预成型体的制造方法及制造装置的制作方法

专利名称：预成型体的制造方法及制造装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及成型纤维增强树脂(FRP)时所用的预成型体的制造方 法及制造装置。更详细而言，涉及在横截面上具有垂直部(webportion) 和从该垂直部经至少一个分支部(branching portion)向两侧延伸的至少 一组凸缘部(fmnge portion)的预成型体的制造方法及制造装置。作为 具有上述横截面形状的预成型体的代表例，有横截面形状为T形或I形的 预成型体。
背景技术：
例如，以碳纤维、玻璃纤维或芳族聚酰胺纤维为增强纤维的纤维增 强树脂(FRP)是轻质的，并且具有高耐久性，所以用作汽车或航空器 等的结构部件等。
作为成型纤维增强树脂(FRP)的方法，已知有高压釜成型法。该 成型法如下例如将层合由增强纤维和高韧性的环氧树脂构成的预浸料 坯(prepreg)片材得到的层合体在高压釜中加压及加热，使环氧树脂固 化，成型纤维增强树脂(FRP)。
但是，通常预浸料坯片材存在难以成型复杂的三维形状的产品的问 题。由于材料费和成型时间过多，产品的制造成本变高，所以现状是使 用现有的预浸料坯片材的高压釜成型的适用用途并没有得到推广。
而作为比使用现有的预浸料坯片材的高压釜成型廉价且能缩短成 型时间的成型方法，人们关注了树脂传递模塑(RTM )成型法和真空RTM 成型法。
该RTM成型法是将不含浸基质树脂、层合多张干式增强纤维布帛得 到的层合体配置在成型模中，向其中注入低粘度的液态基质树脂，由此 使增强纤维含浸基质树脂，成型纤维增强树脂(FRP)。
如上所述，RTM成型法中使用干式增强纤维布帛，所以能使增强纤 维布帛沿着具有复杂的三维形状的成型^^进行赋型。但是，仅预先将层 合多张增强纤维布帛得到的层合体沿着成型模放置，难以制造使用预浸
料坯片材的高压釜成型法所得的纤维增强树脂(FRP),该纤维增强树 脂(FRP)没有褶皱，均质且具有高纤维体积含有率(Vpf)。纤维体积 含有率是纤维在总体积中所占的体积百分率。
作为解决上述问题的方法，有使用下述预成型体的方法，所述预成 型体是在维持注入基质树脂前的干式状态下，考虑最终产品的形状，使 层合多张增强纤维布帛得到的层合体预先赋型为应成型的形状。但是， 制作该预成型体的时间及制作的预成型体的精度对纤维增强树脂(FRP ) 的制造成本和品质有较大影响。
分，所述预成型体能适用于成型例如航空器的结构部件之类要求高力学 特性的纤维增强树脂(FRP),是没有褶皱、均质且能达到高纤维体积 含有率(Vpf)的预成型体。
专利文献l:特开2005 -324513号公报

发明内容
方法及制造装置，所述预成型体能适用于成型例如^:空器的结构部件之
类要求高力学特性的纤维增强树脂(FRP),是没有褶皱、均质且具有 高纤维体积含有率(Vpf)的预成型体。
本发明人等研究了仅通过增强纤维布帛的折弯、层合、粘接等的组 合导致无法制造下述预成型体的原因，所述成型体能适用于成型要求高 力学特性的纤维增强树脂(FRP),是没有褶皱、均质且达到高纤维体 积含有率(Vpf)的预成型体，并关注到在制造工序中增强纤维的平直 度(straightness )、中间成型体中增强纤维的密度的均一性。
结果尝试在制造工序中设置部分形状形成工序，所述部分形状形成
工序是将构成制造的预成型体的主要部分的纤维基材预先赋型，形成预
赋型体(preliminary shaped body)。然后，将准备好的预赋型体和形成 被制造的预成型体的其他部分的纤维基材在后续的 一体化工序中进行 一体化，由此制造所希望的预成型体。
发现通过适当分配该部分形状形成工序和后续的一体化工序之间 的纤维基材的加热及/或加压条件，在利用 一体化工序成型预成型体
时，消除或者显著减少伴随在厚度方向上压缩时发生的纤维基材的内外 周长差而产生的褶皱。
本发明的预成型体的制造方法及制造装置如下所述。 (1) 一种预成型体的制造方法，所述预成型体由第l增强纤维基材 和至少 一个第2增强纤维基材形成，所述第1增强纤维基材在横截面中具 有垂直部和乂人该垂直部经至少一个分支部向两侧延伸的至少一组凸續-部；所述第2增强纤维基材含有上述至少一个分支部，并与上述第l增强 纤维基材进行一体化，其中，
(a) 所述第l增强纤维基材由第l原料基材和第2原料基材形成；
(b) 所述第l原料基材由带状的第l层合体构成，所述带状的第l层 合体由层合的多张增强纤维布帛和配置在层间部的粘合树脂材料构成；
(c) 所述第2原料基材由带状的第2层合体构成，所述带状的第2层 合体由层合的多张增强纤维布帛和配置在层间部的粘合树脂材料构成；
(d) 所述第2增强纤维基材由至少一个第3原料基材构成；
(e) 包括下述工序供给所述第l层合体的第l供给工序；供给所述 第2层合体的第2供给工序；和供给所述至少 一个第3原料基材的至少一 个第3供给工序；
(f) 在所述第l供给工序的下游侧具有第l部分形状形成工序，所述 第l部分形状形成工序是将所述第l层合体加热及/或加压进行成型，保
持该成型状态，由此制造第l预赋型体；
(g) 在所述第2供给工序的下游侧具有第2部分形状形成工序，所 述第2部分形状形成工序是将所述第2层合体加热及/或加压进行成型， 保持其成型状态，由此制造第2预赋型体；
(h) 在所述第1及第2部分形状形成工序、以及所述至少一个第3供
给工序的下游侧具有一体化工序，所述一体化工序是合并在所述第l及
第2部分形状形成工序中制造的所述第1及第2预赋型体，以形成所述预 成型体中的所述分支部，且使所述至少 一个第3原料基材位于形成的所 述分支部，在该状态下将它们加热及/或加压进行一体化，保持该一体 化状态，由此形成所述预成型体；
(i) 在所述一体化工序的下游侧具有搬送工序，所述搬送工序间歇 地搬送在所述一体化工序中形成的所述预成型体；
(j)在停止搬送所述搬送工序中的所述预成型体时，进行在所述第 1及第2部分形状形成工序中的所述第1及第2预赋型体的制造和在所述 一体化工序中的所述预成型体的形成。
(2) —种预成型体的制造方法，其中，所述第1及第2预赋型体的 各纤维体积含有率a和所述预成型体的纤维体积含有率卩满足0.95 a/ (3
0.6的关系。
(3) —种预成型体的制造方法，其中，所述纤维体积含有率a和所 述纤维体积含有率P满足0.95 a/卩0.8的关系。
(4) 一种预成型体的制造方法，其中，在所述一体化工序的下游 侧、所述搬送工序的上游侧设置用于修整在所述一体化工序中形成的预 成型体的不要部分的修整(trimming)工序。
(5) —种预成型体的制造方法，其中，设置至少一个角填料供给 工序，所述角填料供给工序是相应于所述搬送工序中所述预成型体的间 歇搬送，将由增强纤维束构成的至少 一个角填料供给至沿着所述一体化 工序中形成的所述至少一个分支部的外表面形成的至少一个凹部。
(6) —种预成型体的制造方法，其中，形成所述角填料的增强纤 维束为含有粘合树脂材料的增强纤维束，在所述至少一个角填料供给工 序和所述一体化工序之间，设置至少一个角填料部分形状形成工序，制 造的角填料预赋型体被供给于所述一体化工序，所述角填料部分形状形 成工序是将含有所述粘合树脂材料的增强纤维束加热及/或加压进行 成型，保持该成型状态，从而制造至少一个角填料预赋型体。
(7) —种预成型体的制造方法，其中，所述至少一个第3原料基材
由至少一个带状第3层合体构成，所述至少一个带状第3层合体由层合的
多张增强纤维布帛和配置在层间部的粘合树脂材料形成，在所述至少一
个第3供给工序和所述一体化工序之间，设置有至少一个第3部分形状形 成工序，被制造的至少一个第3预赋型体被供给于所述一体化工序，所 述第3部分形状形成工序是将所述至少一个第3层合体加热及/或加压 进行成型，保持该成型状态，由此制造至少一个第3预赋型体。
(8) —种预成型体的制造方法，其中，所述第l预赋型体和所述第 2预赋型体的横截面形状为相互成左右对称的L形，所述第3预赋型体的 一个横截面形状为平板形，在所述一体化工序中，所述L形的第1预赋型 体和所述L形的第2预赋型体在相当于所述L形的垂直部的部位被一体 化，同时所述平板形的第3预赋型体和一个所述角填料预赋型体被一体 化，成型为T形的所述预成型体。
(9) 一种预成型体的制造方法，其中，所述第l预赋型体和所述第 2预赋型体的横截面形状为相互成左右对称的C形，2个所述第3预赋型体 的横截面形状为平板形，在所述一体化工序中，所述C形的第1预赋型体 和所述C形的第2预赋型体在相当于所述C形的垂直部的部位被一体化， 同时所述平板形的2个第3预赋型体和2个所述角填料预赋型体被一体 化，成型为I形的所述预成型体。
(10) —种预成型体的制造装置，其中，所述预成型体由第l增强 纤维基材和至少 一个第2增强纤维基材构成，所述第1增强纤维基材在横 截面中具有垂直部和从该垂直部经至少一个分支部向两侧延伸的至少l 组凸缘部；所述第2增强纤维基材含有所述至少一个分支部，并与所述 第l增强纤维基材一体化；其中，
(a) 所述第1增强纤维基材由第1原料基材和第2原料基材形成；
(b) 所述第l原料基材由带状的第l层合体构成，所述带状的第l层 合体由层合的多张增强纤维布帛和配置在层间部的粘合树脂材料构成；
(c) 所述第2原料基材由带状的第2层合体构成，所述带状的第2层 合体由层合的多张增强纤维布帛和配置在层间部的粘合树脂材料构成；
(d) 所述第2增强纤维基材由至少 一个第3原料基材构成；
(e) 具有下述装置供给所述第l层合体的第l供给装置；供给所述 第2层合体的第2供给装置；和供给所述至少一个第3原料基材的至少一 个第3供给装置；
(f) 在所述第1供给装置的下游侧具有第1部分形状形成装置，所述 第l部分形状形成装置将所述第l层合体加热及/或加压进行成型，保持 其成型状态，由此制造第l预赋型体；
(g) 在所述第2供给装置的下游侧具有第2部分形状形成装置，所 述第2部分形状形成装置将所述第2层合体加热及/或加压进行成型，保 持其成型状态，由此制造第2预赋型体；
(h) 在所述第1及第2部分形状形成装置、以及所述至少一个第3供 给装置的下游侧具有一体化装置，所述一体化装置是合并所述第1及第2 部分形状形成装置中制造的所述第1及第2预赋型体以形成所述预成型 体中的所述分支部，且使所述至少 一个第3原料基材位于形成的所述分 支部，在该状态下，将其加热及/或加压进行一体化，保持该一体化状 态，由此形成所述预成型体；
(i )在所述一体化装置的下游侧具有间歇地搬送在所述一体化装置 中形成的所述预成型体的搬送装置；
(j)在停止搬送所述搬送装置中的所述预成型体时，进行在所述第 1及第2部分形状形成装置中的所述第1及第2预赋型体的制造和在所述 一体化装置中的所述预成型体的形成。
(11) 一种预成型体的制造装置，其中，在所述一体化装置的下游 侧、所述搬送装置的上游侧设置有修整所述一体化装置中形成的预成型 体的不要部分的修整装置。
(12) —种预成型体的制造装置，其中，设置至少一个角填料供给 装置，所述至少一个角填料供给装置相应于所述搬送装置的所述预成型 体的间歇搬送，将由增强纤维束构成的至少 一 个角填料供给至沿着所述 一体化装置中形成的所述至少一个分支部的外表面形成的至少一个凹 部。(13) —种预成型体的制造装置，其中，形成所述角填料的增强纤 维束为含有粘合树脂材料的增强纤维束，在所述至少 一个角填料供给装 置和所述一体化装置之间，设置有至少一个角填料部分形状形成装置， 被制造的角填料预赋型体被供给于所述一体化装置，所述角填料部分形 状形成装置将含有所述粘合树脂材料的增强纤维束加热及/或加压进 行成型，保持该成型状态，由此制造至少一个角填料预赋型体。
(14) 一种预成型体的制造装置，其中，所述至少一个第3原料基 材由至少一个带状第3层合体构成，所述至少一个带状第3层合体由层合 的多张增强纤维布帛和配置在层间部的粘合树脂材料构成，在所述至少 一个第3供给装置和所述一体化装置之间设置有至少一个第3部分形状 形成装置，被制造的至少 一个第3预赋型体被供给于所述一体化装置， 所述第3部分形状形成装置将所述至少一个第3层合体加热及/或加压 进行成型，保持该成型状态，制造至少一个第3预赋型体。
(15) —种预成型体的制造装置，其中，所述第l预赋型体和所述 第2预赋型体的横截面形状为相互成左右对称的L形，所述第3预赋型体 的一个横截面形状为平板形，在所述一体化装置中，所述L形的第1预赋 型体和所述L形的第2预赋型体在相当于所述L形的垂直部的部位被一体 化，同时所述平板形的第3预赋型体和一个所述角填料预赋型体被一体 化，成型为T形的所述预成型体。
(16) —种预成型体的制造装置，其中，所述第l预赋型体和所述 第2预赋型体的横截面形状为相互左右对称的C形，2个所述第3预赋型体 的横截面形状为平板形，在所述一体化装置中，所述C形的第1预赋型体 和所述C形的第2预赋型体在相当于所述C形的垂直部的部位被一体化， 同时所述平板形的2个第3预赋型体和2个所述角填料预赋型体被一体 化，成型为I形的所述预成型体。
(17) —种预成型体的制造装置，其中，所述第l部分形状形成装 置、所述第2部分形状形成装置及所述第3部分形状形成装置具有如下构 成，
(a)构成为l个部分形状成型模，该部分形状成型模由以下部分构
成固定在底盘上的中央模；间隔地位于该中央模上方的上模、及间隔 地位于所述中央模下方的下模；
(b)所述上模和所述中央模具有第1成型面和第2成型面，所述第l 成型面收容所述第l层合体，将其进行加热及/或加压，所述第2成型面 收容所述第2层合体，将其进行加热及/或加压；
(c )所述下模和所述中央模具有第3成型面，所述第3成型面收容所 述第3层合体，将其进行加热及/或加压；
(d) 在所述上模上安装使所述上模相对于所述中央模移动的第l驱 动器，在所述下模上安装使所述下模相对于所述中央模移动的第2驱动 器；
(e) 在所述中央模的中央部设置有所述角填料预赋型体通过的孔。
(18) —种预成型体的制造装置，其中，所述至少一个角填料部分 形状形成装置具有如下构成，
(a) 由l个角填料成型模构成，该角填料成型模由下述部分构成 固定在底盘上的平模；被固定在该平模上面、处于各自位置的右上模和 左上模；
(b) 所述右上模在左侧下端部具有左侧弯曲面，所述左上模在右 侧下端部具有右侧弯曲面，所述右上模和所述左上模以所述左侧弯曲面 和所述右侧弯曲面相对的状态相互连才妻；
(c) 由所述平模的上表面、所述左侧弯曲面及所述右侧弯曲面包围 的部分形成所述增强纤维束通过的孔，所述增强纤维束形成从所述至少 一个角填料供给装置被供给的角填料；
(d) 该孔以其横截面积在所述增强纤维束的行进方向慢慢缩小的 方式纟皮形成。
(19) 一种预成型体的制造装置，其中，所述一体化装置由一个一 体化模构成，该一体化模具有如下构成
(a)由下述部分构成固定在底盘上的左上模；间隔地位于该左上 模的右侧的右上模；及间隔地位于所述左上模和所述右上模的下面的下 模；(b )所述左上模和所述右上模分别具有收容所述第l预赋型体和所 述第2预赋型体、将它们进行加热及/或加压的所述左上模的第1成型面
和所述右上模的第2成型面；
(c) 所述左上模和所述下模分别具有收容所述第l预赋型体和所述
第3预赋型体、将它们进行加热及/或加压的所述左上模中的第3成型面 和所述下模中的第4成型面；
(d) 所述右上模和所述下模分别具有收容所述第2预赋型体和所述 第3预赋型体、将它们进行加热及/或加压的所述右上模中的第5成型面 和所述下模中的第6成型面；
(e) 在所述右上模上安装使所述右上模相对于所述左上模移动的第 l驱动器，在所述下模上安装使所述下模相对于所述左上模和所述右上 模移动的第2驱动器。
根据本发明的预成型体的制造方法或制造装置，将形成目标预成型 体的横截面形状中具有分支部的增强纤维基材的原料基材向长度方向 间歇地搬送，停止搬送时，对所述原料基材实施加热及/或加压的加工， 暂时形成预赋型体，然后，将形成的预赋型体和形成目标预成型体的其 他部分的增强纤维基材的原料基材进行一体化，由此连续地制造横截面
形状中具有分支部的预成型体。
因此，根据本发明，可以避免将形成目标预成型体的增强纤维基材 的多个原料基材简单地经一个阶段的加热及/或加压进行一体化时发 生的下述情况，即增强纤维的平直度降低，密度不均匀化，特别是原料 基材的弯曲部产生的伴随原料基材的内外周长差而发生褶皱，从而可以 制造高品质的预成型体。


图l是本发明的预成型体的制造装置之一例的斜视简图。 [图2]图2是利用图1的制造装置制造的T形预成型体之一例的斜视图。图3是用于图1的制造装置的角填料部分形状成型装置的角
填料成型模之一例的主视简图。图4是用于图1的制造装置的第1、 2及3部分形状形成装置的 部分形状成型模之一例的主视简图。图5是用于图1的制造装置的一体化装置的一体化成型模之 一例的主视简图。图6是用于图1的制造装置的修整装置的预成型体把持模 (preform gripping die )之一例的主一见简图。图7是说明现有的预成型体的制造装置中预成型体成型时发 生的纤维基材的形状变化的预成型体的横截面模式图。
7种预成型体的横截面形状的简图。图9是本发明的预成型体的制造装置的其他例的斜视简图。 [图IO]图10是利用图9的制造装置制造的I形(H形)预成型体之
一例的斜^L图。图11是用于图9的制造装置的C形预备赋型装置之一例的主
视简图。
符号说明
Bl:分支部 Cl: 一体化装置 Cal:搬送装置 Cfl:角填料
Cffil:角填料的原料基材
CfP4:角填料部分形状形成装置
CfPf4:角填料预赋型体
Fl、 Fla、 Flb:凸缘部
FL1:第l供给装置
FL2:第2供给装置
FBI:第l增强纤维基材
FB2:第2增强纤维基材
FCffil:角填料供给装置
FOB3:第3供给装置
Ll:第l层合体
L2:第2层合体
L3:第3层合体
OB1:第l原料基材
OB2:第2原料基材
OB3:第3原料基材
Pl:第l部分形状形成装置
P2:第2部分形状形成装置
P3:第3部分形状成型装置
PF1、 PFla、 PFlb、 PF2:预成型体
Pfl:第l预赋型体
Pf2:第2预赋型体
Pf3:第3预赋型体
Tl:修整装置
Wl:垂直部
6a、 6b:预赋型体
7d、 7e、 7f、 7g:预赋型体
8a:预成型体
9a:预成型体
10a:材料供给装置
20:角填料成型模
20a:填料赋型装置
30:部分形状成型才莫
30a:部分形状成型装置
40: —体化成型模
40a: —体化装置
50:预成型体把持模
50a:修整装置 60a:牵拉装置
具体实施例方式
下面，参见

本发明的预成型体的制造方法及制造装置的实
施方案。
由图l的制造装置(工序)最终制造的预成型体PF1具有T形的横截 面形状。其详细斜视图示于图2。
图2中，预成型体PF 1由第1增强纤维基材FB 1和第2增强纤维基材 FB2构成，所述第1增强纤维基材FB 1在横截面中具有垂直部W1和从垂直 部Wl经分支部Bl向两侧延伸的凸缘部Fla、 Flb，所述第2增强纤维基材 FB2含有分支部B1，并通过该分支部B1与第1增强纤维基材FB1—体化。 沿着分支部B1的外表面形成的凹部在预成型体PF1的长度方向被第2增 强纤维基材FB2封闭，在预成型体PF1的长度方向上形成空隙。该空隙中 填充有角填料Cfl。
预成型体PF 1的凸缘部F1由凸缘部F1 a、 F1 b和第2增强纤维基材FB2 形成。垂直部W1位于与位于水平的凸缘部F1、即位于水平方向的凸缘 部Fla、 Flb及第2增强纤维基材FB2垂直的方向上。
图1中，第1增强纤维基材FB 1由第1原料基材OB 1和第2原料基材 0B2形成。第1原料基材0B1由带状的第1层合体L1构成，所述第l层合体 由层合的多张增强纤维布帛和配置在层间部的粘合树脂材料构成。第2 原料基材OB2由带状的第2层合体L2构成，所述第2层合体由层合的多张 增强纤维布帛和配置在层间部的粘合树脂材料构成。第2增强纤维基材 FB2由第3原料基材OB3构成。
图1中，本发明的预成型体的制造装置(工序)具有供给第l层合体 Ll的第l供给装置(工序)FL1、和供给第2层合体L2的第2供给装置(工 序)FL2、和供给第3原料基材OB3的第3供给装置(工序)FOB3。
在第l供给装置(工序)FL1的下游侧具有第l部分形状形成装置(工
序)Pl，所述第l部分形状形成装置(工序)P1是将第1层合体L1加热及 /或加压进行成型，保持该成型状态，由此制造第l预赋型体Pfl。在第2
供给装置(工序)FL2的下游侧具有第2部分形状形成装置(工序)P2， 所述第2部分形状形成装置(工序)P2是将第2层合体L2加热及/或加压 进行成型，保持该成型状态，由此制造第2预赋型体Pf2。
在第1及第2部分形状形成装置(工序)Pl、 P2、以及第3供给装置 (工序)FOB3的下游侧具有一体化装置(工序)Cl，该一体化装置(工 序)Cl合并第l及第2部分形状形成装置(工序)Pl、 P2中制造的第l及 第2预赋型体Pfl、 Pf2,形成预成型体PF1中的分支部B1，并且使其结合 第3原料基材OB3，使第3原料基材0B3位于形成的分支部B1，然后，在 该状态下，将其加热及/或加压进行一体化，保持该一体化状态，由此 形成预成型体PFla。
在一体化装置(工序)Cl的下游侧具有搬送装置(工序)Cal,间 歇地搬送在一体化装置(工序)C1中形成的预成型体PF1。
在停止搬送搬送装置(工序)Cal中的预成型体PFl时，在第1及第2 部分形状形成装置(工序)Pl、 P2中制造第l及第2预赋型体Pfl、 PG, 在一体化工序C1中形成预成型体PF1。
由图l的制造装置(工序)制造的图2所示的T形预成型体PF1实际上 由横截面形状相互成左右对称的L形基材Lfl、 Lf2、平板形的第2增强纤 维基材FB2及角填料Cfl形成。左右对称的L形基材Lfl、 Lf2在它们的垂 直部被相互一体化，进而在它们的凸缘部，分别与平板形的第2增强纤 维基材FB2—体化，在预成型体PFl的分支部Bl填充有角填料Cfl。
进而，在该方案中，形成平板形的第2增强纤维基材FB2的第3原料 基材OB3与第1原料基材OB 1及第2原料基材OB2相同地由带状的第3层 合体L3形成，所述带状的第3层合体L3由层合的多张增强纤维布帛和配 置在层间部的粘合树脂材料构成。
另外，在该方案中，形成角填料Cfl的增强纤维束由含有粘合树脂 材料的增强纤维束构成。
为了制造该方案的预成型体PFl,图l所示的制造装置(工序)在第 3供给装置(工序)FOB3和一体化装置(工序)Cl之间具有第3部分形 状形成装置(工序)P3，所述第3部分形状形成装置(工序)P3将第3层 合体L3加热及/或加压进行成型，保持该成型状态，由此制造第3预赋 型体Pf3。
图l所示的制造装置(工序)在供给含有粘合树脂材料的增强纤维 束(角填料的原料基材)Cffil的角填料供给装置(工序)FCffll和一体 化装置(工序)Cl之间具有角填料部分形状形成装置(工序)CfP4，所 述角填料部分形状形成装置(工序)CfP4将含有粘合树脂材料的增强纤 维束(角填料的原料基材)Cffil加热及/或加压进行成型，保持该成型 状态，由此制造角填料预赋型体CfPf4。
图l所示的制造装置(工序)在一体化装置(工序)Cl和搬送装置 (工序)Cal之间具有将一体化装置(工序)Cl中制造的预成型体PFla 的不要部分进行修整除去的修整装置(工序)Tl。
第1供给装置FL1是引出巻缠成辊状并安装在支架上的第l原料基材 0B1 (第1层合体L1),并供给于第1部分形状形成装置P1的装置，可以 使用连续地或间歇地供给带(tape )时通常所用的带供给装置(tape supply unit)。第2供给装置FL2、第3供给装置FOB3及角填料供给装置FCffil 也可以使用相同的带供给装置。
图3表示制造角填料预赋型体CfPf4的角填料部分形状形成装置CfP4 之一例。图3中，角填料部分形状形成装置CfP4由一个角填料成型模20 构成。角填料成型模20由固定在底盘上的平模22、和分别固定于平模22 的上表面的右上模21a和左上模21b构成。右上模21a在左侧下端部具有左 侧弯曲面21ac，左上才莫21b在右侧下端部具有右侧弯曲面21bc。右上才莫21a 和左上模21b以左侧弯曲面21ac和右侧弯曲面21bc相对的状态彼此连接。
由平模22的上表面、左侧弯曲面21ac及右侧弯曲面21bc包围的部分 形成孔23,该孔23可通过由角填料供给装置FCfBl供给的形成角填料Cfl 的角填料的原料基材(增强纤维束)Cffil。孔23的横截面积向增强纤维 束Cffi 1的行进方向慢慢缩d、。供给到孔23的增强纤维束Cffi 1在孔23的内 部成型为适合填充到分支部B 1的所希望的横截面形状，成为角填料预赋
型体CfPf4。为了易于形成角填料预赋型体CfPf4，根据需要加热角填料
成型模20。可以通过供给于模内的加热流体或电热手段来进行加热。
在该方案中，第1部分形状形成装置P1、第1部分形状形成装置P2及 第3部分形状形成装置P3集合形成一个一体化的部分形状成型模。图4表 示部分形状成型模之一例。
图4中，部分形状成型模30由固定在底盘上的中央模31、间隔地位 于中央模31的上方的上模32及间隔地位于中央模31的下方的下模33构 成。上模32和中央模31分别具有收容第1层合体L1、将其加热及/或加 压的第1成型面32L1;和收容第2层合体L2、将其加热及/或加压的第2 成型面32L2。下模33和中央模31分别具有收容第3层合体L3、将其加热 及/或加压的第3成型面33L3。
使上模32向中央模31移动的第l驱动器34a安装在上模32上，使上模 32相对于中央模31自由离合。使下模33向中央模31移动的第2驱动器34b 安装在下模33上，使下模33相对于中央模31自由离合。通过该结构，进 行形成部分形状时的加压及加压的保持、搬送预成型体及增强纤维基材 时模的开放。进而，在中央模31的中央部设置有角填料预赋型体CfPf4 通过的孔35。为了使角填料预赋型体CfPf4通过，孔35的外周形状比该角 填料预赋型体Cfff4的外周形状大。
中央模31、上模32及下模33中设置有图中未显示的加热装置。通过 将位于模内的第1层合体L1、第2层合体L2及第3层合体L3进行加热及加 压，进行部分形状的赋型，以及软化或熔融配置在层合体的层间的粘合 树脂材料而粘合层间，由此固定形状，形成部分形状，即形成预赋型体。
中央模31的形状是在其上表面具有2个L形的凹部(第l成型面32L1 、 及第2成型面32L2),下表面形成平面。上模32上具有2个L形的凸部(第 1成型面32L1及第2成型面32L2),在与中央才莫31的2个L形的凹部的间隙 处形成作为T形剖面形状的构成部分的L形部分Lfl、 Lf2的截面形状。下 模33的上表面为平面，在与中央模31的下表面的间隙处形成作为T形截 面形状的构成部分的平板部分的截面形状。
图5表示一体化装置C1之一例。图5中， 一体化装置C1由1个一体化
的一体化成型模40构成。 一体化成型模40由固定在底盘的左上模41b、 间隔地位于左上模41b的右侧的右上模41a、及间隔地位于左上模41b和右 上模41 a的下面的下模42构成。
右上模41a和左上模41b分别具有收容第l预赋型体Pfl和第2预赋型 体Pf2、并将它们加热及/或加压的右上才莫41a中的第l成型面41alf和右 上模41b中的第2成型面41blf。
右上模41a和下模42分别具有收容第l预赋型体Pfl和第3预赋型体 Pfi、并将它们加热及/或加压的右上才莫41a中的第3成型面41a2f和下才莫 42中的第4成型面42af。
左上模41b和下模42分别具有收容第2预赋型体Pf2和第3预赋型体 PG、并将它们加热及/或加压的左上模41b中的第5成型面41b2f和下模 42中的第6成型面42bf。
使右上模41 a向左上模41 b移动的第1驱动器43 a安装在右上模41 a上， 使下模42向右上模41a和左上模41b移动的第2驱动器43b安装在下模42 上。
通过该模的结构，驱动器43a、 43b能使右上模41a及下模42相对于左 上模41b自由离合。由此，进行一体化时的加压及加压的保持、搬送预 成型体及增强纤维基材时模的开放。
右上模41a、左上模41b及下模42上设置有图中未显示的加热装置。 将位于模内的第1预赋型体Pf 1 、第2预赋型体Pf2及第3预赋型体Pf3加热
料，从而粘合层间，由此固定预赋型体的形状，同时通过各预赋型体的 一体化，成型具有T形横截面形状的预成型体PFla。
图6表示修整装置T1之一例。图6中，修整装置T1由预成型体把持模 50构成。图6中，预成型体把持模50由2个中央模51a、 51b及下模52构成。 预成型体对巴持模50还具有修整机构53a、 53b及53c，所述修整机构53a、 53b及53c切除一体化装置Cl中成型的预成型体PFla对最终产品的预成 型体PF1而言无需的部分。
中央模51a固定在图上未显示的不动底座(stationarybase)上，中央
模51b及下模52被分别连接在驱动器54a、 54b上，并能挤压在中央模51b 上或离开中央模51b。通过该操作，可以把持在一体化装置C1中刚成型 的T形预成型体PFla。
中央模51a上设置有一个修整机构53a,下模52上设置有2个修整机构 53b、 53c，各^f奮整才几构上具备转刀刀片(rotary cutter blade ) 55a、 55b、 55c。上述修整机构通过图上未显示的驱动器能向相对的模的方向、和预 成型体的长度方向驱动。在与对应的转刀刀片相挤压的模的一侧设置树 脂制剪切毡(cutting mat) 56a、 56b、 56c,确实地使切断的增强纤维与 转刀刀片挤压。
图中未显示搬送装置(牵拉装置)Cal的具体情况，但与一体化装 置C1相同，由多个模和驱动该模的驱动器构成，并形成下述构造能把 持从修整装置Tl供给的T形预成型体PFlb,进而通过驱动器AC1，能使 把持预成型体PFlb的机构整体在预成型体PFl的长度方向往复移动。
组装到角填料成型模20、部分形状形成模30、 一体化成型模40中的 各模中形成图上未显示的热介质的流路，通过在流路内流动进行温度调 节的热介质，能将模温度调节至目标温度，能接触加热位于模内的被加 工物。
下面，说明使用图1所示本发明的预成型体的制造装置的图2所示的 T形预成型体PF1的制造方法。由图2所示，T形预成型体PF1由左右对称 的L形基材Lfl、 Lf2、平板形基材FB2及角填料Cfl形成。
首先，将形成二个L形基材之一的L形基材Lfl的带状的第1层合体L1 的辊(第l原料基材)OBl安装在第l供给装置FLl上。另外，将形成另 一个L形的基材Lf2的带状的第2层合体L2的辊(第2原料基材)0B2安装 在第2供给装置FL2上。进而，将形成平板形的基材FB2的带状的第3层合 体L3的辊(第3原料基材)OB3安装在第3供给装置FOB3上。进一步，将 形成角填料Cfl的含浸有粘合树脂的增强纤维束的辊(角填料的原料基 材)Cffil安装在角填料供给装置FCffil上。由此，完成各原料基材的准 备。
接下来，从上述辊引出层合体L1、 L2、 L3及增强纤维束Cffil，使
其通过预成型体的制造装置的全长，成为初期状态。完成初期状态的准 备后，开始运转装置。
在搬送装置Cal中，交替实施下述操作把持位于该搬送装置Cal中 的层合体L1、 L2、 L3及增强纤维束Cffil，向制造装置的下游侧(图l中 为右侧)牵拉上述层合体和增强纤维束的搬送操作；停止搬送时，利用 部分形状成型模30 (参见图4)及一体化成型模40 (参见图5)进行的各 原料基材的加工操作，以及由修整装置中的预成型体把持模50 (参照图 6)进行的预成型体的加工操作。
通过上述操作，具有T形横截面形状的预成型体PF1在移向下游过程 中慢慢成型，从所有材料通过装置全长的时刻开始制造恒常状态的预成 型体。
从上游侧依次说明材料加工的流程。从角填料辊引出的增强纤维束 Cffi 1在最下游的搬送装置Cal的牵拉力的作用下，通过角填料成型模20 (参见图3)的形成了目标角填料的横截面形状的孔23。右上模21a、左 上模21 b及平模22通过在各模内部流动的热介质被加热。
孔23的入口侧宽，内部形成为能填充T形分支部的目标角填料的横 截面形状。由此，膨松的增强纤维束Cffil在通过孔23的过程中被加压及 加热，包含在内部的热塑性树脂材料发生软化而变形，由此增强纤维束 Cffil被加工成目标角填料的横截面形状。被加工的增强纤维束Cffil从角 填料成型模(赋型装置)20取出，在室温下放冷，保持被加工的形状并 被固定，成为角填料预赋型体CfPf4。
由此，通过预先将角填料的形状整理成假定最终横截面的形状，在 后面用一体化装置C1将其与其他预赋型体结合时，能确实地将角填料收 容在目标位置，而不溢出到角之外的平坦部，并且不会产生位置偏离而 导致填料的密度不均。
另一方面，由各辊引出的层合体L1、 L2及L3被导入部分形状成型模 30(参见图4)。此处，中央模31、上模32、下模33分别被在内部流动 的热介质加热。在各模打开的状态下，通过驱动器34a、 34b驱动上模32、 下模33，通过关闭各模，将位于各模中的层合体L1、 L2及L3在各模之间沖压。
同时，各层合体受到从模供给的热而被加热，在该状态下保持一定
时间。进行该加压及加热，并保持在该状态下，由此层合体L1、 L2、 L3
不仅仅变形为沿着各个模形状的形状，还能提高各层合体中的纤维体积
含有率。由此也能获得与目标预成型体的T形横截面形状的部分形状、 即L形部分及平板形部分相同的纤维体积含有率、或以此为基准的纤维
体积含有率。
由于层合体的层间部含有热塑性树脂材料，所以通过该树脂软化变
形，能够粘合构成层合体的增强纤维布帛的各层间，并保持被冲压的形 太
心o
将成型体在成型模30中保持一定时间后，由驱动器34a、 34b驱动上 模32、下模33，打开模。然后，再次通过搬送装置Cal，将加工的层合 体搬送至下游，放冷，通过固化内部的热塑性树脂，保持形成的形状。 层合体L1、 L2及L3形成具有目标T形横截面形状的部分形状即L形形状 的预赋型体Pfl、 Pf2和平板形状的预赋型体Pf3。
为了在后续的一体化工序中使各预赋型体之间良好地结合，而与层 间相同，使粘合树脂材料(热塑性树脂)也附着在层合体的一体化侧表 面上，在该情况下，当沖压后打开模将预赋型体从成型模中搬出时，有 时在树脂的粘合作用下，发生预赋型体粘贴在中央模31上的现象。为了 避免该现象，可以预先在至少中央模31的表面上涂敷剥离剂、例如聚四 氟乙烯(特氟隆(注册商标))。
进而，在预赋型体和中央模31的间隙设置鼓吹空气的喷嘴，向预赋 型体和中央模31之间流入高速的喷流，使其容易剥离，具有减少施加在 预赋型体上的损伤，加快冷却，确实地维持冲压形态的效果，是较有效 的。
除此之外，有下述方法，即在使广泛用于树脂等的成型领域的脱模 片材(脱模纸)间隔存在于层合体和成型模之间的状态下，成型层合体， 将经成型的层合体从成型模中搬出后，除去脱模片材。
图4所示的部分形状成型模30形成为下述结构在中央模31的上面
有2个L形的预赋型体，在中央模31的下面有一个平板形预赋型体，上述 3个预赋型体能够仅通过垂直方向的一次沖压操作进行加工。由此，可 以简化成型模的构成，降低设备费，除此之外，还能将模的总表面积控 制在最小限。因此，能提高调节模温度的热介质的热效率。
进而，如图4所示的部分形状成型模30中，在中央模31的中央设置 孔35。经角填料部分形状形成装置Cff4成型的角填料的预赋型体CfPf4 通过孔35,到达一体化装置C1。部分成型模30中设置有角填料的预赋型 体CfPf4通过的孔35，由此可以使一次性预备赋型、成为刚性的角填料预 赋型体CfPf4供给到一体化装置Cl，而不发生过度弯曲。
由此，可以在最终形成T形的预成型体时确保角填料预赋型体Cfff4 的平直度。另外，如上所述，通过将角填料预赋型体CfPf4的通路设置在 成型模内，可以尽可能减小进行2个L形的加工的部分的间隔。因此，将 完成的L形预赋型体Pfl、 Pf2搬送至一体化装置Cl的过程中，能将上述 赋型体受到弯曲作用的程度控制在最小限。结果，在制造工序中，可以 抑制预赋型体Pfl、 Pf2受到损伤。
接下来，将成型的预赋型体Pfl、 Pf2、 Pf3、 CfPf4向下游搬送，在 该过程中，聚集该预备成型体，形成T形截面。在该方案中，作为L形部 分的预赋型体Pfl、 Pf2相对长轴方向分别向相反方向扭转45。，同时弯 曲以改变行进方向。最终，2个L形预赋型体Pfl、 Pf2在垂直部背靠背， 在水平部重合平板形的预赋型体Pf3,然后在中央的分支部的空隙配置角 填料预赋型体CfPf4,在该状态下，导入一体化装置C1中。
此时， 一体化装置中的一体化成型模40 (参见图5)的右上模41a、 左上模41b、下才莫42分别处于打开的状态。对应于由各模打开而形成的T 形截面形状的垂直及水平的间隙不开得过大，为重合的预赋型体的总厚 度的1.2~ 1.5倍左右即可。原因在于导入的预赋型体按照其形状收容在 适当的位置，并能在导入预赋型体时减少其与模磨擦而受到损伤。
与该方案不同，用 一体化工序合并预赋型体和其他增强纤维基材 时，模的间隙也优选为位于间隙的基材的总厚度的U ~ 1.5倍左右。原 因在于能防止导入间隙的基材相对于模的位置偏离。另夕卜，基材蓬松时，
为了防止导入模的间隙时卡在模上，可以预先在模的入口设置锥形部或 较大的弯曲部。
被导入一体化成型模40中的预赋型体首先通过驱动器43a驱动中央 模41a，冲压T形的垂直部，然后，通过驱动器43b,驱动下模42,沖压T 形的凸缘部。由于上述模被流向内部的热介质加热，所以预赋型体被沖 压的同时被加热，在受到该加压及加热的状态下保持一定时间。
进行该加压及加热，通过保持在该状态下，附着在各预赋型体表面 的热塑性树脂软化，发挥粘合功能，使预赋型体之间一体化，同时预赋 型体被压缩，提高纤维体积含有率，达到与具有目标的T形横截面形状 的成型体相同程度的纤维体积含有率。
保持该状态一定时间后，通过驱动器43a、 43b驱动中央模41a、下模 42，打开模。然后，再次通过搬送装置Cal,将被加工的预赋型体搬向 下游，从模中取出后放冷，内部的热塑性树脂发生固化而保持形状，形 成预成型体PFla。
然后，将一体化装置C1中成型的预成型体PFla进一步搬送至下游， 导入修整装置T1。修整装置T1中的预成型体把持模50中，首先通过驱动 器54a驱动中央模51a，把持T形的垂直部，然后通过驱动器54b驱动下模 52,把持T形的凸缘部。接下来，运转修整机构53a、 53b、 53c,图中未 显示的驱动器边使转刀刀片55a、 55b、 55c接触预成型体PFla的各端部， 边使其向预成型体PFla的长度方向移动，切断预成型体PFla的各端部。
然后，转刀刀片55a、 55b、 55c离开预成型体PFla，回到原来的位置， 用驱动器54a、 54b驱动中央模51a、下模52,打开模。然后，再次通过搬 送装置Cal，将修整处理后的预成型体PFlb搬向下游。
最后，将修整处理后的预成型体PFlb进一步搬送至下游，用内藏在 搬送装置Cal中的预成型体把持机构把持。通过驱动器ACl,搬送装置 Cal的预成型体纟巴持机构纟巴持预成型体PFlb，以该状态向下游侧移动。 此处，解除预成型体PFlb的把持，再次通过驱动器AC1的运作，预成型 体把持机构向上游侧移动，预成型体PFlb留在下游侧，成为完成的预成 型体PF1。通过反复进行该操作，将完成的预成型体PF1依次搬送至下游
侧。通过以上一系列的制造工序，只要原料基材不切断，就能不间断地 连续制造具有T形横截面形状的预成型体PF 1 。
图9表示与图1所示的本发明的预成型体的制造装置不同的本发明
的预成型体的制造装置的斜视图。图1所示的方案是制造具有T形横截面 形状的预成型体的装置，而图9所示的方案是制造具有I形横截面形状的 预成型体的装置。
图9中，具有I形横截面形状的预成型体的制造装置由从上游侧向下 游侧配置的、材料供给装置10a、填料赋型装置20a、部分形状形成装置 30a、 一体化装置40a、修整装置50a及牵拉装置60a构成。
图IO表示具有I形横截面形状的预成型体之一例的斜视图。图IO中， 预成型体PF2由加工增强纤维布帛的层合体形成的2个C形部分70a、 70b 和1个平板形部分2a 、 2b及填埋弯曲部外周侧的空隙的角填料3 a 、 3b构成。 与图2所示的T形的情况相同，图IO中的预成型体PF2的垂直部分 (perpendicular part)称为垂直部，水平部分称为凸乡彖部。
材料供给装置10a中准备作为用于形成2个C形部分70a、 70b和2个平 板部分2a、 2b的各层合体的供给源的4个层合体辊lld、 lle、 llf、 llg; 和作为用于形成2个角填料3a、 3b的各增强纤维束的供给源的填料材辊 12a、 12b。
填料赋型装置20a中的赋型模中设置有2个孔，该2个孔对应于填充在 目标I形横截面形状的最终成型体的2个分支部中的角填料的横截面形 状。优选如下配置上述2个孔使其轴心与位于下游的一体化装置40a中 的角填料的轴心一致。
部分形状形成装置30a由下述4个赋型装置构成相对且模的间隙的 截面形成C形的2个C形赋型装置71a、 71b;和相对且^^莫的间隙的截面形 成直线的2个平板赋型装置72a、 72b。
C形赋型装置71a、 71b具有相同的形状。图11表示其中一个C形赋型 装置71a的横截面图。图ll中，被中央模712和2个侧面模713a、 713b以间 隔C形的薄板714的方式包围的内模711被配置在C形内部。内模711固定 在图上未显示的不动底座上。中央模712和侧面模713a、 713b分别连接在
驱动器715、 716a、 716b上。由此，中央模712和侧面模713a、 713b相对 于内模711自由离合，从而对收容在模中的层合体加压和解除加压。
内藏在一体化装置40a中的成型模形成相对模的间隙的截面为I形的结构。
构成填料赋型装置20a、部分形状形成装置30a及一体化装置40a的各 模具有与图1所示方案相同的、在内部进行温度调节的热介质循环的构
造。由此，调节模的温度至成型所需的温度。另外，部分形状形成装置 30a和一体化装置40a的各模通过图上未显示的驱动器，使各模之间自由 离合，并能将导入模的材料进行加热及/或加压。
与图l所示的方案相同，修整装置50a具有将成型的预成型体的横截 面形状的端部进行修整的修整机构。
牵拉装置60a具有把持I形预成型体的预成型体把持机构。进而，牵 拉装置60a具有使预成型体把持机构整体在预成型体的长度方向往复移 动的驱动器61a。
使用图9所示的预成型体的制造装置，制造图10所示的I形的预成型 体时，首先，在材料供给装置10a中准备4个层合体辊lld、 lle、 llf、 llg 和2个角填料材辊12a、 12b。需要说明的是，上述材料与图l所示的方案
的情况相同。
下面从上游侧向下游侧说明材料加工的流程。首先，将来自填料材 辊12a、 12b的增强纤维束5a、 5b通过填料赋型装置20a的具有角填料的横 截面形状的孔，此时，经加热及加压加工，得到具有目标角填料的横截 面形状的预赋型体6a、 6b。
来自层合体辊lld、 lle、 llf、 11g的层合体4d、 4e、 4f、 4g^皮导入 部分形状形成装置30a。此处，层合体4d、 4e被平板赋型装置72a、 72b 加热及加压，保持该状态，得到平板形状预赋型体7d、 7e。层合体4f、 4g被C形赋型装置71a、 71b加热及加压，保持该状态，得到C形形状的预 赋型体7f、 7g。
如图11所示，在C形赋型装置中，通过驱动器715、 716a、 716b驱动 中央模712和侧面模713a、 713b，使层合体4打司隔薄板714被内模711冲压。
此时，中央模712和侧面模713a、 713b的驱动顺序是中央模712在先，侧 面模713a、 713b在后。由此，可以防止由层合体4ft曲时产生的内外周 的周长差导致的褶皱。
通过存在薄板714,防止层合体4f被压入中央模712和侧面模713a、 713b之间。薄板714的材质和厚度只要是能固定在模上，不妨碍对层合 体4f施加均匀的沖压压力的柔软的材料即可，没有特别限定。但是，考 虑到耐久性和剥离性，作为薄板714，优选使用0.07 0.15mm左右的厚 度、涂布有氟树脂的钢板。
预赋型体6a、 6b、 7d、 7e、 7f、 7g被搬送至后续的一体化装置40a中， 并聚集形成I形截面的成型体。在该方案的该过程中，特别是作为C形部 分的预赋型体7f、 7g从C形赋型装置中出来的时刻，C形的开口方向朝上， 但在到达一体化装置40a之前，必须将开口朝向横向，使其位于I形的侧 面。于是，预赋型体7f、 7g相对长轴方向分别向相反方向扭转90。，同 时彼此靠近且弯曲以便改变行进方向。
另外，如上所述，使填料赋型装置20a的孔的轴心和一体化装置40a 中的角填料的轴心一致时，角填料的预赋型体6a、 6b能在该过程中不因 弯曲而损伤，从而搬送至一体化装置40a。
最终，2个C形的预赋型体7f、 7g在C形的中央部背靠背，在上下的 水平部重合平板的预赋型体7d、 7e,角部的空隙处配置有已经整理成角 填料的形状的预赋型体6a、 6b,在该状态下，被导入一体化装置40a中。
接下来，在一体化装置40a中，首先夹紧I形的垂直部，然后夹紧I形 的凸缘部，保持加压及/或加热的状态，得到端部长度不同、但与目标 的I形横截面形状一致的预成型体8a。
然后，与图1所示的方案的情况相同地将预成型体8a用修整装置50a 切除不要的端部，得到整理为目标横截面形状的端部处理预成型体9a。 端部处理预成型体9a经牵拉装置60a搬送至下游，从而不间歇地连续制造 I形横截面形状的预成型体PF2。
由以上的实施方案制造的预成型体PF1、 PF2在后续的纤维增强树脂 的成型工序中，用作用于增强树脂的增强纤维材料。通常，预成型体被
剪切为所希望的长度，向其中注入基质树脂，固化注入的树脂，从而制
造纤维增强树脂(FRP)。
以上，使用图1及图9说明了2个实施方案，但本发明并不限定于上 述方案。作为连续地制造增强纤维的平直度高、预成型体中的增强纤维 的密度均匀、没有褶皱的预成型体的方法，重点在于在连续工序中具有 部分形状形成工序和一体化工序。
增强纤维的层合体在部分形状形成工序中被加热及加压，保持该状
态，使配置在层间的树脂和增强纤维布帛中所含的其他树脂成分与增强 纤维本身一起在某种情况下被软化，流动，减少体积，由此形成预赋型
体，使其具有等同于最终横截面的相应部分的最终部分形状重新在一体 化工序中使预赋型体之间或预赋型体和其他增强纤维基材一体化，完成 预成型体，这样的处理是本发明的重点。
更详细地说明该点。例如，在前面的实施方案中所示的T形预成型 体的制造方法中，虽然预先将角填料实施预赋型体化，但层合3张增强 纤维布帛得到的层合体不制成预赋型体，而用图5所示的一体化装置(一 体化成型模40)进行一次性重合沖压时，在垂直部和凸缘部交叉的层合 体的弯曲部发生由层合体内外周的周长差导致的褶皱。
通过图7所示的模式图来说明该褶皱的发生状况。图7中，首先，如 状态S1所示，沖压前蓬松的3张层合体81a、 81b、 81c被配置在模间，并 保持增强纤维布帛的平直度。然后，垂直部81W被沖压，成为状态S2。 进而，凸缘部81F被沖压时，伴随层合体的压缩，弯曲部的外周侧的基 材有余，成为状态S3。状态S3中产生褶皱Wr。
为了避免该褶皱发生，本发明的部分形状形成工序是重要的。特别 是，由于形成横截面形状中的分支部，被弯曲的层合体的弯曲部易产生 因内外周长差导致的褶皱。因此，为了尽量防止该褶皱发生，针对预成 型体的横截面中形成分支部的部分基材，在与其他基材一体化形成预成
分支部是指垂直部和凸缘部交差的部分，在该部分，形成T字形截 面、Y字形截面、或十字形截面。即，本发明在制造具有含有分支部的
横截面形状的预成型体时发挥特有的效果。图8表示具有分支部的7种预 成型体的例子。
图8中，预成型体PF3与图2所示的预成型体PF1相同，具有分支部B3。 预成型体PF4与图10所示的预成型体PF2相同，具有分支部B4、 B5。预 成型体PF5的垂直部的上端具有向右方弯曲的形状，具有分支部B6。预 成型体PF6为十字形，具有分支部B7。预成型体PF7具有T形和I形合成一 体的形状，具有分支部B8、 B9。预成型体PF8具有I形并列合成一体的形 状，具有分支部BIO、 Bll。预成型体PF9具有垂直部的上端向右方弯曲、 其端部进一步向上方延伸的形状，具有分支部B12。
在部分形状形成工序中被加热及加压，通过将形成的形状保持在该 状态下，由此压缩层合体，得到纤维体积含有率(Vpf)提高的预赋型 体。此处的压缩程度优选压缩至接近于最终横截面形状、即接近于来自 一体化工序的预成型体的纤维体积含有率(Vpf)，或与其相同的程度。 通过以该程度压缩层合体，能尽量防止前面说明的一体化工序中发生的 褶皱。
但是，从连续地制造预成型体的装置的处理能力的观点来看，决定 装置的处理速度的是各工序中加热及加压来减少层合体的体积所需的 保持时间。在部分形状形成工序中，需要较长保持时间使部分形状形成 工序达到一体化工序结束时刻的纤维体积含有率(Vpf)，而在一体化 工序中，仅需极短的保持时间完成预赋型体的贴合。因此，存在总处理
终目标的纤维体积含有率(Vpf)的程度高、例如纤维体积含有率(Vpf) 为40%以上时、或者在配置在层合体的层间的树脂量较多时等，上述情 况成为显著的问题。
为了解决该问题，将部分形状形成工序中的纤维体积含有率(Vpf) 抑制在相对低但对后续一体化工序不产生不良情况的一种程度，并在一 体化工序中达到最终目标的纤维体积含有率(Vpf)是有效的。相对低 但不产生该不良情况的一种程度的纤维体积含有率(Vpf)由满足下式
的范围来表示。
0.95 a/(3 0.6 较优选0.95 a/(3 0.8
此处，a表示预赋型体的Vpf， p表示预成型体的Vpf。
即，将预赋型体的Vpf抑制在预成型体的Vpf的60。/Q ~95%左右，较 优选抑制在80% ~95%左右，在部分形状形成和一体化的2个工序中分 担层合体的压缩工作，抑制处理时间的超出，从而能缩短制造装置的总 处理时间。由此，能在一体化工序中将增强纤维发生褶皱或密度不均匀 化之类不良情况抑制至最小限度。
测定纤维体积含有率(Vpf)时，首先，必须计测作为被测定体的 增强纤维基材的原料基材、层合体或赋型体的厚度。可以在在被测定体 的表面的垂直方向上对被测定体施加101.3kPa的压力的状态下计测厚 度。作为赋予压力的方法，可以举出下述方法，用膜等片材覆盖被测定 体，使内部为真空来赋予大气压的方法；在平板和压头(例如直径25mm 的圓板)之间夹持被测定体，根据压头的面积，对其施加力的方法。本 说明书中记载的厚度及关于纤维体积含有率(Vpf)基于真空方法。
实施本发明时，如上所说明的实施方案那样，无需将所有部分进行 部分形状形成。例如，为T形横截面形状时，如同与平板形部结合的凸
层合体的状态在一体化工序中与进行了部分形状形成的L形部分一体 化。即，可以将被认为其增强纤维的平直度或密度的均匀性等在形成预 成型体时是重要的至少一个部分形成预赋型体，在一体化工序中，不仅 仅预赋型体之间，而且与其他的未进行部分形状形成的增强纤维基材重 合进行一体化。
作为与第1纤维强化基材一体化形成预成型体的第2增强纤维基材， 除在上述实施方案中使用的多张增强纤维布帛通过在它们的层间部配 置粘合树脂材料而层合的层合体之外，还包括不在它们的层间部配置粘 合树脂材料而层合的层合体、l张增强纤维布帛单体、根据情况将增强 纤维布帛巻成棒状或筒状的层合体。
配置在层合体的层间或根据情况配置在其表面的粘合树脂材料在
上述实施方案中为热塑性树脂，作为热塑性树脂，例如可以举出聚烯烃 树脂、苯乙烯类树脂、聚酰胺树脂、聚氨酯树脂。作为粘合树脂材料， 也可以使用热固性树脂，例如可以举出环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚 酯树脂。但是，粘合树脂材料必须通过加热实现粘合功能。考虑到在常
温环境下的操作性，粘合树脂材料优选玻璃化温度(Tg)为30 100。C 左右的树脂。对于角填料材料的增强纤维束中所含的粘合树脂材料，也 可以使用上述树脂。
作为粘合树脂材料的形态，可以举出纤维状、粒状、乳液状等。粘 合树脂材料无需仅存在于层合的增强纤维布帛的层间，还可以无规则地 分散在增强纤维布帛内。粘合树脂材料为纤维状时，可以整齐排列在增 强纤维束中，或作为辅助丝插入织物的经丝及/或绵丝中，或穿过并插 入多层增强纤维布帛的缝合丝。只要能通过加热及加压能粘合层间即 可，粘合树脂材料的形态不限于此。
构成增强纤维布帛及角填料的增强纤维的种类没有特别限定。作为 增强纤维，例如可以举出碳纤维、玻璃纤维、有机纤维(例如芳族聚酰 胺纤维、聚对苯撑苯并二噁唑纤维、酚醛纤维、聚乙烯纤维、聚乙烯醇 纤维)、金属纤维、或陶瓷纤维、上述纤维的组合。其中，由于碳纤维 的比强度及比弹性模量优异，耐吸水性优异，所以在航空器或汽车的构 造部件等要求高机械特性时，优选使用。
作为增强纤维布帛的形态，只要是增强纤维在至少单向排列的布帛 状即可，没有特别限定。作为增强纤维布帛，可以举出织物、针织物、 编织物、无纺布、用粘合剂或融合性无纺布、缝合丝等将单向集拢的增 强纤维进行形态稳定化得到的单向性纤维片材、改变排列纤维的方向层 合单向性片材得到的多轴片材等。特别是在成型运输机器(特别是航空
器)的构造部件中使用预成型体时，要求高力学特性(特别是压缩强度)。 根据该要求，单向性布帛、或将多张该布帛一体化得到的布帛能实现增 强纤维的平直度、高纤维体积含有率(Vpf)，极优选。
如果如上述实施方案所述，使用层合体辊供给层合体，则打巻时能 不限场所地保管长材料，所以优选。但是，使用增强纤维布帛的张数多、
厚层合体时，巻曲时层合体发生弯曲，由内外周长差导致层间产生偏离。 在预先在层间具有粘合点之类的层合体的情况下，层间发生剥离，有时 不能保持所希望的层合体的状态。此时，优选预先将层合体不弯曲地收 容在托盘等平坦的供给台上。另一方面，构成层合体的各增强纤维布帛 是以单层巻曲到辊上的状态而得到时，也可以准备相当于层合张数的数 量的单层巻曲的辊，在搬送至部分形状形成工序和一体化工序的过程 前，重合各个增强纤维布帛，形成层合体。
作为将层合体或预赋型体加热及/或加压进行加工的方法，在上述 实施方案中采用挤压加热的模之间的冲压方式。上述冲压方式能确实地 设定温度及压力条件，除此之外还易于确保耐久性或操作的稳定性，故 而优选。
作为用于各成型模的模，可以使用金属或树脂的刚体模，也可以使 用由橡胶或弹性体之类软质材料构成的模。但是，由于从模的接触加热 来加热收容在模内的材料，所以优选热传导及向增强纤维的热传递优 异，也能期待高耐久性的金属制模。
作为才莫的加热方法，也可以采用放射热或气氛加热、吹鼓加热气体
等。作为模的加压方法，也可以使用将模用膜状物进行覆盖或收容在袋 状物中施加内压的方法等。根据材料的特性或预得到的预成型体的状态 适当选4奪加热方法或加压方法。
加工层合体或预赋型体时的加热温度为超过配合在层间的粘合树
脂材料的玻璃化温度(Tg)的温度，对于发挥粘合性能而优选。但是， 温度过高时，虽然加工所需时间缩短，但粘合树脂材料的量较多时，增 强纤维布帛的层间形成膜状的树脂层，可能在后续工序中的注入基质树 脂时妨碍树脂流动。粘合树脂材料的玻璃化温度(Tg)为30 100。C时， 加工时的加热温度优选从40 ~ 130°C左右的范围进行选择。
加压的压力如果过高，则层间的粘合树脂材料流动前，增强纤维在 厚度方向变形，在层间对峙的增强纤维之间发生粘接，填埋层间的空间， 有可能在后续工序中的注入基质树脂时妨碍层间的树脂流动。压力的下 限为大气压左右，压力优选从O.l ~ l.OMPa的范围选择。
搬送装置(牵拉装置)可以为单独的装置，也可以使修整装置兼具 该功能。搬送装置(牵拉装置)的功能有把持预成型体的功能和向长度 方向搬送的两种功能，由于修整装置也具备第一种的把持功能，所以如 果可以将该把持能力设定为足够，则能兼用修整和用于搬送(牵拉)的 把持功能，然后赋予修整装置搬送功能，由此能省略搬送装置(牵拉装 置)。
产业上的可利用性
根据本发明的预成型体的制造方法或制造装置，能将形成目标预塑 形坯的横截面形状中具有分支部的增强纤维基材的原料基材向长度方 向间歇地纟般送，停止，般送时，对所述原料基材施加加热及/或加压的加 工，暂时形成预赋型体，然后，将形成的预赋型体和形成目标预成型体 的其他部分的增强纤维基材的原料基材进行一体化，由此连续地制造横 截面形状中具有分支部的预成型体。本发明能解决用现有技术连续成型 的预成型体中的增强纤维发生褶皱的问题，通过连续地制造来提供品质 良好的例如可用于成型汽车、航空器的构造部件的预成型体。
权利要求
1、一种预成型体的制造方法，所述预成型体由第1增强纤维基材和至少一个第2增强纤维基材形成，所述第1增强纤维基材在横截面上具有垂直部和从所述垂直部经至少一个分支部向两侧延伸的至少一组凸缘部；所述第2增强纤维基材含有所述至少一个分支部，并与所述第1增强纤维基材一体化，其中，(a)所述第1增强纤维基材由第1原料基材和第2原料基材形成；(b)所述第1原料基材由带状的第1层合体构成，所述带状的第1层合体由层合的多张增强纤维布帛和配置在层间部的粘合树脂材料构成；(c)所述第2原料基材由带状的第2层合体构成，所述带状的第2层合体由层合的多张增强纤维布帛和配置在层间部的粘合树脂材料构成；(d)所述第2增强纤维基材由至少一个第3原料基材构成；(e)包括下述工序供给所述第1层合体的第1供给工序；供给所述第2层合体的第2供给工序；和供给所述至少一个第3原料基材的至少一个第3供给工序；(f)在所述第1供给工序的下游侧具有第1部分形状形成工序，所述第1部分形状形成工序是将所述第1层合体加热及/或加压进行成型，保持所述成型状态，由此制造第1预赋型体；(g)在所述第2供给工序的下游侧具有第2部分形状形成工序，所述第2部分形状形成工序是将所述第2层合体加热及/或加压进行成型，保持所述成型状态，由此制造第2预赋型体；(h)在所述第1及第2部分形状形成工序、以及所述至少一个第3供给工序的下游侧具有一体化工序，所述一体化工序是合并在所述第1及第2部分形状形成工序中制造的所述第1及第2预赋型体，以形成所述预成型体中的所述分支部，且使所述至少一个第3原料基材位于形成的所述分支部，在该状态下将它们加热及/或加压进行一体化，保持该一体化状态，由此形成所述预成型体；(i)在所述一体化工序的下游侧具有搬送工序，所述搬送工序间歇地搬送在所述一体化工序中形成的所述预成型体；(j)在停止搬送所述搬送工序中的所述预成型体时，进行在所述第1及第2部分形状形成工序中的所述第1及第2预赋型体的制造和在所述一体化工序中的所述预成型体的形成。
2、 如权利要求l所述的预成型体的制造方法，其中，所述第1及第2 预赋型体的各纤维体积含有率a和所述预成型体的纤维体积含有率(3满 足0.95^a/p^0.6的关系。
3、 如权利要求2所述的预成型体的制造方法，其中，所述纤维体积 含有率a和所述纤维体积含有率(3满足0.95^(x/(3^0.8的关系。
4、 如权利要求l所述的预成型体的制造方法，其中，在所述一体化 工序的下游侧、所述搬送工序的上游侧设置用于修整在所述一体化工序 中形成的预成型体的不要部分的修整工序。
5、 如权利要求l所述的预成型体的制造方法，其中，设置至少一个 角填料供给工序，所述角填料供给工序是相应于所述搬送工序中所述预 成型体的间歇搬送，将由增强纤维束构成的至少 一个角填料供给至沿着 所述一体化工序中形成的所述至少一个分支部的外表面形成的至少一 个凹部。
6、 如权利要求5所述的预成型体的制造方法，其中，形成所述角填 料的增强纤维束为含有粘合树脂材料的增强纤维束，在所述至少 一个角 填料供给工序和所述一体化工序之间，设置至少一个角填料部分形状形 成工序，被制造的角填料预赋型体被供给至所述一体化工序，所述角填 料部分形状形成工序是将含有所述粘合树脂材料的增强纤维束加热及 /或加压进行成型，保持该成型状态，从而制造至少一个角填料预赋型 体。
7、 如权利要求6所述的预成型体的制造方法，其中，所述至少一个 第3原料基材由至少一个带状第3层合体构成，所述至少一个带状第3层 合体由层合的多张增强纤维布帛和配置在层间部的粘合树脂材料形成， 在所述至少一个第3供给工序和所述一体化工序之间，设置有至少一个 第3部分形状形成工序，被制造的至少一个第3预赋型体被供给至所述一 体化工序，所述第3部分形状形成工序是将所述至少一个第3层合体加热 及/或加压进行成型，保持该成型状态，由此制造至少一个第3预赋型体。
8、 如权利要求7所述的预成型体的制造方法，其中，所述第l预赋 型体和所述第2预赋型体的横截面形状为相互成左右对称的L形，所述第 3预赋型体的一个横截面形状为平板形，在所述一体化工序中，所述L形 的第1预赋型体和所述L形的第2预赋型体在相当于所述L形的垂直部的 部位被一体化，同时所述平板形的第3预赋型体和一个所述角填料预赋 型体被一体化，成型为T形的所述预成型体。
9、 如权利要求7所述的预成型体的制造方法，其中，所述第l预赋 型体和所述第2预赋型体的横截面形状为相互成左右对称的C形，所述第 3预赋型体的2个横截面形状为平板形，在所述一体化工序中，所述C形 的第1预赋型体和所述C形的第2预赋型体在相当于所述C形的垂直部的 部位被一体化，同时所述平板形的2个第3预赋型体和2个所述角填料预 赋型体被一体化，成型为I形的所述预成型体。
10、 一种预成型体的制造装置，其中，所述预成型体由第l增强纤 维基材和至少 一个第2增强纤维基材构成，所述第1增强纤维基材在横截 面上具有垂直部和,人该垂直部经至少一个分支部向两侧延伸的至少l组 凸缘部；所述第2增强纤维基材含有所述至少一个分支部，并与所述第l 增强纤维基材被一体化，其中，(a) 所述第1增强纤维基材由第1原料基材和第2原料基材形成；(b) 所述第l原料基材由带状的第l层合体构成，所述带状的第l层 合体由层合的多张增强纤维布帛和配置在层间部的粘合树脂材料构成；(c) 所述第2原料基材由带状的第2层合体构成，所述带状的第2层 合体由层合的多张增强纤维布帛和配置在层间部的粘合树脂材料构成；(d) 所述第2增强纤维基材由至少 一个第3原料基材构成；(e) 具有下述装置供给所述第l层合体的第l供给装置；供给所述 第2层合体的第2供给装置；和供给所述至少一个第3原料基材的至少一 个第3供给装置；(f) 在所述第1供给装置的下游侧具有第1部分形状形成装置，所述 第l部分形状形成装置将所述第l层合体加热及/或加压进行成型，保持其成型状态，由此制造第l预赋型体；(g)在所述第2供给装置的下游侧具有第2部分形状形成装置，所 述第2部分形状形成装置将所述第2层合体加热及/或加压进行成型，保 持其成型状态，由此制造第2预赋型体；(h )在所述第l及第2部分形状形成装置以及所述至少一个第3供给 装置的下游侧具有一体化装置，所述一体化装置是合并所述第1及第2部 分形状形成装置中制造的所述第1及第2预赋型体以形成所述预成型体 中的所述分支部，且使所述至少 一个第3原料基材位于形成的所述分支 部，在该状态下，将其加热及/或加压进行一体化，保持该一体化状态， 由此形成所述预成型体；(i )在所述一体化装置的下游侧具有间歇地搬送在所述一体化装置 中形成的所述预成型体的搬送装置；(j)在停止搬送所述搬送装置中的所述预成型体时，进行在所述第 1及第2部分形状形成装置中的所述第1及第2预赋型体的制造和在所述 一体化装置中的所述预成型体的形成。
11、 如权利要求10所述的预成型体的制造装置，其中，在所述一体 化装置的下游侧、所述搬送装置的上游侧设置有用于修整所述一体化装 置中形成的预成型体的不要部分的修整装置。
12、 如权利要求10所述的预成型体的制造装置，其中，设置至少一 个角填料供给装置，所述角填料供给装置相应于所述搬送装置中的所述 预成型体的间歇搬送，将由增强纤维束构成的至少一个角填料供给至沿 着所述一体化装置中形成的所述至少 一个分支部的外表面形成的至少 一个凹部。
13、 如权利要求12所述的预成型体的制造装置，其中，形成所述角 填料的增强纤维束为含有粘合树脂材料的增强纤维束，在所述至少一个 角填料供给装置和所述一体化装置之间，设置有至少一个角填料部分形 状形成装置，被制造的角填料预赋型体被供给至所述一体化装置，所述 角填料部分形状形成装置将含有所述粘合树脂材料的增强纤维束加热及/或加压进行成型，保持该成型状态，由此制造至少一个角填料预赋型体。
14、 如权利要求13所述的预成型体的制造装置，其中，所述至少一 个第3原料基材由至少一个带状第3层合体构成，所述至少一个带状第3 层合体由层合的多张增强纤维布帛和配置在层间部的粘合树脂材料构 成，在所述至少一个第3供给装置和所述一体化装置之间设置有至少一 个第3部分形状形成装置，被制造的至少一个第3预赋型体被供给至所述 一体化装置，所述第3部分形状形成装置将所述至少一个第3层合体加热 及/或加压进行成型，保持该成型状态，制造至少一个第3预赋型体。
15、 如权利要求14所述的预成型体的制造装置，其中，所述第l预 赋型体和所述第2预赋型体的横截面形状为相互成左右对称的L形，所述 第3预赋型体的一个横截面形状为平板形，在所述一体化装置中，所述L 形的第1预赋型体和所述L形的第2预赋型体在相当于所述L形的垂直部 的部位被一体化，同时所述平板形的第3预赋型体和一个所述角填料预 赋型体被一体化，成型为T形的所述预成型体。
16、 如权利要求14所述的预成型体的制造装置，其中，所述第l预 赋型体和所述第2预赋型体的横截面形状为相互左右对称的C形，2个所 述第3预赋型体的横截面形状为平板形，在所述一体化装置中，所述C形 的第1预赋型体和所述C形的第2预赋型体在相当于所述C形的垂直部的 部位被一体化，同时所述平板形的2个第3预赋型体和2个所述角填料预 赋型体被一体化，成型为I形的所述预成型体。
17、 如权利要求14所述的预成型体的制造装置，其中，所述第l部 分形状形成装置、所述第2部分形状形成装置及所述第3部分形状形成装 置具有如下构成，(a) 构成为l个部分形状成型模，该部分形状成型模由以下部分构 成固定在底盘上的中央模；间隔地位于该中央模上方的上模、及间隔 地位于所述中央模下方的下模；(b) 所述上模和所述中央模具有第1成型面和第2成型面，所述第l 成型面收容所述第l层合体，将其进行加热及/或加压，所述第2成型面 收容所述第2层合体，将其进行加热及/或加压；(c )所述下模和所述中央模具有第3成型面，所述第3成型面收容所 述第3层合体，将其进行加热及/或加压；(d) 在所述上模上安装使所述上模相对于所述中央模移动的第l驱 动器，在所述下模上安装使所述下模相对于所述中央模移动的第2驱动 器；(e) 在所述中央模的中央部设置有所述角填料预赋型体通过的孔。
18、 如权利要求13所述的预成型体的制造装置，其中，所述至少一 个角填料部分形状形成装置具有如下构成，(a) 由l个角填料成型模构成，该角填料成型模由下述部分构成 固定在底盘上的平模；被固定在该平模上面、处于各自位置的右上模和 左上模；(b) 所述右上模在左侧下端部具有左侧弯曲面，所述左上模在右 侧下端部具有右侧弯曲面，所述右上模和所述左上模以所述左侧弯曲面 和所述右侧弯曲面相对的状态相互连接；(c) 由所述平模的上表面、所述左侧弯曲面及所述右侧弯曲面包围 的部分形成所述增强纤维束通过的孔，所述增强纤维束形成从所述至少 一个角填料供给装置被供给的角填料；(d) 该孔以其横截面积向所述增强纤维束的行进方向慢慢缩'J 、的方式纟皮形成。
19、 如权利要求14所述的预成型体的制造装置，其中，所述一体化 装置由一个一体化模构成，所述一体化模具有如下构成(a) 由下述部分构成固定在底盘上的左上模；间隔地位于该左上 模的右侧的右上模；及间隔地位于所述左上模和所述右上模的下面的下 模；(b) 所述左上模和所述右上模分别具有收容所述第l预赋型体和所 述第2预赋型体、将它们进行加热及/或加压的所述左上模中的第1成型 面和所述右上才莫中的第2成型面；(c )所述左上模和所述下模分别具有收容所述第l预赋型体和所述 第3预赋型体、将它们进行加热及/或加压的所述左上模中的第3成型面 和所述下模中的第4成型面；(d) 所述右上模和所述下模分别具有收容所述第2预赋型体和所述 第3预赋型体、将它们进行加热及/或加压的所述右上模中的第5成型面 和所述下模中的第6成型面；(e) 在所述右上模上安装使所述右上模相对于所述左上模移动的第 l驱动器，在所述下模上安装使所述下模相对于所述左上模和所述右上 模移动的第2驱动器。
全文摘要
一种预成型体的制造方法及制造装置，将形成预成型体的多张增强纤维基材中的横截面形状中具有分支部的增强纤维基材的原料基材向长度方向间歇地搬送，停止搬送时，对所述原料基材实施加热及/或加压的加工，暂时形成预赋型体，然后将形成的具有规定形状的预赋型体和形成预成型体的其他增强纤维基材的原料基材进行一体化，由此连续地制造横截面形状中具有分支部的预成型体。
文档编号B29K105/08GK101394988SQ200780007739
公开日2009年3月25日 申请日期2007年3月15日 优先权日2006年3月15日
发明者山本晃之助, 辻治彦, 铃木保 申请人:东丽株式会社