CN107848163B - 纤维增强复合材料的制造方法及纤维增强复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于获得一种纤维增强复合材料，其可在抑制纤维蛇行、皱折等外观不良的同时，以高生产率成型为立体形状，且外观、机械特性优异。本发明的纤维增强复合材料的制造方法中，将基体树脂组合物含浸于连续排列的多根增强纤维而得的多个片状的预浸料(X)以纤维方向不同的方式层叠而成层叠件(12)，利用具备下模(110)和上模(112)的成型模具(100)将该层叠件(12)成型为立体形状时，利用用于层叠件(12)的树脂膜(Y)、伸缩片(10)。本发明的纤维增强复合材料的制造方法中，可以将层叠件预成型而制成预制件，进一步将上述预制件压缩成型而获得纤维增强复合材料。

Description

纤维增强复合材料的制造方法及纤维增强复合材料
技术领域
本发明涉及纤维增强复合材料的制造方法及纤维增强复合材料。
本申请主张以于2015年7月8日在日本提出的日本特愿2015-136824号为基础的优先权，并将其内容引用于此。
背景技术
在飞机构件、汽车构件等各种各样的领域中，使用例如对由含有增强纤维和热固性树脂的片状的预浸料、或上述预浸料的层叠体形成的层叠件加热、加压从而成型为三维形状等复杂的形状的纤维增强复合材料。在纤维增强复合材料的制造中，尤其在制成三维曲面形状、半球状等伴有剪切变形那样的复杂的形状的纤维增强复合材料的情况下，一次性成型是困难的。该情况下，会在制成最终形状的压缩成型之前，制造将上述层叠件预成型为立足最终形状的中间形状的预制件。
然而，在纤维增强复合材料、预制件的制造中，成型时层叠件中的增强纤维并不完全追随变形，有时所得的纤维增强复合材料、预制件会产生纤维蛇行、皱折而导致外观不良。尤其在使用增强纤维按照一个方向或两个以上方向取向的预浸料的情况下，对于朝向增强纤维未取向的方向上的变形，增强纤维难以追随。
具体而言，成型时，为了获得机械特性的各向同性优异的纤维增强复合材料，例如，可使用如下层叠件，其是将增强纤维在一个方向上拉齐而成的片状的UD预浸料按照俯视时各层的纤维方向成为[0°/45°/90°/135°]的一般的类各向同性的方式层叠而成。但是，如果将该层叠件成型为具有曲面的立体形状，则所得的预制件容易产生皱折。此外，在将该预制件压缩成型而得的纤维增强复合材料中，容易发生增强纤维的蛇行，有时纤维增强复合材料的外观、机械特性大大降低。该问题虽然通过成型将UD预浸料按照各层的纤维方向成为[0°/90°/45°/135°]来代替一般的类各向同性的方式层叠而成的层叠件而可得到部分改善，但改善效果有限。
如果层叠后的UD预浸料的纤维方向分成成为[0°/90°]的成对部分、和成为[45°/135°]的成对部分，并将各个成对部分成型，则能够抑制皱折的产生且成型为具有曲面的立体形状。这可认为是因为成型时[0°/90°]的成对部分在45°和135°方向上、[45°/135°]的成对部分在0°和90°方向上能够较容易地伸长、或外张。但是，由于该方法需要将多个成对部分分别成型，因此会导致作业时间的增加、成本提高。
另一方面，也提出了如下方法：在制造预制件时，通过对要成型的层叠件赋予张力，促进增强纤维在未取向的方向上的追随性，从而使成型性提高(专利文献1、2)。
但是，上述方法中，由于每次都需要用夹具把持要成型的层叠件，因此制造工序繁琐。此外，为了赋予张力而直接用夹具把持层叠件，因此所把持的部分中有时增强纤维会蛇行、或产生损伤。也有对层叠件预先设置除了成为制品的部分以外的剩余部分，用夹具把持上述剩余部分的方法。但是，上述方法需要在成型后将剩余部分切断去除，工序进一步增多，制造更加繁琐化，因此不适合量产化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-51077号公报
专利文献2：日本特开2014-73580号公报
发明内容
发明所要解决的课题
本发明的目的在于提供能够制造如下纤维增强复合材料的纤维增强复合材料的制造方法以及提供兼顾优异的外观和优异的机械特性的纤维增强复合材料，该纤维增强复合材料可在抑制纤维蛇行、皱折等外观不良的同时，以高生产率成型为立体形状、特别是具有不为可展开面的曲面(包括多个平面的组合)的三维曲面形状，且外观、机械特性优异。
用于解决课题的方法
本发明具有以下的构成。
[1]一种纤维增强复合材料的制造方法，其利用具备一对模具的成型模具将层叠件成型为立体形状，该层叠件是将基体树脂组合物含浸于连续排列的多根增强纤维而得的多个片状的预浸料(X)以纤维方向不同的方式层叠而成的层叠件。
[2]如[1]所述的纤维增强复合材料的制造方法，将上述层叠件预成型而制成预制件，进一步将上述预制件压缩成型而获得纤维增强复合材料。
[3]如[1]或[2]所述的纤维增强复合材料的制造方法，作为上述层叠件，使用将多个上述预浸料(X)和一个以上的由树脂组合物形成的树脂膜(Y)(其中，排除上述预浸料(X)。)层叠而成的层叠件。
[4]如[3]所述的纤维增强复合材料的制造方法，作为上述层叠件，使用以下的层叠件：
该层叠件包含预浸料(X)/预浸料(X)/树脂膜(Y)/预浸料(X)/预浸料(X)的5层构成的层叠单元，当将第1层的预浸料(X)的纤维方向设为0°时，第2层、第4层和第5层的预浸料(X)的纤维方向分别为15～165°，并且各层的纤维方向不同。
[5]如[4]所述的纤维增强复合材料的制造方法，上述第2层的预浸料(X)的纤维方向为85～95°，上述第4层的预浸料(X)的纤维方向为30～60°，上述第5层的预浸料(X)的纤维方向为120～150°。
[6]如[4]或[5]所述的纤维增强复合材料的制造方法，作为上述层叠件，使用以下的层叠件：
该层叠件包含两个以上的上述层叠单元，并且以在厚度方向上相邻的上述层叠单元之间夹持上述树脂膜(Y)的方式进行层叠。
[7]如[4]～[6]中任一项所述的纤维增强复合材料的制造方法，作为上述层叠件，使用以下的层叠件：
该层叠件包含相同的层叠构成的两个上述层叠单元，并且这两个层叠单元以各自的层叠顺序在厚度方向上形成对称的方式进行层叠。
[8]如[5]～[7]中任一项所述的纤维增强复合材料的制造方法，作为上述层叠件，使用以下的层叠件：
该层叠件包含上述第4层的纤维方向与上述第5层的纤维方向的角度之差为90°的层叠单元。
[9]如[1]～[8]中任一项所述的纤维增强复合材料的制造方法，将上述层叠件成型为无法展开成平面的立体形状。
[10]如[3]～[9]中任一项所述的纤维增强复合材料的制造方法，上述预浸料(X)所含的基体树脂组合物与上述树脂膜(Y)所含的树脂组合物的组成相同。
[11]如[3]～[10]中任一项所述的纤维增强复合材料的制造方法，上述树脂膜(Y)的厚度为0.1～1mm。
[12]如[1]～[11]中任一项所述的纤维增强复合材料的制造方法，作为上述预浸料(X)，使用预浸布。
[13]一种纤维增强复合材料，其将下述树脂层A～E依次层叠，在俯视时，树脂层A、B、D、E中的各自两个层间，增强纤维的纤维方向所成的角度中最小的角度为45°以下。
树脂层A、B、D、E：包含在一个方向上拉齐的增强纤维的树脂层。
树脂层C：不含在一个方向上拉齐的增强纤维的树脂层。
[14]如[13]所述的纤维增强复合材料，当将上述树脂层A的增强纤维的纤维方向设为0°时，上述树脂层B、上述树脂层D和上述树脂层E的增强纤维的纤维方向各自为15～165°。
[15]如[13]或[14]所述的纤维增强复合材料，上述最小的角度为15～45°。
[16]如[1]～[12]中任一项所述的纤维增强复合材料的制造方法，使树脂制或橡胶制的伸缩片在特定的方向上绷紧的同时配置在构成上述成型模具的上述一对模具中的一个模具与上述层叠件之间，在该状态下使上述一对模具靠近，利用上述一对模具，一边将上述伸缩片拉伸一边将上述层叠件成型。
[17]如[16]所述的纤维增强复合材料的制造方法，上述一对模具包括下模和上模，以使上述伸缩片部分地与上述下模的成型面中的与上模相对的部分接触的方式，在使上述伸缩片绷紧的同时进行配置，并在上述伸缩片上配置上述层叠件，在该状态下使上述上模和上述下模靠近而将上述层叠件成型。
[18]如[16]或[17]所述的纤维增强复合材料的制造方法，通过使用了上述伸缩片的预成型而获得预制件后，在未配置上述伸缩片的状态下，利用上述一对模具将上述预制件再次压缩成型而制成纤维增强复合材料。
[19]如[16]～[18]中任一项所述的纤维增强复合材料的制造方法，上述层叠件中的增强纤维在两个以上的方向上拉齐。
[20]如[16]～[19]中任一项所述的纤维增强复合材料的制造方法，以使上述层叠件中的各预浸料(X)的纤维方向与使上述伸缩片绷紧的方向所成的角度为15～75°的方式，使上述伸缩片在一个以上的方向上绷紧，在该状态下将上述层叠件成型。
[21]如[20]所述的纤维增强复合材料的制造方法，上述层叠件中的各预浸料(X)的纤维方向与使上述伸缩片绷紧的方向所成的角度为30～60°。
发明效果
根据本发明的纤维增强复合材料的制造方法，能够制造如下纤维增强复合材料：可在抑制纤维蛇行、皱折等外观不良的同时，以高生产率成型为立体形状、尤其是具有不为可展开面的曲面(包括多个平面的组合)的三维曲面形状，且外观、机械特性优异。
本发明的纤维增强复合材料可抑制纤维蛇行、皱折等外观不良，可兼顾优异的外观和优异的机械特性。
附图说明
图1是示出用于本发明的纤维增强复合材料的制造方法的层叠单元的一例的截面图。
图2A是示出层叠单元中的第1层的预浸料(X)的俯视图。
图2B是示出层叠单元中的第2层的预浸料(X)的俯视图。
图2C是示出层叠单元中的第4层的预浸料(X)的俯视图。
图2D是示出层叠单元中的第5层的预浸料(X)的俯视图。
图3A是示出由本发明的制造方法制造的纤维增强复合材料的一例的俯视图。
图3B是图3A的纤维增强复合材料的主视图。
图3C是图3A的纤维增强复合材料的侧视图。
图4是示出由本发明的制造方法制造的纤维增强复合材料的一例的立体图。
图5是示出用于本发明的纤维增强复合材料的制造中的成型模具的一例的立体图。
图6是示出本发明的纤维增强复合材料的制造方法的一个工序的立体图。
图7是示出本发明的纤维增强复合材料的制造方法的一个工序的立体图。
图8是示出本发明的纤维增强复合材料的制造方法的一个工序的立体图。
图9是示出本发明的纤维增强复合材料的制造方法的一个工序的立体图。
图10是示出本发明的纤维增强复合材料的制造方法的一个工序的立体图。
图11是示出预制件的制作的一个实施方式例中的一个工序的图。
图12是示出预制件的制作的一个实施方式例中的一个工序的图。
图13是示出预制件的制作的一个实施方式例中的一个工序的图。
图14是示出预制件的制作的一个实施方式例中的一个工序的图。
图15是示出预制件的制作的一个实施方式例中的一个工序的图。
图16是示出预制件的制作的一个实施方式例中的一个工序的图。
图17是示出预制件的制作的一个实施方式例中的一个工序的图。
具体实施方式
本说明书中，就层叠件中的预浸料的纤维方向而言，将从第1层侧俯视层叠件时的逆时针旋转设为正。
在为增强纤维在一个方向上拉齐的UD预浸料的情况下，预浸料的纤维方向是指该增强纤维的取向方向。在为以增强纤维呈正交的方式织制的预浸布的情况下，将其经纱的增强纤维的取向方向设为纤维方向。在为以其他增强纤维织物为基材的预浸料的情况下，将如下对称轴的方向设为纤维方向，该对称轴是在预浸料的片面内将上述预浸料左右对称地进行2分的对称轴，且纤维轴方向成为该对称轴的方向时的增强纤维的成分为最大的对称轴。
[纤维增强复合材料的制造方法]
本发明的纤维增强复合材料的制造方法是利用具备一对模具的成型模具将层叠件成型为立体形状而获得纤维增强复合材料的方法，所述层叠件是将基体树脂组合物含浸于连续排列的多根增强纤维而得的多个片状的预浸料(X)以纤维方向不同的方式层叠而成。本发明的纤维增强复合材料的制造方法可以是将层叠件通过一次性压缩成型而制成纤维增强复合材料的方法，也可以是将层叠件预成型而制成预制件，进一步将上述预制件压缩成型而获得纤维增强复合材料的方法。从容易获得在抑制纤维蛇行、皱折等外观不良的同时，具有不为可展开面的曲面的三维曲面形状等的纤维增强复合材料的方面出发，优选为将层叠件预成型而制成预制件，进一步将上述预制件压缩成型而获得纤维增强复合材料的方法。
(层叠件)
层叠件是将基体树脂组合物含浸于连续排列的多根增强纤维而得的多个片状的预浸料(X)以纤维方向不同的方式层叠而成的。通过使用这样的层叠件，从而能够制造机械特性优异的立体形状的纤维增强复合材料。
作为层叠件，优选使用多个预浸料(X)和一个以上的由树脂组合物形成的树脂膜(Y)(其中，排除预浸料(X)。)层叠而成的层叠件。由此，能够以更短时间制造抑制了皱折等外观不良的纤维增强复合材料。
作为多个预浸料(X)和一个以上的树脂膜(Y)层叠而成的层叠件，优选为包含预浸料(X)/预浸料(X)/树脂膜(Y)/预浸料(X)/预浸料(X)的5层构成的层叠单元的层叠件。上述层叠单元中，当将第1层的预浸料(X)的纤维方向设为0°时，第2层、第4层和第5层的预浸料(X)的纤维方向分别为15～165°，且各层的纤维方向不同。通过使用包含这样的层叠单元的层叠件，从而能够制造增强纤维类各向同性地排列的、兼顾了优异的机械特性和优异的外观的立体形状的纤维增强复合材料。
层叠单元中，更优选第2层的预浸料(X)的纤维方向为85～95°，第4层的预浸料(X)的纤维方向为30～60°，第5层的预浸料(X)的纤维方向为120～150°。即，更优选为[0°/θ1/树脂膜(Y)/θ2/θ3](其中，θ1～θ3为当将第1层的预浸料(X)的纤维方向设为0°时的第2层、第4层和第5层的预浸料(X)的纤维方向，θ1＝85～95°、θ2＝30～60°、θ3＝120～150°。)的层叠构成的层叠单元。
予以说明的是，[0°/θ1/树脂膜(Y)/θ2/θ3]中的0°的意思是纤维方向为0°的预浸料(X)。θ1、θ2和θ3也同样，分别指纤维方向为θ1、θ2、θ3的预浸料(X)。
从容易获得在抑制皱折等外观不良的同时，兼顾了优异的机械特性和优异的外观的立体形状的纤维增强复合材料的方面出发，第2层的预浸料(X)的纤维方向的角度θ1优选为85～95°，更优选为87.5～92.5°，特别优选为90°。
从容易获得在抑制皱折等外观不良的同时，兼顾了优异的机械特性和优异的外观的立体形状的纤维增强复合材料的方面出发，第4层的预浸料(X)的纤维方向的角度θ2优选为30～60°，更优选为40～50°，特别优选为45°。
从容易获得在抑制皱折等外观不良的同时，兼顾了优异的机械特性和优异的外观的立体形状的纤维增强复合材料的方面出发，第5层的预浸料(X)的纤维方向的角度θ3优选为120～150°，更优选为130～140°，特别优选为135°。
此外，如果θ2和θ3处于上述范围内，则容易使第4层和第5层的部分进行剪切变形，即使为包含增强纤维在4轴上取向的层叠单元的层叠件，也能够在抑制皱折的产生的同时容易地成型。此外，由于所得的纤维增强复合材料中增强纤维在4个轴方向上比较均等地取向，因此能够使机械特性均等。
第4层的纤维方向与第5层的纤维方向的角度之差更优选为90°。由此，容易使第4层和第5层的部分进行剪切变形，能够容易地制造抑制皱折的产生且机械特性优异的纤维增强复合材料。
作为层叠单元，从纤维增强复合材料的机械特性最为均等方面考虑，如图1和图2A～图2D所示，特别优选层叠构成为[0°/90°/树脂膜(Y)/45°/135°]的层叠单元1。即，特别优选从第1层依次层叠预浸料(X)2、预浸料(X)3、树脂膜(Y)4、预浸料(X)5和预浸料(X)6，作为预浸料(X)3的纤维方向的θ1为90°，作为预浸料(X)5的纤维方向的θ2为45°，作为预浸料(X)6的纤维方向的θ3为135°的层叠单元1。
予以说明的是，图2A～图2D中的虚线的意思是增强纤维的纤维方向。
作为层叠件，可以为单独的层叠单元，也可以包含两个以上的层叠单元。作为层叠件，在包含两个以上的层叠单元的情况下，可以制成以在厚度方向上相邻的层叠单元之间夹持树脂膜(Y)的方式层叠而成的层叠件。该情况下，用于层叠单元内的树脂膜(Y)的厚度与用于层叠单元间的树脂膜(Y)的厚度可以相同，也可以不同。
作为层叠件，可以为包含相同的层叠构成的两个层叠单元，且这两个层叠单元以各自的层叠顺序在厚度方向上对称的方式层叠而成的层叠件。即，作为层叠件，可以为包含两个层叠单元，且一个层叠单元的层叠顺序与另一个层叠单元的层叠顺序相对于彼此的层叠面呈镜面对称的层叠件。具体而言，例如，可以制成[0°/θ1/树脂膜(Y)/θ2/θ3/树脂膜(Y)/θ3/θ2/树脂膜(Y)/θ1/0°)]的层叠构成的层叠件。此外，可以为层叠单元间没有树脂膜(Y)的层叠件，也可以制成例如[0°/θ1/树脂膜(Y)/θ2/θ3/θ3/θ2/树脂膜(Y)/θ1/0°)]的层叠构成的层叠件。
此外，作为层叠件，可以制成[0°/θ1/树脂膜(Y)/θ2/θ3/θ2/树脂膜(Y)/θ1/0°]的层叠构成的层叠件。
＜预浸料(X)＞
用于层叠件的预浸料(X)是将基体树脂组合物含浸于连续排列的多根增强纤维而得的片状的预浸料。
关于预浸料(X)的形态，可以为增强纤维在一个方向上拉齐的UD预浸料，也可以为以增强纤维呈正交的方式织制的预浸布。此外，预浸料(X)还可以为以其他斜纹布、3轴向布、多轴向经编织物(Multi-axial Warp Knit)等增强纤维织物为基材的预浸料。
预浸料(X)的厚度优选为0.03～1.0mm，更优选为0.1～0.5mm。用于层叠件的多个预浸料(X)的厚度可以全部相同，也可以彼此不同。在包含后述的层叠单元的层叠件中，从容易控制剪切变形方面出发，第1层和第2层的预浸料(X)优选为相同的厚度，此外第4层和第5层的预浸料(X)优选为相同的厚度。
作为用于预浸料(X)的增强纤维，例如，可以举出碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、高强度聚酯纤维、硼纤维、氧化铝纤维、氮化硅纤维、尼龙纤维等。它们中，从比强度和比模量优异考虑，优选为碳纤维。
作为基体树脂组合物，例如，可以举出包含环氧树脂、不饱和聚酯树脂、丙烯酸系树脂、乙烯基酯树脂、酚醛树脂、苯并嗪树脂等的树脂组合物。它们中，从能够提高固化后的强度考虑，优选为包含环氧树脂的树脂组合物。
＜树脂膜(Y)＞
作为形成用于层叠件的树脂膜(Y)的树脂组合物，例如，可以举出包含环氧树脂、不饱和聚酯树脂、丙烯酸系树脂、乙烯基酯树脂、酚醛树脂、苯并嗪树脂等的树脂组合物。它们中，从能够提高固化后的强度考虑，优选为包含环氧树脂的树脂组合物。形成树脂膜(Y)的树脂组合物可以与形成预浸料(X)的基体树脂组合物相同，也可以不同。从构成所得的纤维增强复合材料的各层之间的密合性的观点考虑，优选使用与预浸料(X)所含的基体树脂组合物相同的树脂组成的树脂膜(Y)。
作为树脂膜(Y)，也可以使用将增强纤维的短纤维分散于上述树脂组合物而成的片状模塑材(Sheet Molding Compound，SMC)。作为用于SMC的增强纤维的种类，可以举出例如与预浸料(X)中例举的增强纤维相同的增强纤维。通过使用该SMC，从而能够保持成型时的软化性，并且使所得的纤维增强复合材料的机械特性更加提高。
树脂膜(Y)优选在预制件、纤维增强复合材料的成型时的温度条件下软化，以使得以树脂膜(Y)为界被分开的预浸料(X)的层叠部分(成对部分)各自在成型时能够不受彼此的影响地活动。
具体而言，在将包含层叠构成为[0°/θ1/树脂膜(Y)/θ2/θ3]的层叠单元的层叠件成型的情况下，优选树脂膜(Y)以作为[0°/θ1]的层叠构成的第1层和第2层的成对部分、与作为[θ2/θ3]的层叠构成的第4层和第5层的成对部分能够在成型时不受彼此的影响而各自独立地活动的方式软化。由此，在预成型时、压缩成型时，第1层和第2层的成对部分在45°和135°方向上稍微伸长、或外张而容易进行剪切变形。此外，第4层和第5层的成对部分在(θ3-θ2)/2方向和(θ3-θ2)/2+90°方向上稍微伸长、或外张而容易进行剪切变形。其结果，即使为增强纤维在4轴以上取向的层叠件也能够不发生皱折而容易地成型。
通过将树脂膜(Y)设为与预浸料(X)的基体树脂组合物不同的树脂组成的树脂膜，从而也能够控制第1层和第2层的成对部分与第4层和第5层的成对部分在成型时不受彼此的影响而各自独立地活动的独立性的程度。
树脂膜(Y)的厚度优选为0.1～1.0mm，更优选为0.15～0.7mm。如果树脂膜(Y)的厚度为上述下限值以上，则提高第1层和第2层的成对部分与第4层和第5层的成对部分各自不受彼此的影响而独立活动的自由度。如果树脂膜(Y)的厚度为上述上限值以下，则能够抑制皱折的产生。用于层叠件中的树脂膜(Y)的厚度可以全部相同，也可以彼此不同。
(制造方法)
作为纤维增强复合材料的制造方法，例如，可以举出具有以下的工序(1)～(6)的方法。
(1)将2片预浸料(X)以一方的纤维方向设为0°，另一片的预浸料(X)的纤维方向成为θ1的方式进行层叠。其中，θ1设为85～95°。
(2)在工序(1)中获得的层叠体中的纤维方向为θ1的预浸料(X)上，层叠树脂膜(Y)。
(3)在工序(2)中层叠的树脂膜(Y)上，以纤维方向成为θ2的方式层叠预浸料(X)，进一步以纤维方向成为θ3的方式层叠预浸料(X)，制成5层构成的层叠单元。其中，θ2设为30～60°，θ4设为120～150°。
(4)根据需要将层叠单元和树脂膜(Y)重叠而制成层叠件。
(5)将工序(4)中获得的层叠件预成型而获得预制件。
(6)利用具备一对模具的成型模具将工序(5)中获得的预制件压缩成型，获得具有立体形状的纤维增强复合材料。
在工序(1)～(4)中形成层叠件时，从容易抑制最终获得的纤维增强复合材料的机械特性降低的方面考虑，优选以能够排除层间的空气的方式将预浸料(X)和树脂膜(Y)层叠。作为排除空气的方法，可以举出例如，将所形成的层叠件利用平面模具进行夹压而将层叠件内部所含的空气除掉的方法；对层叠件覆以袋膜，将上述袋膜内进行真空脱气的方法(以下，称为“真空袋法”。)等。其中，从能够将空气有效地排除方面考虑，优选为真空袋法。
工序(1)～(4)为一个例子，而不管将各个预浸料(X)和树脂膜(Y)进行层叠的次序为何均可。此外，工序(4)省略了层叠件由一个层叠单元形成的情况。
作为工序(5)中将层叠件预成型而获得预制件的方法，可以举出例如利用人手将层叠件以按压于成型模具的方式贴入的方法；将层叠件配置于成型模具，在其上配置橡胶膜等后将内部抽真空而使层叠件压合于成型模具的方法；利用包含一对模具(雌雄模具)的成型模具夹压层叠件的方法等。其中，由于预成型可以短时间进行，因此优选利用成型模具夹压层叠件的方法。该情况下，更优选如后述那样利用树脂制或橡胶制的伸缩片。
予以说明的是，雌雄模具的意思是一方模具的凸部或凹部与另一方的凹部或凸部对应的一对模具。
用于预成型的成型模具只要与最终获得的纤维增强复合材料的形状对应即可，没有必要成为与纤维增强复合材料的形状相符的形状。作为用于预成型的成型模具的材质，没有特别限定，可以举出金属、化学木料等。其中，从材料便宜以及容易加工方面考虑，优选为化学木料。
预成型中，优选根据需要对层叠件进行加热。由此，预浸料(X)、树脂膜(Y)发生软化。例如，在将层叠构成为[0°/θ1/树脂膜(Y)/θ2/θ3]的层叠单元预成型时，通过预浸料(X)和树脂膜(Y)的软化，从而第1层和第2层的成对部分与第4层和第5层的成对部分各自不受彼此的影响而容易独立活动，各自独立进行剪切变形的自由度增大。其结果，即使为增强纤维在4轴以上取向的层叠件也不产生皱折而容易进行预成型。
作为层叠件的加热方式，例如，可以举出热风式、红外线式等。作为加热方式，从能够将层叠体迅速加热的方面出发，优选为红外线式。
工序(6)中，例如，将工序(5)中获得的预制件设置于设定有与纤维增强复合材料的形状相应的间隙(clearance)的成型模具内，使用压力机以预定的温度、压力进行加热加压，从而使预制件固化，获得纤维增强复合材料。
此时，优选将成型模具预先调节至预定的温度，在压缩成型后，在该温度下直接将纤维增强复合材料取出。由此，没有必要进行成型模具的升降温，能够加快成型循环，提高生产率。
本发明的纤维增强复合材料的制造方法可以为不进行工序(5)的预成型，而将层叠件压缩成型而获得纤维增强复合材料的方法。
作为根据本发明制造的纤维增强复合材料的形状，没有特别限定。作为纤维增强复合材料的形状，例如，可以举出图3A～图3C中例示的纤维增强复合材料30、图4中例示的纤维增强复合材料40那样的、平面状的层叠件在成型时各层伴随剪切变形而具有无法平面展开的曲面(包括多个平面的组合)的形状、即三维曲面形状。此外，纤维增强复合材料的形状可以为通过不进行剪切变形地折弯从而能够成型那样的可平面展开的曲面的形状。本发明的制造方法在三维曲面形状的纤维增强复合材料的制造、即将层叠件成型为无法展开成平面的形状时特别有效。
预制件和纤维增强复合材料中，作为层叠件的第1层的纤维方向的0°方向可以朝向任意方向，可以任意地设定。
作为由使用了包含层叠单元的层叠件的制造方法获得纤维增强复合材料，优选将下述树脂层A～E依次层叠，且俯视时在树脂层A、B、D、E中的各自两个层间，增强纤维的纤维方向所成的角度中最小的角度为45°以下。
树脂层A、B、D、E：包含在一个方向上拉齐的增强纤维的树脂层。
树脂层C：不含在一个方向上拉齐的增强纤维的树脂层。
俯视时树脂层A、B、D、E中的各自两个层间，增强纤维的纤维方向所成的角度中最小的角度是指以下的角度α1～α6中最小的角度。
角度α1：树脂层A的增强纤维的纤维方向与树脂层B的增强纤维的纤维方向所成的角度。
角度α2：树脂层A的增强纤维的纤维方向与树脂层D的增强纤维的纤维方向所成的角度。
角度α3：树脂层A的增强纤维的纤维方向与树脂层E的增强纤维的纤维方向所成的角度。
角度α4：树脂层B的增强纤维的纤维方向与树脂层D的增强纤维的纤维方向所成的角度。
角度α5：树脂层B的增强纤维的纤维方向与树脂层E的增强纤维的纤维方向所成的角度。
角度α6：树脂层D的增强纤维的纤维方向与树脂层E的增强纤维的纤维方向所成的角度。
该纤维增强复合材料由于具有不含在一个方向上拉齐的增强纤维的树脂层C，因此具有优异的外观，并且可以具有复杂的立体形状。
作为具有上述树脂层A～E的纤维增强复合材料，从获得更优异的机械特性的方面出发，优选将树脂层A的增强纤维的纤维方向设为0°时，树脂层B、树脂层D和树脂层E的增强纤维的纤维方向各自为15～165°。
此外，从获得更优异的机械特性的方面出发，角度α1～α6中最小的角度优选为15～45°。
此外，从容易抑制纤维蛇行、皱折等外观不良的方面出发，本发明的纤维增强复合材料的制造方法优选为以下的方法。在将预浸料(X)以纤维方向不同的方式层叠而成的层叠件利用具备一对模具的成型模具来制造立体形状的纤维增强复合材料时，使树脂制或橡胶制的伸缩片在特定的方向上绷紧的同时配置在上述一对模具中的一个模具与上述层叠件之间，在该状态下使上述一对模具靠近，利用上述一对模具一边将上述伸缩片拉伸一边将上述层叠件成型。
本实施方式的纤维增强复合材料的制造方法是适合于在将包含预浸料(X)的层叠件压缩成型而获得纤维增强复合材料之前，利用具备一对模具的成型模具将上述层叠件预成型而制造预制件的方法。
此外，本实施方式的纤维增强复合材料的制造方法也可以与使用包含上述树脂膜(Y)的层叠件的方法组合。
本实施方式中，使树脂制或橡胶制的伸缩片在特定的方向上绷紧的同时配置在成型模具的一对模具中的一个模具与层叠件之间，在该状态下使一对模具靠近，利用上述一对模具一边将伸缩片拉伸一边将层叠件成型。如此，通过在成型时拉伸伸缩片，从而层叠件追随上述伸缩片的延展而被拉向成型模具的外侧。由此，层叠件中的增强纤维也容易追随在增强纤维未取向的方向上的变形，从而抑制预制件、增强纤维复合材料发生纤维蛇行、产生皱折等外观不良。
作为本实施方式的制造方法的一个方式，例如，可以举出如下方式：使用具备通过夹入层叠件并加压而能够成型为所期望的形状的成型面的上模和下模作为成型模具中的一对模具，如下进行成型。以使伸缩片部分地与下模的成型面中的与上模相对的部分接触的方式，在使伸缩片绷紧的同时进行配置，并在上述伸缩片上配置上述层叠件，在该状态下使上模和下模靠近而将层叠件成型。这样的方式中，层叠件的成型能够更稳定地进行，容易抑制预制件、增强纤维复合材料发生纤维蛇行、产生皱折等外观不良。
本实施方式中，优选使用尺寸大于层叠件的伸缩片。该情况下，关于成型模具中靠近伸缩片一侧的模具，为了将伸缩片充分拉伸，优选俯视时在将层叠件成型的成型面的外侧也具备接触伸缩片的平面区域。
在本实施方式的增强纤维复合材料的制造方法中，优选在成型时的层叠件中在发生特大的剪切变形的部分配置伸缩片而进行成型。具体而言，优选基于目标预制件的形状的三维CAD数据进行成型模拟，在算出的应力值(冯米塞斯应力(Von Mises Stress))为100MPa以上的部分配置伸缩片而进行成型。成型模拟时，例如，可以使用非线性解析软件(Livermore Software Techology Corporation公司制，制品名：LS-DYNA)。
作为本发明的制造方法的具体例，对例如使用图5中例示的成型模具100的方式进行说明。成型模具100用于预制件的制造。
成型模具100具备下模110和上模112。该例子的成型模具中，下模110为定模，上模112为动模。
下模110具备俯视形状为大体长方形的主体部114、以及在主体部114的上表面在长度方向上并排设置的两个凸部116、118。在下模110的主体部114的上表面的凸部116和凸部118之间形成有凹部120。凸部116的俯视形状为矩形，且主视形状为梯形，形成四棱锥的上部被水平切除那样的形状。凸部118的形状与凸部116的形状相同。
下模110中，凸部116的正面侧的表面和上表面中的靠近凹部120的部分、凹部120的表面、主体部114中的与凹部120对应的部分、及凸部118的正面侧的表面和上表面中的靠近凹部120的部分成为将层叠件成型的成型面122。
下模110设有多个螺丝孔111。
上模112具备主模124和辅模126。
主模124是用于在将层叠件夹入其与下模110之间的状态下进行加压而成型的构件，是上模112中对层叠件施加特大的剪切变形的部分。在主模124的下表面侧的部分，形成有与下模110的成型面122中的正面侧的部分相符的凹凸形状的成型面128。
辅模126是用于与主模124一同将层叠件成型的构件，也是作为在成型时进行固定以使伸缩片和层叠件不偏移的固定用夹具而发挥功能的部分。在辅模126的下表面侧的部分，形成有与下模110的成型面122中的背面侧的部分相符的凹凸形状的成型面130。
辅模126在与设于下模110的螺丝孔111对应的位置设有多个贯通孔127。在使辅模126靠近下模110的状态下，将螺丝(未图示)通过贯通孔127，拧入设于下模110的螺丝孔111并紧固，从而能够使辅模126在下模110上固定。
作为成型模具的型材，没有特别限定，例如，可以举出金属、石膏、化学木料等。其中，从成本和加工性方面出发，优选为化学木料。
使用成型模具100的预制件的制造例如通过以下的方法进行。
如图6所示，在下模110上，以覆盖成型面122整体的方式配置伸缩片10。接着，在伸缩片10上配置层叠件12后，将上模112中的辅模126设置于下模110的上表面的背面侧的部分，进行固定以使伸缩片10和层叠件12不偏移。
接着，如图7所示，利用具备张力赋予功能的夹具132、134把持伸缩片10并赋予张力，使伸缩片10绷紧，以使伸缩片10与凸部116和凸部118的上表面部分地接触。
在对伸缩片赋予张力而使其绷紧时，优选将伸缩片延展。此时的伸缩片的延展倍率优选以在成型时利用下模110和上模112拉伸伸缩片时，其变形不超过上述伸缩片的弹性区域的方式进行调节。由此，容易充分获得抑制预制件发生纤维蛇行、产生皱折等外观不良的效果。
关于对伸缩片赋予张力的方向，只要能够使伸缩片均匀绷紧，且不使伸缩片产生皱折、松弛部分，就没有特别限定。例如，在图7所示那样的状态下，优选将伸缩片10固定于夹具132、134，将伸缩片10沿图7记载的箭头方向延展。
此外，对伸缩片赋予张力的方向优选尽可能接近于与一对模具结合的方向垂直的面的方向、即在如图7那样的情况下，下模110的凸部116和凸部118的上表面与伸缩片的接触面积尽量变大的方向(水平方向)。由此，成型时容易利用下模和上模来均匀地拉伸伸缩片，因此容易获得抑制预制件发生纤维蛇行、产生皱折等外观不良的效果。
该情况下，对伸缩片赋予张力的方向与水平方向所成的角度优选为45°以下，更优选为1°以下。
接着，将层叠件12加热，使层叠件12所含有的基体树脂组合物软化。此时，伸缩片10和下模110也可被同时加热。
层叠件的加热温度只要为基体树脂组合物软化的温度即可，根据基体树脂组合物的种类的不同而不同，优选为65～80℃，更优选为70～75℃。如果层叠件的加热温度为下限值以上，则基体树脂组合物软化，且基于成型模具的预制件的形状的再现性变得良好。如果层叠件的加热温度为上限值以下，则容易抑制在预制件的成型中引发基体树脂组合物的固化。
将层叠件加热的方法没有特别限定，例如，可以举出利用红外线加热器的加热、热风加热、对预浸料通电加热等。
接着，如图8所示，以将层叠件12加热的状态，使上模112中的主模124靠近下模110的正面侧的部分，由下模110和上模112夹入伸缩片10和层叠件12并进行加压而预成型。此时，通过使伸缩片10绷紧，从而利用下模110和上模112一边将伸缩片10拉伸一边将层叠件12成型。由此，层叠件12追随伸缩片10的延展而被拉向模具的外侧(此例中为模具的前面侧)，层叠件12中的增强纤维也容易追随变形。因此，可抑制所得的预制件发生纤维蛇行、产生皱折等外观不良。
层叠件的预成型时的面压优选为0.01～0.1MPa，更优选为0.03～0.04MPa。如果面压为下限值以上，则层叠件可以充分地进行形状追随。如果面压为上限值以下，则容易抑制预成型阶段中增强纤维扩展。
成型后，通过将预制件20冷却，将上模112从下模110分离后，从下模110脱模，从而获得图9所示的预制件20。在重视预制件20的量产性的情况下，优选在将其脱模时也一直保持赋予伸缩片10的张力。另一方面，在重视预制件20的形状的精度的情况下，优选在将预制件20脱模时适当解除赋予伸缩片10的张力。
预制件从下模取下时的温度优选为30℃以下，更优选为23℃以下。
将预制件冷却的方法没有特别限定，例如可以通过放冷进行冷却。
本实施方式中，优选以使层叠件中的各预浸料(X)的纤维方向与使伸缩片绷紧的方向所成的角度φ为15～75°的方式，使上述伸缩片在一个以上的方向上绷紧，在该状态下将上述层叠件成型。
通过将上述角度φ设为15°以上，从而有即使最终获得的纤维增强复合材料的形状复杂也容易获得充分的成型性的倾向。上述角度φ更优选为30°以上。
此外，通过将上述角度φ设为75°以下，从而有容易防止层叠件的成型时的增强纤维的蛇行、预浸料的开裂的倾向。上述角度φ更优选为60°以下。
进一步，在利用伸缩片的方式中，更优选在层叠件的成型时均匀地维持伸缩片的绷紧状态，因此更优选一边保持使伸缩片在两个以上的方向上绷紧的状态，一边将层叠件成型。
予以说明的是，使用了伸缩片的预成型后的预制件的形状有时并不完全遵循成型模具的成型面的形状，在这样的情况下，可以根据需要将使用了伸缩片的第一次成型后的一次成型物在未配置伸缩片的状态下利用一对模具再次成型而修整预制件的形状。
例如，在使用成型模具100的情况下，如图10所示，将在使用了伸缩片10的成型后从下模110脱模的一次成型物20A配置在未配置伸缩片10的下模110上。接着，将上模112中的辅模126设置于下模110的上表面的背面侧的部分，进行固定以使一次成型物20A不偏移。
接着，将一次成型物20A加热，使一次成型物20A中的基体树脂组合物软化。此时，下模110也可以同时被加热。
一次成型物的加热温度只要为基体树脂组合物软化的温度即可，根据基体树脂组合物的种类的不同而不同，优选为65～80℃，更优选为70～75℃。如果一次成型物的加热温度为下限值以上，则基体树脂组合物软化，基于成型模具的预制件的形状的再现性变得良好。如果一次成型物的加热温度为上限值以下，则容易抑制在预制件的成型中引发基体树脂组合物的固化。
将一次成型物加热的方法没有特别限定，例如，可以举出与层叠件的加热方法相同的方法。
接着，与使用了伸缩片10的第一次成型时同样，在将一次成型物20A加热的状态下，使上模112中的主模124靠近下模110的正面侧的部分，由下模110和上模112夹入一次成型物20A，进行加压成型。
一次成型物的成型时的面压优选为0.01～0.1MPa，更优选为0.03～0.04MPa。如果面压为下限值以上，则层叠件可以充分地进行形状追随。如果面压为上限值以下，则能够抑制预成型的阶段中增强纤维扩展。
成型后将预制件20冷却，将上模112从下模110分离，将预制件20(二次成型物)从下模110脱模。
从下模取下时的预制件(二次成型物)的温度优选为30℃以下，更优选为23℃以下。
将预制件(二次成型物)冷却的方法没有特别限定，例如可以通过放冷来进行冷却。
将由上述方法获得的预制件设置在设定有与纤维增强复合材料的形状相应的间隙的成型模具内，使用压力机以预定的温度、压力进行加热加压，从而获得纤维增强复合材料。用于压缩成型的成型模具优选预先调节至预定的温度，在压缩成型后，在该温度下直接将纤维增强复合材料取出。由此，没有必要进行成型模具的升降温，能够加快成型循环，提高生产率。
(层叠件)
用于本实施方式的制造方法的层叠件是将基体树脂组合物含浸于增强纤维而得的2片以上的片状的预浸料(X)以纤维方向不同的方式层叠而成的层叠体。
作为增强纤维，没有特别限定，例如，可以使用无机纤维、有机纤维、金属纤维、或将它们组合的混合构成的增强纤维。
作为无机纤维，可以举出碳纤维、石墨纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维、碳化钨纤维、硼纤维、玻璃纤维等。作为有机纤维，可以举出芳纶纤维、高密度聚乙烯纤维、其他一般的尼龙纤维、聚酯纤维等。作为金属纤维，可以举出不锈钢、铁等的纤维，此外，也可以为被覆了金属的碳纤维。它们中，考虑到纤维增强复合材料的强度等机械物性，优选为碳纤维。
作为使基体树脂组合物含浸的增强纤维基材的形态，可以举出将多根增强纤维(长纤维)在一个方向上拉齐而制成UD片(单方向片)的形态；将增强纤维(长纤维)织制而制成布材(织物)的形态等。
作为该UD片，可以使用使基体树脂组合物含浸于在一个方向上拉齐的增强纤维而制成预浸料后引入切口，将预浸料中的增强纤维切短而成的UD片。该情况下，切口与切口之间的增强纤维的纤维长度优选设为10～100mm的范围。如果增强纤维的纤维长度为上述下限值以上，则使用所得的预制件制造的纤维增强复合材料的机械特性容易充分提高。此外，如果增强纤维的纤维长度为上述上限值以下，则容易将层叠件成型为三维形状等复杂的形状。
作为层叠件，优选为将增强纤维在两个方向上拉齐的层叠件。具体而言，优选为将使基体树脂组合物含浸于在一个方向上拉齐的增强纤维而得的多个预浸料(UD预浸料)以纤维轴的方向成为两个方向的方式进行层叠而成的预浸料(X)的层叠体。此外，作为预浸料(X)，也优选为使用了将增强纤维在两个轴方向编织而成的预浸布的层叠件。
使用将多个UD预浸料层叠而成的层叠件的情况下，优选以增强纤维成为在两个方向上拉齐的状态的方式配置UD片，这具有进一步减少预成型时的开口、纤维蛇行，并且预制件的成型性(对于成型模具的追随性)良好，能够制造更优异的外观的预制件的倾向。该情况下，在两个方向上拉齐的增强纤维的纤维轴彼此所成的角度优选为60～120°，更优选为80～100°。上述角度的典型是90°。
在使用预浸布作为预浸料(X)的情况下，作为层叠件整体而言，增强纤维也成为大致在两个方向上拉齐的状态，由于与上述同样的理由，因此优选。
即，作为构成预浸布的布材的编织方法，例如，可以举出平织、斜纹编织、缎纹编织、三轴织等，其中优选使用在两个轴方向上编织增强纤维而成的、平织、斜纹编织、缎纹编织的布材，这具有能够制造更优异的外观的预制件的倾向。
作为基体树脂组合物，可以使用热固性树脂组合物，也可以使用热塑性树脂组合物。其中，从纤维增强复合材料的刚性优异的方面出发，基体树脂优选为热固性树脂。
作为热固性树脂，例如，可以举出环氧树脂、乙烯基酯树脂、不饱和聚酯树脂、聚酰亚胺树脂、马来酰亚胺树脂、酚醛树脂、丙烯酸系树脂等。在使用碳纤维作为增强纤维的情况下，从与碳纤维的粘接性的方面出发，优选为环氧树脂或乙烯基酯树脂。
作为热塑性树脂，例如，可以举出聚酰胺树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)树脂、丙烯腈-乙烯-丙烯-二烯-苯乙烯(AES)树脂、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯(ASA)树脂等。
作为基体树脂组合物，可以单独使用一种，也可以将两种以上并用。
基体树脂组合物中根据需要也可以配合阻燃性材料。
作为该阻燃性材料，例如，可以举出溴系化合物、含磷和氮的化合物、磷系化合物、金属氢氧化物、有机硅系化合物、及受阻胺化合物等。
层叠件中的树脂重量含有率(R.C.)优选为10～60质量％，更优选为30～40质量％。如果R.C.为下限值以上，则使用所得的预制件制造的纤维增强复合材料的机械特性容易充分提高。如果R.C.为上限值以下，则容易将层叠件成型为三维形状等复杂的形状。
予以说明的是，层叠件中的R.C.的意思是通过JIS K 7071 5.1中记载的测定方法等测定的值。
(伸缩片)
伸缩片是具有伸缩性的树脂制或橡胶制的片。
作为伸缩片，优选根据成型模具的形状选择在绷紧的同时配置在成型模具中的一个模具和层叠件之间的状态下利用成型模具进行拉伸时，其变形不超过弹性区域的伸缩片。
作为树脂制的伸缩片，例如，可以举出软质聚氯乙烯片、软质聚烯烃片、酯系氨基甲酸酯片等。
作为橡胶制的伸缩片，可以举出硅橡胶片、天然橡胶片、丁腈橡胶片等。
作为伸缩片，优选对于层叠件的密合性高的伸缩片。由此，容易抑制在成型时利用成型模具拉伸伸缩片时伸缩片上的层叠件滑动而变得不易追随。
伸缩片厚度优选设为0.01mm～10mm的范围。这是因为，通过将伸缩片厚度设为0.01mm以上，从而在层叠件的成型中伸缩片不易破损。更优选的伸缩片厚度为0.1mm以上。此外，还因为通过将伸缩片厚度设为10mm以下，从而有可获得与成型模具对应的形状的预制件的倾向。更优选的伸缩片厚度为2mm以下。
此外，伸缩片的拉伸弹性模量优选设为0.1～40MPa的范围。这是因为，通过将伸缩片的拉伸弹性模量设为0.1MPa以上，从而有能够对成型中的层叠件赋予张力，所得的预制件不易产生皱折等倾向。伸缩片的拉伸弹性模量更优选为10MPa以上。此外，还因为通过将伸缩片的拉伸弹性模量设为40MPa以下，从而有以下倾向：抑制成型时的层叠件的面压过度上升，并且可获得伸缩片的柔软的活动性，不易发生预制件的纤维蛇行。伸缩片的拉伸弹性模量更优选为20MPa以下。
予以说明的是，拉伸弹性模量是通过JIS K 6251而测定的值。
进一步，作为本实施方式中所使用的伸缩片，通过使用其厚度与拉伸弹性模量之积(厚度[mm]×拉伸弹性模量[MPa])为1～6的范围的伸缩片，从而容易稳定地制造外观良好、且形状的均匀性优异的预制件。这是因为，通过将该值设为1以上，从而有在成型时能够对层叠件均匀地赋予适度的张力的倾向。上述厚度与拉伸弹性模量之积更优选为2以上。此外，还因为通过将厚度与拉伸弹性模量之积设为6以下，从而有以下倾向：由于伸缩片柔软地伸缩，因此能够对层叠件施加在预制件的预成型时必须且充分的剪切变形。厚度与拉伸弹性模量之积更优选为4以下。
如以上说明的那样，本实施方式的纤维增强复合材料的制造方法中，伸缩片在特定的方向上绷紧的同时配置在成型模具的一个模具与层叠件之间，在该状态下利用成型模具一边将伸缩片拉伸一边将层叠件成型。本实施方式的制造方法尤其在通过预成型而暂时制造预制件的情况下有用。本实施方式中，由于在拉伸伸缩片的同时层叠件追随伸缩片而被拉向模具的外侧，因此层叠件中的增强纤维也容易追随在增强纤维未取向的方向上的变形。其结果，抑制纤维增强复合材料发生纤维蛇行、产生皱折等外观不良。
此外，本实施方式的纤维增强复合材料的制造方法中，没有必要每次都把持层叠件而赋予张力，抑制因把持导致的层叠件的损伤。此外，由于能够在维持使伸缩片绷紧的状态的同时将多个层叠件连续成型，因此能够以高生产率制造预制件等。
予以说明的是，本实施方式的纤维增强复合材料的制造方法并不限定于上述的使用成型模具100的方法。
本实施方式的纤维增强复合材料的制造方法也可以是获得未伴有剪切变形的二维曲面形状的预制件和纤维增强复合材料的方法。
以下，通过实施例来具体说明本发明，但本发明并不限定于以下的记载。
[实施例1]
本实施例中，将层叠件制造成图3中例示的、无法平面展开的立体形状(由平面的组合构成的三维曲面形状)的纤维增强复合材料30。作为预浸料(X)，使用下述的预浸料(X1)，作为树脂膜(Y)，使用下述的树脂膜(Y1)。
预浸料(X1)：将碳纤维在一个方向上拉齐且含浸环氧树脂组合物而得的片状的UD预浸料(三菱丽阳株式会社制，制品名：TR391E250S)。
树脂膜(Y1)：将与预浸料(X1)中所含的环氧树脂组合物相同的环氧树脂组合物(三菱丽阳株式会社制，树脂名：#391)调节温度至60℃，利用涂布机以厚度成为0.3mm的方式制膜而得的树脂膜。
如图2A～图2D所示，裁切预浸料(X1)，获得尺寸为纵250mm×横250mm，各自的纤维方向成为0°、90°、45°、135°的4张预浸料(X)2、3、5、6。
接着，将树脂膜(Y1)裁切成尺寸为纵250mm×横250mm，获得树脂膜(Y)4。
接着，如图11所示，将裁切后的4张预浸料(X)2、3、5、6和裁切后的树脂膜(Y)4以层叠构成成为[0°/90°/树脂膜(Y1)/45°/135°]的方式，将各自的4个边的位置对齐进行层叠而获得层叠单元1。即，以形成预浸料(X)2/预浸料(X)3/树脂膜(Y)4/预浸料(X)5/预浸料(X)6的层叠构成的方式从上依次层叠而获得层叠单元1。
接着，将层叠单元1置于平面上，覆以袋膜，将袋膜内进行45分钟真空脱气，将各层间的空气排除，制成层叠件12。
使用图5中例示的成型模具100，将所得的层叠件12预成型而制作预制件。具体而言，如图12所示，在切削化学木料而制作的下模110上，以第1层的预浸料(X)2的0°方向成为箭头方向的方式配置层叠件12后，操作者用手按压层叠件12与下模110的上部的沟相合来进行贴附。
接着，如图13所示，用辅模126压住层叠件12，使螺丝(未图示)通过设于辅模126的贯通孔127，拧入设于下模110的螺丝孔111并紧固，从而固定。
接着，使用红外线加热器以表面温度成为60℃的方式对层叠件12整体进行加热。
接着，如图14所示，利用气缸(未图示)使上下运动的上模112的主模124下降并靠近下模110，用上模112和下模110夹压层叠件12而进行预成型。
如图15所示，将主模124从下模110分离后，如图16所示，将通过贯通孔127的螺丝取下，将辅模126拆除。
接着，如图17所示，将预制件50从下模110脱模。所得的预制件50没有皱折的产生。
接着，将设有与目标纤维增强复合材料30的厚度1.1mm相应的间隙的压缩成型用成型金属模具加热至140℃，将预制件50设置于压缩成型用成型金属模具的下模，闭合压缩成型用成型金属模具，以设定压力4MPa进行压制加压且保持10分钟，获得纤维增强复合材料。所得的纤维增强复合材料的外观优异，各方向的机械特性也稳定。
[实施例2]
通过与实施例1同样的方法，制作3个层叠单元1、以及2张尺寸为纵250mm×横250mm的树脂膜(Y)。接着，制成层叠单元1/树脂膜(Y)/层叠单元1/树脂膜(Y)/层叠单元1的层叠构成的层叠件，除此以外，按照与实施例1相同的步骤获得预制件。层叠件中的3个层叠单元1全部设为从上开始为[0°/90°/树脂膜(Y1)/45°/135°]的层叠顺序。此外，将压缩成型用成型金属模具的间隙设定为4.1mm，除此以外，与实施例1同样地操作而获得纤维增强复合材料。
所得的预制件没有皱折的产生。此外，所得的纤维增强复合材料的外观优异，各方向的机械特性也稳定。
[实施例3]
与实施例1同样地操作制作2个层叠单元1，制成使这2个层叠单元1的第5层的预浸料(X)6面对面，使层叠顺序在厚度方向上形成对称的层叠构成的层叠件，除此以外，按照与实施例1相同的步骤获得预制件。此外，将压缩成型用成型金属模具的间隙设定为2.3mm，除此以外，与实施例1同样地操作而获得纤维增强复合材料。
所得的预制件没有皱折的产生。此外，所得的纤维增强复合材料的外观优异，各方向的机械特性也稳定。
[实施例4]
将层叠单元1中的第4层的预浸料(X)5的纤维方向设为30°，将第5层的预浸料(X)5的纤维方向设为120°，除此以外，与实施例1同样地操作，制作预制件和纤维增强复合材料。
所得的预制件没有皱折的产生。此外，所得的纤维增强复合材料的外观优异，各方向的机械特性也稳定。
[实施例5]
将层叠单元1中的第4层的预浸料(X)5的纤维方向设为60°，将第5层的预浸料(X)5的纤维方向设为150°，除此以外，与实施例1同样地操作，制作预制件和纤维增强复合材料。
所得的预制件没有皱折的产生。此外，所得的纤维增强复合材料的外观优异，各方向的机械特性也稳定。
[实施例6]
将层叠单元1中的第4层的预浸料(X)5的纤维方向设为50°，将第5层的预浸料(X)5的纤维方向设为130°，除此以外，与实施例1同样地操作，制作预制件和纤维增强复合材料。
所得的预制件没有皱折的产生。此外，所得的纤维增强复合材料的外观优异，各方向的机械特性也稳定。
[实施例7]
使用由环氧树脂组合物(三菱丽阳株式会社制，树脂名：#395)形成的树脂膜来代替树脂膜(Y1)，除此以外，与实施例1同样地操作，制作预制件和纤维增强复合材料。
所得的预制件没有皱折的产生。此外，所得的纤维增强复合材料的外观优异，各方向的机械特性也稳定。
[实施例8]
使用除了厚度为0.5mm以外与树脂膜(Y1)相同的树脂膜来代替树脂膜(Y1)，除此以外，与实施例1同样地操作而获得预制件。此外，将压缩成型用成型金属模具的间隙设定为1.3mm，除此以外，与实施例1同样地操作而获得纤维增强复合材料。
所得的预制件没有皱折的产生。此外，所得的纤维增强复合材料的外观优异，各方向的机械特性也稳定。
[实施例9]
使用除了厚度为1.0mm以外与树脂膜(Y1)相同的树脂膜来代替树脂膜(Y1)，除此以外，与实施例1同样地操作而获得预制件。此外，将压缩成型用成型金属模具的间隙设定为1.8mm，除此以外，与实施例1同样地操作而获得纤维增强复合材料。
所得的预制件没有皱折的产生。此外，所得的纤维增强复合材料的外观优异，各方向的机械特性也稳定。
[实施例10]
使用在以纤维呈正交的方式织制碳纤维而得的织物中含浸环氧树脂组合物而成的片状的预浸布(三菱丽阳株式会社制，制品名：TR3110 391GMP)来代替预浸料(X1)，除此以外，与实施例1同样地操作而获得预制件。此外，将压缩成型用成型金属模具的间隙设定为1.2mm，除此以外，与实施例1同样地操作而获得纤维增强复合材料。
所得的预制件没有皱折的产生。此外，所得的纤维增强复合材料的外观优异，各方向的机械特性也稳定。
将各例的层叠件的层叠条件和预制件及纤维增强复合材料的评价结果示于表1。关于预制件的评价，没有观察到皱折的产生时设为良好，观察到皱折的产生时设为不良。关于纤维增强复合材料的评价，将外观优异、各方向的机械特性也稳定时设为良好，将外观不良、或强度不均匀或降低时设为不良。
[表1]
[制造例1：层叠件的制造]
将5张使热固性树脂组合物(三菱丽阳公司制，树脂名：#361)含浸于在一个方向上拉齐的碳纤维(三菱丽阳公司制，制品名：TR50S)中而得的UD预浸料(厚度约220μm，三菱丽阳公司制，制品名：TR361E250S)以纤维方向成为0°/90°/0°/90°/0°的顺序进行层叠，获得由俯视时纵250mm×横250mm的预浸料层叠体形成的层叠件。
[实施例11]
使用图5中例示的成型模具100制造预制件。就成型模具100而言，俯视时在凸部116和凸部118的上表面配置了预制件的部分的外侧按照以175mm～190mm的宽度接触伸缩片的方式设置剩余区域。此外，下模110的高度相对于目标预制件的主视时的高度为2倍～2.5倍的高度，设置被拉伸的伸缩片所接触的剩余区域。
在下模110上，以覆盖成型面122整体的方式配置聚氯乙烯片(伸缩片10，冈本公司制，制品名：一般用PVC透明、梨皮透明塑料膜(膜的厚度：0.2mm，拉伸弹性模量：18.0MPa)，纵400mm×横400mm×厚度0.2mm)，进一步在其上配置制造例1中获得的层叠件(层叠件12)。接着，利用辅模126将伸缩片10和层叠件12固定。利用具备张力赋予功能的夹具132、134把持伸缩片10而赋予张力，以伸缩片10部分地与凸部116和凸部118的上表面接触的方式使伸缩片10绷紧。由夹具132、134赋予张力的方向相对于层叠件中的增强纤维的纤维轴方向(0°、90°)设为45°。对伸缩片10赋予张力的方向与水平方向所成的角度设为0°。
接着，利用红外线加热器将层叠件12加热至70℃，使上模112的主模124靠近下模110的正面侧的部分，利用下模110和上模112一边将伸缩片10拉伸一边将层叠件12成型。所成型的一次成型物的温度达到23℃后，使上模112从下模110分开，将一次成型物脱模。
接着，将一次成型物再次配置在未配置伸缩片10的下模110上，利用辅模126进行固定。利用红外线加热器将一次成型物加热至70℃，使上模112的主模124靠近下模110的正面侧的部分，利用下模110和上模112将一次成型物成型。所成型的预制件的温度达到23℃后，使上模112从下模110分开，将预制件脱模。
[实施例12]
作为伸缩片，使用硅橡胶片(TORR公司制，制品名：EL78，拉伸弹性模量：16.0MPa，纵300mm×横300mm×厚度1.6mm)代替聚氯乙烯片，除此以外，与实施例11同样地操作而获得预制件。
[实施例13]
作为伸缩片，使用硅橡胶片(TORR公司制，制品名：EL78，拉伸弹性模量：16.0MPa，纵300mm×横300mm×厚度1.6mm)代替聚氯乙烯片，进一步利用纸带将片向面方向的所有方向拉伸而使其绷紧，除此以外，与实施例11同样地操作而获得预制件。
[实施例14]
作为伸缩片，使用天然橡胶片(SI-TEKU公司制，制品名：RN111(拉伸弹性模量：约10MPa，纵300mm×横300mm×厚度1.0mm)代替聚氯乙烯片，除此以外，与实施例11同样地操作而获得预制件。
[外观评价]
目视确认各例中所得的预制件的外观，并按照以下的评价基准进行评价。
(评价基准)
○：预制件没有观察到皱折。
△：预制件稍微观察到皱折，但为没有问题的水平。
×：预制件观察到皱折。
将实施例的制造条件和评价结果示于表2。
[表2]
如表2所示，使用伸缩片制造预制件的实施例11～14中，抑制了预制件发生皱折，外观优异。
[实施例15]
使用实施例1中使用的层叠件，除此以外，按照与实施例11同样的条件获得预制件。此外，由所得的预制件，按照与实施例1同样的条件制作纤维增强复合材料。所得的预制件和纤维增强复合材料均没有发生皱折，外观良好，该纤维增强复合材料中各方向的机械特性也稳定。
符号说明
1 层叠单元
2、3、5、6 预浸料(X)
4 树脂膜(Y)
10 伸缩片
12 层叠件
100 成型模具
110 下模
112 上模
114 主体部
116、118 凸部
120 凹部
122 成型面
124 主模
126 辅模
128、130 成型面
132、134 夹具。

Claims (11)

1.一种纤维增强复合材料的制造方法，其利用具备一对模具的成型模具将层叠件预成型而制成预制件，进一步将所述预制件压缩成型而获得立体形状的纤维增强复合材料，所述层叠件是将基体树脂组合物含浸于连续排列的多根增强纤维而得的多个片状的预浸料(X)和一个以上的由树脂组合物形成的树脂膜(Y)层叠而成的层叠件，其中，所述树脂膜(Y)中排除所述预浸料(X)，
该层叠件包含预浸料(X)/预浸料(X)/树脂膜(Y)/预浸料(X)/预浸料(X)的5层构成的层叠单元，并且，当将第1层的预浸料(X)的纤维方向设为0°时，第2层、第4层和第5层的预浸料(X)的纤维方向分别为15～165°，且各层的纤维方向不同。
2.根据权利要求1所述的纤维增强复合材料的制造方法，所述第2层的预浸料(X)的纤维方向为85～95°，所述第4层的预浸料(X)的纤维方向为30～60°，所述第5层的预浸料(X)的纤维方向为120～150°。
3.根据权利要求1或2所述的纤维增强复合材料的制造方法，作为所述层叠件，使用以下的层叠件：
该层叠件包含两个以上的所述层叠单元，并且以在厚度方向上相邻的所述层叠单元之间夹持所述树脂膜(Y)的方式进行层叠。
4.根据权利要求1或2所述的纤维增强复合材料的制造方法，作为所述层叠件，使用以下的层叠件：
该层叠件包含相同的层叠构成的两个所述层叠单元，并且这两个层叠单元以各自的层叠顺序在厚度方向上形成对称的方式进行层叠。
5.根据权利要求1或2所述的纤维增强复合材料的制造方法，作为所述层叠件，使用以下的层叠件：
该层叠件包含所述第4层的纤维方向与所述第5层的纤维方向的角度之差为90°的层叠单元。
6.根据权利要求1或2所述的纤维增强复合材料的制造方法，将所述层叠件成型为无法展开成平面的立体形状。
7.根据权利要求1或2所述的纤维增强复合材料的制造方法，所述预浸料(X)所含的基体树脂组合物与所述树脂膜(Y)所含的树脂组合物的组成相同。
8.根据权利要求1或2所述的纤维增强复合材料的制造方法，所述树脂膜(Y)的厚度为0.1～1mm。
9.根据权利要求1或2所述的纤维增强复合材料的制造方法，作为所述预浸料(X)，使用预浸布。
10.一种纤维增强复合材料的制造方法，其获得将下述树脂层A～E依次层叠，在俯视时，树脂层A、B、D、E中的各自两个层间，增强纤维的纤维方向所成的角度中最小的角度为45°以下的纤维增强复合材料，
树脂层A、B、D、E：由所述预浸料(X)形成，包含在一个方向上拉齐的增强纤维的树脂层，
树脂层C：由一个以上的所述树脂膜(Y)形成，不含在一个方向上拉齐的增强纤维的树脂层，所述树脂膜(Y)由树脂组合物形成，
当将所述树脂层A的增强纤维的纤维方向设为0°时，所述树脂层B、所述树脂层D和所述树脂层E的增强纤维的纤维方向各自为15～165°。
11.根据权利要求10所述的纤维增强复合材料的制造方法，所述最小的角度为15～45°。
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