片粘合装置96除上述不同之处之外的其他结构与脱模片粘合装置81的结构相同。
通过使用脱模片粘合装置96,脱模片99与增强纤维基材100通过粘合树脂粘合一体化,但两者的粘合部位仅为与凸出平坦部分98a相对应的部分,两者被部分粘合。使凸出平坦部分98a的区域,即,被部分粘合的区域位于在后续工序中形成弯曲部时的横截面形状中未形成弯曲部的区域,由此脱模片在后续工序中形成弯曲部时不会被增强纤维基材片限制,所以可以形成准确的曲面,与利用上述凸起(压头)93a的部分粘合同样,可以防止脱模片产生褶皱。
将增强纤维基材或与脱模片粘合一体化的增强纤维基材进行赋型、使在其横截面形状中形成至少一个弯曲部的赋型装置的一例如图8所示。该赋型装置本身已经公知的。
图8为赋型装置101的横截面简图。赋型装置101由下述模构成,即被固定在基台(省略图示)上的下模102、被基台支撑的在上下方向可以移动的上模103、被基台支撑的在左右方向可以移动的右侧模104a以及被基台支撑的在左右方向可以移动的左侧模104b。
在上模103的下面,沿着上模103的长度方向(与纸面垂直的方向)设置横截面形状为U形(C形)的凹槽103a。考虑赋型基材的厚度,下模102的上面为在上模103的凹槽103a中嵌合的横截面形状为反U形的顶部。右侧模104a的左侧面和左侧模104b的右侧面均为平面。下模102、上模103、右侧模104a和左侧模104b中分别自备加热装置。
根据图8说明利用图7的脱模片粘合装置91形成的与平的脱模片94粘合一体化的增强纤维基材95被赋型为横截面形状为C形的本发明预成型体的过程。图8中,首先,将与平的脱模片94粘合一体化的增强纤维基材95配置在下模102的上面。然后降低上模103,在与下模102之间,加热及加压与脱模片94粘合一体化的增强纤维基材95的宽度方向的中央部。
另外,将右侧模104a向下模102的方向移动,在右侧模104a与下模102之间,加热及加压与脱模片94粘合一体化的增强纤维基材95的宽度方向的右侧端部。
进而,将左侧模104b向下模102的方向移动,左侧模104b与下模102之间,加热及加压与脱模片94粘合一体化的增强纤维基材95的宽度方向的左侧端部。
通过利用上述模的加热及加压,起初平坦的、与脱模片94粘合一体化的增强纤维基材95形成在横截面形状中具有右侧弯曲部和左侧弯曲部的本发明的预成型体。
通过对与脱模片粘合一体化的增强纤维基材加热,将脱模片与增强纤维基材粘合一体化的粘合树脂、以及将增强纤维基材中的增强纤维布帛之间粘合一体化的粘合树脂发生软化。通过上述软化,确保各基材移动的自由度,提高赋型装置中的赋型性,结果可以抑制赋型中的脱模片和增强纤维基材产生褶皱。因此,将与脱模片粘合一体化的增强纤维基材在投入赋型装置101中时,可以预先加热后投入。
但是,例如在使用利用图7和图15中所示的脱模片粘合装置将准备的脱模片与增强纤维基材部分粘合所得到的基材时,通过部分粘合,可以获得各基材移动的自由度,因此此时在赋型装置中省略各基材的预先加热时,如果可以确认各基材没有产生褶皱,则也可以省略各基材的预先加热。
在图8的赋型装置101中,可以停止使用右侧模104a和左侧模104b,使设置于上模103下面的凹槽103a的深度变大,形成通过上模103与下模102将基材赋型的赋型装置,但此时赋型中在各基材上容易产生褶皱。因此,为了抑制褶皱的产生,优选赋型装置如图8所示为设置有右侧模104a与左侧模104b的分割模。
图8的赋型装置101长度方向(与纸面垂直的方向)的长度(模长度)比经赋型处理的基材的长度方向的长度短时,一旦进行模长度的赋型处理后,开模,移动基材使下一个赋型处理的部位位于模的位置,然后合模,进行下一个赋型处理。即,可以通过进行必要次数的间歇处理对连续基材进行处理。
基材为模长度以下时,可以通过手工作业将基材配置于下模102,但基材为长度超过模长度的长尺寸、需要间歇处理时,可以在赋型装置101上安装基材供给装置(图中未示出)和基材牵拉装置(图中未示出)。
图8中所示的赋型装置101是赋型为C形(U形)的横截面形状时所使用的赋型装置,但通过改变此处使用的模的横截面形状,可以制造例如图2中所示的各种横截面形状的赋型体。但是,通过一个赋型装置制造具有复杂横截面形状的赋型体时伴有装置上的困难。为了避免上述困难或将赋型工序简单化,可以将由简单的横截面形状组成的多个赋型体进行组合,制造所期望的赋型体。这种情况下被组合前的各赋型体被称作预赋型体。
图9为用于由多个预赋型体制造一个赋型体的预赋型体粘合装置111的一例的横截面简图。预赋型体粘合装置111由下述模组成,即被基台(图中未示出)支撑的在上下方向可以移动的下模112、被基台支撑的在水平方向可以移动的右侧模113a、被固定在基台上的左侧模113b、被基台支撑的在上下方向可以移动的上模114。
考虑到被配置的预赋型体的厚度,使右侧模113a的下面和左侧模113b的下面位于与下模112的上面具有间隔的位置。考虑到被配置的预赋型体的厚度,使右侧模113a的上面和左侧模113b的上面位于与上模114的下面具有间隔的位置。下模112、右侧模113a、左侧模113b和上模114中各自备有加热装置。
在图9中,将平板的下侧预赋型体120配置于下模112的上面。该下侧预赋型体120为未与脱模片粘合一体化的增强纤维基材,但多层增强纤维布帛在加热及/或加压下通过粘合树脂预先粘合一体化,即被预赋型。
将C形右侧预赋型体121a与C形左侧预赋型体121b分别背靠背地配置于下侧预赋型体120的上面。将平板的上侧预赋型体122配置于C形右侧预赋型体121a与C形左侧预赋型体121b的上面。
C形右侧预赋型体121a和C形左侧预赋型体121b,通过图8中所示的赋型装置101预赋型,由与脱模片94粘合一体化的增强纤维基材95形成。上侧预赋型体122由与脱模片94粘合一体化的增强纤维基材95形成,脱模片94与增强纤维基材95通过图7中所示的脱模片粘合装置91粘合一体化即预赋型。
各预赋型体的一体化如下进行,右侧模113a沿着右侧预赋型体121a的上侧梁缘部的下面与下侧梁缘部的上面进入C形的凹部,通过此作用左侧模113b沿着左侧预赋型体121b的上侧梁缘部的下面与下侧梁缘部的上面进入C形的凹部,夹着各个预赋型体的梁腹部进行挤压,并且与此同时或间隔一段时间,上模114与下模112分别下降及上升,挤压上侧预赋型体122和下侧预赋型体120。
各预赋型体之间的粘合一体化通过各预赋型体中含有的粘合树脂进行。需要说明的是,根据需要在粘合一体化之前也可以在各预赋型体之间的粘合面上重新附着粘合树脂。通过上述各预赋型体的粘合一体化工序使本发明的预成型体成型。
图9的预赋型体粘合装置111的长度方向(与纸面垂直的方向)的长度(模长度)比粘合处理的基材的长度方向的长度短时,一旦进行模长度的粘合处理后,开模,移动基材使下一次的粘合处理部位位于模的位置,然后合模,进行下次的粘合处理。即,通过进行必要次数的间歇处理,可以处理连续基材。
在预赋型体粘合装置111上安装各基材,当基材为模长度以下时,可以通过手工作业进行安装,但当为长度超过模长度的连续基材、需要间歇处理时,可以在预赋型体粘合装置111上安装基材供给装置(图中未示出)和基材牵拉装置(图中未示出)。
作为脱模片粘合装置、赋型装置和预赋型体粘合装置中的各模的加热方式,可以使用例如硅加热器等电热加热方式,或热水、热油等载热体加热方式。另外,作为各个装置中的各模的加压方式,可以使用例如利用压缩机产生的压空加压方式。
有时要求一种横截面形状中的高度在长度方向上发生变化的纤维增强树脂梁。特别是在航空器用的结构构件、其中机翼结构构件中使用的的纤维增强树脂梁中,有时需要在横截面形状中的高度发生变化的梁。
真空袋成型时,将脱模片沿着纤维增强基材的表面形状配置于具有分支点、还具有高度变化的增强纤维基材上是极困难的。上述困难可以通过在真空袋成型中使用本发明的预成型体,即脱模片预先通过粘合树脂与增强纤维基材粘合一体化所得到的预成型体来解决。
有时要求一种梁腹部及/或梁缘部的厚度在长度方向发生变化的纤维增强树脂梁。这种厚度的变化通常通过增减梁腹部及/或梁缘部上的增强纤维布帛的层合层数而形成。因此,该厚度变化被称作铺层递减。
图10为在梁缘部中具有铺层递减的I形的本发明的预成型体的一例的侧视图。在图10中,本发明的预成型体131具有在上侧梁缘部132a上的铺层递减133a和在下侧梁缘部132b上的铺层递减133b。预成型体131具有上述铺层递减,除此之外与图1中所示的I形的本发明的预成型体11相同。因此,在图10中对与图1中所示的预成型体11的构成构件相同的构件标注相同的符号。
图11为图10所示的预成型体131的下侧梁缘部的侧面图。形成下侧梁缘部的增强纤维基材13的多层增强纤维布帛13f的层合层数自铺层递减133b的开始位置135向结束位置136减少。增强纤维布帛13f的层合层数减少3层的例子如图11所示。通过增强纤维布帛13f的层合层数的减少,在梁缘部的增强纤维基材13的表面形成斜面133s。连续的脱模片13p通过粘合树脂与增强纤维基材13的斜面133s的表面及其两侧平坦部的整个表面粘合一体化。
在真空袋成型时,沿着纤维增强基材的表面形状将脱模片配置于具有分支点、还具有铺层递减的增强纤维基材上是极困难的。上述困难可以通过在真空袋成型中,使用本发明的预成型体,即预先通过粘合树脂将脱模片与增强纤维基材粘合一体化所得到的预成型体。
本发明的预成型体中的增强纤维的体积含有率Vpf优选为45%至65%。
增强纤维的体积含有率Vpf由增强纤维基材的厚度t(mm)基于下列公式计算,所述增强纤维基材处于对预成型体施加与大气压相当的压力0.1MPa的状态下。
Vpf=F×p/ρ/t/10
其中,F:为基材中的增强纤维的单位面积重量(g/m2),p:为基材中的增强纤维布帛的层合层数,ρ:为基材中的增强纤维的密度(g/cm3)。
预成型体的厚度T1(mm)的测定按照在JIS-R-7602(1995)中记载的碳纤维织物试验方法中所记载的厚度测定方法,将压力变为0.1MPa进行测定。
在利用真空压的真空RTM成型法中,通常在对预成型体施加大气压的状态下,将基质树脂注入、含浸到预成型体中。由此,测定施加与大气压相当的0.1MPa压力时的预成型体中的增强纤维的体积含有率Vpf。
由于本发明的预成型体为通过粘合树脂使脱模片与构成表层的增强纤维布帛的表面粘合一体化,所以从由上述预成型体的厚度的测定所得到的预成型体的厚度T1(mm)中,减去脱模片的厚度T2,由此计算增强纤维基材的厚度t(mm)。
当预成型体具有复杂的形状、用基于JIS-R-7602(1995)的测定方法无法测定时,从预成型体中切出测定用的样品,在大气压下测定预成型体的厚度T1(mm)。此时,需要切出测定用样品且注意不能使预成型体的厚度变化。
当也不能切出测定用样品时,将预成型体配置于模上,用袋膜覆盖,进行真空袋成型(vacuum bagging),由此在对预成型体施加大气压的状态下,测定预成型体、模、袋膜的共计的总厚度,从总厚度中减去模、袋膜的厚度,由此测定预成型体的厚度。
增强纤维的体积含有率Vpf低于45%时,由于由该预成型体成型得到的纤维增强树脂梁中的增强纤维的体积含有率Vf低、成型得到的纤维增强树脂梁的重量增加,故不优选。
调节体积含有率Vf的方法有下述方法,即,向增强纤维的体积含有率Vpf低、例如Vpf低于45%的预成型体中,注入、含浸基质树脂后,中止注入基质树脂,从抽吸口抽吸、除去在预成型体内部含浸的余量的基质树脂,调整为所期望的增强纤维的体积含有率Vf。但是,即使适用上述方法,但在大型结构构件中,难以在整个构件上均匀地抽吸、除去剩余的基质树脂。另外,由于被抽吸、除去的基质树脂被废弃,所以存在制造成本增加的问题。
当增强纤维的体积含有率Vpf超过65%时,有时由于预成型体的增强纤维密度过高,所以基质树脂难以含浸于预成型体中,产生未含浸树脂的部分,故不优选。从上述观点考虑,增强纤维的体积含有率Vpf优选为50%至60%。
预赋型体粘合装置不仅具有一体化多数预赋型体的功能,还具有控制在制造得到的预成型体中的增强纤维体积含有率Vpf的功能。可以通过选择增强纤维基材的增强纤维、由增强纤维形成的基材的结构或形成增强纤维基材的多层增强纤维布帛的组合等,来决定增强纤维基材的结构,使增强纤维体积含有率Vpf的值为所期望的值。另一方面,必要时可以通过预赋型体粘合装置中各模对各基材的加热及加压进行各基材的厚度微调,来最终调整增强纤维体积含有率Vpf的值。
因此,预赋型体粘合装置优选不仅可以粘合一体化多个预赋型体,而且还具有可以控制预成型体的增强纤维体积含有率Vpf的加热及加压装置。
增强纤维体积含有率Vpf的微调可以利用同样的加热及加压作用在赋型装置中进行,也可以在赋型装置中,利用预赋型体粘合装置将增强纤维体积含有率Vpf进行了微调的各预赋型体进行粘合一体化。与预赋型体粘合装置中的各模的移动相比,在赋型装置上的各模的移动较简单时,优选在赋型装置中进行增强纤维体积含有率Vpf的微调。
另一方面,在赋型装置中得到的预赋型体的增强纤维体积含有率Vpf比所期望的预成型体的增强纤维体积含有率Vpf低时,由于在预赋型体粘合装置中除了将各预赋型体粘合一体化为具有复杂形状的预成型体形状之外,还需要在复杂的预成型体形状中进一步进行加热及加压的调整,所以在这种情况下,增强纤维体积含有率Vpf的微调优选在赋型装置中进行。
图12为由4片连续的增强纤维基材片(片(tape)、条(band)或带(strip))和4片连续的脱模片(片、条或带)制造图1中所示的I形的本发明的预成型体的制造装置的侧视简图。在图12中预成型体的制造装置141在其入口侧具有8条连续片供给传送线,在其出口侧具有本发明的预成型体牵拉传送线143。
在图12中8条连续片供给传送线从上侧开始依次由下述传送线组成,即上侧梁缘部脱模片供给传送线142Ap、上侧梁缘部增强纤维基材片供给传送线142Af、右C形梁腹部增强纤维基材片供给传送线142Bf、右C形梁腹部脱模片供给传送线142Bp、左C形梁腹部增强纤维基材片供给传送线142Cf、左C形梁腹部脱模片供给传送线142Cp、下侧梁缘部增强纤维基材片供给传送线142Df和下侧梁缘部脱模片供给传送线142Dp。
上侧梁缘部脱模片供给传送线142Ap在供给传送线142Ap的上游侧准备了将连续的上侧梁缘部脱模片151Ap卷成辊状的原料供给辊(省略图示),从此处开始如下所述间歇地进行供给,即作为原料的连续的上侧梁缘部脱模片151Ap以规定的处理长度供给到上侧梁缘部脱模片供给传送线142Ap,之后停止供给。
其他的供给传送线142Af、142Bf、142Bp、142Cf、142Cp、142Df和142Dp也分别在各自上游侧准备了与上侧梁缘部脱模片供给传送线142Ap相同的原料供给辊(省略图示),从此处开始如下所述间歇地进行供给,即各原料151Af、151Bf、151Bp、151Cf、151Cp、151Df和151Dp以规定的处理长度供给到各自的供给传送线,之后停止供给。
上侧梁缘部脱模片供给传送线142Ap和上侧梁缘部增强纤维基材片供给传送线142Af形成一组成型传送线142A。右C形梁腹部增强纤维基材片供给传送线142Bf和右C形梁腹部脱模片供给传送线142Bp形成一组成型传送线142B。左C形梁腹部增强纤维基材片供给传送线142Cf和左C形梁腹部脱模片供给传送线142Cp形成一组成型传送线142C。下侧梁缘部增强纤维基材片供给传送线142Df和下侧梁缘部脱模片供给传送线142Dp形成一组成型传送线142D。
在成型传送线142A上从上游侧到下游侧设置脱模片粘合装置144A和赋型装置145A。作为脱模片粘合装置144A,例如优选使用图6中所示的脱模片粘合装置81或图7中所示的脱模片粘合装置91。作为赋型装置145A,例如优选使用与图6中所示的与脱模片粘合装置81相同的装置。
将与该装置的原料处理长度相称的一定长的增强纤维基材片151Af和脱模片151Ap送入脱模片粘合装置144A中,停止。之后闭合脱模片粘合装置144A的模,在加热及加压下,脱模片151Ap与增强纤维基材片151Af的上面粘合一体化。
然后,将与脱模片151Ap一体化的增强纤维基材151Af传送给赋型装置145A后,在此处停止,通过赋型装置145A在加热及/或加压下将其赋型为平板形。通过脱模片粘合装置144A与赋型装置145A的间歇的工作,形成与连续的脱模片一体化的平板的预成型体146A。
脱模片粘合装置144A和赋型装置145A在装置上以及工作上没有大的不同,所以可以任选其一省略另一个。
与成型传送线142A的情况完全相同地在成型传送线142D上从上游侧到下游侧设置脱模片粘合装置144D和赋型装置145D。脱模片粘合装置144D和赋型装置145D,与脱模片粘合装置144A和赋型装置145A进行完全相同的工作,所以省略详细的说明。通过赋型装置145D形成与连续的脱模片一体化所得的平板的预成型体146D。
在成型传送线142B上从上游侧到下游侧设置脱模片粘合装置144B和赋型装置145B。作为脱模片粘合装置144B,例如优选使用图6中所示的脱模片粘合装置81、图7中所示的脱模片粘合装置91或图15中所示的脱模片粘合装置96。作为赋型装置145B,例如优选使用图8中所示的赋型装置101。
将与该装置的原料处理长度相称的一定长的增强纤维基材片151Bf和脱模片151Bp送入脱模片粘合装置144B中,停止。之后闭合脱模片粘合装置144B的模,在加热及加压下,将脱模片151Bp与增强纤维基材片151Bf的下面粘合一体化。
然后,将与脱模片151Bp一体化的增强纤维基材151Bf送入赋型装置145B后,在此处停止,通过赋型装置145B,在加热及/或加压下将其赋型为C形。通过脱模片粘合装置144B和赋型装置145B的间歇的工作,形成与连续的脱模片一体化的C形预成型体146B。
与成型传送线142B完全相同地在成型传送线142C上从上游侧到下游侧设置脱模片粘合装置144C和赋型装置145C。脱模片粘合装置144C和赋型装置145C,进行与脱模片粘合装置144B和赋型装置145B完全相同的工作,所以省略详细的说明。通过赋型装置145C形成与连续的脱模片一体化的C形预成型体146C。
在成型传送线142A上成型得到的平板的预成型体146A为预赋型体147A。在成型传送线142D上成型得到的平板的预成型体146D为预赋型体147D。在成型传送线142B上成型得到的C形的预成型体146B为预赋型体147B。在成型传送线142C上成型得到的C形预成型体146C为预赋型体147C。
将上述预赋型体147A、147B、147C和147D传送到设置于各自的赋型装置的下游侧的预赋型体粘合装置148。作为预赋型体粘合装置148,例如优选使用图9中所示的预赋型体粘合装置111。在预赋型体粘合装置148中,在加热及/或加压下通过粘合树脂将各预赋型体与各自的增强纤维基材片的粘合面粘合一体化,形成本发明的预成型体152。
沿着预成型体牵拉传送线143间歇地牵拉所形成的预成型体152。各成型传送线及预成型体牵拉传送线的间歇的工作与预成型体152的间歇的牵拉同步进行。在图12中省略了用于在预成型体的制造装置141中各材料间歇移动的装置的图示,但由于用于上述各材料间歇移动的装置已经公知,所以可以使用这些装置。
在图12的预成型体的制造装置141上安装填充材料供给传送线162A以及填充材料供给传送线162B,所述填充材料供给传送线162A用于将填充材料161A供给于预赋型体粘合装置148中,所述填充材料161A用于填埋在图1中所示的分支部16B1的上面和增强纤维基材14的下面之间所形成的空隙部,另外所述填充材料供给传送线162B用于将填充材料161B供给于预赋型体粘合装置148中,所述填充材料161B用于填埋分支部16B2的下面和增强纤维基材15的上面之间所形成的空隙部。填充材料161A和填充材料161B沿着各自的供给传送线,分别被间歇地供给至预赋型体粘合装置148。
在图12的预成型体的制造装置141中,在预赋型体粘合装置148的下游侧可以设置修边装置,所述修边装置修边预成型体152的端部、最终制成规定的横截面形状的预成型体。该修边装置可以从连续工序中分离,单独准备。在根据需要对通过预赋型体粘合装置(例如图9的预赋型体粘合装置)制造得到的预成型体的端部进行修边时,可以使用单独准备的修边装置。
图13为修边装置的一例的侧视简图。在图13中,从图12中所示的预赋型体粘合装置148移动来的预成型体152的端部被修边装置171修边。修边装置171在上侧具有两个上修边刀172a、172b,在下侧具有两个下修边刀172c、172d。各修边刀被基台(省略图示)支撑,可以在预成型体152的长度方向移动。各修边刀对应于预成型体152的间歇的移动,在修边区间往复运动。上述修边装置本身已经在市场销售。
利用上修边刀172a、172b调整预成型体152的上梁缘部长度方向的两侧端部的形状。利用下修边刀172c、172d调整预成型体152的下梁缘部长度方向的两侧端部的形状。
图14为修边装置的另一例的侧视简图。在图14中,从图12中所示的预赋型体粘合装置148移动来的预成型体152的端部被修边装置176修边。修边装置176在上侧具有两个上修边刀177a、177b,在下侧具有两个下修边刀177c、177d。各修边刀被基台(省略图示)支撑,可以在预成型体152的长度方向及宽度方向移动。上修边刀177a、177b在长度方向移动一定距离后,一边在长度方向移动,一边在宽度方向移动使相互之间的间隔拉开。
通过上述方法,在预成型体152的上梁缘部上形成锥形部分178a。对于下修边刀177c、177d,也同样地在预成型体152的下梁缘部形成锥形部分178b。
各修边刀对应于预成型体152的间歇的移动,在长度方向及/或宽度方向的修边区间往复运动。上述修边装置本身已经在市场销售。
本发明的预成型体152将长度方向的一侧端部修边为规定的形状时,由于预成型体152的表面与脱模片粘合一体化,所以可以抑制增强纤维基材(增强纤维布帛)的紊乱。因此,可以得到在修边后的预成型体中的增强纤维没有或仅有少许紊乱、调整好形状的高质量的预成型体。
另一方面,现有技术的预成型体为未含浸基质树脂的状态,增强纤维在表面上露出,所以修边时增强纤维的排列容易紊乱。因此,需要精度良好地、非常慎重地进行修边。
图16为由3片连续的增强纤维基材片(片、条或带)和1片连续的脱模片(片、条或带)制造图2(e)中所示的T形的本发明的预成型体的制造装置的侧视简图。需要说明的是,在本方案中脱模片与T形预成型体的左右梁缘部的梁腹部侧的面、和梁腹部周边贴合。在图16中预成型体的制造装置201在其入口侧具有4条连续片供给传送线,在其出口侧具有本发明的预成型体牵拉传送线203。
在图16中4条连续片供给传送线从上侧依次包括:上侧梁缘部增强纤维基材片供给传送线202Af、右L形增强纤维基材片供给传送线202Bf1、左L形增强纤维基材片供给传送线202Bf2和左右L形脱模片供给传送线202Bp。
在供给传送线202Af、202Bf1、202Bf2、202Bp中,与上述的图12中所示的I形的预成型体制造装置的情况相同,在各上游侧分别准备了原料供给辊(省略图示),从此处开始进行间歇的供给,即将各原料211Af、211Bf1、211Bf2、211Bp分别以规定的处理长度供给至供给传送线后,停止供给。
上侧梁缘部增强纤维基材片供给传送线202Af形成成型传送线202A。右L形增强纤维基材片供给传送线202Bf1和左L形增强纤维基材片供给传送线202Bf2以及左右L形脱模片供给传送线202Bp形成一组成型传送线202B。
在成型传送线202A上从上游侧到下游侧设置赋型装置204A。作为赋型装置204A,优选使用例如与图6中所示的脱模片粘合装置81相同的装置。
在赋型装置204A中送入与该装置的原料处理长度相称的一定长的增强纤维基材片211Af,停止。之后闭合赋型装置204A的模,在加热及/或加压下将其赋型为平板形。通过该赋型装置204A间歇的工作,形成连续的平板的预成型体206A。
在成型传送线202B上从上游侧到下游侧设置脱模片粘合装置204B和赋型装置205B。作为脱模片粘合装置204B,优选使用例如图6中所示的脱模片粘合装置81、图7中所示的脱模片粘合装置91或图15中所示的脱模片粘合装置96。
将与该装置的原料处理长度相称的一定长的增强纤维基材片211Bf1和增强纤维基材片211Bf2以及片宽度比上述2片增强纤维基材片合并的宽度宽的脱模片211Bp送入脱模片粘合装置204B中,停止。
对于在脱模片粘合装置中使用图15的脱模片粘合装置96的情况,利用图17说明此时长度方向的截面的图案。两片增强纤维基材片211Bf1、211Bf2在保持两片之间具有间隙300的状态下配置在宽幅的脱模片211Bp上面。之后在上述状态下脱模片粘合装置204B(图15的脱模片粘合装置96)的模闭合,在加热及加压下,1片脱模片211Bp与增强纤维基材片211Bf1和211Bf2的下面粘合一体化。
此时,在图17中,由于仅对两片增强纤维基材片211Bf1、211Bf2在后续工序中不形成弯曲部、而形成梁腹部的部分加压,所以在之后的利用赋型装置赋予弯曲部时,可以防止上模98的凸出平坦部分98a产生褶皱。
进而,图17中的间隙300的宽度可以为能满足增强纤维基材片211Bf1与211Bf2厚度的宽度。此处的“厚度”是指使增强纤维基材片的增强纤维的体积含有率Vpf为45至65%时的厚度。由此,将粘合有宽幅脱模片211Bp的增强纤维基材片211Bf1、211Bf2,在后续工序中以间隙300为支点使脱模片211Bp为外侧地进行折叠,间隙300的部分成为T形的预成型体的梁腹部的前端部分时,可以使2片增强纤维基材片211Bf1、211Bf2的端部不发生偏移地确实地合并。
即,由于通过脱模片,2片增强纤维基材片211Bf1、211Bf2的相对位置被限制,所以左右2片增强纤维基材片不产生偏移、自然地平行地粘合,在增强纤维方向的精度方面,可以制作高精度的预成型体。另外,由于在梁腹部的前端,脱模片不产生松弛及紧绷,因此即使在后续工序中注入·固化基质树脂,形成纤维增强树脂梁时,也可以制成在梁腹部的前端无富含树脂及未含浸部的、高品质的产品。
然后,将与脱模片211Bp一体化所得的增强纤维基材211Bf1、211Bf2传送给赋型装置205B后,在此处停止,通过赋型装置205B,在加热及/或加压下将其赋型为T形。通过脱模片粘合装置204B和赋型装置205B的间歇的工作,使连续的脱模片围着T模被一体化形成T形预成型体206B。
此时,利用作为横截面简图的图18说明赋型装置205B的详细情况。赋型装置205B由被固定在基台(省略图示)上的右侧模302、被基台支撑的在左右方向上可以移动的左侧模303和被基台支撑的在上下·左右方向上可以移动的宽幅辊304组成。右侧模302的上面和左侧模303的上面都是平面且位于同一面上,右侧模302的左面和左侧模303的右面都是平面的且相互平行。右侧模302和左侧模303各自备有加热装置。
在将利用脱模片粘合装置204B形成的、与脱模片211Bp粘合一体化的带有脱模片的增强纤维基材211Bf1、211Bf2传送给赋型装置205B的过程中,如图19的横截面简图所示,以脱模片为外侧进行折叠,并且与被折叠的支点相反侧的端部附近的增强纤维基材之间形成相互分离的V字形的状态。
然后,将形成V字形的、与脱模片211Bp粘合一体化的带有脱模片的增强纤维基材211Bf1、211Bf2导入赋型装置205B中,此时首先左侧模303向右侧模302的方向移动,加热及加压在右侧模302与左侧模303之间的、从被折叠的支点一侧到中央附近的、相当于T形的梁腹部的部分。
接下来,宽幅辊304在2个增强纤维基材211Bf1、211Bf2之间下降,在增强纤维基材211Bf1、211Bf2形成的凹部305处着落。然后,宽幅辊304在施加向下压力的状态下,向纸面左方向移动至增强纤维基材211Bf1的端部的左侧,未被增强纤维基材211Bf1的右侧模302与左侧模303夹着的上部向左方向弯曲,形成T形的左梁腹部。
接下来,宽幅辊304上升向右侧移动,再次下降,在凹部305处着落,与上述方法同样地在施加向下压力的状态下,这次向纸面右侧方向移动至增强纤维基材211Bf2的端部的右侧,未被增强纤维基材211Bf2的右侧模302与左侧模303夹着的上部向右方向弯曲,形成T形的右梁腹部。
该宽幅辊304的、将增强纤维基材211Bf1、211Bf2的上部分别左右弯曲的一系列动作被称作宽幅动作,通过多次进行上述宽幅动作,增强纤维基材211Bf1、211Bf2可以无褶皱地、确实地形成弯曲部。
在成型传送线202A上成型得到的平板的预成型体206A为预赋型体207A。在成型传送线202B上成型得到的T形的预成型体206B为预赋型体207B。
将上述预赋型体207A、207B传送给设置于各自的赋型装置下游侧的预赋型体粘合装置208。在预赋型体粘合装置208中,在加热及/或加压下,各个预赋型体通过粘合树脂在各个增强纤维基材片的粘合面上粘合一体化,形成本发明的预成型体212。
此时,用作为横截面简图的图20说明预赋型体粘合装置208的详细情况。预赋型体粘合装置208由被固定在基台(省略图示)上的右侧模307、被基台支撑的在左右方向上可以移动的左侧模308和被基台支撑的上下可以移动的上模309组成。右侧模307的上面和左侧模308的上面都是平面的且位于同一面上,右侧模307的左面和左侧模308的右面都是平面且相互平行。上模309的下面与右侧模307的上面和左侧模308的上面形成的平面平行。右侧模307、左侧模308和上模309各自备有加热装置。
将预赋型体207A、207B传送至预赋型体粘合装置208,在T形的预赋型体207B的梁缘部的上面载置平板状的预赋型体207A的状态下,停止传送。此时首先左侧模308向右侧模307的方向移动,加热及加压在右侧模307与左侧模308之间的、相当于T形的梁腹部的部分。然后,上模309下降,加热及加压在上模309与右侧模307及左侧模308之间的、相当于T形的梁缘部的部分,使平板状的预赋型体207A与T形的预赋型体207B粘合一体化。
沿着预成型体牵拉传送线203,间歇地牵拉形成的预成型体212。各成型传送线及预成型体牵拉传送线的间歇的动作,与预成型体212的间歇的牵拉同步进行。在图16中,用于将预成型体的制造装置201上的各材料间歇移动的装置的图示被省略,但由于用于上述各材料间歇移动的装置已经公知,所以可以使用这些装置。
在图16的预成型体的制造装置201上,与图12中所示的I型预成型体的制造装置相同地,也安装用于将填充材料221供给至预赋型体粘合装置208的填充材料供给传送线222,所述填充材料221用于填埋在分支部中形成的空隙部(图20的空隙部310)。填充材料221被沿着各个供给传送线、间歇地供给至预赋型体粘合装置208。
如以上利用图16说明的T模预成型体的制造工序所述,首先将多片增强纤维基材片保持适当的间隙地粘合在1片脱模片上,将该附着有脱模片的增强纤维基材片制作为原来规定的截面形状的预成型体,从而可以得到在增强纤维基材片的相对位置无偏移的、高质量的预成型体。另外,增强纤维基材片的端部也被脱模片包裹,在保护表面的观点考虑,可以得到优异的预成型体。上述方法不限于横截面形状为T形的预成型体,除I形之外,也可以适用于图2中所示的其他截面形状的梁的预成型体。
接下来,说明本发明的实施例和比较例。
实施例1
<碳纤维布帛>
作为纤维增强纱条,将单纤维为24,000条、宽度为5.4mm、拉伸强度为5.8GPa、拉伸弹性模量为290GPa的碳纤维纱条作为经纱条,将在22.5分特附着有偶联剂的玻璃纤维纱上覆盖实施了精炼加工的17分特的尼龙66长丝得到的包芯纱作为经纱的辅助纱,将实施了精炼加工的17分特的尼龙66长丝作为纬纱,使用上述纤维增强纱条准备碳纤维单位面积重量为190g/cm2的单向无卷曲的碳纤维织物。
准备含有平均粒径为120μm、玻璃化温度为70℃的热塑性树脂作为粘合树脂的粒子。该粘合树脂均匀地散布在上述单向无卷曲的碳纤维织物的两面。使粘合树脂的散布量为每一面13g/m2。将散布粘合树脂的碳纤维织物加热至200℃,使散布的粘合树脂附着在碳纤维织物的表面。
<碳纤维基材>
将上述附着有粘合树脂的碳纤维布帛裁成具有45°方向、0°方向、-45°方向、90°方向的纤维方向的角度的、宽度为1,000mm、长度为5,000mm的碳纤维布帛,按45°/0°/-45°/90°/-45°/0°/45°的顺序依次层合,准备碳纤维布帛的层合体。
将上述层合体配置在可以加热的平板、与尖端的截面面积为3mm2的圆柱状压头以间距为10mm纵横排列在平板上的可以加热的铝合金制的粘合夹具之间,将平板与粘合夹具加热至80℃,将层合体加热至80℃,同时调节粘合夹具使每1个压头施加的压力为0.1MPa,对与粘合夹具的加压部相应的层合体的位置进行加压,通过在碳纤维布帛的表面附着的粘合树脂,在与加压部的位置相对应的部位上,使碳纤维布帛之间粘合一体化,制造碳纤维基材。
以0°方向为长度方向,通过裁断上述碳纤维基材,准备具有宽度为100mm、长度为5,000mm的尺寸的2片碳纤维基材片,以及具有宽度为150mm、长度为5,000mm的尺寸的2片碳纤维基材片。
实施例2
<脱模片与增强纤维基材的粘合一体化>
通过裁断由单位面积重量为85g/m2、厚度为0.14mm的聚酯织物形成的脱模片(Richmond Aircraft Products公司制Peel Ply 60001),来准备宽度为100mm、长度为5,000mm的2片脱模片和宽度为150mm、长度为5,000mm的2片脱模片。
将实施例1中准备的宽度为100mm的2片碳纤维基材中的1片用作图12中所示的增强纤维基材片142Af,将另外1片用作增强纤维基材片142Df。另外,将实施例1中准备的宽度为150mm的2片碳纤维基材中的1片用作图12中所示的增强纤维基材片142Bf,另外1片用作增强纤维基材片142Cf。
将准备的宽度为100mm的2片脱模片中的1片用作图12中所示的脱模片142Ap,另外1片用作脱模片142Dp。另外,将准备的宽度为150mm的2片脱模片中的1片用作图12中所示的脱模片142Bp,另外1片用作脱模片142Cp。
在成型传送线142A上将脱模片142Ap和增强纤维基材片142Af间歇地供给至脱模片粘合装置144A中。与上述间歇供给同步地,在成型传送线142D上将脱模片142Dp和增强纤维基材片142Df间歇地供给至脱模片粘合装置144D中。
进而,与上述间歇供给同步地,在成型传送线142B上将脱模片142Bp和增强纤维基材片142Bf间歇地供给至脱模片粘合装置144B。与上述间歇供给同步地,在成型传送线142C上将脱模片142Cp和增强纤维基材片142Cf间歇地供给至脱模片粘合装置144C中。
在各脱模片粘合装置中,供给的脱模片与增强纤维基材片粘合一体化。该粘合一体化时的加热温度设置为90℃、加压压力设置为1.0kg/cm2(0.098MPa)。加热加压时间设置为2分钟。通过各脱模片粘合装置,制造脱模片与增强纤维基材片的一侧表面粘合一体化的带状增强纤维基材片,制造4片上述带状增强纤维基材片。
由成型传送线142A的脱模片粘合装置144A制造得到的与脱模片粘合一体化的增强纤维基材片可以直接用作平板的预赋型体146A,所以省略使用在成型传送线142A上的赋型装置145A。同样地,也省略使用在成型传送线142D上的赋型装置145D。
由成型传送线142B的脱模片粘合装置144B制造得到的与脱模片粘合一体化的增强纤维基材片,之后被供给至赋型装置145B。另外,由成型传送线142C的脱模片粘合装置144C制造得到的与脱模片粘合一体化的增强纤维基材片,之后被供给至赋型装置145C。在赋型装置145B及赋型装置145C中,各个与脱模片粘合一体化的增强纤维基材片被赋型为横截面形状为C形。
上述赋型中的加热温度设置为90℃、加压压力设置为1.0kg/cm2(0.098MPa)。加热加压时间设置为10分钟。通过各赋型装置,制造脱模片与增强纤维基材片一侧表面粘合一体化的横截面形状为C形的2个预赋型体146B、146C。
将预赋型体146A、146D以及预赋型体146B、146C制造为在长度方向长度为600mm后,将它们切断,从成型传送线取出,测定各预赋型体(预成型体)中的增强纤维体积含有率Vpf。
各预赋型体厚度的测定如下进行,根据JIS-R-7602(1995),将压力仅设置为0.1MPa,测定赋型体的5处的厚度,其平均值作为赋型体的Vpf。其中,以减去粘合的脱模片厚度的厚度为各赋型体的厚度。
平板赋型体146A、146D厚度的测定位置为在宽度方向的中心、以及在长度方向上以100mm的间隔在长度方向的整个长度上进行测定。C形赋型体146B、146C厚度的测定位置为在梁腹部的高度的中心、以及在长度方向上以100mm的间隔在长度方向的整个长度上进行测定。
其结果确认,预成型体的增强纤维体积含有率Vpf全部在54.0±0.5%的范围内。
平板的预赋型体146A、146D以及C形的预赋型体146B、146C分别被间歇地供给至预赋型体粘合装置148中。
另一方面,裁断实施例1中使用的碳纤维布帛,使其成为13根碳纤维纱条沿着宽度方向排列的状态,在宽度方向上折叠,准备2根填充材料161A、161B。通过填充材料供给传送线162A、162B将准备的填充材料161A、161B间歇地传送给预赋型体粘合装置148。
在预赋型体粘合装置148中,停止供给各预赋型体和各填充材料后,闭合预赋型体粘合装置148的各模,在加热及加压下进行各预赋型体与各填充材料的一体化。上述一体化中的加热温度设置为90℃、加压压力设置为0.3kg/cm2(0.0294MPa)。加热加压时间设置为10分钟。由此,制造脱模片与增强纤维基材片的全部表面粘合一体化的、横截面形状为I形的本发明的预成型体152。
以100mm间隔在长度方向上的整个长度上,对制造的I形预成型体152梁腹部的增强纤维体积含有率Vpf进行测定。在全部测定位置中,增强纤维体积含有率Vpf全部在54.0±0.5%的范围内。
另外,在I形的预成型体152的表面,没有发现褶皱等缺点,确定其为高质量的预成型体。
进而,由于表面粘合一体化有脱模片,所以预成型体的处理性良好,在表面上也未确定到起毛等缺点。在其长度方向上,以1,000mm切断上述制造的预成型体152,制作纤维增强树脂梁成型用的预成型体。
实施例3
使用与图3所示相同的成型装置和实施例2中准备的纤维增强树脂梁成型用的预成型体,制造纤维增强树脂梁。
上述制造为将基质树脂注入、含浸至预成型体中之后,在加热温度为130℃下加热2小时,使基质树脂前固化。完成基质树脂的前固化后,取出袋膜及各模等,脱膜。将得到的纤维增强树脂梁在加热温度为180℃下加热2小时,进行基质树脂的后固化,完成成型。
确认制造的纤维增强树脂梁的外表面,结果未确认到褶皱或树脂浓厚等缺点。在长度方向上以100mm间隔测定上述纤维增强树脂梁的梁缘部及梁腹部的厚度,测定增强纤维体积含有率Vf。可确认增强纤维体积含有率Vf的测定结果全部在57.5±2.5%的范围内。
另外,沿着与长度方向垂直的方向切断,观察横截面,在分支部附近的交叉部中未确认到富含树脂的部分。
比较例1
除不使用脱模片之外,与实施例1以及实施例2同样地制造预成型体。即,上述预成型体为脱模片未与表面粘合一体化的现有预成型体。
成型装置的成型模中,在上述现有预成型体的表面,作为脱模片,配置由单位面积重量为85g/m2、厚度为0.14mm的聚酯织物形成的脱模片(Richmond Aircraft Products公司制Peel Ply 60001),进行成型准备。但是,将各材料配置到成型装置的过程中,产生了脱模片偏移、生成褶皱、无法准确地沿着分支部附近的角落部的问题。
在上述状态下,与实施例3同样地进行纤维增强树脂梁的成型。观察制造的纤维增强树脂梁的外表面,结果沿着分支部附近的角落部的长度方向确认到富含树脂或树脂缺乏的缺点。测定制造的纤维增强树脂梁的增强纤维体积含有率Vf,结果发现梁腹部分的增强纤维体积含有率Vf小于55.0%的位置。
进而,与实施例3同样地观察切断的横截面,结果确认在分支部附近的角落部分出现富含树脂或树脂缺乏的情况。
产业上的可利用性
根据本发明,提供一种脱模片通过粘合树脂与干式增强纤维基材的表面粘合一体化的预成型体。在树脂传递成型法中,通过使用上述预成型体,大幅地减少在成型模内个别地配置脱模用片的工夫,并且由于可以准确地按预成型体的形状粘合一体化脱模片,所以可以抑制目前在脱模片与预成型体之间的间隙中形成的富含树脂部分的产生。
结果,使用本发明的预成型体成型得到的纤维增强树脂梁具有良好的质量。上述纤维增强树脂梁优选用作例如汽车中的各种结构构件或航空器中的各种结构构件(例如纵梁和翼梁)。

Claims (27)

1、一种纤维增强树脂梁成型用预成型体,所述预成型体由增强纤维梁和脱模片形成,所述增强纤维梁通过由多根增强纤维构成的增强纤维基材形成,所述增强纤维梁具有由至少一个直线部和与所述直线部相连的至少一个弯曲部形成的横截面形状;所述脱模片通过粘合树脂与所述增强纤维基材的表面的至少一部分沿着其长度方向进行粘合一体化,其中,所述增强纤维基材在其内部具有基质树脂导入空间,所述预成型体在其至少一部分表面上具有与所述基质树脂导入空间连通的基质树脂流通部。
2、如权利要求1所述的纤维增强树脂梁成型用预成型体,其中,所述脱模片设置在所述增强纤维基材的除厚度方向的端面之外的表面上或端面也包括在内的整个表面上。
3、如权利要求1所述的纤维增强树脂梁成型用预成型体,其中,所述纤维增强树脂梁成型用预成型体中的所述增强纤维的体积含有率Vpf为45%至65%。
4、如权利要求1所述的纤维增强树脂梁成型用预成型体,其中,所述增强纤维基材由增强纤维布帛形成。
5、如权利要求4所述的纤维增强树脂梁成型用预成型体,其中,所述增强纤维基材由通过粘合树脂相互粘合的多层所述增强纤维布帛的层合体形成。
6、如权利要求5所述的纤维增强树脂梁成型用预成型体,其中,所述增强纤维基材具有所述增强纤维布帛的层合层数减少的铺层递减部。
7、如权利要求1所述的纤维增强树脂梁成型用预成型体,其中,所述增强纤维梁的横截面形状中的高度在其长度方向上变化。
8、如权利要求1所述的纤维增强树脂梁成型用预成型体,其中,所述脱模片由聚酯纤维的布帛形成。
9、如权利要求1所述的纤维增强树脂梁成型用预成型体,其中,所述增强纤维梁具有至少2个弯曲部,所述2个弯曲部位于相互背靠背的位置,由此在所述增强纤维梁的横截面形状中形成上述增强纤维基材的分支部。
10、如权利要求1所述的纤维增强树脂梁成型用预成型体,其中,所述增强纤维基材由增强纤维布帛形成,所述增强纤维梁具有至少2个弯曲部,所述2个弯曲部位于相互背靠背的位置,由此在所述增强纤维梁的横截面形状中形成所述增强纤维基材的分支部,在所述增强纤维基材一部分表面上设置有所述脱模片,所述增强纤维基材表面的其它部分在所述预成型体的表面上露出。
11、如权利要求1所述的纤维增强树脂梁成形用预成型体,其中,所述增强纤维基材由增强纤维布帛形成,所述增强纤维梁具有至少2个弯曲部,所述2个弯曲部位于相互背靠背的位置,由此在所述增强纤维梁的横截面形状中形成所述增强纤维基材的分支部,所述脱模片设置在所述增强纤维基材的除厚度方向的端面之外的表面上或端面也包括在内的整个表面上。
12、如权利要求9所述的纤维增强树脂梁成型用预成型体,其中,所述增强纤维梁的横截面形状为T形、I形、H形或J形。
13、如权利要求1所述的纤维增强树脂梁成型用预成型体,其中,所述增强纤维梁的横截面形状为L形、Z形、C形或帽形。
14、一种纤维增强树脂梁成型用预成型体的制造方法,包括以下工序,
(a)增强纤维基材供给工序:将增强纤维基材供给至加工位置,所述增强纤维基材由多根增强纤维形成,在内部具有基质树脂导入空间,表面附着有粘合树脂;
(b)脱模片供给工序:将脱模片供给至所述加工位置;
(c)脱模片层合工序:在所述加工位置,在被供给的所述增强纤维基材的至少一部分表面上,沿着其长度方向层合被供给的所述脱模片;
(d)脱模片粘合工序:加热及加压所述增强纤维基材和层合在所述增强纤维基材的表面上的所述脱模片,在所述增强纤维基材的表面上通过所述粘合树脂粘合一体化所述脱模片;和
(e)赋型工序:使用赋型模对粘合一体化有所述脱模片的所述增强纤维基材进行加热及/或加压,从而使纤维增强树脂梁成型用预成型体成型,所述纤维增强树脂梁成型用预成型体具有由至少一个直线部和与所述直线部相连的至少一个弯曲部形成的横截面形状。
15、如权利要求14所述的制造方法,其中,在所述脱模片层合工序中,在所述增强纤维基材的除厚度方向的端面之外的表面上或端面也包括在内的整个表面上层合所述脱模片。
16、如权利要求14所述的制造方法,其中,在所述纤维增强树脂梁成型用预成型体中的所述增强纤维的体积含有率Vpf为45%至65%。
17、如权利要求14所述的制造方法,其中,所述增强纤维基材由增强纤维布帛形成。
18、如权利要求17所述的制造方法,其中,所述增强纤维基材由通过粘合树脂相互粘合的多层所述增强纤维布帛的层合体形成。
19、如权利要求14所述的制造方法,其中,所述脱模片由聚酯纤维的布帛形成。
20、如权利要求14所述的制造方法,其中,
(a)所述增强纤维基材供给工序中的所述增强纤维基材为连续的增强纤维基材片,所述增强纤维基材供给工序包括具有供给时间带和停止供给时间带的增强纤维基材片间歇供给工序,所述供给时间带是连续供给所述连续的增强纤维基材片直至达到在所述加工位置进行加工的规定长度的时间带,所述停止供给时间带是供给所述规定长度后停止供给的时间带;
(b)所述脱模片供给工序中的所述脱模片为连续的脱模片,所述脱模片供给工序包括具有供给时间带和停止供给时间带的脱模片间歇供给工序,所述供给时间带是连续供给所述连续的脱模片直至达到在所述加工位置进行加工的规定长度的时间带,所述停止供给时间带是供给所述规定长度后停止供给的时间带;
(c)所述增强纤维基材片间歇供给工序中的增强纤维基材片的供给和所述脱模片间歇供给工序中的脱模片的供给,间歇地进行至少2次、且相互同步进行。
21、如权利要求20所述的制造方法,其中,
(a)所述增强纤维基材片间歇供给工序中的所述增强纤维基材片的供给通过相互独立的多条增强纤维基材片供给传送线进行;
(b)所述脱模片间歇供给工序中的所述脱模片的供给,与所述多条增强纤维基材片供给传送线相对应,通过共用的一条或相互独立的多条脱模片供给传送线进行;
(c)由所述脱模片层合工序中的所述多条增强纤维基材片供给传送线供给的多片增强纤维基材片与由所述脱模片供给传送线供给的脱模片的层合,通过相互独立的多条脱模片层合传送线进行;
(d)所述脱模片粘合工序中的所述增强纤维基材片与所述脱模片的一体化,通过与所述多条脱模片层合传送线相对应的相互独立的多条脱模片粘合传送线进行;
(e)所述赋型工序包括以下工序:
(e-1)第1预赋型工序:在所述多条脱模片粘合传送线上,利用赋型模,对所述增强纤维基材片与所述脱模片分别各自一体化的、相互独立的带有脱模片的增强纤维基材片中至少一片带有脱模片的增强纤维基材片进行加热及/或加压,由此进行预赋型,使其具有由至少一个直线部和与该直线部相连的至少一个弯曲部形成的横截面形状;
(e-2)第2预赋型工序:利用赋型模加热及/或加压所述剩余的带有脱模片的增强纤维基材片,由此进行预赋型;
(e-3)预赋型体粘合工序:将所述第1预赋型工序中得到的第1预赋型体与所述第2预赋型工序中得到的第2预赋型体粘合一体化。
22、如权利要求21所述的制造方法,其中,
(a)所述多条增强纤维基材片供给传送线由第1增强纤维基材片供给传送线、第2增强纤维基材片供给传送线和第3增强纤维基材片供给传送线组成,由所述第1增强纤维基材片供给传送线供给连续的第1增强纤维基材片,由所述第2增强纤维基材片供给传送线供给连续的第2增强纤维基材片,由所述第3增强纤维基材片供给传送线供给连续的第3增强纤维基材片;
(b)相对于所述第1增强纤维基材片供给传送线及所述第2增强纤维基材片供给传送线,准备供给第1脱模片的第1脱模片供给传送线;
(c)在所述脱模片层合工序中,所述第1脱模片被层合在所述第1增强纤维基材片和所述第2增强纤维基材片的同一侧表面上;
(d)在所述脱模片粘合工序中,所述第1脱模片与所述第1增强纤维基材片和所述第2增强纤维基材片粘合一体化,形成带有第1脱模片的增强纤维基材片;
(e)在所述第1预赋型工序中,使所述带有第1脱模片的增强纤维基材片上的第1增强纤维基材片的弯曲部与第2增强纤维基材片的弯曲部位于相互背靠背的位置,并且使所述第1脱模片位于所述弯曲部的内侧弯曲面,在该状态下将所述带有第1脱模片的增强纤维基材片赋型为T形,形成横截面形状为T形的第1预赋型体;
(f)在所述第2预赋型工序中,将所述第3增强纤维基材片赋型为平板,形成平板的第2预赋型体;
(g)在所述预赋型体粘合工序中,将所述T形的第1预赋型体的不存在所述第1脱模片的顶部表面与所述平板的第2预赋型体的底面粘合一体化。
23、如权利要求22所述的制造方法,其中,相对于所述第3增强纤维基材片供给传送线,准备供给第2脱模片的第2脱模片供给传送线,在所述脱模片层合工序中,在所述第3增强纤维基材片上,在位于与层合有所述第1脱模片的面相对侧的单侧表面上,层合所述第2脱模片,在所述脱模片粘合工序中所述第2脱模片与所述第3增强纤维基材片粘合一体化形成带有第2脱模片的增强纤维基材片,在所述第2预赋型工序中将所述带有第2脱模片的增强纤维基材片赋型为平板,形成平板的第2预赋型体,在所述预赋型体粘合工序中,使所述T形的第1预赋型体的不存在上述第1脱模片的顶部表面与所述平板的第2预赋型体的不存在所述第2脱模片的底面粘合一体化。
24、如权利要求23所述的制造方法,其中,在所述形成第2预赋型体时省略所述脱模片粘合工序及所述第2预赋型工序中的任意一个工序,通过剩余的工序,进行对所述各工序中的所述增强纤维基材片及所述脱模片的加工处理。
25、如权利要求22所述的制造方法,其中,所述T形的第1预赋型体的顶部表面与所述平板的第2预赋型体的底面一体化形成纤维增强树脂梁成型用预成型体,向形成的预成型体的所述顶部表面与所述平板的底面之间形成的间隙中与所述增强纤维基材片的间歇的供给同步地供给线状连续的填充材料,使所述间隙被填埋。
26、一种纤维增强树脂梁成型用预成型体的制造装置,包括以下装置,
(a)增强纤维基材供给装置:将增强纤维基材供给至加工位置,所述增强纤维基材由多根增强纤维形成,在内部具有基质树脂导入空间,表面附着有粘合树脂;
(b)脱模片供给装置:将脱模片供给至所述加工位置;
(c)脱模片层合装置:在所述加工位置上,在被供给的所述增强纤维基材的至少一部分表面上,沿着其长度方向层合被供给的所述脱模片;
(d)脱模片粘合装置:对所述增强纤维基材和层合于所述增强纤维基材的表面的所述脱模片进行加热及加压,通过所述粘合树脂将所述脱模片粘合一体化在所述增强纤维基材的表面上;
(e)赋型装置:利用赋型模对粘合一体化有所述脱模片的所述增强纤维基材进行加热及/或加压,由此使纤维增强树脂梁成型用预成型体成型,所述纤维增强树脂梁成型用预成型体具有由至少一个直线部和与所述直线部相连的至少一个弯曲部形成的横截面形状。
27、一种纤维增强树脂梁的制造方法,包括以下工序,
(a)工序:在纤维增强树脂梁成型用的成型模内,在权利要求1所述的纤维增强树脂梁成型用预成型体上粘合一体化的脱模片面向所述成型模的成型面的状态下,配置所述纤维增强树脂梁成型用预成型体;
(b)工序:在所述成型模的基质树脂流入口与位于所述树脂流入口侧的所述纤维增强树脂梁成型用预成型体的表面之间配置树脂扩散介质;
(c)工序:从所述基质树脂流入口,通过所述树脂扩散介质,将基质树脂注入所述纤维增强树脂梁成型用预成型体的所述基质树脂导入空间;
(d)工序:将含浸基质树脂的所述纤维增强树脂梁成型用预成型体从所述成型模中取出。
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