纤维强化复合材料及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及包含强化纤维和热塑性树脂的纤维强化复合材料及其制造方法。
【背景技术】
[0002]包含强化纤维和基体树脂(以下称为树脂)的纤维强化复合材料，与金属材料相比重量轻，并且，由于包含强化纤维而与树脂材料相比机械强度和弹性模量高，因此是近年来受到关注的材料。
[0003]例如，作为纤维强化复合材料之一的片状模塑料(sheet molding compound)等不规则地排列有强化纤维的纤维强化复合材料，与强化纤维使用了纺织状的强化纤维的材料相比成形性好，因此能够容易地得到复杂形状的成形体，生产率也高。
[0004]但是，这样的纤维强化复合材料由于强化纤维不规则地排列，因此与使用了纺织状强化纤维的材料相比机械强度低。由此，随着如上所述将成形体成形为更复杂的形状，有时也会在结构上出现刚性不足的部位。另外，根据成形体的应用部位不同，有时也会在成形体的一部分受到局部性的载荷。这样的情况下，为防止成形体的损伤，需要对成形体的发生刚性不足的部位、以及负载载荷发挥作用的部位进行部分性地增强。
[0005]鉴于这样的情况，提出了例如下述纤维强化复合材料9及其制造方法，如图9 (a)、(b)所示，准备包含纺织纤维基材91和热塑性树脂的第I复合材料92作为增强材料，并将该第I复合材料92与第2复合材料95通过热压等进行了接合，所述第2复合材料95包含不规则地排列的强化纤维93和热塑性树脂94 (例如参照专利文献I)。这样，根据纤维强化复合材料，能够通过部分地配置纺织纤维基材91来提高其强度。
[0006]在先技术文献
[0007]专利文献1:日本特表2005-538864号公报
【发明内容】
[0008]但是，第I复合材料92与第2复合材料95的界面96是介由构成这些复合材料的热塑性树脂彼此而接合的，因此界面96的密合强度成为热塑性树脂的强度本身。在弯曲应力等应力作用于纤维强化复合材料9的情况下，在第I复合材料92与第2复合材料95的界面，容易发生两者的剥离，有时得不到由第2复合材料95带来的充分的增强效果。
[0009]本发明是鉴于这样的情况而完成的，其目的是提供一种能够提高第I复合材料层和第2复合材料层的密合强度的纤维强化复合材料及其制造方法，所述第I复合材料层具有被配置为强化纤维束进行交叉的纤维基材，所述第2复合材料层具有不规则地排列的第2强化纤维。
[0010]本发明是为解决上述课题而完成的，其目的在于，本发明涉及的纤维强化复合材料，具备:具有纤维基材和第I热塑性树脂的第I复合材料层，所述纤维基材被配置为第I强化纤维并丝而成的强化纤维束进行交叉，所述第I热塑性树脂至少浸渗于各强化纤维束中；以及第2复合材料层，其在第2热塑性树脂内不规则地排列有第2强化纤维，所述纤维强化复合材料是所述第I复合材料层和所述第2复合材料层接合而成的，在所述第I复合材料层的表面之中至少与所述第2复合材料层接合的表面形成有多个孔，所述第2强化纤维和所述第2热塑性树脂进入到各孔中。
[0011]根据本发明，第2强化纤维和第2热塑性树脂进入到在与第2复合材料层接合的表面形成的各孔中，因此进入到各孔中的第2强化纤维和第2热塑性树脂，作为将第I复合材料层与第2复合材料层的界面系紧的锚栓(楔子)发挥作用。通过这样的锚栓效果，能够抑制在第I复合材料层与第2复合材料层的界面的剥离。
[0012]在此，纤维基材只要形成有多个孔，则可以是平纹、斜纹、缎纹等的纺织基材，也可以是将强化纤维束(第I强化纤维)在单一方向上并丝而成的基材(片材)彼此层叠为以规定的角度相邻的基材的强化纤维彼此交叉的纤维基材。另外，本发明中提到的第I复合材料层，可以是在将强化纤维束通过例如交织而制造了纤维基材后，浸渗第I热塑性树脂的复合材料层，或者也可以是准备事先在强化纤维束中浸渗了第I热塑性树脂的例如带状的复合基材(预浸材料)，使构成该复合基材的强化纤维束交叉而将复合基材彼此交织地进行配置的复合材料层。
[0013]作为更优选的方式，所述纤维基材通过包含由所述强化纤维束交织而成的纺织基材，并在该纺织基材的强化纤维束间设置间隙，来形成所述多个孔。根据该方式，通过在纺织基材的强化纤维束间设置间隙而形成有多个孔，因此强化纤维束的第I强化纤维即使在孔的周围也不被切断地连续。这样的结果，能够提高第I复合材料层与第2复合材料层的密合性，并且保持纤维强化复合材料的强度。
[0014]作为进一步优选的方式，所述纤维基材是将由所述强化纤维束交织而成的纺织基材层叠的结构，通过使该多个纺织基材之中与所述第2复合材料层接合的纺织基材的强化纤维束间的间隙比其它纺织基材的强化纤维束间的间隙大，来形成所述多个孔。
[0015]根据该方式，通过第2强化纤维和第2热塑性树脂进入到与第2复合材料层接合的纺织基材的多个孔中，能够确保第I复合材料层与第2复合材料层的密合性。另一方面，在其它纺织基材中，相比于与第2复合材料层接合的纺织基材，位于纤维强化复合材料表面侧的强化纤维束(第I强化纤维)更加紧密地排列，因此能够提高纤维强化复合材料的强度。
[0016]在此，本发明中提到的「使与所述第2复合材料层接合的纺织基材的强化纤维束间的间隙比其它纺织基材的强化纤维束间的间隙大」也包括:在与第2复合材料层接合的纺织基材中，只要通过在相邻的强化纤维束间至少设置间隙来形成多个孔即可，而在其它纺织基材的相邻的强化纤维束间实质没有间隙。再者，即使在这样的情况下，也处于在上述的构成纺织基材的强化纤维束中浸渗有第I热塑性树脂的状态。
[0017]另外，作为另一优选方式，所述各孔是将第I复合材料层贯通了的贯通孔。根据该方式，使各孔成为贯通孔，由此在制造时，在第I复合材料层中通过孔加工等，容易将多个孔成形。
[0018]作为本发明，以下也公开了纤维强化复合材料的制造方法。本发明涉及的纤维强化复合材料的制造方法，是通过将具有纤维基材和第I热塑性树脂的第I复合材料、与第2复合材料进行接合来制造纤维强化复合材料的方法，所述纤维基材被配置为第I强化纤维并丝而成的强化纤维束进行交叉，所述第I热塑性树脂至少浸渗于各强化纤维束中，所述第2复合材料在第2热塑性树脂内不规则地排列有第2强化纤维，所述纤维强化复合材料的制造方法的特征在于，作为所述第I复合材料，使用在与所述第2复合材料接合的表面形成有多个孔的复合材料，在将所述第I复合材料与所述第2复合材料进行接合时，至少使所述第2热塑性树脂软化并对所述第I复合材料和所述第2复合材料加压，使得所述第2强化纤维和所述第2热塑性树脂进入到所述各孔中。
[0019]根据本发明，在将第I复合材料与第2复合材料进行接合时，至少使第2热塑性树脂软化并对第I复合材料和第2复合材料加压。第2强化纤维是在第2复合材料的内部不规则地排列的强化纤维，因此容易与第2热塑性树脂一起进入到第I复合材料的各孔中。这样，进入到各孔中的第2强化纤维和第2热塑性树脂，作为将第I复合材料与第2复合材料的界面系紧的锚栓发挥作用，因此能够得到第I复合材料与第2复合材料的密合性高的纤维强化复合材料。
[0020]作为进一步优选的方式，在制造所述第I复合材料时，通过在所述纤维基材的强化纤维束间设置间隙，将所述强化纤维束交织，由此将所述多个孔成形。
[0021]根据该方式，能够在制造纺织基材来作为纤维基材的同时，在该纺织基材形成多个孔。这样得到的强化纤维束的第I强化纤维即使在孔的周围也不被切断地连续，因此能够保持第I复合材料的强度。
[0022]作为进一步优选的方式，通过将强化纤维束交织而成的纺织基材层叠多个来制造所述纤维基材，用所述强化纤维束将所述各纺织基材交织，使得所述多个纺织基材之中与所述第2复合材料接合的纺织基材的强化纤维束间的间隙比其它纺织基材的强化纤维束间的间隙大，由此将所述多个孔成形。
[0023]根据该方式，所得到的纤维强化复合材料，通过第2强化纤维和第2热塑性树脂进入到与第2复合材料接合的纺织基材的多个孔中，能够确保第I复合材料与第2复合材料的密合性。另一方面，在其它纺织基材中，相比于与第2复合材料接合的纺织基材，位于纤维强化复合材料表面侧的强化纤维束(第I强化纤维)更加紧密地排列，因此能够提高纤维强化复合材料的强度。
[0024]另外，只要能够在纺织基材中具有上述的间隙，优选在交织前的强化纤维束中浸渗有第I热塑性树脂，但也可以在交织而成的纺织基材中不堵塞各孔地浸渗(含有)第I热塑性树脂。
[0025]作为进一步优选的方式，在制造所述第I复合材料时，通过对贯通所述纤维基材那样的孔进行加工，由此将所述多个孔成形。根据该方式，