CN110271206B - 纤维宽度调节装置、方法及复合材料成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及纤维宽度调节装置、纤维宽度调节方法及复合材料成型方法，能够制作纤维的朝向及宽度都发生变化的带状纤维作为CFRP或GFRP等复合材料的原材料。实施方式的纤维宽度调节装置具有旋转体，所述旋转体将浸渗了树脂后或浸渗树脂前的片状纤维夹入，以与所述片状纤维的厚度方向平行的旋转轴为中心而旋转，通过与所述片状纤维之间的摩擦力，一边将所述片状纤维沿进给方向送出，一边使包含与所述厚度方向及所述进给方向垂直的方向的分量的力作用于所述片状纤维，由此使纤维的取向角与所述片状纤维的宽度一同发生变化。

Description

纤维宽度调节装置、方法及复合材料成型方法

技术领域

本发明的实施方式涉及纤维宽度调节装置、纤维宽度调节方法及复合材料成型方法。

背景技术

目前，作为用纤维增强了树脂的材料，已知的是玻璃纤维增强塑料(GFRP：Glassfiber reinforced plastics)及碳纤维增强塑料(CFRP：Carbon Fiber ReinforcedPlastics)等纤维增强塑料(FRP：fiber reinforced plastics)。FRP也被称为复合材料，通过在纤维中浸渗有热固性树脂的状态下使树脂加热固化来制作。

更具体地说，复合材料可通过将使未固化的热固性树脂浸渗于纤维而成的片状原材料即半固化物(プリプレグ)层叠而赋形，然后使赋形后的半固化物的层叠体加热固化来制作。或者，也已知有将浸渗热固性树脂前的片状纤维层叠而赋形，然后再浸渗热固性树脂并使其加热固化的RTM(Resin Transfer Molding)法。RTM法中的进行抽真空而向纤维浸渗树脂的方法被称为VaRTM(Vacuum assisted Resin Transfer Molding)法，利用模具使树脂浸渗的方法被称为对模(matched－die)RTM法。

在利用RTM法来制作复合材料的情况下，需要以具有适当宽度和厚度的片状纤维为原材料来制作。因此，已知的是将碳纤维束或玻璃纤维束等增强纤维束薄薄地且均匀地拓宽的技术(例如，参照专利文献1)。

开纤是利用辊等使纤维束连续地边拓宽宽度边变薄的作业，所述纤维束是通过将具有0.007mm左右的粗细度的纤维制成12000根～24000根左右的束而得到的。近年来，通过开纤而得到的带状纤维(テープ状の繊維)均以干式带材(ドライテープ材)之类的名称来销售。

另外，附着有片状或粉末状热塑性粘合剂的干式带材也正在被销售。因此，通过使热塑性粘合剂热熔敷，能够一边将干式带材暂时留住一边层叠。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2010/137525号

发明内容

发明要解决的课题

但是，通过开纤而制作的干式带材的宽度和构成干式带材的纤维的取向角及间隔都很均匀。因此，在制作纤维的取向角成为径向的复合材料即纤维增强方向成为放射状的复合材料的情况下，需要将多个干式带材隔开间隙地配置在径向上，或者相反地一边使一部分重叠一边配置多个干式带材。

另外，因为1条干式带材所含的纤维的朝向都很均匀，所以在比干式带材的宽度更窄的范围内，不能将纤维的取向角制成径向。换句话说，既然干式带材具有宽度，且纤维的取向角为恒定，那么势必会在纤维的朝向上产生相对于径向的误差。特别是，通过开纤技术，能够制作轻而薄的干式带材，但只能制作厚度薄且宽度较宽的干式带材。因此，在制作在同一纤维增强层内纤维的取向角都成为径向的复合材料的情况下，存在的问题是在纤维的取向角上产生的误差会增大。

因此，本发明的目的在于，能够制作纤维的朝向及宽度均发生变化的带状纤维作为CFRP或GFRP等复合材料的原材料。

用于解决课题的技术方案

本发明的实施方式的纤维宽度调节装置具有旋转体，所述旋转体将浸渗了树脂后或浸渗树脂前的片状纤维夹入，以与所述片状纤维的厚度方向平行的旋转轴为中心而旋转，通过与所述片状纤维之间的摩擦力，一边将所述片状纤维沿进给方向送出，一边使包含与所述厚度方向及所述进给方向垂直的方向的分量的力作用于所述片状纤维，由此使纤维的取向角与所述片状纤维的宽度一同发生变化。

另外，本发明的实施方式的纤维宽度调节方法使用上述的纤维宽度调节装置，制作宽度及纤维的取向角都发生了变化的片状纤维。

另外，本发明的实施方式的纤维宽度调节方法具有如下步骤：由以平行于所述片状纤维的厚度方向的旋转轴为中心而旋转的旋转体将浸渗了树脂后或浸渗树脂前的片状纤维夹入；以及使所述旋转体旋转，通过所述旋转体和所述片状纤维之间的摩擦力，一边将所述片状纤维沿进给方向送出，一边使包含与所述厚度方向及所述进给方向垂直的方向的分量的力作用于所述片状纤维，由此制作宽度及纤维的取向角都发生了变化的所述片状纤维。

另外，本发明的实施方式的复合材料成型方法通过使浸渗于由上述的纤维宽度调节方法制作出的所述片状纤维内的树脂加热固化，来制作复合材料。

另外，本发明的实施方式的复合材料成型方法具有如下步骤：将由上述的纤维宽度调节方法制作出的所述片状纤维层叠；以及通过使浸渗于层叠后的所述片状纤维内的树脂加热固化，来制作复合材料。

附图说明

图1是表示本发明第一实施方式的纤维宽度调节装置的结构的立体图；

图2是图1所示的第一旋转体及第二旋转体的俯视图；

图3是图2所示的第一旋转部件及第二旋转部件的边缘部分的放大纵剖面图；

图4是表示使图1所示的第一旋转体及第二旋转体旋转后的状态的立体图；

图5是对使图1所示的干式带材仅受到干式带材的宽度方向的力的作用而使干式带材的宽度发生变化时的问题点进行说明的立体图；

图6是表示图2所示的第一旋转部件及第二旋转部件的变形例的俯视图；

图7(A)及图7(B)是表示以能够使图1所示的第一旋转部件和第二旋转部件之间的间隔发生变化的方式设有弹性体的例子的第一旋转部件及第二旋转部件的主视图；

图8(A)及图8(B)是表示不利用动力就能够使图1所示的第一旋转体及第二旋转体旋转的例子的立体图；

图9是表示能够以由图1所示的宽度调节装置制作的干式带材为原材料而成型的复合材料的形状例的立体图；

图10是对为制作图9所示的复合材料而使用纤维的取向角和宽度均为一定的现有干式带材时的问题点进行说明的第一俯视图；

图11是对为制作图9所示的复合材料而使用纤维的取向角和宽度均为一定的现有干式带材时的问题点进行说明的第二俯视图；

图12是对使用由图1所示的宽度调节装置制作出的干式带材而使图9所示的复合材料成型的方法进行说明的立体图；

图13是对利用VaRTM法通过向载置于图12所示的夹具上的干式带材的层叠体注入树脂并使其加热固化而使复合材料成型的方法进行说明的横剖面图；

图14是对利用对模RTM法通过向载置于图12所示的夹具上的干式带材的层叠体注入树脂并使其加热固化而使复合材料成型的方法进行说明的横剖面图；

图15是表示本发明第二实施方式的纤维宽度调节装置的结构的俯视图。

具体实施方式

参照附图对本发明的实施方式的纤维宽度调节装置、纤维宽度调节方法及复合材料成型方法进行说明。

(第一实施方式)

图1是表示本发明第一实施方式的纤维宽度调节装置的结构的立体图。

纤维宽度调节装置1是调节通过预开纤而形成为片状的纤维束的宽度和纤维的取向角的装置。更具体地说，宽度调节装置1是通过调节形成为片状的纤维束的宽度和纤维的取向角，来制作纤维的取向角成为放射状且宽度向纤维拓宽的方向进行拓宽的带状纤维的装置。

一个方向长的片状纤维即带状纤维被称为干式带材D。干式带材D用作CFRP或GFRP等复合材料的原材料。作为干式带材D，正在销售的有附着有片状、网状、无纺布状或粉末状热塑性粘合剂的干式带材、附着有粉末状或液体状热固性粘合剂的干式带材以及未附着有粘合剂的干式带材，但任何一种都可以使用。

下面，主要以附着有热塑性粘合剂的干式带材D为宽度调节装置1的宽度调节对象的情况为例进行说明，但也可以以附着有热固性粘合剂的干式带材D、未附着有粘合剂的干式带材D为宽度调节装置1的宽度调节对象。另外，在以附着有热固性粘合剂的干式带材D为宽度调节装置1的宽度调节对象的情况下，通过在利用宽度调节装置1调节了宽度以后，再用加热装置使热固性粘合剂加热固化，能够将调节了宽度的干式带材D固定。

宽度调节装置1可使用第一旋转体2A及第二旋转体2B而构成。第一旋转体2A及第二旋转体2B都是将干式带材D夹入并以平行于干式带材D的厚度方向的旋转轴为中心而旋转的旋转体。因此，第一旋转体2A具有：与干式带材D的上面接触并旋转的第一旋转部件3A、与第一旋转部件3A分开配置且与干式带材D的下面接触并旋转的第二旋转部件4A。同样，第二旋转体2B也具有：与干式带材D的上面接触并旋转的第一旋转部件3B、与第一旋转部件3B分开配置且与干式带材D的下面接触并旋转的第二旋转部件4B。

即，在相互分开配置的第一旋转体2A的第一旋转部件3A和第二旋转部件4A之间夹入干式带材D的一部分。另外，在相互分开配置的第二旋转体2B的第一旋转部件3B和第二旋转部件4B之间夹入干式带材D的其余部分。换句话说，第一旋转体2A及第二旋转体2B以旋转轴平行的方式配置。而且，在平行配置的第一旋转体2A及第二旋转体2B的旋转轴之间，由第一旋转体2A及第二旋转体2B将干式带材D夹入。

在图1所示的例子中，第一旋转体2A及第二旋转体2B分别由一对圆盘状的辊5构成。即，构成第一旋转体2A的第一旋转部件3A和第二旋转部件4A由旋转中心在同一直线上的一对圆盘状的辊5构成，构成第二旋转体2B的第一旋转部件3B和第二旋转部件4B也由旋转中心在同一直线上的一对圆盘状的辊5构成。而且，成为在四个圆盘状的辊5的端面侧将干式带材D夹入的结构。

图2是图1所示的第一旋转体2A及第二旋转体2B的俯视图，图3是图2所示的第一旋转部件3A及第二旋转部件4A的缘部分的放大纵剖面图，图4是表示使图1所示的第一旋转体2A及第二旋转体2B旋转后的状态的立体图。

如图2所示，第一旋转体2A及第二旋转体2B可分别由两组第一旋转部件3A、3B和第二旋转部件4A、4B构成，所述第一旋转部件3A、3B和第二旋转部件4A、4B均由圆盘状的辊5构成。当由两组第一旋转部件3A、3B和第二旋转部件4A、4B将干式带材D的端部夹入且使第一旋转体2A及第二旋转体2B旋转时，就会通过第一旋转部件3A、3B及第二旋转部件4A、4B和干式带材D之间的摩擦力，在干式带材D的两侧的缘部分受到向使干式带材D的宽度变窄的方向的力的作用。另一方面，在干式带材D的宽度方向的中央部分受到向干式带材D的长度方向拉伸的张力的作用。另外，在干式带材D的缘部分和干式带材D的中央部分之间的部分，受到的是包含使干式带材D的宽度变窄的方向的力分量和沿长度方向拉伸干式带材D的力分量的力的作用。

因此，当使第一旋转体2A及第二旋转体2B旋转时，就能够以干式带材D的长度方向为进给方向将干式带材D送出。而且，如图4所示，通过一边将干式带材D沿进给方向送出，一边使包含与干式带材D的厚度方向及干式带材D的进给方向双方都垂直的干式带材D的宽度方向的分量的力作用于干式带材D，能够使干式带材D的宽度发生变化。

另外，如图2及图3所示，可在分别构成第一旋转体2A及第二旋转体2B的第一旋转部件3A、3B及第二旋转部件4A、4B的圆盘状的辊5的表面上形成圆环形状的凸部6。这样的话，就能够仅使凸部6的表面与干式带材D接触，而不是辊5的整个端面与干式带材D接触。即，第一旋转部件3A、3B及第二旋转部件4A、4B分别由形成有凸部6的圆盘状的辊5构成，通过第一旋转部件3A、3B及第二旋转部件4A、4B的各凸部6和干式带材D之间的摩擦力，能够一边将干式带材D沿进给方向送出，一边使垂直于进给方向的方向的力作用于干式带材D。

因此，通过调节凸部6的表面的宽度，能够在适当的位置且在辊5和干式带材D之间产生适当大小的摩擦力。而且，通过辊5的各凸部6和干式带材D之间的摩擦力，能够一边将干式带材D沿进给方向送出，一边使包含干式带材D的宽度方向的分量的力作用于干式带材D。

在辊5的表面上形成有圆环形状的凸部6的情况下，在与干式带材D的两侧接触的凸部6的位置A，使干式带材D的宽度变窄的方向即垂直于干式带材D的长度方向的宽度方向的摩擦力的分量最大。另一方面，在圆形凸部6的、与平行于干式带材D长度方向的切线相切的切点位置B，仅用于将干式带材D送出的拉伸力作为摩擦力而作用于干式带材D。

在干式带材D的中央部分未产生拉伸力不起作用的部分时，会使改变了宽度后的干式带材D的质量提高。换句话说，在使干式带材D的中央部分的进给量比两侧的进给量大时，会使改变了宽度后的干式带材D的质量提高。

图5是对图1所示的干式带材D仅受到干式带材D的宽度方向的力的作用而使干式带材D的宽度发生变化时的问题点进行说明的立体图。

如图5所示，在预开纤后的干式带材D的一端仅受到干式带材D的宽度方向的力的作用的情况下，干式带材D的两侧部分的纤维就倾斜或弯曲，所以会在干式带材D的中央部分和两侧部分之间产生必要纤维的长度上的差异。但是，因为实际纤维的长度未发生变化，所以会使构成干式带材D的中央部分的纤维发生窜动(遊び)。

因此，为了不使干式带材D的中央部分发生窜动，重要的是不仅使干式带材D受到宽度方向的力的作用，还要如图1～图4所示，通过由第一旋转体2A及第二旋转体2B将干式带材D夹入而受到将干式带材D的中央部分沿干式带材D的长度方向拉伸的力的作用。由此，既能够使干式带材D的宽度发生变化，又能够防止在干式带材D的中央附近发生纤维的窜动。

为了使干式带材D的中央部分受到拉伸力的作用，如图4所示，优选在各辊5的圆周上形成与干式带材D接触的圆状的凸部6，且使构成第一旋转体2A的第一旋转部件3A的辊5和构成第二旋转体2B的第一旋转部件3B的辊5以相互接触的方式配置，另一方面，优选使构成第一旋转体2A的第二旋转部件4A的辊5和构成第二旋转体2B的第二旋转部件4B的辊5以相互接触的方式配置。即，优选在侧面相互接触的两个辊5的缘部带有凸部6并仅使辊5的圆周部分中的凸部6与干式带材D接触，然后通过摩擦力使辊5旋转。

另外，即使在各辊5上未形成有凸部6的情况下，因为各辊5的端面与干式带材D接触，所以为了使干式带材D的中央部分受到拉伸力的作用，也优选使构成第一旋转体2A的第一旋转部件3A的辊5和构成第二旋转体2B的第一旋转部件3B的辊5以相互接触的方式配置，另一方面，优选使构成第一旋转体2A的第二旋转部件4A的辊5和构成第二旋转体2B的第二旋转部件4B的辊5以相互接触的方式配置。

换句话说，在由第一旋转体2A将干式带材D的宽度方向的直到中央部分为止的一半夹入，另一方面，由第二旋转体2B将干式带材D的宽度方向的到中央部分为止的其余一半夹入时，会使改变了宽度后的干式带材D的质量提高。

因此，较为合适的是将各辊5的半径至少设为成为夹入对象的干式带材D的宽度的一半的长度以上。这样的话，就能够将第一旋转体2A的第一旋转部件3A和第二旋转部件4A共用的第一旋转中心与第二旋转体2B的第一旋转部件3B和第二旋转部件4B共用的第二旋转中心之间的距离变成干式带材D的宽度以上。而且，通过第一旋转体2A及第二旋转体2B，能够使干式带材D的中央受到张力的作用，另一方面，使干式带材D的两侧受到包含朝向干式带材D的中央的干式带材D的宽度方向的力分量的力的作用。

图6是表示图2所示的第一旋转部件3A、3B及第二旋转部件4A、4B的变形例的俯视图。

在第一旋转部件3A、3B及第二旋转部件4A、4B上形成有凸部6的情况下，与干式带材D接触并受到力的作用的是凸部6。因此，也可以不利用圆盘状的辊5，而是利用形成有曲线状凸部6的一对旋转部件来分别构成第一旋转体2A及第二旋转体2B。即，可在非圆盘状的第一旋转部件3A、3B及第二旋转部件4A、4B上分别形成曲线状的凸部6。而且，通过各凸部6和干式带材D之间的摩擦力，能够一边将干式带材D沿进给方向送出，一边使垂直于进给方向的方向的力作用于干式带材D。

各凸部6的形状可实际进行试验来决定适当的形状。如果将各凸部6的形状设为圆弧或圆弧的一部分，则即使使第一旋转体2A及第二旋转体2B旋转，也能够在第一旋转体2A和第二旋转体2B之间使凸部6彼此经常接触，且使干式带材D的中央部分受到拉伸张力的作用。

另一方面，也可以将各凸部6的形状设为抛物线或椭圆等二次曲线，或者设为其他曲线。即，也可以将各凸部6的形状设为圆弧以外的曲线。在那种情况下，也可以在使第一旋转体2A及第二旋转体2B旋转起来的情况下，改变第一旋转体2A及第二旋转体2B的旋转轴间的间隔，以便能够使干式带材D的中央部分受到拉伸张力的作用。

当通过由第一旋转体2A及第二旋转体2B夹入而使干式带材D的宽度变窄时，干式带材D的厚度就会变厚。即，即使干式带材D受到宽度方向的力和进给方向的拉伸力的作用，也不会使纤维自身的粗细度和纤维的间隔发生变化。因此，干式带材D的两侧的纤维沿干式带材D的宽度方向移动，干式带材D的厚度仅以宽度变窄的量变厚。

因此，可以使第一旋转部件3A、3B和第二旋转部件4A、4B之间的间隔追随干式带材D的厚度而变化。

图7(A)及图7(B)是表示以能够使图1所示的第一旋转部件3A、3B和第二旋转部件4A、4B之间的间隔发生变化的方式设有弹性体20的例子的第一旋转部件3A、3B及第二旋转部件4A、4B的主视图。

当由两组第一旋转部件3A、3B和第二旋转部件4A、4B将干式带材D的一端夹入时，如图7(A)所示，第一旋转部件3A、3B和第二旋转部件4A、4B之间的间隔就成为开纤后的干式带材D的厚度。

然后，当使第一旋转体2A及第二旋转体2B旋转时，如图7(B)所示，干式带材D的宽度就变窄，另一方面，厚度稍微变厚。因此，可在第一旋转部件3A、3B及第二旋转部件4A、4B中的至少一方设置沿旋转轴方向伸缩的弹簧等弹性体20。这样的话，就能够使第一旋转部件3A、3B和第二旋转部件4A、4B之间的间隔追随干式带材D的厚度变化而与干式带材D的厚度一致。

另外，为了易将干式带材D的一端装夹于第一旋转部件3A、3B和第二旋转部件4A、4B之间，也可以使第一旋转部件3A、3B可退避到退避位置。具体地说，通过以能够将干式带材D的一端载置于第二旋转部件4A、4B上的方式使第一旋转部件3A、3B上升，在将干式带材D的一端载置于第二旋转部件4A、4B上以后，再使第一旋转部件3A、3B下降，能够将干式带材D的一端夹入于第一旋转部件3A、3B和第二旋转部件4A、4B之间。作为用于使第一旋转部件3A、3B沿铅垂方向移动的移动机构，例如可使用滚珠丝杠、齿条齿轮、液压缸机构等所期望的机构。

另外，在图示的例子中，干式带材D的厚度方向为铅垂方向，第一旋转部件3A、3B以与干式带材D的上面接触的方式配置，另一方面，第二旋转部件4A、4B以与干式带材D的下面接触的方式配置，但也可以按照干式带材D的厚度方向成为水平方向的方式配置第一旋转部件3A、3B及第二旋转部件4A、4B。在那种情况下，第一旋转部件3A、3B及第二旋转部件4A、4B的旋转轴成为水平方向。

但是，如果如图示那样以第一旋转部件3A、3B及第二旋转部件4A、4B的旋转轴成为铅垂方向的方式配置第一旋转部件3A、3B及第二旋转部件4A、4B，则能够将干式带材D的一端载置于第二旋转部件4A、4B上，因此不需要设置用于防止干式带材D下落的导向件等。

第一旋转部件3A、3B及第二旋转部件4A、4B的旋转可以使用具备电动机等的动力的旋转机构而自动进行，也可以手动进行。第一旋转部件3A、3B及第二旋转部件4A、4B的旋转速度需要取决于可通过摩擦力将干式带材D沿进给方向送出的速度。因此，需要使第一旋转体2A和第二旋转体2B以同一旋转速度相互反向旋转。

因此，也可以将第一旋转体2A及第二旋转体2B的各旋转轴经由齿轮及动力传动带等与单一电动机的输出轴连结，使第一旋转体2A及第二旋转体2B等速地相互反向旋转。当然，也可以将电动机分别单独地与第一旋转体2A及第二旋转体2B连结。

图8(A)及图8(B)是表示不利用动力就能够使图1所示的第一旋转体2A及第二旋转体2B旋转的例子的立体图。

如图8(A)所示，可在与干式带材D侧相反侧的第一旋转部件3A、3B的端面即第一旋转部件3A、3B的上表面侧形成圆筒状部分30。

而且，可将圆筒状部分30的形状设为端面的位置向第一旋转部件3A、3B起伏的形状。更具体地说，可将圆筒状部分30的端面的形状设为从距第一旋转部件3A、3B最远的位置起逐渐向第一旋转部件3A、3B接近的形状。位于距第一旋转部件3A、3B最远的位置的圆筒状部分30的端面即圆筒状部分30的最高点的数量可以为一个，也可以为多个。在图8(A)及图8(B)所示的例子中，圆筒状部分30的最高点的数量为两个。

另一方面，可准备具有与形成于第一旋转部件3A、3B的圆筒状部分30的端面相吻合的端面的圆筒状抵接部件31。而且，可将旋转轴32以间隙配合的公差可旋转地插入到第一旋转部件3A、3B、圆筒状部分30及圆筒状抵接部件31内。

这样的话，如图8(B)所示，能够通过仅使圆筒状抵接部件31沿旋转轴32的长度方向滑动，从而使第一旋转部件3A、3B旋转。具体地说，在以圆筒状抵接部件31的端面和形成于第一旋转部件3A、3B的圆筒状部分30的端面相互沿第一旋转部件3A、3B的旋转方向位移的方式决定了圆筒状抵接部件31的旋转方向的相位以后，当使圆筒状抵接部件31的端面与形成于第一旋转部件3A、3B的圆筒状部分30的端面抵接时，形成于第一旋转部件3A、3B的圆筒状部分30就以圆筒状部分30的端面与抵接部件31的端面相吻合的方式旋转。其结果是，能够使与圆筒状部分30一体化的第一旋转部件3A、3B旋转。

另外，关于第二旋转部件4A、4B，也通过同样的原理，可不使用动力，而是通过工作人员的手动来旋转。

当由第一旋转体2A及第二旋转体2B将干式带材D的一端夹入，且使第一旋转体2A及第二旋转体2B旋转时，就能够通过第一旋转体2A及第二旋转体2B和干式带材D之间的摩擦力，来制作宽度如上所述发生了变化的干式带材D。即，通过一边将干式带材D沿进给方向送出，一边使包含与干式带材D的厚度方向及进给方向垂直的方向的分量的力作用于干式带材D，能够制作宽度发生了变化的干式带材D。

但是，即使第一旋转部件3A、3B和第二旋转部件4A、4B之间的距离随着干式带材D的厚度而增大，变化的量也是微小的。因此，在被送出到比第一旋转体2A及第二旋转体2B的旋转轴更靠干式带材D的送出方向侧的部分的两端，有时会因第一旋转部件3A、3B及第二旋转部件4A、4B之间的摩擦力而受到使干式带材D拓宽的力的作用。在那种情况下，干式带材D的送出方向的端部被拓宽而再次变薄。

即，在通过使第一旋转体2A及第二旋转体2B旋转而宽度发生了变化的干式带材D上，有时会产生因从第一旋转体2A及第二旋转体2B受到包含与干式带材D的厚度方向及进给方向垂直的方向的分量的力而宽度变窄以后又拓宽了的部分。在那种情况下，通过将宽度变窄以后又拓宽了的干式带材D的部分切断而废弃，能够制作越接近端部宽度越窄的干式带材D。另外，构成这样制作出的干式带材D的纤维的取向角成为放射状。

在使用含有热塑性粘合剂的开纤后的干式带材D来制作宽度发生了变化的干式带材D的情况下，如图1及图4所示，从尽可能地保持使宽度发生了变化后的干式带材D的宽度的观点来看，优选在由第一旋转体2A及第二旋转体2B将干式带材D夹入以前，利用加热装置33对干式带材D进行加热。即，在干式带材D含有热塑性粘合剂的情况下，优选在第一旋转体2A及第二旋转体2B的、干式带材D的进给方向的前方侧设置加热装置33。

在图1及图4所示的例子中，在干式带材D的上面侧和下面侧双方都配置有以平面接触的加热装置33。因此，不仅能够从两面对干式带材D进行加热，还能够利用加热装置33将干式带材D夹入而导向。

如图4所示，如果通过试验等而适当决定第一旋转体2A及第二旋转体2B和加热装置33之间的距离，则能够通过从加热装置33瞬间赋予的热量，使因从第一旋转体2A及第二旋转体2B受到的力而宽度发生了变化的干式带材D所含的热塑性粘合剂熔融。即，如果由第一旋转体2A及第二旋转体2B夹着的干式带材D的部分的宽度发生变化，则未由第一旋转体2A及第二旋转体2B夹着的干式带材D的部分的宽度也随之而变化。因此，通过配置于第一旋转体2A及第二旋转体2B的前方侧的加热装置33，能够使宽度发生了变化的干式带材D所含的热塑性粘合剂溶融。

其后，如果将宽度发生了变化后的干式带材D空冷而使热塑性粘合剂固化，则能够保持干式带材D的宽度。即，能够由热塑性粘合剂将具有调节后的开纤度的干式带材D固定。

当使用通过这种纤维宽度调节方法而制作出的干式带材D时，就能够使纤维的取向角成为放射状的复合材料成型。

图9是表示可以由图1所示的宽度调节装置1制作的干式带材D为原材料而成型的复合材料的形状例的立体图。

例如，如图9所示，在具有在腹板40上形成有凸缘41的形状的复合材料42中，在腹板40的形状为从半径较大的扇型切掉了半径较小的扇型而成的形状的情况下，有时优选将纤维的取向角设为径向。在那种情况下，能够以纤维的取向角成为放射状的干式带材D为原材料来制作复合材料42。

图10是对为制作图9所示的复合材料42而使用纤维的取向角和宽度均为一定的现有干式带材D0时的问题点进行说明的第一俯视图，图11是对为制作图9所示的复合材料42而使用纤维的取向角和宽度均为一定的现有干式带材D0时的问题点进行说明的第二俯视图。

为了使用纤维的取向角和宽度均为一定的现有干式带材D0来制作具有从半径较大的扇型切掉了半径较小的扇型而成的形状的腹板40，如图10所示，不得不在外侧隔开间隙而配置干式带材D0，或者如图11所示，不得不将内侧重叠起来而配置。

如图10所示，当在外侧隔开间隙而配置干式带材D0时，就会致使复合材料42强度上的质量下降。相反，如图11所示，当将干式带材D0重叠时，就会发生原材料的浪费。并且，因为构成1条干式带材D0的纤维的取向角为干式带材D0的长度方向，所以长度方向成为径向的纤维实际上只是一小部分。即，对于径向，必定会在纤维的取向角上产生误差。

图12是对使用由图1所示的宽度调节装置1制作出的干式带材D而使图9所示的复合材料42成型的方法进行说明的立体图。

就由图1所示的宽度调节装置1制作出的干式带材D而言，纤维的取向角为放射状，且宽度从一端部向另一端部逐渐变窄。因此，不产生间隙或重叠，就能够在具有与图9所示的在腹板40上形成有凸缘41的复合材料42相吻合的形状的夹具50上铺满干式带材D。

并且，如果使构成干式带材D的纤维的取向角与径向一致，就能够制作纤维的取向角成为径向的复合材料42。即，能够制作纤维的取向角无误差的复合材料42。

在以干式带材D为原材料来制作复合材料42的情况下，在图12例示的那种夹具50上层叠干式带材D。然后，实施向干式带材D的层叠体浸渗热固性树脂的工序。干式带材D的层叠可以由工作人员通过手工作业来进行，也可以利用自动层叠装置来进行。另外，在干式带材D含有热塑性粘合剂的情况下，也可以通过利用加热装置使热塑性粘合剂熔敷，一边将干式带材D暂时留住一边层叠。

图13是对利用VaRTM法通过向载置于图12所示的夹具50上的干式带材D的层叠体内注入树脂并加热固化来使复合材料42成型的方法进行说明的横剖面图，图14是对利用对模RTM法通过向载置于图12所示的夹具50上的干式带材D的层叠体内注入树脂并加热固化来使复合材料42成型的方法进行说明的横剖面图。

在利用VaRTM法使复合材料42成型的情况下，如图13所示，载置于成为复合材料42成型用模具的夹具50上的干式带材D的层叠体由袋膜60覆盖，袋膜60的边缘通过密封胶61被粘贴于夹具50。然后，利用真空装置62，使由袋膜60密闭的区域减压。即，通过真空装置62的抽真空，干式带材D的层叠体被袋压(バギング)。

另一方面，在利用对模RTM法使复合材料42成型的情况下，如图14所示，在形成于成为复合材料42成型用下模的夹具50和上模63之间的空间内配置干式带材D的层叠体。然后，通过真空装置62，进行形成于夹具50和上模63之间的空间的抽真空。

当完成了抽真空时，在如图13所示利用袋膜60进行袋压的情况、或者如图14所示使用上模63的情况中的任一种情况下，都从树脂注入装置64注入热固性树脂。即，从树脂注入装置64向由袋膜60覆盖的区域或夹具50和上模63之间的区域注入树脂。由此，能够向干式带材D的层叠体浸渗树脂。另外，按照复合材料42的形状赋形后的浸渗树脂前的干式带材D的层叠体被称为干式预成型坯。

另外，根据需要，在树脂注入装置64中，将树脂加热，以使树脂得到流动性。另外，在树脂以加热后的状态被注入的情况下，也可以在夹具50内放置加热装置而将树脂加热，以使树脂的温度不下降。在夹具50内放置有加热装置的情况下，例如，可将使加热蒸汽、热风或热水等加热流体流通的配管内置于夹具50内。或者，也可以将电加热器内置于夹具50内。另外，如图14所示，在使用上模63的情况下，也可以在上模63内放置加热装置。

接着，进行浸渗于干式带材D的层叠体后的热固性树脂的加热固化。具体地说，如图13或图14所示，通过加热装置65，将树脂加热到进行固化的温度。由此，树脂进行固化，能够制作出成型后的复合材料42。即，能够使如图9例示的具有腹板40和凸缘41的复合材料42成型。

另外，在上述的例子中，对构成复合材料42的基质树脂为热固性树脂的情况进行了说明，但也可以将基质树脂设为热塑性树脂。在基质树脂为热塑性树脂的情况下，可利用以热塑性树脂为基质树脂的复合材料的公知的制作方法来制作复合材料42。

复合材料42的组成没有限定，形状也不局限于上述的例子，可以以具有所期望的形状的复合材料42为制作对象。即，具有腹板40和凸缘41的复合材料42不言而喻，在同样地使纤维的取向角成为放射状的复合材料成型的情况下，也可以使用通过宽度调节装置1而调节了纤维的取向角和宽度的干式带材D作为原材料。另外，不局限于带状纤维，也可以以具有双向宽度的片状纤维为对象，来通过宽度调节装置1调节宽度及纤维的取向角。

进而，不仅可以以浸渗树脂前的带状或片状纤维为对象，也可以以浸渗了树脂后的带状或片状纤维为对象，来通过宽度调节装置1调节宽度及纤维的取向角。浸渗了树脂后的片状纤维被称为半固化物。

在以半固化物为复合材料的原材料的情况下，通过在复合材料的成型夹具上层叠半固化物而赋形，然后在加压下使赋形后的半固化物的层叠体加热固化，能够使复合材料成型。半固化物的层叠体的加压可通过使用袋膜的袋压或上模的使用来进行。

以上那种纤维宽度调节装置1、纤维宽度调节方法及复合材料成型方法均是通过由第一旋转体2A及第二旋转体2B将片状纤维夹入并旋转，来调节片状纤维的宽度和取向角的装置和方法。

(效果)

因此，根据纤维宽度调节装置1、纤维宽度调节方法及复合材料成型方法，能够制作纤维的取向角成为放射状的干式预成型坯及复合材料。特别是，在现有的开纤技术中只能制作一定厚度的带状纤维，但本发明能够制作变化为所期望的宽度及厚度的带状纤维。

(第二实施方式)

图15是表示本发明第二实施方式的纤维宽度调节装置的结构的俯视图。

图15所示的第二实施方式的纤维宽度调节装置1A在设有单一旋转体2和干式带材D的导向件70来代替设有第一旋转体2A及第二旋转体2B的结构方面与第一实施方式的纤维宽度调节装置1不同。因为第二实施方式的纤维宽度调节装置1A的其他结构及作用实质上与第一实施方式的纤维宽度调节装置1相同，所以仅图示了旋转体2和导向件70的俯视图，在相同的结构或对应的结构上附带同一符号，省略说明。

宽度调节装置1A也可通过使旋转体2与壁面状导向件70接触或接近而构成。与第一实施方式同样，旋转体2具有将干式带材D夹入的第一旋转部件3和第二旋转部件4。因此，第一旋转部件3和第二旋转部件4以与壁面状导向件70接触或接近的方式配置。而且，干式带材D在旋转体2的旋转轴和壁面状导向件70之间由第一旋转部件3及第二旋转部件4夹入。

因此，由壁面状导向件70对干式带材D的一个边缘进行导向。而且，壁面状导向件70侧的干式带材D的边缘从旋转体2受到张力的作用。另一方面，远离壁面状导向件70的一侧的干式带材D的边缘从旋转体2受到包含使干式带材D的宽度变窄的方向的力分量的力的作用。因此，通过使旋转体2旋转，能够使干式带材D的宽度和纤维的取向角发生变化。

在以上的第二实施方式中，也能够得到与第一实施方式同样的效果。另外，在第二实施方式中，因为旋转体2的数量为一个，所以旋转体2的控制及操作较为容易。特别是在第二实施方式中，不需要如第一实施方式那样的用于使第一旋转体2A及第二旋转体2B的旋转速度一致的机构。

(其他实施方式)

以上，对特定的实施方式进行了记载，但所记载的实施方式只不过是一个例子而已，并不限定发明范围。本文记载的新型方法及装置可通过其他各种样式而具体化。另外，在本文记载的方法及装置的样式中，在不脱离本发明要旨的范围内，可进行种种省略、替换及变更。附带的权利要求书及其均等物均包含在本发明的范围及要旨中，从而包含那样的种种样式及变形例。

符号说明

1、1A 纤维宽度调节装置

2 旋转体

2A 第一旋转体

2B 第二旋转体

3、3A、3B 第一旋转部件

4、4A、4B 第二旋转部件

5 辊

6 凸部

20 弹性体

30 圆筒状部分

31 抵接部件

32 旋转轴

33 加热装置

40 腹板

41 凸缘

42 复合材料

50 夹具

60 袋膜

61 密封胶

62 真空装置

63 上模

64 树脂注入装置

65 加热装置

70 导向件

A、B 凸部的位置

D 干式带材

D0 现有干式带材

Claims (17)

1.一种纤维宽度调节装置，其具有旋转体，所述旋转体将浸渗了树脂后或浸渗树脂前的、作为纤维增强塑料的原材料的片状纤维夹入，以与所述片状纤维的厚度方向平行的旋转轴为中心而旋转，通过与所述片状纤维之间的摩擦力，一边将所述片状纤维沿进给方向送出，一边使包含与所述厚度方向及所述进给方向垂直的方向的分量的力作用于所述片状纤维，由此，以产生所述纤维的宽度朝向所述进给方向逐渐变窄、且所述纤维的取向角成为放射状的部分的方式使纤维的取向角与所述片状纤维的宽度一同发生变化。

2.如权利要求1所述的纤维宽度调节装置，其中，

所述旋转体具有：

第一旋转部件，其与所述片状纤维的上面接触而旋转；以及

第二旋转部件，其与所述第一旋转部件分开配置，与所述片状纤维的下面接触而旋转。

3.如权利要求2所述的纤维宽度调节装置，其中，

还具有弹性体，所述弹性体使所述第一旋转部件和所述第二旋转部件之间的间隔追随所述片状纤维的厚度而变化。

4.如权利要求1～3中任一项所述的纤维宽度调节装置，其中，

两个所述旋转体以旋转轴平行的方式配置，在平行配置的所述旋转轴间，由所述两个旋转体将所述片状纤维夹入。

5.一种纤维宽度调节方法，其使用权利要求1～4中任一项所述的纤维宽度调节装置，来制作宽度及纤维的取向角都发生了变化的片状纤维。

6.一种纤维宽度调节方法，具有如下步骤：

由以平行于片状纤维的厚度方向的旋转轴为中心而旋转的旋转体将浸渗了树脂后或浸渗树脂前的、作为纤维增强塑料的原材料的所述片状纤维夹入；以及

使所述旋转体旋转，通过所述旋转体和所述片状纤维之间的摩擦力，一边将所述片状纤维沿进给方向送出，一边使包含与所述厚度方向及所述进给方向垂直的方向的分量的力作用于所述片状纤维，由此制作包含宽度朝向所述进给方向逐渐变窄、且所述纤维的取向角成为放射状的部分的所述片状纤维。

7.如权利要求5或6所述的纤维宽度调节方法，其中，

通过将所述片状纤维中的、因从所述旋转体受到包含与所述厚度方向及所述进给方向垂直的方向的分量的力而宽度变窄以后又拓宽了的部分切断，来制作越接近端部宽度越窄的所述片状纤维。

8.如权利要求5或6所述的纤维宽度调节方法，其中，

所述旋转体分别由形成有圆形凸部的一对圆盘状辊构成，通过所述辊的各凸部和所述片状纤维之间的摩擦力，一边将所述片状纤维沿所述进给方向送出，一边使所述力作用于所述片状纤维。

9.如权利要求7所述的纤维宽度调节方法，其中，

所述旋转体分别由形成有圆形凸部的一对圆盘状辊构成，通过所述辊的各凸部和所述片状纤维之间的摩擦力，一边将所述片状纤维沿所述进给方向送出，一边使所述力作用于所述片状纤维。

10.如权利要求5或6所述的纤维宽度调节方法，其中，

所述旋转体由分别形成有沿着曲线的凸部的一对旋转部件构成，通过所述旋转部件的各凸部和所述片状纤维之间的摩擦力，一边将所述片状纤维沿所述进给方向送出，一边使所述力作用于所述片状纤维。

11.如权利要求7所述的纤维宽度调节方法，其中，

所述旋转体由分别形成有沿着曲线的凸部的一对旋转部件构成，通过所述旋转部件的各凸部和所述片状纤维之间的摩擦力，一边将所述片状纤维沿所述进给方向送出，一边使所述力作用于所述片状纤维。

12.如权利要求5～6、9和11中任一项所述的纤维宽度调节方法，其中，

使用含有热塑性粘合剂的片状纤维，在由所述旋转体将所述片状纤维夹入之前，用加热装置对所述片状纤维进行加热。

13.如权利要求7所述的纤维宽度调节方法，其中，

使用含有热塑性粘合剂的片状纤维，在由所述旋转体将所述片状纤维夹入之前，用加热装置对所述片状纤维进行加热。

14.如权利要求8所述的纤维宽度调节方法，其中，

使用含有热塑性粘合剂的片状纤维，在由所述旋转体将所述片状纤维夹入之前，用加热装置对所述片状纤维进行加热。

15.如权利要求10所述的纤维宽度调节方法，其中，

使用含有热塑性粘合剂的片状纤维，在由所述旋转体将所述片状纤维夹入之前，用加热装置对所述片状纤维进行加热。

16.一种复合材料成型方法，其通过将浸渗于由权利要求5～15中任一项所述的纤维宽度调节方法制作出的所述片状纤维内的树脂加热固化，来制作复合材料。

17.一种复合材料成型方法，具有如下步骤：

将由权利要求5～15中任一项所述的纤维宽度调节方法制作出的所述片状纤维层叠；以及

通过将浸渗于层叠后的所述片状纤维内的树脂加热固化，来制作复合材料。

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