專利名稱：成型前體、纖維增強樹脂成型體的制造方法及纖維增強樹脂成型體的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及成型前體、利用RTM(樹脂傳遞模塑(Resin TransferMolding))法使該成型前體含浸基質樹脂得到的纖維增強樹脂成型體的制造方法、以及纖維增強樹脂成型體。本發(fā)明的成型前體使由該成型前體和樹脂形成的纖維增強樹脂成型體的精加工變得容易。
背景技術：
纖維增強樹脂(FRP)、特別是碳纖維增強樹脂(CFRP)，作為輕質且具有高機械特性的復合材料被應用在各種領域中。作為FRP成型體的成型方法之一，已知RTM法，該方法是在成型模的成型腔中配置增強纖維基材，合模后，向該模內注入具有流動性的基質樹脂，使其加熱固化或冷卻固化。在該方法中，根據需要，使模內處于減壓狀態(tài)。
RTM法是有效地表現FRP、特別是CFRP的特征、即輕質且高機械特性、或高效地成型復雜形狀的成型體的FRP成型法的最佳方法之一。
但是，作為成型后的后加工之一，已知在除去于得到的成型體的外緣上產生的牢固的毛刺(burr)等不需要的部分時，需要水力噴射加工或NC機械加工等。這使加工工時或工序增加，從而導致成本增加。特別是在CFRP中，存在于在成型體外緣上產生的毛刺中的增強纖維牢固，由于水力噴射加工能力有限或NC機械加工用工具因磨損而導致頻繁更換，所以上述除去毛刺的加工工序是希望設法省去的工序之一。
為了省去上述導致成本增加的除去毛刺的操作，以得到盡可能接近成型形狀的增強纖維基材的形狀(近凈成型(Near Net shape))為目的，提出與增強纖維基材的賦形相關的各種方案。
例如，提出了以下方案在成型模內配置纖維增強基材之前，通過用上下賦型模夾持增強纖維基材，預先賦予使增強纖維基材成型至某種程度的形狀(專利文獻1)。
還提出了以下方案在重疊多層的增強纖維基材上賦予熱塑性樹脂材料，利用賦型模進行加熱賦型，由此能夠使增強纖維基材更可靠地維持所希望的形狀(專利文獻2)。
另外，還提出了以下方案在模中預先配置基準線，在與該基準線相符的增強纖維基材的位置上沿著紡絲進行劃線，在成型模中配置增強纖維基材時準確定位(專利文獻3)。
專利文獻1特開2003-305719號公報專利文獻2特開2003-80607號公報專利文獻3特開2003-127157號公報發(fā)明內容但是，在上述現有方法中，如果省去水力噴射加工或NC機械加工等，則為了不產生含有增強纖維的毛刺，必須在用樹脂進行成型加工前，準備被賦予了比規(guī)定的產品形狀小一點的形狀的增強纖維基材(成型前體)，從而在將增強纖維基材收納在成型腔中時，增強纖維基材不從腔體中溢出。
例如，如圖1所示，當利用RTM法，使用被賦予了比摩托車發(fā)動機罩(autobicycle cowl)小一點的形狀的增強纖維基材102，成型用于發(fā)動機罩等薄板狀成型體(厚度0.5～3mm)的纖維增強樹脂成型體101時，如圖2所示，在外緣端部E1、E2產生沒有纖維增強基材102的樹脂富集部分103。當受到沖撞等沖擊時，上述發(fā)動機罩經常出現由應力集中所致的存在樹脂富集部分103的外緣端部E1、E2發(fā)生局部缺損的問題。
為了使被增強纖維基材102增強的樹脂成型體101直至外緣端部都具有規(guī)定強度，必須確保增強纖維基材102到達樹脂成型體101的外緣端部E1、E2的邊緣。為了使增強纖維基材102到達樹脂成型體的外緣，研究了以下方法如圖3所示，在將由增強纖維基材102形成的成型前體100配置在成型下模FM中之前，使用賦型模使其精確地符合預定形狀。但是，由用作增強纖維基材102的增強纖維構成的織物的孔發(fā)生錯位，尺寸變化很大，因此難以得到所要求的尺寸精度(例如，±2mm左右)。另外，雖然可以在將織物放置在下模內的狀態(tài)下，用剪刀等剪掉織物的端部精確地進行調整，但不僅明顯延長操作時間，而且產生由于操作者的熟練程度不同而導致質量存在差別的問題。
本發(fā)明的課題涉及目前RTM法存在的問題、即纖維增強樹脂成型體的外緣端部E1、E2，提供一種成型前體、使用該成型前體利用RTM法制造纖維增強樹脂成型體的方法、以及纖維增強樹脂成型體，所述成型前體是為了消除由用于除去成型后的毛刺的水力噴射加工或NC機械加工等引起的成本增加因素或存在增強纖維102a沒有到達的樹脂富集部分103所致的強度下降因素而改進得到的。
用于解決上述課題的本發(fā)明的成型前體、利用RTM法的纖維增強樹脂成型體制造方法、以及纖維增強樹脂成型體的各種方案，如以下(1)～(29)所示。
(1)一種成型前體，所述成型前體由本體部和從該本體部的邊緣向外連續(xù)延伸的毛刺形成部構成，所述本體部由由多根增強纖維構成的第1基材、和在所述本體部的外緣部被層疊在所述第1基材上的由多根纖維構成的第2基材形成，所述毛刺形成部是由從所述本體部的邊緣向外延伸的所述第2基材形成，所述多根纖維的間隙形成成型樹脂的流路。
(2)如(1)所述的成型前體，其中，所述第1基材以被覆位于所述外緣部的所述第2基材的至少一部分的方式被配置。
(3)如(1)所述的成型前體，其中，所述第1基材以夾持位于所述外緣部的所述第2基材的至少一部分的方式被配置。
(4)如(1)所述的成型前體，其中，形成所述第1基材的表層部的表層形成基材以被覆從所述本體部的邊緣向外延伸、位于所述毛刺形成部的所述第2基材的方式被配置。
(5)如(1)所述的成型前體，其中，所述本體部具有被層疊在所述第1基材以及所述第2基材上的由多根增強纖維組成的第3基材，所述第2基材被配置在所述第1基材與所述第3基材之間，并與所述本體部的形狀幾乎相同，所述成型前體形成由所述第1基材、所述第2基材以及所述第3基材構成的3層結構。
(6)如(5)所述的成型前體，其中，所述第1基材和所述第3基材中的至少一方以被覆從所述本體部的邊緣向外延伸、位于所述毛刺形成部的第2基材的一部分的方式被配置。
(7)如(5)所述的成型前體，其中，形成所述第1基材的表層部的表層形成基材與形成所述第3基材的表層部的表層形成基材中的至少一方以被覆從所述本體部的邊緣向外延伸、位于所述毛刺形成部的所述第2基材的方式被配置。
(8)如(5)所述的成型前體，其中，由發(fā)泡體構成的芯基材在所述本體部，以與所述第2基材連接的方式被配置。
(9)如(1)所述的成型前體，其中，所述第2基材的壓縮特性值為35％～80％。
(10)如(1)所述的成型前體，其中，所述第1基材的單位面積重量為100～1000g/m2。
(11)如(5)所述的成型前體，其中，所述第3基材的單位面積重量為100～1000g/m2。
(12)如(1)所述的成型前體，其中，形成所述第2基材的纖維的強度低于形成所述第1基材的增強纖維的強度。
(13)如(5)所述的成型前體，其中，形成所述第2基材的纖維的強度低于形成所述第3基材的增強纖維的強度。
(14)如(1)所述的成型前體，其中，所述第2基材是無紡布。
(15)如(1)所述的成型前體，其中，所述第2基材的單位面積重量為10～1500g/m2。
(16)一種纖維增強樹脂成型體的制造方法，該制造方法是利用包括以下工序的RTM進行的在成型模的成型腔內配置成型前體的工序；關閉配置了所述成型前體的所述成型模的工序；向所述被關閉的成型模的所述成型腔內注入被加熱加壓的樹脂的工序；固化被注入所述成型腔內的樹脂的工序；所述樹脂固化后打開所述成型模的工序；以及從所述被打開的成型模中取出成型的纖維增強樹脂成型體的工序；其特征在于，(a)作為所述成型前體，使用(1)～(15)中任一項所述的成型前體，(b)在所述成型腔的至少一部分外周，設置所述被注入的樹脂流通的薄膜澆口(film gate)，(c)在成型模的成型腔內配置所述成型前體的工序中，所述成型前體以所述第2基材位于所述薄膜澆口的至少一部分的方式被配置在成型模的成型腔內，(d)所述第2基材存在于由所述薄膜澆口形成的所述樹脂的毛刺部的至少一部分。
(17)如(16)所述的纖維增強樹脂成型體的制造方法，其中，在所述薄膜澆口的外側，設置連通該薄膜澆口的流道(runner)，所述成型前體的第2基材以達到所述流道的位置的狀態(tài)被配置。
(18)如(16)所述的纖維增強樹脂成型體的制造方法，其中，所述薄膜澆口的澆口間隔為0.1～2.0mm。
(19)一種纖維增強樹脂成型體，其中，所述纖維增強樹脂成型體由基質樹脂和由多根增強纖維構成的纖維增強基材構成，所述基質樹脂被含浸在所述多根增強纖維的間隙中，所述纖維增強基材為第1基材時，在該第1基材的外緣部具有被層疊在所述第1基材上的由多根纖維構成的第2基材，形成該第2基材的纖維的強度低于形成所述第1基材的增強纖維的強度，在形成所述第2基材的多根纖維的間隙中也含浸所述基質樹脂。
(20)如(19)所述的纖維增強樹脂成型體，其中，所述第1基材以被覆位于所述外緣部的所述第2基材的至少一部分的方式被配置。
(21)如(19)所述的纖維增強樹脂成型體，其中，所述第1基材以夾持位于所述外緣部的所述第2基材的至少一部分的方式被配置。
(22)如(19)所述的纖維增強樹脂成型體，其中，被所述第1基材覆蓋的由發(fā)泡體組成的芯基材被配置在所述第1基材的中央部分。
(23)如(19)所述的纖維增強樹脂成型體，其中，具有被層疊在所述第1基材以及所述第2基材上的由多根增強纖維組成的第3基材，所述第2基材被配置在所述第1基材與所述第3基材之間，并形成為與所述第1基材基本相同的形狀，所述纖維增強樹脂成型體形成由所述第1基材、所述第2基材以及所述第3基材構成的3層結構。
(24)如(23)所述的纖維增強樹脂成型體，其中，由發(fā)泡體構成芯基材以與所述第2基材連接的方式被配置。
(25)如(19)所述的纖維增強樹脂成型體，其中，所述第1基材的單位面積重量為100～1000g/m2。
(26)如(23)所述的纖維增強樹脂成型體，其中，所述第3基材的單位面積重量為100～1000g/m2。
(27)如(19)所述的纖維增強樹脂成型體，其中，所述第2基材是無紡布。
(28)如(19)所述的纖維增強樹脂成型體，其中，所述第2基材的單位面積重量為10～1500g/m2。
(29)如(19)所述的纖維增強樹脂成型體，其中，外緣部的厚度是中央厚度的1.5～5倍。
本發(fā)明的成型前體、利用RTM法的纖維增強樹脂成型體的制造方法以及纖維增強樹脂成型體不要求成型前體對成型模的高度對位精度，所以成型過程中的操作容易，也不產生由操作者的不同所導致的產品質量的差別。由于成型后的毛刺部分是含有強度比本體部分低的第2基材的薄樹脂毛刺，所以，除去毛刺部分時不需要進行水力噴射加工或NC機械加工等精密且昂貴的機械加工，利用簡單的工具就可以除去毛刺部分。由于確實將第1基材和第2基材配置直到外緣，所以，成型腔內成型的成型體是能確保所希望的強度的品質良好的纖維增強樹脂成型體。纖維增強樹脂成型體的制造成本低廉。能夠容易且穩(wěn)定地制造纖維增強樹脂成型體。


圖1是現有成型體的斜視圖。
圖2是圖1所示成型體的A-A剖面圖。
圖3是現有的其他成型體的縱剖面圖。
圖4是用于制造本發(fā)明成型體的采用RTM法的成型系統(tǒng)的系統(tǒng)圖。
圖5是本發(fā)明的成型前體之一例的縱剖面圖。
圖6是本發(fā)明的成型前體之一例的制造中使用的賦型模的縱剖面圖。
圖7是本發(fā)明的成型體之一例的斜視圖。
圖8是圖7所示成型體的B-B剖面圖。
圖9是用于制造本發(fā)明的成型體之一例的成型模的縱剖面圖。
圖10是圖9所示成型模處于關閉狀態(tài)的縱剖面圖。
圖11是本發(fā)明成型前體的其他例子的制造中使用的賦型模的縱剖面圖。
圖12是圖11所示賦型模處于關閉狀態(tài)的縱剖面圖。
圖13是本發(fā)明成型體的其他例子的制造中使用的成型模的縱剖面圖。
圖14是圖13所示成型模處于關閉狀態(tài)的縱剖面圖。
圖15是圖4所示成型系統(tǒng)中的成型模的樹脂注入部的縱剖面圖。
圖16是本發(fā)明的成型前體之一例的斜視圖。
圖17是圖16所示成型前體的C-C剖面圖。
圖18是本發(fā)明成型前體的其他例子的制造中使用的賦型模的縱剖面圖。
圖19是圖18所示賦型模處于關閉狀態(tài)的縱剖面圖。
圖20是本發(fā)明成型前體的其他例子的制造中使用的賦型模的縱剖面圖。
圖21是圖20所示賦型模處于關閉狀態(tài)的縱剖面圖。
圖22是本發(fā)明成型體的其他例子的端部的剖面照片。
圖23是本發(fā)明成型前體的其他例子的制造中使用的賦型模的縱剖面圖。
圖24是圖23所示賦型模處于關閉狀態(tài)的縱剖面圖。
圖25是本發(fā)明成型前體的其他例子的制造中使用的賦型模的縱剖面圖。
圖26是本發(fā)明成型前體中使用的第2基材的壓縮特性值的測定裝置的主視圖簡圖。
圖27是表示圖26所示裝置中對第2基材施加負荷的狀態(tài)的主視圖簡圖。
圖28是本發(fā)明成型前體的其他例子的縱剖面圖。
圖29是本發(fā)明成型前體的其他例子的制造中使用的賦型模的縱剖面圖。
圖30是本發(fā)明成型前體的其他例子的制造中使用的賦型模的縱剖面圖。
圖31是本發(fā)明成型前體的其他例子的制造中使用的賦型模的縱剖面圖。
圖32是本發(fā)明成型前體的其他例子的制造中使用的賦型模的縱剖面圖。
圖33是本發(fā)明成型前體的其他例子的制造中使用的賦型模的縱剖面圖。
圖34是本發(fā)明成型前體的其他例子的縱剖面模式圖。
符號說明1金屬模升降裝置2成型模3樹脂注入裝置
4混合單元5主劑罐6固化劑罐7a真空泵7b加壓泵8a樹脂注入口8b樹脂排出口9油壓單元10油壓泵11油壓汽缸12止回閥13樹脂注入通路14樹脂排出通路15樹脂收集器16成型模上模17成型模下模18薄膜澆口19流道20密封材料22a樹脂注入閥22b樹脂排出閥22c控制裝置23加壓裝置24真空泵25金屬模調溫機26腔體(cavity)31注入樹脂壓力計32模內壓力計50成型前體
51摩托車的發(fā)動機罩52第1基材53第2基材54主要含有第1基材的FRP部55主要含有第2基材的FRP部56成型前體57成型前體58成型前體59成型前體61成型模上模62賦型模下模63賦型模上模64賦型模上模71本體部72毛刺形成部101纖維增強樹脂成型體102增強纖維基材103樹脂富集部分110成型前體111第1基材112第2基材113第3基材115賦型模上模116賦型模下模200成型前體205賦型模上模206賦型模下模207第1基材208第2基材
209第3基材210芯基材300賦型模301賦型模下模302賦型模上模303賦型模下模304賦型模上模305第1基材306第2基材307第3基材308芯基材具體實施方式
下面參照

本發(fā)明的實施方案。
在本發(fā)明中，所謂纖維增強樹脂成型體是指由被增強纖維增強的樹脂(基質樹脂)形成的成型體。
作為增強纖維，例如，可以舉出碳纖維、玻璃纖維、金屬纖維等無機纖維，或芳族聚酰胺纖維、聚乙烯纖維、聚酰胺纖維等有機纖維。
作為基質樹脂，例如可以舉出環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、乙烯基酯樹脂、酚醛樹脂等熱固性樹脂，而且，還可以使用聚酰胺樹脂、聚烯烴樹脂、二聚環(huán)戊二烯樹脂、聚氨酯樹脂、聚丙烯樹脂等熱塑性樹脂。
作為基質樹脂，優(yōu)選使用粘度低且容易含浸在增強纖維中的熱固性樹脂、或形成熱塑性樹脂的RIM(反應注射成型(Reaction InjectionMolding))用單體，其中，從能降低成型體的熱收縮、抑制裂縫發(fā)生的方面考慮，優(yōu)選環(huán)氧樹脂、或配合了熱塑性樹脂或橡膠成分等的改性環(huán)氧樹脂、尼龍樹脂、二聚環(huán)戊二烯樹脂等。
本發(fā)明的成型前體包含本體部和毛刺形成部。所謂本體部是形成成型體的主要結構的部分。所謂毛刺形成部是關閉成型模時在成型模的接合部位形成毛刺的部分。
在本體部主要使用含有通常使用的增強纖維的基材作為第1基材。從毛刺形成部至與毛刺形成部鄰接的本體部的外緣部主要使用切削加工性比第1基材好的材料作為第2基材。
通過形成上述構成，基材能到達成型體的端部，且能得到毛刺和端部的切削加工性良好的成型體。因此，可以避免用于除去毛刺的水力噴射加工或NC機械加工等機械加工。
將成型前體用于RTM法的情況下，可以準備使用賦型模預先對第1基材和第2基材進行賦形得到的成型前體，或者也可以在成型模中配置第1基材和第2基材，在成型時的模內形成成型前體。
本發(fā)明中使用的第1基材和第3基材是指多根增強纖維集合狀態(tài)下的基材。作為增強纖維，可以舉出上述碳纖維、玻璃纖維、金屬纖維等無機纖維，或芳族聚酰胺纖維、聚乙烯纖維、聚酰胺纖維等有機纖維。作為基材的形態(tài)，可以舉出織物(平紋織物、斜紋織物、緞紋織物)或無紡布(短切纖維、氈)、編織物、針織材料等。
可以在基材中組合插入材料或部件，根據其用途選擇適當的插入材料或部件。作為插入材料或部件的例子，可以舉出鋼或鋁等金屬板、或金屬柱、金屬螺栓、螺母、鉸鏈等接合用金屬、鋁蜂窩芯、或由聚氨酯、聚苯乙烯、聚酰亞胺、氯乙烯、苯酚、丙烯酸等高分子材料形成的泡沫材料或橡膠材料、木質材料等。主要優(yōu)選使用以釘或螺絲等進行接合為目的的插入部件、以利用中空結構進行輕質化為目的的插入部件、以減振為目的的插入部件等。
第2基材優(yōu)選由變形能力大于第1基材、強度及/或楊氏模量低的材料或材料組成構成。例如，使用碳纖維作為第1基材的材料時，第2基材可以由耐燃紗、玻璃纖維、金屬纖維、芳族聚酰胺纖維、聚乙烯纖維、聚酰胺纖維等形成。第2基材較優(yōu)選由強度及/或楊氏模量是第1基材的材料或材料組成的強度及/或楊氏模量的1/4～3/4的材料或材料組成構成。
在同一種材料中，可以使用高強度級材料作為第1基材的材料，使用相對低強度級的材料作為第2基材的材料。作為材料，可以具有相同物性，也可以是由通過低單位面積重量來降低FRP的強度的材料組成得到的材料。
第2基材的形態(tài)是具有連續(xù)空隙的形態(tài)，例如，可以舉出無紡布、氈類，或從樹脂的含浸性方面考慮，可以舉出具有低單位面積重量、例如優(yōu)選10～1500g/m2、較優(yōu)選10～200g/m2的織布、編織物、組織物、單向纖維束等。
第2基材優(yōu)選組合上述材質和形態(tài)，例如，可以將碳纖維、耐燃紗、玻璃纖維、金屬纖維、芳族聚酰胺纖維、聚乙烯纖維、聚酰胺纖維等增強纖維加工成無紡布、氈類或單位面積重量低的織布、編織物、組織物、單向纖維束等得到的纖維組成材料。另外，作為其他形態(tài)，還可以舉出由聚氨酯、聚苯乙烯、聚酰亞胺、氯乙烯、苯酚、丙烯酸等高分子材料形成的發(fā)泡體(泡沫材料)或橡膠材料等。為了形成位于本體部的外緣部的第2基材，優(yōu)選表觀密度為0.05～1.0g/cm3的硬質芯作為發(fā)泡體。
用于RTM法的成型模例如為組合上模和下模得到的成型金屬模，上模被安裝在金屬模升降裝置(擠壓裝置)上。在下模上配置成型前體。為了使成型前體容易收納在成型模中，有時預先用與以賦予增強纖維基材產品形狀為目的的成型模不同的其他賦型模制作而成。
作為成型模的材料，可以舉出FRP、鑄鋼、結構用碳素鋼、鋁合金、鋅合金、鎳電鑄、銅電鑄等。批量生產時，從剛性、耐熱性、操作性方面考慮，優(yōu)選結構用碳素鋼。
圖4是利用RTM法制造本發(fā)明的一個實施方案的纖維增強樹脂成型體時使用的成型系統(tǒng)之一例的說明圖。圖4中，成型模2是成型金屬模，由上模2a和下模2b構成。上模2a安裝在金屬模升降裝置1上。金屬模升降裝置1具有配備了油壓泵10、油壓汽缸11的油壓單元9，利用油壓單元9控制上模2a的上下運動以及加壓操作。
成型模2連接與樹脂注入口8a相連的樹脂注入通路13、與樹脂排出口8b相連的樹脂排出通路14。樹脂注入通路13通過樹脂注入閥22a與樹脂注入口8a相連，樹脂排出通路14通過樹脂排出閥22b與樹脂排出口8b相連?；趤碜钥刂蒲b置22c的指令進行樹脂注入閥22a、樹脂排出閥22b的開關操作以及其操作時間點。
樹脂注入通路13被連接在樹脂注入裝置3上。樹脂注入裝置3具有容納主劑的主劑罐5和容納固化劑的固化劑罐6，各罐均配有加熱機構。向成型模2內注入樹脂時，利用加壓裝置23從各罐向樹脂注入通路13供給樹脂。在混合單元4混合主劑和固化劑，制成成型用樹脂，然后到達樹脂注入通路13。為了防止樹脂流入真空泵7a，樹脂排出通路14上配有樹脂收集器15。
根據成型模2的形狀或尺寸、在一個模內同時成型的成型體的數量等，樹脂注入口8a的數量或位置不同，但優(yōu)選樹脂注入口8a的數量盡可能少。另外，根據成型模的形狀或尺寸、在一個模內同時成型的成型體的數量等，樹脂排出口8b的數量或位置不同，但優(yōu)選樹脂排出口8b的數量盡可能少。
優(yōu)選操作者能利用大力鉗(vise-grip)等直接夾住樹脂注入時的流路，使設置在樹脂注入通路13、樹脂排出通路14上的樹脂注入閥22a或樹脂排出閥22b完全開閉或改變口徑。
圖15表示圖4中的成型模2的樹脂注入口8a的詳細情況。在圖15中，成型模2的腔體26的整個周圍配置密封材料20，通過關閉上模2a和下模2b，實質上密封腔體26。從樹脂注入通路13注入的樹脂滯留在流道19中。流道19的長度與腔體26的寬相同，流道19和腔體26通過薄的薄膜澆口18連接。
樹脂一旦被填充到流道19中，則通過薄膜澆口18被注入腔體26。通過使樹脂注入口8a為上述結構，能使從一點注入的樹脂橫貫腔體26的寬度，然后一起注入。由此使容納在腔體26內的增強纖維基材有效地含浸樹脂。
需要說明的是，雖然圖中未示出，但樹脂排出口8b也具有與樹脂注入口8a相同的結構。
通過加壓裝置23對樹脂進行加壓，通過在加壓裝置23上使用注射器泵等具有定量性的泵，不僅能夠加壓樹脂，還能夠計量樹脂。樹脂的注入壓力Pi優(yōu)選在0.1～1.0MPa的范圍內。
最終，樹脂完全含浸在成型模2內的基材(成型前體)59中，樹脂一旦到達樹脂排出通路14，就關閉樹脂排出通路14，不久之后，關閉樹脂注入口13，終止樹脂的注入。例如，利用金屬模調溫機25加熱成型模2，由此促進樹脂的固化。
現有方法中，將符合成型模2的形狀的增強纖維基材(相當于本發(fā)明中的第1基材)配置到模內以后，合模。此時，增強纖維基材的一部分被夾在模之間。然后，在樹脂注入閥22a關閉的狀態(tài)下，利用真空泵7a，經連通被打開的樹脂排出閥22b的樹脂排出通路14，使模內處于真空。模內的樹脂壓力Pm為減壓狀態(tài)，接下來，打開樹脂注入閥22a，從樹脂注入通路13向模內供給樹脂。至樹脂完全填滿模內，通過加壓注入樹脂，進行成型體的成型。
但是，如此成型的成型體由于是在一部分增強纖維基材被夾在模之間的狀態(tài)下成型，所以形成含有增強纖維的毛刺。為了將該成型體制成產品，必須除去含有增強纖維的毛刺。因此，特別是在摩托車的發(fā)動機罩等薄板狀成型體(厚度約0.5～3mm)、且要求精度的成型體中，需要通過水力噴射加工或NC機械加工精加工成規(guī)定形狀的精加工工序。
另外，作為避免上述機械加工的方法，將成型前體制成比產品形狀小一點的形狀，而不會被從規(guī)定的產品形狀中擠出、即必須在成型過程中不使增強纖維基材的一部分夾在模之間，但是，如上所述，存在產生未填充增強纖維基材的外緣端部的問題，在外緣端部的特性方面，出現在受到沖撞等外力所致的沖擊時外緣端部發(fā)生缺損的問題。
為了解決上述現有技術的問題，本發(fā)明的成型前體在本體部主要使用含有通常使用的增強纖維的基材作為第1基材，在從毛刺形成部至與其鄰接的本體部的外緣部，主要使用由切削加工性比第1基材良好的材料組成的基材作為第2基材。
本發(fā)明的成型前體之一例如圖5所示。在圖5中，成型前體50由含有本體部L1和毛刺形成部L2、L3的纖維結構體組成。本體部L1是形成纖維增強樹脂成型體的主要結構的部分，毛刺形成部L2、L3是指關閉成型模時在成型模的腔體部以外的合模部分形成的毛刺所在的部分。在成型體的后加工工序中，除去毛刺部L2、L3得到由本體部L1組成的纖維增強樹脂成型體。
接下來說明在成型模中配置第1基材和第2基材，在成型模內制作成型前體的方法之一例。
首先，準備比利用RTM法成型的產品形狀(成型模的腔體部分)稍小的第1基材。此時的第1基材的尺寸優(yōu)選比產品形狀小3～80mm左右。如果大于該尺寸，將其配置到賦型模內時，要求高定位精度，并且賦予成型前體形狀時所花費的時間和工作量變得極大。如果小于該尺寸，則成型體中的第1基材所占的部分變小，有可能不能得到具有充分強度的成型體。第1基材的尺寸更優(yōu)選比成型形狀小5～20mm。由于尺寸的設定范圍有裕度，所以能將第1基材的尺寸精度設定在寬于以往允許的范圍內，從而基材的配置變得容易。
接下來，為了填補第1基材與模形狀的空隙，以由產品形狀向外部突出的方式配置第2基材。為了確保在模內不產生由于不存在第1或第2基材所造成的空隙，以第2基材的一部分與第1基材的一部分重疊的方式配置第2基材。此時，從成型體的強度方面考慮，優(yōu)選以第2基材的至少一部分被夾持在增強纖維基材中形成夾層結構的方式進行配置。
第2基材從產品形狀向外部突出的長度優(yōu)選從腔體的端部開始計大于1mm小于50mm。如果突出50mm以上，則夾在成型模中的第2基材的量過多，難以合模，或為了使模內處于0.01MPa以下的減壓狀態(tài)而花費時間。突出長度為1mm以下時，為了在模內配置成型前體時進行定位，要求高精度并操作需要花費時間。較優(yōu)選的突出長度是大于1mm小于等于15mm。
第2基材的單位面積重量由成型形狀的厚度決定，但優(yōu)選為10～1500g/m2。第2基材的單位面積重量如果超過1500g/m2，則夾持在成型模中的第2基材的量過多，難以合模，或為了使模內處于0.01MPa以下的減壓狀態(tài)而花費時間。第2基材的單位面積重量如果低于10g/m2，則不能填埋模內的空隙，有可能使成型體產生樹脂富集部。
可以一邊被覆第2基材，一邊從成型形狀向外部突出第1基材的一部分。通過一邊被覆第2基材，一邊突出位于成型前體表面?zhèn)鹊牡?基材的表層形成基材至毛刺形成部，使第2基材不在成型體表面露出，得到外觀良好的成型體。此時的第1基材的表層形成基材由1～3ply的纖維片材構成。
表層形成基材的單位面積重量優(yōu)選100～1000g/m2。表層形成基材的單位面積重量低于100g/m2時，有可能不能完全被覆第2基材，而使其在表面露出。表層形成基材的單位面積重量如果超過1000g/m2，則成型成型體時，成型牢固的毛刺，導致難以進行毛刺的除去加工。能改善成型體的表面外觀、容易進行毛刺除去加工的較優(yōu)選的表層形成基材的單位面積重量為150～350g/m2。
本發(fā)明中的第2基材的適用部位并不限定于成型前體的外緣端部。例如，可以利用相同的方法在以下部位適用第2基材，所述部位是急劇變細的部件或厚度急劇增加的部分、不能順利賦予織物等薄片狀基材形狀、增強纖維基材難以被填充的角部的圓形或具有多于所需的刻痕的三維曲面的增強等、只利用增強纖維基材不能得到均勻的纖維體積含有率Vf的部位。
接下來利用圖6、7和8說明在摩托車發(fā)動機罩的制造中使用本發(fā)明的例子。圖7表示由制成的FRP成型體構成的發(fā)動機罩51的斜視圖。該發(fā)動機罩51如下進行制造在比發(fā)動機罩51形狀小的圖6所示的由織物的層疊薄板形成的第1基材52的周圍配置由強度低于第1基材的增強纖維的材料無紡布組成的第2基材53，向其中注入并使其含浸基質樹脂，使FRP部54和FRP部55一體成型，從而制造發(fā)動機罩51。
本發(fā)明的其他形態(tài)如圖25所示。在圖25中，夾在上模115和下模116之間的成型前體110由第1基材111、第2基材112以及第3基材113構成，并具有第2基材112被夾在第1基材111和第3基材113之間的3層結構。
此處，第2基材優(yōu)選由變形能力大于第3基材、強度及/或楊氏模量低的材料或材料組成構成。例如，使用碳纖維作為第3基材的材料時，第2基材可以由耐燃紗、玻璃纖維、金屬纖維、芳族聚酰胺纖維、聚乙烯纖維、聚酰胺纖維等組成。第2基材較優(yōu)選由強度及/或楊氏模量是第3基材的材料或材料組成的強度及/或楊氏模量的1/4～3/4的材料或材料組成構成。
此處，第2基材112的壓縮特性值優(yōu)選為20％～90％，較優(yōu)選為35％～80％。由此能滿足與本體部整體相關的跟隨成型品厚度變化的特性和對三維形狀的賦型性的高要求度。第2基材112可以在成型品的大致整個表面上配置，考慮到輕質性，也可以限定在需要的部分進行配置。該第2基材的壓縮特性值也是上述由第1基材和第2基材組成的成型前體中的第2基材的優(yōu)選值。
所謂壓縮特性值是表示在基材的厚度方向上施加規(guī)定負荷時在厚度方向的變形程度的值，如下進行測定。
如圖26所示，將評價基材261切成50±3mm的正方形，層疊數層至厚度為20mm±5mm，測定此時基材的高度h1。接下來，如圖27所示，施加200g的負荷W，使其壓縮，測定此時基材的高度h2。利用由此得到的高度h1、h2，按照下式計算出壓縮特性值R。
R＝(h1-h2)/h1×100(％)圖28表示本發(fā)明成型前體的其他方案。在圖28中，成型前體110a由第1基材111a、第2基材112a以及第3基材113a組成，第2基材112a與第1基材111a和第3基材113a相同，占據本體部的大部分。在該成型前體110a中，優(yōu)選第1、第2及第3基材中的至少一個基材延伸至毛刺形成部114a，從保持成型體外觀的連續(xù)性方面考慮，較優(yōu)選在毛刺形成部114a中，第1基材111a或第3基材113a覆蓋很多第2基材112a。
基材向上述毛刺形成部114a延伸的長度從本體部的邊緣開始計為3～100mm，但從材料效率的觀點考慮，較優(yōu)選5～30mm。對于不延伸的基材，使該基材邊緣位于從本體部邊緣開始向內3～80mm處，但從該基材的配置方面考慮，較優(yōu)選5～20mm。
利用圖29、30和31說明在成型體中使用芯基材的情形。使用芯基材時，作為夾在上模和下模之間的成型前體必須具有第1基材和第3基材夾持第2基材形成的3層結構部分。
圖29表示在成型前體200的外側配置芯基材210的情形。第2基材208優(yōu)選配置在芯基材210的周圍。圖30表示以連接成型前體200a的第2基材208a的方式配置芯基材210a的情形。由此能使芯基材210a不從成型體中露出。圖31表示在成型前體200b的第2基材208b的內側配置芯基材210b的情形。芯基材210b也可以被第2基材208b覆蓋。
由第1基材的厚度T1、第2基材的厚度T2以及第3基材的厚度T3利用式Tt＝(T1+T3)/T2求出厚度比率Tt，從得到外觀良好的成型體的觀點考慮，優(yōu)選在本體部中Tt為10以下。
下面列舉本發(fā)明的較具體的實施例和比較例。
實施例和比較例中使用的基材如下所示。
基材B1碳纖維織物-東麗(株)制CO6343B織造組織平織、織物單位面積重量198g/m2、增強纖維T300B-3K、彈性率230GPa、強度3530MPa、細度198tex、纖維數3000根基材B2碳纖維織物-東麗(株)制BT70-30織造組織平織、織物單位面積重量317g/m2、增強纖維T700SC-12K、彈性率230GPa、強度4900MPa、細度800tex、纖維數12000根基材B3耐燃紗無紡布-旭化成(株)制Lastan(注冊商標)TOP8300布帛的形態(tài)氈狀無紡布、單位面積重量300g/m2基材B4玻璃纖維表面薄氈-日東紡(株)制MF30P100BS6布帛的形態(tài)連續(xù)纖維無紡布、單位面積重量30g/m2基材B5碳短切纖維氈-東麗(株)制TORAYCA(注冊商標)T700SC彈性率230GPa、強度4900MPa、細度1650tex、短切纖維長度最長2英寸、單位面積重量80g/m2
基材B6連續(xù)原絲氈(continuous strand mat)-日本板硝子社制布帛的形態(tài)玻璃連續(xù)纖維無紡布、單位面積重量450g/m2基材B7耐燃紗無紡布-TRUSCO中山(株)制碳氈50CF布帛的形態(tài)氈狀無紡布、單位面積重量680g/m2基材B8玻璃纖維無紡布-矢澤產業(yè)(株)制超級棉氈(super wool mat)YWN-8布帛的形態(tài)氈狀無紡布、單位面積重量720g/m2基材B11在基材B1上預先以10±3g/m2附著熔點為71℃的樹脂(環(huán)氧改性熱塑性樹脂)得到的基材基材B21在基材B2上預先以5±3g/m2附著熔點為71℃的樹脂(環(huán)氧改性熱塑性樹脂)得到的基材芯基材C1耐熱丙烯酸樹脂制發(fā)泡體-積水化學工業(yè)(株)制FOAMAC HR#1006密度0.1g/cm3、厚度6mm樹脂MR1環(huán)氧樹脂-東麗(株)制TR-C35主劑環(huán)氧樹脂-油化Shell Epoxy(株)制“Epicoat”828固化劑咪唑衍生物-東麗(株)制BLEND TR-C35H混合比主劑/固化劑＝10/1實施例1使用由圖4說明的成型裝置以及由圖6說明的成型方法，按照如下說明的順序制造由圖7和圖8說明的全長約600mm的摩托車發(fā)動機罩。制造得到的發(fā)動機罩整體具有優(yōu)良的強度、剛性，而且無缺損部位。
準備4片裁成比成型形狀一側小約5mm的基材B1作為第1基材52。重疊其中的3片基材B1，并配置到圖6所示的賦型模下模58上。為了消除第1基材52和模形狀之間的空隙，以從模的棱線向外突出整體平均5mm的方式配置基材B3作為第2基材53。然后，在其上重疊剩下的一片基材B1。
為了與賦型模下模58的形狀相吻合，預先在第1基材52上賦予熱塑性粘合材料(環(huán)氧改性熱塑性樹脂、熔點71℃)。
在賦型模下模58上粘合圖中未示出的賦型模上模，在使基材與模形狀相吻合的狀態(tài)下，將賦型模加熱至90℃，保持約10分鐘。然后，急速冷卻賦型模，從賦型模中取出基材。由此得到的由4片基材B1組成的第1基材52和由基材B3組成的第2基材53一體化形成的成型前體59，如圖16和17所示。
如圖13所示，將得到的成型前體59配置到成型模下模17上。以使成型前體59的第2基材53的端部相對成型腔的棱線突出3mm以上的方式配置成型前體59。然后，利用圖中未示出的調溫機使成型模上模16、成型模下模17都保持在100℃。然后，如圖14所示，降下成型模上模16，使其與成型模下模17密合。此時，第2基材53的一部分夾在成型模上模16和成型模下模17之間?；腂3變形能力大，通過用成型模挾持能擠壓變薄，所以能毫無問題地密閉模。
然后，將樹脂注入通路13連接在圖4所示的成型裝置中的樹脂注入口8a上，將樹脂排出通路14連接在樹脂排出口8b上。樹脂注入通路13、樹脂排出通路14都使用直徑12mm、厚度2mm的特氟隆(注冊商標)制管。為了防止樹脂流入真空泵7a，在樹脂排出通路14的通路上設置樹脂收集器15。
為了保持模內密閉，在模的外周部配置密封材料20。優(yōu)選通過關閉成型模上模16，使在樹脂注入通路13和樹脂排出通路14以外的部分模內部不與外部連通。但是，實質上難以完全密封，例如，在關閉配置在樹脂注入通路13上的樹脂注入閥22a、打開樹脂排出閥22b的狀態(tài)下，監(jiān)控真空壓力計(圖中未示出)的壓力，如果真空泵7a停止后10秒鐘內模內壓力被維持在0.01MPa，則認為成型上無問題，且模處于密閉狀態(tài)。
真空泵7a通過樹脂排出口8b抽吸模內的空氣，利用真空壓力計32確認模內的壓力為0.01MPa以下后，啟動加壓裝置23，開始向模內注入樹脂。使用注射器泵作為加壓裝置23。注入樹脂時要防止樹脂向罐5、6側返流。
使用樹脂MR1(液態(tài)環(huán)氧樹脂)作為樹脂。在樹脂注入裝置3中，預先分別攪拌主劑罐5中的主劑以及固化劑罐6中的固化劑，同時升溫至40℃，使其下降至規(guī)定粘度，并利用真空泵24進行脫泡。
由于樹脂混合單元4內的空氣以及軟管中的空氣進入樹脂中，所以在樹脂注入的初期，樹脂不流入模內而是從圖中未示出的分支通路排出棄掉。將加壓裝置23設定為200g/沖擊(strock)。
廢棄最初的樹脂后，利用設置在樹脂注入通路13上的樹脂注入壓力計31確認注入樹脂壓(在該實施例中壓力為0.6MPa)，打開樹脂注入閥22a，向模內注入樹脂。開始注入樹脂時，樹脂排出通路14處于打開狀態(tài)。設此時的模內壓力(模內樹脂壓力)為Pm，樹脂注入壓力為Pi，如果滿足Pm＜Pi的關系，則樹脂容易注入模內。
樹脂充滿模內后，關閉樹脂排出通路14，繼續(xù)注入樹脂1分鐘，為了慎重起見，使樹脂注入壓力Pi與模內樹脂壓力Pm相同，以便在樹脂中殘留氣體的情況下，排出該氣體。然后1分鐘后關閉樹脂注入通路13，終止樹脂的注入。在該狀態(tài)下放置40分鐘，在該期間使樹脂固化。
然后，從成型模中取出成型體。在成型體的周圍形成由基材B3和環(huán)氧樹脂組成的薄毛刺。由于該毛刺是由第2基材和樹脂形成的強度低的FRP，由此利用簡單的毛刺除去工具以及砂磨工具進行毛刺除去加工。經約1分鐘的操作就可以容易地除去毛刺。所以，不需要水力噴射加工或NC機械加工等大規(guī)模裝置，只利用簡單的毛刺除去工具就可以進行成型體的精加工。
實施例2除了將實施例1的第2基材變?yōu)榛腂4以外，使用與實施例1相同的方法制造成型體。在得到的成型體的周圍形成了由基材B4和環(huán)氧樹脂構成的薄毛刺。
利用簡單的毛刺除去工具以及砂磨工具除去上述毛刺。毛刺除去加工在約1分鐘30秒內結束，并且能夠容易地進行毛刺除去。所以，不需要水力噴射加工或NC機械加工等大規(guī)模裝置，而只利用簡單的毛刺除去工具就可以進行成型體的精加工。
實施例3除了將實施例1的第1基材變?yōu)榛腂2、將第2基材變?yōu)榛腂5以外，使用與實施例1相同的方法制造成型體。在得到的成型體的周圍形成了由基材B5和環(huán)氧樹脂構成的薄毛刺。
利用簡單的毛刺除去工具以及砂磨工具除去上述毛刺。毛刺除去加工在約2分鐘內結束，并且能夠容易地進行毛刺除去。所以，不需要水力噴射加工或NC機械加工等大規(guī)模裝置，而只利用簡單的毛刺除去工具就可以進行成型體的精加工。
實施例4除了將實施例1的第2基材變?yōu)榛腂6以外，使用與實施例1相同的方法制造成型體。在得到的成型體的周圍形成了由基材B6和環(huán)氧樹脂構成的薄毛刺。
利用簡單的毛刺除去工具以及砂磨工具除去上述毛刺。毛刺除去加工在約1分鐘內結束，并且能夠容易地進行毛刺除去。所以，不需要水力噴射加工或NC機械加工等大規(guī)模裝置，而只利用簡單的毛刺除去工具就可以進行成型體的精加工。
實施例5除將實施例1中的成型模上模變?yōu)閳D9和圖10所示的端部61a為厚壁的成型模上模61以外，利用與實施例1相同的方法制造成型體。即使密合成型模上模61和成型模下模17后，位于腔體厚壁部61a的第2基材也沒有被壓壞，而是以沿著模形狀的形狀成型，無需追加的工序就能夠實現厚壁的折邊加工。
實施例6如圖11所示，使用4片切成比成型形狀一側小約5mm的基材B 1作為第1基材52。重疊其中的3片基材B1，并將其配置在賦型模下模62上。使用將基材B3切成整體比成型形狀大5mm的基材作為第2基材53。在第1基材52上以相對于模的棱線整體向外部突出平均5mm的方式重疊第2基材。然后，在其上重疊剩余的1片基材B1。
為了與賦型模下模62的形狀相吻合，預先在第1基材52上賦予熱塑性粘合材料(環(huán)氧改性熱塑性樹脂、熔點71℃)。
在賦型模下模62上密合賦型模上模63，在使基材與模形狀相吻合的狀態(tài)下，將賦型模加熱至90℃，保持約10分鐘。然后，急速冷卻賦型模，從賦型模中取出基材。由此得到的由4片基材B1組成的第1基材52和由1片基材B3組成的第2基材一體化形成的成型前體57，如圖12所示。
除了使用所得的成型前體57以外，使用與實施例1相同的方法制造成型體。在得到的成型體的周圍形成了由基材B3和環(huán)氧樹脂形成的薄毛刺。
利用簡單的毛刺除去工具以及砂磨工具除去上述毛刺。毛刺除去加工在約1分鐘內結束，并且能夠容易地進行毛刺除去。所以，不需要水力噴射加工或NC機械加工等大規(guī)模裝置，而只利用簡單的毛刺除去工具就可以進行成型體的精加工。
利用上述方法制造成型前體，由于不必在腔體外緣部附近配置第2基材，所以能大幅度地縮短制造成型前體所需要的時間。
實施例7如圖23所示，準備4片切成比成型形狀一側小5mm的基材B2作為第1基材52，重疊上述4片基材B2，配置在賦型模下模62上。為了消除第1基材52和腔體的空隙，以相對于模的棱線整體向外突出平均5mm的方式在第1基材52上重疊配置基材B3作為第2基材53。
為了與賦型模下模62的形狀相吻合，預先在第1基材52上賦予熱塑性粘合材料(環(huán)氧改性熱塑性樹脂、熔點71℃)。
在賦型模下模62上粘合賦型模上模63，在使基材與模形狀相吻合的狀態(tài)下，將賦型模加熱至90℃，保持約10分鐘。然后，急速冷卻賦型模，從賦型模中取出基材。由此得到的由4片基材B2組成的第1基材52和由1片基材B3組成的第2基材53一體化形成的成型前體57，如圖24所示。
除了使用所得的成型前體57以外，使用與實施例1相同的方法制造成型體。在得到的成型體的周圍形成了由基材B3和環(huán)氧樹脂形成的薄毛刺。
利用簡單的毛刺除去工具以及砂磨工具除去上述毛刺。毛刺除去加工在約1分鐘內結束，并且能夠容易地進行毛刺除去。所以，不需要水力噴射加工或NC機械加工等大規(guī)模裝置，而只利用簡單的毛刺除去工具就可以進行成型體的精加工。
利用上述方法制造成型前體，由于不必在第1基材之間夾持第2基材，所以能大幅度地縮短制造成型前體所需要的時間。
實施例8除了將實施例1的第2基材變?yōu)榛腂7以外，使用與實施例1相同的方法制造成型體。在得到的成型體的周圍形成了由基材B7和環(huán)氧樹脂構成的薄毛刺。
利用簡單的毛刺除去工具以及砂磨工具除去上述毛刺。毛刺除去加工在約1分鐘內結束，并且能夠容易地進行毛刺除去。所以，不需要水力噴射加工或NC機械加工等大規(guī)模裝置，而只利用簡單的毛刺除去工具就可以進行成型體的精加工。
實施例9
除了將實施例1的第2基材變?yōu)榛腂8以外，使用與實施例1相同的方法制造成型體。在得到的成型體的周圍形成了由基材B8和環(huán)氧樹脂構成的薄毛刺。
利用簡單的毛刺除去工具以及砂磨工具除去上述毛刺。毛刺除去加工在約1分鐘30秒內結束，并且能夠容易地進行毛刺除去。所以，不需要水力噴射加工或NC機械加工等大規(guī)模裝置，而只利用簡單的毛刺除去工具就可以進行成型體的精加工。
實施例10如圖18所示，準備4片切成比成型形狀一側小5mm的基材B2作為第1基材52，重疊上述4片基材B2，配置在賦型模下模62上。為了消除第1基材52和模形狀之間的空隙，以相對于模的棱線整體向外突出平均5mm的方式在第1基材52上重疊配置基材B3作為第2基材53。
為了與賦型模下模62的形狀相吻合，預先在第1基材52上賦予熱塑性粘合材料(環(huán)氧改性熱塑性樹脂、熔點71℃)。
在賦型模下模62上密合賦型模上模63，在使基材與模形狀相吻合的狀態(tài)下，將賦型模加熱至90℃，保持約10分鐘。然后，急速冷卻賦型模，從賦型模中取出基材。由此得到的由4片基材B2組成的第1基材52和由基材B3組成的第1基材53一體化形成的成型前體56，如圖19所示。
除了使用成型前體56以外，使用與實施例1相同的方法制造成型體。在得到的成型體的周圍形成了由基材B3和環(huán)氧樹脂形成的薄毛刺。
利用簡單的毛刺除去工具以及砂磨工具除去上述毛刺。毛刺除去加工在約1分鐘內結束，并且能夠容易地進行毛刺除去。所以，不需要水力噴射加工或NC機械加工等大規(guī)模裝置，而只利用簡單的毛刺除去工具就可以進行成型體的精加工。
實施例11如圖20所示，準備1片切成比成型形狀一側大5mm的基材B1和5片切成比成型形狀一側小約5mm的基材B1作為第1基材52。在賦型模下模62上配置被切成比成型形狀大的1片基材B1。然后，在其上重疊配置被切成比成型形狀小的4片基材B1。為了消除第1基材52和模形狀之間的空隙，以相對于模的棱線整體向外部突出平均5mm的方式在第1基材52上重疊配置基材B7作為第2基材53。然后在其上重疊剩余的1片基材B1。
為了與賦型模下模62的形狀相吻合，預先在第1基材52上賦予熱塑性粘合材料(環(huán)氧改性熱塑性樹脂、熔點71℃)。
在賦型模下模62上密合賦型模上模64，在使基材與模形狀相吻合的狀態(tài)下，將賦型模加熱至90℃，保持約10分鐘。然后，急速冷卻賦型模，從賦型模中取出基材。由此得到的由5片基材B1組成的第1基材52和由基材B7組成的第2基材53一體化形成的成型前體58，如圖21所示。
除了使用得到的成型前體58以外，使用與實施例5相同的方法制造成型體。如圖22所示，得到的成型體70具有本體部71和從其邊緣延伸的毛刺形成部72。成型體70由含浸了樹脂的第1基材52和第2基材53組成，在其周圍形成了由被切成比成型形狀大的1片基材B1、基材B7以及環(huán)氧樹脂組成的薄毛刺。
利用簡單的毛刺除去工具以及砂磨工具除去上述毛刺。毛刺除去加工在約2分鐘內結束，并且能夠容易地進行毛刺除去。所以，不需要水力噴射加工或NC機械加工等大規(guī)模裝置，而只利用簡單的毛刺除去工具就可以進行成型體的精加工。
實施例12如圖32所示，準備賦型模300，所述賦型模300在整個邊緣具有高度T1為3mm的鼓起部，并具有本體部長度L1為500mm、左側部長度L2為20mm、右側部長度L3為20mm、本體部高T2為1.8mm的成型部剖面。賦型模300由賦型模下模301與賦型模上模302構成。
準備纖維排列方向為(0/90)/(±45)、層疊2片基材B11得到的基材作為第1基材。以圖32所示的比賦型模下模301的本體部長度L1一側長約10mm的圖案剪裁上述第1基材。然后，準備由1片基材B6組成的1層基材作為第2基材。以比賦型模下模301的本體部長度L1一側長18mm的圖案剪裁上述第2基材。再準備纖維排列方向為(±45)/(0/90)、層疊2片基材B11得到的基材作為第3基材。以比賦型模下模301的本體部長度L1短約5mm的圖案剪裁上述第3基材。基材B6的壓縮特性值為47.3％。
以第1基材/第2基材/第3基材的順序層疊上述第1至第3基材，然后配置到賦型模下模301上，關閉賦型模上模302。將賦型模300的溫度調節(jié)到100℃，在關閉模的狀態(tài)下保持5分鐘，然后開模，取出成型前體。
接下來，將得到的成型前體放置在圖中未示出的具有與圖32大致相同形狀的剖面形狀的成型模下模上，關閉上模。將該成型模的溫度保持在100℃，在該狀態(tài)下利用圖中未示出的樹脂注入機向成型模內注入樹脂MR1。樹脂注入后保持該狀態(tài)15分鐘，然后打開成型模，從模中取出成型體。
由于得到的成型體在被設置在整個邊緣的高度T1的鼓起部也具有取向纖維，所以確認完全沒有產生樹脂富集部。
由于存在于剛制成的成型體外緣的毛刺部是由第1基材、第2基材以及樹脂組成的薄FRP，所以利用簡單的毛刺除去工具以及砂磨工具進行毛刺除去加工時，能在約2分鐘內容易地除去毛刺。所以，不需要水力噴射加工或NC機械加工等大規(guī)模裝置就能夠進行成型體的精加工。
實施例13除了將實施例12中的第1基材變?yōu)槔w維排列方向為(0/90)的1片基材B11、將第2基材變?yōu)?片基材B7、將第3基材變?yōu)槔w維排列方向為(0/90)的1片基材B11以外，使用與實施例12相同的方法制造成型體?；腂7的壓縮特性值為39.3％。
由于得到的成型體在被設置在整個邊緣的高度T1的鼓起部也具有取向纖維，所以確認幾乎不存在樹脂富集部。
由于存在于剛制成的成型體外緣的毛刺部是由第1基材、第2基材以及樹脂組成的薄FRP，所以利用簡單的毛刺除去工具以及砂磨工具進行毛刺除去加工時，能在約1分鐘20秒內容易地除去毛刺。所以，不需要水力噴射加工或NC機械加工等大規(guī)模裝置就能夠進行成型體的精加工。
實施例14如圖33所示，準備賦型模300a，所述賦型模300a在整個邊緣具有高度T1為5mm的鼓起部，并具有本體部長度L1為500mm、左側部長度L2為20mm、右側部長度L3為20mm、中央部長度L4為300mm、本體部中央部的高度T2為2.6mm、本體部中間部的高度T3為9mm的成型部剖面。
準備纖維排列方向為(0/90)/(±45)、層疊了2片基材B21得到的基材作為第1基材。以圖33所示的比賦型模下模303的本體部長度L1一側長約10mm的圖案剪裁上述第1基材。然后，準備由2片基材B6組成的2層基材作為第2基材。以比賦型模下模303的本體部長度L1一側長約3mm的圖案剪裁上述第2基材。再準備纖維排列方向為(±45)/(0/90)、層疊了2片基材B21得到的基材作為第3基材。以比賦型模下模303的本體部長度L1短約5mm的圖案剪裁上述第3基材?；腂6的壓縮特性值為47.3％。
以第1基材305/第2基材306/第3基材307的順序層疊上述第1至第3基材，然后以圖34所示的配置在第2基材的2層基材中間配置由芯基材C1組成的芯基材308。芯基材308的長度L5為290mm。
將得到的層疊體310配置到賦型模下模303上，關閉賦型模上模304。將賦型模300a的溫度調節(jié)到100℃，在關閉模的狀態(tài)下保持5分鐘，然后打開模，取出成型前體。
接下來，將得到的成型前體放置在圖中未示出的具有與圖33大致相同形狀的剖面形狀的成型模的下模上，關閉上模。將該成型模的溫度保持在100℃，在該狀態(tài)下利用圖中未示出的樹脂注入機向成型模內注入樹脂MR1。樹脂注入后保持該狀態(tài)15分鐘，然后打開成型模，從模中取出成型體。
由于得到的成型體在被設置在整個邊緣的高度T1的鼓起部也具有取向纖維，所以確認樹脂富集部極少。芯基材308的周圍的纖維取向良好，所以確認其周圍完全不存在樹脂富集部。
由于存在于剛制成的成型體外緣的毛刺部是由第1基材、第2基材以及樹脂組成的薄FRP，所以利用簡單的毛刺除去工具以及砂磨工具進行毛刺除去加工時，能在約2分鐘內容易地除去毛刺。所以，不需要水力噴射加工或NC機械加工等大規(guī)模裝置就能夠進行成型體的精加工。
比較例1準備4片基材B1層疊而成的增強纖維基材。將該基材剪裁成成型形狀后重疊配置在賦型模下模。
為了與賦型模下模的形狀相吻合，預先在增強纖維基材上賦予熱塑性粘合材料(環(huán)氧改性熱塑性樹脂、熔點71℃)。
在賦型模下模上密合賦型模上模，在使基材與模形狀相吻合的狀態(tài)下，將賦型模加熱至溫度為90℃，保持約10分鐘。然后，急速冷卻賦型模，從賦型模中取出基材。由此得到由4片基材B1一體化形成的增強纖維基材組成的成型前體。
將得到的成型前體配置到成型模中，利用與實施例1相同的方法制造成型體。在得到的成型體周圍形成了由增強纖維基材和樹脂構成的薄毛刺。
由于該毛刺是由增強纖維基材和樹脂組成的高強度FRP，難以只利用簡單的毛刺除去工具以及砂磨工具除去毛刺。必須利用NC機械加工進行成型體的精加工。
比較例2準備4片基材B1層疊而成的增強纖維基材。將該纖維增強基材剪裁成比成型形狀一側短約5mm后重疊配置在賦型模下模。
為了與賦型模下模的形狀相吻合，預先在增強纖維基材上賦予熱塑性粘合材料(環(huán)氧改性熱塑性樹脂、熔點71℃)。
在賦型模下模上密合賦型模上模，在使基材與模形狀相吻合的狀態(tài)下，將賦型模加熱至溫度為90℃，保持約10分鐘。然后，急速冷卻賦型模，從賦型模中取出基材。由此得到由4片基材B1一體化形成的增強纖維基材組成的成型前體。
將得到的成型前體配置到成型模中，利用與實施例1相同的方法制造成型體。確認在得到的成型體的端部存在如圖2所示的不存在增強纖維基材的樹脂富集部103。成型體不具有所要求的強度。
比較例3除了將實施例12中的第2基材變?yōu)槔w維排列方向為(0/90)/(±45)、層疊了2片基材B11得到的基材以外，使用與實施例12相同的方法制造成型體。基材B11的壓縮特性值為26.8％。
確認了所得成型體部分具有只有樹脂的部分，在被設置在整個邊緣的高度T1的鼓起部具有纖維的取向不充分的樹脂富集部。
利用簡單的毛刺除去工具以及砂磨工具除去了存在于成型體外緣的毛刺。該毛刺除去加工能在約1分鐘內容易地進行。但是得到的成型體在鼓起部具有裂縫或豁口。
產業(yè)上的可利用性本發(fā)明涉及要求將增強纖維配置到各處的FRP結構體，尤其涉及要求維持端部強度的FRP制薄板、該FRP制薄板的制造方法以及該制造方法中使用的成型前體。本發(fā)明的成型前體不僅適用于利用使用了環(huán)氧樹脂的RTM法的FRP制造方法，而且可以適用于在成型前體中含浸流動樹脂的其他FRP制造方法。本發(fā)明的成型前體、纖維增強樹脂成型體的制造方法以及纖維增強樹脂成型體能夠適用于汽車部件(外殼和結構部件)、飛機部件(一次、二次結構材料、內裝材料、增強部件)、船舶用部件、風車葉片、建筑用鑲板材料、其他普通產業(yè)用部件等。
權利要求
1.一種成型前體，所述成型前體由本體部和從該本體部的邊緣向外連續(xù)延伸的毛刺形成部構成，所述本體部由第1基材和在所述本體部的外緣部被層疊在所述第1基材上的第2基材形成，所述第1基材由多根增強纖維構成，所述第2基材由多根纖維構成，所述毛刺形成部由從所述本體部的邊緣向外延伸的所述第2基材形成，所述多根纖維的間隙形成成型樹脂的流路。
2.如權利要求1所述的成型前體，其中，所述第1基材以被覆位于所述外緣部的所述第2基材的至少一部分的方式被配置。
3.如權利要求1所述的成型前體，其中，所述第1基材以夾持位于所述外緣部的所述第2基材的至少一部分的方式被配置。
4.如權利要求1所述的成型前體，其中，形成所述第1基材的表層部的表層形成基材以被覆從所述本體部的邊緣向外延伸、位于所述毛刺形成部的所述第2基材的方式被配置。
5.如權利要求1所述的成型前體，其中，所述本體部具有被層疊在所述第1基材以及所述第2基材上的由多根增強纖維組成的第3基材，所述第2基材被配置在所述第1基材與所述第3基材之間，并形成為與所述本體部幾乎相同的形狀，所述成型前體被形成為由所述第1基材、所述第2基材以及所述第3基材構成的3層結構。
6.如權利要求5所述的成型前體，其中，所述第1基材和所述第3基材中的至少一方以被覆從所述本體部的邊緣向外延伸、位于所述毛刺形成部的第2基材的一部分的方式被配置。
7.如權利要求5所述的成型前體，其中，形成所述第1基材的表層部的表層形成基材與形成所述第3基材的表層部的表層形成基材中的至少一方以被覆從所述本體部的邊緣向外延伸、位于所述毛刺形成部的所述第2基材的方式被配置。
8.如權利要求5所述的成型前體，其中，在所述本體部，由發(fā)泡體構成的芯基材以與所述第2基材連接的方式被配置。
9.如權利要求1所述的成型前體，其中，所述第2基材的壓縮特性值為35％～80％。
10.如權利要求1所述的成型前體，其中，所述第1基材的單位面積重量為100～1000g/m2。
11.如權利要求5所述的成型前體，其中，所述第3基材的單位面積重量為100～1000g/m2。
12.如權利要求1所述的成型前體，其中，形成所述第2基材的纖維的強度低于形成所述第1基材的增強纖維的強度。
13.如權利要求5所述的成型前體，其中，形成所述第2基材的纖維的強度低于形成所述第3基材的增強纖維的強度。
14.如權利要求1所述的成型前體，其中，所述第2基材是無紡布。
15.如權利要求1所述的成型前體，其中，所述第2基材的單位面積重量為10～1500g/m2。
16.一種纖維增強樹脂成型體的制造方法，該制造方法是利用包括以下工序的RTM進行的在成型模的成型腔內配置成型前體的工序；關閉配置了所述成型前體的所述成型模的工序；向所述關閉的成型模的所述成型腔內注入被加熱加壓的樹脂的工序；固化被注入所述成型腔內的樹脂的工序；所述樹脂固化后打開所述成型模的工序；以及從所述打開的成型模中取出成型的纖維增強樹脂成型體的工序；其特征在于，(a)作為所述成型前體，使用權利要求1～15中任一項所述的成型前體，(b)在所述成型腔外周的至少一部分設置所述被注入的樹脂流通的薄膜澆口，(c)在成型模的成型腔內配置所述成型前體的工序中，所述成型前體以所述第2基材位于所述薄膜澆口的至少一部分的方式被配置在成型模的成型腔內，(d)所述第2基材存在于由所述薄膜澆口形成的所述樹脂的毛刺部的至少一部分。
17.如權利要求16所述的纖維增強樹脂成型體的制造方法，其中，在所述薄膜澆口的外側，設置連通該薄膜澆口的流道，所述成型前體的第2基材以達到所述流道的位置的狀態(tài)被配置。
18.如權利要求16所述的纖維增強樹脂成型體的制造方法，其中，所述薄膜澆口的澆口間隔為0.1～2.0mm。
19.一種纖維增強樹脂成型體，所述纖維增強樹脂成型體由基質樹脂和由多根增強纖維構成的纖維增強基材構成，所述基質樹脂被含浸在所述多根增強纖維的間隙中，其特制在于，以所述纖維增強基材為第1基材時，在該第1基材的外緣部具有層疊在所述第1基材上的由多根纖維構成的第2基材，形成該第2基材的纖維的強度低于形成所述第1基材的增強纖維的強度，在形成所述第2基材的多根纖維的間隙中也含浸有所述基質樹脂。
20.如權利要求19所述的纖維增強樹脂成型體，其中，所述第1基材以被覆位于所述外緣部的所述第2基材的至少一部分的方式被配置。
21.如權利要求19所述的纖維增強樹脂成型體，其中，所述第1基材以夾持位于所述外緣部的所述第2基材的至少一部分的方式被配置。
22.如權利要求19所述的纖維增強樹脂成型體，其中，被所述第1基材覆蓋的由發(fā)泡體組成的芯基材被配置在所述第1基材的中央部分。
23.如權利要求19所述的纖維增強樹脂成型體，其中，具有層疊在所述第1基材以及所述第2基材上的由多根增強纖維組成的第3基材，所述第2基材被配置在所述第1基材與所述第3基材之間，并形成為與所述第1基材基本相同的形狀，所述纖維增強樹脂成型體被形成由所述第1基材、所述第2基材以及所述第3基材構成的3層結構。
24.如權利要求23所述的纖維增強樹脂成型體，其中，由發(fā)泡體構成的芯基材以與所述第2基材連接的方式被配置。
25.如權利要求19所述的纖維增強樹脂成型體，其中，所述第1基材的單位面積重量為100～1000g/m2。26、如權利要求23所述的纖維增強樹脂成型體，其中，所述第3基材的單位面積重量為100～1000g/m2。
27.如權利要求19所述的纖維增強樹脂成型體，其中，所述第2基材是無紡布。
28.如權利要求19所述的纖維增強樹脂成型體，其中，所述第2基材的單位面積重量為10～1500g/m2。
29.如權利要求19所述的纖維增強樹脂成型體，其中，外緣部的厚度是中央部厚度的1.5～5倍。
全文摘要
本發(fā)明涉及由本體部和從該本體部邊緣向外連續(xù)延伸的毛刺形成部構成的成型前體，所述本體部由多根增強纖維組成的第1基材、和在所述本體部的外緣部層疊在所述第1基材上的由多根纖維組成的第2基材形成，所述毛刺形成部由從所述本體部的邊緣向外延伸的所述第2基材形成，所述多根纖維的間隙形成成型樹脂的流路。
文檔編號B29C70/10GK101068668SQ20058004147
公開日2007年11月7日 申請日期2005年12月2日 優(yōu)先權日2004年12月6日
發(fā)明者山崎真明, 關戶俊英, 竹本秀博 申請人:東麗株式會社