CN109070495B - 纤维强化树脂中空体及其制造方法 - Google Patents

纤维强化树脂中空体及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109070495B
CN109070495B CN201780020745.6A CN201780020745A CN109070495B CN 109070495 B CN109070495 B CN 109070495B CN 201780020745 A CN201780020745 A CN 201780020745A CN 109070495 B CN109070495 B CN 109070495B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fiber
hollow body
fiber layer
oriented
oriented fiber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201780020745.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109070495A (zh
Inventor
北川武
硲昌也
冈氏敏树
竹田诚
渡部隼
莨谷隆
松村信
梶本芳靖
藤和久
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mazda Motor Corp
Kurimoto Ltd
Original Assignee
Mazda Motor Corp
Kurimoto Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mazda Motor Corp, Kurimoto Ltd filed Critical Mazda Motor Corp
Publication of CN109070495A publication Critical patent/CN109070495A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109070495B publication Critical patent/CN109070495B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/50—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of indefinite length, e.g. prepregs, sheet moulding compounds [SMC] or cross moulding compounds [XMC]
    • B29C70/52—Pultrusion, i.e. forming and compressing by continuously pulling through a die
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06—Fibrous reinforcements only
    • B29C70/10—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres
    • B29C70/12—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of short length, e.g. in the form of a mat
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06—Fibrous reinforcements only
    • B29C70/10—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres
    • B29C70/16—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length
    • B29C70/20—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length oriented in a single direction, e.g. roofing or other parallel fibres
    • B29C70/202—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length oriented in a single direction, e.g. roofing or other parallel fibres arranged in parallel planes or structures of fibres crossing at substantial angles, e.g. cross-moulding compound [XMC]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06—Fibrous reinforcements only
    • B29C70/10—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres
    • B29C70/16—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length
    • B29C70/22—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length oriented in at least two directions forming a two dimensional structure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B1/00—Layered products having a non-planar shape
    • B32B1/08—Tubular products
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/02—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/12—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer characterised by the relative arrangement of fibres or filaments of different layers, e.g. the fibres or filaments being parallel or perpendicular to each other
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K37/00—Dashboards
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K37/00—Dashboards
    • B60K37/20—Dashboard panels
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06—Fibrous reinforcements only
    • B29C70/08—Fibrous reinforcements only comprising combinations of different forms of fibrous reinforcements incorporated in matrix material, forming one or more layers, and with or without non-reinforced layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2101/00—Use of unspecified macromolecular compounds as moulding material
    • B29K2101/10—Thermosetting resins
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2307/00—Use of elements other than metals as reinforcement
    • B29K2307/04—Carbon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2309/00—Use of inorganic materials not provided for in groups B29K2303/00 - B29K2307/00, as reinforcement
    • B29K2309/08—Glass
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2250/00—Layers arrangement
    • B32B2250/20—All layers being fibrous or filamentary
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2260/00—Layered product comprising an impregnated, embedded, or bonded layer wherein the layer comprises an impregnation, embedding, or binder material
    • B32B2260/02—Composition of the impregnated, bonded or embedded layer
    • B32B2260/021—Fibrous or filamentary layer
    • B32B2260/023—Two or more layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2260/00—Layered product comprising an impregnated, embedded, or bonded layer wherein the layer comprises an impregnation, embedding, or binder material
    • B32B2260/04—Impregnation, embedding, or binder material
    • B32B2260/046—Synthetic resin
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/10—Inorganic fibres
    • B32B2262/106—Carbon fibres, e.g. graphite fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2597/00—Tubular articles, e.g. hoses, pipes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/22—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed
    • B32B5/24—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/28—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer impregnated with or embedded in a plastic substance
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/13—Hollow or container type article [e.g., tube, vase, etc.]
    • Y10T428/1352—Polymer or resin containing [i.e., natural or synthetic]
    • Y10T428/1362—Textile, fabric, cloth, or pile containing [e.g., web, net, woven, knitted, mesh, nonwoven, matted, etc.]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/31504—Composite [nonstructural laminate]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T442/00—Fabric [woven, knitted, or nonwoven textile or cloth, etc.]
    • Y10T442/20—Coated or impregnated woven, knit, or nonwoven fabric which is not [a] associated with another preformed layer or fiber layer or, [b] with respect to woven and knit, characterized, respectively, by a particular or differential weave or knit, wherein the coating or impregnation is neither a foamed material nor a free metal or alloy layer

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Moulding By Coating Moulds (AREA)
  • Instrument Panels (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)

Abstract

一种纤维强化树脂中空体(10a)，其具有轴向取向纤维层(1)和非轴向取向纤维层2(3)，轴向取向纤维层(1)包括相对于该纤维强化树脂中空体的轴向平行地取向的强化用纤维；非轴向取向纤维层2(3)层叠在该轴向取向纤维层的内侧和外侧中的至少一侧，并且包括取向方向与该轴向取向纤维层不同的强化用纤维。所述非轴向取向纤维层包括一层以上的周向取向纤维层和一层以上的无取向纤维层，其中，周向取向纤维层包括相对于所述中空体的周向平行地取向的强化用纤维，无取向纤维层包括不沿特定方向取向的强化用纤维。

Description

纤维强化树脂中空体及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种纤维强化树脂中空体及其制造方法。
背景技术
包括热固性树脂的纤维强化树脂中空体用于如流体输送领域、建筑领域、汽车领域等各种领域。特别是在汽车领域，纤维强化树脂中空体被期待将来成为取代金属材料的材料。
作为这样的纤维强化树脂中空体，专利文献1公开了一种用于安装汽车部件的加强件(矩形管)。在上述技术中，如果使用让强化用纤维沿与轴向(长度方向)平行的方向取向的轴向取向纤维层，则会出现纤维层就像竹子沿其纤维方向断裂那样的破坏现象，所以不仅需要提高轴向上的强度而且需要提高周向上的强度。
专利文献1：日本公开专利公报特开平8-282333号公报
发明内容
－发明所要解决的技术问题－
本发明的发明人等发现了下述情况：在纤维强化树脂中空体中，当将轴向取向纤维层和周向取向纤维层一起使用时，有时无法获得提高强度的效果，其中，所述周向取向纤维层是使强化用纤维沿平行于中空体的周向的方向取向的纤维层。具体而言，例如，如图5中相对于该中空体的轴向垂直的垂直截面示意图所示，在轴向取向纤维层101的内侧和外侧这两侧只形成周向取向纤维层121a、122a、131a和132a，也无法获得由周向取向纤维层提高强度的效果。可以认为这是因为：在该技术中，周向取向纤维层的局部在模具中牵引，周向取向纤维的取向紊乱，因此不能充分地获得由周向取向纤维层提高强度的效果。
本发明以提供一种具有足够高的强度的纤维强化树脂中空体及其制造方法为目的。
－用以解决技术问题的技术方案－
在此所公开的技术涉及一种纤维强化树脂中空体，所述纤维强化树脂中空体具有：轴向取向纤维层，其包括相对于该纤维强化树脂中空体的轴向平行地取向的强化用纤维；以及非轴向取向纤维层，其层叠在该轴向取向纤维层的内侧和外侧中的至少一侧，并且包括取向方向与该轴向取向纤维层不同的强化用纤维，所述非轴向取向纤维层包括一层以上的周向取向纤维层和一层以上的无取向纤维层，所述周向取向纤维层包括相对于所述纤维强化树脂中空体的周向平行地取向的强化用纤维，所述无取向纤维层包括不沿特定方向取向的强化用纤维，所述无取向纤维层至少布置在所述纤维强化树脂中空体的最表面上，布置在所述纤维强化树脂中空体的最表面上的所述无取向纤维层是含周向取向纤维的无纺布层，所述含周向取向纤维的无纺布层具备布置在所述纤维强化树脂中空体的最表面上的无纺布层，所述最表面上的无取向纤维层与所述周向取向纤维层相邻而设。
－发明的效果－
本公开技术的纤维强化树脂中空体具有足够高的强度。
附图说明
图1示出本公开技术的纤维强化树脂中空体的一例的垂直于轴向的垂直截面示意简图。
图2示出本公开技术的纤维强化树脂中空体的一例的垂直于轴向的垂直截面示意简图。
图3示出本公开技术的纤维强化树脂中空体的一例的垂直于轴向的垂直截面示意简图。
图4示出利用拉挤成型法的制造装置的一例的结构简图，该制造装置用于制造本公开技术的纤维强化树脂中空体。
图5示出现有技术的纤维强化树脂中空体的垂直于轴向的垂直截面示意简图。
图6A是用于说明使用实施例的试样而进行的弯曲试验的方法的图。
图6B是用于说明使用实施例的试样而进行的弯曲试验的方法的图。
图6C是用于说明使用实施例的试样而进行的弯曲试验的方法的图。
图7是示出实施例的试样的形状和尺寸的图。
图8是示出用于实施例的试样中的材料的表。
图9A是用于说明实施例1、2的试样的结构的图。
图9B是用于说明实施例3、4的试样的结构的图。
图10是示出实施例1～4的试样的破坏载荷的柱状图。
图11是示出实施例1～4的试样的弯曲模量的柱状图。
图12是示出实施例3的试样的外观的照片。
图13是示出实施例4的试样的外观的照片。
具体实施方式
下面，参照附图对本公开技术的实施方式进行详细的说明。以下对优选的实施方式的说明在本质上仅为示例而已，并没有意图对本公开技术、本公开技术的应用对象或其用途加以限制。
[纤维增强树脂中空体]
使用附图对本公开技术的纤维强化树脂中空体进行详细的说明。要注意的是：在附图中示出的各种要素仅是为了便于理解本公开技术而示意性地示出的，尺寸比、外观等有可能与实物不同。需要说明的是，本说明书中直接或间接使用的“上下方向”相当于与附图中的上下方向相对应的方向。除非有特别的记载，在这些附图中同一符号表示同一部件、同一部位、同一尺寸或同一区域。
本公开技术的纤维强化树脂中空体(以下有时简称为“中空体”)是一种具有细长形状的固化树脂浸渗体。即是一种呈具有中空形状的细长的成形体，包括含有强化用纤维的纤维层和浸渗到该纤维层中且固化的固化树脂。在本说明书中，中空体的长度方向称为“轴向”。
(纤维层)
在本公开技术的中空体中，含有强化用纤维的纤维层至少包括轴向取向纤维层，并且还包括层叠在该轴向取向纤维层的内侧和外侧中的至少一侧的非轴向取向纤维层。例如，图1中所示的本公开技术的中空体10a具有轴向取向纤维层1、层叠在该轴向取向纤维层1的内侧的非轴向取向纤维层2和层叠在该轴向取向纤维层1的外侧的非轴向取向纤维层3，不过，只要在该轴向取向纤维层1的内侧和外侧中的至少一侧具有非轴向取向纤维层即可。从中空体的强度的观点出发，中空体10a优选至少在轴向取向纤维层1的内侧具有非轴向取向纤维层，更优选在内侧和外侧两侧都具有非轴向取向纤维层。在本说明书中，有时将层叠在轴向取向纤维层1的内侧的非轴向取向纤维层称为“内侧非轴向取向纤维层”，并且在图1中用符号“2”表示。有时将层叠在轴向取向纤维层1的外侧的非轴向取向纤维层称为“外侧非轴向取向纤维层”，并且在图1中用符号“3”表示。
轴向取向纤维层1是指主要包括相对于中空体的轴向(长度方向)平行地取向的强化用纤维的纤维层，在本公开技术中，轴向取向纤维层1优选为仅由相对于中空体的轴向平行地取向的强化用纤维构成的纤维层。该优选的轴向取向纤维层并不一定需要仅由相对于中空体的轴向严格平行地取向的强化用纤维构成，而只要是所含的强化用纤维的95质量％以上，优选98质量％以上的强化用纤维相对于中空体的轴向大致平行地取向即可。在此，大致平行意味着也允许包括相对于中空体的轴向在±10°的范围内的方向。
作为构成轴向取向纤维层1的强化用纤维能够使用至今已在纤维强化塑料的领域使用的任何纤维，能够列举出例如玻璃纤维、碳纤维等。构成轴向取向纤维层1的强化用纤维优选是玻璃纤维。构成轴向取向纤维层的强化用纤维的粗纱(玻璃纤维束)通常是达到500～5000tex(g/1km)的范围内的粗纱即可。并不妨碍轴向取向纤维层1包括除强化用纤维之外的纤维，但优选的是：所含的纤维的95质量％以上，优选98质量％以上的纤维是强化用纤维。
具体而言，轴向取向纤维层1例如可以是粗纱(玻璃纤维束)的层，优选，构成该轴向取向纤维层的玻璃纤维的数量在中空体的周向上是均匀的。中空体的周向意味着绕该中空体的相对于轴向垂直的垂直截面一周的周向。
根据中空体所需要具有的强度和尺寸来决定轴向取向纤维层1的纤维量即可。例如，当将中空体用作支承并固定汽车仪表板的部件(尺寸为3～10cm×3～10cm的方筒部件)时，每1m长的该中空体的轴向取向纤维层1所含的纤维量通常为50～1000g/m。
非轴向取向纤维层2、3可以是包括取向方向与轴向取向纤维层1不同的强化用纤维的纤维层。取向与轴向取向纤维层1不同意味着该非轴向取向纤维层所含的强化用纤维的取向方向是相对于轴向取向纤维层1的强化用纤维的取向方向非平行的特定方向(例如，中空体的周向)，或者是不限于任何特定方向的方向(例如是随机取向)。需要说明的是，随机取向包括没有规则的随机取向和有规则的随机取向。
与构成轴向取向纤维层1的强化用纤维一样，构成非轴向取向纤维层2、3的强化用纤维能够分别独立地使用至今已在纤维强化塑料的领域使用的任何纤维，能够列举出例如玻璃纤维、碳纤维等。构成非轴向取向纤维层2、3的强化用纤维优选是玻璃纤维。构成非轴向取向纤维层2、3的强化用纤维的直径在与轴向取向纤维层中的强化用纤维的直径相同的范围内。并不妨碍非轴向取向纤维层2、3包括除强化用纤维之外的纤维，但优选的是：所含的纤维的95质量％以上，优选98质量％以上的纤维为强化用纤维。
根据中空体所需要具有的强度和尺寸来分别独立地决定非轴向取向纤维层2、3的单位面积重量即可。例如，当将中空体用作支承并固定汽车仪表板的部件(尺寸为3～10cm×3～10cm的方筒部件)时，该中空体的非轴向取向纤维层2、3的单位面积重量通常分别为10～1000g/m2，优选为100～500g/m2。
轴向取向纤维层中的所有强化用纤维与非轴向取向纤维层中的所有强化用纤维的质量比率通常为100：20～100：200，从中空体的强度的观点出发，优选为100：30～100：150，更优选为100：50～100：120。非轴向取向纤维层中的所有强化用纤维是指内侧非轴向取向纤维层2和外侧非轴向取向纤维层3中的所有强化用纤维。
在本公开技术中，非轴向取向纤维层包括一层以上的周向取向纤维层和一层以上的无取向纤维层。在图1中，内侧非轴向取向纤维层2和外侧非轴向取向纤维层3双方都包括一层以上的周向取向纤维层和一层以上的无取向纤维层，不过，上述双方中的一方包括一层以上的周向取向纤维层和一层以上的无取向纤维层即可。例如，在中空体具有内侧非轴向取向纤维层2并且不具有外侧非轴向取向纤维层3的情况下，内侧非轴向取向纤维层2包括一层以上的周向取向纤维层和一层以上的无取向纤维层。例如，在中空体不具有内侧非轴向取向纤维层2并且具有外侧非轴向取向纤维层3的情况下，外侧非轴向取向纤维层3包括一层以上的周向取向纤维层和一层以上的无取向纤维层。例如，在中空体具有内侧非轴向取向纤维层2以及外侧非轴向取向纤维层3的情况下，内侧非轴向取向纤维层2和外侧非轴向取向纤维层3中的至少一方，优选双方，包括一层以上的周向取向纤维层和一层以上的无取向纤维层。在该情况下，具体而言，当内侧非轴向取向纤维层2和外侧非轴向取向纤维层3中的一方包括一层以上的周向取向纤维层和一层以上的无取向纤维层时，另一方并不一定包括一层以上的周向取向纤维层和一层以上的无取向纤维层双方。也就是说，该另一方满足下述条件A～C中的任一条件。所述条件A是包括一层以上的周向取向纤维层并且不包括无取向纤维层，所述条件B是不包括周向取向纤维层并且包括一层以上的无取向纤维层，所述条件C是不包括周向取向纤维层并且不包括无取向纤维层。当内侧非轴向取向纤维层满足上述条件A～C时，外侧非轴向取向纤维层与如下所述的外侧非轴向取向纤维层3(包括一层以上的周向取向纤维层和一层以上的无取向纤维层的外侧非轴向取向纤维层3)相同，当外侧非轴向取向纤维层满足上述条件A～C时，内侧非轴向取向纤维层与如下所述的内侧非轴向取向纤维层2(包括一层以上的周向取向纤维层和一层以上的无取向纤维层的内侧非轴向取向纤维层2)相同。下面，当说明内侧非轴向取向纤维层2和外侧非轴向取向纤维层3都具有的情况时，将它们称为“非轴向取向纤维层2(3)。
非轴向取向纤维层2(3)包括一层以上的周向取向纤维层和一层以上的无取向纤维层，也可以分别独立地进一步包括从由机织物纤维层、编结物纤维层和针织物纤维层组成的群中选出的一种以上的纤维层。当非轴向取向纤维层包括一层以上的周向取向纤维层时，进一步包括一层以上的无取向纤维层，由此抑制在制造中周向取向纤维层的取向紊乱，使得强化用纤维在周向取向纤维层中相对于周向充分平行地取向。由此，中空体能够获得足够高的强度。如果非轴向取向纤维层不包括无取向纤维层，则在周向取向纤维层的取向紊乱，例如，强化用纤维在周向取向纤维层中相对于周向倾斜取向或发生弯曲。
周向取向纤维层是指包括相对于中空体的周向平行地取向的强化用纤维的纤维层，在本公开技术中，优选为仅由相对于中空体的周向平行地取向的强化用纤维构成的纤维层。该优选的周向取向纤维层并不一定需要仅由相对于中空体的周向严格平行地取向的强化用纤维构成，而只要是所含的强化用纤维的95质量％以上，优选98质量％以上的强化用纤维相对于中空体的周向大致平行地取向即可。在此，大致平行意味着也允许包括相对于中空体的周向在±8°的范围内的方向。
作为周向取向纤维层的具体示例，例如，优选使用所谓的帘状强化用纤维片。帘状强化用纤维片是如下所述的纤维片，即：将多个强化用纤维束(例如，每束为8～120根强化用纤维)沿相对于一个方向(例如，中空体的周向)平行的方向大致等间隔地排列后，用连结线边将各束捆扎起来，边沿相对于该一个方向垂直的方向将所有的束连结起来而形成的纤维片。连结线可以是由热塑性聚合物形成的线，也可以是由强化用纤维形成的线。构成周向取向纤维层的强化用纤维的粗纱(玻璃纤维束)通常是达到100～1000tex(g/1km)的范围内的粗纱即可。
无取向纤维层是指包括不沿任何特定方向取向的强化用纤维(例如，无规则地随机取向的强化用纤维)的纤维层。作为无取向纤维层能够列举出例如由强化用纤维形成的无纺布层和由强化用纤维形成的含周向取向纤维的无纺布层。
作为无纺布层，例如，优选使用由强化用纤维形成的所谓的短切原丝毡(choppedstrand mat)。强化用纤维的短切原丝毡可以是将切成纤维长度为6～66mm的强化用纤维用粘合剂树脂结合而制得的无纺布层。作为由强化用纤维形成的含周向取向纤维的无纺布层中的无纺布层的短切原丝毡可以是将已切断的强化用纤维随机地缝合到上述帘状强化用纤维片上而形成的短切原丝毡。粘合剂通常包括热塑性聚合物。
含周向取向纤维的无纺布层也可以是如下所述的复合纤维层，即：将沿相对于中空体的周向平行的方向取向的多个强化用纤维束(周向取向纤维束)(例如，每束为8～120根强化用纤维)大致等间隔地结合到上述的由强化用纤维形成的无纺布上而制作的复合纤维层。含周向取向纤维的无纺布层还可以是如下所述的复合纤维层，即：将切成纤维长度为6～66mm的强化用纤维随机地缝合并固定到上述帘状强化用纤维片上而制作的复合纤维层。作为含周向取向纤维的无纺布层，例如，优选使用短切原丝毡帘。短切原丝毡帘是指将切成纤维长度为6～66mm的强化用纤维随机地缝合到上述帘状强化用纤维片上而形成的复合毡。缝合线可以是由热塑性聚合物形成的线，也可以是由强化用纤维形成的线。无纺布层中的所有强化用纤维与作为周向取向纤维的所有强化用纤维的质量比率通常为100：20～100：200，从中空体的强度的观点出发，优选为100：30～100：150，更优选为100：50～100：120。
机织物纤维层可以是包括构成机织组织的强化用纤维的任何纤维层，作为机织组织能够列举出例如平纹组织、斜纹组织、缎纹组织、双重组织等。机织物纤维层的强化用纤维有规则地随机取向。
编结物纤维层可以是包括构成编结物组织的强化用纤维的任何纤维层。编结物纤维层的强化用纤维有规则地随机取向。
针织物纤维层可以是包括构成针织物组织的强化用纤维的任何纤维层，作为针织物组织能够列举出例如编织(knit)组织等。针织物纤维层的强化用纤维有规则地随机取向。
在图1中，内侧非轴向取向纤维层2包括第一内侧非轴向取向纤维层21a和第二内侧非轴向取向纤维层22a，外侧非轴向取向纤维层3包括第一外侧非轴向取向纤维层31a和第二外侧非轴向取向纤维层32a。然而，只要内侧非轴向取向纤维层2和外侧非轴向取向纤维层3包括一层以上的周向取向纤维层和一层以上的无取向纤维层，构成内侧非轴向取向纤维层2和外侧非轴向取向纤维层3的纤维层的数量、种类以及布置情况就没有特别限定。
只要能够抑制周向取向纤维层的取向紊乱，非轴向取向纤维层2(3)中的无取向纤维层的层数就没有特别限定。
例如，当非轴向取向纤维层2(3)包括一层周向取向纤维层时，无取向纤维层的层数通常是一层以上，特别是一至两层。
例如，当非轴向取向纤维层2(3)包括两层周向取向纤维层时，无取向纤维层的层数通常是一层以上，特别是一至三层。
在非轴向取向纤维层2(3)中，在中空体10的最表面上，即在中空体10的最外侧表面上和最内侧表面上布置无取向纤维层和周向取向纤维层中的任一方都可以。需要说明的是，如后所述，从提高外观设计性的观点出发，优选，无取向纤维层布置在中空体的最表面上。此时，最表面的无取向纤维层进一步优选与周向取向纤维层相邻。通过将无取向纤维层布置在最表面上，模具对周向取向纤维层的直接影响就减轻，并且在与该无取向纤维层相邻的周向取向纤维层中，强化用纤维更容易相对于周向平行地取向，从而中空体的外观设计性提高。这里，无取向纤维层布置在中空体的最表面上意味着：无取向纤维层在内侧非轴向取向纤维层2中布置在中空体的最内侧表面上，或者无取向纤维层在外侧非轴向取向纤维层3中布置在中空体的最外侧表面上。例如，优选：如图1所示，第一内侧非轴向取向纤维层21a和第一外侧非轴向取向纤维层31a是周向取向纤维层，第二内侧非轴向取向纤维层22a和第二外侧非轴向取向纤维层32a是无取向纤维层，特别是含周向取向纤维的无纺布层。此外，例如，在后述的用图2示出的优选实施方式中，第四内侧非轴向取向纤维层24b优选是无取向纤维层，特别是含周向取向纤维的无纺布层。此外，例如，在后述的用图3示出的优选实施方式中，第四外侧非轴向取向纤维层34c优选是无取向纤维层，特别是含周向取向纤维的无纺布层。需要说明的是，中空体中纤维层的布置情况是在假定不存在固化树脂下的布置情况。
特别是，当含周向取向纤维的无纺布层作为无取向纤维层布置在中空体的最表面上时，优选地，该含周向取向纤维的无纺布层中的无纺布层布置在中空体的最表面上。即，该含周向取向纤维的无纺布层更优先以下述方式加以使用，该方式为：在内侧非轴向取向纤维层2中，无纺布层布置在中空体的最内侧表面上；在外侧非轴向取向纤维层3中，无纺布层布置在中空体的最外侧表面上。这是因为：这样一来，在相邻的周向取向纤维层中强化用纤维就容易相对于周向平行地取向，从而中空体的外观设计性进一步提高。例如，在图1中，作为第二内侧非轴向取向纤维层22a的含周向取向纤维的无纺布层优选以其无纺布层布置在中空体的最内侧表面上的方式加以使用。作为第二外侧非轴向取向纤维层32a的含周向取向纤维的无纺布层优选以其无纺布层布置在中空体的最外侧表面上的方式加以使用。此外，例如，在后述的用图2示出的优选实施方式中，作为第四内侧非轴向取向纤维层24b的含周向取向纤维的无纺布层优选以无纺布层布置在中空体的最内侧表面上的方式加以使用。此外，例如，在后述的用图3示出的优选实施方式中，作为第四外侧非轴向取向纤维层34c的含周向取向纤维的无纺布层优选以无纺布层布置在中空体的最外侧表面上的方式加以使用。
当含周向取向纤维的无纺布层作为无取向纤维层布置在中空体的最表面以外的位置上时，该含周向取向纤维的无纺布层可以以其无纺布层朝向轴向取向纤维层1一侧的方式加以使用，或者也可以以其无纺布层朝向与轴向取向纤维层1相反一侧的方式加以使用。
可以连续地布置两层以上的无取向纤维层。
在非轴向取向纤维层2(3)包括两层以上的周向取向纤维层的情况下，可以连续地布置两层以上的周向取向纤维层，或者也可以在它们之间布置无取向纤维层。
在本公开技术中，轴向取向纤维层中的所有强化用纤维与周向取向纤维层中的所有强化用纤维的质量比率通常为100：1～100：100，从中空体的强度的观点出发，优选为100：10～100：100，更优选为100：20～100：80，进一步优选为100：30～100：70。周向取向纤维层中的所有强化用纤维是指构成中空体的所有周向取向纤维层中所含的所有强化用纤维，当使用含周向取向纤维的无纺布层作为无取向纤维层时，也包括构成该含周向取向纤维的无纺布层中所含的周向取向纤维的强化用纤维。
轴向取向纤维层中的所有强化用纤维与无取向纤维层中的所有强化用纤维的质量比率通常为100：10～100：100，从中空体的强度的观点出发，优选为100：10～100：70，更优选为100：20～100：50。无取向纤维层中的所有强化用纤维是指构成中空体的所有无取向纤维层中所含的所有强化用纤维，当使用含周向取向纤维的无纺布层作为无取向纤维层时，包括构成该含周向取向纤维的无纺布层中所含的无纺布层的强化用纤维，但不包括构成该含周向取向纤维的无纺布层中的周向取向纤维的强化用纤维。
如图1所示，中空体10a的相对于轴向垂直的垂直截面(下面有时简称为“垂直截面”)呈正方形状，但并不限于此，只要中空即可。作为中空体10a的垂直截面形状的具体示例，能够列举出例如矩形形状、圆形状、椭圆形状、五边以上的多边形状、以及它们的复合形状等。矩形形状的概念中包括正方形状和长方形形状等任何方形形状。在将中空体用于汽车上时，从易于安装各种部件的观点出发，采用矩形形状，特别是采用正方形形状是优选的。
在本公开技术中，如图1中的4a和4b所示，构成非轴向取向纤维层2(3)的各纤维层的端部在各纤维层的端部处沿周向相互重叠。即，如图1所示，优选，在垂直截面中，在非轴向取向纤维层2(3)的端部的接合处，一端部跃到另一端部上而形成出重叠部4a、4b。重叠部在中空体的轴向上是连续。由此，中空体能够获得进一步足够高的强度。
构成非轴向取向纤维层2(3)的各纤维层也可以像图1中的第二内侧非轴向取向纤维层22a那样，沿中空体的周向为一整体，未被分割，且该非轴向取向纤维层的端部在该纤维层本身的端部处相互重叠，而形成重叠部4a。在图1中，第二内侧非轴向取向纤维层22a的端部在该内侧非轴向取向纤维层2本身的端部处相互重叠，在周向上形成出一个重叠部4a。
构成非轴向取向纤维层2(3)的各纤维层还可以像图1中的第一内侧非轴向取向纤维层21a、第一外侧非轴向取向纤维层31a和第二外侧非轴向取向纤维层32a那样，沿中空体的周向被分割成两个以上的纤维层，且该两个以上的纤维层中相邻的纤维层的端部在该相邻的纤维层的端部处沿周向相互重叠，而形成重叠部4b。在图1中，第一内侧非轴向取向纤维层21a、第一外侧非轴向取向纤维层31a和第二外侧非轴向取向纤维层32a分别沿中空体的周向被分割成四个纤维层，且该四个纤维层中相邻的纤维层的端部在该相邻的纤维层的端部处沿周向相互重叠，总共形成出四个重叠部4b。
重叠部的形成位置并没有特别限制，但优选的是，在中空体的垂直截面形状中应力容易集中的位置处，例如在角部附近，该非轴向取向纤维层的端部在该非轴向取向纤维层的端部处互相重叠。
在中空体的垂直截面例如呈矩形形状或多边形状的情况下，从进一步提高外观设计性以及中空体的强度的观点出发，优选，在上述形状的角部附近，构成非轴向取向纤维层2(3)的各纤维层的端部在该各纤维层的端部处相互重叠。这是因为：在上述形状下，应力容易集中于角部，故通过在角部附近形成重叠部来进一步提高强度之故。因此，在中空体的垂直截面呈矩形形状或多边形状的情况下，从与上述观点相同的观点出发，优选：图1中的第一内侧非轴向取向纤维层21a、第一外侧非轴向取向纤维层31a以及第二外侧非轴向取向纤维层32a沿着中空体的周向在角部附近被分割成两个以上的纤维层(特别是两至四个纤维层)。其结果是，该两个以上(特别是2～4个)的纤维层中相邻的纤维层的端部在角部附近且在该相邻的纤维层的端部处沿周向相互重叠，而在角部附近形成出重叠部4b。需要说明的是，角部附近意味着：在垂直截面中，角部的顶部与重叠部之间的距离在5mm以内，例如，如图1中的重叠部4b那样，该距离优选为0mm。
从利用中空体的中空部进行输送的观点出发，特别是构成中空体的最内侧表面的纤维层，例如图1中的第二内侧非轴向取向纤维层22a优选沿中空体的周向为一整体，未被分割，且该纤维层22a的端部在该纤维层22a本身的端部处相互重叠。
通过后述的弯曲试验得到的中空体10的破坏载荷(N)的值(平均值)根据中空体10的各层的材料比例等而发生变化，且并没有特别限制。但从具有足够高的强度的观点出发，破坏载荷(N)的值(平均值)优选在8000N以上且30000N以下，更优选在9000N以上且20000N以下，特别优选在10000N以上且15000N以下。
通过后述的弯曲试验得到的中空体10的弯曲模量(GPa)的值(平均值)根据中空体10的各层的材料比例等而发生变化，且并没有特别限制。但从具有良好的加工性的观点出发，弯曲模量(GPa)的值(平均值)优选在18GPa以上且50GPa以下，更优选在24.5GPa以上且40GPa以下，特别优选在25GPa以上且30GPa以下。
需要说明的是，就上述的破坏载荷和弯曲模量的值而言，优选破坏载荷的值落在上述范围内，但从获得既具有较高强度又具有良好的可加工性的中空体10的观点出发，更优选上述的破坏载荷和弯曲模量双方的值落在上述范围内。
本公开技术的其它实施方式示于图2和图3中。下面，在以下实施方式的说明中，给与图1的实施方式相同的部分标注相同的符号，并省略详细的说明。从进一步提高中空体的强度的观点出发，优选上述图1的实施方式和后述的图2的实施方式，更优选图1的实施方式。
(图2的实施方式)
图2中所示的中空体10b的垂直截面呈矩形形状，该中空体10b具有：轴向取向纤维层1、层叠在该轴向取向纤维层1的内侧的第一内侧非轴向取向纤维层21b、第二内侧非轴向取向纤维层22b、第三内侧非轴向取向纤维层23b和第四内侧非轴向取向纤维层24b。在图2中，轴向取向纤维层1与上述轴向取向纤维层1相同。第一内侧非轴向取向纤维层21b、第二内侧非轴向取向纤维层22b、第三内侧非轴向取向纤维层23b和第四内侧非轴向取向纤维层24b只要包括一层以上的周向取向纤维层和一层以上的无取向纤维层，则分别独立地从与上述的非轴向取向纤维层2(3)相同的范围内进行选择即可。
在本实施方式中，第二内侧非轴向取向纤维层22b和第三内侧非轴向取向纤维层23b分别独立地优选为周向取向纤维层。
第一内侧非轴向取向纤维层21b并没有特别的限定，例如是无取向纤维层，特别是含周向取向纤维的无纺布层。
第四内侧非轴向取向纤维层24b优选为无取向纤维层，特别是含周向取向纤维的无纺布层。
作为第一内侧非轴向取向纤维层21b的含周向取向纤维的无纺布层可以以无纺布层与第二内侧非轴向取向纤维层22b接触的方式加以使用，或者也可以以无纺布层与轴向取向纤维层1接触的方式加以使用。从作为第三内侧非轴向取向纤维层23b的周向取向纤维层的取向的观点出发，作为第四内侧非轴向取向纤维层24b的含周向取向纤维的无纺布层优选以无纺布层布置在中空体的最内侧表面上的方式加以使用。
在本实施方式中，从进一步提高中空体的强度的观点出发，优选，如图2所示，第一内侧非轴向取向纤维层21b、第二内侧非轴向取向纤维层22b和第三内侧非轴向取向纤维层23b分别沿着中空体的周向在角部附近被分割成四个纤维层。其结果是，第一内侧非轴向取向纤维层21b、第二内侧非轴向取向纤维层22b和第三内侧非轴向取向纤维层23b各自的该四个纤维层中相邻的纤维层的端部在该相邻的纤维层的端部处沿周向相互重叠，四个重叠部4b形成在角部附近。
在本实施方式中，从利用中空体的中空部进行输送的观点出发，优选，第四内侧非轴向取向纤维层24b沿中空体的周向为一整体，未被分割，且该纤维层24b的端部在该纤维层24b本身的端部处相互重叠。
(图3的实施方式)
图3中所示的中空体10c的垂直截面呈矩形形状，该中空体10c具有：轴向取向纤维层1、层叠在该轴向取向纤维层1的外侧的第一外侧非轴向取向纤维层31c、第二外侧非轴向取向纤维层32c、第三外侧非轴向取向纤维层33c和第四外侧非轴向取向纤维层34c。在图3中，轴向取向纤维层1与上述轴向取向纤维层1相同。第一外侧非轴向取向纤维层31c、第二外侧非轴向取向纤维层32c、第三外侧非轴向取向纤维层33c和第四外侧非轴向取向纤维层34c只要包括一层以上的轴向取向纤维层和一层以上的无取向纤维层，则分别独立地从与上述的非轴向取向纤维层2(3)相同的范围内进行选择即可。
在本实施方式中，第二外侧非轴向取向纤维层32c和第三外侧非轴向取向纤维层33c分别独立地优选为周向取向纤维层。
第一外侧非轴向取向纤维层31c例如是无取向纤维层，特别是含周向取向纤维的无纺布层。
第四外侧非轴向取向纤维层34c优选为无取向纤维层，特别是含周向取向纤维的无纺布层。
作为第一外侧非轴向取向纤维层31c的含周向取向纤维的无纺布层可以以无纺布层与第二外侧非轴向取向纤维层32c接触的方式加以使用，或者也可以以无纺布与轴向取向纤维层1接触的方式加以使用。从作为第三外侧非轴向取向纤维层33c的周向取向纤维层的取向的观点出发，作为第四外侧非轴向取向纤维层34c的含周向取向纤维的无纺布层优选以无纺布层布置在中空体的最外侧表面上的方式加以使用。
在本实施方式中，从进一步提高中空体的强度的观点出发，优选，第一外侧非轴向取向纤维层31c、第二外侧非轴向取向纤维层32c、第三外侧非轴向取向纤维层33c和第四外侧非轴向取向纤维层34c分别如图3所示那样沿中空体的周向在角部附近被分割成四个纤维层。作为其结果，第一外侧非轴向取向纤维层31c、第二外侧非轴向取向纤维层32c、第三外侧非轴向取向纤维层33c和第四外侧非轴向取向纤维层34c各自的该四个纤维层中相邻的纤维层的端部在该相邻的纤维层的端部处沿周向相互重叠，四个重叠部4b形成在角部附近。
(其他材料)
本公开技术的中空体包括上述纤维层以及浸渗到该纤维层中的固化树脂。作为固化树脂，能够使用至今已用于纤维强化树脂中空体的任何固化树脂。作为固化树脂的具体示例，能够列举出例如不饱和聚酯树脂、环氧树脂、乙烯基酯树脂、酚醛树脂等热固化树脂。
让固化树脂中包括所谓的催化剂、脱模剂、颜料、低收缩剂、硅烷偶联剂等添加剂，加以使用。
(尺寸和外观)
本公开技术的中空体可以具有任何厚度，根据用途适当地确定即可。本公开技术的中空体的厚度例如为1～20mm，特别为1～10mm，优选为1～3mm。中空体的厚度是指中空体的壁厚。
本公开技术的中空体可以具有任何外周长度，根据用途适当地确定即可。本公开技术的中空体的外周长度例如为125～300mm。中空体的外周长度是指中空体的垂直截面中的外周长度。当中空体的垂直截面形状呈矩形形状时的一边的长度以及当中空体的垂直截面形状呈圆形状时的直径均不受特别限制，例如为45～75mm。
就本公开技术的中空体10而言，当目视观察其外观时，从该中空体10的外表面观察到的周向取向纤维的纹理由于受到周向取向纤维层与模具接触时的摩擦力的影响，有可能例如弯曲成弧形。在这一点，从该中空体10的高强度和优异的外观设计性的观点出发，更理想的是所观察到的周向取向纤维的纹理没有产生弯曲且平行于周向。如上所述，优选在最表面上设置无取向纤维层(毡层)。
[纤维强化树脂中空体的制造方法]
本公开技术的纤维增强树脂中空体能够利用拉挤成型法制造。如图4详细地示出，在拉挤成型法中，首先，使固化树脂50浸渗到构成轴向取向纤维层1的强化用纤维51中。接着，使构成内侧非轴向取向纤维层2的纤维片(纤维层)52与已浸渗有固化性树脂50的强化用纤维51合流后，还使构成外侧非轴向取向纤维层3的纤维片53与其合流。根据构成内侧非轴向取向纤维层2的纤维层的种类和分割数量适当地调节纤维片52的数量即可。根据构成外侧非轴向取向纤维层3的纤维层的种类和分割数量适当地调节纤维片53的数量即可。然后，边使这些纤维和纤维片布置成在垂直截面中实现规定的层结构，边由引导部件54引导这些纤维和纤维片，使已浸渗到强化用纤维51中的固化树脂进一步浸渗到纤维片52和纤维片53中后，将其从模具55的一端侧拉进来。此时，纤维片52和纤维片53根据需要由引导部件54调节，使得该纤维片52的端部在该纤维片52的端部处相互重叠，并使得该纤维片53的端部在该纤维片53的端部处相互重叠。在模具55中，通过加热使固化树脂充分固化，以获得纤维强化树脂中空体10。所获得的纤维强化树脂中空体10由回收装置56(例如，采用双夹持方式)从模具55连续地回收，进行用切割机57切割成规定长度等后处理。
实施例
接下来，对具体实施的实施例进行说明。
(弯曲试验)
根据以下方法，对实施例所涉及的纤维强化树脂中空体的试样进行三点弯曲试验，计算了每个试样的破坏载荷和弯曲模量。
具体而言，如图6A所示，将后述的长度为1400mm的试样(纤维强化树脂中空体)10以800mm的支承间距k设置在“U”字形承受台61上。然后，使用试验夹具62经由围绕部件(“U”字形夹具)11对试样10的中央部分以20mm/分的十字头速度施加载荷，直至发生破坏为止。然后，测量受到载荷的中央部分的垂直移动量，即十字头的垂直移动量和载荷值。之后，根据上述的垂直移动量和载荷值计算每个试样的破坏载荷和弯曲模量。需要说明的是，图6B示出沿图6A中的B-B剖开的截面，图6C示出沿图6A中的C-C剖开的截面。
围绕部件是由钢制成的，其厚度(t1＝t2＝t3)(参照图6B)为10mm，围绕深度(h1＝h2)(参照图6B)为38.8mm，轴向长度(j)(参照图6A)为100mm。对试样10和围绕部件没有进行用螺栓等的连结。
需要说明的是，在弯曲试验中，对具有相同结构的四批试样进行试验，得到每批的破坏载荷和弯曲模量的计算值，然后求出从每批得到的共四个计算值的平均值，将该平均值用作每个试样的破坏载荷和弯曲模量的值。
(试样)
基于上述的纤维强化树脂中空体的制造方法制作了实施例的中空体的试样。图7示出作为以下实施例而使用的试样的形状和尺寸。需要说明的是，图7中的数值以mm为单位。
图8示出用于实施例的试样中的材料。
实施例1～4的试样A-1、A-2、C-1、C-2的结构以及通过上述弯曲试验得到的破坏载荷和弯曲模量的结果示于表1、表2、图9A、图9B、图10、图11。
[表1]
Figure GDA0002860271050000181
[表2]
Figure GDA0002860271050000191
如表2、图10和图11所示，实施例1的试样A-1和实施例2的试样A-2使用图8中所示的带针脚的帘毡作为外侧非轴向取向纤维层，试样A-1具有将带针脚的帘毡的毡层(无取向纤维层)布置在最外侧表面上的结构，试样A-2具有将带针脚的帘毡的帘层(周向取向纤维层)布置在最外侧表面上的结构。试样A-1和试样A-2的破坏载荷和弯曲弹性模量的值都良好，由此得知：即使将最外侧表面的层结构反转过来，也能够获得具有足够高的强度和优异的加工性的纤维强化树脂中空体。
实施例3的试样C-1和实施例4的试样C-2采用了最外层没有带针脚的结构，试样C-1具有将短切原丝毡(对应于将毡层布置在最外侧表面的试样A-1)布置在最外侧表面的结构，试样C-2具有将S1帘(对应于将帘层布置在最外侧表面的试样A-2)布置在最外侧表面的结构。试样C-1和试样C-2的破坏载荷和弯曲弹性模量的值都良好，由此得知：采用双方都能够获得具有足够高的强度和优异的加工性的纤维强化树脂中空体。此外，对实施例1和2的结果与实施例3和4的结果进行比较，得知：带针脚的实施例(实施例1和2)比没有带针脚的实施例(实施例3和4)强度稍微增加。
另外，进行了外观的目视观察。图12示出试样C-1(实施例3)的外观照片，图13示出试样C-2(实施例4)的外观照片。可以看出，与在图12中示出的试样C-1的外观相比，在图13中示出的试样C-2的外观中出现在表面上的周向取向纤维层的纹理弯曲成弧形。认为这是由于周向取向纤维层与模具接触时的摩擦力而产生的。当产品需要具有外观设计性时，认为理想的是像试样C-1那样将无取向层(毡层)布置在最外侧表面。
接下来，对于图1～图3中所示的纤维强化树脂中空体10，按照表3和表4中所示的结构制作了试样后，通过上述弯曲试验，得到了表4中所示的破坏载荷和弯曲模量的结果。
[表3]
Figure GDA0002860271050000211
[表4]
Figure GDA0002860271050000212
在表3中，复合层A由图8中的一层“带针脚的帘毡”构成，并且被构成为毡层实现在表3中记载的布置情况。帘层A由图8中的一层“S2帘”构成。粗纱层A由图8中的“粗纱”构成。需要说明的是，如表4所示，实施例5～7的试样的材料比例与表2中所示的实施例1～4的材料比例不同。
实施例5的试样的结构如下：非轴向取向纤维层布置在轴向取向纤维层的内侧和外侧这两侧。实施例6、7的试样的结构如下：非轴向取向纤维层布置在轴向取向纤维层的内侧和外侧中的任一侧。由此得知：就破坏载荷和弹性模量双方的值而言，与实施例6、7的试样相比，实施例5的试样能够得到更良好的值。
综上所述，根据本公开技术，能够提供一种具有足够高的强度的纤维强化树脂中空体。
－产业实用性－
本公开技术的纤维强化树脂中空体作为在流体输送领域、建筑领域、汽车领域等各种领域使用的各种部件很有用。本公开技术的纤维强化树脂中空体作是用于直接或间接地支承并固定汽车仪表板的部件特别有用。作为上述部件能够列举出：例如，在汽车领域的车辆横梁、中间构件、制动踏板侵入防止支架，前围板支架，转向支架上部或转向支架下部等。
－符号说明－
1 轴向纤维层
2 非轴向纤维层
3 非轴向纤维层
4a、4b 重叠部
10、10a、10b、10c 纤维强化树脂中空体
21a、21b 第一内侧非轴向纤维层
22a、22b 第二内侧非轴向纤维层
23b 第三内侧非轴向纤维层
24b 第四内侧非轴向纤维层
31a、31c 第一外侧非轴向纤维层
32a、32c 第二外侧非轴向纤维层
33c 第三外侧非轴向纤维层
34c 第四外侧非轴向纤维层

Claims (12)

1.一种纤维强化树脂中空体，其特征在于：
所述纤维强化树脂中空体具有：
轴向取向纤维层，其包括相对于该纤维强化树脂中空体的轴向平行地取向的强化用纤维；以及
非轴向取向纤维层，其层叠在该轴向取向纤维层的内侧和外侧中的至少一侧，并且包括取向方向与该轴向取向纤维层不同的强化用纤维，
所述非轴向取向纤维层包括一层以上的周向取向纤维层和一层以上的无取向纤维层，所述周向取向纤维层包括相对于所述纤维强化树脂中空体的周向平行地取向的强化用纤维，所述无取向纤维层包括不沿特定方向取向的强化用纤维，
所述无取向纤维层至少布置在所述纤维强化树脂中空体的最表面上，
布置在所述纤维强化树脂中空体的最表面上的所述无取向纤维层是含周向取向纤维的无纺布层，
所述含周向取向纤维的无纺布层具备布置在所述纤维强化树脂中空体的最表面上的无纺布层，
所述最表面上的无取向纤维层与所述周向取向纤维层相邻而设。
2.根据权利要求1所述的纤维强化树脂中空体，其特征在于：
所述含周向取向纤维的无纺布层是如下复合纤维层：将多个周向取向纤维束结合到所述无纺布层上而制作的复合纤维层，及/或，将切成纤维长度为6～66mm的强化用纤维随机地缝合并固定到将多个周向取向纤维束连结起来而形成的纤维片上而制作的复合纤维层。
3.根据权利要求1或2所述的纤维强化树脂中空体，其特征在于：
所述非轴向取向纤维层层叠在所述轴向取向纤维层的内侧和外侧两侧。
4.根据权利要求1或2所述的纤维强化树脂中空体，其特征在于：
所述纤维强化树脂中空体的相对于轴向垂直的垂直截面呈矩形形状。
5.根据权利要求1或2所述的纤维强化树脂中空体，其特征在于：
所述轴向取向纤维层中的所有强化用纤维与所述非轴向取向纤维层中的所有强化用纤维的质量比率为100：20～100：200。
6.根据权利要求1或2所述的纤维强化树脂中空体，其特征在于：
所述轴向取向纤维层中的所有强化用纤维与所述周向取向纤维层中的所有强化用纤维的质量比率为100：1～100：100，
所述轴向取向纤维层中的所有强化用纤维与所述无取向纤维层中的所有强化用纤维的质量比率为100：10～100：100。
7.根据权利要求1或2所述的纤维强化树脂中空体，其特征在于：
所述纤维强化树脂中空体是固化树脂的浸渗体。
8.根据权利要求1或2所述的纤维强化树脂中空体，其特征在于：
所述纤维强化树脂中空体的厚度为1～20mm。
9.根据权利要求1或2所述的纤维强化树脂中空体，其特征在于：
所述纤维强化树脂中空体的外周长度为125～300mm。
10.根据权利要求1或2所述的纤维强化树脂中空体，其特征在于：
所述纤维强化树脂中空体是用于直接或间接地支承并固定汽车仪表板的部件。
11.根据权利要求10所述的纤维强化树脂中空体，其特征在于：
所述部件是车辆横梁。
12.一种纤维强化树脂中空体的制造方法，其特征在于：
利用拉挤成型法制造权利要求1或2所述的纤维强化树脂中空体。
CN201780020745.6A 2016-03-30 2017-03-29 纤维强化树脂中空体及其制造方法 Active CN109070495B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016069358 2016-03-30
JP2016-069358 2016-03-30
PCT/JP2017/013123 WO2017170802A1 (ja) 2016-03-30 2017-03-29 繊維強化樹脂中空体およびその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109070495A CN109070495A (zh) 2018-12-21
CN109070495B true CN109070495B (zh) 2021-06-25

Family

ID=59965763

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780020745.6A Active CN109070495B (zh) 2016-03-30 2017-03-29 纤维强化树脂中空体及其制造方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11383459B2 (zh)
JP (1) JP6595096B2 (zh)
CN (1) CN109070495B (zh)
DE (1) DE112017001076B4 (zh)
WO (1) WO2017170802A1 (zh)

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54143390U (zh) * 1978-03-28 1979-10-04
JPS54143390A (en) 1978-04-26 1979-11-08 Chukyo Electric Co Method and device for opening box
FR2546473B1 (fr) * 1983-05-24 1987-12-11 Verre Tisse Sa Materiau tubulaire a base d'une resine renforcee par une matiere textile et cadre de bicyclette ou vehicule similaire realise a partir d'un tel materiau
JP2988969B2 (ja) * 1990-06-19 1999-12-13 旭コルク工業株式会社 繊維強化発泡フェノール成形物の製造方法
JPH0711969Y2 (ja) * 1990-09-07 1995-03-22 積水化学工業株式会社 樹脂複合管
JP2888664B2 (ja) * 1991-03-30 1999-05-10 日本石油株式会社 Ｃｆｒｐ製光学用筒
US5549947A (en) * 1994-01-07 1996-08-27 Composite Development Corporation Composite shaft structure and manufacture
US5383062A (en) * 1993-10-18 1995-01-17 Nippon Oil Co., Ltd. CFRP-made optical cylinder
US5888601A (en) * 1994-01-07 1999-03-30 Composite Development Corporation Composite tubular member having consistent strength
US6475580B1 (en) * 1994-10-06 2002-11-05 Oakbray Investment Company Limited Manufacture of elongate articles
JPH08282333A (ja) 1995-04-18 1996-10-29 Nishikawa Kasei Co Ltd インストルメントパネルのレインフォースメント及びその製造方法
JP3235964B2 (ja) * 1996-06-14 2001-12-04 ダイワ精工株式会社 管状体
US6148865A (en) * 1996-12-02 2000-11-21 A & P Technology, Inc. Braided sleeve, tubular article and method of manufacturing the tubular article
JP2003517541A (ja) * 1998-06-05 2003-05-27 エクソンモービル リサーチ アンド エンジニアリング カンパニー 封じ込め性および軸方向強度の改良された複合パイプ構造体
JP2001171011A (ja) * 1999-12-21 2001-06-26 Nitto Denko Corp 難燃性繊維強化プラスチック部材
DE10309806A1 (de) 2002-03-21 2003-10-23 Menzolit Fibron Gmbh Verfahren zur Herstellung von Harzmatten mit fließfähiger Gelege- oder Textilverstärkung sowie von Bauteilen aus diesen Harzmatten
EP1490208A1 (de) 2002-03-21 2004-12-29 Menzolit Fibron GmbH Verfahren zur herstellung von harzmatten mit fliessf higer g elege- oder textilverst rkung sowie von bauteilen aus diesen harzmatten
WO2006044315A2 (en) 2004-10-13 2006-04-27 Fulcrum Composites, Inc. Composite article
GB2448362B (en) * 2007-04-13 2012-02-29 Frangible Safety Posts Ltd Sign post comprising composite material
JP5798949B2 (ja) * 2012-02-29 2015-10-21 グローブライド株式会社 角パイプ
GB201215124D0 (en) * 2012-08-24 2012-10-10 Newton John R A method of making a composite structure
DE102014214405A1 (de) 2013-07-24 2015-01-29 Voith Patent Gmbh Energieverzehrvorrichtung
US9783244B2 (en) * 2014-03-18 2017-10-10 Teijin Limited Hollow structure body and vehicular component
EP3194682A1 (en) * 2014-09-17 2017-07-26 Composite Rebar Technologies Inc. Hollow, composite rebar structure, associated fabrication methodolgy, and apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
DE112017001076B4 (de) 2024-01-25
WO2017170802A1 (ja) 2017-10-05
US20190143612A1 (en) 2019-05-16
DE112017001076T5 (de) 2018-11-29
JP6595096B2 (ja) 2019-10-23
CN109070495A (zh) 2018-12-21
US11383459B2 (en) 2022-07-12
JPWO2017170802A1 (ja) 2018-11-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4615398B2 (ja) 炭素繊維複合材料成形体
EP2702092B1 (en) Steel fiber reinforced composites
EP2437926A2 (en) Fiber reinforced plastic bolt and method for producing the same
MX2012005148A (es) Material compuesto.
KR20110002009A (ko) 복합재 구조의 강화를 위한 프리폼과 이의 제조방법
US7930907B2 (en) Crimp-free infusible reinforcement fabric and composite reinforced material therefrom
JP2008132775A (ja) 多層基材およびプリフォーム
US11207865B2 (en) Fiber-reinforced resin hollow body and method for manufacturing same
JP5795494B2 (ja) サンドイッチ材
CN109070495B (zh) 纤维强化树脂中空体及其制造方法
CN114008256B (zh) 用于纤维增强复合材料的粗纱和织物
JP2012241183A (ja) 繊維複合材料およびそれを用いたサンドイッチ材
CA2537941C (en) Crimp-free infusible reinforcement fabric and composite reinforced material therefrom
Greb et al. Fabrics for reinforcement of engineering composites
JP6682320B2 (ja) 繊維強化樹脂中空体の支持構造
JP2005238517A (ja) 不織布を備える管状積層体及びその製造方法
WO2021215200A1 (ja) 繊維強化部材及び接合構造体
JP7117993B2 (ja) Ｆｒｐ引抜成形体、及びその製造方法
KR101777732B1 (ko) 장섬유웹층을 포함하는 장섬유 부직포 예비성형체, 이의 제조방법과, 상기 장섬유 부직포 예비성형체를 포함하는 복합재료 및 이의 제조방법
JP2012251249A (ja) 熱収縮性改良織物および複合材料
JP2022067557A (ja) 引抜成形品
JP2022053263A (ja) 接合構造体

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant