CN110248785A - 预成型体部件、以及利用其的预成型体及其制造方法 - Google Patents

Abstract

预成型体部件，其特征在于，在由增强纤维和热固性树脂构成的预浸料坯的至少一部分中具有折入部位。提供预成型体部件、利用其的预成型体、及它们的制造方法，所述预成型体部件即使在通过加压成型得到厚壁部、突起等具有壁厚变化的立体形状的情况下，机械特性、向模腔的填充性也优异，有效地避免纤维的桥接、树脂富集、翘曲这样的问题。

Description

预成型体部件、以及利用其的预成型体及其制造方法

技术领域

本发明涉及能够供于加压成型等压缩成型的基于由增强纤维和热固性树脂构成的预浸料坯的预成型体部件、以及利用其的预成型体及其制造方法。更具体而言，本发明涉及下述基于预浸料坯的预成型体部件、以及利用其的预成型体及其制造方法，所述预成型体部件容易制造特别是厚壁部、突起等具有壁厚变化的纤维增强树脂成型品，能够追随肋、凸台等复杂形状，并且可得到外观品质优异的成型品，可适合用于汽车结构件、航空器构件及运动用具等。

背景技术

纤维增强树脂为轻质且高强度、高刚性，因此在钓鱼竿、高尔夫球杆等运动·休闲用途、汽车、航空器等产业用途等广泛领域中使用。纤维增强树脂的制造中适合采用使用了预浸料坯的方法，所述预浸料坯为在包含增强纤维等长纤维的纤维增强材料中含浸树脂而得到的中间材料。将预浸料坯切断成期望的形状后，进行层叠、赋形，并在模具内加热固化，由此可得到由纤维增强树脂形成的成型品。(例如专利文献1)

另外，产生厚度变化的部位优选用具有良好的填充性的材料进行成型，并进行下述操作：在仅肋等形状复杂的部位的仅一部分处配置片状模塑料(SMC)，通过加压成型，从而得到带有肋的形状。(例如专利文献2)

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-143343公报

专利文献2：日本专利第5950149号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，对于在将预浸料坯切断为期望的形状后进行层叠、赋型而制成预成型体、并在模具内进行压缩成型的方法中、将预成型体制成成型品的大致形状并进行加压成型的以往方法而言，虽然生产率优异，但存在下述情况：在壁厚变化部、角部产生增强纤维的紧绷而不沿着形状。在这样的部位存在产生树脂富集、厚度不均而导致物性、设计性降低的课题。

另一方面，对于在同样的压缩成型的方法中、以预成型体成为大致成型品形状的立体形状的方式将预浸料坯层叠、赋型、并对其进行加压的以往方法而言，存在预成型体的制造中需要大量时间和成本的课题。

另外，关于仅在产生壁厚变化的部位配置SMC等各向同性且流动性优异的短纤维增强树脂材料后进行加压、得到成型品的方法而言，存在下述情况：由于预浸料坯与短纤维增强树脂材料的纤维含有率的差异，使得因树脂收缩而在制品中产生翘曲；因为短纤维增强树脂的机械特性相对于预浸料坯原本就差，所以难以得到满意的机械特性。

因此，现有技术中，即使想要组合使用成型性不同的材料，也极难得到同时实现生产效率和机械特性、并且具有壁厚变化的成型品。

因此，本发明的目的在于，着眼于上述这样的问题点，提供预成型体部件、以及利用其的预成型体及其制造方法，所述预成型体部件即使在通过加压成型得到厚壁部、突起等具有壁厚变化的立体形状的情况下，机械特性、向模腔的填充性也优异，有效地避免纤维的桥接、树脂富集、翘曲这样的问题。

用于解决课题的手段

本发明是为解决上述的课题而做出的，本发明的预成型体部件为特征在于在由增强纤维和热固性树脂构成的预浸料坯的至少一部分具有折入部位的预成型体部件。

根据本发明的预成型体部件的优选方式，上述预浸料坯具有增强纤维部分地被切断的部位。

根据本发明的预成型体部件的优选方式，上述折入部位的至少一部分具有卷体结构。

根据本发明的预成型体部件的优选方式，上述折入部位的至少一部分具有折叠结构。

根据本发明的预成型体部件的优选方式，增强纤维在上述折入部位沿单向取向。

根据本发明的预成型体部件的优选方式，在上述折入部位中，层叠有4层以上的上述预浸料坯。

另外，本发明的预成型体的特征在于，其是至少一个预成型体部件配置于由增强纤维和热固性树脂构成的第二预浸料坯的层叠体的规定位置而成的，所述预成型体部件在由增强纤维和热固性树脂构成的第一预浸料坯的至少一部分具有折入部位。

根据本发明的预成型体的优选方式，其是至少一个上述预成型体部件配置于第二预浸料坯的层叠体的表面而成的。

根据本发明的预成型体的优选方式，上述预成型体部件的至少一部分被第二预浸料坯的层叠体所被覆。

根据本发明的预成型体的优选方式，第二预浸料坯的层叠体具有三维形状。

根据本发明的预成型体的优选方式，第二预浸料坯的层叠体的质量(W1)与上述预成型体部件的质量(W2)满足W1≥W2的关系。

根据本发明的预成型体的优选方式，第二预浸料坯的层叠体中测得的固化度(α1)与上述预成型体部件中测得的固化度(α2)满足α1≥α2的关系。

根据本发明的预成型体的优选方式，第二预浸料坯的层叠体中测得的固化度(α1)为0.5％以上且30％以下。

此外，本发明的预成型体的制造方法的特征在于，将预成型体部件粘接于由增强纤维和热固性树脂构成的第二预浸料坯的层叠体的表面，所述预成型体部件在由增强纤维和热固性树脂构成的第一预浸料坯的至少一部分具有折入部位。

根据本发明的预成型体的制造方法的优选方式，用第二预浸料坯的层叠体将上述预成型体部件的至少一部分被覆。

根据本发明的预成型体的制造方法的优选方式，第二预浸料坯的层叠体被预赋形为三维形状。

发明的效果

根据本发明涉及的预成型体部件，即使为立体形状、特别是厚壁部、突起等具有壁厚变化的形状，预浸料坯的折入部位也能够通过加压成型的压力而容易地变形，有效地避免成型缺陷，能够实现良好的成型。

附图说明

[图1]为示出本发明的具有折入部位的预成型体部件中使用的切口插入预浸料坯的例子的示意俯视图。

[图2]为示出本发明的具有折入部位的预成型体部件的例子的立体图。

[图3]为示出本发明的预成型体部件的折入部位的结构例的示意截面图。

[图4]为示出使用本发明的预成型体部件的具有壁厚变化的成型品的形状例的立体图。

[图5]为示出为了使用本发明的预成型体部件得到成型品而使用的模具的模腔形状的一例的立体图。

[图6]为示出为了使用本发明的预成型体部件得到成型品而使用的模具的模腔形状的另一例的立体图。

[图7]为示出本发明的预成型体部件的制作方法例的立体图。

[图8]为示出本发明的预成型体部件的截面结构的例子的示意截面图。

具体实施方式

本发明为预成型体部件、以及利用其的预成型体及其制造方法，所述预成型体部件的特征在于具有由增强纤维和热固性树脂形成的预浸料坯的折入部位。接着，对本发明的实施方式的详细内容进行说明。

[预成型体部件]

本发明中使用的预成型体部件使用预浸料坯，预浸料坯由增强纤维和热固性树脂构成。

(增强纤维)

就预浸料坯中使用的增强纤维的形态而言，例如，可以使用连续纤维。连续纤维是指增强纤维在预浸料坯的长度方向上不中断地(连续地)配置的状态。另外，在切成有限长度的预浸料坯片材的情况下，增强纤维从该预浸料坯片材的长度方向上的一个端部至对向的另一端部为止不中断地(连续地)配置的状态也包括在连续纤维之内。

对于基于将增强纤维设为连续纤维的预浸料坯的预成型体部件而言，其成型品被施加负荷时，容易利用纤维所具有的强度，因此可作为高强度的构成而示例。另外，对于采用连续纤维的预浸料坯而言，可以示例：其连续纤维沿同一方向并列的单向预浸料坯；将连续纤维机织而成的形态的机织物预浸料坯；或在将连续纤维编织而成的编织物中含浸树脂而得到的结构。

也可以向将增强纤维设为连续纤维的预浸料坯中部分地插入切口，作为图1所示的切口插入预浸料坯使用。具体而言，可以制成下述切口插入预浸料坯：在预浸料坯6的整面沿将增强纤维横切的方向插入多个断续的切口12，实质上全部的增强纤维11被切口12切断。从机械特性的观点考虑，优选向单向预浸料坯插入切口12而作为切口插入预浸料坯使用。另外，切口插入预浸料坯可以与将增强纤维设为连续纤维的预浸料坯并用而在预成型体部件中使用。

切口插入预浸料坯可以作为本发明的优选方式之一而示例。若利用该预浸料坯，则在压缩成型时的流动中，切口插入部位开放，增强纤维的纤维束彼此分离，由此显示出柔软性，流动性提高。从流动性的方面考虑，上述的切口插入部位的切面优选在预浸料坯的厚度方向上贯通。

切口插入预浸料坯所包含的经切断的增强纤维的长度L优选为3mm以上且100mm以下，更优选为5mm以上且75mm以下，进一步优选为10mm以上且50mm以下。通过使增强纤维的长度L为优选范围的下限值以上，从而成型品呈现出充分的机械特性。另一方面，通过使增强纤维的长度L为优选范围的上限值以下，从而预成型体部件在成型时显示出充分的流动性。

切口插入部位的切断长度根据切口与预浸料坯的增强纤维的主轴方向所成的角度θ而不同，但作为预浸料坯的增强纤维在纤维正交方向11b上的投影长度Ws，优选为0.05mm以上且25mm以下，更优选为0.1mm以上且10mm以下，进一步优选为0.15mm以上且5mm以下。通过使切断长度为优选范围的下限值以上，从而切口插入部位的开放量变大，预成型体部件呈现出充分的流动性。另一方面，通过使切断长度为优选范围的上限值以下，从而切口插入部位的开放被抑制，可得到外观品质、机械特性优异的成型品。

作为预浸料坯，理想的增强纤维的体积含有率优选为40％以上且小于80％，更优选为45％以上且小于75％，进一步优选为50％以上且小于70％。如上文所述，对于单向预浸料坯、切口插入预浸料坯而言，增强纤维的填充效率优异，因此适合发挥出增强纤维的增强效果，在改善成型品的刚性方面是有效的。

就预浸料坯中包含的增强纤维的量而言，作为制成片状物时的增强纤维的单位面积重量，优选50gsm以上且小于1000gsm。在以增强纤维束中含浸有热固性树脂而成的小片或短切纤维束作为前体的预浸料坯中，单位面积重量过小时，存在下述情况：在预浸料坯的面内产生不存在增强纤维的孔隙。通过使单位面积重量为优选范围的下限值以上，从而能够排除作为弱部的孔隙。另外，单位面积重量为小于优选范围的条件时，在成型的预热中，能够将热均匀地传递至内部。从同时实现结构的均匀性和传热的均匀性的方面考虑，单位面积重量更优选为100gsm以上且小于600gsm，进一步优选为150gsm以上且小于400gsm。增强纤维的单位面积重量的测定可以通过下述方式实施：从增强纤维的片状物中切出10cm见方的区域，测定其质量。测定针对片状物的不同部位进行10次，采用其平均值作为增强纤维的单位面积重量。

作为预浸料坯，也可以使用包含未含浸热固性树脂的部位的预浸料坯。此处所谓未含浸的部位，是指包含在增强纤维的表面未附着热固性树脂的增强纤维的部位。预浸料坯的未含浸部可通过经历加压成型等压缩成型而含浸于热固性树脂中，作为健全的部位呈现出期望的特性。

作为预浸料坯中使用的增强纤维，例如，可以使用碳纤维、玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维、氧化铝纤维、碳化硅纤维、硼纤维、金属纤维、天然纤维、及矿物纤维等，这些可以使用一种或并用两种以上。其中，从比强度和比刚性高、轻质化效果的观点考虑，优选使用PAN系、沥青系及人造丝系等碳纤维。另外，从提高得到的成型品的导电性这样的观点考虑，也可以使用被覆了镍、铜、镱等金属的增强纤维。

(热固性树脂)

作为预浸料坯中使用的热固性树脂，例如，可举出不饱和聚酯、乙烯基酯、环氧树脂、酚醛树脂、尿素·三聚氰胺、马来酰亚胺及聚酰亚胺等树脂、它们的共聚物、改性体、及将它们中的至少两种共混而得到的树脂。其中，从得到的成型品的力学特性的观点考虑，优选使用环氧树脂。另外，为了使预浸料坯在成型工序中固化，所使用的热固性树脂的未固化状态的玻璃化转变温度优选为80℃以下，更优选为70℃以下，进一步优选为60℃以下。

(折入部位)

本发明的预成型体部件具有预浸料坯的折入部位。所谓折入部位，是指通过将1张预浸料坯折叠、从而2层以上的预浸料坯的层彼此连续地连接的部位。就通常使用的层叠体而言，由于是将裁断成规定形状的预浸料坯仅在厚度方向上堆叠，因此，各层的预浸料坯彼此不连接，没有折入部位。对于折入部位而言，将一例示于图2。就以往的作为预成型体部件的预浸料坯而言，通过针对其表面的压缩，能够在纤维正交方向11b上容易地伸长。另一方面，在纤维方向上基本无法伸长。与此相对，就本发明的预成型体部件而言，通过压缩成型时的加压，预成型体部件1的折入部位2的各层能够在折入方向和折入长度方向上偏移。因此，不仅在预浸料坯的纤维正交方向11b上能够呈现出伸长性，而且在纤维方向上也能够呈现出伸长性。

在使用切口插入预浸料坯的情况下，除了以上的变形外，在切口插入部位也产生开口、偏移，由此能够进一步提高在纤维方向上的伸长性。通过这样的方式形成预浸料坯整体能够流动的构成，从而增强纤维到达至端部，树脂过多的区域减少，能够得到机械特性和外观优异的成型品。

本发明的预成型体部件的厚度优选为1mm以上且100mm以下，更优选为5mm以上且80mm以下，进一步优选为10mm以上且50mm以下。通过使厚度在优选范围内，从而容易使热均匀地传递至预成型体部件的内部，进而可得到外观优异的成型品。

作为折入部位，如图3(a)所示，至少一部分为卷体结构是优选的，这是因为能够容易地调节预成型体部件的厚度，也容易制造预成型体部件。通过使折入部位2为卷体结构，从而容易使预成型体部件1的厚度增厚。通过使预成型体部件的厚度增厚，从而由合模带来的预成型体部件的加压时间增加，因此能够使预成型体部件的流动距离增长，材料的填充变得容易。此外，通过将预成型体部件的厚度设定在优选的厚度的范围内，从而容易使热均匀地传递至预成型体部件的内部，进而可得到外观优异的成型品。卷体结构例如通过下述方式得到：将1张预浸料坯从端部起依次卷绕而进行制作。另外，例如，也可以在将1张预浸料坯折叠后进行卷绕而制作。另外，也可以从层叠多张预浸料坯而成的结构、按照同样的步骤得到卷体结构。

作为折入部位，如图3(b)所示，至少一部分为折叠结构是优选的，这是因为能够容易地调节预成型体部件的厚度，也容易制造预成型体部件。通过使折入部位2为折叠结构，从而容易使预成型体部件1的厚度减薄。通过使预成型体部件的厚度减薄，从而由合模带来的预成型体部件的厚度的变化量减少，因此可抑制纤维的紊乱，可得到机械特性优异的成型品。此外，通过将预成型体部件的厚度设定在优选的厚度的范围内，从而容易使热均匀地传递至预成型体部件的内部，进而可得到外观优异的成型品。

折叠结构例如通过将1张预浸料坯对折或三折、并进一步将其折叠从而制作。另外，例如，也可以在从1张预浸料坯制作截面形状扁平的厚度薄的卷体结构后进行折叠而制作。另外，也可以从层叠多张预浸料坯而成的结构、按照同样的步骤得到折叠结构。

折入部位的截面形状可以制成例如大致圆形、扁平形状、三角形、四边形等多边形等任意的形状。可以选择根据成型品的形状来调节预成型体部件的厚度、宽度时优选的形状。另外，卷体结构可以为实心，也可以为中空。实心时，成型品中不易产生空隙，是优选的，中空时，能够将预成型体部件的厚度设定为厚，因此，根据前述的理由，为材料的填充性提高的优选方式。

作为折入部位，优选使折入部位的增强纤维在大致同一方向上取向。通过使增强纤维的取向为大致同一方向，从而预成型体部件的纤维方向上的刚性提高，因此能够得到作为厚壁部的增强效果提高的成型品。

另外，本发明的预成型体部件由于具有折入部位，因此存在在以往的层叠体中无法存在的、在厚度方向上取向的增强纤维层。就本发明的预成型体部件而言，由于增强纤维层在三维方向上取向，因此在加压成型时，不仅面内方向的材料的流动被促进，而且朝向面外方向的材料的流动也被促进，肋等在厚度方向上突出的形状变得容易形成。此外，在厚度方向上取向的增强纤维层对于使用本发明的预成型体部件而成型得到的成型品的机械特性提高也有帮助。

作为折入部位，优选折入部位具有至少4层以上的预浸料坯层，更优选具有8层以上的预浸料坯层，进一步优选具有16层以上的预浸料坯层。通常而言，在压缩成型中，由于在成型模具与成型材料之间产生的摩擦，从而导致下述倾向：相较于预成型体部件的表面而言，内部更显著地流动。通过使折入部位为至少4层以上，从而即使在表面的层难以流动的情况下，内部的层也流动，预成型体部件显示出良好的流动性、填充性。

具有折入部位的预成型体部件向模具模腔配置时，例如可以用手指压入等而使截面形状变形、在长度方向上弯曲。能够根据模腔形状使预成型体部件变形这样的本发明预成型体部件的优点提高了成型时的流动性，因此可得到品质良好的成型品，在这一方面是优选的。

[预成型体]

制品形状具有三维复杂形状时，通常是通过将已裁断为期望形状的多个预浸料坯层叠、将层叠体组合，从而制作适于制品形状的预成型体，并用于成型。该情况下存在下述课题：在制品的厚壁部，需要层叠许多张预浸料坯，另外，使壁厚的层叠体赋形为三维形状的难度高，预成型体的制造需要大量时间。此外，为了在组合层叠体的同时，得到三维形状的一体成型体，需要专用的定位夹具、赋形夹具，因此也成为制造成本增加的原因。

本发明的预成型体包含预浸料坯的层叠体和具有预浸料坯的折入部位的预成型体部件。

预成型体中，在预浸料坯的层叠体的规定位置配置前述的具有折入部的预成型体部件，制成组合了预浸料坯的层叠体和具有折入部的预成型体部件的预成型体时，可得到复杂形状的成型品，同时也能够增强，因此优选。作为预浸料坯的层叠体的规定位置，使其为成为制品的厚壁部、突起等壁厚变化部的位置时，能够容易地得到图4所示那样的厚壁部、突起等具有壁厚变化的形状的成型品3，因此优选。

在组合了预浸料坯的层叠体和具有折入部的预成型体部件的预成型体中，优选至少一个具有折入部位的预成型体部件配置于预浸料坯的层叠体的至少一个表面。使用这样的预成型体时，具有折入部位的预成型体部件先于预浸料坯的层叠体通过合模而开始流动，形成复杂部，由此抑制预浸料坯的层叠体所包含的增强纤维的紊乱，同时能够得到复杂形状的成型品。即，能够得到机械特性优异的成型品。

在组合了预浸料坯的层叠体和具有折入部的预成型体部件的预成型体中，优选具有折入部位的预成型体部件以至少表面的一部分被覆盖的方式配置于预浸料坯的层叠体。使用这样的预成型体时，预浸料坯的层叠体与具有折入部的预成型体部件的接合部顺畅地成型，能够抑制树脂缩痕(其损害接合部表面处的外观品质)。

在组合了预浸料坯的层叠体和具有折入部的预成型体部件的预成型体中，优选预浸料坯的层叠体被预赋形为三维形状。使用这样的预成型体时，成为与模具模腔的形状接近的形状，预浸料坯的层叠体在加压成型中的流动被抑制，能够抑制预浸料坯的层叠体所包含的增强纤维的紊乱，能够得到机械特性优异的成型品。此外，使用这样的预成型体时，由于预成型体的形状为与成型品的形状接近的形状，因此预成型体向模具模腔的配置变得容易。

预浸料坯的层叠体与具有折入部位的预成型体部件固着也是优选方式的例子。就这样的构成而言，除了在预成型体的输送、预成型体向模具模腔的配置工序中具备适当的操作性外，预浸料坯与具有折入部位的预成型体部件的相对位置关系在整个工序期间得以维持。通过优化成型模具模腔中的每个部位的填充(charge)率，从而对成型品的成品率提高带来效果。

作为固着的方法，可示例：利用预浸料坯的粘性，通过推压进行固着的方法；使用振动熔接、超声波熔接等进行固着的方法。

预浸料坯的层叠体所包含的树脂的组成与具有折入部的预成型体部件所包含的树脂的组成没有特别限定，通过使用相同组成的树脂，从而在进行一体成型时不易在接合部处导致强度降低，能够得到力学特性、外观品质优异的成型品。

在组合了预浸料坯的层叠体和具有折入部的预成型体部件的预成型体中，就预浸料坯的层叠体的质量(W1(g))、与具有折入部位的预成型体部件的质量(W2(g))的关系而言，优选W1≥W2。通过形成这样的构成，能够抑制预浸料坯的层叠体所包含的增强纤维的紊乱，能够得到机械特性优异的成型品。

在组合了预浸料坯的层叠体和具有折入部的预成型体部件的预成型体中，就预浸料坯的层叠体中测得的固化度(α1(％))、和具有折入部位的预成型体部件中测得的固化度(α2(％))的关系而言，优选α1≥α2。此外，预浸料坯的层叠体中测得的固化度(α1(％))优选为0.5％以上且30％以下。固化度过小时，则操作时预成型体容易变形，向模具的配置精度可能降低。通过使固化度为优选范围的下限值以上，从而提高预成型体的配置精度。另一方面，若固化度过大，则在预成型体因加压成型的成型压力而产生流动之前热固性树脂凝胶化，存在得不到充分的流动性的情况。通过使固化度为优选范围的上限值以下，从而预成型体在成型时可获得充分的流动性。通过使预浸料坯的层叠体中测得的固化度(α1(％))为具有折入部位的预成型体部件中测得的固化度(α2(％))以上，从而能够抑制预浸料坯的层叠体所包含的增强纤维的紊乱，能够得到机械特性优异的成型品。

热固性树脂的固化度的测定可通过使用例如差示扫描量热仪对反应前后的发热量进行比较而进行测定。即，将固化度0％的预浸料坯的发热量设为H0(J)、将测定的预浸料坯的发热量设为H1(J)时，固化度α(％)可利用下式求出。

α＝{(H0-H1)/H0}×100

预浸料坯的层叠体和具有折入部的预成型体部件只要可通过加压成型而一体成型即可，对配置方法没有特别限定，以在加压成型的合模过程中预浸料坯的层叠体与具有折入部位的预成型体部件接触的方式配置即可。

从改善得到的成型品的设计性的观点考虑，优选在本发明的预成型体部件及/或预成型体的表面粘接选自由装饰膜、透明膜及色调膜组成的组中的至少一种。此处，就装饰膜而言，在该膜表面具有设计及/或几何学的花纹的情况可作为优选方式示例。另外，就透明膜而言，使用该膜的可见光线的透过率为80～100％的树脂的情况可作为优选方式示例。另外，就色调膜而言，含有有机系及/或无机系的颜料、着色剂的情况可作为优选方式示例。此外，根据需要，可以使用光泽膜、印刷膜、抗静电膜、遮光膜、及耐热膜等。

作为使用本发明的预成型体部件及/或预成型体而得到的成型品的用途，例如，可举出“个人电脑、显示器、OA设备、移动电话、移动信息终端、传真机、微型光盘、手提式MD、携带用收录机、PDA(电子记事本等移动信息终端)、摄像机、数码摄像机、光学仪器、音频设备、空调、照明仪器、娱乐用品、玩具用品、其他家电制品等的壳体、托盘、底盘、内装构件、或其壳体”等电气、电子设备构件、“支柱、面板、增强材料”等土木、建材用构件、“各种构件、各种框、各种铰链部、各种臂、各种车轮、各种车轮用轴承、各种梁、传动轴、车轮、齿轮箱等悬挂构件、加速器、或转向构件”、“发动机罩、车顶、门、汽车挡泥板、后行李箱盖、侧板、后围板、后围上盖板、车身前部、车身底部、各种柱、各种构件、各种框、各种梁、各种支架、各种轨道、各种铰链部等、外板或主体构件”、“减震器、减震器梁、分离带、下盖、发动机罩、整流板、阻流板、车颈通风板、空气动力学套件等外装构件”、“仪表板、座椅框架、门饰板、柱装饰、手柄、各种组件等内装构件”、或“电动机构件、CNG罐、汽油罐、燃料泵、进气口、进气歧管、化油器主体、汽化器衬垫、各种配管、各种阀等燃料系统、排气系统、或吸气系统构件”等汽车、二轮车用结构构件、“其他、交流发电机终端、交流发电机连接器、IC调节器、调光器用电位计底座、发动机冷却水接合处、空调用恒温器底座、暖气热风流量控制阀、散热器电动机用刷握、涡轮叶片、雨刮器电机相关构件、分配器、起动器开关、起动继电器、风窗清洗器喷嘴、空调面板开关基板、燃料相关电磁阀用线圈、蓄电池底座、AT托架、前照灯支架、踏板护罩、防护装置、喇叭终端、步进马达转子、灯座、灯光反射器、灯罩、制动活塞、防噪罩、备胎罩、螺线管、发动机滤油器、点火装置盒、纺擦板、仪表板”等汽车、二轮车用构件、“起落架舱、小翼、阻流板、边缘部、方向舵、升降舵、减振器、肋”等航空器用构件。

另外，从力学特性的观点考虑，使用本发明的预成型体部件而得到的成型品优选用于电气、电子设备用的壳体、土木、建材用的面板、汽车用的结构构件、及航空器用的构件。

实施例

接着，通过实施例，对本发明的预成型体部件及/或预成型体及其成型品进一步详细地说明。本发明的实施例中使用的评价方法如下所述。

(1)预成型体部件的尺寸：

预成型体部件的厚度、宽度、长度使用游标卡尺以1mm单位进行测定。

(2)预成型体部件或预成型体的固化度：

从预成型体部件、或者构成预成型体的预浸料坯的层叠体和预成型体部件中各自切出20mg的试样，使用差示扫描量热仪对各自的发热量H1(J)进行测定。接着，对固化度为0％的预浸料坯的发热量H0(J)进行测定，用下式求出固化度α(％)。

α＝{(H0-H1)/H0}×100

(3)成型品的填充性：

分别使用具有图5、6所示的模具模腔的模具(1)、模具(2)，实施预成型体部件、预成型体各自的加压成型。就成型品的填充而言，对成型品端部的截面进行研磨观察，并按照以下的基准进行评价。将◎和○设为合格。

◎(优异)：在成型品中未观察到由填充不良导致的缺陷，并且，在成型品的端部，增强纤维和热固性树脂均存在。

○(良好)：在成型品中未观察到由填充不良导致的缺陷，但在成型品的端部，仅存在热固性树脂。

×(不合格)：在成型品中观察到由填充不良导致的缺陷。

(4)成型品的外观品质：

就成型品的外观品质而言，将通过目视观察不到凹凸的情况判别为○(良好)，将能够确认凹凸的情况判别为×(不合格)。将在表面产生由成型不良引起的黄变、由树脂富集引起的凹凸的情况也分类为×。此处，将○设为合格。

本发明的实施例中使用的预浸料坯如下所述。

[预浸料坯]

作为预浸料坯，使用单向预浸料坯P3252S-20(Toray株式会社制)。该预浸料坯的特性如下述所示。下文，作为预浸料坯(A)。

·碳纤维密度：1.80g/cm³

·碳纤维拉伸强度：4.9GPa

·碳纤维拉伸弹性模量：230GPa

·丝单位面积重量：200

·树脂含有率：33％

·厚度：0.19mm

[切口插入预浸料坯]

使用自动裁断机，向预浸料坯(A)插入切口，由此制作切口插入预浸料坯。切口以外的特性与前述的单向预浸料坯同样。下文中，作为预浸料坯(B)。

[仅使用具有折入部位的预成型体部件时的实施例]

(实施例1)

如图7所示，以长度方向与增强纤维的主轴方向所成的角成为0度的方式，将预浸料坯(B)裁断为两张长度100mm×宽度200mm的尺寸，从端部起沿宽度方向依次卷起，由此制作了两根截面形状为大致圆形的长度100mm的预成型体部件(1)(图8(a))。该预成型体部件(1)具有由卷体结构形成的折入部位，折入部位的增强纤维沿预成型体部件的长度方向取向。针对一根得到的预成型体部件(1)，利用前述的方法测定尺寸、固化度。另外，将所得到的预成型体部件的剩余部分静置于已温度调节为150℃的温度的模具(1)的模腔中央。接着，使上模具与下模具接近，一边以10MPa对预成型体部件进行加压，一边在模具内加热10分钟，得到成型品。将评价的固化度、成型品的填充性、成型品的表面外观的结果示于表1。

(实施例2)

与实施例1同样地裁断预浸料坯(B)，一边沿厚度方向推压一边从端部起沿宽度方向依次卷起，由此制作了截面形状为椭圆形的预成型体部件(2)(图8(b))。该预成型体部件(2)具有由卷体结构形成的折入部位，折入部位的增强纤维沿预成型体部件的长度方向取向。接着，将得到的预成型体部件在80度的烘箱中短暂加热。然后，利用与实施例1同样的方法实施尺寸、固化度的测定、成型，对固化度、成型品的填充性、成型品的表面外观进行评价。将结果示于表1。

(实施例3)

将预浸料坯(B)裁断为与实施例1同样的尺寸，将150mm宽度的区域进行4次对折，然后将剩余的50mm缠绕于周围，由此制作了截面形状为四边形的预成型体部件(3)(图8(c))。该预成型体部件(3)具有由折叠结构和卷体结构形成的折入部位，折入部位的增强纤维沿预成型体部件的长度方向取向。接着，将得到的预成型体部件在80度的烘箱中短暂加热。然后，利用与实施例1同样的方法，实施尺寸、固化度的测定、成型，对固化度、成型品的填充性、成型品的表面外观进行评价。将结果示于表1。

(实施例4)

与实施例1同样地裁断预浸料坯(B)，沿宽度方向对折后，进一步进行三折，以该三折的端部相接触的方式进一步进行三折，制作了截面形状为三角形的预成型体部件(4)(图8(d))。该预成型体部件(4)具有由折叠结构形成的折入部位，折入部位的增强纤维沿预成型体部件的长度方向取向。接着，将得到的预成型体部件在80度的烘箱中短暂加热。然后，利用与实施例1同样的方法，实施尺寸、固化度的测定、成型，对固化度、成型品的填充性、成型品的表面外观进行评价。将结果示于表1。

(实施例5)

以长度方向与增强纤维的主轴方向所成的角度成为0度的方式，将预浸料坯(A)裁断为两张长度200mm×宽度100mm的尺寸，从端部起以宽度10mm的份折回后，翻过来，进一步折回10mm，持续这样的操作，制作了截面形状为扁平的预成型体部件(5)(图8(e))。该预成型体部件(5)具有由折叠结构形成的折入部位，折入部位的增强纤维沿预成型体部件的长度方向取向。然后，利用与实施例1同样的方法实施尺寸、固化度的测定、成型，对固化度、成型品的填充性、成型品的表面外观进行评价。将结果示于表1。

(比较例1)

以长度方向与增强纤维的主轴方向所成的角度成为0度的方式，将预浸料坯(A)裁断为20张长度100mm×宽度10mm的尺寸，沿厚度方向层叠，制作了厚度4mm、宽度10mm、长度100mm的层叠体。利用与实施例1同样的方法实施成型，对固化度、成型品的填充性、成型品的表面外观进行评价。将结果示于表1。

(比较例2)

将预浸料坯(B)裁断为与实施例1同样的尺寸，将宽度方向上150mm的区域沿宽度方向进行4次对折后，将剩余的宽度50mm缠绕于周围，由此制作了截面形状为四边形的预成型体部件(C-2)。该预成型体部件(C-2)具有由折叠结构和卷体结构形成的折入部位，折入部位的增强纤维沿预成型体部件的长度方向取向。接着，将得到的预成型体部件在80度的烘箱中短暂加热。然后，利用与实施例1同样的方法实施尺寸、固化度的测定、成型，对固化度、成型品的填充性、成型品的表面外观进行评价。将结果示于表1。

[表1]

[使用预成型体时的实施例]

(实施例6)

以长度方向与增强纤维的主轴方向所成的角成为0、±45、90度的方式，将预浸料坯(A)分别裁断为8张长度100mm×宽度100mm的尺寸，以层叠结构成为[45/0/-45/90]_2s的方式进行层叠，制作两张预浸料坯的层叠体(6)。进而，制作2根与实施例1同样的预成型体部件(6)。针对得到的预浸料坯的层叠体(6)和预成型体部件(6)一根，利用前述的方法测定尺寸、固化度。另外，将所得到的预成型体部件(6)的剩余部分配置于已温度调节为150℃的温度的模具(2)的图6中虚线所示的配置部位5a，进而将预浸料坯的层叠体(6)配置于模具模腔，从而得到预成型体。接着，使上模具与下模具接近，针对预成型体，一边以5MPa进行加压一边在模具内加热10分钟，得到成型品。将评价的固化度、成型品的填充性、成型品的表面外观的结果示于表2。

(实施例7)

与实施例6同样地裁断预浸料坯，以成为[0/-45/90/(45/0/-45/90)_s/(90/-45/0/45)]的方式制作层叠体(7)。进而，利用与实施例2同样的方法制作预成型体部件(7)。接着，将预成型体部件(7)配置于预浸料坯的层叠体(7)的表层0度层侧，在其上层叠一张长度方向与增强纤维的主轴方向为45度方向的长度100mm×宽度100mm的尺寸的预浸料坯，将得到的预成型体在80度的烘箱中短暂加热。然后，利用与实施例6同样的方法实施尺寸、固化度的测定、成型，对固化度、成型品的填充性、成型品的表面外观进行评价。将结果示于表2。

(实施例8)

利用与实施例6同样的方法制作预浸料坯的层叠体(8)。进而，利用与实施例3同样的方法制作预成型体部件(8)。接着，将得到的层叠体静置于已温度调节为60度的温度的模具(2)的模腔中。接着，使上模具与下模具接近，一边对层叠体进行加压一边在模具内短暂加热，得到预赋形的预浸料坯的层叠体。然后，利用与实施例6同样的方法将层叠体与预成型体部件组合而制成预成型体，进行成型。将评价的固化度、成型品的填充性、成型品的表面外观的结果示于表2。

(比较例3)

利用与实施例6同样的方法，制作2张预浸料坯的层叠体。进而，在各层叠板的表面背面层，各自分别层叠一张长度方向与增强纤维的主轴方向为0度方向的长度100mm×宽度100mm的尺寸的预浸料坯，制作两张层叠体(C-3)。针对一张，利用前述的方法测定尺寸、固化度，然后，将另一张层叠体(C-3)配置于已温度调节为150℃的温度的模具(2)，从而得到预成型体。接着，使上模具与下模具接近，针对预成型体，一边进行加压一边在模具内加热5分钟，得到成型品。将评价的固化度、成型品的填充性、成型品的表面外观的结果示于表2。

(比较例4)

利用与实施例6同样的方法制作预浸料坯的层叠体(C-4)。进而，利用与实施例1同样的方法制作预成型体部件(C-4)。接着，将得到的预成型体部件(C-4)在80度的烘箱中短暂加热。然后，利用与实施例6同样的方法将层叠体与预成型体部件组合而制成预成型体，进行成型。将评价的固化度、成型品的填充性、成型品的表面外观的结果示于表2。

(比较例5)

以长度方向与增强纤维的主轴方向所成的角度成为0、±45、90度的方式，将预浸料坯(A)分别裁断为8张长度50mm×宽度100mm的尺寸，以层叠结构成为[45/0/-45/90]_2s的方式进行层叠，制作了两张预浸料坯的层叠体(6)。进而，将预浸料坯(B)裁断为两张长度100mm×宽度1000mm的尺寸，从端部起沿宽度方向依次卷起，由此制作了两根截面形状为大致圆形的预成型体部件(C-5)。需要说明的是，将预浸料坯所包含的增强纤维的纤维方向设为长度方向。针对得到的预浸料坯的层叠体(C-5)和预成型体部件(C-5)一根，利用前述的方法测定尺寸、固化度。另外，将所得到的预成型体部件(6)的剩余部分配置于已温度调节为150℃的温度的模具(2)的图6中虚线所示的配置部位5a，将预浸料坯的层叠体(6)配置于模具模腔中，从而得到预成型体。接着，使上模具与下模具接近，针对预成型体，一边进行加压一边在模具内加热5分钟，得到成型品。将评价的固化度、成型品的填充性、成型品的表面外观的结果示于表2。

[表2]

如表1所示，就实施例1至5而言，通过具有适当的固化度的具有折入部位的预成型体部件，从而预成型体部件的流动良好，可得到直至端部也没有缺陷的成型品，并且可得到外观品质优异、且基本没有空隙、树脂富集的力学特性良好的成型品。另一方面，就比较例1、2而言，由于使用不具有折入部位的预成型体部件、或者不具有适当的固化度的预成型体部件，因此，不仅在成型品末端观察到缺陷，而且流动受阻碍，发生显著的树脂富集，为外观品质差的结果。

另外，如表2所示，就实施例6至8而言，通过具有适当的固化度的具有折入部位的预成型体部件与预浸料坯的层叠体的组合，从而预成型体的流动良好，可得到直至端部也没有缺陷的成型品，并且可得到外观品质优异、且基本没有空隙、树脂富集的力学特性良好的成型品。另一方面，就比较例3而言，由于未使用具有折入部位的预成型体部件而仅用层叠体进行成型，因此，不仅在成型品末端观察到显著的缺陷，而且流动受阻碍，发生显著的树脂富集，为外观品质差的结果。此外，就比较例4而言，由于以具有折入部位的预成型体部件的重量大于层叠体的重量的构成来实施成型，因此，预成型体大幅流动，大幅流动至平坦部5b，在成型品中产生翘曲，并且为表面外观差的结果。

产业上的可利用性

本发明可广泛地用于制造供于汽车结构件、航空器构件及运动用具等的成型的预成型体。

附图标记说明

1 预成型体部件

2 折入部位

3 成型品

4、5 模腔

5a 配置部位

5b 平坦部

6 预浸料坯

11 增强纤维

11a 增强纤维的主轴方向

11b 纤维正交方向

12 切口

L 增强纤维的长度

Ws 切断长度在纤维正交方向上的投影长度

Wt 切断长度

θ 切口与纤维方向所成的角度

Claims (16)

1.预成型体部件，其特征在于，在由增强纤维和热固性树脂构成的预浸料坯的至少一部分中具有折入部位。

2.如权利要求1所述的预成型体部件，其中，所述增强纤维为连续纤维，所述预浸料坯是在所述连续纤维中部分地插入有切口的切口插入预浸料坯。

3.如权利要求1或2所述的预成型体部件，其中，所述折入部位的至少一部分具有卷体结构。

4.如权利要求1～3中任一项所述的预成型体部件，其中，所述折入部位的至少一部分具有折叠结构。

5.如权利要求1～4中任一项所述的预成型体部件，其中，所述增强纤维在所述折入部位沿单向取向。

6.如权利要求1～5中任一项所述的预成型体部件，其中，在所述折入部位中，层叠有4层以上的所述预浸料坯。

7.预成型体，其特征在于，其是至少一个预成型体部件配置于由增强纤维和热固性树脂构成的第二预浸料坯的层叠体的规定位置而成的，所述预成型体部件在由增强纤维和热固性树脂构成的第一预浸料坯的至少一部分具有折入部位。

8.如权利要求7所述的预成型体，其是至少一个所述预成型体部件配置于第二预浸料坯的层叠体的表面而成的。

9.如权利要求7或8所述的预成型体，其中，所述预成型体部件的至少一部分被第二预浸料坯的层叠体所被覆。

10.如权利要求7～9中任一项所述的预成型体，其中，第二预浸料坯的层叠体具有三维形状。

11.如权利要求7～10中任一项所述的预成型体，其中，第二预浸料坯的层叠体的质量(W1)与所述预成型体部件的质量(W2)满足W1≥W2的关系。

12.如权利要求7～11中任一项所述的预成型体，其中，第二预浸料坯的层叠体中测得的固化度(α1)与所述预成型体部件中测得的固化度(α2)满足α1≥α2的关系。

13.如权利要求7～12中任一项所述的预成型体，其中，第二预浸料坯的层叠体中测得的固化度(α1)为0.5％以上且30％以下。

14.预成型体的制造方法，其特征在于，将预成型体部件粘接于由增强纤维和热固性树脂构成的第二预浸料坯的层叠体的表面，所述预成型体部件在由增强纤维和热固性树脂构成的第一预浸料坯的至少一部分具有折入部位。

15.如权利要求14所述的预成型体的制造方法，其中，用第二预浸料坯的层叠体将所述预成型体部件的至少一部分被覆。

16.如权利要求14或15所述的预成型体的制造方法，其中，第二预浸料坯的层叠体被预赋形为三维形状。