CN108025462B - 复合材料的制造方法以及复合材料的制造装置 - Google Patents

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Abstract

(课题)提供能够通过控制树脂在模腔内的流动来谋求缩短成形时间、并且谋求消减设备投资费用的复合材料的制造方法、复合材料的制造装置、复合材料用预制件以及复合材料。(解决手段)复合材料(400)的制造方法是包括增强基材(510)和浸渗于增强基材的树脂(600)的复合材料的制造方法，具有：对包括第1区域(501)和第2区域(502)的片状的增强基材以第2区域的粘接剂的含有密度比第1区域低的方式赋予粘接剂(520)的赋予工序、对增强基材进行预成形来形成预制件(500)的预成形工序、以及使树脂(600)浸渗于预制件来成形复合材料(400)的工序。与模腔(350)中的配置了增强基材的第1区域的部分相比，在模腔(350)中的配置了增强基材的第2区域的部分，被注入模腔内的树脂容易流动。

Description

复合材料的制造方法以及复合材料的制造装置
技术领域
本发明涉及复合材料的制造方法以及复合材料的制造装置。
背景技术
近年来，为了汽车的车体轻量化而将树脂浸渗于增强基材而成的复合材料用作汽车零件。作为复合材料的制造方法，适于量产化的RTM(Resin Transfer Molding，树脂传递模塑)成形法备受关注。
在RTM成形法中，首先，将预制件配置于成形模具内的模腔，预制件是将增强基材层叠起来并事先预成形为规定形状而成的。在合模之后，从注入口向模腔内注入树脂，使树脂浸渗于增强基材。然后，使注入模腔内的树脂硬化，从而完成复合材料。在正在注入树脂的过程中，为了避免发生因模腔内的压力的增加而引起的成形模具的非期望开模，使用规定压力机赋予了合模压力(参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005－193587号公报
发明内容
发明要解决的问题
在所述那样的复合材料的成形方法中，注入模腔内的树脂在模腔内扩散并流动，在配置于模腔的预制件中从注入口附近等树脂容易流到的区域移动到预制件的周缘部等树脂不容易流到的区域。注入的树脂在模腔内流动的过程中一边向增强基材的内部浸渗一边通过，因此为了使树脂到达树脂不容易流到的区域，注入需要较长时间，导致成形时间长时间化。因此，为了用短时间使树脂注入，不得不将注入压力设定为高压，所以不得不使用能够赋予更大的合模压力的大型的压力机。另外，用于注入树脂的设备也需要能够高压注入的高性能的设备，因此使用高压注入用的设备导致的设备投资费用的增加也成为问题。
因此，本发明是为了解决所述问题而做成的，其目的在于提供能够通过控制树脂在模腔内的流动来谋求缩短成形时间、并且谋求消减设备投资费用的复合材料的制造方法以及复合材料的制造装置。
用于解决问题的方案
达到所述目的的本发明的复合材料的制造方法是一种包括增强基材和浸渗于所述增强基材的树脂的复合材料的制造方法。对包括第1区域和第2区域的片状的所述增强基材以所述第2区域的粘接剂的含有密度比所述第1区域的粘接剂的含有密度低的方式赋予所述粘接剂，对所述增强基材进行预成形来形成预制件，以所述第1区域配置在比所述第2区域靠近成形模具的注入口的位置的方式将所述预制件配置于所述成形模具内的模腔，从所述成形模具的注入口向所述模腔内注入所述树脂，使所述树脂浸渗于所述预制件来成形所述复合材料。
达到所述目的的本发明的复合材料的制造装置具有：赋予部，其对包括第1区域和第2区域的片状的增强基材赋予粘接剂；预成形模具，其对所述增强基材进行预成形来形成预制件；成形模具，其形成供所述预制件配置的模腔，并具有用于向所述模腔内注入树脂的注入口；控制部，其对所述赋予部及所述预成形模具的动作进行控制。所述控制部控制所述赋予部的动作，以所述增强基材的所述第2区域的所述粘接剂的含有密度比所述增强基材的所述第1区域的所述粘接剂的含有密度低、且在将所述预制件配置于所述成形模具的所述模腔内的状态下所述第1区域配置在比所述第2区域靠近所述成形模具的所述注入口的位置的方式赋予所述粘接剂。
附图说明
图1是用于说明本发明的实施方式的复合材料的制造装置及制造方法的整体流程的图。
图2是用于说明本发明的实施方式的成形预制件的预成形装置的图，图2的(A)是赋予部的概略立体图，图2的(B)是加热器的概略立体图。
图3是用于说明本发明的实施方式的成形预制件的预成形装置的图，图3的(A)是切割部的概略立体图，图3的(B)是预成形模具的概略立体图。
图4是本发明的实施方式的使用预制件来成形复合材料的成形装置的概略图。
图5是示意性地表示本发明的实施方式的将预制件配置于成形模具并注入树脂的状况的图。
图6是说明本发明的原理的概念图，是从侧面方向看到的树脂在增强基材的层叠体的层间流动的状况的图，图6的(A)是表示本发明的实施方式的预制件的状态的图，图6的(B)是表示本发明的实施方式的向预制件注入了树脂的状态的图，图6的(C)是表示对比例的向预制件注入了树脂的状态的图。
图7是说明本发明的原理的概念图，是从俯视方向看到的树脂在配置有增强基材的成形模具内流动的状况的图，图7的(A)是表示本发明的实施方式的向预制件注入了树脂的状态的图，图7的(B)是表示对比例的向预制件注入了树脂的状态的图。
图8是用于表示因树脂的流动导致的增强基材的取向的紊乱状态的评价结果的照片，图8的(A)示出了本发明的实施方式的树脂流向预制件的状态，图8的(B)示出了对比例的树脂流向预制件的状态。
图9是表示实施了实施方式的复合材料的制造方法时的模腔内的压力的时间推移的图。
图10是表示本发明的实施方式的预制件的成形方法的流程图。
图11是表示本发明的实施方式的复合材料的成形方法的流程图。
图12是表示应用本发明的实施方式的复合材料的制造方法制造出的汽车零件的图，图12的(A)是表示使用了复合材料的各种汽车零件的图，图12的(B)是表示将汽车零件接合而形成的车体的图。
具体实施方式
以下，一边参照附带的附图一边对本发明的实施方式进行说明。需要注意的是，以下的说明并非用于限定权利要求书中所记载的保护范围、用语的意义。另外，为了便于说明，有时将附图的尺寸比例夸大，与实际比例不同。
图1是用于说明本发明的实施方式的复合材料400的制造装置100以及制造方法的整体流程的图。图2及图3是用于说明本发明的实施方式的成形预制件500(相当于复合材料用预制件)的预成形装置200的图。图4是本发明的实施方式的使用预制件500来成形复合材料400的成形装置300的概略图。图5是示意性地表示本发明的实施方式的将预制件500配置于成形模具310并注入树脂600的状况的图。图6及图7是说明本发明的原理的概念图。图8是用于表示因树脂600的流动导致的增强基材510的取向的紊乱状态的评价结果的照片。图9是表示实施了实施方式的复合材料400的制造方法时的模腔350内的压力的时间推移的图。图10是表示本发明的实施方式的预制件500的成形方法的流程图。图11是表示本发明的实施方式的复合材料400的成形方法的流程图。图12是表示使用了本发明的实施方式的复合材料400的汽车零件701～703以及车体700的立体图。其中，图2及图3的(A)中的箭头示出了输送部210对增强基材510的输送方向(朝向下游工序的方向)。另外，图3的(B)中的箭头示出了对增强基材510进行预成形时的成形方向。另外，图5及图6中的箭头示出了树脂600的流动方向。
以下，参照各附图对本发明的实施方式进行说明。
(预制件)
本实施方式的预制件500是使粘接剂520浸渗于增强基材510而形成的。
增强基材510例如能够由碳纤维、玻璃纤维、有机纤维等形成。在本实施方式中，说明使用碳纤维作为增强基材510的例子。碳纤维510具有热膨胀系数小、尺寸稳定性优良、在高温下机械特性的降低也较少这样的特征，因此能够较佳地用作汽车的车体700等的复合材料400的增强基材510。碳纤维510例如能够使用纤维都朝向一方向的UD(一方向)材、将纤维都朝向一方向的多个片材沿各不相同的方向重叠并利用辅助纤维一体化而成的所谓的NCF(无皱曲织物)材等片状的增强基材510。层叠结构取决于作为成形品的复合材料400所需求的材料特性，通常以具有多个取向角度的方式层叠。在本实施方式中，采用层叠纤维取向±45°方向的NCF材、90°方向的UD材、0°方向的UD材这三个种类的层叠结构。
将粘接剂520赋予碳纤维510，将碳纤维510彼此粘接起来。由此，能够使碳纤维510稳定地维持为片状的形态，能够抑制碳纤维510的配置的参差不齐。并且，在将碳纤维510的层叠体510b(参照图3的(B))赋形为期望的形状时，起到保持其形态的作用。如图6的(A)及图7的(A)所示，粘接剂520以形成粘接剂520的含有密度高的第1区域501、以及粘接剂520的含有密度比第1区域501低的第2区域502的方式赋予碳纤维510。与第2区域502相比，在第1区域501，粘接剂520的含有密度较高，因此，在碳纤维510间流动的树脂600的流动被粘接剂520阻拦。因此，与第1区域501相比，在第2区域502中树脂600的流动阻力较小。像这样，能够通过控制赋予粘接剂520的部分，调整含有密度分布，来控制树脂600的流动阻力。
构成粘接剂520的材料只要是受热会软化的材料，就不特别限定，能够使用公知的材料。能够列举出例如聚烯烃树脂、苯乙烯系树脂、尼龙树脂、聚氨酯树脂等热塑性树脂、或者例如低分子量环氧树脂等热硬化性树脂等。在本实施方式中，使用与后述的复合材料400所使用的树脂相同的环氧树脂，即使用熔融粘度低而流动性高且耐热性、耐湿性优良的低分子量环氧树脂。低分子量环氧树脂只要是具有在硬化前能够浸渗于碳纤维510的程度的低粘度的低分子量环氧树脂，就不特别限定，能够使用公知的低分子量环氧树脂。
(复合材料)
本实施方式的复合材料400是通过使树脂600浸渗于事先将碳纤维510预成形为规定形状而成的预制件500并使之硬化而制造的。
复合材料400由碳纤维510和树脂600组成，从而，与由树脂600单体构成的成形品相比，具有较高的强度和刚性。另外，在图12所示那样的汽车的车体700(参照图12的(B))所使用的前侧梁701、支柱702等框架零件、车顶盖703等外板零件中应用复合材料400，从而，与组装包括铁钢材料的零件而构成的车体相比，能够谋求车体700的轻量化。
本实施方式的复合材料400是使树脂600浸渗于预制件500而形成的。另外，在本实施方式中，为了提高刚性，在复合材料400的内部插入有图3的(B)所示那样的芯材530。
树脂600能够使用作为热硬化性树脂的环氧树脂、酚醛树脂等。在本实施方式中，使用机械特性、尺寸稳定性优异的环氧树脂。环氧树脂以二液型为主流，将主剂和硬化剂混合使用。主剂通常使用双酚A型的环氧树脂，硬化剂通常使用胺系的硬化剂，但不特别限定于此，能够按照期望的材料特性适当进行选择。另外，为了能够容易地进行成形复合材料400后的脱模，使树脂600含有内部脱模剂。内部脱模剂的种类并不特别限定，能够使用公知的内部脱模剂。
在芯材530被碳纤维510包覆的状态下，使树脂600浸渗于碳纤维510，从而将芯材530形成在复合材料400的内部。构成芯材530的材料并不特别限定，从轻量化的观点出发，优选使用发泡体(泡沫芯)。例如能够适当使用包括聚氨酯、氯乙烯、聚烯烃、丙烯酸系树脂、聚酰亚胺系树脂(PMI(聚甲基丙烯酰亚胺)、PEI(聚醚酰亚胺))等的发泡体。
(制造装置)
参照图1～4对复合材料400的制造装置100进行说明。本实施方式的复合材料400的制造装置100大体上包括：图1中的上层及中层所示的成形预制件500的预成形装置200、以及图1中的下层所示的使用预制件500来成形复合材料400的成形装置300。另外，复合材料400的制造装置100具有控制制造装置100整体的动作的控制部110。
首先，对成形预制件500的预成形装置200进行说明。
概括而言，如图1中的上层所示，预成形装置200具有：连续地输送碳纤维510的输送部210、对碳纤维510赋予粘接剂520的赋予部220、对赋予了粘接剂520的碳纤维510进行加热的加热器230、对碳纤维510进行切割的切割部240、以及对碳纤维510进行预成形的预成形模具260。
如图1中的上层所示，输送部210将从卷绕碳纤维510而成的基材卷510a供给来的碳纤维510连续地向下游工序的赋予部220、加热器230以及切割部240输送。输送部210包括带式输送机。赋予部220、加热器230以及切割部240顺着带式输送机的输送路径设置，构成为能够连续地作业。
如图2的(A)所示，赋予部220构成为能够沿输送部210的平面方向移动，对从输送部210的上游输送来的碳纤维510赋予粘接剂520。粘接剂520的赋予量取决于所使用的粘接剂520的种类、物性，例如，能够是10g/m3～100g/m3。赋予部220例如能够由使用粉末状(固形)的粘接剂520的丝网印刷方式、使用液状的粘接剂520的喷墨方式、将粘接剂520加工成无纺布并层叠于碳纤维510之上的方式等构成。在本实施方式中，使用量产性高且赋予精度高的喷墨方式。喷墨方式是使粘接剂520微滴化并直接吹到碳纤维510上的方式，能够根据赋予的部位调整粘接剂520的赋予量。
如图2的(B)所示，加热器230对由赋予部220赋予了的粘接剂520的碳纤维510加热。加热温度取决于所使用的粘接剂520的熔融温度，例如为70℃～150℃。由此，能够使粘接剂520软化或者熔融，浸渗于碳纤维510。使粘接剂520浸渗的结果，使碳纤维510的平均单位面积的粘接剂520的含有量、即含有密度确定。粘接剂520的含有密度也取决于复合材料400的形状、碳纤维510的层叠体510b的厚度，例如可以是含有密度高的部分为80g/m3，含有密度低的部分为10g/m3。
加热器230并不特别限定，优选能够瞬时且均匀地加热碳纤维510，例如，能够使用连续炉或者高频线圈、远红外线加热器、热风器等加热器。
如图3的(A)所示，切割部240沿预先决定的切割线L对浸渗有粘接剂520的碳纤维510进行切割。切割部240例如能够使用超声波切割、激光切割、圆锯切割、压切、剪切等各种切割机构。在本实施方式中，使用能够用比较短的时间精确地进行切割的超声波切割。
预成形模具260将碳纤维510预成形为规定的立体形状。如图1中的中层所示，预成形模具260具有：供成为预制件500的对象的碳纤维510配置的下模261、以及相对于下模261接近远离移动自如的上模262。在上模262的与下模261相对的面形成有与同碳纤维510的预制件500的形状一致的形状相应的成形面。在将碳纤维510配置于下模261的状态下使上模262移动而接近下模261，对碳纤维510赋予加压力，从而能够将碳纤维510成形为预制件500。
接着，对使用预制件500来成形复合材料400的成形装置300进行说明。
参照图4，概括而言，本实施方式的成形装置300具有：形成供预制件500配置的模腔350的开闭自如的成形模具310、对成形模具310施加合模压力的加压部320、向模腔350内注入熔融的树脂600的树脂注入部330、以及调整成形模具310的温度的成形模具温度调整部340。
成形模具310具有能够开闭的成对的上模311(阳模)和下模312(阴模)。在上模311和下模312之间形成密闭自如的模腔350。预制件500配置在模腔350内。
成形模具310还具有用于向模腔350内注入树脂600的注入口313。注入口313与模腔350及树脂注入部330相连通。如图6的(A)所示，成形模具310的与模腔350相对的面包括：注入口313侧的第1壁面310a、以及与注入口313相对的一侧的第2壁面310b。第2壁面310b是成形模具310的与模腔350相对的面中的配置在距注入口313最远的地方的面。
在本实施方式中，如图4所示，注入口313位于被配置在模腔350内的预制件500的侧部，因此位于该侧部(图4中的左侧)的面为第1壁面310a，位于预制件500的位于与该侧部相反的一侧的端部(图4中的右侧)的面为第2壁面310b。另外，注入口313也可以设在成形模具310的上部。在该情况下，树脂600从预制件500的上部向下部浸渗。另外，在下模312也可以设有用于对模腔350内抽真空、抽吸空气的抽吸口。另外，为了使模腔350内成为密闭状态，在上模311与下模312的对接面也可以设有密封构件等。
加压部320例如能够包括这样的压力机：包括使用了油压等流体压的缸321，能够通过控制油压等来调整合模压力。
树脂注入部330能够包括这样的公知的循环式的泵机构：能够使从主剂容器331供给来的主剂和从硬化剂容器332供给来的硬化剂循环，并向成形模具310供给。树脂注入部330与注入口313连通，向模腔350内注入树脂600。
成形模具温度调整部340将成形模具310的温度调整为：在树脂600注入的初始阶段，模腔350内的温度为粘接剂520的熔融温度以下。在将预制件500配置于模腔350内之后，逐渐加热到树脂600的硬化温度，使注入模腔350内的树脂600硬化。能够使成形模具温度调整部340具有例如对成形模具310直接加热的电加热器、通过使油等热介质循环来进行温度调整的温度调整机构等，来作为用于进行加热的装置。
控制部110控制制造装置100整体的动作。具体而言，参照图4，控制部110具有存储部111、运算部112、以及进行各种数据、控制指令的发送接收的输入输出部113。输入输出部113与赋予部220、加热器230、切割部240、预成形模具260、加压部320、树脂注入部330、成形模具温度调整部340电连接。
存储部111包括ROM、RAM，存储粘接剂520的赋予量、第1区域501及第2区域502的分布、要成形的预制件500及复合材料400的形状等数据。运算部112主体上由CPU构成，经由输入输出部113接受输送部210对碳纤维510的输送速度等数据。运算部112基于从存储部111读取的数据以及从输入输出部113接收的数据，算出粘接剂520的赋予的时机、赋予量、由成形模具温度调整部340进行调整的成形模具310的加热温度等。基于算出的数据的控制信号通过输入输出部113向赋予部220、加热器230、切割部240、预成形模具260、加压部320、树脂注入部330、成形模具温度调整部340发送。像这样，控制部110对粘接剂520的赋予量及赋予位置、预成形模具260的动作、成形模具310的合模压力、树脂600的注入量、成形模具310的温度等进行控制。
(制造方法)
对实施方式的复合材料400的制造方法进行说明。
复合材料400的制造方法大体上分为图10所示的成形预制件500的工序和图11所示的使用预制件500来成形复合材料400的工序，包括这两个工序。
首先，对成形预制件500的工序进行说明。
如图10所示，成形预制件500的工序具有：供给碳纤维510原材料的供给工序(步骤S11)、对包括第1区域501和第2区域502的片状的碳纤维510以第2区域502的粘接剂520的含有密度比第1区域501低的方式赋予粘接剂520的赋予工序(步骤S12)、加热碳纤维510的加热工序(步骤S13)、对碳纤维510进行切割的切割工序(步骤S14)、形成层叠体510b的层叠工序(步骤S15)、输送层叠体510b的输送工序(步骤S16)、对碳纤维510进行预成形而形成预制件500的预成形工序(步骤S17)、以及使成形后的形成预制件500从预成形模具260脱模的工序(步骤S18)。
对各工序进行说明。
首先，作为步骤S11，如图1中的上层所示，从卷绕碳纤维510而成的基材卷510a放出碳纤维510，连续地向输送部210供给碳纤维510。
接着，作为步骤S12，如图2的(A)所示，利用赋予部220对由输送部210连续地输送出的碳纤维510赋予粘接剂520。此时，根据预定的含有密度分布，调整赋予的量。即，碳纤维510的第2区域502以粘接剂520的含有密度比碳纤维510的第1区域501低的方式赋予粘接剂520。
接着，作为步骤S13，如图2的(B)所示，利用加热器230对碳纤维510进行加热，使赋予的粘接剂520软化或者熔融，使粘接剂520向碳纤维510的层间浸渗。使粘接剂520浸渗，从而在碳纤维510形成粘接剂520的含有密度分布。
接着，作为步骤S14，如图3的(A)所示，在粘接剂520熔融的状态下沿切割线L对碳纤维510进行切割。对于切割线L，预先设定作为成形品的复合材料400的展开形状，根据该展开形状决定切割线L。
接着，作为步骤S15，如图1中的中层的层叠工序所示，利用输送机器人250层叠规定张数的切割好的碳纤维510。在本实施方式中，层叠层叠取向不同的碳纤维510，形成规定层叠结构。具体而言，使用纤维取向±45°方向的NCF材、90°方向的UD材、0°方向的UD材这三个种类。因此，分别在不同的制造线的线路(日文：レーン)进行供给工序、赋予工序、加热工序以及切割工序，将按照各取向角度分别切割好的碳纤维510以规定取向顺序层叠，形成层叠体510b。
接着，作为步骤S16，如图3的(B)所示，将层叠体510b输送到预成形模具260的下模261并配置于下模261。此时，由粘接剂520将碳纤维510的层间粘接起来，因此能够抑制输送时碳纤维510的参差不齐。优选将输送过程中的温度管理为例如使碳纤维510的温度降低到50℃～70℃。通过像这样进行管理，能够在将碳纤维510输送到预成形模具260时，使粘接剂520为半硬化状态或者硬化状态。由此，能够在预成形时使粘接剂520短时间内硬化，因此能够缩短预成形所需的时间。
接着，作为步骤S17，如图3的(B)中用箭头所示那样，对配置于预成形模具260的下模261的碳纤维510的层叠体510b进行预成形来成形预制件500。此时，以被碳纤维510包覆的方式配置芯材530。上模262可以如图1中的中层的预成形工序所示那样由多个分隔的模具构成，也可以使用由没有分隔的单一模具构成的上模。预成形模具260优选例如预先冷却为20℃～40℃。由此，在合模的同时，进行粘接剂520的冷却，粘接剂520硬化，预成形结束。
接着，作为步骤S18，打开预成形模具260，使预制件500脱模，于是，预制件500的成形结束。
接着，对使用预制件500来成形复合材料400的工序进行说明。
如图11所示，成形复合材料400的工序具有：将预制件500配置于成形模具310的模腔350的工序(步骤S21)、向模腔350内注入树脂600的工序(步骤S22)、使树脂600硬化的工序(步骤S23)、以及使成形后的复合材料400从成形模具310脱模的工序(步骤S24)。
对各工序进行说明。
首先，作为步骤S21，将预制件500配置于成形模具310的模腔350(参照图4)。此时，将碳纤维510的第1区域501配置在模腔350内的树脂600容易流动的部分351，碳纤维510的第2区域502配置在模腔350内的树脂600不容易流动的部分352。成形模具310的温度由成形模具温度调整部340调整为模腔350内的温度在粘接剂520的熔融温度以下。另外，对于树脂600容易流动的部分351及树脂600不容易流动的部分352，基于复合材料400的形状等通过模拟事先求出。
如图6的(C)所示，从侧面方向观察被配置于模腔350的包含碳纤维510的层叠体510b在内的预制件500时，树脂600的易流动程度沿碳纤维510的层叠体510b的层叠方向变化。具体而言，与成形模具310的注入口313侧的第1壁面310a接近的部分是树脂600容易流动的部分351，接近与注入口313相对的一侧的第2壁面310b的部分是树脂600不容易流动的部分352。即，随着从接近注入口313的第1壁面310a朝向远离注入口313的第2壁面310b去，树脂600的易流动程度变差。因而，如图6的(A)所示，以随着从注入口313侧的第1壁面310a朝向与注入口313相对的一侧的第2壁面310b去而粘接剂520的含有密度降低的方式将碳纤维510的第1区域501及第2区域502配置于模腔350。
另外，从俯视方向观察碳纤维510的层叠体510b时，如图7的(B)所示，树脂600以从注入口313呈同心圆状扩散的方式流动。因此，注入口313附近为树脂600容易流动的部分351，预制件500的远离注入口313的周缘部为树脂600不容易流动的部分352。
在本实施方式中，如图5所示，树脂600从预制件500的侧部朝向端部呈扇状浸渗。即，树脂600容易流动的部分351是预制件500的接近注入口313的侧部，树脂600不容易流动的部分352是预制件500的端部。因而，以预制件500的侧部的粘接剂520的含有密度高、并且随着朝向端部去而粘接剂520的含有密度降低的方式将碳纤维510的第1区域501及第2区域502配置于模腔350。
接着，作为步骤S22，向模腔350内注入树脂600。
如图6的(C)所示，树脂600的易流动程度随着从接近注入口313的第1壁面310a朝向远离注入口313的第2壁面310b去而降低。因而，在将粘接剂520均匀地赋予层叠体510b的层间的情况下，树脂600的流动速度产生差异，在流动速度的差异较大的部分，碳纤维510的层会产生错位、扭曲。若碳纤维510的层产生错位、扭曲，则有时会在层间形成树脂过量部分或者仅树脂600的部分，可能会导致作为成形品的复合材料400的强度降低。
在本实施方式中，如图6的(A)所示，以随着从注入口313侧的第1壁面310a朝向与注入口313相对的一侧的第2壁面310b去而粘接剂520的含有密度降低的方式将碳纤维510的第1区域501及第2区域502配置于模腔350。能够通过使粘接剂520的含有密度变化而形成为随着从第1壁面310a朝向第2壁面310b去而树脂600的流动阻力逐渐降低。即，能够使向树脂600容易流动的部分351即第1壁面310a侧的碳纤维510的层间流动的树脂600的流动速度较慢，随着朝向树脂600不容易流动的部分352即第2壁面310b去，向碳纤维510的层间流动的树脂600的流动速度逐渐变快。因而，如图6的(B)所示，在碳纤维510的层间，能够使树脂600的易流动程度大致一致。由此，在碳纤维510的层间，减小树脂600的流动速度的差异，能够抑制在碳纤维510产生的褶皱、扭曲。
另外，俯视观察碳纤维510的层叠体510b时，如图8的(B)所示，存在这样的情况：对于碳纤维510，在树脂600的流动所产生的冲击力的作用下，预制件500的配置在注入口313附近的表层的碳纤维510的取向产生紊乱。尤其是，在注入树脂600的初始阶段，通常流动速度较快，因此，树脂600的流动所产生的冲击力容易变大，碳纤维510的取向容易产生紊乱。像这样，有时在碳纤维510的取向紊乱的部位形成树脂过量部分或者仅树脂600的部分，有可能导致作为成形品的复合材料400的强度降低、外观性降低。
另外，如图7的(B)所示，对于模腔350的远离注入口313的周缘部，树脂600难以到达，因此是树脂600不容易流动的部分352。因此，为了使树脂600到达树脂600不容易流动的部分352，如图9中的虚线所示，不得不将树脂600的注入作业的最大注入压力P2设定为高压。另外，当将用于填充树脂600的最大注入压力P2设定为高压时，相应地，模腔350内的压力也增加。因而，为了防止在注入作业过程中成形模具310的非期望的开模，不得不使用能够赋予相对较大的合模压力的大型的压力机。
在本实施方式中，如图7的(A)所示，将第1区域501配置在树脂600容易流动的部分351、例如注入口313附近，将第2区域502配置在树脂600不容易流动的部分352、例如模腔350的周缘部。在被配置于树脂600容易流动的部分351的第1区域501，树脂600不容易流动，因此树脂600容易流向这以外的部分。结果，能够控制为在被配置于树脂600不容易流动的部分352的第2区域502中树脂600相对容易流动。由此，即便不使树脂600的注入压力较高，也能够在短时间内使树脂600到达整体，所以，如图9的实线所示，能够降低树脂600的最大注入压力P1。由于能够将模腔350内的压力抑制为比较小，因此能够谋求缩短成形时间，并且谋求消减设备投资费用。另外，在注入口313附近，树脂600的流动阻力升高，从而能够减缓树脂600的流动速度。由此，如图8的(A)所示，能够抑制注入口313附近的纤维取向的紊乱，能够提高作为成形品的复合材料400的强度及外观性。
另外，作为解决所述那样问题的方法，例如，也可以考虑这样的方法：利用具有多个注入口(多点浇口)的成形模具，从多处注入树脂600，使树脂600容易流到树脂600不容易流动的部分352，降低树脂600的最大注入压力。但是，由于需要具有多个注入口的成形模具，所以设备投资费用增加成为问题。另外，由于注入口成为多个，所以，为了附着于注入口的孔的树脂600的清洗等维护，会导致设备费用、制造时间的增加。
采用本实施方式，即便使用具有一个注入口313的成形模具310，也能够使树脂600容易流到树脂600不容易流动的部分352，降低树脂600的最大注入压力P1。由此，与使用具有多个注入口的成形模具的情况相比，能够大幅度消减设备投资费用、维护费用以及制造时间。
另外，如图7的(A)所示，控制为树脂600容易向树脂600不容易流动的部分352流动，从而能够在短时间内使树脂600到达整体。由此，能够谋求缩短成形时间，并且由于不再需要大幅度增加最大注入压力P1而能够谋求消减设备投资费用。
另外，如所述那样，在注入树脂600的初始阶段，事先将成形模具310的温度调整为模腔350内的温度在粘接剂520的熔融温度以下。由此，能够将粘接剂520保持为固体形态，因此能够进一步提高对注入的树脂600的拦截效果，控制树脂600的流动。
接着，作为步骤S23，将成形模具310的温度逐渐加热至树脂600的硬化温度，使浸渗于碳纤维510的树脂600硬化。使成形模具310的温度逐渐上升，从而，因伴随树脂600的硬化产生的反应热及成形模具310的热量，而模腔350内的温度上升，粘接剂520从固体形态软化成半固体形态或者液态。随之，粘接剂520对树脂600的拦截效果逐渐降低。由此，在成形复合材料400时，树脂600浸渗于粘接剂520软化的部分的碳纤维510，能够成形树脂600大致均匀地浸渗于整个碳纤维510的高品质的复合材料400。
另外，在本实施方式中，树脂600由环氧树脂形成，粘接剂520由低分子量环氧树脂形成。由此，在成形复合材料400时，由于树脂600和粘接剂520由同种材料形成，因此能够抑制树脂600和粘接剂520之间的界面的形成，通过与树脂600一体化而成形更均质的复合材料400。由此，在注入树脂600的初始阶段，粘接剂520具有拦截树脂600的效果，能够控制树脂600的流动。随着树脂600的注入的进行，粘接剂520软化，树脂600逐渐向整个模腔350内扩散，从而能够使树脂600和粘接剂520更均质地混合。
接着，作为步骤S24，在树脂600硬化之后，打开成形模具310，使碳纤维510、树脂600以及芯材530一体化而成的复合材料400脱模，于是成形结束。
如上所述，根据本实施方式的复合材料400的制造方法及制造装置100，对包括第1区域501和第2区域502的片状的碳纤维510以第2区域502的粘接剂520的含有密度比第1区域501低的方式赋予粘接剂520，对碳纤维510预成形来形成预制件500，在成形模具310内的模腔350内配置预制件500，使树脂600浸渗于预制件500而成形复合材料400。与模腔350中的配置了碳纤维510的第1区域501的部分相比，在模腔350中的配置了碳纤维510的第2区域502的部分，注入模腔350内的树脂600容易流动。
采用像这样构成的复合材料400的制造方法及制造装置100，将第2区域502配置在模腔350内的树脂600不容易流动的部分352，由此，与向碳纤维510均匀地赋予粘接剂520的情况相比，能够使树脂600容易向树脂600不容易流动的部分352流动。由此，与向碳纤维510均匀地赋予粘接剂520的情况相比，能够在短时间内使树脂600到达模腔350内的碳纤维510整体。由此，能够谋求缩短成形时间，并且由于不再需要大幅度增加最大注入压力P1，所以能够谋求消减设备投资费用。
另外，以随着从模腔350的注入口313侧的第1壁面310a朝向与注入口313相对的一侧的第2壁面310b去而粘接剂520的含有密度降低的方式赋予粘接剂520。由此，注入口313附近的树脂600的流动阻力升高，从而能够减缓树脂600的流动速度，所以能够抑制注入口313附近的碳纤维510的取向紊乱。另外，能够减少树脂600在碳纤维510的层间的流动速度的差异，抑制在碳纤维510产生的褶皱、扭曲。由此，能够提高复合材料400的强度及外观性。
另外，粘接剂520由受热会软化的材料形成，将树脂600注入模腔350内后，加热成形模具310，利用伴随树脂600的硬化产生的反应热和/或成形模具310的热量使粘接剂520软化。由此，在成形复合材料400时，树脂600浸渗于粘接剂520软化的部分的碳纤维510，能够成形树脂600大致均匀地浸渗于碳纤维510整体的高品质的复合材料400。
另外，在赋予工序和预成形工序之间，还具有将被赋予了粘接剂520的碳纤维510层叠来形成层叠体510b的层叠工序。由此，能够在利用粘接剂520将碳纤维510粘接起来的状态下向预成形工序输送，因此能够抑制碳纤维510的配置的参差不齐。
另外，树脂600由环氧树脂形成，粘接剂520由低分子量环氧树脂形成。由此，在成形复合材料400时，由于树脂600和粘接剂520由同种材料形成，因此能够抑制树脂600和粘接剂520之间的界面的形成，成形更均质的复合材料400。
对于本实施方式的预制件500，碳纤维510的第2区域502形成为粘接剂520的含有密度比碳纤维510的第1区域501低。在向模腔350配置预制件500时，将第2区域502配置在模腔350内的树脂600不容易流动的部分352，从而降低树脂600不容易流动的部分352的树脂600的流动阻力，能够使树脂600容易流动，所以能够谋求缩短复合材料400的成形时间。
另外，粘接剂520由受热会软化的材料形成。由此，在使用预制件500来成形复合材料400时，树脂600浸渗于粘接剂520软化的部分的碳纤维510，能够成形树脂600大致均匀地浸渗于碳纤维510整体的高品质的复合材料400。
以上，通过实施方式对复合材料的制造方法、制造装置以及复合材料进行了说明，但是，本发明不仅局限于在实施方式中说明的构成，能够基于权利要求书的记载适当进行变更。
例如，加热工序被设定为在切割工序之前进行，但也可以在切割工序或者层叠工序之后进行。
另外，增强基材被设定为层叠多张而形成层叠体，但也可以是利用一张增强基材形成复合材料。
另外，复合材料被设定为具有芯材，但也可以是不具有芯材的复合材料。
附图标记说明
100、制造装置；110、控制部；200、预成形装置；220、赋予部；260、预成形模具；300、成形装置；310、成形模具；310a、第1壁面；310b、第2壁面；313、注入口；340、成形模具温度调整部；350、模腔；400、复合材料；500、预制件(复合材料用预制件)；501、第1区域；502、第2区域；510、碳纤维(增强基材)；510b、层叠体；520、粘接剂；530、芯材；600、树脂。

Claims (9)

1.一种复合材料的制造方法，该复合材料包括增强基材和浸渗于所述增强基材的树脂，其中，
对包括第1区域和第2区域的片状的所述增强基材以所述第2区域的粘接剂的含有密度比所述第1区域的粘接剂的含有密度低的方式赋予所述粘接剂，
对所述增强基材进行预成形来形成预制件，
以所述第1区域配置在比所述第2区域靠近成形模具的注入口的位置的方式将所述预制件配置于所述成形模具内的模腔，
从所述成形模具的注入口向所述模腔内注入所述树脂，使所述树脂浸渗于所述预制件来成形所述复合材料。
2.根据权利要求1所述的复合材料的制造方法，其中，
在赋予所述粘接剂时，以随着从所述成形模具的所述注入口侧的第1壁面朝向与所述注入口相对的一侧的第2壁面去而所述粘接剂的含有密度降低的方式赋予所述粘接剂。
3.根据权利要求1或2所述的复合材料的制造方法，其中，
所述粘接剂由受热会软化的材料形成，
在将所述树脂注入所述模腔内之后，对所述成形模具加热，
利用伴随所述树脂的硬化产生的反应热和/或所述成形模具的热量来使所述粘接剂软化。
4.根据权利要求1所述的复合材料的制造方法，其中，
在赋予了所述粘接剂之后，并在成形所述预制件之前，将被赋予了所述粘接剂的所述增强基材层叠起来，形成层叠体。
5.根据权利要求1所述的复合材料的制造方法，其中，
所述树脂由环氧树脂形成，
所述粘接剂由低分子量环氧树脂形成。
6.一种复合材料的制造装置，具有：
赋予部，其对包括第1区域和第2区域的片状的增强基材赋予粘接剂；
预成形模具，其对所述增强基材进行预成形来形成预制件；
成形模具，其形成供所述预制件配置的模腔，并具有用于向所述模腔内注入树脂的注入口；
控制部，其对所述赋予部及所述预成形模具的动作进行控制，
所述控制部控制所述赋予部的动作，以所述增强基材的所述第2区域的所述粘接剂的含有密度比所述增强基材的所述第1区域的所述粘接剂的含有密度低的方式赋予所述粘接剂，
在所述成形模具的所述模腔内，以所述第1区域配置在比所述第2区域靠近所述成形模具的所述注入口的位置的方式配置所述预制件。
7.根据权利要求6所述的复合材料的制造装置，其中，
所述成形模具具有：所述注入口侧的第1壁面、以及与所述注入口相对的一侧的第2壁面，
所述控制部控制所述赋予部，以随着从所述第1壁面朝向所述第2壁面去而所述粘接剂的含有密度降低的方式赋予所述粘接剂。
8.根据权利要求6或7所述的复合材料的制造装置，其中，
该制造装置还具有用于调整所述成形模具的温度的模具温度调整部，
所述控制部控制所述模具温度调整部的动作来加热所述成形模具，
所述粘接剂由受热会软化的材料形成，利用伴随所述树脂的硬化产生的反应热和/或所述成形模具的热量而软化。
9.根据权利要求6所述的复合材料的制造装置，其中，
所述树脂由环氧树脂形成，
所述粘接剂由低分子量环氧树脂形成。
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