CN117967961A - 纤维增强树脂中空或复合成型体 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种内部有中空部或内部部件，且模压成型时层不会偏移，且能够获得高精度成型品的纤维增强树脂中空或复合成型体。本发明提供一种通过层叠第一预浸料、膨胀性中空小球体或内部部件、及第二预浸料，并用线缝合第一预浸料和第二预浸料，并热压而获得的内部有中空部或内部部件，且不会偏移的纤维增强树脂中空或复合成型体。

Description

纤维增强树脂中空或复合成型体

技术领域

本发明涉及一种包含纤维增强树脂复合体作为构成部件的纤维增强树脂中空或复合成型体。

背景技术

纤维增强树脂复合体作为轻质且高强度材料，近年来备受关注。模压成型时，可以通过模压成型层叠体来制造使用纤维增强树脂复合材料的成型体，其中，所述层叠体层叠了纤维增强树脂的预浸料和不同原材料的部件(本发明中记载的“部件”可包括部件、材料、或材料构成)。

在层叠体中，模压预浸料相互或模压预浸料与层叠在预浸料上的不同原材料部件时可能会偏移，因此以往技术中使用粘接片材或粘接剂来进行粘接。

作为纤维增强树脂复合体，例如像专利文献1所示，将金属部件和FRP层用粘接层来粘接而成的，其中，所述FRP层复合了增强纤维材料和基质树脂，所述粘接层是苯氧基树脂的固化物或包括苯氧基树脂的粘接树脂组合物的硬化物(专利文献1)。

此外，例如专利文献2中，公开了通过在金属与预浸料之间配置具有多个贯通孔的由金属构成的粘接增强层，能够在抑制制造成本，能够热压成形的金属-预浸料复合体(专利文献2)。

这些现有技术，为了层之间的粘接，设置了由树脂或粘接片材构成的粘接层，但粘接树脂、粘接片材、粘接剂的粘接能力不充分，有时模压时预浸料相互会发生偏移。特别是，当预浸料层间包含不同的部件的情况下，偏移成为显著的问题。

(现有专利文献)

(专利文献)

(专利文献1)WO2018/124215号公报

(专利文献2)日本专利第7051064号公报

发明内容

(要解决的技术问题)

在通过现有技术层叠预浸料而模压成型的情况下，使用粘接片材或粘接剂粘接后进行模压成型。然而，即使使用粘接片材或粘接剂，模压时有时也会发生偏移，从而难以获得高精度的成型品。

本发明的目的在于，通过将层叠的预浸料缝合而获得高精度的成型品。特别是，通过在层叠的预浸料间配置热膨胀性中空小球体或内部部件后进行缝合成型，提供一种内部有中空部或内部部件且预浸料不会偏移的成型品。

(解决问题的方案)

本发明人们经过反复深入研究，结果发现，通过将第一预浸料和第二预浸料在其层叠的层之间插入热膨胀性中空小球体或内部部件并用线缝合其边缘，模压成型时夹着热膨胀性中空小球体或内部部件等的第一预浸料和第二预浸料能够被不偏移地压制。

即，本发明包括以下。

(1)一种纤维增强树脂中空或复合成型体，其中，包括：一层或多层的第一纤维增强树脂；一层或多层的第二纤维增强树脂；及前记所述第一纤维增强树脂与第二纤维增强树脂之间的中空部或内部部件，所述第一纤维增强树脂和所述第二纤维增强树脂被缝合。

(2)根据(1)所述的纤维增强树脂中空或复合成型体，其中，以围绕所述中空部或内部部件的方式被缝合。

(3)根据(1)所述的纤维增强树脂中空或复合成型体，其中，缝合线是尼龙制成的线。

(4)根据(1)所述的纤维增强树脂中空或复合成型体，其中，第一纤维增强树脂和所述第二纤维增强树脂均包含纤维织物。

(5)一种纤维增强树脂中空或复合成型体的制造方法，其是(1)至(4)中的任一项所述的纤维增强树脂中空或复合成型体的制造方法，其中，包括：

准备第一预浸料的工序，所述第一预浸料是一层或多层的纤维增强树脂预浸料；

准备第二预浸料的工序，所述第二预浸料是一层或多层的纤维增强树脂预浸料；

通过依次层叠所述第一预浸料、热膨胀性中空小球体或内部部件、及所述第二预浸料，得到成型前层叠体的工序；

在所述成型前层叠体中，将所述第一预浸料和所述第二预浸料进行缝合的工序；

以及对所述成型前层叠体用上模具和下模具热压的工序。

(发明的效果)

在纤维增强树脂中空或复合成型体中，层叠的预浸料被缝合，因此在内部有中空部或内部部件的同时，成型时预浸料也不会相互偏移，且具有高精度。

附图说明

图1(a)是纤维增强树脂中空成型体1A的立体图，图1(b)是纤维增强树脂中空成型体1A的俯视图。

图2是纤维增强树脂中空成型体1A的长度方向的剖面图。

图3是纤维增强树脂复合成型体1B的长度方向的剖面图。

图4示出纤维增强树脂中空成型体1A的制造工序中的工序(a)至工序(d)的示意图。

图5示出纤维增强树脂中空成型体1A的制造工序中的工序(e)至工序(g)的示意图。

(附图标记说明)

1A纤维增强树脂中空成型体

1B纤维增强树脂复合成型体

2 成型体本体

3 凸缘部

4 第一纤维增强树脂

5 第二纤维增强树脂

6 中空小球体

6A膨胀性中空小球体(未膨胀)

7 内部部件

8 第一预浸料

9 第二预浸料

10A成型前层叠体

11尼龙线(缝合部)

12 下模具

13 上模具

具体实施方式

(纤维增强树脂中空或复合成型体)

以下，详细说明本发明。在不脱离本发明主旨的范围内，本发明不仅延伸至下述内容，还延伸至本领域技术人员能够容易地修改和替换的范围。

本说明书中，将纤维增强树脂中空成型体和纤维增强树脂复合成型体统称为纤维增强树脂中空或复合成型体。

图1(a)是纤维增强树脂中空成型体1A的立体图，图1(b)是纤维增强树脂中空成型体1A的俯视图。纤维增强树脂中空成型体1A处于层叠第一纤维增强树脂4、中空小球体6及第二纤维增强树脂5的状态，用尼龙线11缝合凸缘部3，成型体本体2中具有包含中空小球体6的中空部。

图2是纤维增强树脂中空成型体1A的长度方向的剖面图。第一纤维增强树脂4和第二纤维增强树脂5在凸缘部3处被缝合，且内部配置有中空小球体6。

图3是纤维增强树脂复合成型体1B的长度方向的剖面图。在纤维增强树脂复合成型体1B中，第一纤维增强树脂4和第二纤维增强树脂5在凸缘部3处被缝合，且内部配置有内部部件7。

纤维增强树脂是指纤维和树脂的复合材料。

作为构成第一纤维增强树脂4和第二纤维增强树脂5的纤维，需具有高强度且呈片状，因此优选纤维织物，只要是能够模压成型的材料，则没有特别限定，可以是玻璃纤维、碳纤维、金属纤维、芳族聚酰胺纤维(化学纤维和天然纤维)、聚乙烯醇系纤维、聚酯系纤维、聚酰胺系纤维、聚乙烯系纤维、聚对亚苯基苯并双恶唑纤维等。作为玻璃纤维，可以使用E玻璃、S玻璃、D玻璃、Q玻璃等的玻璃纤维。此外，可以使用将聚丙烯腈作为原料的PAN系碳纤维和将沥青作为原料的沥青系碳纤维等。

作为第一纤维增强树脂4和第二纤维增强树脂5中的碳纤维，优选PAN系碳纤维，但不限于此。此外，构成第一纤维增强树脂4和第二纤维增强树脂5的纤维增强树脂还包括例如：

SMC(Sheet molding compound：片状模塑料)、

FRP(Fiber Reinforced Plastics：纤维增强塑料)、

GMT(Glass Reinforced Thermoplastics：玻璃增强热塑性塑料)、

及包含非卷曲纤维的树脂等复合体。这些可以使用一种类型的纤维或多种类型的纤维的组合。

作为第一纤维增强树脂4和第二纤维增强树脂5中的纤维织物等的纤维基材，优选例如厚度为0.03mm～0.5mm的玻璃纤维织物、碳纤维织物等玻璃纤维材料或碳纤维材料，但不限定于此。

构成第一纤维增强树脂4、第二纤维增强树脂5的树脂，可以使用热固性树脂、热塑性树脂中的任意一种。具体地，作为热固性树脂，可以列举环氧树脂、乙烯基酯树脂、不饱和聚酯树脂、聚氨酯树脂、酚醛树脂等，这些也可以组合使用。作为热塑性树脂，可以列举丙烯酸树脂、聚酯树脂、聚碳酸酯树脂、聚丙烯树脂、聚乙烯树脂、聚苯乙烯树脂、氯乙烯树脂、聚酰胺树脂等。这些可以单独使用或多个混合使用。

第一纤维增强树脂4、第二纤维增强树脂5的厚度优选为0.2mm～8mm，特别优选为0.5mm～5mm。如果第一纤维增强树脂4、第二纤维增强树脂5的厚度过小，则材料的刚性和强度低，容易损坏或切断，实用性差。如果第一纤维增强树脂4、第二纤维增强树脂5的厚度过大，则纤维增强树脂中空或复合成型体的重量变大。

关于尼龙线11，只要能够将第一纤维增强树脂4和第二纤维增强树脂5牢固地缝合，没有特别限制，但从强度的观点考虑，优选由树脂纤维构成的线，可以使用聚丙烯、聚酯等，特别优选使用尼龙。尼龙线11以围绕中空部或内部部件7的方式缝合。在纤维增强树脂中空成型体1A和纤维增强树脂复合成型体1B中，优选成为在凸缘部3处被缝合的状态。

中空小球体6是指通过加膨胀性中空小球体6A而膨胀的中空小球体，只要形成内包有空气或各种气体的外壳，就没有特别限制，是能够在第一纤维增强树脂4与第二纤维增强树脂5之间设置中空部的材料，就没有特别限制。中空小球体6的粒径可以适当设定，例如可以为30μm以上且250μm以下。

此外，就粒径而言，可以使用随机选择的多个(例如10个)膨胀性中空小球体6A或中空小球体6的粒径的平均值。

此外，作为夹在纤维增强树脂之间的芯材的中空小球体6，与金属等芯材相比，无需切削成本，且可以轻量化。

内部部件7可以使用金属或其他不同材料的部件，可以是像杆(棒)一样内部没有中空部的块状部件，也可以是像管一样内部有中空部的部件。作为内部部件7的材料，可以举出例如铝、铝合金、镁合金、钛、钛合金、钢、铜、铜合金、环氧树脂、乙烯基酯树脂、不饱和聚酯树脂、聚氨酯树脂等，但不限于此。

由于纤维增强树脂中空成型体在第一纤维增强树脂4与第二纤维增强树脂5之间设置有中空部，因此可以作为轻质材料使用。此外，由于中空部是空隙，因此还具有隔热效果。此外，当是在第一纤维增强树脂4与第二纤维增强树脂5之间设置有内部部件7而不是中空小球体6的纤维增强树脂复合成型体的情况下，如果是管状的内部部件7，则可以用作由于内部空腔而具有高隔热效果、轻、且刚性高的材料使用。如果内部部件7是没有空腔的金属棒、金属片、树脂棒等的情况下，则第一纤维增强树脂4和第二纤维增强树脂5的材料可以以低成本进一步实现更高的强度。

(纤维增强树脂中空或复合成型体的制造方法)

在本发明中，制造纤维增强树脂中空或复合成型体时，首先，如图4(a)所示，准备第一预浸料8和第二预浸料9，其中，所述第一预浸料8和第二预浸料9是层叠了一层或多层将树脂浸渍到纤维织物的半固化状态的预浸料。半固化纤维增强树脂是指在纤维增强树脂的制造中，在低于树脂中的固化剂起作用的温度下，使纤维和树脂一体化的状态。构成第一预浸料8和第二预浸料9的半固化状态的纤维增强树脂，可以使用完全相同的半固化状态的纤维增强树脂，也可以使用不同的。这些预浸料是上述纤维增强树脂完全固化前的材料。

如图4(b)所示，通过依次叠层第一预浸料8、膨胀性中空小球体6A或内部部件7、及第二预浸料9，获得如图4(c)所示的成型前层叠体10A。

然后，如图4(d)所示，用尼龙线11缝合第一预浸料8和第二预浸料9。此外，在本说明书中，成型前层叠体10A是指在第一预浸料8与第二预浸料9之间配置有膨胀性中空小球体6A或内部部件7的层叠体。

第一预浸料8和第二预浸料9可以分别只有一层，也可以多层层叠，热压后的第一纤维增强树脂4和第二纤维增强树脂5可以是一层或分别层叠多层。

第一预浸料8和第二预浸料9的缝合方法，只要能够牢固地缝合第一预浸料8和第二预浸料9，就没有特别限制。可以列举平针针迹、轮廓针迹、回针针迹、刺绣针迹、十字绣、链式针迹、毯边锁缝针迹等，其他合适的方法包括链式针织、或经编针织、包缝缝合和暗缝缝合。缝合的位置，只要设置有中空部或内部部件7，就没有特别限制，但优选以围绕下模具12和上模具13的凹陷部分的方式进行缝合。

通过热压第一预浸料8固化而成为第一纤维增强树脂4，第二预浸料9固化而成为第二纤维增强树脂5。

膨胀性中空小球体6A是指膨胀之前的中空小球体6。

膨胀性中空小球体6A没有特别限定，作为市售的膨胀性中空小球体6A，具体地，可以列举：

松本油脂制药株式会社制造的松本微球体(Matsumoto Microsphere)、

KUREHA株式会社制造的吴羽微球体(Kureha Microsphere)、

日本FILITE株式会社制造的Expancel微球体、

积水化学工业株式会社制造的ADVANCELL EM等。

接着，如图5(e)所示，将成形前层叠体10A配置在具备下模具12和上模具13的热压机上，并从上下方向进行热压。

如图5(f)所示，通过热压第一预浸料8固化，成为第一纤维增强树脂4，第二预浸料9固化而成为第二纤维增强树脂5。

膨胀性中空小球体6A通过加热膨胀，成为中空小球体6，第一纤维增强树脂4与第二纤维增强树脂5之间成为间隙状态。接着，如图5(g)所示，取下下模具12和上模具13，获得纤维增强树脂中空成型体1A、或在使用内部部件7的情况下获得纤维增强树脂复合成型体。即，获得纤维增强树脂中空或复合成型体1B。

此外，虽然在附图中示例性地示出了下模具12和上模具13均具有凹部，但不限于此，例如可以是下模具12具有凸部，上模具13具有凹部。

在本发明的纤维增强树脂中空或复合成型品的制造中，压制加工温度通常为100～350℃，但当使用膨胀性中空小球体6A的情况下，至少需要是膨胀性中空小球体6A膨胀的温度。仅作为示例，当预浸料的树脂是热固性树脂时，可以为120℃～160℃，当预浸料的树脂是热塑性树脂时，可以为230℃～350℃。

制造纤维增强树脂中空或复合成型体时的压制加工压力没有特别限定，通常为0.1MPa～15MPa。

纤维增强树脂中空或复合成型体可以用于包括电动汽车的车辆等的汽车产业、飞行汽车和飞机等航空产业、及其他产业。

Claims (5)

1.一种纤维增强树脂中空或复合成型体，其中，

包括：

一层或多层的第一纤维增强树脂；

一层或多层的第二纤维增强树脂；及

位于所述第一纤维增强树脂与所述第二纤维增强树脂之间的中空部或内部部件，

所述第一纤维增强树脂和所述第二纤维增强树脂被缝合。

2.根据权利要求1所述的纤维增强树脂中空或复合成型体，其中，

以围绕所述中空部或内部部件的方式被缝合。

3.根据权利要求1所述的纤维增强树脂中空或复合成型体，其中，

缝合线是尼龙制成的线。

4.根据权利要求1所述的纤维增强树脂中空或复合成型体，其中，

所述第一纤维增强树脂和所述第二纤维增强树脂均包含纤维织物。

5.一种纤维增强树脂中空或复合成型体的制造方法，其是权利要求1至4中的任一项所述的纤维增强树脂中空或复合成型体的制造方法，其中，包括：

准备第一预浸料的工序，所述第一预浸料是一层或多层的纤维增强树脂预浸料；

准备第二预浸料的工序，所述第二预浸料是一层或多层的纤维增强树脂预浸料；

通过依次层叠所述第一预浸料、热膨胀性中空小球体或内部部件、及所述第二预浸料而得到成型前层叠体的工序；

在所述成型前层叠体中，将所述第一预浸料和所述第二预浸料进行缝合的工序；

以及将所述成型前层叠体用上模具和下模具热压的工序。