CN113950404A - 复合材料成形品的制造方法以及制造装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供通过加热加压将包含热塑性树脂材料以及纤维材料的被成形材料高效地成形为高品质的复合材料成形品的复合材料成形品的制造方法以及制造装置。复合材料成形品的制造方法通过对包含热塑性树脂材料以及纤维材料的被成形材料(20)进行加热加压而制造经纤维强化后的复合材料成形品(50)，其中，复合材料成形品的制造方法包括：预成形工序，以在被成形材料(20)与预成形模(1a)之间配置有脱模片材(30)的状态将被成形材料(20)收容于预成形模，通过加热加压使热塑性树脂材料浸渍于纤维材料中而预成形为浸渍中间材料(40)；移送工序，从预成形模(1a)将被加热的状态的浸渍中间材料(40)在抵接有脱模片材(30)的状态下取出并移送；以及成形工序，将浸渍中间材料(40)收容于成形模(10a)并通过加压而将浸渍中间材料(40)成形为复合材料成形品(50)。

Description

复合材料成形品的制造方法以及制造装置
技术领域
本发明涉及对包含热塑性树脂材料以及纤维材料的被成形材料进行加热加压而制造经纤维强化后的复合材料成形品的复合材料成形品的制造方法以及制造装置。
背景技术
由热塑性树脂材料以及纤维材料构成且经纤维强化后的复合材料具备轻量、高强度、高弹性模量等优异的特性，在航空器、机动车、运动关联用具这样的广泛领域中使用。作为成形这样的复合材料的方法，存在各种各样的成形方法，但作为制造小型以及中型的成形品的方法，加热加压成形法由于能够高效地成形各种成形品，因此被使用。
作为加热加压成形法，可列举热成形法、冷成形法以及冲压成形法等。
在热成形法和冷成形法中，将热塑性UD(单向)预浸片材沿任意的方向层叠得到的层叠物或者将强化纤维织物与热塑性树脂片材交替层叠得到的层叠物等作为被成形材料使用。首先，被成形材料被投入成形模具，进行加热加压而使热塑性树脂材料熔融的同时成形为规定形状。接下来，将成形模具冷却加压并使热塑性树脂固化，从而获得成形品。成为树脂浸渍性以及成形为复杂形状的成形性优异的成形法。
在冲压成形法中，将沿任意的方向层叠热塑性UD(单向)预浸片材得到的层叠物等用作被成形材料，首先，将被成形材料加热加压而形成热塑性树脂材料浸渍在纤维束中的板状的成形体(板状成形体)。接下来，将板状成形体在红外线等的作用下利用加热炉加热而成为熔融状态。之后，在将板状成形体向成形模具投入并加压的同时进行冷却而得到规定形状的成形品。冲压成形法是也包含复杂的形状在内能够在短时间内成形复合材料成形品的方法。
需要说明的是，作为板状成形体，能使用将强化纤维织物层叠且使热塑性树脂材料浸渍而一体化为板状的成形体、将对热塑性UD预浸片材呈长条状进行分切加工得到的短切带(chopped tape)随机分散并层叠而通过加热加压一体化为板状的成形体等。
作为获得高品质的热塑性树脂复合材料的成形品方法，例如提出有专利文献1以及2所记载的方法。
在专利文献1中，记载有如下一种方法，即，在将由加强纤维材料与热塑性树脂材料构成的被成形材料配置于一对成形模体之间，将成形模体设置于一对加热冲压模体之间并进行加热、加压处理之后，在一对冷却冲压模体之间设置成形模体并进行冷却、加压处理，使热塑性树脂材料浸渍在加强纤维材料中使其一体化进行成形。
另外，在专利文献2中，记载有如下一种纤维强化热塑性树脂成形体的制造方法，即，将成形前的纤维强化热塑性树脂的整体利用由具有比该热塑性树脂的熔点高的熔点的材料构成的耐热性衬垫材包覆并利用密封件密封耐热性衬垫件的内部，将内包有纤维强化热塑性树脂的耐热性衬垫件的内部的空气排出并将该内部减压为亚真空状态，将耐热性衬垫件与纤维强化热塑性树脂一起配置在被加热的模具内，关闭该模具进行加压成形，在经过规定时间后进行冷却。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-113369号公报
专利文献2：日本特开2018-51795号公报
发明内容
发明要解决的课题
上述的热成形法和冷成形法是如下这样的方法，即，在预先被加热的模具设置放置层叠物，以所需压力、所需时间进行加热加压处理。之后，以所需加压状态迅速进行冷却处理，在达到规定的冷却温度时，将成形体取出。因此，虽能够获得高品质的成形体，但需要反复加热以及冷却模具，容易加速模具的劣化。另外，还存在难以缩短成形处理时间、电费等处理成本变高这样的缺点。
在上述的冲压成形法中，需要制造板状成形体。作为板状成形体的制造方法，例如，通过进行基于双层带式装置等的连续的加热加压处理和冷却加压处理，从而连续地供给层叠物，制作浸渍有热塑性树脂材料的板状的成形体。在这样的制造方法中，能够以短时间制造板状成形体，是具有高生产率的方法。
但是，双层带式装置的装置成本昂贵。另外，用于航空器等的耐热热塑性树脂材料具有由于成形温度为400℃上下因此电费等成本负担较大，且基于高温加热的带的消耗严重而使制造成本增大的缺点。
另外，为了使热塑性树脂材料向纤维材料的浸渍良好，进行提高加热温度而使树脂材料的粘度降低或者提高加热处理时的加压力的措施，但在对被连续搬运的层叠物的侧端部没有限制而自由的状态下，熔融的树脂材料与纤维材料一起从层叠物的侧端部流出，存在层叠物的侧端部处的纤维取向以及Vf(纤维体积含有率)值不均匀而导致品质降低这样的缺点。
另外，作为板状成形体的制造方法是如下这样的方法，即，使用热成形法和冷成形法，通过在将板状的层叠物利用脱模片材夹着的同时沿厚度方向层叠多张的状态下进行加热加压处理从而制造成板状成形体。即使成形时间需要长时间，通过将层叠物层叠多张来一次性进行加热加压处理，从而也具有能够降低每一张的单价以及处理时间的优点。但是，将层叠物利用脱模片材夹着的同时沿厚度方向层叠多张耗费工夫，且在增加层叠的张数的情况下，耗费相应的加热时间，作为结果是难以量产化。
另外，在冲压成形法中，将板状成形体在空气中利用远红外线等装置进行加热，但也存在根据热塑性树脂材料的种类而产生基于加热的劣化这样的课题。
在专利文献1记载的成形方法中，需要制造均匀厚度的成形模体，难以制造与立起有肋、凸台那样的复杂形状的成形品对应的成形模体，在复杂形状的复合材料成形品的成形方面存在课题。另外，在冷却工序中，也没有对成形品的端部的限制，成形品的端部的状态无法控制而不能加工成规定的形状，有可能强化纤维的取向紊乱变大。
在专利文献2中，由于利用耐热性衬垫件内包纤维强化热塑性树脂整体并配置于模具且进行加热加压成形，因此在制造呈立起有肋、凸台那样的形状或者具有无法呈片状展开的曲面也就是非展开面的形状等时，可能在耐热性衬垫材产生褶皱、破裂等而无法成形。
根据以上的内容，可以说尚未确立以高品质、短时间以及低成本成形由热塑性树脂材料以及纤维材料构成的复合材料的方法。
因此，本发明目的在于提供能够通过加热加压将包含热塑性树脂材料以及纤维材料的被成形材料高效地成形为高品质的复合材料成形品的复合材料成形品的制造方法以及制造装置。
用于解决课题的方案
本发明的复合材料成形品的制造方法通过对包含热塑性树脂材料以及纤维材料的被成形材料进行加热加压而制造经纤维强化后的复合材料成形品，其中，所述复合材料成形品的制造方法包含：预成形工序，以在所述被成形材料与预成形模之间配置有脱模片材的状态将所述被成形材料收容于所述预成形模，通过加热加压使所述热塑性树脂材料浸渍于所述纤维材料中而预成形为浸渍中间材料；移送工序，从所述预成形模将被加热的状态的所述浸渍中间材料在抵接有所述脱模片材的状态下取出并移送；以及成形工序，将所移送的所述浸渍中间材料在被加热的状态下收容于成形模并至少通过加压而将所述浸渍中间材料成形为复合材料成形品。
本发明的复合材料成形品的制造装置将包含热塑性树脂材料与纤维材料的被成形材料进行加热加压而制造经纤维强化后的复合材料成形品，其中，所述复合材料成形品的制造装置具备：预成形部，其具备预成形模和预成形机构，所述预成形模以在所述被成形材料与预成形模之间配置有脱模片材的状态收容所述被成形材料，所述预成形机构对收容有所述被成形材料的所述预成形模进行加热加压并使所述热塑性树脂材料浸渍于所述纤维材料中而成形为浸渍中间材料；移送部，其从所述预成形模将被加热的状态的所述浸渍中间材料在抵接有所述脱模片材的状态下取出并移送；以及成形部，其具有成形模和成形机构，所述成形模将所移送的所述浸渍中间材料以被加热的状态收容，所述成形机构至少对收容有所述浸渍中间材料的所述成形模进行加压而将所述浸渍中间材料成形为复合材料成形品。
发明效果
本发明在将包含热塑性树脂材料以及纤维材料的被成形材料加热加压而预成形浸渍中间材料之后，将浸渍中间材料维持以成形的形状被加热的状态来成形复合材料成形品，因此能够高效且高品质地制造复合材料成形品。
附图说明
图1是表示本发明的复合材料成形品的制造工序例的说明图。
图2是涉及预成形模的说明图。
图3是表示将被成形材料以及脱模片材层叠后的状态的侧视图。
图4是涉及预成形工序的工序说明图。
图5是涉及成形工序的工序说明图。
图6是涉及设置有冷却部的预成形模的说明图。
图7是涉及使用了图6所示的预成形模的预成形工序的工序说明图。
图8是使用脱模片材移送浸渍中间材料的工序说明图。
图9是使用脱模片材移送浸渍中间材料的工序说明图。
图10是涉及在图8所示的工序中使用的预成形模的概略结构图。
图11是涉及图10所示的预成形模的预成形侧端模的说明图。
图12是涉及成形工序的变形例的工序说明图。
图13是涉及成形工序的另一变形例的工序说明图。
图14是涉及实施例3的成形工序的工序说明图。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式进行详细说明。需要说明的是，以下说明的实施方式是实施本发明时优选的具体例，因此在技术上进行了各种限定，但只要在以下的说明中没有特别明确记载限定发明的意旨，本发明就不限定于这些方式。
在本发明的复合材料成形品的本制造方法中，对包含热塑性树脂材料以及纤维材料的被成形材料进行加热加压而制造经纤维强化后的复合材料成形品。具体而言，包括：预成形工序，以在被成形材料与预成形模之间配置有脱模片材的状态将被成形材料收容于预成形模，通过加热加压使热塑性树脂材料浸渍于纤维材料中而预成形为浸渍中间材料；移送工序，从预成形模将被加热的状态的浸渍中间材料在抵接有脱模片材的状态下取出并移送；以及成形工序，将所移送的浸渍中间材料在被加热的状态下收容于成形模并通过加压而将浸渍中间材料成形为复合材料成形品。
图1是表示本发明的复合材料成形品的制造工序例的说明图。在该例子中，具备进行预成形工序的预成形部1以及进行成形工序的成形部10。被成形材料20与脱模片材30一起收容于预成形部1内，并在预成形部1内被加热加压而预成形为浸渍中间材料40。浸渍中间材料40从预成形部1在被加热的状态下保持抵接有脱模片材30的状态被取出并移送。被移送的浸渍中间材料40通过剥离脱模片材30而维持以成形的形状被加热的状态收容于成形部10内，在成形部10内被冷却加压而成形复合材料成形品50。
图2是涉及设置于预成形部1的预成形模1a的说明图，图2的(a)是涉及预成形模1a的概略剖视图，图2的(b)表示图2的(a)的A-A’剖视图。预成形模1a具备预成形上模2、预成形下模3以及预成形侧端模4。预成形上模2与预成形下模3对置配置，在预成形上模2的下表面即预成形上表面部2a与预成形下模3的上表面即预成形下表面部3a之间形成预成形区域。预成形侧端模4是用于对熔融的热塑性树脂材料从未配置脱模片材的部分流出进行处理的模，在该例子中该预成形侧端模4在预成形下模3的上表面以包围预成形区域的方式配置。预成形侧端模4也能够与预成形下模3一体化，但通过将预成形侧端模4与预成形下模3独立配置，如后述那样，能够抑制与预成形侧端模4对置配置的浸渍中间材料40的周缘部处的热塑性树脂材料的流动而实现品质提高。
在预成形上模2以及预成形下模3以沿着预成形区域的方式内置有多根加热棒5，通过对加热棒5进行加热控制从而将预成形区域加热至规定的温度。在预成形下模3以能够沿上下方向进出的方式插入配置有推杆7。在预成形侧端模4的上表面配置有间隙调整夹具6。
预成形上模2的上部以及预成形下模3的下部分别隔着隔热件8支承固定于冲压装置9。通过使冲压装置9进行动作而使预成形上模2朝向预成形下模3相对移动，由此对预成形区域进行加压。在该例子中，作为预成形机构，具备进行基于加热棒5的加热处理以及基于冲压装置9的加压处理的装置。
进行成形工序的成形部10具备成形上模11以及成形下模12作为成形模10a。成形上模11与成形下模12对置配置，在成形上模11与成形下模12之间形成成形区域。在成形上模11以及成形下模12的内部以沿着成形区域的方式配管有多根冷却管13，通过使冷却管13内流通冷却介质从而冷却成形区域。在成形下模12以能够沿上下方向进出的方式插入配置有推杆14。
成形上模11的上部以及成形下模12的下部分别隔着隔热件15支承固定于冲压装置16。通过使冲压装置16进行动作而使成形上模11朝向成形下模12相对移动，由此对成形区域进行加压。在该例子中，作为成形机构，具备进行基于冷却管13的冷却处理以及基于冲压装置16的加压处理的装置。
进行移送工序的移送部(未图示)配置于预成形部1与成形部10之间，从预成形模1a在被加热的状态下将浸渍中间材料40保持抵接有脱模片材30的状态取出并移送。作为移送部，能够使用搬运机、致动器等公知的移送机构。
被成形材料20以使两表面与脱模片材30抵接的状态收容于预成形部1内的预成形区域。被成形材料20以与预成形模1a之间配置有脱模片材30的状态被收容。图3是表示将被成形材料20以及脱模片材30层叠后的状态的侧视图。在该例子中，被成形材料20通过将片状的纤维材料21以及片状的热塑性树脂材料22交替层叠而形成，在其两表面分别配置有脱模片材30。
作为被成形材料，使用至少包含热塑性树脂材料以及纤维材料的被成形材料。热塑性树脂材料可列举聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺(尼龙6、尼龙66、尼龙12等)、聚缩醛、聚碳酸酯、丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚醚酰亚胺、聚醚砜、聚苯硫醚、聚醚酮、聚醚醚酮等。另外，也可以将这些热塑性树脂混合两种以上而形成聚合物合金来使用。热塑性树脂材料可以是液状、粉末状、粒状、纤维状、布帛状、片状这样任意形态，没有特别限定。
纤维材料是碳纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维、芳族聚酰胺纤维、聚甲醛纤维、芳香聚酰胺纤维、PBO(聚对亚苯基苯并二噁唑)纤维、金属纤维等FRP中使用的高强度、高弹性模量的无机纤维、有机纤维等加强纤维多根集束而成的材料。另外，也可以组合多个各种纤维束。需要说明的是，关于纤度没有特别限定。
作为被成形材料的形态，例如可列举使用在单向排列的多根纤维材料中浸渍有热塑性树脂材料的热塑性UD(Unidirectional；单向)预浸片材、将热塑性UD预浸片材沿任意方向层叠得到的层叠物的形态。另外，也可以是，作为纤维材料以织物的形态使用，将织物与热塑性树脂片材交替地层叠的层叠物的形态。而且，也可以是将对热塑性UD预浸片材呈长条形进行分切加工而得到的短切带随机分散并层叠而成的片状的层叠物的形态。而且，也可以是由纤维材料以及纤维状的热塑性树脂材料构成的无纺布形态。
关于层叠物，为了能够维持层叠的状态，例如能够使用由棒式加热器那样的构件呈点状熔敷而一体化的层叠物。
作为热塑性UD预浸片材，既可以是在纤维材料中热塑性树脂材料呈几乎没有空隙的状态浸渍而成的预浸片材，也可以是在将纤维材料排列而成的层之间热塑性树脂材料不均匀地存在且在纤维材料中热塑性树脂材料半浸渍的状态的半预浸片材。
作为脱模片材，可列举具有耐热性与脱模性的树脂片材或者在金属片材的表面涂覆脱模剂得到的片材。由于脱模片材的原材料被加热至热塑性树脂材料的熔融温度，因此优选为选择在该加热温度下能够维持脱模片材的形态的原材料。例如，在作为热塑性树脂材料为PP(聚丙烯)树脂、PA6的(聚酰胺6)树脂等的情况下，由于加热温度是200℃～260℃的范围，因此脱模片材优选为选择氟系树脂片材。在作为热塑性树脂材料为PPS(聚苯硫醚)树脂、PEEK(聚醚醚酮)树脂等的情况下，由于加热温度成为300℃～400℃的范围，因此脱模片材优选为选择热固化性PI(聚酰亚胺)树脂片材。
在将金属片材选择为脱模片材的情况下，耐热性充分，但在表面涂覆的脱模剂需要选择对于预成形工序中的加热温度具有耐久性的原材料。
需要说明的是，与浸渍中间材料抵接的脱模片材优选为具有柔软性的原材料。在从浸渍中间材料剥离脱模片材的情况下，通过从端部逐渐剥离脱模片材，能够不破坏浸渍中间材料的成形的形状，并且能够在脱模片材不产生褶皱、折痕而顺畅地进行剥离。
图4是涉及预成形工序的工序说明图，图5是涉及成形工序的工序说明图。在预成形工序中，在将脱模片材30粘附到被成形材料20的两侧的状态下，收容于预成形模1a内(图4的(a))。被成形材料20以在与预成形上模2以及预成形下模3之间配置有脱模片材30的状态被收容。预成形模1a通过预先设定为加热到热塑性树脂材料的熔融温度以上的状态，从而能够高效地进行预成形。
接下来，将预成形上模2以及预成形下模3闭模而设定为加压状态(图4的(b))。然后，在预成形上模2以及预成形下模3的热量传导且热塑性树脂材料熔融的状态下进行加压处理。通过加压处理，将被成形材料20成形为热塑性树脂材料浸渍于纤维材料且一体化得到的浸渍中间材料40。在成形了浸渍中间材料40之后，将预成形上模2以及预成形下模3开模，利用推杆7将被加热的状态的浸渍中间材料40以与脱模片材30抵接的状态顶起并从预成形下模3分离(图4的(c))。将浸渍中间材料40取出，并将紧贴在两侧的脱模片材30剥离，维持以成形的形状被加热的状态向成形部10移送(图4的(d))。
在将成形的浸渍中间材料40从预成形部1取出的情况下，脱模片材30配置于预成形上模2与预成形下模3之间，因此能够实现浸渍中间材料40不附着于预成形上模2以及预成形下模3而保持被加热的状态取出。浸渍中间材料40在被加热的状态下，热塑性树脂材料成为熔融或者软化的状态，因此具有粘合性，但能够通过脱模片材30不附着于预成形上模2以及预成形下模3而在维持成形的形状的状态下取出。
优选的是，在预成形工序中，将被成形材料的被加热加压的处理区域的面积设定为比预成形模1a的进行加热加压的作用区域的面积小。在上述的例子中，将被成形材料20的上表面以及下表面的被加热加压的面积设定为比由预成形上模2、预成形下模3以及预成形侧端模4划分出的预成形区域的进行加热加压的作用区域的面积小。通过如此设定，能够顺畅地进行被成形材料的收容动作，在进行加热加压时产生热塑性树脂材料的流动而容易加速向纤维材料中的浸透，能够减少浸渍中间材料中的空隙的产生。
在成形工序中，将以成形的形状被加热的状态的浸渍中间材料40收容于成形模10a内(图5的(a))。接下来，将成形上模11以及成形下模12闭模并设定为加压状态(图5的(b))。此时，成形上模11以及成形下模12设定为热塑性树脂材料固化的温度以下。由此，使浸渍中间材料40固化而成形为复合材料成形品50。在成形了复合材料成形品50之后，将成形上模11以及成形下模12开模并利用推杆14将复合材料成形品50顶起使其从成形下模12分离(图5的(c))。然后，将成形的复合材料成形品50取出(图5的(d))。如此一来，由于成形处于预先成形的加热状的浸渍中间材料，因此能够高效且高品质地制造复合材料成形品。
优选的是，在成形工序中，将浸渍中间材料的被加压的处理区域的面积设定为比成形模10a的进行加压的作用区域的面积小。在上述的例子中，将浸渍中间材料40的上表面以及下表面的被加压的面积设定为比由成形上模11以及成形下模12划分出的成形区域的进行加压的作用区域的面积小。通过如此设定，能够顺畅地进行浸渍中间材料的收容动作，在进行加压时浸渍中间材料流动，能够获得空隙少且形状精度高的成形品。
在图4至图5的工序说明图中，说明了一系列的被成形材料的制造工序，但被成形材料能够依次投入预成形部1进行处理，能够连续地对被成形材料进行成形处理。即，在刚将由预成形部1预成形的浸渍中间材料40向成形部10移送之后，将接下来的被成形材料20投入预成形部1，由此能够进行连续的成形处理。在这样的连续处理中，成形处理时间对预成形工序或者成形工序所耗费的时间进行制约。例如，作为1张处理时间，在预成形工序耗费1分钟、移送工序耗费10秒、成形工序耗费1分钟的情况下，能够以大致1分10秒制造一个复合材料成形品。另外，作为1张处理时间，在预成形工序耗费1分钟、移送工序耗费10秒钟、成形工序耗费3分钟的情况下，能够以大致3分10秒制造一个复合材料成形品。
由预成形工序成形的浸渍中间材料优选成形为可展开面形状。可展开面形状是指不伸缩而能够呈平面展开的形状，可列举平面形状即平板形状或者通过弯曲或切断而能够呈平面展开的形状。
例如，若为平板形状，通过在预成形工序中利用预成形上模2以及预成形下模3对平板形状的上表面以及下表面沿厚度方向进行加压，从而能够防止伴随着加压变形的不均匀的伸缩变形、剪切变形等。因此，浸渍中间材料能够尽量防止纤维材料的紊乱等不均匀部分的产生。另外，若将脱模片材30至少配置于平板形状的上表面与下表面的两面，则平板形状为可展开面形状，因此在加压变形中在脱模片材中不易产生褶皱、破损。通过该效果，得到成形出品质良好的浸渍中间材料，并且能够获得重复使用脱模片材的优点。
在上述的例子中，在预成形工序中，在被成形材料20的上表面以及下表面配置脱模片材30，在上下表面以外的周端面未配置有脱模片材30。因此，有可能从被成形材料20的周缘部流出熔融的热塑性树脂材料，周缘部的纤维材料的紊乱等品质劣化或附着于预成形侧端模4。因此，在预成形工序中，通过这样的加压动作使热塑性树脂材料不过度地流出到周缘部，进行浸渍中间材料的周缘处理。
作为浸渍中间材料的周缘处理方法，进行预成形模的加压动作直至浸渍中间材料的加压方向的形状厚度成为设定厚度，在形状厚度成为设定厚度之后停止预成形模的加压动作。
这里，设定厚度是指在纤维材料中浸渍热塑性树脂材料并一体化得到的浸渍中间材料的厚度，且优选为将没有空隙且浸渍的状态下的厚度设为设定厚度。
在作为浸渍中间材料成形一定厚度的板状的情况下，根据收容于预成形模内的被成形材料的重量Wm(g)、没有空隙地进行了成形的情况下的浸渍中间材料的密度pm(g/cm3)、所成形的浸渍中间材料的面积Am(cm2)，并通过以下的式子求出在纤维材料中没有空隙地浸渍热塑性树脂材料并进行了成形时的浸渍中间材料的厚度t(mm)。
t＝(Wm/ρm)/A
这里，没有空隙地进行了成形的情况下的浸渍中间材料的密度ρm(g/cm3)根据所收容的被成形材料由以下那样求出。在被成形材料仅由纤维材料与热塑性树脂材料构成的情况下，在纤维材料的密度成为ρc(g/cm3)、纤维材料的单位面积重量成为Wc(g/m2)、热塑性树脂材料的密度成为ρr(g/cm3)、热塑性树脂材料的单位面积重量成为Wr(g/m2)时，浸渍中间材料的密度ρm(g/m3)由以下的式子求出。
ρm＝(Wc+Wr)/{(Wc/ρc)+(Wr/ρr)}
在上述的例子中，设定厚度使用间隙调整夹具6作为对预成形上模2以及预成形下模3的间隔进行调整的间隔调整部来设定。在预成形部1的预成形上模2与预成形侧端模4之间设置与设定厚度对应的间隙调整夹具6。在预成形部1以设定加压力合模时，通过间隙调整夹具6在预成形上模2与预成形侧端模4之间产生间隙。因此，预成形上模2与预成形下模3的间隔被调整，从而进加压直至被成形材料成为设定厚度，可靠地预成形为设定厚度的浸渍中间材料。然后，在成为成形成设定厚度的状态时，基于合模的设定加压力向间隙调整夹具6施加，且对浸渍中间材料的加压动作停止。浸渍中间材料不被加压，抑制热塑性树脂材料向周缘部的流动。
因此，能够抑制热塑性树脂材料以及周缘部附近的纤维材料从浸渍中间材料的周缘部流出而附着于预成形侧端模4并按压。当成为周缘部的热塑性树脂材料以及纤维材料流出而附着于预成形侧端模4并进行按压的状态时，浸渍中间材料成为压接于预成形侧端模4并支撑的状态，难以从预成形模1内取出浸渍中间材料。需要说明的是，预成形侧端模4以与预成形下模3独立的方式进行配置，因此通过对预成形侧端模4的配置进行微调，从而也能够防止从被成形材料20的周缘流出的热塑性树脂材料以及纤维材料附着于预成形侧端模4。另外，间隙调整夹具6也能够安装于与预成形上模2的预成形侧端模4对置的位置。
作为浸渍中间材料的周缘处理方法，也可以是，在预成形工序中，在对被成形材料进行加热加压而使热塑性树脂材料浸渍于纤维材料中时，对被成形材料的至少未配置脱模片材的部分进行冷却的同时对浸渍中间材料进行预成形。
图6是涉及设置有冷却部的预成形模101的说明图，图6的(a)是俯视图，图6的(b)是图6的(a)的B-B’剖视图，图6的(c)是图6的(a)的C-C’剖视图。在该例子中，预成形部100与图2所示的预成形模1a相同，作为预成形模101而具备预成形上模102以及预成形下模103。在预成形下模103的上表面103a以包围预成形区域的方式配置有预成形侧端模104。通过在预成形上模102以及预成形下模103插入加热棒105，并使加热棒105加热，从而能够对预成形模101整体进行加热。另外，通过在预成形下模103插入推杆107，并使推杆107上下移动，从而能够成为将浸渍中间材料顶起并可以取出的状态。这种结构与预成形部1相同。
在预成形侧端模104中内置有冷却管106，沿着配置为矩形形状的预成形侧端模104的四个边部而配管有四根冷却管106。在冷却管106中流通水、油等冷却介质而将预成形侧端模104冷却。冷却温度至少需要成为热塑性树脂材料的熔融温度以下，且设定冷却温度，以在被成形材料被加热加压时，防止热塑性树脂材料从未配置脱模片材的周缘部流出以及伴随于此的纤维材料的取向紊乱等。
图7是涉及使用了图6所示的预成形模101的预成形工序的工序说明图。需要说明的是，关于成形工序，与利用图5进行说明的工序相同，因此省略。
在预成形工序中，在被成形材料20的两表面抵接有脱模片材30的状态下，收容于在预成形部100内设置的预成形模101(图7的(a))。被成形材料20以在与预成形上模2和预成形下模3之间配置有脱模片材30的状态被收容。预成形部100通过预先设定为将预成形模101加热到热塑性树脂材料的熔融温度以上的状态，从而能够高效地进行预成形。而且，优选的是，预先将与被成形材料20的至少未配置有脱模片材30的周缘部接触的预成形侧端模104冷却至熔融温度以下。
接下来，将预成形上模102以及预成形下模103闭模并设定为加压状态(图7的(b))。然后，通过在预成形上模102以及预成形部103的热量传导且热塑性树脂材料熔融的状态下进行加压处理，从而能够将被成形材料20成形为热塑性树脂材料浸渍于纤维材料并一体化得到的浸渍中间材料40。此时，浸渍中间材料40的周缘部被预成形侧端模104冷却，防止热塑性树脂材料的流出以及伴随于此的纤维材料的取向紊乱等。
在成形了浸渍中间材料40之后，将预成形上模102以及预成形下模103开模，利用推杆107将被加热的状态的浸渍中间材料40顶起并使其从预成形下模103分离(图7的(c))。此时，浸渍中间材料40的周缘部由于被冷却，因此能够不粘接于预成形侧端模104而顺畅地取出。将浸渍中间材料40取出，并将在两侧紧贴的脱模片材30以从端部逐渐揭开的方式剥离，维持以成形的形状被加热的状态而将该浸渍中间材料40向成形部10移送(图7的(d))。
如以上说明那样，通过对浸渍中间材料进行以设定厚度停止加压动作的方法、将至少未配置脱模片材的部分冷却的方法这样的周缘处理，从而即使在浸渍中间材料的被加压面配置脱模片材，在除此以外的未被加压的面不配置脱模片材，也能够在维持以成形的形状被加热的状态下防止树脂材料的附着等而顺畅地取出浸渍中间材料。因此，能够实现以短时间进行成形循环。
作为这种周缘处理的方法，可以进行上述的基于设定厚度的加压停止处理以及未配置脱模片材的部分的冷却处理以外的处理，也能够将这些处理组合来使用，没有特别限定。
如上述那样，在浸渍中间材料成形为板状的情况下，能够在与预成形上模以及预成形下模接触的两侧的面配置脱模片材，且在成为不与预成形上模以及预成形下模接触的周缘部的侧面省略脱模片材的配置。因此，能够在将被加热的状态的浸渍中间材料保持在两张脱模片材之间的状态下移送。
另外，由于脱模片材可以不是在紧贴于浸渍中间材料的状态下被勉强地弯曲或者切断，因此也具有脱模片材的处理变得容易，在脱模片材不产生褶皱、缝隙而能够重复使用的优点。而且，在通过预成形工序以及成形工序移送被成形材料的情况下，也能够根据复合成形品的形状而直接使用脱模片材。
图8以及图9是使用脱模片材移送浸渍中间材料的工序说明图。另外，图10是涉及在图8所示的工序中使用的预成形部200设置的预成形模201的概略结构图，图10的(a)是俯视图，图10的(b)是图10的(a)的D-D’剖视图，图10的(c)是图10的(a)的E-E’剖视图。图11是涉及图10所示的预成形模201的预成形侧端模的说明图。
在该例子中，预成形模201具备预成形上模202以及预成形下模203，在预成形下模203的上表面203a以包围预成形区域的方式配置有预成形侧端模204a以及204b。通过在预成形上模202以及预成形下模203插入加热棒205，并使加热棒205加热，从而能够将预成形模201整体加热。另外，在预成形上模202插入推杆207，并如后述那样使推杆207上下移动，从而能够成为将浸渍中间材料载置于脱模片材231上的状态。
被成形材料220载置于连续的脱模片材231上，并在上侧配置有脱模片材230。脱模片材231被从送出辊232送出并被搬运辊233以及234向预成形下模203的上表面203a的预成形区域搬运，且被卷绕辊235卷绕。
预成形侧端模204a以及204b配置为矩形形状，且在沿着脱模片材231的搬运方向的一对边部配置有一对预成形侧端模204b，在将搬运方向横截的一对边部配置有一对预成形侧端模204a。
一对预成形侧端模204a支承固定在以能够沿上下方向移动的方式安装于预成形上模202的动作杆208b的前端部，在动作杆208b的周围装配有由压缩弹簧构成的施力构件208a。施力构件208a的两端部分别压接于预成形上模202以及预成形侧端模204a，该施力构件208a向使预成形上模202以及预成形侧端模204a相互分离的方向施力。在预成形侧端模204a的内部配管有冷却管206a，并从未图示的冷却装置供给冷却介质而使其流通。
一对预成形侧端模204b沿着被搬运的脱模片材231配置于其两侧，并在内部配管有冷却管206b。如图11所示，在预成形侧端模204b设置有与内部的冷却管206b连通的供给管206c以及排出管206d，并从未图示的冷却装置供给冷却介质而使其流通。
预成形上模202的上部以及预成形下模203的下部分别隔着隔热件209支承固定于冲压装置210。通过使冲压装置210进行动作以使预成形上模202朝向预成形下模203移动，从而对预成形区域进行加压。
在预成形工序中，首先，如图9的(a)所示，在连续的脱模片材231上载置有被成形材料220，在被成形材料220的上侧配置有脱模片材230。因此，被成形材料220成为被脱模片材230以及231从上下夹着的状态。在预成形部200中，预成形上模202设定在上升了的待机位置，伴随于此预成形侧端模204a也上升而成为与预成形下模203分离的状态。
接下来，进行脱模片材231的搬运动作，将被成形材料220向预成形区域搬入(图9的(b))。由于预成形侧端模204a成为上升了的状态，因此被成形材料220与脱模片材231一起被搬入。在预成形区域的两侧配置有预成形侧端模204b，成为在预成形侧端模204b之间配置有被成形材料220的状态。而且，在被成形材料220与预成形下模203的上表面之间配置有脱模片材231。
接下来，成为预成形上模202下降且预成形侧端模204a配置于被成形材料220的两侧而与脱模片材231抵接的状态(图9的(c))。通过使预成形上模202进一步下降，从而成为预成形上模202的下表面压接于脱模片材230、在被成形材料220与预成形上模202之间配置有脱模片材230的状态(图9的(d))。此时，预成形侧端模204a成为压接并紧贴于脱模片材231、且以包围被成形材料220的周缘部的方式配置有预成形侧端模204a以及204b的状态。伴随着预成形上模202的下降，安装有预成形侧端模204a的动作杆208b逐渐向预成形上模202内压入。因此，在预成形上模202与预成形侧端模204a之间安装的施力构件208a成为被压缩的状态。
在预成形模201中，对于设置于其内部的预成形区域的被成形材料220，利用预成形上模202以及预成形下模203进行加热加压，并且使预成形侧端模204a以及204b内流通冷却介质而对未配置脱模片材的周缘部进行冷却处理。然后，对使被成形材料220的热塑性树脂材料熔融而与纤维材料浸渍一体化得到的浸渍中间材料240进行预成形。
接下来，如图9的(a)所示，使预成形上模202上升而使下表面从脱模片材230分离。此时，预成形侧端模204a在施力构件208a的作用力的作用下将动作杆208b从预成形上模202引出而维持与脱模片材231紧贴的状态。
接下来，在使预成形上模202从脱模片材230分离了的状态下，使推杆207下降而设定为与脱模片材230抵接的状态，并使预成形上模202进一步上升(图9的(b))。在伴随着预成形上模202的上升，由推杆207将脱模片材230与浸渍中间材料240一起压住的状态下，预成形侧端模204a上升而与浸渍中间材料240分离，能够将浸渍中间材料240维持以成形的形状被加热的状态使预成形上模202以及预成形侧端模204a上升(图9的(c))。
接下来，进行脱模片材231的搬运动作，将浸渍中间材料240向接下来的成形工序移送(图9的(d))。此时，通过将脱模片材230从浸渍中间材料240剥离，能够将浸渍中间材料240维持以成形的形状被加热的状态向成形工序搬入。作为脱模片材230的剥离方法，例如，通过设置对脱模片材230的前端部进行把持的把持构件并设置使其向与搬运方向相反的一侧移动的移动机构，从而能够容易地将脱模片材230剥离。另外，在不成形为复杂的形状的情况下，也可以是，保持附着有脱模片材230的状态向成形工序投入并进行成形。
如以上说明那样，从预成形部200将浸渍中间材料240以抵接有脱模片材的状态取出并向成形工序移送，因此能够高效地进行预成形，能够容易地处理浸渍中间材料240。
另外，在移送工序中，在使与浸渍中间材料240的至少未配置脱模片材的部分接触的预成形模201的侧端的模部分即预成形侧端模204a分离之后，取出浸渍中间材料240，因此能够将浸渍中间材料240维持以成形的形状被加热的状态而取出。
在将被成形材料加热加压而成形为浸渍中间材料的情况下，浸渍中间材料成形为从加压前的被成形材料的形状扩展得到的形状。因此，浸渍中间材料以被加压的状态与预成形模接触，并且在扩展时作用要将预成形模扩张的力。如此成形的浸渍中间材料压接于预成形模并成为支撑的状态，进而在加热状态下热塑性树脂材料容易流动且形状容易变形，因此难以不使成形的形状变形地从预成形模取出。因此，使与浸渍中间材料的至少未配置脱模片材的部分接触的预成形模的模部分移动，且成为浸渍中间材料与模部分分离了的状态，从而能够容易地将浸渍中间材料在抵接有脱模片材的状态下取出。
另外，通过在脱模片材中使用柔软的原材料，从而能够在移送工序中，在将浸渍中间材料以抵接有脱模片材的状态取出之后，将脱模片材以从端部逐渐揭开的方式从浸渍中间材料剥离。如此一来，能够不破坏浸渍中间材料的形状地向成形工序移送并投入。由此，能够高效地成形高品质的成形品。
在将复合材料成形品设为复杂的形状、例如具有肋、凸台形状的形状、具有倒圆角形状的角部分的形状的情况下，无法进行将已预成形的浸渍中间材料在抵接有脱模片材状态下加压成形的成形工序。因此，在将浸渍中间材料以抵接有脱模片材的状态从预成形模取出之后，剥离脱模片材，并通过成形工序仅对浸渍中间材料进行加压成形，从而能够获得复杂的复合材料成形品。
图12是涉及成形工序的变形例的工序说明图。在该例子中，示出将通过利用图8至图9进行了说明的预成形工序成形的浸渍中间材料240移送并进行成形的工序。在成形工序中，使用收容浸渍中间材料240的成形模体250、将成形模体250加压的加热冲压部260以及将成形模体250加压的冷却冲压部270来进行成形处理。
成形模体250具备成形上模体251以及成形下模体252，并在成形上模体251与成形下模体252之间收容有浸渍中间材料240。成形上模体251以及成形下模体252分别以能够装卸的方式安装于加热冲压部260以及冷却冲压部270。例如，能够利用机械式的锁定机构、基于电磁铁的磁力这样的公知机构来安装。
加热冲压部260具备内置加热棒的加热冲压上模261以及内置加热棒的加热冲压下模262，加热冲压上模261的上部隔着隔热件263固定于冲压装置264，加热冲压下模262的下部隔着隔热件263固定于冲压装置264。在加热冲压上模261的下表面以能够装卸的方式安装有成形上模体251，在加热冲压下模262的上表面以能够装卸的方式安装有成形下模体252。
冷却冲压部270具备在内部配管有冷却管的冷却冲压上模271以及在内部配管有冷却管的冷却冲压下模272，冷却冲压上模271的上部隔着隔热件273固定于冲压装置274，冷却冲压下模272的下部隔着隔热件273固定于冲压装置274。在冷却冲压上模271的下表面以能够装卸的方式安装有成形上模体251，在冷却冲压下模272的上表面以能够装卸的方式安装有成形下模体252。
在成形工序中，在加热冲压部260已打开的状态下，在加热冲压上模261以及加热冲压下模262分别安装有成形上模体251以及成形下模体252(图12的(a))。需要说明的是，加热冲压部260被预先加热处理，已安装的成形上模体251以及成形下模体252成为被均匀加热了的状态。优选的是，成形模体250预先设定为被加热到热塑性树脂材料的熔融温度以上的状态。而且，从预成形工序移送来的浸渍中间材料240向成形下模体252投入并收容于规定位置。
接下来，加热冲压上模261下降而成为成形上模体251向成形下模体252移动并与浸渍中间材料240接触的状态(图12的(b))。而且，使加热冲压上模261下降并将成形上模体251与浸渍中间材料240压接并对成形模体250进行加压而合模(图12的(c))。
由于成形模体250被加热至热塑性树脂的熔融温度以上，因此在从浸渍中间材料240成形为复合材料成形品时，流动变得顺畅，能够在纤维取向的紊乱少的情况下成形更加复杂的形状。
接下来，将加热冲压部260设定为打开的状态，并将已合模的成形模体250向冷却冲压部270移送(图12的(d))。冷却冲压部270预先被冷却处理成热塑性树脂材料固化的温度。然后，使冷却冲压上模271下降而将成形模体250设定为被加压的状态并进行冷却处理(图12的(e))。在冷却处理后，在将成形上模体251安装于冷却冲压上模271的状态下使该冷却冲压上模271上升，使成形模体250成为打开的状态而取出成形品280。
由于在保持成形模体的状态下进行冷却处理，因此能够不变形地使热塑性树脂材料固化而获得成形品，能够在短时间内处理成形工序。
图13是涉及成形工序的另一变形例的工序说明图。在该例子中，示出将通过利用图8至图9进行了说明的预成形工序成形的浸渍中间材料240移送并进行成形的工序。在成形工序中，使用收容浸渍中间材料240的成形模体310、将成形模体310加压的冲压部300来进行成形处理。
成形模体310由成形上模体311以及成形下模体312构成，并被未图示的加热装置预先加热处理为热塑性树脂材料的熔融温度以上。冲压部300具备在内部配管有流通管的冲压上模301以及在内部配管有流通管的冲压下模302，冲压上模301的上部隔着隔热件303固定于冲压装置304，冲压下模302的下部隔着隔热件303固定于冲压装置304。
首先，将冲压部300设定为打开的状态，将已预先加热处理的成形模体310配置于冲压上模301与冲压下模302之间，将成形模体310打开并投入浸渍中间材料240(图13的(a))。然后，设定为在成形上模体301与成形下模体302之间收容浸渍中间材料240并关闭的状态而配置于冲压下模302的上表面的规定位置，使冲压上模301下降而对成形上模体311进行加压(图13的(b))。需要说明的是，在冲压上模301以及冲压下模302配置流通管，且流通有热塑性树脂材料能够固化的温度的冷却介质。
当将冲压部300设为加压状态并将成形模体310合模时，成形模体310在初始阶段处于被加热的状态，因此该期间浸渍中间材料的热塑性树脂材料流动并顺畅地进行复杂的形状成形。而且，冲压上模301以及冲压下模302被冷却，因此成形模体310逐渐冷却，热塑性树脂材料固化(图13的(c))。在冷却处理后，使冲压上模301上升而将冲压上模300设定为打开的状态(图13的(d))，并将合模的状态的成形模体310取出(图13的(e))。然后，将成形模体310设为打开的状态而将成形品320取出。
在该例子中，能够在成形工序中将浸渍中间材料暂时设为加热状态而提高流动性来与复杂的形状对应且纤维取向良好地进行成形，之后进行冷却处理，由此能够实现成形时间的缩短化。
需要说明的是，在图12所示的工序中能够控制加热成形时间，但在图13所示的工序中由于加热状态被在冲压下模中设定的冷却温度的导热时间决定因此无法控制成形时间，在这点上两者不同。另一方面，在图13所示的工序中，与图12所示的工序相比，能够利用一台冲压部进行成形，因此能够使成形成本下降。
实施例
[实施例1]
<使用材料>
纤维材料：碳纤维束(东丽株式会社制；T700SC-60E-12000根/束，单丝直径0.007mm)
热塑性树脂材料：PA6制树脂膜(三菱树脂株式会社制；DIAMIRON宽度180mm，厚度0.02mm，熔点220℃)
<热塑性薄层半预浸片材的制造方法>
以在公知的热塑性薄层半预浸片材制造装置(例如，在日本特开2017-31342号公报所记载的由图5以及图6说明了的装置中，将图5所示的装置结构中的挤出成形装置部分拆下，并安装有将热塑性树脂膜投入的机构的装置)中将公知的开纤装置(例如日本特许5553074号公报所记载的图15A以及图15B所示的开纤装置)分别安装到热塑性薄层半预浸片材的两侧得到的装置结构来实施。
需要说明的是，在日本特开2017-31342号公报所记载的由图5说明的装置中，加热辊构成为2列，但在本实施例中成为将加热辊设为1列，且将冷却辊设为2列得到的装置结构。
作为搬运用带，使用有中兴带株式会社制的氟带(G类型带)。将加热辊的设定温度设定为270℃，将加热辊间的加压力设定为线压是25kgf/cm。另外，利用驱动马达以加工速度20m/分钟旋转驱动加热辊，冷却辊为自由旋转的机构。
各开纤装置中，将5根碳纤维束分别开纤为38mm，并制成宽度190mm、单位面积重量约为21g/m2的开纤丝片材，将各开纤丝片材在宽度方向稍微错开以使各开纤纤维束的端部在厚度方向上不重叠，并将各开纤丝片材从两侧分别连续地向日本特开2017-31342号公报所记载的图5所示的加热辊导入。
而且，从日本特开2017-31342号公报的图5所示的一系列的加热辊中的一方，将PA6树脂膜附在开纤丝片材上并导入，在PA6树脂膜成为了熔融状态时，通过一系列的加热辊来利用开纤丝片材夹着的同时进行加压，成为在开纤丝片材浸渍一些PA6树脂膜得到的半浸渍状态。
之后，通过冷却辊，由此将片材冷却并在从搬运用带剥离后，将两端部分切，从而作为热塑性薄层半预浸片材连续地卷绕在3英寸纸管。
在本制造中，实施50分钟，得到宽度160mm且长度1000m的热塑性薄层半预浸片材。对于所得到的热塑性薄层半预浸片材而言，单位面积重量为65g/m2(纤维单位面积重量约42g/m2)，且在浸渍状态下的厚度在计算上约为0.043mm，纤维体积含有率约为54％。热塑性薄层半预浸片材的厚度通过使用最小显示刻度为0.001mm的外侧千分尺(株式会社三丰制)测定10个部位，测定结果的平均值约为0.063mm。
<被成形材料的制造方法>
将所得到的热塑性薄层半预浸片材按照[45/0/-45/90]的顺序每4张层叠8次之后，以在厚度方向上对称层叠的方式按照[90/-45/0/45]的顺序每4张层叠8次，将总计64张层叠为490mm×490mm的大小的层叠物并进行手糊，制成片状的层叠物。
需要说明的是，使用直径3mm的加热棒，并将加热棒前端加热至270℃，每层叠4～5张热塑性薄层预浸片材就进行点熔敷，作为层叠物而一体化。将该层叠物设为被成形材料。
<复合材料成形品的制造方法>
制造出厚度是2.75mm且大小是宽度约500mm×长度约500mm的准各向同性地层叠得到的复合材料成形品(矩形形状的层叠板)。
作为预成形模，使用图1所示的装置结构，采用得到宽度495mm×长度495mm的平板状的浸渍中间材料的上模以及下模，在配置于下模的上表面的预成形侧端模内置冷却管使其具有冷却功能。另外，采用了间隙调整夹具，以避免在预成形模合模时浸渍中间材料合模为厚度2.75mm以下。
作为脱模片材，使用中兴带株式会社制的掺入玻璃布氟片材(厚度0.1mm)，并配置于被成形材料的两侧的表面。需要说明的是，脱模片材形成为纵约495mm×横约495mm的矩形形状，成为顺畅地收纳于预成形模内的尺寸。对于厚度调整夹具而言，考虑到预成形后的浸渍中间材料的厚度以及脱模片材的厚度，将厚度2.95mm的SUS制间隔件用作间隙调整夹具。
预成形模的上下加热加压面加热至250℃，预成形侧端模以成为100℃的方式使冷却油循环并进行了冷却。
作为成形模，使用图1所示的装置结构，采用能够制造宽度500mm×长度500mm的平板状的复合材料成形品的上模以及下模。成形模以成为150℃的方式进行温度控制。
将在两侧配置有脱模片材的被成形材料向预成形模投入后，进行了预成形模的合模。之后，在以0.5MPa进行了1分钟的加压动作之后，以5MPa进行约2分钟的加压动作，成形出浸渍中间材料。
接下来，将预成形模的上模以及下模设为打开的状态，使预成形侧端模与浸渍中间材料分离，得到平板状的浸渍中间材料。确认到成形为大小是495mm×495mm左右的大致矩形形状，且从周缘部渗出一些热塑性树脂材料以及纤维材料。然后，将浸渍中间材料在附着有脱模片材的状态下向成形模移送。
从浸渍中间材料剥离脱模片材并将其收容于成形模，将成形模合模且以5MPa进行3分钟加压的同时以150℃进行冷却处理。之后，将成形模的上模以及下模设为打开的状态，得到热塑性树脂材料浸渍于碳纤维束中并固化而成的准各向同性层叠板即复合材料成形品。
<关于浸渍中间材料>
几乎不向预成形侧端模的附着，能够不变形地维持以成形的形状被加热的状态取出并向成形模投入。
<复合材料成形品(准各向同性层叠板)的状态>
得到厚度是2.75mm且没有翘曲的准各向同性层叠板。在准各向同性层叠板的周缘部分流出一些热塑性树脂材料以及纤维材料，并成形为约500mm×约500mm的大小，但在比周缘靠内侧的490mm×490mm的区域中几乎见不到纤维材料的紊乱等，得到高品顾的复合材料成形品。而且，将准各向同性层叠板的周围切掉，能够加工成宽度约480mm×长度约480mm的尺寸的准各向同性层叠板。
[实施例2]
<使用材料>
使用与实施例1相同的纤维材料以及热塑性树脂材料。
<被成形材料的制造方法>
使用公知的准各向同性加强片材制造装置(例如，在日本特开2016-27956号公报所记载的图4所示的制造装置中，使用了片材供给机构、片材切断机构、采用了两个分配输送机的碎料搬运机构、采用了一个粘接辊装置的片材一体化机构、以及片材卷取机构得到的装置)。
将与实施例1相同地制造出的宽度160mm的热塑性薄层半预浸片材沿纤维方向切断成宽度5mm，沿与纤维方向正交的方向切断成长度20mm而制作成长条形状的短切带。热塑性薄层半预浸片材的供给速度设定为约30m/分钟来进行。
接下来，利用两个分配输送机使所得到的宽度5mm×长度20mm的短切带从两处向金属网制的搬运带上自然落下而使其分散。搬运带以搬运速度2m/分钟行进，使短切带在宽度500mm的范围分散。从宽度160mm的热塑性薄层半预浸片材以加工速度30m/分钟制作短切带，以加工速度2m/分钟制造宽度500mm的准各向同性加强片材，因此在搬运带上重合的短切带的厚度方向的平均张数约为5张。
之后，作为粘接辊装置，使用了将加热辊与冷却辊组合并利用特氟龙(注册商标)带按压搬运片材的机构。将加热辊加热至280℃，使重合的状态的短切带彼此粘接一体化，制成准各向同性加强片材。然后，在12英寸纸管进行卷绕。准各向同性加强片材的单位面积重量约为320g/m2。将所得到的准各向同性加强片材切断为宽度490mm×长度490mm的大小，将重叠15张而成的层叠物用作被成形材料。需要说明的是，被成形材料的重量约为1150g。
<复合材料成形品的制造方法>
制造出厚度是3mm且大小大致为宽度500mm×长度500mm的准各向同性地层叠得到的复合材料成形品(短切层叠板状成形体)。
预成形模以及成形模使用了与实施例1相同的模具。采用了间隙调整夹具，以避免在预成形模合模时浸渍中间材料合模为厚度3mm以下。
作为脱模片材，使用与实施例1相同的片材，形成为纵约495mm×横约495mm的大小，设为顺畅地收纳于预成形模内的尺寸。对于间隙调整夹具而言，考虑到预成形后的浸渍中间材料的厚度以及脱模片材的厚度，使用了厚度3.2mm的SUS制间隔件。
预成形模的上下加热加压面加热至250℃，配置于下模的上表面的预成形侧端模以成为100℃的方式使冷却油循环并进行了冷却。
在宽度490mm×长度490mm的尺寸的被成形材料的两侧配置脱模片材并将其向预成形模投入。进行预成形模的合模，在以0.5MPa进行了1分钟的加压动作之后，以5MPa进行约2分钟的加压动作，从而成形出浸渍中间材料。
接下来，将预成形模的上模以及下模设为打开的状态，使预成形侧端模与浸渍中间材料分离，得到宽度495mm×长度495mm的平板状的浸渍中间材料。然后，将变得容易移动的浸渍中间材料在附着有脱模片材的状态下从预成形模取出并移送。
从浸渍中间材料剥离脱模片材并将其收容于成形模，将成形模合模并以5MPa进行3分钟加压的同时以150℃进行了冷却处理。之后，将成形模的上模以及下模设为打开的状态，得到热塑性树脂材料浸渍于碳纤维束中并固化而成的短切层叠板状成形体即复合材料成形品。
<关于浸渍中间材料>
浸渍中间材料几乎不向预成形侧端模附着，能够不变形地维持以成形的形状被加热的状态取出。脱模片材通过从端部逐渐剥离而能够不产生褶皱、破损地从浸渍中间材料剥离。而且，能够在不破坏成形的形状的情况下仅将浸渍中间材料向成形模投入。
<复合材料成形品(准各向同性层叠板)的状态>
得到厚度是3mm且没有翘曲的约500mm×约500mm的短切层叠板状成形体。在短切层叠板状成形体的周缘部分流出一些热塑性树脂材料与纤维材料，但得到高品质的复合材料成形品。然后，将短切层叠板状成形体的周围切掉，能够加工成宽度约490mm×长度约490mm尺寸。
[实施例3]
<使用材料>
使用与实施例1相同的纤维材料以及热塑性树脂材料。
<被成形材料的制造方法>
使用了与实施例2相同的准各向同性加强片材。将所得到的准各向同性加强片材切断为宽度280mm×长度280mm的大小，将重叠10张得到的层叠物用作被成形材料。需要说明的是，被成形材料的重量约为250g。
<复合材料成形品的制造方法>
使用图14所示的成形模400制造出复合材料成形品。复合材料成形品设定为外径是宽度300mm×长度300mm的大小，且在中央部形成宽度100mm×长度100mm×深度30mm的凹部，板厚是1.3mm且具有准各向同性性。需要说明的是，中央部的凹部的立壁部分设定为具有约5度的倾斜的形状。
作为预成形模，使用图1所示的装置结构，并设置对宽度495mm×长度495mm的平板形状的浸渍中间材料进行成形的预成形上模以及预成形下模。在配置于预成形下模的上表面的预成形侧端模的上表面设置有间隙调整夹具。在本实施例中，为了预成形为宽度290mm×长度290mm的大小作为浸渍中间材料，因此作为间隙调整夹具，考虑到脱模片材的厚度，使用了厚度约2.2mm的SUS制间隔件。然后，预成形模的上下加热加压面加热至250℃。需要说明的是，在本实施例中，预成形侧端模未进行冷却。
脱模片材与实施例1以及2相同，使用中兴带株式会社制的掺入玻璃布氟片材(厚度约0.1mm)，并配置于被成形材料的两侧的表面。需要说明的是，脱模片材形成为纵约300mm×横约300mm的大小。
成形模400设定成已预先加热的状态，以模温度保持在150℃的方式进行温度控制。
将在两侧配置有脱模片材的被成形材料向预成形模投入后，进行了预成形模的合模。之后，在以0.5MPa进行了1分钟的加压动作之后，以5MPa进行约2分钟的加压动作，从而成形出浸渍中间材料。
接下来，将预成形模的上模以及下模设为打开的状态，得到平板状的浸渍中间材料。形成为大小是约290mm×约290mm左右的大致矩形形状，且处于从周缘部渗出一些热塑性树脂以及纤维材料的状态。然后，将浸渍中间材料在附着有脱模片材的状态下从预成形模取出，将在浸渍中间材料的两侧附着的脱模片材剥离，并将被加热的状态的浸渍中间材料向成形模400移送。
将浸渍中间材料收容于成形模400，将成形模400合模并以5MPa进行3分钟加压的同时以150℃进行了冷却处理。之后，将成形模400的上模以及下模设为打开的状态，得到热塑性树脂材料浸渍于纤维材料中并固化而成的高品质的复合材料成形品410。复合材料成形品410能够加工成具有准各向同性性的在中央部具有凹部的形状。
<关于浸渍中间材料>
成形出比被成形材料的投入时的大小扩展一些的形状且大致正方形形状的浸渍中间材料。而且，浸渍中间材料能够在不破坏成形的形状的情况下维持被加热的状态并在附着有脱模片材的状态下从预成形模容易地取出。而且，脱模片材通过使用具有柔软性的原材料从而能够从端部逐渐剥离，能够在脱模片材不产生褶皱、破损地从浸渍中间材料剥离该脱模片材。因此，已剥离脱模片材的浸渍中间材料能够在不破坏成形的形状的情况下保持加热状态向成形模投入。
<复合材料成形品的状态>
得到宽度300mm×长度300mm的大小并在中央部具有宽度100mm×长度100mm×深度30mm的凹部的形状，且具有基于板厚1.3mm的短切层叠件的准各向同性性的复合材料成形品。能够在复合材料成形品没有翘曲等的状态下以高品质成形。在本实施例中，在浸渍中间材料的周缘部没有被冷却且维持被加热的状态下收容于成形模，因此能够将浸渍中间材料以成形为约290mm×约290mm的大小的状态收容于成形模，且通过成形模的加压成形为扩展到约300mm×约300mm的大小的形状。而且，复合材料成形品的周缘部分能够以没有不均匀的良好状态进行加工。
附图标记说明
1…预成形部，1a…预成形模，2…预成形上模，3…预成形下模，4…预成形侧端模，5…加热棒，6…间隙调整夹具，7…推杆，8…隔热件，9…冲压装置，10…成形部，10a…成形模，11…成形上模，12…成形下模，13…冷却管，14…推杆，15…隔热件，16…冲压装置，20…被成形材料，21…热塑性树脂材料，22…纤维材料，30…脱模片材，40…浸渍中间材料，50…成形品，100…预成形部，101…预成形模，102…预成形上模，103…预成形下模，104…预成形侧端模，105…加热棒，106…冷却管，107…推杆，200…预成形部，201…预成形模，202…预成形上模，203…预成形下模，204a、204b…预成形侧端模，205…加热棒，206a～206d…冷却管，207…推杆，208a…施力构件，208b…动作杆，209…隔热件，210…冲压装置，220…被成形材料，230…脱模片材，231…脱模片材，232…送出辊，233、234…搬运辊，235…卷取辊，240…浸渍中间材料，250…成形模体，251…成形上模体，252…成形下模体，260…加热冲压部，261…加热冲压上模，262…加热冲压下模，263…隔热件，264…冲压装置，270…冷却冲压部，271…冷却冲压上模，272…冷却冲压下模，273…隔热件，274…冲压装置，280…成形品，300…冲压部，301…冲压上模，302…冲压下模，303…隔热件，304…冲压装置，310…成形模体，311…成形上模体，312…成形下模体，320…成形品，400…成形模，410…成形品。

Claims (19)

1.一种复合材料成形品的制造方法，其通过对包含热塑性树脂材料以及纤维材料的被成形材料进行加热加压而制造经纤维强化后的复合材料成形品，其中，
所述复合材料成形品的制造方法包含：
预成形工序，以在所述被成形材料与预成形模之间配置有脱模片材的状态将所述被成形材料收容于所述预成形模，通过加热加压使所述热塑性树脂材料浸渍于所述纤维材料中而预成形为浸渍中间材料；
移送工序，从所述预成形模将被加热的状态的所述浸渍中间材料在抵接有所述脱模片材的状态下取出并移送；以及
成形工序，将所移送的所述浸渍中间材料在被加热的状态下收容于成形模并至少通过加压而将所述浸渍中间材料成形为复合材料成形品。
2.根据权利要求1所述的复合材料成形品的制造方法，其中，
在所述预成形工序中，将所述浸渍中间材料的形状预成形为可展开面形状。
3.根据权利要求1或2所述的复合材料成形品的制造方法，其中，
在所述预成形工序中，将所述被成形材料收容于预先被加热至所述热塑性树脂材料的熔融温度以上的所述预成形模。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的复合材料成形品的制造方法，其中，
在所述预成形工序中，进行所述预成形模的加压动作直至所述浸渍中间材料的加压方向的形状厚度成为设定厚度，在所述形状厚度刚成为所述设定厚度之后停止所述预成形模的所述加压动作。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的复合材料成形品的制造方法，其中，
在所述预成形工序中，将所述被成形材料加热加压而使所述热塑性树脂材料浸渍于所述纤维材料中，并且对所述被成形材料的至少未配置所述脱模片材的部分进行冷却，从而预成形为所述浸渍中间材料。
6.根据权利要求5所述的复合材料成形品的制造方法，其中，
在所述预成形工序中，在将所述被成形材料收容于所述预成形模之前，对所述预成形模与所述被成形材料的至少未配置所述脱模片材的部分接触的部分进行冷却。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的复合材料成形品的制造方法，其中，
在所述移送工序中，在使所述预成形模与所述浸渍中间材料的至少未配置所述脱模片材的部分接触的模部分从所述浸渍中间材料分离之后，将所述浸渍中间材料取出。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的复合材料成形品的制造方法，其中，
在所述移送工序中，在将所述浸渍中间材料以抵接有所述脱模片材的状态取出之后，剥离所述脱模片材并将所述浸渍中间材料收容于所述成形模。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的复合材料成形品的制造方法，其中，
在所述成形工序中，在将所述浸渍中间材料收容在安装于加热冲压模的所述成形模中并进行加压后，将所述成形模收容于冷却冲压模并进行加压。
10.根据权利要求9所述的复合材料成形品的制造方法，其中，
在所述成形工序中，将所述浸渍中间材料收容于预先被加热的所述成形模。
11.根据权利要求1至8中的任一项所述的复合材料成形品的制造方法，其中，
在所述成形工序中，将所述浸渍中间材料收容于预先被加热的所述成形模，将收容有所述浸渍中间材料的所述成形模收容于冷却冲压模并进行加压。
12.根据权利要求1至11中的任一项所述的复合材料成形品的制造方法，其中，
在所述预成形工序中，将所述被成形材料的被加热加压的处理区域的面积设定为比所述预成形模的进行加热加压的作用区域的面积小。
13.根据权利要求1至12中的任一项所述的复合材料成形品的制造方法，其中，
在所述成形工序中，将所述浸渍中间材料的被加压的处理区域的面积设定为比所述成形模的进行加压的作用区域的面积小。
14.一种复合材料成形品的制造装置，其将包含热塑性树脂材料与纤维材料的被成形材料进行加热加压而制造经纤维强化后的复合材料成形品，其中，
所述复合材料成形品的制造装置具备：
预成形部，其具有预成形模和预成形机构，所述预成形模以在所述被成形材料与预成形模之间配置有脱模片材的状态收容所述被成形材料，所述预成形机构对收容有所述被成形材料的所述预成形模进行加热加压并使所述热塑性树脂材料浸渍于所述纤维材料中而成形为浸渍中间材料；
移送部，其从所述预成形模将被加热的状态的所述浸渍中间材料在抵接有所述脱模片材的状态下取出并移送；以及
成形部，其具有成形模和成形机构，所述成形模将所移送的所述浸渍中间材料以被加热的状态收容，所述成形机构至少对收容有所述浸渍中间材料的所述成形模进行加压而将所述浸渍中间材料成形为复合材料成形品。
15.根据权利要求14所述的复合材料成形品的制造装置，其中，
所述预成形部具备预成形上模以及预成形下模作为所述预成形模，并具备对所述预成形上模与所述预成形下模之间的间隔进行调整的间隔调整部。
16.根据权利要求14或15所述的复合材料成形品的制造装置，其中，
所述预成形部具备冷却机构，所述冷却机构对所述预成形模与所述被成形材料的至少未配置所述脱模片材的部分接触的部分进行冷却。
17.根据权利要求14至16中的任一项所述的复合材料成形品的制造装置，其中，
所述预成形部具备分离机构，所述分离机构使所述预成形模与所述被成形材料的至少未配置所述脱模片材的部分接触的部分从已预成形的所述浸渍中间材料分离。
18.根据权利要求14至17中的任一项所述的复合材料成形品的制造装置，其中，
所述移送部具备剥离机构，所述剥离机构将与所述浸渍中间材料抵接的所述脱模片材从所述浸渍中间材料剥离。
19.根据权利要求14至18中的任一项所述的复合材料成形品的制造装置，其中，
所述成形部具备将所述成形模体收容并加热的加热冲压部以及将所述成形模体收容并冷却的冷却冲压部。
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