專利名稱：干式預(yù)成型坯、復(fù)合材料構(gòu)成的環(huán)狀構(gòu)造體及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在環(huán)狀心軸的外周配置的中空環(huán)狀的干式預(yù)成型坯(drypreform)、由使用其的復(fù)合材料構(gòu)成的環(huán)狀構(gòu)造體及其制造方法。
背景技術(shù)：
例如，航空器的環(huán)狀框架那樣的環(huán)狀構(gòu)造體要求有高強(qiáng)度且輕量，因此，有時(shí)由在強(qiáng)化纖維中含浸樹脂而成的復(fù)合材料形成。但是，環(huán)狀框架通常是コ字型或T字型等具有折曲部的異形截面，由復(fù)合材料形成這樣的異形截面的環(huán)狀框架并不容易。例如專利文獻(xiàn)I公開了ー種使用由織物(編織物)構(gòu)成的干式預(yù)成型坯而形成截面L字形狀的環(huán)狀構(gòu)造體的方法。具體地說，首先如圖14所示，形成由在長(zhǎng)度方向配向的 纖維(中央線)105b及相對(duì)于長(zhǎng)度方向以土 α的織造角度配向的纖維(織造線)105a構(gòu)成的、呈3軸構(gòu)造的纖維組織的長(zhǎng)板狀干式預(yù)成型坯105。如圖15所示，將該長(zhǎng)板狀的干式預(yù)成型坯105在短邊方向中間部折曲，形成由平板部121及垂直部122構(gòu)成的截面L字形狀，并以垂直部122為內(nèi)側(cè)的方式使其變形為圓弧狀。然后，如圖16所示，通過連結(jié)多個(gè)圓弧狀的干式預(yù)成型坯105，形成截面L字形狀的環(huán)狀的干式預(yù)成型坯102。但是，圖14所示的由織物構(gòu)成的干式預(yù)成型坯由于織造線105a皺縮為波狀，所以與直線狀的強(qiáng)化纖維相比，纖維方向的強(qiáng)度變低。另外，為了使織造線105a和中央線105b皺縮，中央線105b需要隔開間隙排列，因此，中央線105b的密度下降，長(zhǎng)度方向的強(qiáng)度降低，并且樹脂侵入中央線105b間的間隙而導(dǎo)致重量増加。進(jìn)而，通過連結(jié)多個(gè)圓弧狀的干式預(yù)成型坯105而構(gòu)成環(huán)狀的干式預(yù)成型坯102，從而強(qiáng)化纖維在環(huán)方向上不連續(xù)，因此導(dǎo)致環(huán)方向的強(qiáng)度下降。另ー方面，在專利文獻(xiàn)2中公開了ー種由使強(qiáng)化纖維沿規(guī)定方向配向的多個(gè)纖維層構(gòu)成的環(huán)狀構(gòu)造體。具體地說，如圖17所示，將具有第一纖維方向(+45° )的纖維層210、具有第二纖維方向(-45° )的纖維層211、具有第三纖維方向(0° )的追加層212層疊起來而形成片狀的纖維層疊物209，將該纖維層疊物209折曲而形成截面L字形狀的坯料，使該截面L字形的坯料向環(huán)方向彎曲，由此形成環(huán)狀構(gòu)造體。如此，通過將纖維在一定的方向上拉齊而構(gòu)成纖維層，從而各纖維變成直線狀，因此，與纖維皺縮的織物相比，纖維方向的強(qiáng)度提高。另外，由于沒必要使纖維皺縮，所以無間隙地鋪滿纖維而可提高密度，因此，環(huán)狀構(gòu)造體的強(qiáng)度進(jìn)ー步提高，且減少進(jìn)入纖維間的樹脂，實(shí)現(xiàn)環(huán)狀構(gòu)造體的輕量化?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I JP特開2006-69166號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 JP特開2008-543670號(hào)公報(bào)但是，通過上述專利文獻(xiàn)2的方法制造的環(huán)狀構(gòu)造體的設(shè)計(jì)的自由度低。S卩，為了使平板部(基底部分)在一平面內(nèi)向環(huán)方向彎曲，無法配置第三纖維方向(環(huán)方向)的纖維，因此需要僅由第一及第ニ纖維方向(±45° )的纖維層構(gòu)成，從而存在平板部的環(huán)方向的強(qiáng)度不足的顧慮。另外，層疊將纖維拉齊而成的纖維層的片狀的纖維層疊物209(參照?qǐng)D17)與由織物構(gòu)成的干式預(yù)成型坯105(參照?qǐng)D14)相比，纖維的配向自由度低，因此，難以變形為希望的形狀。尤其，在環(huán)狀構(gòu)造體的截面形狀在環(huán)方向的一部分不同的情況下，使片狀的纖維層疊物209變形為所述形狀非常困難。進(jìn)而，例如在作為航空器的主體的環(huán)狀框架使用的大徑(例如直徑5m以上)的環(huán)狀構(gòu)造體的情況下，如上述那樣使片狀的纖維層疊物209彎曲而形成環(huán)狀構(gòu)造體的作業(yè)并不容易。例如，雖然若將多個(gè)圓弧狀的段連結(jié)起來形成則作業(yè)容易，但在該情況下，與上述同樣導(dǎo)致環(huán)方向的強(qiáng)度下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題是提供一種高強(qiáng)度且輕量的、形成容易、設(shè)計(jì)的自由度高的中空環(huán)狀的干式預(yù)成型坯及由使用其的復(fù)合材料構(gòu)成的環(huán)狀構(gòu)造體。
為解決所述問題而提出的本發(fā)明，是ー種在環(huán)狀的心軸的外周層疊多個(gè)強(qiáng)化纖維層而成的中空環(huán)狀的干式預(yù)成型坯，其特征在干，心軸是之后從干式預(yù)成型坯被分離的部分，所述干式預(yù)成型坯具有第一強(qiáng)化纖維層，該第一強(qiáng)化纖維層是由呈螺旋狀卷繞(捲回する)在心軸的外周、在環(huán)方向上至少一周是無接縫連續(xù)、且在與環(huán)方向交叉的方向上被拉齊的強(qiáng)化纖維構(gòu)成的。該干式預(yù)成型坯具有以下優(yōu)點(diǎn)。(I)通過具有將強(qiáng)化纖維平行拉齊的強(qiáng)化纖維層，從而與強(qiáng)化纖維皺縮的織物相比，可實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度化及輕量化。(2)僅通過在環(huán)狀心軸上螺旋狀地卷繞強(qiáng)化纖維，就能夠形成環(huán)狀的干式預(yù)成型坯，因此，不需要上述專利文獻(xiàn)2所示的方法那樣的將片狀纖維層疊物折曲的作業(yè)，形成變?nèi)菀住?3)通過ー邊使強(qiáng)化纖維在心軸的外周卷繞，一邊在環(huán)方向上至少一周連續(xù)，從而可以在環(huán)方向上連續(xù)形成干式預(yù)成型坯，因此與連結(jié)多個(gè)圓弧狀的干式預(yù)成型坯的情況相比，可實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度化。(4)由于強(qiáng)化纖維ー邊仿照心軸的外周形狀ー邊被卷繞，因此即便在環(huán)狀構(gòu)造體的截面形狀在環(huán)方向上不同的情況下，也可以使干式預(yù)成型坯的形狀追隨于心軸的形狀。上述的干式預(yù)成型坯由于可以設(shè)置與第一強(qiáng)化纖維層不同的任意方向的強(qiáng)化纖維層，所以設(shè)計(jì)自由度變大。例如，可以設(shè)置第二強(qiáng)化纖維層，該第二強(qiáng)化纖維層是由呈螺旋狀卷繞在心軸的外周、在環(huán)方向上至少一周連續(xù)、且在關(guān)于環(huán)方向與第一強(qiáng)化纖維層的強(qiáng)化纖維對(duì)稱的方向上被拉齊的強(qiáng)化纖維構(gòu)成的；或設(shè)置第三強(qiáng)化纖維層，該第三強(qiáng)化纖維層是由在環(huán)方向上至少一周連續(xù)、且在環(huán)方向上被拉齊的強(qiáng)化纖維構(gòu)成的。若使用上述的干式預(yù)成型坯，則可以容易得到由復(fù)合材料構(gòu)成的環(huán)狀構(gòu)造體。即，可得到由復(fù)合材料構(gòu)成的環(huán)狀構(gòu)造體，該復(fù)合材料具有沿環(huán)方向分割上述的中空環(huán)狀的干式預(yù)成型坯的多個(gè)分割干式預(yù)成型坯；及含浸在分割干式預(yù)成型坯中的樹脂。該環(huán)狀構(gòu)造體例如可用作航空器的環(huán)狀框架。上述這樣的干式預(yù)成型坯可以通過下述方法制造，所述方法包括干式預(yù)成型坯形成エ序，在該エ序中，通過在環(huán)狀的心軸的外周螺旋狀地卷繞強(qiáng)化纖維，從而形成第一強(qiáng)化纖維層，該第一強(qiáng)化纖維層是由在環(huán)方向上至少一周是無接縫連續(xù)、且在與環(huán)方向交叉的方向上被拉齊的強(qiáng)化纖維構(gòu)成的；分離エ序，在該エ序中，將干式預(yù)成型坯沿著環(huán)方向分割為多個(gè)，將干式預(yù)成型坯與心軸分離； 樹脂含浸エ序，在該エ序中，使樹脂含浸于干式預(yù)成型坯而形成復(fù)合材料。在該情況下，只要通過在心軸的外周卷繞將多根強(qiáng)化纖維平行拉齊而成的強(qiáng)化纖維束，從而形成第一強(qiáng)化纖維層，就能夠高效卷繞強(qiáng)化纖維。使樹脂含浸在干式預(yù)成型坯中的樹脂含浸エ序可在將干式預(yù)成型坯與心軸分離的分離エ序之后進(jìn)行，也可以在分離エ序之前進(jìn)行。另外，在干式預(yù)成型坯具有由在環(huán)方向上至少一周連續(xù)、且在環(huán)方向上被拉齊的強(qiáng)化纖維構(gòu)成的第三強(qiáng)化纖維層的情況下，只要將在環(huán)方向上被拉齊的強(qiáng)化纖維向心軸的外周供給，并且在該外周螺旋狀地卷繞第一強(qiáng)化纖維層的強(qiáng)化纖維，就能將第三強(qiáng)化纖維層容易固定在心軸的外周。在該情況下，只要在使樹脂附著于強(qiáng)化纖維的表面上之后，將該強(qiáng)化纖維在環(huán)方向上拉齊并向心軸外周供給，形成第三強(qiáng)化纖維層，則可同時(shí)進(jìn)行干式預(yù)成型坯形成エ序與樹脂含浸エ序。發(fā)明效果 如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可以得到高強(qiáng)度且輕量，形成容易且設(shè)計(jì)自由度高的環(huán)狀干式預(yù)成型坯及使用其的復(fù)合材料所構(gòu)成的環(huán)狀構(gòu)造體。


圖I上本發(fā)明的實(shí)施方式的環(huán)狀構(gòu)造體的主視圖。圖2是圖I的X-X截面圖。圖3是表示上述環(huán)狀構(gòu)造體的強(qiáng)化纖維層的層疊狀態(tài)的截面圖。圖4是表示上述環(huán)狀構(gòu)造體的制造方法的干式預(yù)成型坯形成エ序的主視圖，表示供給第一強(qiáng)化纖維層及第三強(qiáng)化纖維層的樣子。圖5是圖4的放大圖。圖6是圖5的Y-Y截面圖。圖7是表示上述環(huán)狀構(gòu)造體的制造方法的干式預(yù)成型坯形成エ序的主視圖，表示供給第二強(qiáng)化纖維層的樣子。圖8是中空環(huán)狀的干式預(yù)成型坯及心軸的截面圖。圖9是表示上述環(huán)狀構(gòu)造體的制造方法的分離エ序的截面圖。圖10是其他實(shí)施方式的環(huán)狀構(gòu)造體的截面圖。圖11是表示其他實(shí)施方式的制造方法的分離エ序的截面圖。圖12是其他實(shí)施方式的環(huán)狀構(gòu)造體的截面圖。圖13是表示其他實(shí)施方式的制造方法的干式預(yù)成型坯形成エ序的主視圖，表示將第一強(qiáng)化纖維層的強(qiáng)化纖維卷繞的樣子。圖14是由織物構(gòu)成的長(zhǎng)板狀的干式預(yù)成型坯的立體圖(專利文獻(xiàn)I的圖4)。圖15是表示將圖14的長(zhǎng)板狀的干式預(yù)成型坯在短邊方向中間部折曲的狀態(tài)的立體圖(專利文獻(xiàn)I的圖5)。圖16是表示將圖15的干式預(yù)成型坯連結(jié)起來而成的環(huán)狀的干式預(yù)成型坯的立體圖(專利文獻(xiàn)I的圖6)。圖17是表示片狀的纖維層疊物的俯視圖(專利文獻(xiàn)2的圖3)。符號(hào)說明
I環(huán)狀構(gòu)造體2 腹板3 凸緣11第一強(qiáng)化纖維層12第二強(qiáng)化纖維層13第三強(qiáng)化纖維層20 心軸
30環(huán)方向纖維供給部31引導(dǎo)件40纖維卷繞部41引導(dǎo)件50干式預(yù)成型坯A片狀纖維束
具體實(shí)施例方式以下，基于

本發(fā)明的實(shí)施方式。圖I表示本發(fā)明的ー實(shí)施方式的環(huán)狀構(gòu)造體I。該環(huán)狀構(gòu)造體I作為航空器的主體的環(huán)狀框架使用，直徑約3 10m。環(huán)狀構(gòu)造體I如圖2所示，截面呈コ字形狀，具體地說，其由大致平板狀的腹板2和從腹板2的內(nèi)徑端及外徑端大致垂直立起的筒狀的凸緣3構(gòu)成。環(huán)狀構(gòu)造體I在環(huán)方向的一部分使截面形狀稍有不同。具體地說，雖詳細(xì)圖示省略，但尤其在要求高強(qiáng)度的部位，稍微增大腹板2的短邊方向寸法L2或凸緣3的短邊方向寸法L3而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度提高，在要求的強(qiáng)度較低的部位，稍微減小腹板2的短邊方向寸法L2或凸緣3的短邊方向寸法L3而實(shí)現(xiàn)輕量化。環(huán)狀構(gòu)造體I由在層疊多個(gè)強(qiáng)化纖維層而成的干式預(yù)成型坯中含浸樹脂的復(fù)合材料構(gòu)成。強(qiáng)化纖維例如可使用碳纖維或玻璃纖維。樹脂可使用熱硬化性樹脂或者熱可塑性樹脂，具體地說，作為熱硬化性樹脂，可使用環(huán)氧樹脂、雙馬來酰亞胺、聚酰亞胺等，作為熱可塑性樹脂，可使用聚醚醚酮等。環(huán)狀構(gòu)造體I如圖3所示，具有沿規(guī)定方向?qū)?qiáng)化纖維拉齊而成的多個(gè)強(qiáng)化纖維層。在圖示例中，層疊有使強(qiáng)化纖維在相對(duì)于環(huán)方向以規(guī)定角度交叉的方向(稱為+ Θ方向)上配向的第一強(qiáng)化纖維層11;使強(qiáng)化纖維在相對(duì)于環(huán)方向與第一強(qiáng)化纖維層11的強(qiáng)化纖維對(duì)稱的方向(稱為-Θ方向)上配向的第二強(qiáng)化纖維層12 ;使強(qiáng)化纖維在環(huán)方向(稱為0°方向)上配向的第三強(qiáng)化纖維層13。第一 第三強(qiáng)化纖維層11 13以相鄰的層與纖維的配向方向交叉的方式被層疊，在本實(shí)施方式中，按照第三強(qiáng)化纖維層13(0° )、第一強(qiáng)化纖維層11 (+ Θ )、第二強(qiáng)化纖維層12 (- Θ )...的順序反復(fù)分別各層疊例如5 10層。第一強(qiáng)化纖維層11及第ニ強(qiáng)化纖維層12的配向角度Θ被設(shè)定在20 70°之間，例如被設(shè)定為60°。第一 第三強(qiáng)化纖維層11 13被設(shè)置成與腹板2及一對(duì)凸緣3連續(xù)。尤其，第一強(qiáng)化纖維層11及第ニ強(qiáng)化纖維層12，從一方的凸緣3的端面3a到另一方的凸緣3的端面3a，強(qiáng)化纖維無接縫地連續(xù)且以一定角度配向。上述的環(huán)狀構(gòu)造體I經(jīng)過干式預(yù)成型坯形成エ序、分離エ序及樹脂含浸エ序而制造。以下，順次說明各エ序。如圖4所示，干式預(yù)成型坯形成エ序是通過向環(huán)狀的心軸20的外周供給強(qiáng)化纖維,從而形成中空環(huán)狀的干式預(yù)成型坯的エ序。心軸20例如截面為矩形(本實(shí)施方式中為正方形)，呈與圖I所示的環(huán)狀構(gòu)造體I同樣的環(huán)狀。在圖示例中，將心軸20做成中空而實(shí)現(xiàn)輕量化。如上述那樣，環(huán)狀構(gòu)造體I由于在環(huán)方向的一部分使截面形狀有稍許不同，因此與之匹配，也使心軸20在環(huán)方向的一部分使截面形狀有稍許不同。向心軸20的外周面供給強(qiáng)化纖維的供給裝置具備使心軸20向環(huán)方向一方(在圖4中為順時(shí)針方向，參照箭頭)旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部(圖示省略)；沿環(huán)方向朝向心軸20的外周面供給強(qiáng)化纖維的環(huán)方向纖維供給部30 ;在心軸20的外周面卷繞強(qiáng)化纖維的纖維卷繞部40。
從環(huán)方向纖維供給部30供給的多根強(qiáng)化纖維經(jīng)引導(dǎo)件31被配置在心軸20的外周面。在引導(dǎo)件31上設(shè)有對(duì)強(qiáng)化纖維進(jìn)行引導(dǎo)的多個(gè)引導(dǎo)孔(圖示省略)，通過由該引導(dǎo)孔對(duì)強(qiáng)化纖維進(jìn)行引導(dǎo)，從而強(qiáng)化纖維在沿環(huán)方向被拉齊的狀態(tài)下被配置在心軸20的外周面。在本實(shí)施方式中，以均勻的密度在截面矩形的心軸20的外周面的全周配置環(huán)方向的強(qiáng)化纖維。從而將強(qiáng)化纖維在環(huán)方向(0° )上配向的第三強(qiáng)化纖維層13供給到心軸20的外周面。與此同時(shí)，將從纖維卷繞部40供給的多根強(qiáng)化纖維如圖5所示，經(jīng)引導(dǎo)件41卷繞到心軸20的外周面。在引導(dǎo)件41上設(shè)有對(duì)強(qiáng)化纖維進(jìn)行引導(dǎo)的多個(gè)引導(dǎo)孔(圖示省略)。在本實(shí)施方式中，引導(dǎo)孔沿環(huán)方向排列配置，由該引導(dǎo)孔引導(dǎo)的多個(gè)強(qiáng)化纖維沿環(huán)方向排列配置，由此，形成片狀的纖維束A。而且如圖6所示，通過使纖維卷繞部40及引導(dǎo)件41 一起繞心軸20—圈，由此將片狀的纖維束A卷繞在心軸20的外周(參照?qǐng)D5)。此時(shí)，ー邊使心軸20向環(huán)方向一方(參照箭頭)旋轉(zhuǎn)，一邊使纖維卷繞部40及引導(dǎo)件41繞圈，由此，供給相對(duì)于環(huán)方向C以規(guī)定的角度(+ Θ )將強(qiáng)化纖維平行拉齊而成的片狀纖維束A。另外，在纖維卷繞部40及引導(dǎo)件41繞心軸20 —圈的期間，若使心軸20以片狀纖維束A的寬度W的量向環(huán)方向一方旋轉(zhuǎn)，則將纖維束A無間隙地鋪滿心軸20的外周。需要說明的是，心軸20雖然在環(huán)方向的一部分截面形狀不同，但通過卷繞片狀的纖維束A，從而構(gòu)成纖維束A的各強(qiáng)化纖維分別仿照心軸20的外周形狀，所以可容易使纖維束A整體仿照心軸20的外周形狀。由此，在與環(huán)方向C交叉的方向(+Θ)上將強(qiáng)化纖維拉齊而成的第一強(qiáng)化纖維層11被供給到心軸20的外周。如上所述，通過將從環(huán)方向纖維供給部30經(jīng)引導(dǎo)件31供給到心軸20外周面的第三強(qiáng)化纖維層13的外周用纖維束A卷繞，從而將第三強(qiáng)化纖維層13固定在心軸20的外周。若通過旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部使心軸20在環(huán)方向上旋轉(zhuǎn)一周、第一強(qiáng)化纖維層的強(qiáng)化纖維在環(huán)方向上有一周，則停止旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部、纖維卷繞部40及引導(dǎo)件41，并將從纖維卷繞部40供給的強(qiáng)化纖維及環(huán)方向的強(qiáng)化纖維暫時(shí)切斷。然后，如圖7所示，通過旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部使心軸20向環(huán)方向另一方(在圖7中為逆時(shí)針方向，參照箭頭)按照與上述相同的速度旋轉(zhuǎn)，并且使纖維卷繞部40及引導(dǎo)件41向與上述相同的方向以相同速度繞圈。由此，相對(duì)于環(huán)方向C以規(guī)定的角度(-Θ)將強(qiáng)化纖維拉齊而成的片狀纖維束A被卷繞在心軸20的外周面，第ニ強(qiáng)化纖維層12被層疊到第一強(qiáng)化纖維層11的外周。通過反復(fù)進(jìn)行以上動(dòng)作，順次層疊第三強(qiáng)化纖維層13、第一強(qiáng)化纖維層11及第ニ強(qiáng)化纖維層12(參照?qǐng)D3)，在心軸20的外周形成中空環(huán)狀的干式預(yù)成型坯50(參照?qǐng)D8)。需要說明的是，第二強(qiáng)化纖維層12的形成方法不限于上述，例如也可以通過旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部ー邊使心軸20向環(huán)方向一方(與圖5相同的方向)旋轉(zhuǎn)，一邊使纖維卷繞部40及引導(dǎo)件41向與圖6的箭頭相反的方向(順時(shí)針方向)旋轉(zhuǎn)，從而形成第二強(qiáng)化纖維層12。干式預(yù)成型坯50被粘合劑等暫時(shí)固定。具體地說，例如在從環(huán)方向纖維供給部30供給的強(qiáng)化纖維或者從纖維卷繞部40供給的強(qiáng)化纖維中混雜熱熔接性的粘合劑纖維，形成干式預(yù)成型坯50，之后，將其加熱而使粘合劑纖維熔融，通過使其固化，從而可以暫時(shí)固定干式預(yù)成型坯50?；蛘撸部梢栽谛纬筛墒筋A(yù)成型坯50后，向其表面供給熔敷性的粉末狀或者霧狀的粘合劑，進(jìn)行暫時(shí)固定。需要說明的是，如果需要的話，也可以將強(qiáng)化纖維的端部用粘合劑等暫時(shí)固定在心軸20的表面或者強(qiáng)化纖維層的表面。如圖9所示，這樣得到的中空環(huán)狀的干式預(yù)成型坯50沿環(huán)方向被分割為多個(gè)(在圖示例中為2個(gè))，從內(nèi)部取出心軸20 (分離エ序)。由此，可得到呈與圖I所示的環(huán)狀構(gòu)造體I同樣的形狀、即由腹板52及凸緣53構(gòu)成的截面コ字形狀的ー對(duì)分割干式預(yù)成型坯51。此時(shí)，第一強(qiáng)化纖維層11及第ニ強(qiáng)化纖維層12的強(qiáng)化纖維的端部若被配置在中空環(huán) 狀的干式預(yù)成型坯50的分割面上，則在分割干式預(yù)成型坯51的腹板52或凸緣53的第一以及第二強(qiáng)化纖維層11、12上完全不形成強(qiáng)化纖維的接縫，因此優(yōu)選。在樹脂含浸エ序中，使樹脂含浸于從心軸20分離的分割干式預(yù)成型坯51中，通過使該樹脂固化，形成復(fù)合材料。使樹脂含浸固化的方法沒有限定，例如可通過R T M法(ResinTransferMolding)進(jìn)行?；蛘撸部梢酝ㄟ^浸潰等預(yù)先使樹脂附著在由環(huán)方向纖維供給部30供給的強(qiáng)化纖維上，將該強(qiáng)化纖維在環(huán)方向上拉齊，井向心軸20的外周供給。在該情況下，通過將環(huán)方向的強(qiáng)化纖維向心軸20的外周供給，從而在該強(qiáng)化纖維上附著的樹脂含浸于干式預(yù)成型坯50，因此可以同時(shí)進(jìn)行樹脂含浸エ序和干式預(yù)成型坯形成エ序，之后進(jìn)行加熱，從而可得到由復(fù)合材料構(gòu)成的環(huán)狀構(gòu)造體I。通過以上エ序，完成由復(fù)合材料構(gòu)成的環(huán)狀構(gòu)造體I (參照?qǐng)DI)。本發(fā)明不限于上述實(shí)施方式。以下，說明本發(fā)明的其他實(shí)施方式，對(duì)于具有與上述實(shí)施方式同樣的功能的部位標(biāo)注同一符號(hào)，省略重復(fù)說明。在上述的實(shí)施方式中，在分離エ序后進(jìn)行樹脂含浸エ序，但也可以與此相反，使樹脂含浸于圖8所示的中空環(huán)狀的干式預(yù)成型坯50中，形成中空環(huán)狀的復(fù)合材料后，將該復(fù)合材料沿環(huán)方向進(jìn)行分割，從內(nèi)部取出心軸20。另外，在上述的實(shí)施方式中，示出了截面コ字形狀的環(huán)狀構(gòu)造體1，但不限于此，例如，也可以形成圖10所示的截面H形狀的環(huán)狀構(gòu)造體101。在該情況下，分別使樹脂含浸于截面コ字形狀的ー對(duì)分割干式預(yù)成型坯51中，形成環(huán)狀構(gòu)造體1，之后，將它們?cè)诒趁姹舜斯潭?，由此可得到截面H形狀的環(huán)狀構(gòu)造體101?；蛘?，將截面コ字形狀的ー對(duì)分割干式預(yù)成型坯51的背面彼此合起來配置，在該狀態(tài)下使樹脂含浸，由此可得到截面H形狀的環(huán)狀構(gòu)造體I。另外，在上述的實(shí)施方式中，示出了在分離エ序?qū)⒅锌窄h(huán)狀的干式預(yù)成型坯50分割為兩個(gè)的情況，但不限于此，例如圖11所示，也可以分割為三個(gè)。在圖示例中，分割為圓筒狀的分割干式預(yù)成型坯61以及截面L字形狀的ー對(duì)分割干式預(yù)成型坯62。通過在這些分割干式預(yù)成型坯61、62中使樹脂含浸，從而可得到環(huán)狀構(gòu)造體261、262。這些環(huán)狀構(gòu)造體261、262可以分別単獨(dú)使用，也可以如圖12那樣組合形成一體，從而可構(gòu)成截面H字形狀的環(huán)狀構(gòu)造體201。另外，在上述的實(shí)施方式中，示出了從纖維卷繞部40供給沿環(huán)方向排列強(qiáng)化纖維而成的片狀的纖維束A的情況，但不限于此。例如圖13所示，也可以在心軸20的外周等間隔配置多個(gè)(圖示例中為8個(gè))纖維卷繞部40。引導(dǎo)件部41以包圍心軸20的外周的方式被設(shè)成環(huán)狀，等間隔設(shè)有引導(dǎo)孔。通過使該多個(gè)纖維卷繞部40及引導(dǎo)件部41 一起向箭頭方向旋轉(zhuǎn)，從而將強(qiáng)化纖維卷繞在心軸20的外周。在該情況下，能夠通過從多個(gè)纖維卷繞部40供給的強(qiáng)化纖維，遍及全周大致同時(shí)按壓向心軸20外周供給的環(huán)方向的強(qiáng)化纖維(第三強(qiáng)化纖維層13)。另外，在上述的實(shí)施方式中，示出了心軸20的截面為矩形的情況，但不限于此，例如可以為截面梯形或截面圓形。另外，在上述的實(shí)施方式中，示出了具有在相對(duì)于環(huán)方向傾斜的方向(+Θ方 向、-Θ方向)上配向的第一強(qiáng)化纖維層11及第ニ強(qiáng)化纖維層12、在環(huán)方向(0°方向)上 配向的第三強(qiáng)化纖維層13的情況，但不限于此，可以根據(jù)所要求的強(qiáng)度的方向進(jìn)行適當(dāng)變更。例如，可省略第二強(qiáng)化纖維層12及第三強(qiáng)化纖維層13的任一方或雙方?；蛘?，除了第一 第三強(qiáng)化纖維層11 13タト，還可以追加向其他方向傾斜的強(qiáng)化纖維層。另外，在上述的實(shí)施方式中，示出了將環(huán)狀構(gòu)造體I用作航空器的環(huán)狀框架的情況，但不限于此，例如，也可以用于自行車或汽車的輪圈等。
權(quán)利要求
1.ー種干式預(yù)成型坯，是在環(huán)狀的心軸的外周層疊多個(gè)強(qiáng)化纖維層而成的中空環(huán)狀的干式預(yù)成型坯，其特征在干， 所述心軸是之后從所述干式預(yù)成型坯被分離的部分， 所述干式預(yù)成型坯具有第一強(qiáng)化纖維層，該第一強(qiáng)化纖維層是由呈螺旋狀卷繞在所述心軸的外周、在環(huán)方向上至少一周是無接縫連續(xù)、且在與環(huán)方向交叉的方向上被拉齊的強(qiáng)化纖維構(gòu)成的。
2.如權(quán)利要求I所述的干式預(yù)成型坯,其中， 通過將多根強(qiáng)化纖維平行拉齊而成的片狀的強(qiáng)化纖維束卷繞在所述心軸的外周，由此形成所述第一強(qiáng)化纖維層。
3.如權(quán)利要求I或2所述的干式預(yù)成型坯，其中， 所述干式預(yù)成型坯具有第二強(qiáng)化纖維層，該第二強(qiáng)化纖維層是由呈螺旋狀卷繞在所述心軸的外周、在環(huán)方向上至少一周連續(xù)、且在關(guān)于環(huán)方向與所述第一強(qiáng)化纖維層的強(qiáng)化纖維對(duì)稱的方向上被拉齊的強(qiáng)化纖維構(gòu)成的。
4.如權(quán)利要求I 3中任一項(xiàng)所述的干式預(yù)成型坯，其中， 所述干式預(yù)成型坯具有第三強(qiáng)化纖維層，該第三強(qiáng)化纖維層是由在環(huán)方向上至少一周連續(xù)、且在環(huán)方向上被拉齊的強(qiáng)化纖維構(gòu)成的。
5.ー種環(huán)狀構(gòu)造體，其由復(fù)合材料構(gòu)成，該復(fù)合材料具有沿環(huán)方向分割權(quán)利要求I 4中任一項(xiàng)所述的干式預(yù)成型坯的多個(gè)分割干式預(yù)成型坯；及含浸在所述分割干式預(yù)成型坯中的樹脂。
6.如權(quán)利要求5所述的環(huán)狀構(gòu)造體，其中， 所述環(huán)狀構(gòu)造體用作航空器的環(huán)狀框架。
7.—種環(huán)狀構(gòu)造體的制造方法，其包括 干式預(yù)成型坯形成エ序，在該エ序中，通過在環(huán)狀的心軸的外周螺旋狀地卷繞強(qiáng)化纖維，從而形成具有第一強(qiáng)化纖維層的干式預(yù)成型坯，該第一強(qiáng)化纖維層是由在環(huán)方向上至少一周是無接縫連續(xù)、且在與環(huán)方向交叉的方向上被拉齊的強(qiáng)化纖維構(gòu)成的； 分離エ序，在該エ序中，將所述干式預(yù)成型坯沿著環(huán)方向分割為多個(gè)，將所述干式預(yù)成型坯與所述心軸分離； 樹脂含浸エ序，在該エ序中，使樹脂含浸于所述干式預(yù)成型坯而形成復(fù)合材料。
8.如權(quán)利要求7所述的環(huán)狀構(gòu)造體的制造方法，其中， 通過在所述心軸的外周螺旋狀地卷繞將多根強(qiáng)化纖維平行拉齊而成的強(qiáng)化纖維束，從而形成所述第一強(qiáng)化纖維層。
9.如權(quán)利要求7或8所述的環(huán)狀構(gòu)造體的制造方法，其中， 在所述分離エ序之后，進(jìn)行所述樹脂含浸エ序。
10.如權(quán)利要求7或8所述的環(huán)狀構(gòu)造體的制造方法，其中， 在所述樹脂含浸エ序之后進(jìn)行所述分離エ序。
11.如權(quán)利要求7 10中任一項(xiàng)所述的環(huán)狀構(gòu)造體的制造方法，其中， 所述干式預(yù)成型坯具有第三強(qiáng)化纖維層，該第三強(qiáng)化纖維層是由在環(huán)方向上至少一周連續(xù)、且在環(huán)方向上被拉齊的強(qiáng)化纖維構(gòu)成的， 將在所述環(huán)方向上被拉齊的強(qiáng)化纖維供給到所述心軸的外周，并且在該外周螺旋狀地卷繞所述第一強(qiáng)化纖維層的強(qiáng)化纖維，從而將所述第三強(qiáng)化纖維層固定在所述心軸的外周。
12.如權(quán)利要求11所述的環(huán)狀構(gòu)造體的制造方法，其中， 在使樹脂附著在強(qiáng)化纖維的表面上后，將該強(qiáng)化纖維在環(huán)方向上拉齊并供給到所述心軸的外周，形成所述第三強(qiáng)化纖維層，由此，同時(shí)進(jìn)行所述干式預(yù)成型坯形成エ序與所述樹脂含浸エ序。
全文摘要
提供一種干式預(yù)成型坯、復(fù)合材料構(gòu)成的環(huán)狀構(gòu)造體及其制造方法，干式預(yù)成型坯具有第一強(qiáng)化纖維層(11)，該第一強(qiáng)化纖維層是由卷繞在心軸(20)的外周、平行于與心軸(20)的環(huán)方向(0°方向)交叉的方向(+θ方向)被拉齊、且在心軸(20)的環(huán)方向上至少一周是無接縫連續(xù)的強(qiáng)化纖維構(gòu)成的。
文檔編號(hào)B29C53/80GK102689444SQ20121006938
公開日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2012年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月25日
發(fā)明者廣川哲朗, 西山茂 申請(qǐng)人:敷紡株式會(huì)社