WO2017042921A1 - 複合材料の製造方法、複合材料の製造装置および複合材料用プリフォーム - Google Patents

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黒田　真一
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日産自動車株式会社
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    • B32B2262/10—Inorganic fibres
    • B32B2262/106—Carbon fibres, e.g. graphite fibres

Definitions

  • the present invention relates to a composite material manufacturing method, a composite material manufacturing apparatus, and a composite material preform.
  • a preform formed by laminating a reinforced base material and preformed into a predetermined shape is placed in a cavity in a mold.
  • a resin is injected into the cavity from the injection port, and the reinforced base material is impregnated with the resin.
  • the composite material is completed by curing the resin injected into the cavity. While the resin is being injected, a clamping pressure is applied using a predetermined press so that unintended mold opening of the mold due to an increase in the pressure in the cavity does not occur (Patent Document 1). See).
  • the resin injected into the cavity flows while spreading in the cavity, and the preform from the region where the resin near the injection port easily flows in the preform disposed in the cavity. It moves to the region where the resin is difficult to flow, such as the peripheral edge of. Since the injected resin passes while impregnating the inside of the reinforced base material in the process of flowing in the cavity, it takes a long time for injection to reach the resin in a region where the resin is difficult to flow, Prolongs molding time. For this reason, in order to inject the resin in a short time, since the injection pressure must be set to a high pressure, a large press machine capable of applying a larger mold clamping pressure must be used. In addition, since the equipment for injecting the resin needs to have high performance capable of high-pressure injection, an increase in capital investment cost due to the use of the equipment for high-pressure injection is also a problem.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and by controlling the resin flow in the cavity, the molding time can be shortened and the capital investment cost can be reduced. It is an object of the present invention to provide a composite material manufacturing method, a composite material manufacturing apparatus, and a composite material preform.
  • the method for producing a composite material according to the present invention for achieving the above object is a method for producing a composite material comprising a reinforced base material and a resin impregnated in the reinforced base material.
  • the adhesive is applied to the sheet-shaped reinforced base material including the first region and the second region so that the density of the adhesive in the second region is lower than that of the first region.
  • Preforming the reinforced base material to form a preform placing the preform in a cavity in the mold, injecting the resin into the cavity from the injection port of the mold,
  • the composite material is molded by impregnating the resin. Compared to the portion of the cavity where the second region of the reinforced substrate is disposed, the resin injected into the cavity is more likely to flow than the portion of the reinforced substrate where the first region is disposed. To do.
  • An apparatus for manufacturing a composite material according to the present invention includes a provision unit that applies an adhesive to a sheet-shaped reinforcing base material including a first region and a second region, and reserves the reinforcing base material.
  • a control unit for controlling the operation. The controller controls the operation of the application unit so that the adhesive density of the second region of the reinforced base material is lower than that of the first region of the reinforced base material and the adhesive is applied. Controlling the portion of the cavity where the second region of the reinforced substrate is disposed compared to the portion of the reinforced substrate where the first region is disposed, Make the resin easier to flow.
  • the composite material preform according to the present invention that achieves the above object is formed by impregnating an adhesive into a sheet-like reinforced substrate having a first region and a second region.
  • the second region is formed so that the density of the adhesive is lower than that of the first region.
  • FIG. 2 (A) is a general
  • FIG. 2 (B) is a general
  • FIGS. 3A and 3B are views for explaining a preforming apparatus for molding a preform according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3A is an overview perspective view of a cutting portion
  • FIG. 3B is an overview of a preforming die. It is a perspective view.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating the principle of the present invention, and is a view of a state in which a resin flows between layers of a laminate of a reinforced base material as viewed from the side
  • FIG. 6B is a diagram illustrating a state of the preform according to the embodiment
  • FIG. 6B is a diagram illustrating a state in which resin is injected into the preform according to the embodiment of the present invention
  • FIG. 6B is a diagram illustrating a state in which resin is injected into the preform according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram for explaining the principle of the present invention.
  • FIG. 7 is a view of the flow of the resin in the mold in which the reinforcing base material is disposed, as viewed from the upper surface.
  • FIG. 7 It is a figure which shows the state which inject
  • FIG. 7 (B) is a figure which shows the state which inject
  • FIG. 8 is a photograph for showing the evaluation result of the disordered state of the orientation of the reinforced substrate due to the flow of the resin, and FIG.
  • FIG. 8A is a state in which the resin is flowed through the preform according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 8B shows a state in which a resin is flowed through the preform according to the comparative example. It is a figure which shows the time transition of the pressure in the cavity at the time of implementing the manufacturing method of the composite material which concerns on embodiment. It is a flowchart which shows the shaping
  • FIG. 1 is a diagram for explaining the overall flow of a manufacturing apparatus 100 and a manufacturing method for a composite material 400 according to an embodiment of the present invention.
  • 2 and 3 are views for explaining a preforming apparatus 200 for forming a preform 500 (corresponding to a composite material preform) according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic view of a molding apparatus 300 that molds the composite material 400 using the preform 500 according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a state in which the preform 500 according to the embodiment of the present invention is placed in the mold 310 and the resin 600 is injected.
  • 6 and 7 are conceptual diagrams for explaining the principle of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining the overall flow of a manufacturing apparatus 100 and a manufacturing method for a composite material 400 according to an embodiment of the present invention.
  • 2 and 3 are views for explaining a preforming apparatus 200 for forming a preform 500 (corresponding to a composite material preform) according
  • FIG. 8 is a photograph for showing an evaluation result of the disordered state of orientation of the reinforced substrate 510 due to the flow of the resin 600.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a time transition of the pressure in the cavity 350 when the method for manufacturing the composite material 400 according to the embodiment is performed.
  • FIG. 10 is a flowchart showing a method of forming the preform 500 according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a flowchart showing a method of forming the composite material 400 according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a perspective view showing automobile parts 701 to 703 and a vehicle body 700 using the composite material 400 according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 (A) has shown the conveyance direction (direction which goes to a downstream process) of the reinforced base material 510 by the conveyance part 210.
  • FIG. 3 (B) has shown the shaping
  • FIG. 5 and 6 indicate the flow direction of the resin 600.
  • the preform 500 is formed by impregnating a reinforcing substrate 510 with an adhesive 520.
  • the reinforced substrate 510 can be formed of, for example, carbon fiber, glass fiber, organic fiber, or the like.
  • carbon fiber is used as the reinforcing base 510
  • the carbon fiber 510 is suitable as a reinforced base material 510 for the composite material 400 such as the automobile body 700 because the carbon fiber 510 has a small coefficient of thermal expansion, excellent dimensional stability, and little deterioration in mechanical properties even at high temperatures.
  • the carbon fiber 510 is, for example, a so-called NCF in which a UD (unidirectional) material in which fibers are aligned in one direction or a plurality of sheets in which fibers are aligned in one direction are stacked in different directions and integrated with auxiliary fibers.
  • a sheet-like reinforcing substrate 510 such as a (non-crimp fabric) material can be used.
  • the laminated structure depends on material properties required for the composite material 400 that is a molded product, but is generally laminated so as to have a plurality of orientation angles. In this embodiment, it is set as the laminated structure which laminates
  • the adhesive 520 is applied to the carbon fibers 510 to bond the carbon fibers 510 to each other.
  • the carbon fibers 510 can be stably maintained in a sheet-like form, and variations in the arrangement of the carbon fibers 510 can be suppressed.
  • the laminated body 510b (refer FIG. 3 (B)) of the carbon fiber 510 is shape
  • the adhesive 520 includes a first region 501 having a higher content density of the adhesive 520 and a content density of the adhesive 520 than that of the first region 501.
  • the flow resistance of the resin 600 can be controlled by controlling the portion to which the adhesive 520 is applied and adjusting the content density distribution.
  • the material constituting the adhesive 520 is not particularly limited as long as it is a material that is softened by heat, and a known material can be used.
  • a known material can be used.
  • thermoplastic resins such as polyolefin resins, styrene resins, nylon resins, and polyurethane resins
  • thermosetting resins such as low molecular weight epoxy resins.
  • a low molecular weight epoxy resin that is the same epoxy resin as that used for the composite material 400 described later, has high fluidity because of low melt viscosity, and is excellent in heat resistance and moisture resistance.
  • the low molecular weight epoxy resin is not particularly limited as long as it has a viscosity low enough to impregnate the carbon fiber 510 before curing, and a known low molecular weight epoxy resin can be used.
  • the composite material 400 according to the present embodiment is manufactured by impregnating a resin 500 into a preform 500 in which carbon fibers 510 are preformed in a predetermined shape and curing the preform.
  • the composite material 400 has a higher strength and rigidity than a molded product composed of the resin 600 alone by combining the carbon fiber 510 and the resin 600.
  • the composite material 400 is applied to a frame part such as a front side member 701 and a pillar 702 and an outer plate part such as a roof 703 used in an automobile body 700 (see FIG. 12B) as shown in FIG. By doing so, the weight of the vehicle body 700 can be reduced compared to a vehicle body constructed by assembling components made of steel materials.
  • the composite material 400 according to the present embodiment is formed by impregnating the preform 500 with the resin 600.
  • a core material 530 as shown in FIG. 3B is inserted into the composite material 400 to improve rigidity.
  • the resin 600 is an epoxy resin, a phenol resin, or the like that is a thermosetting resin.
  • an epoxy resin having excellent mechanical characteristics and dimensional stability is used.
  • Epoxy resin is mainly a two-component type, and a main agent and a curing agent are mixed and used.
  • the main agent is generally a bisphenol A type epoxy resin, and the curing agent is an amine-based one.
  • the main agent is not particularly limited, and can be appropriately selected according to desired material characteristics.
  • the resin 600 contains an internal mold release agent so that the mold can be easily removed after the composite material 400 is molded.
  • the kind of internal mold release agent is not specifically limited, A well-known thing can be used.
  • the core material 530 is formed inside the composite material 400 by impregnating the carbon fiber 510 with the resin 600 while being covered with the carbon fiber 510.
  • the material which comprises the core material 530 is not specifically limited, A foam (foam core) is used preferably from a viewpoint of weight reduction.
  • a foam made of polyurethane, vinyl chloride, polyolefin, acrylic resin, polyimide resin (PMI (polymethacrylimide), PEI (polyetherimide)) or the like is appropriately used.
  • the manufacturing apparatus 100 for the composite material 400 will be described with reference to FIGS.
  • the manufacturing apparatus 100 of the composite material 400 according to the present embodiment is roughly divided into a preforming apparatus 200 for forming the preform 500 shown in the upper and middle stages of FIG. 1 and a preform 500 shown in the lower stage of FIG. And a molding apparatus 300 for molding the composite material 400.
  • the manufacturing apparatus 100 for the composite material 400 includes a control unit 110 that controls the operation of the entire manufacturing apparatus 100.
  • the preforming apparatus 200 for forming the preform 500 will be described.
  • the preforming apparatus 200 generally includes a conveying unit 210 that continuously conveys the carbon fibers 510, an applying unit 220 that applies an adhesive 520 to the carbon fibers 510, and an adhesive 520.
  • a conveying unit 210 that continuously conveys the carbon fibers 510
  • an applying unit 220 that applies an adhesive 520 to the carbon fibers 510
  • an adhesive 520 Has a heater 230 that heats the carbon fiber 510 to which the carbon fiber 510 is applied, a cutting portion 240 that cuts the carbon fiber 510, and a preforming mold 260 that preforms the carbon fiber 510.
  • the transport unit 210 continuously applies the carbon fiber 510 supplied from the base roll 510 a around which the carbon fiber 510 is wound, the application unit 220, the heater 230, and the cutting that are downstream processes.
  • the conveyance unit 210 is configured by a belt conveyor.
  • the imparting unit 220, the heater 230, and the cutting unit 240 are provided in accordance with the conveyance path of the belt conveyor, and are configured to be able to work continuously.
  • the applying unit 220 is configured to be movable in the plane direction of the transport unit 210, and applies the adhesive 520 to the carbon fibers 510 transported from the upstream of the transport unit 210.
  • the applied amount of the adhesive 520 depends on the type and physical properties of the adhesive 520 to be used, but can be set to, for example, 10 to 100 g / m 3 .
  • the applying unit 220 may be a screen printing method using a powdery (solid) adhesive 520, an ink jet method using a liquid adhesive 520, or a non-woven fabric by processing the adhesive 520 into a nonwoven fabric. It can comprise by the method of laminating
  • an inkjet method with high mass productivity and high application accuracy is used.
  • the inkjet method is a method in which the adhesive 520 is atomized and sprayed directly onto the carbon fiber 510, and the application amount of the adhesive 520 can be adjusted depending on the portion to be applied.
  • the heater 230 heats the carbon fiber 510 to which the adhesive 520 is applied by the applying unit 220.
  • the heating temperature depends on the melting temperature of the adhesive 520 to be used, but is, for example, 70 ° C. to 150 ° C. Accordingly, the adhesive 520 can be softened or melted and impregnated in the carbon fiber 510.
  • the content of the adhesive 520 per unit area of the carbon fiber 510 that is, the content density is determined.
  • the density of the adhesive 520 depends on the shape of the composite material 400 and the thickness of the laminate 510b of the carbon fibers 510. For example, the density is 80 g / m 3 at the high density portion and 10 g at the low density density. / M 3 .
  • the heater 230 is not particularly limited, it is preferable that the heater 230 is configured to be capable of heating the carbon fiber 510 instantaneously and uniformly.
  • a heater such as a continuous furnace or a high-frequency coil, a far-infrared heater, or a hot air heater is used. Can be used.
  • the cutting unit 240 cuts the carbon fiber 510 impregnated with the adhesive 520 along a predetermined cutting line L, as shown in FIG.
  • the cutting unit 240 can use various cutting mechanisms such as ultrasonic cutting, laser cutting, circular saw cutting, press cutting, scissor cutting, and the like. In this embodiment, an ultrasonic cut that can be cut accurately in a relatively short time is used.
  • the preforming mold 260 preforms the carbon fiber 510 into a predetermined three-dimensional shape.
  • the lower mold 261 on which the carbon fiber 510 that is the target of the preform 500 is disposed, and the upper mold 262 that is movable toward and away from the lower mold 261 are provided.
  • a molding surface corresponding to the shape matching the shape of the preform 500 of the carbon fiber 510 is formed.
  • the carbon fiber 510 is molded into the preform 500 by applying an applied pressure to the carbon fiber 510 by moving the upper mold 262 closer to the lower mold 261 with the carbon fiber 510 disposed on the lower mold 261. Is possible.
  • the mold 310 that forms the cavity 350 in which the preform 500 is disposed and the mold 310 that can be freely opened and closed, and a mold clamping pressure is applied to the mold 310. It has a press part 320, a resin injection part 330 for injecting molten resin 600 into the cavity 350, and a mold temperature adjusting part 340 for adjusting the temperature of the mold 310.
  • the forming mold 310 has a pair of upper mold 311 (male mold) and a lower mold 312 (female mold) that can be opened and closed.
  • a cavity 350 that can be sealed is formed between the upper mold 311 and the lower mold 312.
  • the preform 500 is disposed in the cavity 350.
  • the mold 310 further has an injection port 313 for injecting the resin 600 into the cavity 350.
  • the injection port 313 communicates with the cavity 350 and the resin injection part 330.
  • the surface of the mold 310 facing the cavity 350 includes a first wall surface 310a on the injection port 313 side and a second wall surface 310b on the side facing the injection port 313 as shown in FIG. .
  • the second wall surface 310 b is a surface that is disposed at a position farthest from the injection port 313 on the surface facing the cavity 350 of the mold 310.
  • the injection port 313 is located on the side of the preform 500 disposed in the cavity 350, the surface located on the side (left side in FIG. 4) The surface that is the first wall surface 310a and is located on the end portion (the right side in FIG. 4) of the preform 500 located on the side opposite to the side portion is the second wall surface 310b.
  • the injection port 313 may be provided in the upper part of the mold 310.
  • the resin 600 is impregnated from the upper part to the lower part of the preform 500.
  • the lower mold 312 may be provided with a suction port for evacuating the cavity 350 to suck air.
  • a sealing member or the like may be provided on the mating surface of the upper mold 311 and the lower mold 312 in order to make the inside of the cavity 350 hermetically sealed.
  • the press unit 320 includes, for example, a cylinder 321 that uses fluid pressure such as hydraulic pressure, and can be configured by a press machine that can adjust the mold clamping pressure by controlling the hydraulic pressure or the like.
  • the resin injection unit 330 is configured by a known circulation type pump mechanism that can be supplied to the mold 310 while circulating the main agent supplied from the main agent tank 331 and the curing agent supplied from the curing agent tank 332. Can do.
  • the resin injection unit 330 communicates with the injection port 313 and injects the resin 600 into the cavity 350.
  • the mold temperature adjusting unit 340 adjusts the temperature of the mold 310 so that the temperature in the cavity 350 is equal to or lower than the melting temperature of the adhesive 520 in the initial stage of the resin 600 injection. After the preform 500 is placed in the cavity 350, the resin 600 injected into the cavity 350 is cured by gradually heating to the curing temperature of the resin 600.
  • a temperature adjustment mechanism that adjusts the temperature by circulating a heat medium such as oil, and the like Can be provided.
  • control unit 110 controls the operation of the entire manufacturing apparatus 100.
  • control unit 110 includes storage unit 111, calculation unit 112, and input / output unit 113 that transmits and receives various data and control commands.
  • the input / output unit 113 is electrically connected to the applying unit 220, the heater 230, the cutting unit 240, the preforming die 260, the press unit 320, the resin injecting unit 330, and the mold temperature adjusting unit 340.
  • the storage unit 111 includes a ROM and a RAM, and stores data such as the amount of adhesive 520 applied, the distribution of the first region 501 and the second region 502, the shape of the preform 500 and the composite material 400 to be molded.
  • the calculation unit 112 is configured mainly with a CPU, and receives data such as a feed rate of the carbon fiber 510 by the transport unit 210 via the input / output unit 113. Based on the data read from the storage unit 111 and the data received from the input / output unit 113, the calculation unit 112 determines the application timing and amount of the adhesive 520, the heating temperature of the mold 310 by the mold temperature adjusting unit 340, and the like. Is calculated.
  • a control signal based on the calculated data is transmitted to the applying unit 220, the heater 230, the cutting unit 240, the preforming die 260, the press unit 320, the resin injecting unit 330, and the mold temperature adjusting unit 340 via the input / output unit 113.
  • the control unit 110 controls the application amount and application position of the adhesive 520, the operation of the preforming die 260, the clamping pressure of the molding die 310, the injection amount of the resin 600, the temperature of the molding die 310, and the like. .
  • the manufacturing method of the composite material 400 is roughly divided into two steps: a step of forming the preform 500 shown in FIG. 10 and a step of forming the composite material 400 using the preform 500 shown in FIG.
  • the step of forming the preform 500 is a sheet-like carbon fiber including a supply step (step S ⁇ b> 11) for supplying a carbon fiber 510 material, and a first region 501 and a second region 502. 510, an applying step (step S12) for applying the adhesive 520 so that the density of the adhesive 520 in the second region 502 is lower than that in the first region 501, and a heating step for heating the carbon fiber 510 (step S12).
  • Step S13 a cutting process for cutting the carbon fibers 510 (Step S14), a stacking process for forming the stacked body 510b (Step S15), a transporting process for transporting the stacked body 510b (Step S16), and the carbon fibers 510
  • a preforming step step S17 in which the preform 500 is preformed to form the preform 500;
  • step S11 as shown in the upper part of FIG. 1, the carbon fiber 510 is pulled out from the base roll 510a formed by winding the carbon fiber 510, and the carbon fiber 510 is continuously supplied to the transport unit 210.
  • step S12 as shown in FIG. 2A, an adhesive 520 is applied by the applying unit 220 to the carbon fibers 510 continuously sent out by the transport unit 210.
  • the amount to be applied is adjusted according to a predetermined content density distribution. That is, the adhesive 520 is applied to the second region 502 of the carbon fiber 510 so that the density of the adhesive 520 is lower than that of the first region 501 of the carbon fiber 510.
  • step S13 as shown in FIG. 2B, the carbon fiber 510 is heated by the heater 230, the applied adhesive 520 is softened or melted, and the adhesive 520 is impregnated between the layers of the carbon fiber 510. . By impregnating the adhesive 520, the content density distribution of the adhesive 520 is formed on the carbon fibers 510.
  • step S14 as shown in FIG. 3A, the carbon fiber 510 is cut along the cutting line L in a state where the adhesive 520 is melted.
  • the cutting line L is determined in advance according to the developed shape of the composite material 400 that is a molded product.
  • step S15 a predetermined number of carbon fibers 510 cut by the transfer robot 250 are stacked as shown in the middle stacking step of FIG.
  • carbon fibers 510 having different stacking orientations are stacked to form a predetermined stacked configuration.
  • three types of fiber orientation are used: NCF material with ⁇ 45 ° direction, UD material with 90 ° direction, and UD material with 0 ° direction.
  • the supplying process, the applying process, the heating process, and the cutting process are performed in lanes of different production lines, and the carbon fibers 510 cut for each orientation angle are stacked in a predetermined alignment order to form a stacked body 510b. .
  • step S16 as shown in FIG. 3B, the laminated body 510b is conveyed to the lower mold 261 of the preforming mold 260 and arranged.
  • the temperature during the conveyance is preferably managed so that the temperature of the carbon fiber 510 is lowered to 50 to 70 ° C., for example.
  • the adhesive 520 can be brought into a semi-cured state or a cured state when the carbon fiber 510 is conveyed to the preforming mold 260. Thereby, since the adhesive 520 can be hardened in a short time at the time of preforming, the time required for preforming can be shortened.
  • a preform 500 is formed by preforming a laminate 510b of carbon fibers 510 disposed on the lower mold 261 of the preforming mold 260.
  • the core material 530 is disposed so as to be covered with the carbon fibers 510.
  • the upper mold 262 may be constituted by a plurality of divided molds as shown in the middle preforming step of FIG. 1, or an upper mold composed of one undivided mold may be used.
  • the preforming mold 260 is preferably cooled to 20 to 40 ° C., for example. As a result, the adhesive 520 is cooled at the same time as the mold is closed, and the adhesive 520 is cured to complete the preforming.
  • step S18 when the preforming mold 260 is opened and the preform 500 is removed, the molding of the preform 500 is completed.
  • the process of molding the composite material 400 includes a process of placing the preform 500 in the cavity 350 of the mold 310 (step S21) and a process of injecting the resin 600 into the cavity 350 (step S22). And a step of curing the resin 600 (step S23) and a step of removing the molded composite material 400 from the mold 310 (step S24).
  • step S21 the preform 500 is placed in the cavity 350 of the mold 310 (see FIG. 4).
  • the first region 501 of the carbon fiber 510 is disposed in the portion 351 in which the resin 600 in the cavity 350 easily flows, and the second region of the carbon fiber 510 in the portion 352 in which the resin 600 in the cavity 350 is difficult to flow.
  • 502 is arranged.
  • the temperature of the mold 310 is adjusted by the mold temperature adjusting unit 340 so that the temperature in the cavity 350 is equal to or lower than the melting temperature of the adhesive 520. Note that a portion 351 in which the resin 600 easily flows and a portion 352 in which the resin 600 hardly flows are obtained in advance by simulation based on the shape of the composite material 400 and the like.
  • the resin 600 is easy to flow when the preform 500 including the laminate 510b of the carbon fibers 510 disposed in the cavity 350 is viewed from the side direction. It changes in the stacking direction of 510b. Specifically, a portion near the first wall surface 310a on the injection port 313 side of the mold 310 is a portion 351 where the resin 600 easily flows, and is close to the second wall surface 310b on the side facing the injection port 313. The portion is a portion 352 in which the resin 600 hardly flows. That is, the ease of flow of the resin 600 decreases from the first wall surface 310 a close to the injection port 313 toward the second wall surface 310 b far from the injection port 313. Therefore, as shown in FIG.
  • the content density of the adhesive 520 decreases from the first wall surface 310a on the injection port 313 side toward the second wall surface 310b on the side facing the injection port 313.
  • a first region 501 and a second region 502 of the carbon fiber 510 are disposed in the cavity 350.
  • the resin 600 flows so as to spread concentrically from the injection port 313 as shown in FIG. 7B. Therefore, the vicinity of the injection port 313 is a portion 351 where the resin 600 easily flows, and the peripheral portion of the preform 500 away from the injection port 313 becomes a portion 352 where the resin 600 hardly flows.
  • the resin 600 is impregnated in a fan shape from the side to the end of the preform 500. That is, the portion 351 in which the resin 600 easily flows is a side portion of the preform 500 close to the injection port 313, and the portion 352 in which the resin 600 does not easily flow is an end portion of the preform 500. Therefore, the density of the adhesive 520 on the side of the preform 500 is increased, and the density of the adhesive 520 decreases toward the end, so that the first region 501 and the second region 502 of the carbon fiber 510 decrease. Is placed in the cavity 350.
  • step S22 the resin 600 is injected into the cavity 350.
  • the ease of flow of the resin 600 decreases from the first wall surface 310a close to the injection port 313 toward the second wall surface 310b far from the injection port 313. Therefore, when the adhesive 520 is uniformly applied between the layers of the laminate 510b, a difference occurs in the flow rate of the resin 600, and the layer of the carbon fiber 510 may be displaced or twisted in a portion where the difference in the flow rate is large. is there. If the carbon fiber 510 layer is displaced or twisted, a resin-rich portion or a resin-only portion may be formed between the layers, which may cause a reduction in strength of the composite material 400 that is a molded product. .
  • the content density of the adhesive 520 decreases from the first wall surface 310a on the injection port 313 side toward the second wall surface 310b on the side facing the injection port 313.
  • the first region 501 and the second region 502 of the carbon fiber 510 are disposed in the cavity 350.
  • the flow resistance of the resin 600 can be gradually decreased from the first wall surface 310a toward the second wall surface 310b. That is, the flow rate of the resin 600 that flows between the layers of the carbon fibers 510 on the first wall surface 310a side, which is the portion 351 in which the resin 600 easily flows, is slowed down, and the second wall surface that is the portion 352 in which the resin 600 hardly flows.
  • the flow rate of the resin 600 flowing between the layers of the carbon fibers 510 can be gradually increased. Therefore, as shown in FIG. 6 (B), the resin 600 can easily flow between the layers of the carbon fibers 510. Thereby, the difference in the flow rate of the resin 600 between the layers of the carbon fibers 510 can be reduced, and wrinkles and kinks generated in the carbon fibers 510 can be suppressed.
  • the preform 500 in which the carbon fibers 510 are disposed in the vicinity of the injection port 313 by the collision force due to the flow of the resin 600 Disturbance may occur in the orientation of the carbon fibers 510 in the surface layer.
  • the flow velocity is generally high, so that the collision force due to the flow of the resin 600 tends to increase, and the orientation of the carbon fibers 510 tends to be disturbed.
  • a resin-rich portion or a portion of only the resin 600 may be formed in a portion where the orientation of the carbon fiber 510 is disturbed, which may cause a decrease in strength or a design property of the composite material 400 that is a molded product. .
  • the peripheral portion of the cavity 350 away from the injection port 313 is a portion 352 in which the resin 600 hardly flows because the resin 600 hardly reaches. Therefore, in order to resin 600 to reach the resin 600 in the hard portion 352 flow, as indicated by the broken line in FIG. 9, forced set the maximum injection pressure P 2 in the injection operation of the resin 600 to a high pressure . Moreover, setting the maximum injection pressure P 2 for filling the resin 600 to a high pressure, that amount is also increased pressure within the cavity 350. Therefore, in order to prevent inadvertent mold opening of the mold 310 during the pouring operation, a large press capable of applying a larger mold clamping pressure must be used.
  • the portion 351 in which the resin 600 easily flows for example, the first region 501 is disposed in the vicinity of the injection port 313, and the portion 352 in which the resin 600 hardly flows, for example,
  • the second region 502 is disposed at the peripheral edge of the cavity 350. Since the resin 600 hardly flows in the first region 501 disposed in the portion 351 in which the resin 600 easily flows, the resin 600 easily flows in other portions. As a result, it is possible to control the resin 600 to flow relatively easily in the second region 502 disposed in the portion 352 where the resin 600 is difficult to flow. Thus, since the resin 600 throughout the short time without increasing the injection pressure of the resin 600 can be reached, as shown in solid line in FIG.
  • the resin 600 is injected from a plurality of locations by a mold having a plurality of injection ports (multi-point gates), and the resin 600 is difficult to flow into the portion 352.
  • a method of reducing the maximum injection pressure of the resin 600 by facilitating the flow of 600 is also conceivable.
  • a molding die having a plurality of injection ports is required, an increase in capital investment cost becomes a problem.
  • equipment costs and manufacturing time increase due to maintenance such as cleaning of the resin 600 adhering to the holes of the injection ports.
  • the resin 600 is easily flown into the portion 352 where the resin 600 is difficult to flow even if the mold 310 having one injection port 313 is used, and the maximum injection pressure P 1 of the resin 600 is reduced. Making it possible. Thereby, compared with the case where the shaping
  • the resin 600 can reach the entire surface in a short time by controlling the resin 600 to flow easily in the portion 352 in which the resin 600 is difficult to flow.
  • the resin 600 can reach the entire surface in a short time by controlling the resin 600 to flow easily in the portion 352 in which the resin 600 is difficult to flow.
  • the temperature of the mold 310 is adjusted in advance so that the temperature in the cavity 350 is equal to or lower than the melting temperature of the adhesive 520.
  • the adhesive 520 can be kept solid, the effect of blocking the injected resin 600 can be further enhanced, and the flow of the resin 600 can be controlled.
  • step S23 the temperature of the mold 310 is gradually heated to the curing temperature of the resin 600, and the resin 600 impregnated in the carbon fiber 510 is cured.
  • the temperature in the cavity 350 is increased by the heat of reaction accompanying the curing of the resin 600 and the heat of the mold 310, and the adhesive 520 is changed from solid to semi-solid or liquid. Softens.
  • the effect of blocking the resin 600 by the adhesive 520 gradually decreases.
  • the resin 600 is impregnated with the carbon fiber 510 where the adhesive 520 is softened when the composite material 400 is molded, and the high-quality composite material 400 is molded with the resin 600 almost uniformly impregnated throughout the carbon fiber 510. be able to.
  • the resin 600 is formed of an epoxy resin
  • the adhesive 520 is formed of a low molecular weight epoxy resin.
  • the resin 600 and the adhesive 520 are formed of the same material when the composite material 400 is molded, the formation of the interface between the resin 600 and the adhesive 520 is suppressed, and the resin 600 and the adhesive 600 are integrated with each other.
  • a homogeneous composite material 400 can be formed.
  • the adhesive 520 has an effect of blocking the resin 600 and can control the flow of the resin 600.
  • the adhesive 520 softens, and the resin 600 gradually spreads throughout the cavity 350, whereby the resin 600 and the adhesive 520 can be mixed more uniformly.
  • step S24 after the resin 600 is cured, the molding die 310 is opened, and the composite material 400 in which the carbon fiber 510, the resin 600, and the core material 530 are integrated is removed from the mold, thereby completing the molding.
  • the sheet-like carbon fiber 510 including the first region 501 and the second region 502 is provided with the first
  • the adhesive 520 is applied so that the density of the adhesive 520 in the second region 502 is lower than that in the region 501, the carbon fiber 510 is preformed and preformed to form the preform 500.
  • the preform 500 is placed in the cavity 350, and the preform 500 is impregnated with the resin 600 to mold the composite material 400.
  • the portion of the cavity 350 where the second region 502 of the carbon fiber 510 is disposed is more easily flown through the resin 600 injected into the cavity 350 than the portion of the carbon fiber 510 where the first region 501 is disposed.
  • the second region 502 is disposed in the portion 352 in which the resin 600 in the cavity 350 is difficult to flow, thereby being uniformly bonded to the carbon fiber 510.
  • the resin 600 can easily flow into the portion 352 where the resin 600 hardly flows. Accordingly, the resin 600 can reach the entire carbon fiber 510 in the cavity 350 in a shorter time than when the adhesive 520 is uniformly applied to the carbon fiber 510.
  • it is possible to reduce capital costs by the need to substantially increase the maximum injection pressure P 1 is eliminated.
  • the adhesive 520 is applied so that the density of the adhesive 520 decreases from the first wall surface 310a on the injection port 313 side of the cavity 350 toward the second wall surface 310b on the side facing the injection port 313. .
  • the flow rate of the resin 600 can be slowed by increasing the flow resistance of the resin 600 in the vicinity of the injection port 313, disorder of the orientation of the carbon fibers 510 in the vicinity of the injection port 313 can be suppressed.
  • the difference in the flow rate of the resin 600 between the layers of the carbon fibers 510 can be reduced, and wrinkles and kinks generated in the carbon fibers 510 can be suppressed. Therefore, the strength and design properties of the composite material 400 can be improved.
  • the adhesive 520 is formed of a material that is softened by heat. After the resin 600 is injected into the cavity 350, the mold 310 is heated, and the adhesive 520 is subjected to reaction heat and / or molding accompanying the curing of the resin 600. The mold 310 is softened by the heat. As a result, the resin 600 is impregnated with the carbon fiber 510 where the adhesive 520 is softened when the composite material 400 is molded, and the high-quality composite material 400 is molded with the resin 600 almost uniformly impregnated throughout the carbon fiber 510. be able to.
  • it further includes a laminating step of laminating the carbon fibers 510 provided with the adhesive 520 to form a laminated body 510b between the applying step and the preforming step.
  • the resin 600 is formed of an epoxy resin
  • the adhesive 520 is formed of a low molecular weight epoxy resin.
  • the second region 502 of the carbon fiber 510 is formed so that the density of the adhesive 520 is lower than that of the first region 501 of the carbon fiber 510.
  • the adhesive 520 is formed of a material that is softened by heat.
  • the carbon fiber 510 in the softened part of the adhesive 520 is impregnated with the resin 600, and the entire carbon fiber 510 is impregnated with the resin 600 almost uniformly.
  • a high-quality composite material 400 can be formed.
  • the heating step is performed before the cutting step, it may be performed after the cutting step or the laminating step.
  • a composite material may be formed using a single reinforced base material.
  • the composite material has the core material, it may be a composite material without the core material.

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Abstract

【課題】キャビティ内において樹脂の流動を制御することによって成形時間の短時間化を図るとともに、設備投資費の削減を図り得る複合材料の製造方法、複合材料の製造装置、複合材料用プリフォームおよび複合材料を提供する。 【解決手段】複合材料４００の製造方法は、強化基材５１０と強化基材に含浸された樹脂６００とを備える複合材料の製造方法であって、第１の領域５０１と第２の領域５０２とを備えるシート状の強化基材に、第１の領域よりも第２の領域の接着剤の含有密度が低くなるように接着剤５２０を付与する付与工程と、強化基材を予備成形してプリフォーム５００を形成する予備成形工程と、プリフォームに樹脂６００を含浸させて複合材料４００を成形する工程と、を有する。キャビティ３５０のうち強化基材の第２の領域が配置された部分を強化基材の第１の領域が配置された部分に比べて、キャビティ内に注入した樹脂が流れやすくする。

Description

複合材料の製造方法、複合材料の製造装置および複合材料用プリフォーム
　本発明は、複合材料の製造方法、複合材料の製造装置および複合材料用プリフォームに関する。
　近年、自動車の車体軽量化のために強化基材に樹脂を含浸させた複合材料が自動車部品として用いられている。複合材料の製造方法として、量産化に適したＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ　Ｔｒａｎｓｆｅｒ　Ｍｏｌｄｉｎｇ）成形法が注目されている。
　ＲＴＭ成形法にあっては、まず、強化基材を積層して予め所定の形状に予備成形したプリフォームを成形型内のキャビティに配置する。型を閉締した後、注入口からキャビティ内に樹脂を注入し、強化基材に樹脂を含浸させる。そして、キャビティ内に注入した樹脂を硬化させることによって複合材料を完成させる。樹脂を注入している最中は、キャビティ内の圧力の増加による成形型の意図しない型開きが発生しないように、所定のプレス機を使用して型締圧力を付与している（特許文献１を参照）。
特開２００５－１９３５８７号公報
　上記のような複合材料の成形方法において、キャビティ内へ注入した樹脂は、キャビティ内を広がりながら流動して、キャビティに配置されたプリフォームにおいて注入口付近等の樹脂が流動しやすい領域からプリフォームの周縁部等の樹脂が流動しにくい領域まで移動する。注入した樹脂は、キャビティ内を流動する過程で強化基材の内部を含浸しながら通過するため、樹脂が流動しにくい領域に樹脂を到達させるためには、注入に長時間を要してしまい、成形時間を長期化させてしまう。このため、短時間によって樹脂を注入させるためには、注入圧力を高圧に設定せざるを得ないため、より大きな型締圧力を付与することが可能な大型のプレス機を使用しなければならない。また、樹脂を注入するための設備についても高圧注入が可能な高性能なものが必要になるため、高圧注入用の設備を使用することによる設備投資費の増加も問題となっている。
　そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、キャビティ内において樹脂の流動を制御することによって成形時間の短時間化を図るとともに、設備投資費の削減を図ることのできる複合材料の製造方法、複合材料の製造装置および複合材料用プリフォームを提供することを目的とする。
　上記目的を達成する本発明に係る複合材料の製造方法は、強化基材と、前記強化基材に含浸された樹脂と、を備える複合材料の製造方法である。第１の領域と第２の領域とを備えるシート状の前記強化基材に、前記第１の領域よりも前記第２の領域の接着剤の含有密度が低くなるように前記接着剤を付与し、前記強化基材を予備成形してプリフォームを形成し、成形型内のキャビティに前記プリフォームを配置し、前記成形型の注入口から前記キャビティ内に前記樹脂を注入し、前記プリフォームに前記樹脂を含浸させて前記複合材料を成形する。前記キャビティのうち前記強化基材の前記第２の領域が配置された部分を前記強化基材の前記第１の領域が配置された部分に比べて、前記キャビティ内に注入した前記樹脂が流れやすくする。
　上記目的を達成する本発明に係る複合材料の製造装置は、第１の領域と第２の領域とを備えるシート状の強化基材に接着剤を付与する付与部と、前記強化基材を予備成形してプリフォームを形成する予備成形型と、前記プリフォームが配置されるキャビティを形成し、前記キャビティ内に樹脂を注入する注入口を備える成形型と、前記付与部および前記予備成形型の作動を制御する制御部と、を有する。前記制御部は、前記強化基材の前記第１の領域よりも前記強化基材の前記第２の領域の前記接着剤の含有密度が低く前記接着剤を付与するように前記付与部の作動を制御して、前記キャビティのうち前記強化基材の前記第２の領域が配置された部分を前記強化基材の前記第１の領域が配置された部分に比べて、前記キャビティ内に注入した前記樹脂が流れやすくする。
　上記目的を達成する本発明に係る複合材料用プリフォームは、第１の領域と第２の領域とを備えるシート状の強化基材に接着剤を含浸させて形成される。前記第２の領域は、前記第１の領域よりも前記接着剤の含有密度が低くなるように形成される。
本発明の実施形態に係る複合材料の製造装置および製造方法の全体の流れを説明するための図である。 本発明の実施形態に係るプリフォームを成形する予備成形装置を説明するための図であり、図２（Ａ）は付与部の概観斜視図であり、図２（Ｂ）はヒータの概観斜視図である。 本発明の実施形態に係るプリフォームを成形する予備成形装置を説明するための図であり、図３（Ａ）は切断部の概観斜視図であり、図３（Ｂ）は予備成形型の概観斜視図である。 本発明の実施形態に係るプリフォームを用いて複合材料を成形する成形装置の概略図である。 本発明の実施形態に係るプリフォームを成形型に配置して樹脂を注入した様子を模式的に表す図である。 図６は、本発明の原理を説明する概念図であり、強化基材の積層体の層間を樹脂が流動する様子を側面方向から見た図であり、図６（Ａ）は、本発明の実施形態に係るプリフォームの状態を示す図であり、図６（Ｂ）は、本発明の実施形態に係るプリフォームに樹脂を注入した状態を示す図であり、図６（Ｃ）は、対比例に係るプリフォームに樹脂を注入した状態を示す図である。 図７は、本発明の原理を説明する概念図であり、強化基材を配置した成形型内を樹脂が流動する様子を上面方向から見た図であり、図７（Ａ）は、本発明の実施形態に係るプリフォームに樹脂を注入した状態を示す図であり、図７（Ｂ）は、対比例に係るプリフォームに樹脂を注入した状態を示す図である。 図８は、樹脂の流動による強化基材の配向の乱れ状態の評価結果を示すための写真であり、図８（Ａ）は、本発明の実施形態に係るプリフォームに樹脂を流した状態、図８（Ｂ）は、対比例に係るプリフォームに樹脂を流した状態を示している。 実施形態に係る複合材料の製造方法を実施した際のキャビティ内の圧力の時間推移を示す図である。 本発明の実施形態に係るプリフォームの成形方法を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る複合材料の成形方法を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る複合材料の製造方法を適用して製造した自動車部品を示す図であり、図１２（Ａ）は、複合材料を使用した各種の自動車部品を示す図、図１２（Ｂ）は、自動車部品を接合して形成した車体を示す図である。
　以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明は特許請求の範囲に記載される技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。また、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
　図１は、本発明の実施形態に係る複合材料４００の製造装置１００および製造方法の全体の流れを説明するための図である。図２および図３は、本発明の実施形態に係るプリフォーム５００（複合材料用プリフォームに相当）を成形する予備成形装置２００を説明するための図である。図４は、本発明の実施形態に係るプリフォーム５００を用いて複合材料４００を成形する成形装置３００の概略図である。図５は、本発明の実施形態に係るプリフォーム５００を成形型３１０に配置して樹脂６００を注入した様子を模式的に表す図である。図６および図７は、本発明の原理を説明する概念図である。図８は、樹脂６００の流動による強化基材５１０の配向の乱れ状態の評価結果を示すための写真である。図９は、実施形態に係る複合材料４００の製造方法を実施した際のキャビティ３５０内の圧力の時間推移を示す図である。図１０は、本発明の実施形態に係るプリフォーム５００の成形方法を示すフローチャートである。図１１は、本発明の実施形態に係る複合材料４００の成形方法を示すフローチャートである。図１２は、本発明の実施形態に係る複合材料４００を使用した自動車部品７０１～７０３および車体７００を示す斜視図である。なお、図２および図３（Ａ）中の矢印は、搬送部２１０による強化基材５１０の搬送方向（下流工程へ向かう方向）を示している。また、図３（Ｂ）中の矢印は、強化基材５１０を予備成形する際の成形方向を示している。また、図５および図６中の矢印は、樹脂６００の流動方向を示している。
　以下、各図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
　（プリフォーム）
　本実施形態に係るプリフォーム５００は、強化基材５１０に接着剤５２０を含浸させて形成される。
　強化基材５１０は、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、有機繊維等によって形成することができる。本実施形態では、強化基材５１０として炭素繊維を使用した例を説明する。炭素繊維５１０は、熱膨張係数が小さく、寸法安定性に優れ、高温下においても機械的特性の低下が少ないという特徴があるため、自動車の車体７００等の複合材料４００の強化基材５１０として好適に使用することができる。炭素繊維５１０は、例えば、繊維が一方向に引き揃えられたＵＤ（一方向）材や繊維が一方向に引き揃えられた複数のシートをそれぞれ異なる方向に重ねて補助繊維で一体化したいわゆるＮＣＦ（ノンクリンプファブリック）材等のシート状の強化基材５１０を使用することができる。積層構成は、成形品である複合材料４００に求められる材料特性によるが、一般的に複数の配向角度を備えるように積層する。本実施形態では、繊維配向が±４５°方向のＮＣＦ材、９０°方向のＵＤ材、０°方向のＵＤ材の３種類を積層する積層構成とする。
　接着剤５２０は、炭素繊維５１０に付与されて、炭素繊維５１０同士を接着する。これにより、炭素繊維５１０をシート状の形態に安定して維持させることができ、炭素繊維５１０の配置のばらつきを抑制することができる。また、炭素繊維５１０の積層体５１０ｂ（図３（Ｂ）を参照）を所望の形状に賦形した際に、その形態を保持する役割を果たす。接着剤５２０は、図６（Ａ）および図７（Ａ）に示すように、に接着剤５２０の含有密度が高い第１の領域５０１と、第１の領域５０１よりも接着剤５２０の含有密度が低い第２の領域５０２と、を形成するように炭素繊維５１０に付与される。第１の領域５０１では、第２の領域５０２に比べて、接着剤５２０の含有密度が高いため、炭素繊維５１０間を流れる樹脂６００の流動が接着剤５２０によって堰き止められる。このため、第２の領域５０２は、第１の領域５０１に比べて樹脂６００の流動抵抗が低くなる。このように、接着剤５２０を付与する部分を制御し、含有密度分布を調整することによって、樹脂６００の流動抵抗を制御することができる。
　接着剤５２０を構成する材料は、熱によって軟化する材料であれば特に限定されず、公知のものを使用することができる。例えば、ポリオレフィン樹脂、スチレン系樹脂、ナイロン樹脂、ポリウレタン樹脂などの熱可塑性樹脂、また、例えば低分子量エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂などが挙げられる。本実施形態では、後述する複合材料４００に使用する樹脂と同じエポキシ樹脂であり、溶融粘度が低いため流動性が高く、耐熱性、耐湿性に優れる低分子量エポキシ樹脂を使用する。低分子量エポキシ樹脂は、硬化前において炭素繊維５１０に含浸できる程度の低い粘度を備えるものであれば特に限定されず、公知の低分子量エポキシ樹脂を使用することができる。
　（複合材料）
　本実施形態に係る複合材料４００は、炭素繊維５１０が予め所定の形状に予備成形されたプリフォーム５００に樹脂６００を含浸させて硬化させることによって製造される。
　複合材料４００は、炭素繊維５１０と樹脂６００が組み合わせられることにより、樹脂６００単体で構成される成形品に比べて高い強度および剛性を備えたものとなる。また、図１２に示すような自動車の車体７００（図１２（Ｂ）を参照）に使用されるフロントサイドメンバー７０１やピラー７０２等の骨格部品、ルーフ７０３等の外板部品に複合材料４００を適用することによって、鉄鋼材料からなる部品を組み付けて構成した車体と比べて、車体７００の軽量化を図ることができる。
　本実施形態に係る複合材料４００は、プリフォーム５００に樹脂６００を含浸させることによって形成される。また、本実施形態では、剛性向上のために複合材料４００の内部に、図３（Ｂ）に示すようなコア材５３０が挿入されている。
　樹脂６００は、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂、フェノール樹脂等が用いられる。本実施形態においては、機械的特性、寸法安定性に優れたエポキシ樹脂を用いる。エポキシ樹脂は２液タイプが主流であり、主剤および硬化剤を混合して使用する。主剤はビスフェノールＡ型のエポキシ樹脂、硬化剤はアミン系のものが一般的に用いられるが、特にこれに限定されるものではなく、所望の材料特性に合わせて適宜選択できる。また、樹脂６００には、複合材料４００を成形した後の脱型を容易に行い得るように、内部離型剤を含ませている。内部離型剤の種類は、特に限定されず、公知のものを使用することができる。
　コア材５３０は、炭素繊維５１０に被覆された状態で、炭素繊維５１０に樹脂６００を含浸させることによって複合材料４００の内部に形成される。コア材５３０を構成する材料は、特に限定されないが、軽量化の観点から発泡体（フォームコア）が好ましく用いられる。例えばポリウレタン、塩化ビニル、ポリオレフィン、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂（ＰＭＩ（ポリメタクリルイミド）、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド））などからなる発泡体が適宜使用される。
　（製造装置）
　図１～４を参照して、複合材料４００の製造装置１００について説明する。本実施形態に係る複合材料４００の製造装置１００は、大きく分けて、図１の上段および中段に示すプリフォーム５００を成形する予備成形装置２００と、図１の下段に示すプリフォーム５００を用いて複合材料４００を成形する成形装置３００と、から構成される。また、複合材料４００の製造装置１００は、製造装置１００全体の動作を制御する制御部１１０を有する。
　まず、プリフォーム５００を成形する予備成形装置２００について説明する。
　予備成形装置２００は、概説すると、図１の上段に示すように、炭素繊維５１０を連続的に搬送する搬送部２１０と、炭素繊維５１０に接着剤５２０を付与する付与部２２０と、接着剤５２０が付与された炭素繊維５１０を加熱するヒータ２３０と、炭素繊維５１０を切断する切断部２４０と、炭素繊維５１０を予備成形する予備成形型２６０と、を有する。
　搬送部２１０は、図１の上段に示すように、炭素繊維５１０が巻回されてなる基材ロール５１０ａから供給された炭素繊維５１０を連続的に下流工程である付与部２２０、ヒータ２３０および切断部２４０へ搬送する。搬送部２１０は、ベルトコンベアによって構成されている。付与部２２０、ヒータ２３０、および切断部２４０は、ベルトコンベアの搬送経路に合わせて設けられ、連続して作業が行えるように構成されている。
　付与部２２０は、図２（Ａ）に示すように、搬送部２１０の平面方向に移動可能に構成され、搬送部２１０の上流から搬送された炭素繊維５１０に接着剤５２０を付与する。接着剤５２０の付与量は、使用する接着剤５２０の種類、物性によるが、例えば、１０～１００ｇ／ｍ３とすることができる。付与部２２０は、例えば、粉末状（固形）の接着剤５２０を使用してスクリーン印刷方式、液状の接着剤５２０を使用してインクジェット方式、接着剤５２０を不織布に加工して炭素繊維５１０の上に積層する方式等によって構成することができる。本実施形態においては、量産性が高く、付与精度の高いインクジェット方式を使用する。インクジェット方式は、接着剤５２０を微滴化し、炭素繊維５１０に対して直接に吹き付ける方式であり、付与する部位によって接着剤５２０の付与量を調整することができる。
　ヒータ２３０は、図２（Ｂ）に示すように、付与部２２０によって接着剤５２０を付与した炭素繊維５１０を加熱する。加熱温度は、使用する接着剤５２０の溶融温度によるが、例えば、７０℃～１５０℃とする。これによって、接着剤５２０を軟化または溶融させ、炭素繊維５１０に含浸させることができる。接着剤５２０を含浸させた結果、炭素繊維５１０の単位面積あたりの接着剤５２０の含有量、すなわち、含有密度が定まる。接着剤５２０の含有密度は、複合材料４００の形状や、炭素繊維５１０の積層体５１０ｂの厚さにもよるが、例えば、含有密度の高い部分では８０ｇ／ｍ３、含有密度の低い部分では１０ｇ／ｍ３とすることができる。
　ヒータ２３０は、特に限定されないが、瞬間的かつ均等に炭素繊維５１０を加熱可能なものから構成されていることが好ましく、例えば、連続炉または高周波コイル、遠赤外線ヒータ、熱風器などの加熱ヒータを使用することができる。
　切断部２４０は、図３（Ａ）に示すように、接着剤５２０が含浸された炭素繊維５１０を予め決められた切断線Ｌに沿って切断する。切断部２４０は、例えば、超音波カット、レーザーカット、丸鋸カット、プレスカット、はさみカットなど様々な切断機構を使用することができる。本実施形態においては、比較的短時間によって正確に切断することができる超音波カットを使用する。
　予備成形型２６０は、炭素繊維５１０を定められた立体形状に予備成形する。図１の中段に示すように、プリフォーム５００の対象となる炭素繊維５１０が配置される下型２６１と、下型２６１に対して接近離反移動自在な上型２６２と、を有している。上型２６２の下型２６１に対向する面には、炭素繊維５１０のプリフォーム５００の形状に合致する形状に応じた成形面が形成されている。炭素繊維５１０を下型２６１に配置した状態で上型２６２を下型２６１に接近移動させて、炭素繊維５１０に対して加圧力を付与することによって、炭素繊維５１０をプリフォーム５００に成形することが可能となっている。
　次に、プリフォーム５００を用いて複合材料４００を成形する成形装置３００について説明する。
　図４を参照して、本実施形態に係る成形装置３００は、概説すると、プリフォーム５００が配置されるキャビティ３５０を形成する開閉自在な成形型３１０と、成形型３１０に型締圧力を負荷するプレス部３２０と、キャビティ３５０内に溶融した樹脂６００を注入する樹脂注入部３３０と、成形型３１０の温度を調整する成形型温度調整部３４０と、を有する。
　成形型３１０は、開閉可能な一対の上型３１１（雄型）と、下型３１２（雌型）と、を有する。上型３１１と下型３１２の間に、密閉自在なキャビティ３５０を形成する。プリフォーム５００は、キャビティ３５０内に配置する。
　成形型３１０は、キャビティ３５０内に樹脂６００を注入する注入口３１３をさらに有する。注入口３１３は、キャビティ３５０および樹脂注入部３３０に連通する。成形型３１０のキャビティ３５０に対向する面は、図６（Ａ）に示すように注入口３１３側の第１の壁面３１０ａと、注入口３１３と対向する側の第２の壁面３１０ｂと、を備える。第２の壁面３１０ｂは、成形型３１０のキャビティ３５０に対向する面において注入口３１３から最も離れた場所に配置される面である。
　本実施形態では、図４に示すように、注入口３１３は、キャビティ３５０内に配置されたプリフォーム５００の側部に位置するため、当該側部（図４中の左側）に位置する面が第１の壁面３１０ａであり、当該側部と反対側に位置するプリフォーム５００の端部（図４中の右側）に位置する面が第２の壁面３１０ｂである。なお、注入口３１３は、成形型３１０の上方部に設けてもよい。この場合、樹脂６００は、プリフォーム５００の上方部から下方部に含浸する。また、下型３１２に、キャビティ３５０内を真空引きして空気を吸引する吸引口を設けてもよい。また、キャビティ３５０内を密閉状態にするために、上型３１１と下型３１２の合わせ面にシール部材等を設けてもよい。
　プレス部３２０は、例えば、油圧等の流体圧を用いたシリンダー３２１を備え、油圧等を制御することによって型締圧力を調整自在なプレス機により構成することができる。
　樹脂注入部３３０は、主剤タンク３３１から供給される主剤と、硬化剤タンク３３２から供給される硬化剤とを循環させつつ、成形型３１０へ供給可能な公知の循環式のポンプ機構により構成することができる。樹脂注入部３３０は、注入口３１３に連通してキャビティ３５０内に樹脂６００を注入する。
　成形型温度調整部３４０は、樹脂６００注入の初期段階において、キャビティ３５０内の温度が接着剤５２０の溶融温度以下になるように成形型３１０の温度を調整する。プリフォーム５００をキャビティ３５０内に配置した後、徐々に樹脂６００の硬化温度まで加熱して、キャビティ３５０内に注入された樹脂６００を硬化させる。成形型温度調整部３４０には、加熱を行うための装置として、例えば、成形型３１０を直接的に加熱する電気ヒータや、油などの熱媒体を循環させることによって温度調整を行う温度調整機構等を備えさせることができる。
　制御部１１０は、製造装置１００全体の動作を制御する。具体的には、図４を参照して、制御部１１０は、記憶部１１１と、演算部１１２と、各種データや制御指令の送受信を行う入出力部１１３と、を有する。入出力部１１３は、付与部２２０、ヒータ２３０、切断部２４０、予備成形型２６０、プレス部３２０、樹脂注入部３３０、成形型温度調整部３４０、に電気的に接続している。
　記憶部１１１は、ＲＯＭやＲＡＭから構成し、接着剤５２０の付与量、第１の領域５０１および第２の領域５０２の分布、成形するプリフォーム５００および複合材料４００の形状等のデータを記憶する。演算部１１２は、ＣＰＵを主体に構成され、入出力部１１３を介して搬送部２１０による炭素繊維５１０の送り速度等のデータを受信する。演算部１１２は、記憶部１１１から読み出したデータおよび入出力部１１３から受信したデータに基づいて、接着剤５２０の付与のタイミングや付与量、成形型温度調整部３４０による成形型３１０の加熱温度等を算出する。算出したデータに基づく制御信号は、入出力部１１３を介して付与部２２０、ヒータ２３０、切断部２４０、予備成形型２６０、プレス部３２０、樹脂注入部３３０、成形型温度調整部３４０へ送信する。このようにして、制御部１１０は、接着剤５２０の付与量および付与位置、予備成形型２６０の作動、成形型３１０の型締圧力、樹脂６００の注入量、成形型３１０の温度等を制御する。
　（製造方法）
　実施形態に係る複合材料４００の製造方法を説明する。
　複合材料４００の製造方法は、図１０に示すプリフォーム５００を成形する工程および図１１に示すプリフォーム５００を用いて複合材料４００を成形する工程の大きく分けて２つの工程から構成される。
　まず、プリフォーム５００を成形する工程について説明する。
　プリフォーム５００を成形する工程は、図１０に示すように、炭素繊維５１０素材を供給する供給工程（ステップＳ１１）と、第１の領域５０１と第２の領域５０２とを備えるシート状の炭素繊維５１０に、第１の領域５０１よりも第２の領域５０２の接着剤５２０の含有密度が低くなるように接着剤５２０を付与する付与工程（ステップＳ１２）と、炭素繊維５１０を加熱する加熱工程（ステップＳ１３）と、炭素繊維５１０を切断する切断工程（ステップＳ１４）と、積層体５１０ｂを形成する積層工程（ステップＳ１５）と、積層体５１０ｂを搬送する搬送工程（ステップＳ１６）と、炭素繊維５１０を予備成形してプリフォーム５００を形成する予備成形工程（ステップＳ１７）と、成形したプリフォーム５００を予備成形型２６０から脱型する工程（ステップＳ１８）と、を有する。
　各工程について説明する。
　まず、ステップＳ１１として、図１の上段に示すように、炭素繊維５１０が巻回されてなる基材ロール５１０ａから炭素繊維５１０を引き出し、連続的に炭素繊維５１０を搬送部２１０に供給する。
　次に、ステップＳ１２として、図２（Ａ）に示すように、搬送部２１０によって連続的に送り出される炭素繊維５１０に対して、付与部２２０によって接着剤５２０を付与する。この際、予め定めた含有密度分布に応じて、付与する量を調整する。すなわち炭素繊維５１０の第２の領域５０２は、炭素繊維５１０の第１の領域５０１に比べて接着剤５２０含有密度が低くなるように接着剤５２０を付与する。
　次に、ステップＳ１３として、図２（Ｂ）に示すように、炭素繊維５１０をヒータ２３０によって加熱し、付与した接着剤５２０を軟化または溶融させ、炭素繊維５１０の層間に接着剤５２０を含浸させる。接着剤５２０を含浸させることによって、炭素繊維５１０に接着剤５２０の含有密度分布が形成される。
　次に、ステップＳ１４として、図３（Ａ）に示すように、接着剤５２０が溶融した状態で炭素繊維５１０を切断線Ｌに沿って切断する。切断線Ｌは、成形品である複合材料４００の展開形状を予め設定し、当該展開形状に応じて決定する。
　次に、ステップＳ１５として、図１の中段の積層工程に示すように、搬送ロボット２５０によって切断した炭素繊維５１０を所定枚数積層する。本実施形態においては、積層配向の異なる炭素繊維５１０を積層して、所定の積層構成とする。具体的には、繊維配向が±４５°方向のＮＣＦ材、９０°方向のＵＤ材、０°方向のＵＤ材の３種類を用いる。このため、供給工程、付与工程、加熱工程、および切断工程はそれぞれ異なる製造ラインのレーンにおいて行い、各配向角度別に切断された炭素繊維５１０を、所定の配向順序によって積層し積層体５１０ｂを形成する。
　次に、ステップＳ１６として、図３（Ｂ）に示すように、積層体５１０ｂを予備成形型２６０の下型２６１まで搬送して配置する。このとき、接着剤５２０によって炭素繊維５１０の層間が接着されているので搬送時の炭素繊維５１０のばらつきを抑制することができる。搬送中の温度は、例えば、５０～７０℃まで炭素繊維５１０の温度が低下するように管理することが好ましい。このように管理することによって、炭素繊維５１０を予備成形型２６０まで搬送したときに、接着剤５２０を半硬化状態または硬化状態とすることができる。これにより、予備成形時に接着剤５２０を短時間によって硬化させることができるため、予備成形にかかる時間を短縮することができる。
　次に、ステップＳ１７として、図３（Ｂ）に矢印で示すように、予備成形型２６０の下型２６１に配置された炭素繊維５１０の積層体５１０ｂを予備成形してプリフォーム５００を成形する。この際、炭素繊維５１０によって被覆されるようにコア材５３０を配置する。上型２６２は、図１の中段の予備成形工程に示すように、複数の分割された型によって構成してもよいし、分割されていない１つの型からなる上型を使用してもよい。予備成形型２６０は、例えば、２０～４０℃に冷却しておくことが好ましい。これにより、型閉じと同時に接着剤５２０の冷却が行われ、接着剤５２０が硬化して予備成形が完了する。
　次に、ステップＳ１８として、予備成形型２６０を開いて、プリフォーム５００を脱型すると、プリフォーム５００の成形が完了する。
　次に、プリフォーム５００を用いて複合材料４００を成形する工程について説明する。
　複合材料４００を成形する工程は、図１１に示すように、プリフォーム５００を成形型３１０のキャビティ３５０に配置する工程（ステップＳ２１）と、キャビティ３５０内に樹脂６００を注入する工程（ステップＳ２２）と、樹脂６００を硬化させる工程（ステップＳ２３）と、成形した複合材料４００を成形型３１０から脱型する工程（ステップＳ２４）と、を有する。
　各工程について説明する。
　まず、ステップＳ２１として、プリフォーム５００を成形型３１０のキャビティ３５０に配置する（図４を参照）。このとき、キャビティ３５０内の樹脂６００が流動しやすい部分３５１に炭素繊維５１０の第１の領域５０１を配置し、キャビティ３５０内の樹脂６００が流動しにくい部分３５２に炭素繊維５１０の第２の領域５０２を配置する。成形型３１０の温度は、キャビティ３５０内の温度が接着剤５２０の溶融温度以下になるように成形型温度調整部３４０によって調整する。なお、樹脂６００が流動しやすい部分３５１および樹脂６００が流動しにくい部分３５２は、複合材料４００の形状等に基づいてシミュレーションによって予め求めておく。
　樹脂６００の流動しやすさは、図６（Ｃ）に示すようにキャビティ３５０に配置された炭素繊維５１０の積層体５１０ｂを含むプリフォーム５００を側面方向から見たとき、炭素繊維５１０の積層体５１０ｂの積層方向に変化する。具体的には、成形型３１０の注入口３１３側の第１の壁面３１０ａに近い部分は、樹脂６００が流動しやすい部分３５１であり、注入口３１３と対向する側の第２の壁面３１０ｂに近い部分は、樹脂６００が流動しにくい部分３５２である。すなわち、注入口３１３に近い第１の壁面３１０ａから注入口３１３から遠い第２の壁面３１０ｂに向かって、樹脂６００の流動しやすさは低下する。したがって、図６（Ａ）に示すように、注入口３１３側の第１の壁面３１０ａから注入口３１３と対向する側の第２の壁面３１０ｂに向かって接着剤５２０の含有密度が低下するように炭素繊維５１０の第１の領域５０１および第２の領域５０２をキャビティ３５０に配置する。
　また、炭素繊維５１０の積層体５１０ｂを上面方向から見たとき、図７（Ｂ）に示すように、樹脂６００は注入口３１３から同心円状に広がるように流動する。よって、注入口３１３近傍は、樹脂６００が流動しやすい部分３５１であり、注入口３１３から離れたプリフォーム５００の周縁部は、樹脂６００が流動しにくい部分３５２となる。
　本実施形態では、図５に示すようにプリフォーム５００の側部から端部へ向かって扇状に樹脂６００が含浸する。つまり、樹脂６００が流動しやすい部分３５１は、注入口３１３に近いプリフォーム５００の側部であり、樹脂６００が流動しにくい部分３５２は、プリフォーム５００の端部である。したがって、プリフォーム５００の側部の接着剤５２０の含有密度を高くし、端部に向かうにつれて接着剤５２０の含有密度が低下するように炭素繊維５１０の第１の領域５０１および第２の領域５０２をキャビティ３５０に配置する。
　次に、ステップＳ２２として、キャビティ３５０内に樹脂６００を注入する。
　図６（Ｃ）に示すように、樹脂６００の流動しやすさは、注入口３１３に近い第１の壁面３１０ａから注入口３１３から遠い第２の壁面３１０ｂに向かって低下する。したがって、接着剤５２０を積層体５１０ｂの層間に均一に付与した場合、樹脂６００の流動速度に差が発生し、流動速度の差が大きい部分において炭素繊維５１０の層にずれやよれが生じることがある。炭素繊維５１０の層にずれやよれが生じてしまうと、層間に樹脂リッチ部分あるいは樹脂６００のみの部分を形成してしまうことがあり、成形品である複合材料４００の強度低下を招くおそれがある。
　本実施形態では、図６（Ａ）に示すように、注入口３１３側の第１の壁面３１０ａから注入口３１３と対向する側の第２の壁面３１０ｂに向かって接着剤５２０の含有密度が低下するように炭素繊維５１０の第１の領域５０１および第２の領域５０２をキャビティ３５０に配置している。接着剤５２０の含有密度を変化させることによって、第１の壁面３１０ａから第２の壁面３１０ｂに向かって、樹脂６００の流動抵抗が徐々に低くなるように形成することができる。つまり、樹脂６００が流動しやすい部分３５１である第１の壁面３１０ａ側の炭素繊維５１０の層間に流動する樹脂６００の流動速度を遅くし、樹脂６００が流動しにくい部分３５２である第２の壁面３１０ｂへ向かうにつれて、炭素繊維５１０の層間に流動する樹脂６００の流動速度を徐々に早くすることができる。したがって、図６（Ｂ）に示すように、炭素繊維５１０の層間において、樹脂６００流動しやすさをほぼ均一にすることができる。これにより、炭素繊維５１０の層間において樹脂６００の流動速度の差を低減し、炭素繊維５１０に生じるしわやよれを抑制することができる。
　また、炭素繊維５１０の積層体５１０ｂを上面から見たとき、図８（Ｂ）に示すように、炭素繊維５１０が樹脂６００の流動による衝突力によって、注入口３１３近傍に配置されたプリフォーム５００の表層における炭素繊維５１０の配向に乱れが生じることがある。特に、樹脂６００の注入の初期段階では、一般的に流動速度が早いため、樹脂６００の流動による衝突力が大きくなりやすく、炭素繊維５１０の配向に乱れが生じやすい。このように炭素繊維５１０の配向の乱れた部位に樹脂リッチ部分あるいは樹脂６００のみの部分が形成されることがあり、成形品である複合材料４００の強度低下や意匠性の低下を招くおそれがある。
　さらに、図７（Ｂ）に示すように、注入口３１３から離れたキャビティ３５０の周縁部は、樹脂６００が到達しにくいため、樹脂６００が流動しにくい部分３５２である。このため、樹脂６００が流動しにくい部分３５２に樹脂６００を到達させるためには、図９の破線に示すように、樹脂６００の注入作業における最大注入圧力Ｐ２を高圧に設定せざるを得ない。また、樹脂６００を充填するための最大注入圧力Ｐ２を高圧に設定すると、その分、キャビティ３５０内の圧力も増加する。したがって、注入作業中に成形型３１０の不用意な型開きが発生するのを防止するために、より大きな型締圧力を付与することが可能な大型のプレス機を使用しなければならない。
　本実施形態では、図７（Ａ）に示すように、樹脂６００が流動しやすい部分３５１、例えば、注入口３１３近傍に第１の領域５０１を配置し、樹脂６００が流動しにくい部分３５２、例えば、キャビティ３５０の周縁部に第２の領域５０２を配置する。樹脂６００が流動しやすい部分３５１に配置された第１の領域５０１において樹脂６００が流動しにくくなるため、それ以外の部分に樹脂６００が流れやすくなる。この結果、樹脂６００が流動しにくい部分３５２に配置された第２の領域５０２において相対的に樹脂６００が流動しやすくなるように制御することができる。これにより、樹脂６００の注入圧力を高くしなくても短時間によって全体に樹脂６００を到達させることができるため、図９の実線に示すように、樹脂６００の最大注入圧力Ｐ１を低減することができる。キャビティ３５０内の圧力を比較的小さく抑えることができるため、成形時間の短時間化を図るとともに、設備投資費の削減を図ることができる。また、注入口３１３近傍において樹脂６００の流動抵抗を高くすることによって樹脂６００の流動速度を遅くすることができる。これにより、図８（Ａ）に示すように、注入口３１３近傍における繊維配向の乱れを抑制することができ、成形品である複合材料４００の強度および意匠性を向上することができる。
　また、上述のような問題を解決する方法として、例えば、複数の注入口（多点ゲート）を備える成形型によって、複数の箇所から樹脂６００を注入し、樹脂６００が流動しにくい部分３５２に樹脂６００を流れやすくして、樹脂６００の最大注入圧力を低減する方法も考えられる。しかしながら、複数の注入口を備える成形型が必要となるので設備投資費の増加が問題となる。また、注入口が複数になることによって、注入口の穴に付着した樹脂６００の洗浄等のメンテナンスのために設備費用や製造時間の増加を招いてしまう。
　本実施形態によれば、１つの注入口３１３を備える成形型３１０を使用しても樹脂６００が流動しにくい部分３５２に樹脂６００を流れやすくして、樹脂６００の最大注入圧力Ｐ１を低減することを可能としている。これにより、複数の注入口を備える成形型を使用する場合に比べて設備投資費やメンテナンスの費用および製造時間を大幅に削減することができる。
　また、図７（Ａ）に示すように、樹脂６００が流動しにくい部分３５２に樹脂６００が流動しやすく制御することによって、短時間によって全体に樹脂６００を到達させることができる。これにより、成形時間の短時間化を図るとともに、最大注入圧力Ｐ１を大幅に増加させる必要がなくなることによって設備投資費の削減を図ることができる。
　また、上述したように、樹脂６００注入の初期段階において、成形型３１０の温度は、キャビティ３５０内の温度が接着剤５２０の溶融温度以下になるように予め調整されている。これにより、接着剤５２０を固形状に保つことができるため、注入された樹脂６００を堰き止める効果をより一層高め、樹脂６００の流動を制御することができる。
　次に、ステップＳ２３として、成形型３１０の温度を徐々に樹脂６００の硬化温度まで加熱して、炭素繊維５１０に含浸した樹脂６００を硬化させる。成形型３１０の温度を徐々に上昇させることによって、樹脂６００の硬化に伴う反応熱および成形型３１０の熱によって、キャビティ３５０内の温度が上昇し、接着剤５２０が固形状から半固形状または液状に軟化する。それに伴い、接着剤５２０による樹脂６００を堰き止める効果が徐々に低下する。これにより、複合材料４００の成形時に接着剤５２０が軟化した部分の炭素繊維５１０に樹脂６００が含浸して、炭素繊維５１０全体に樹脂６００がほぼ均一に含浸した高品質な複合材料４００を成形することができる。
　また、本実施形態において、樹脂６００は、エポキシ樹脂によって形成され、接着剤５２０は、低分子量エポキシ樹脂によって形成される。これにより、複合材料４００の成形時に樹脂６００および接着剤５２０が同種の材料によって形成されているため、樹脂６００と接着剤５２０との界面の形成を抑制し、樹脂６００と一体化することでより均質な複合材料４００を成形することができる。これにより、樹脂６００の注入初期段階においては、接着剤５２０は、樹脂６００を堰き止める効果を有し、樹脂６００の流動を制御することができる。樹脂６００の注入が進むにつれて、接着剤５２０が軟化し、徐々に樹脂６００がキャビティ３５０内全体に広がることによって樹脂６００と接着剤５２０をより均質に混合することができる。
　次に、ステップＳ２４として、樹脂６００が硬化した後、成形型３１０を開いて、炭素繊維５１０、樹脂６００およびコア材５３０が一体化された複合材料４００を脱型すると、成形が完了する。
　以上説明したように、本実施形態に係る複合材料４００の製造方法および製造装置１００によれば、第１の領域５０１と第２の領域５０２とを備えるシート状の炭素繊維５１０に、第１の領域５０１よりも第２の領域５０２の接着剤５２０の含有密度が低くなるように接着剤５２０を付与し、炭素繊維５１０を予備成形してプリフォーム５００を形成する予備成形し、成形型３１０内のキャビティ３５０にプリフォーム５００を配置し、プリフォーム５００に樹脂６００を含浸させて複合材料４００を成形する。キャビティ３５０のうち炭素繊維５１０の第２の領域５０２が配置された部分を炭素繊維５１０の第１の領域５０１が配置された部分に比べて、キャビティ３５０内に注入した樹脂６００が流れやすくする。
　このように構成した複合材料４００の製造方法および製造装置１００によれば、キャビティ３５０内の樹脂６００が流動しにくい部分３５２に第２の領域５０２を配置することによって、炭素繊維５１０に均一に接着剤５２０を付与した場合に比べて、樹脂６００が流動しにくい部分３５２に樹脂６００を流れやすくすることができる。これによって、炭素繊維５１０に均一に接着剤５２０を付与した場合に比べて、短時間によってキャビティ３５０内の炭素繊維５１０全体に樹脂６００を到達させることができる。これにより、成形時間の短時間化を図るとともに、最大注入圧力Ｐ１を大幅に増加させる必要がなくなることによって設備投資費の削減を図ることができる。
　また、キャビティ３５０の注入口３１３側の第１の壁面３１０ａから注入口３１３と対向する側の第２の壁面３１０ｂに向かって、接着剤５２０の含有密度が低下するように接着剤５２０を付与する。これにより、注入口３１３付近の樹脂６００の流動抵抗を高くすることによって樹脂６００の流動速度を遅くすることができるため、注入口３１３付近における炭素繊維５１０の配向の乱れを抑制することができる。また、炭素繊維５１０の層間において樹脂６００の流動速度の差を低減し、炭素繊維５１０に生じるしわやよれを抑制することができる。よって、複合材料４００の強度および意匠性を向上することができる。
　また、接着剤５２０は、熱によって軟化する材料によって形成され、樹脂６００をキャビティ３５０内に注入した後に、成形型３１０を加熱し、接着剤５２０を樹脂６００の硬化に伴う反応熱および／または成形型３１０の熱によって軟化させる。これにより、複合材料４００の成形時に接着剤５２０が軟化した部分の炭素繊維５１０に樹脂６００が含浸して、炭素繊維５１０全体に樹脂６００がほぼ均一に含浸した高品質な複合材料４００を成形することができる。
　また、付与工程と予備成形工程との間に、接着剤５２０を付与した炭素繊維５１０を積層して積層体５１０ｂを形成する積層工程をさらに有する。これにより、接着剤５２０によって炭素繊維５１０を接着した状態で予備成形工程へ搬送することができるので炭素繊維５１０の配置のばらつきを抑制することができる。
　また、樹脂６００は、エポキシ樹脂によって形成され、接着剤５２０は、低分子量エポキシ樹脂によって形成される。これにより、複合材料４００の成形時に樹脂６００および接着剤５２０が同種の材料によって形成されているため、樹脂６００と接着剤５２０との界面の形成を抑制し、より均質な複合材料４００を成形することができる。
　本実施形態に係るプリフォーム５００において、炭素繊維５１０の第２の領域５０２は、炭素繊維５１０の第１の領域５０１よりも接着剤５２０の含有密度が低くなるように形成される。キャビティ３５０にプリフォーム５００を配置する際に、キャビティ３５０内の樹脂６００が流動しにくい部分３５２に第２の領域５０２を配置することによって、樹脂６００が流動しにくい部分３５２における樹脂６００の流動抵抗を低減し、樹脂６００が流動しやすくすることができるため、複合材料４００の成形時間の短時間化を図ることができる。
　また、接着剤５２０は、熱によって軟化する材料によって形成される。これにより、プリフォーム５００を用いて複合材料４００を成形する際に、接着剤５２０が軟化した部分の炭素繊維５１０に樹脂６００が含浸して、炭素繊維５１０全体に樹脂６００がほぼ均一に含浸した高品質な複合材料４００を成形することができる。
　以上、実施形態を通じて複合材料の製造方法、製造装置、および複合材料を説明したが、本発明は実施形態において説明した構成のみに限定されることはなく、特許請求の範囲の記載に基づいて適宜変更することが可能である。
　例えば、加熱工程は、切断工程の前に行うとしたが、切断工程または積層工程の後に行ってもよい。
　また、強化基材は複数積層して積層体を形成するとしたが、１枚の強化基材によって複合材料を形成してもよい。
　また、複合材料は、コア材を有するとしたが、コア材を有さない複合材料であってもよい。
１００　　製造装置、
１１０　　制御部、
２００　　予備成形装置、
２２０　　付与部、
２６０　　予備成形型、
３００　　成形装置、
３１０　　成形型、
３１０ａ　第１の壁面、
３１０ｂ　第２の壁面、
３１３　　注入口、
３４０　　成形型温度調整部、
３５０　　キャビティ、
４００　　複合材料、
５００　　プリフォーム（複合材料用プリフォーム）、
５０１　　第１の領域、
５０２　　第２の領域、
５１０　　炭素繊維（強化基材）、
５１０ｂ　積層体、
５２０　　接着剤、
５３０　　コア材、
６００　　樹脂。

Claims (11)

  1. 　強化基材と前記強化基材に含浸された樹脂とを備える複合材料の製造方法であって、
    　第１の領域と第２の領域とを備えるシート状の前記強化基材に、前記第１の領域よりも前記第２の領域の接着剤の含有密度が低くなるように前記接着剤を付与し、
    　前記強化基材を予備成形してプリフォームを形成し、
    　成形型内のキャビティに前記プリフォームを配置し、
    　前記成形型の注入口から前記キャビティ内に前記樹脂を注入し、前記プリフォームに前記樹脂を含浸させて前記複合材料を成形してなり、
    　前記キャビティのうち前記強化基材の前記第２の領域が配置された部分を前記強化基材の前記第１の領域が配置された部分に比べて、前記キャビティ内に注入した前記樹脂が流れやすくする、複合材料の製造方法。
  2. 　前記接着剤を付与する際に、前記成形型の前記注入口側の第１の壁面から前記注入口と対向する側の第２の壁面に向かって、前記接着剤の含有密度が低下するように前記接着剤を付与する、請求項１に記載の複合材料の製造方法。
  3. 　前記接着剤は、熱によって軟化する材料によって形成され、
    　前記樹脂を前記キャビティ内に注入した後に、前記成形型を加熱し、
    　前記接着剤を前記樹脂の硬化に伴う反応熱および／または前記成形型の熱によって軟化させる、請求項１または請求項２に記載の複合材料の製造方法。
  4. 　前記接着剤を付与した後、前記プリフォームを形成する前に、前記接着剤を付与した前記強化基材を積層して積層体を形成する、請求項１～３のいずれか１項に記載の複合材料の製造方法。
  5. 　前記樹脂は、エポキシ樹脂によって形成され、
    　前記接着剤は、低分子量エポキシ樹脂によって形成される、請求項１～４のいずれか１項に記載の複合材料の製造方法。
  6. 　第１の領域と第２の領域とを備えるシート状の強化基材に接着剤を付与する付与部と、
    　前記強化基材を予備成形してプリフォームを形成する予備成形型と、
    　前記プリフォームが配置されるキャビティを形成し、前記キャビティ内に樹脂を注入する注入口を備える成形型と、
    　前記付与部および前記予備成形型の作動を制御する制御部と、を有し、
    　前記制御部は、前記強化基材の前記第１の領域よりも前記強化基材の前記第２の領域の前記接着剤の含有密度が低く前記接着剤を付与するように前記付与部の作動を制御して、前記キャビティのうち前記強化基材の前記第２の領域が配置された部分を前記強化基材の前記第１の領域が配置された部分に比べて、前記キャビティ内に注入した前記樹脂が流れやすくする、複合材料の製造装置。
  7. 　前記成形型は、前記注入口側の第１の壁面と、前記注入口と対向する側の第２の壁面と、を有し、
    　前記制御部は、前記付与部を制御して、前記第１の壁面から前記第２の壁面に向かって、前記接着剤の含有密度が低下するように前記接着剤を付与する、請求項６に記載の複合材料の製造装置。
  8. 　前記成形型の温度を調整する型温度調整部をさらに有し、
    　前記制御部は、前記型温度調整部の作動を制御して前記成形型を加熱し、
    　前記接着剤は、熱によって軟化する材料によって形成され、前記樹脂の硬化に伴う反応熱および／または前記成形型の熱によって軟化する、請求項６または請求項７に記載の複合材料の製造装置。
  9. 　前記樹脂は、エポキシ樹脂によって形成され、
    　前記接着剤は、低分子量エポキシ樹脂によって形成される、請求項６～８のいずれか１項に記載の複合材料の製造装置。
  10. 　第１の領域と第２の領域とを備えるシート状の強化基材に接着剤を含浸させて形成される複合材料用プリフォームであって、
    　前記強化基材の前記第２の領域は、前記強化基材の前記第１の領域よりも前記接着剤の含有密度が低くなるように形成される、複合材料用プリフォーム。
  11. 　前記接着剤は、熱によって軟化する材料によって形成される、請求項１０に記載の複合材料用プリフォーム。
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