专利名称：多轴增强层叠成型品及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种将由碳纤维、玻璃纤维等增强纤维组成的增强纤维片 排列在多个方向上且以热固化性树脂作为基体而含浸的多轴增强层叠成 型品及其制造方法。
背景技术：
纤维增强复合材料是将纤维材料和基体材料组合的物质，是轻量、刚 性高且可进行多功能设计的材料，被应用于航空宇宙领域、运输领域、土 木建筑领域、运动器具领域等广泛的领域中。特别是，主流的是将称为碳 纤维或玻璃纤维的增强纤维材料和热固化性树脂材料组合而成的纤维强
化塑料(FRP)。在FRP中，通过层叠由向一个方向拉齐的长纤维组成的 增强纤维片并将其方向设定为多方向，能够设计多方向的强度被强化的 FRP。另外，也可使用由向一个方向拉齐的带状长纤维线织成的织物片进 行FRP的制造。
如果使用环氧树脂材料等热固化性树脂材料作为基体树脂材料，则优 点是成形时的粘度低且树脂材料也易于向纤维束中含浸，易于利用层叠成 形法等各种成形法获得成形品。但是，热固化性树脂材料通常韧性较低， 从而成形品的耐冲击特性容易变低。并且，在层叠成形品中也存在若施加 拉伸载荷则易于发生层间剥离的问题。
作为应对层间剥离的对策，例如，在专利文献1中记载有如下材料， 其由如下部分构成由长纤维组成的强化纤维、热固化性树脂组成物、不 溶于热固化性树脂组成物的微粒子及以能溶于热固化性树脂组成物的树 脂作为原材料的微粒子，且两微粒子在表面上局部存在，还记载了通过在 表面局部存在的两微粒子而维持预成型体(7° U 7° "，')的操作性，并实 现耐冲击性、层间韧性的提高。并且，作为使微粒子在表面局部存在的方 法，例举了以下几种方法使两微粒子附着在由强化纤维和基体树脂组成的预成型体表面的方法；将两微粒子预先均匀地混合到基体树脂中，且在 使其含浸于强化纤维的过程中通过纤维间隙的过滤现象而在预成型体表 面局部存在的方法；制成使基体的一部分含浸于强化纤维的一次预成型 体，并将涂敷了含有高浓度的两微粒子的残余的基体树脂的薄膜贴在一次
预成型体上的方法。在专利文献2中也记载有将这样的强化纤维、基体树
脂和树脂微粒子作为结构要素的预成型体。 '
另外，作为其他方法，在非专利文献l中进行了以下报告在层叠成 形而制造纤维增强复合材料的情况下，通过利用厚度很薄的预成型片能够 防止微型裂缝(层内树脂破碎)或分层(层间剥离)的发生。
另一方面，在复合材料的成形加工中，确立低成本的生产技术是很重 要的。在作为成形加工法的主流的层叠成形法中，有如何将纤维增强片和 预成型片有效层叠的课题，而作为其解决方法之一，提出了使用将纤维预 先排列在多方向的多轴增强片材的方法，其减轻层叠次数且易于获得疑似 各向同性等优点受到关注。
作为多轴增强片材，例如专利文献3中记载有纤维强化塑料，其是一 种缝合(stitch)基材，且使基体树脂含浸于该缝合基材，其中该缝合基材
如下制 造，将多根丝束状的碳纤维线互相并列排列而构成片，将多个这样 的片在各片的碳纤维线的排列方向相对于作为基准的方向保持不同角度 而被层叠的状态下，通过缝合线而一体化。
另外，专利文献4中记载有双轴增强的纤维增强片，其特征在于，其
是一种由相对于长度方向纤维片的方向为+e °的第一纤维片层和纤维片 的方向为-e °的第二纤维片层这两层所构成的纤维增强片，所述纤维片由
附着有热熔敷线或填料剂的纤维束构成。
专利文献l:日本特开平7—41575号公报； 专利文献2:美国专利第5028478号说明书； 专利文献3:国际公开第2001/063033; 专利文献4:日本特开2006 — 022471; 专利文献5:国际公开第2005/002819号小册子；
非专利文献1:屉山秀树等五人《与多方向强化复合材料层叠板的初 期破损相关的层厚度的影响》，日本复合材料学会刊，30、 4 (2004)、 p.142一148。
在上述专利文献1和专利文献2所述的方法中，层叠在片表面局部存 在微粒子的单方向被纤维增强的预成型片而获得成形品，但是在通过高压 灭菌法成形该预成型片的层叠体时，由于环氧树脂等热固化性树脂材料在 纤维束中流动，所以微粒子与热固化性树脂一起流动，难以使微粒子在稳 定的状态下滞留在片层间。如果在各层间没有均匀地分布足够量的微粒 子，则存在强度不均匀且不能够充分提高层间韧性的课题。
并且，在专利文献1和专利文献2中记载有使用单方向被增强的预成 型片来获得在多方向被增强的层叠成形品的方法，但是在该方法中，因为 预先制造单方向增强预成型片耗费工时，并且预成型片的层叠次数增加直 到获得层叠成形品需要一定时间，所以制造成本必然提高。
在专利文献3中记载有制造多轴增强的缝合基材并使树脂材料含浸的 纤维强化塑料，但是因缝合线的存在，热固化性树脂材料便过多地存在于 缝合部分，当获得层叠成形品时，存在着在该部分发生应力集中而造成层 叠材的强度降低的课题。并且，由于利用缝合线拘束了纤维束，所以存在 在纤维束中产生热固化性树脂的未含浸部分的课题。
在专利文献4中记载有使用附着有热熔敷线或填料剂的纤维片的双轴 增强的纤维增强片，但是，由于热熔敷线和填料剂的使用目的是使纤维不 散乱，即对纤维进行填料，所以纤维片上的热熔敷线和填料剂的分布状态 未必是均匀分布。另外，其使用量也不是确定的，如果存在热熔敷线和填 料剂较多的部分，则获得层叠成形品时，会有在该部分发生应力集中并容 易从该部分破损之虞。即，没有使用热熔敷线和填料剂以使热固化性树脂 材料含浸而得到机械特性优良的层叠成形品。
发明内容
本发明人至此进行积极研究开发的结果认识到，如非专利文献1记载 的那样，通过使用对长纤维集束了的长纤维束进行开纤的幅宽且厚度薄的 薄纤维增强片，能够获得抑制产生微型裂缝(层内树脂破碎)或分层(层 间剥离)的层叠成形品，另外，如专利文献5记载的那样，开发将材料成 本低、粗纤度纤维束制造成幅宽且薄的开纤片的开纤技术。于是，本发明根据这种见解及开纤技术，目的在于提供一种具备在高 强度下抑制层间剥离发生的增强纤维和热固化性树脂材料的多轴增强层 叠成形品；以及可以縮短制造时间和节减制造成本的多轴增强层叠成型品 的制造方法。
本发明的多轴增强层叠成型品，具有多个以增强纤维排列在n (ri为2 以上)轴方向的方式而层叠的纤维增强层，并且热固化性树脂材料含浸于 整体且固化，其特征在于，纤维增强层中至少一层的平均厚度为80txm以 下，在各纤维增强层之间形成有平均厚度相对于单面侧或双面侧的纤维增 强层的平均厚度t而言为0.3Xt以下的树脂层，在各树脂层中，体积比 30% 70%的热塑性树脂材料大致均匀地分布在热固化性树脂材料中，且至
少一部分粘结在纤维增强层上。另外，其特征在于，相对于单面侧或双面 侧的纤维增强层的平均厚度t，所述树脂层的平均厚度为0.2Xt以下。另
外，其特征在于，所述热塑性树脂材料呈粒子状或纤维状。另外，其特征 在于，所有的所述纤维增强层的平均厚度都在80um以下。
本发明的多轴增强层叠成型品的制造方法，其特征在于，具备如下工 序树脂附着工序，对于多个增强纤维片，在各增强纤维片的单面或双面 上大致均匀地分散热塑性树脂材料，使得相对于层叠时相邻的增强纤维片 中每单位面积重量小的增强纤维片的重量为10%以下的量，其中，所述增 强纤维片是大致均匀拉齐多根连续的增强纤维而构成的，至少一片的单位 面积重量为80g/m2以下，然后，通过加热或加热加压该热塑性树脂材料而 使其附着在该增强纤维片上从而形成树脂附着增强纤维片；层叠工序，对 多个树脂附着增强纤维片进行层叠而形成层叠片，使得各个增强纤维的拉 齐方向为多个方向，且在各树脂附着增强纤维片之间配置所述热塑性树脂 材料；含浸工序，从层叠片的至少一面侧含浸热固化性树脂材料，从而形 成多轴增强预成型片；成型工序，将所述多轴增强预成型片切断成所需大 小，以所需角度层叠所需的个数之后，通过加热加压成型使热固化性树脂 材料固化。另外，其特征在于，在所述层叠工序中，至少使用一个连续的 树脂附着增强纤维片来形成连续的层叠片。
本发明的其他多轴增强层叠成型品的制造方法，其特征在于，具备如 下工序树脂附着工序，对于多个增强纤维片，在各增强纤维片的单面或
8双面上大致均匀地分散热塑性树脂材料，使得相对于层叠时相邻的增强纤 维片中每单位面积重量小的增强纤维片的重量为10%以下的量，其中，所
述增强纤维片是大致均匀拉齐多根连续的增强纤维而构成的，至少一片的
单位面积重量为80g/m2以下，然后，通过加热或加热加压该热塑性树脂材 料而使其附着在该增强纤维片上从而形成树脂附着增强纤维片；层叠工 序，对至少包括一个连续的树脂附着增强纤维片的多个树脂附着增强纤维 片进行层叠而形成连续的层叠片，使得各个增强纤维的拉齐方向为多个方 向，且在各树脂附着增强纤维片之间配置所述热塑性树脂材料；含浸工序， 从连续的层叠片的至少一面侧含浸热固化性树脂材料，从而形成连续的多 轴增强预成型片；成型工序，将所述多轴增强预成型片切断成所需大小， 以所需角度层叠所需个数之后，通过加热加压成型使热固化性树脂材料固 化。
本发明的又一其他多轴增强层叠成型品的制造方法，其特征在于，具 备如下工序树脂附着工序，对于多个增强纤维片，在各增强纤维片的单 面或双面上大致均匀地分散热塑性树脂材料，使得相对于层叠时相邻的增 强纤维片中每单位面积重量小的增强纤维片的重量为10%以下的量，其 中，所述增强纤维片是大致均匀拉齐多根连续的增强纤维而构成的，至少 一片的单位面积重量为80g/m2以下，然后，通过加热或加热加压该热塑性 树脂材料而使其附着在该增强纤维片上从而形成树脂附着增强纤维片；层 叠工序，对多个树脂附着增强纤维片进行层叠而形成层叠片，使得各个增 强纤维的拉齐方向为多个方向，且在各树脂附着增强纤维片之间配置所述 热塑性树脂材料；成型工序，将所述层叠片切断成所需大小，以所需角度 将所需个数层叠在成型模内之后，向该成型模内注入热固化性树脂材料且 使热固化性树脂材料含浸于所述层叠片，并通过加热或加热加压成型使热 固化性树脂材料固化。
另外，以上述的制造方法为基础，其特征在于，具有一体化工序，即 通过对层叠片进行加热或加热加压，利用热塑性树脂材料使各增强纤维片 相互热熔敷而一体化。另外，其特征在于，所述热塑性树脂材料采用平均 粒径为80 um以下的微粒子或平均截面直径为80 um以下的纤维的热塑 性树脂材料。另外，其特征在于，所述增强纤维片中至少一个是单位面积重量为80g/ m2以下的开纤线片，其中该开纤线片是将多根使增强纤维束 连续开纤的开纤线向宽度方向拉齐而成的。 发明效果
本发明的多轴增强层叠成型品的纤维增强层中至少一层的平均厚度
为80iim以下，所以例如在知道施加拉伸载荷方向的情况下，通过以增强 与该方向大致正交的方向的方式来形成薄层的纤维增强层，从而可获得如 非专利文献l记载的那样，抑制微型裂缝(层内树脂破碎)和分层(层间 剥离)的发生的成型品。另外，当所有的层都是薄层的纤维增强层时，能 够对于从各个方向施加的强度，抑制微型裂缝(层内树脂破碎)或分层(层 间剥离)的发生。
另外，本发明的多轴增强层叠成型品通过在各纤维增强层之间形成有 平均厚度相对于单面侧或双面侧的纤维增强层的平均厚度t而言为0.3Xt 以下的树脂层，使得树脂层薄层化从而抑制向该部分的应力集中。如果平 均厚度超过0.3Xt，则该部分容易发生应力集中而产生层间剥离及剥离发 展等。另外，由于各纤维增强层利用来自相邻的纤维增强层的束缚而提高 弯曲强度和压缩强度等各种机械特性，所以树脂层的厚度越薄层越好，尤 其优选树脂层形成为0.2Xt以下。
此外，在各纤维增强层之间大致均匀地分布有粒子状或纤维状的热塑 性树脂材料，因此必定存在树脂层。这里，在粒子状的热塑性树脂材料中 也包括破碎成扁平状的。
根据本发明者实验过的经验性的见解，树脂层的平均厚度的最小值是 0.077Xt,也存在部分为0.05Xt的厚度。从而，基于这种见解，树脂层的 平均厚度为0.05Xt以上。另外，树脂层的平均厚度的最大值为0.294Xt。 虽然也存在局部为0.3Xt以上的部分，但是如果从平均厚度来看，树脂层 整体为0.3Xt以下。
另外，在各树脂层中，体积比30%~70%的热塑性树脂材料大致均匀 地分布在热固化性树脂材料中，且至少一部分粘结在纤维增强层上，因此 不会产生因热塑性树脂材料不均匀分布引起的应力集中，由于热塑性树脂 材料以体积比为30%~70%存在，且至少一部分粘结在纤维增强层上，因 此能够可靠地防止伴随热固化性树脂材料的含浸的树脂流动引起的增强
10纤维的散乱或弯曲。
在本发明的多轴增强层叠成型品的制造方法中，重要的是对于多个增 强纤维片，使热塑性树脂材料附着在各增强纤维片的单面或双面从而对增 强纤维片进行填料，其中，所述增强纤维片是大致均匀地拉齐多根连续的 增强纤维而构成的，至少一片的单位面积重量为80g/m2以下。在向多个方 向层叠增强纤维片之后使热固化性树脂材料含浸时，预先利用热塑性树脂 材料对大致均匀拉齐的增强纤维进行填料，从而能够防止由树脂的流动引 起的纤维弯曲。并且，如果使热塑性树脂材料大致均匀地分散并附着于增 强纤维片整体，则能够防止在热固化性树脂材料在增强纤维片整体含浸 时，由树脂流动引起的纤维弯曲。
另外，通过将分散的热塑性树脂材料的量设定为相对于层叠时相邻的 增强纤维片中的每单位面积重量较小的增强纤维片的重量的10%以下的 量，则能够形成薄层的树脂层。此外，为了得到热塑性树脂材料粘结于增 强纤维而填料的效果，热塑性树脂材料的量越多越好。但是，如果热塑性 树脂材料的量变多，则形成于各纤维增强层之间的树脂层变厚，从而这部 分容易产生应力集中而发生层间剥离及剥离发展等。根据本发明者的见 解，为了获得填料效果的同时抑制因应力集中而引起的剥离现象，优选将 热塑性树脂材料的量设定在相对于层叠时相邻的增强纤维片中每单位面
积重量较小的增强纤维片的重量的1 10%的范围内。
另外，由于在分散热塑性树脂材料之后，通过加热或加热加压将其附 着在增强纤维片上，所以热塑性树脂材料以扁平的状态扩展并附着，从而 能够使形成的树脂层薄层化。如果热塑性树脂材料呈粒子状或纤维状，则 优选以大致均匀地分布，从而能够没有遗漏地粘结在纤维增强层整体上。 另外，通过利用喷雾或涂敷等，将热塑性树脂材料溶解在挥发性有机溶液 中形成的溶液没有遗漏地附着在增强纤维片上，也可以使热塑性树脂材料
分散开。并且，通过热塑性树脂材料采用平均粒径为80um以下的微粒子 或平均截面直径为80 u m以下的纤维的热塑性树脂材料，从而能够更加均 匀地分散，同时实现树脂层的薄层化。另外，如果利用溶液的喷雾或涂敷 等使热塑性树脂材料分散，则可进一步实现树脂层薄层化。
另外，通过使用单位面积重量为80g/ m2以下的增强纤维片，使得考虑使用纤维直径为7um的碳纤维且纤维体积含有率为60%的纤维增强层 的情况下，能够得到单位面积重量为80g/ m2的纤维量且平均厚度约为80 u m的薄层的纤维增强层，从而能够形成进一步薄层化的纤维增强层而得 到抑制微型裂缝(层内树脂破碎)或分层(层间剥离)发生的多轴增强层 叠成型品。
另外，由于使热固化性树脂材料含浸于层叠片，所以含浸工序一次即 完成，因此能够縮短制造时间并减少制造成本。例如，在制造单方向增强 预成型片并层叠这些预成型片来制造多轴增强预成型片的方法中，为制造 单方向增强预成型片需要多次含浸工序，但是在本发明中，由于在层叠之 后进行含浸，所以能够有效地制造多轴增强预成型片。
另外，通过将层叠片切断成所需大小，并以所需角度在成型模内层叠 所需的个数，从而与现有的顺次层叠单方向增强片的情况相比，节省了一 些工时。特别是，如果是薄层片，则层叠次数增加，另外，构成片的纤维 容易散乱，但是，如果是本发明中使用的层叠片，则纤维不会散乱，且能 够减少层叠次数，也能够使层叠在成型模内的操作有效。
并且，在本发明中使用的层叠片与缝合固定的多轴增强片相比，纤维 预先均匀分散，因此在树脂含浸中不易形成树脂多的部分(富含树脂部 分)。特别是在薄层片部分，纤维均匀地分散尤其重要，如果由于接缝等 存在而产生纤维集中的部分和树脂多的部分，则会产生因这些不均匀引起 的应力集中，而提高产生剥离等问题的可能性。
另外，由于通过加热或加热加压层叠片，使得利用热塑性树脂材料使 各增强纤维片相互热熔敷而一体化，因此提高了各增强纤维片的填料效 果，当对层叠片进行操作时，各增强纤维片也不会散乱而容易处理。
图1是表示关于本发明的实施方式的多轴增强层叠成型品的截面的示 意图2是表示纤维增强层的截面的示意图3是关于本发明的制造方法的树脂附着工序的说明图4是关于本发明的制造方法的其他树脂附着工序的说明图；图5是关于本发明的制造方法的层叠工序和含浸工序的说明图； 图6是关于多轴增强层叠成型品的制造工序的成型工序的说明图； 图7是关于其他制造工序的成型工序的说明图； 图8是对层叠成形板的截面进行拍摄的照片。 符号说明
F —成型品；L一层叠片体；P —预成型体；R—离模薄膜；S —增强纤 维片；Tl一散布器；T2 —散布器；T3 —散布器；T4一粘结薄膜；l一片供 给辊；2a —加热辊；2b —冲压辊；3 —薄膜供给辊；4一薄膜供给辊；5 — 薄膜供给辊；6a—加热辊；6b —冲压辊；7 —巻绕辊；8 —巻绕辊；IO —片 供给辊；ll一送料辊;12 —薄膜巻绕辊;13a—加热辊;13b—冲压辊;14a 一薄膜供给辊；14b—薄膜巻绕辊；15a—薄膜供给辊；15b —薄膜巻绕辊； 16a—送料辊;16b—送料辊;17a—加热辊;17b —冲压辊;18a—送料辊; 18b —送料辊；19一薄膜供给辊；20 —片巻绕辊。
具体实施例方式
下面，对本发明的实施方式进行详细说明。另外，以下说明的实施方 式是实施本发明时优选的具体例，因此，进行了技术上的种种限定，但是， 只要在以下的说明中没有特别指定限定本发明的主旨，本发明就不限定于 这些方式。
图1是放大表示关于本发明的实施方式的多轴增强层叠成型品F的截 面的一部分的示意图。多轴增强层叠成型品F层叠多个具备增强纤维片的 纤维增强层，并以各纤维增强层的增强纤维片的增强纤维排列在n (n为2 以上)轴方向的方式层叠。在图1中放大表示了具备增强纤维片的纤维增 强层SR1 SR3被层叠的部分，以各纤维增强层的增强纤维片的增强纤维 排列在不同轴向的方式层叠。
在各纤维增强层之间形成有树脂层TP1和TP2。在树脂层TP1和TP2 中，热塑性树脂材料大致均匀地分布且相互热熔敷，并且，分布的热塑性 树脂材料通过热熔敷粘结在相邻的纤维增强层上。此外，热塑性树脂材料 通过加热或加热加压工序，其形状变成扁平展开的薄层状态，且存在于树 脂层。另外，在热塑性树脂材料之间形成有多个微小的间隙，使得热固化性树脂材料能够容易地含浸。而且，虽然未图示，但是热固化性树脂材料 遍及各纤维增强层和各树脂层整体的各处。
在纤维增强层SR1 SR3的增强纤维片中，多根增强纤维被大致均匀 地拉齐呈平面状。作为增强纤维，可列举碳纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维、
聚甲醛(水U才々、〉> f 纤维、芳香.聚酰胺纤维等FRP中采用的
高强度 高弹性率的无机纤维或有机纤维等，可以将多种这些纤维组合，
且纤度也没有特别限定。另外，利用如专利文献3记载的公知技术来成形
幅宽且薄的增强纤维片。
另外，增强纤维片的厚度优选以80^m以下来成形，如非专利文献l 记载的那样，使增强纤维片的厚度变薄，从而能够抑制层间剥离的发生。 在考虑使用纤维直径为m的碳纤维且纤维体积含有率为60%的纤维增 强层的情况下，能够获得单位面积重量80g/m2的纤维量且平均厚度约为 80um的薄层的纤维增强层。
此外，对于厚度的测定，参考JISR3420—1989 "玻璃纤维一般试验方 法"，使用最小刻度为lixm的数字显示式千分尺，在测定面平行且轻微地 接触于试料面的状态下，以棘轮发出三次回音时的刻度值作为其厚度。
分布在树脂层的热塑性树脂材料是将增强纤维片热熔敷以使增强纤 维不散乱的一体化材料，其使用丙烯系树脂、聚酯系树脂、聚酰胺系树脂 等各种热塑性树脂，但是尤其优选融点低的热塑性树脂材料，例如优选吸 水性低的聚酰胺12等。热塑性树脂材料的大小优选能够可靠固定长纤维 并以均匀且薄的状态分散的大小，在粒子状的情况下，平均粒径为80"m 以下，优选设定在5 40um左右。可以使用纤维状的热塑性树脂材料代替 粒子状的热塑性树脂材料，在这种情况下，使用平均截面直径为80ym以 下的短纤维或长纤维为好。
此外，树脂层是通过热塑性树脂材料被加热或加热加压而使其形状变 成扁平展开的薄层状态而形成。并且，在热塑性树脂材料之间形成有间隙， 使得热固化性树脂材料能够含浸。为了使热固化性材料在没有间隙且品质 优良的状态下容易含浸，以使在热塑性树脂材料上不产生应力集中，则减 小形成于热塑性树脂材料之间的间隙并尽可能地形成均匀的间隙变得尤 为重要。因此，有必要在减小热塑性树脂材料大小的同时尽可能均匀地分
14散，因此相比于纤维状的材料，优选采用粒子状的材料作为热塑性树脂材 料，更优选使粒径很小的粒子状的热塑性树脂材料均匀地分散。
另外，也可以使用将热塑性树脂材料溶解在有机溶剂等中之后的溶液 状的物质。在将溶液状的热塑性树脂材料均匀地涂敷在增强纤维片上之 后，可以通过加热或加热加压使溶剂挥发，从而使热塑性树脂材料固定于 增强纤维。此外，溶液状的热塑性树脂包括有机溶剂挥发的工序，因此担 心会对人体有影响。因而，不使用有机溶剂而使用粉体状或纤维状的热塑 性树脂材料的工序对人体的影响会变少。
另外，分布在树脂层内的热塑性树脂材料的量需要设定为对各增强纤 维片进行热熔敷的同时也不妨碍热固化性树脂材料的含浸的量，设定为相 对于层叠时相邻的增强纤维片中的每单位面积重量较小的增强纤维片的 重量在10%以下的量为好，优选3 8%。
热固化性树脂材料优选是在热或光或电子束等能量的作用下硬化的 树脂，例如，环氧树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯酯树脂、酚醛树脂。尤其 优选使用环氧树脂，通常与固化剂或固化催化剂组合使用。
在树脂层中优选在热固化性树脂材料中含有体积比为30% 70%的热 塑性树脂材料。如果体积比不满30%，则热塑性树脂材料并没有充分热熔 敷在增强纤维片整体上，增强纤维片容易散乱。另外，如果体积比超过 70%，则含浸的热固化性树脂材料的量就会变少，当固化预成型片时，因 层间的应力集中则容易使机械强度降低。
树脂层的厚度优选设定为相对于单面侧或双面侧的纤维增强层的平 均厚度t，其平均厚度为0.3Xt以下。在图l的示例中，例如，当树脂层 TP1的平均厚度为dl时，双面侧的纤维增强层SR1和SR2的平均厚度分 别为tl和t2，因此设定为d^0.3X tl、或0.3X t2、或0.3 X (tl+t2)/2 即可。如果平均厚度超过了纤维增强层平均厚度的0.3倍，则由于树脂层 变厚而容易发生层间剥离，所以优选设定在0.3倍以下。另外，由于各纤 维增强层也有时因来自相邻的纤维增强层的束缚而使得弯曲强度和压縮 强度等各种机械特性提高，所以树脂层的厚度越薄层越好，更优选设定为 0.2倍以下。
在纤维增强层中有如图2所示的局部的富含树脂部PR存在的情况。
15但是，由于其大小较小，所以不会成为由应力集中等引起机械强度降低的原因。虽然因局部的富含树脂部等的存在而出现厚度难以保持一定的部位，但是厚度采用如图2所示的层的平均厚度即可。
用于成型多轴增强层叠成型品P的多轴增强预成型片整体的平均厚度
优选为300Pm以下。如果将平均厚度设定为300tim以下，则在制造预成型片时，热固化性树脂材料可靠地含浸至内部，成为不会产生间隙(空隙)部分的品质优良的片。另一方面，如果平均厚度超过300"m，则成为悬垂性不良的片，且在层叠成形预成型片时也难以加工。
图3和图4是关于多轴增强层叠成型品的制造工序的树脂附着工序的说明图，图3是表示使热塑性树脂材料大致均匀地分散并热熔敷在增强纤维片的单面上的树脂附着工序的说明图。
增强纤维片按例如专利文献3记载的公知技术开纤并巻绕在片供给辊1上，且从片供给辊1依次抽出。增强纤维片的单位面积重量设定为80g/m2。在抽出的增强纤维片的上方配置有收容粉末状、纤维状或溶液状的热塑性树脂材料的散布器T1，从散布器T1的散布口向增强纤维片的上表面的整个宽度范围内大致均匀地散布热塑性树脂材料。散布的量设定为相对于层叠时相邻的增强纤维片中的每单位面积重量小的增强纤维片的重量的5%以下。
在抽出的增强纤维片的上方配置有巻绕着离模薄膜Rl的薄膜供给辊3，从薄膜供给辊3抽出的离模薄膜Rl被输送至散布的热塑性树脂材料的上表面。离模薄膜Rl在重叠于增强纤维片并被送入加热辊2a和冲压辊2b之间且与之密接的状态下巻绕在巻绕辊7上。散布在增强纤维片上的热塑性树脂材料通过加热辊2a的加热处理而热熔敷在增强纤维片上，从而防止增强纤维的散乱以及各纤维的弯曲。
图4是表示使热塑性树脂材料大致均匀地分散并热熔敷在增强纤维片的两面的树脂附着工序的说明图。在从供给辊1抽出的增强纤维片的上方配置有收容粉末状、纤维状或溶液状的热塑性树脂材料的散布器T2，从散布器Tl的散布口向增强纤维片的上表面整个宽度范围内大致均匀地散布热塑性树脂材料。散布的量设定为相对于层叠时相邻的增强纤维片中的每单位面积重量小的增强纤维片的重量的5%以下。在抽出的增强纤维片的上方配置有巻绕着离模薄膜R2的薄膜供给辊
4，从薄膜供给辊4抽出的离模薄膜R2被输送至散布的热塑性树脂材料的 上表面。另外，在抽出的增强纤维片的下方配置有巻绕着离模薄膜R3的 薄膜供给辊5，在从薄膜供给辊5抽出的离模薄膜R3的上表面，从收容 有粉末状、纤维状或溶液状的热塑性树脂材料的散布器T3向离模薄膜R3 的上表面整个宽度范围内大致均匀地散布热塑性树脂材料。散布的量设定 为相对于层叠时相邻的增强纤维片中的每单位面积重量小的增强纤维片 的重量的5%以下。
并且，离模薄膜R2重叠在增强纤维片上表面，离模薄膜R3在重叠于 增强纤维片的下表面并被送入加热辊6a和冲压辊6b之间且与之密接的状 态下巻绕在巻绕辊8上。散布在增强纤维片上的热塑性树脂材料通过加热 辊6a的加热处理而热熔敷在增强纤维片的上表面。同样地，散布在离模 薄膜R3上的热塑性树脂材料热熔敷在增强纤维片的下表面。如此热熔敷 在增强纤维片的两面的热塑性树脂材料防止增强纤维片的增强纤维的散 乱以及各纤维的弯曲。
图5是关于多轴增强层叠成型品的制造工序的层叠工序和含浸工序的 说明图。从片供给辊10依次抽出在图3说明的仅在单面附着树脂的增强 纤维片Sl。在抽出的增强纤维片Sl中，与上表面密接的离模薄膜Rl从 送料辊11被分离输送至上方，并巻绕在薄膜巻绕辊12上。
在上表面附着有树脂的增强纤维片Sl上，从上方依次重叠有配合其 宽度而切断成规定长度的增强纤维片S2。增强纤维片S2是图3中说明的 在两面附着有树脂的增强纤维片，从未图示的片供给辊抽出之后，使两面 的离模薄膜R2和R3分离并切断成规定的长度。增强纤维片S2设定为在 重叠于增强纤维片Sl的状态下彼此的增强纤维的拉齐方向不同。并且， 切断的增强纤维片S2以与配置在前面的片抵接或重叠的方式依次配置。
在配置的增强纤维片S2的上表面，从上方依次重叠有配合其宽度而 切断成规定长度的增强纤维片S3。增强纤维片S3是图3中说明的仅在下 表面附着有树脂的增强纤维片，从未图示的片供给辊抽出之后，使单面的 离模薄膜Rl分离并切断成规定的长度。增强纤维片S3设定为在重叠于增 强纤维片S1和S2的状态下彼此的增强纤维的拉齐方向不同。例如，在使增强纤维片S2的拉齐方向与开纤片Sl错开+45度的角度的情况下，使增
强纤维片S3的拉齐方向与增强纤维片Sl错开-45度的角度即可。并且， 切断的增强纤维片S3以与配置在前面的片抵接或重叠的方式依次配置。
通过在如此层叠三个增强纤维片S1 S3的状态下将其送入加热辊13a 和冲压辊13b之间，进行加热和加压处理，从而利用加热辊13a的加热使 附着在各增强纤维片之间的热塑性树脂材料熔融而形成层。这样将三个增 强纤维片S1 S3利用热塑性树脂材料的热熔敷而一体化，制成连续的层叠 片体L。这时，由于形成于各增强纤维片之间的层状的热塑性树脂材料在 上述树脂附着工序中分别以每单位面积5%以下的量附着，因此通过一体 化而被设定为每单位面积重量在10%以下的量。此外，在该例中，在树脂 附着工序中，在各个增强纤维片上，只一半附着热塑性树脂材料，但是对 于在各个增强纤维片上以多大的比例附着则可以适当设定，并没有限定。 总之，最终只要设定为每单位面积重量在10%以下的量即可。
下面，对热固化性树脂材料的含浸工序进行说明。层叠片体L以上表 面与离模薄膜R密接且下表面与粘结薄膜T4密接的状态通过三对加热辊 17a和冲压辊17b之间的方式被输送。
离模薄膜R巻绕在薄膜供给辊15a上，粘结薄膜T4巻绕在薄膜供给 辊14a上。并且，分别从薄膜供给辊14a和15a抽出而与层叠片体L一起 被导入冲压辊16a和16b之间并成为与上下表面密接的状态。并且，当通 过三对加热辊17a和冲压辊17b之间，然后从送料辊18a和18b输出时， 离模薄膜R从层叠片体L的上表面分离开并巻绕在薄膜巻绕辊15b上，粘 结薄膜T4从层叠片体L的下表面分离开并巻绕在薄膜巻绕辊14b上。
粘结薄膜T4在离模薄膜的单面整体以大致均匀的厚度担持热固化性 树脂材料，并在担持有热固化性树脂材料的面与层叠片体L密接的状态下 通过加热辊17a和冲压辊17b之间。从而，在热固化性树脂材料与层叠片 体L的下表面整体密接的状态下进行加热及加压，因加热而粘度降低的热 固化性树脂材料通过加压而被压入层叠片体L的厚度方向。被压入的热固 化性树脂材料在层叠片体L内朝向上表面含浸，但是由于上表面被离模薄 膜R覆盖，所以不会从上表面漏出。这样，热固化性树脂材料含浸在层叠 片体L内部，并遍及整个层叠片体。此时，在由形成于各开纤片之间的热塑性树脂材料构成的树脂层中，由于在热熔敷件之间形成有多个间隙，所 以热固化性树脂材料顺利通过并含浸，但是由于热塑性树脂材料自身热熔 敷在增强纤维片上，所以不会流动。
从而，制造出下述预成型体P，该预成型体P在热塑性树脂材料大致 均匀地分布在各增强纤维片之间的状态下，使热固化性树脂材料没有遗漏 地遍及层叠片体L内。
如此制造的预成型体P在使离模薄膜R和粘结薄膜T4从上下表面分
离之后，巻绕在片巻绕辊20上。此时，通过使巻绕在薄膜供给辊19的离 模薄膜与下表面密接巻入，防止预成型体P在巻绕状态下粘结。
在含浸工序中，通过相对于层叠片的至少一面侧，使担持有热固化性 树脂材料的离模薄膜密接并进行加压及加热，从而一次即完成使热固化性 树脂材料含浸的工序，因此能够节减离模薄膜的使用量和使用长度。并且， 如果在离模薄膜上较厚地形成所需量的热固化性树脂材料，则能够比现在 进一步减少使用的离模薄膜的生产成本，也能够减轻制造成本的负担。
图6是关于多轴增强层叠成型品的制造工序的成型工序的说明图。将 在含浸工序制造的预成型体P切断为所需大小(图6的(a))，并将切断 的预成型体P1 P3错开适当配置角度层叠，然后安装于在高压灭菌装置 30内设置的模31。并且，通过对安装于模31的预成型体进行加热及加压 而使热固化性树脂材料固化并成型。
在以上说明的制造方法中，在层叠工序中使切断的增强纤维片S2和 S3层叠在增强纤维片Sl上，但也可以如日本特开2003—221771号公报 记载的那样，反复巻绕增强纤维片而层叠为多层。在这种情况下将热塑性 树脂材料散布在折回的增强纤维片之间并巻绕为好。
下面，对关于多轴增强层叠成型品的其他制造工序进行说明。在上述 制造工序中，层叠使热固化性树脂材料含浸的预成型体来进行成型，但是 也可以在切断层叠片并进行层叠之后使热固化性树脂材料含浸而成型。
在该制造工序中，树脂附着工序和层叠工序与上述制造工序相同，因 此省略说明。图7是关于该制造工序的成型工序的说明图。在图4所示的 层叠工序中制成的层叠片体L 一旦被巻绕即进入成型工序。在成型工序 中，抽出被巻绕的层叠片体L并切断成所需大小(图7的(a))，将切断的层叠片体L1 L3错开适当配置角度进行层叠，然后，将离模薄膜R铺
开载置在下模41内。并且，利用离模薄膜R和上模40从上方覆盖以使层 叠片体L1 L3安装在模内(图7的(b))。
利用真空罩42密封安装的模整体,并安装在加热装置43(图7的(c))。 在真空罩42设有空气吸引口 42a和树脂注入口 42b， 一边以规定温度加热 一边通过树脂注入口 42b注入热固化性树脂材料。注入的热固化性树脂材 料由于加热而流动性提高，从而在真空罩42内通畅地流通。并且， 一边 从空气吸引口 42a吸引空气一边注入，使得热固化性树脂材料在层叠片体 L1 L3内没有遗漏地含浸。
在利用热固化性树脂材料对真空罩42内进行填充之后，通过提高加 热装置43的加热温度使热固化性树脂材料固化而成型。
实施例实施例1
使用以下材料制造了多轴增强预成型片。 〈使用材料〉
(增强纤维束中使用的纤维) Toray株式会社制T800SC—24K、纤维直径约5.5 y m、纤维根数24000
根
(热固化性树脂材料中使用的树脂材料) Bryte Technologies, Inc.，制BT250E—1、环氧树脂
(热塑性树脂材料中使用的树脂材料) Toray株式会社制SP—500、尼龙12粉末、平均粒径5 u m 〈制造工序〉
(1) 按照空气开纤法(参照日本专利第3049225号公报)将增强纤 维束T800SC—24K开纤成宽度24mm，并作为开纤线巻绕在巻轴上。
(2) 将巻绕着开纤线的巻轴在宽度方向排列13根，利用日本特开2005 一029912号公报记载的方法和装置获得没有间隙的增强纤维片。得到的增 强纤维片宽度为310mm、纤维单位面积重量约为43 g/m2 。
(3) 在得到的增强纤维片中，热塑性树脂材料SP —500按平均重量 比约8%均匀地分散在增强纤维片的单面，然后使其通过加热至25(TC的加
20热辊，从而获得以附着热塑性树脂粉体且纤维不散乱的方式填料的树脂附 着增强纤维片。
(4) 将得到的多个树脂附着增强纤维片的树脂附着面置于上侧，使
该增强纤维的拉齐方向的角度按90度、-45度、0度及45度的顺序层叠， 然后，利用连续冲压装置(参照日本特开2003 — 181832号公报)在250 °C、约0.5MPa的加工条件下获得连续的层叠片。
(5) 热固化性树脂材料BT250E—1从得到的层叠片的两面，禾U用上 述连续冲压装置，在9(TC、约lMPa的加工条件下连续含浸，从而获得宽 度约310mm、平均厚度约177 u m且纤维体积含有率约54%的多轴增强预 成型片。
〈层叠成形板的制造和评价〉
(1) 将得到的多轴增强预成型片切断为所需大小，并将六个重叠进 行层叠之后，利用高压灭菌装置(株式会社芦田制作所制)在125X:的条 件下进行两个小时的加热处理使热固化性树脂材料固化，从而获得
45/0/-45/903S且宽320mmX长320mmX厚1.06mm的层叠成形板。
(2) 对垂直切断得到的层叠成形板的截面进行观察。图8是放大该 截面所拍摄的照片。因为纤维增强层的平均厚度约为39^m、树脂层的平 均厚度约为5um，所以树脂层的平均厚度是纤维增强层的三十九分之五， 即约为纤维增强层的平均厚度的0.128倍。另外，如果假设热塑性树脂材 料全部存在于树脂层而进行计算，则树脂层中所占的热塑性树脂材料的比 例约为68%。
(3) 从层叠成形板中抽取宽20mmX长250mm的长条形的试验片来 进行拉伸试验。拉伸试验使用材料万能试验机AUTOGRAPH (测力传感 器10吨，岛津制作所制)，变形使用量规长度100mm的MTS制轴伸縮仪 来测量。在拉伸试验中，在试验片上安装上下两个AE传感器，通过测量 因破损产生的AE来测定初期破损应力和层间剥离。AE传感器使用共振 频率为1500kHz的传感器(日本物理声学(日本fisical acoustic)社制)。 从AE传感器检测出的AE信号由前置放大器(设定为20dB)和带通滤波 器(100kHz 300kHz)进行处理。阈值设定为45dB。并且，对大振幅的 AE进行检测，并将检测出有大能量释放的时间作为层间剥离发生的时间。以上拉伸试验的结果是断裂应力约为1080MPa、断裂变形约为1.95%、初 期弹性率约为52GPa。并且，层间剥离稍稍早于最终断裂产生，发生在应 力约为1050MPa、变形约为1.92%的时刻。实施例2
使用以下材料制造了多轴增强预成型片。 〈使用材料〉
(增强纤维束中使用的纤维) Toray株式会社制T800SC—24K、纤维直径约5.5 um、纤维根数24000
根
(热固化性树脂材料中使用的树脂材料) Bryte Technologies, Inc.，制BT250E—1、环氧树脂
(热塑性树脂材料中使用的树脂材料) Toray株式会社制SP—500、尼龙12粉末、平均粒径5 y m
〈制造工序〉
(1) 按照空气开纤法(参照日本专利第3049225号公报)将增强纤 维束T800SC—24K开纤成宽度24mm，并作为开纤线巻绕在巻轴上。
(2) 将巻绕着开纤线的巻轴在宽度方向排列13根，利用日本特开2005 一029912号公报记载的方法和装置获得没有间隙的增强纤维片。得到的增 强纤维片宽度为310mm、纤维单位面积重量约为43 g/m2 。
(3) 在得到的增强纤维片中，热塑性树脂材料SP —500按平均重量 比约3%均匀地分散在增强纤维片的单面，然后使其通过加热至25(TC的加 热辊，从而获得以附着热塑性树脂粉体且纤维不散乱的方式填料的树脂附 着增强纤维片。
(4) 将得到的多个树脂附着增强纤维片的树脂附着面置于上侧，使 该增强纤维的拉齐方向的角度按90度、-45度、0度及45度的顺序层叠， 然后，利用连续冲压装置(参照日本特开2003 — 181832号公报)在250 °C、约0.5MPa的加工条件下获得连续的层叠片。
(5) 热固化性树脂材料BT250E—1从得到的层叠片的两面，禾U用上 述连续冲压装置，在90。C、约lMPa的加工条件下连续含浸，从而获得宽 度约310mm、平均厚度约170 u m且纤维体积含有率约57%的多轴增强预
22成型片。
〈层叠成形板的制造和评价〉
(1) 将得到的多轴增强预成型片切断为所需大小，并将六个重叠进 行层叠之后，利用高压灭菌装置(株式会社芦田制作所制)在125。C的条 件下进行两个小时的加热处理使热固化性树脂材料固化，从而获得
45/0/-45/903S且宽320mmX长320mmX厚1.06mm的层叠成形板。
(2) 对垂直切断得到的层叠成形板的截面进行观察。因为纤维增强 层的平均厚度约为39um、树脂层的平均厚度约为4wm，所以树脂层的 平均厚度是纤维增强层的三十九分之四，即约为纤维增强层的平均厚度的 0.102倍。另外，如果假设热塑性树脂材料全部存在于树脂层而进行计算， 则树脂层中所占的热塑性树脂材料的比例约为31%。
(3) 从层叠成形板中抽取宽20mmX长250mm的长条形的试验片进 行与实施例l相同的拉伸试验。拉伸试验的结果是断裂应力约为1040MPa、 断裂变形约为1.91%、初期弹性率约为53GPa。并且，层间剥离稍早于最 终断裂产生，发生在应力约为995MPa、变形约为1.87%的时刻。
实施例3
使用以下材料制造了多轴增强预成型片。 〈使用材料〉
(增强纤维束中使用的纤维) 东邦Tenax株式会社制；HTA—12K、直径约7um、纤维根数12000
根
(热固化性树脂材料中使用的树脂材料) Bryte Technologies, Inc.,制BT250E—1、环氧树脂
(热塑性树脂材料中使用的树脂材料) Toray株式会社制热熔用共聚酰胺树脂粉末、CM842P48、平均粒径 为80um、低融点(115°C)树脂
〈制造工序〉
(1) 按照空气开纤法(参照日本专利第3049225号公报)将增强纤 维束TA—12K开纤成宽度20mm，并作为开纤线巻绕在巻轴上。
(2) 将巻绕着开纤线的巻轴在宽度方向排列16根，利用日本特开2005—029912号公报记载的方法和装置获得没有间隙的增强纤维片。得到的增
强纤维片宽度为320mm、纤维单位面积重量约为42 g/m2 。
(3) 在得到的增强纤维片中，热塑性树脂材料CM842P48按平均重 量比约5%均匀地分散在增强纤维片的单面，然后使其通过加热至12(TC的 加热辊，从而获得以附着热塑性树脂粉体且纤维不散乱的方式填料的树脂 附着增强纤维片。
(4) 将得到的多个树脂附着增强纤维片的树脂附着面置于上侧，使 该增强纤维的拉齐方向的角度按90度、-45度、0度及45度的顺序层叠， 然后，利用连续冲压装置(参照日本特开2003 — 181832号公报)在120 °C、约0.5MPa的加工条件下获得连续的层叠片。
(5) 热固化性树脂材料BT250E—1从得到的层叠片的两面，利用上 述连续冲压装置，在90。C、约lMPa的加工条件下连续含浸，从而获得宽 度约320mm、平均厚度约168 u m且纤维体积含有率约56%的多轴增强预 成型片。
〈层叠成形板的制造和评价〉
(1) 将得到的多轴增强预成型片切断为所需大小，并将六个重叠进 行层叠之后，利用高压灭菌装置(株式会社芦田制作所制)在125'C的条 件下进行两个小时的加热处理使热固化性树脂材料固化，从而获得
45/0/-45/卯3S且宽320mmX长320mmX厚1.08mm的层叠成形板。
(2) 对垂直切断得到的层叠成形板的截面进行观察。因为纤维增强 层的平均厚度约为39ym、树脂层的平均厚度约为3"m，所以树脂层的 平均厚度是纤维增强层的三十九分之三，即约为纤维增强层的平均厚度的 0.077倍。另外，如果假设热塑性树脂材料全部存在于树脂层而进行计算， 则树脂层中所占的热塑性树脂材料的比例约为62%。
(3) 从层叠成形板中抽取宽20mmX长250mm的长条形的试验片进 行与实施例1相同的拉伸试验。拉伸试验的结果是断裂应力约为820MPa、 断裂变形约为1.81%、初期弹性率约为45GPa。并且，层间剥离稍早于最 终断裂产生，发生在应力约为800MPa、变形约为1.72%的时刻。
实施例四
使用以下材料制造了多轴增强层叠成型品。〈使用材料〉.(增强纤维束中使用的纤维)
三菱Rayon株式会社制TR50S — 15K、纤维直径约7um、纤维根数15000根
(热固化性树脂材料中使用的树脂材料)使用双酚A型环氧树脂。主剂使用Epiclon850 (大日本油墨化学工业株式会社制)，固化剂使用2E4MZ (2-乙基4-甲基咪唑、四国化成株式会社制)，对应100份主剂投入4份固化剂，常温下搅拌后作为树脂使用。(热塑性树脂材料中使用的树脂材料)Toray株式会社制；SP—500、尼龙12粉末、平均粒径为5 u m〈制造工序〉
(1) 按照空气开纤法(参照日本专利第3049225号公报)将增强纤维束TR50S — 15K开纤成宽度24mm，并作为开纤线巻绕在巻轴上。
(2) 将巻绕着开纤线的巻轴在宽度方向排列13根，利用日本特开2005—029912号公报记载的方法和装置获得没有间隙的增强纤维片。得到的增强纤维片宽度为310mm、纤维单位面积重量约为42 g/m2 。
(3) 在得到的增强纤维片中，热塑性树脂材料SP-500按平均重量比约10%均匀地分散在增强纤维片的单面，然后使其通过加热至25(TC的加热辊，从而获得以附着热塑性树脂粉体且纤维不散乱的方式填料的树脂附着增强纤维片。
(4) 将得到的多个树脂附着增强纤维片的树脂附着面置于上侧，使该增强纤维的拉齐方向的角度按90度、-45度、0度及45度的顺序层叠，然后，利用连续冲压装置(参照日本特开2003 — 181832号公报)在250。C、约0.5MPa的加工条件下获得连续的层叠片。
〈层叠成形板的制造和评价〉
(1) 将得到的多轴增强预成型片切断为所需大小，并重叠12个作为层叠件之后，将该层叠件安装在铺有离模薄膜的平面下模，并载置离模薄膜和平面上模，将其整体由真空罩覆盖。在真空罩的两处开设孔， 一处是吸引内部空气的口，另一处是注入树脂的口。
(2) 将由真空罩覆盖的整套置于加热至约5(TC的加热板上，从而将平面上下模和该层叠件保持在约50°C 。这是为了降低环氧树脂的粘度并促进树脂的流动而进行的。
(3) 利用真空泵从空气吸引口吸引空气的同时也从树脂注入口注入环氧树脂，在环氧树脂从空气吸引口溢出时结束树脂的注入。然后，在这
种的状态下，使加热板的温度上升至125。C并放置约两个小时以使环氧树脂硬化。从而，获得45/0A45/903S且宽320mmX长320mmX厚2.15mm、纤维体积含有率约54%的层叠成形板。
(4) 对垂直切断得到的层叠成形板的截面进行观察。因为纤维增强层的平均厚度约为38um、树脂层的平均厚度约为7um，所以树脂层的平均厚度是纤维增强层的约三十八分之七，即约为纤维增强层的平均厚度的0.18倍。另外，如果假设热塑性树脂材料全部存在于树脂层而进行计算，则树脂层中所占的热塑性树脂材料的比例约为59%。
(5) 从层叠成形板中抽取宽20mmX长250mm的长条形的试验片来进行与实施例1相同的拉伸试验。拉伸试验的结果是断裂应力约为890MPa、断裂变形约为1.74%、初期弹性率约为47GPa。并且，层间剥离稍早于最终断裂产生，发生在应力约为825MPa、变形约为1.64%的时刻。
实施例5
使用以下材料制造了多轴增强预成型片。〈使用材料〉
(增强纤维束中使用的纤维)Toray株式会社制T800SC—24K、纤维直径约5.5 y m、纤维根数24000
根
(热固化性树脂材料中使用的树脂材料)Bryte Technologies, Inc.,制BT250E—1、环氧树脂
(热塑性树脂材料中使用的树脂材料)尼龙12短纤维
〈制造工序〉
(1) 按照空气开纤法(参照日本专利第3049225号公报)将增强纤维束T800SC—24K开纤成宽度24mm，并作为开纤线巻绕在巻轴上。
(2) 将巻绕着开纤线的巻轴在宽度方向排列13根，利用日本特开2005一029912号公报记载的方法和装置获得没有间隙的增强纤维片。得到的增
强纤维片宽度为310mm、纤维单位面积重量约为43 g/m2 。
(3) 在得到的增强纤维片中，热塑性树脂材料尼龙12短纤维按平均 单位面积重量4 g/m2左右均匀地分散在增强纤维片的单面，然后使其通过 加热至20(TC的加热辊，从而获得以附着尼龙12短纤维且纤维不散乱的方 式填料的树脂附着增强纤维片。
(4) 将得到的多个树脂附着增强纤维片的树脂附着面置于上侧，使 该增强纤维的拉齐方向的角度按90度、-45度、0度及45度的顺序层叠， 然后，利用连续冲压装置(参照日本特开2003 — 181832号公报)在200 °C、约0.5MPa的加工条件下获得连续的层叠片。
(5) 热固化性树脂材料BT250E—1从得到的层叠片的两面，利用上 述连续冲压装置，在90。C、约lMPa的加工条件下连续含浸，从而获得宽 度约310mm、平均厚度约178 y m且纤维体积含有率约54%的多轴增强预 成型片。
〈层叠成形板的制造和评价〉
(1) 将得到的多轴增强预成型片切断为所需大小，并将六个重叠进 行层叠之后，利用高压灭菌装置(株式会社芦田制作所制)在125'C的条 件下进行两个小时的加热处理使热固化性树脂材料固化，从而获得
45/0/-45/903S且宽320mmX长320mmX厚1.07mm的层叠成形板。
(2) 对垂直切断得到的层叠成形板的截面进行观察。因为纤维增强 层的平均厚度约为34^m、树脂层的平均厚度约为10Pm，所以树脂层的
平均厚度是纤维增强层的三十四分之十，即约为纤维增强层的平均厚度的 0.294倍。另外，如果假设热塑性树脂材料全部存在于树脂层而进行计算， 则树脂层中所占的热塑性树脂材料的比例约为39%。
(3) 从层叠成形板中抽取宽20mmX长250mm的长条形的试验片进 行与实施例l相同的拉伸试验。拉伸试验的结果是断裂应力约为1002MPa、 断裂变形约为1.83%、初期弹性率约为52GPa。并且，层间剥离稍早于最 终断裂产生，发生在应力约为950MPa、变形约为1.76%的时刻。
比较例1
使用以下材料制造了单方向增强预成型片。〈使用材料〉
(增强纤维束中使用的纤维)
Toray株式会社制T800SC—24K、纤维直径约5.5 U m、纤维根数24000
根
(热固化性树脂材料中使用的树脂材料) Bryte Technologies, Inc.，制BT250E—1、环氧树脂 〈制造工序〉
(1) 按照空气开纤法(参照日本专利第3049225号公报)将增强纤 维束T800SC—24K开纤成宽度24mm，并作为开纤线巻绕在巻轴上。
(2) 将巻绕着开纤线的巻轴在宽度方向排列13根，利用日本特开2005 —029912号公报记载的方法和装置获得没有间隙的增强纤维片。得到的增 强纤维片宽度为310mm、纤维单位面积重量约为43 g/m2 。
(3) 热固化性树脂材料BT250E—1从得到的层叠片的两面，利用上 述连续冲压装置，在90。C、约lMPa的加工条件下连续含浸，从而获得宽 度约310mm、平均厚度约41 um且纤维体积含有率约58%的单方向增强 预成型片。
〈层叠成形片的制造和评价〉
(1) 重叠48个得到的单方向增强预成型片并进行层叠之后，利用高 压灭菌装置(株式会社芦田制作所制)在125"的条件下进行两个小时的 加热处理以使热固化性树脂材料固化，从而获得45/0/-45/906S且宽 320mmX长320mmX厚1.99mm的层叠成形板。
(2) 从层叠成形片中抽取宽20mmX长250mm的长条形的试验片来 进行与实施例1相同的拉伸试验。拉伸试验的结果是断裂应力约为 1014MPa、断裂变形约为1.85%、初期弹性率约为53GPa。并且，层间剥 离稍早于最终断裂产生，发生在应力约为990MPa、变形约为1.81%的时刻。
比较例2
〈使用材料〉 使用与比较例l相同的材料。 〈制造工序〉利用与比较例1相同的制造工序制造了单方向增强预成型片。 〈层叠成形片的制造和评价〉
(1) 在相同方向上层叠三个得到的单方向增强预成型片，即，将16 组使厚度薄的单方向增强预成型片变成三倍的单方向预成型片重叠而进 行层叠之后，利用高压灭菌装置(株式会社芦田制作所制)在125'C的条 件下进行两个小时的加热处理以使热固化性树脂材料固化，从而获得
45/0/-45/906S且宽320mmX长320mmX厚1.99mm的层叠成形板。
(2) 从层叠成形板中抽取宽20mmX长250mm的长条形的试验片来 进行与实施例i相同的拉伸试验。拉伸试验的结果是断裂应力约为 890MPa、断裂变形约为1.78%、初期弹性率约为52GPa。并且，层间剥离 在与比较例1相比早的阶段、应力约为780MPa、变形约为1.48%的时刻 发生。
根据以上实施例和比较例的结果可知以下内容。
(1) 在层叠成形板的纤维增强层的厚度约为120um时，在拉伸试验 中会产生层间剥离。与之相对，可知具有纤维增强层约为40um的薄层纤 维增强层的层叠成形板在直到大致最终断裂强度时也不会发生层间剥离。 该结果与非专利文献1的结果相同。
(2) 从实施例1至实施例5中，层叠成形板的层间剥离强度与具有 薄层的纤维增强层的层叠成形板具有相同的结果。也就是说，根据本发明， 可期待获得维持良好品质且制造成本优良的多轴增强层叠成型品。
29
权利要求
1. 一种多轴增强层叠成型品，其具有多个以增强纤维排列在n(n为2以上)轴方向的方式而层叠的纤维增强层，并且热固化性树脂材料含浸于整体且固化，其特征在于，纤维增强层中至少一层的平均厚度为80μm以下，在各纤维增强层之间形成有平均厚度相对于单面侧或双面侧的纤维增强层的平均厚度t而言为0.3×t以下的树脂层，在各树脂层中，体积比30％～70％的热塑性树脂材料大致均匀地分布在热固化性树脂材料中，且至少一部分粘结在纤维增强层上。
2. 根据权利要求l所述的多轴增强层叠成型品，其特征在于， 相对于单面侧或双面侧的纤维增强层的平均厚度t，所述树脂层的平均厚度为0.2Xt以下。
3. 根据权利要求1或2所述的多轴增强层叠成型品，其特征在于， 所述热塑性树脂材料呈粒子状或纤维状。
4. 根据权利要求1 3中任一项所述的多轴增强层叠成型品，其特征 在于，所有的所述纤维增强层的平均厚度都在80um以下。
5. —种多轴增强层叠成型品的制造方法，其特征在于，具备如下工序 树脂附着工序，对于多个增强纤维片，在各增强纤维片的单面或双面上大致均匀地分散热塑性树脂材料，使得相对于层叠时相邻的增强纤维片 中每单位面积重量小的增强纤维片的重量为10°/。以下的量，其中，所述增 强纤维片是大致均匀拉齐多根连续的增强纤维而构成的，至少一片的单位 面积重量为80g/m2以下，然后，通过加热或加热加压该热塑性树脂材料而 使其附着在该增强纤维片上从而形成树脂附着增强纤维片；层叠工序，对多个树脂附着增强纤维片进行层叠而形成层叠片，使得 各个增强纤维的拉齐方向为多个方向，且在各树脂附着增强纤维片之间配 置所述热塑性树脂材料；含浸工序，从层叠片的至少一面侧含浸热固化性树脂材料，从而形成 多轴增强预成型片；成型工序，将所述多轴增强预成型片切断成所需大小，以所需角度层 叠所需的个数之后，通过加热加压成型使热固化性树脂材料固化。
6. —种多轴增强层叠成型品的制造方法，其特征在于，具备如下工序: 树脂附着工序，对于多个增强纤维片，在各增强纤维片的单面或双面上大致均匀地分散热塑性树脂材料，使得相对于层叠时相邻的增强纤维片 中每单位面积重量小的增强纤维片的重量为10%以下的量，其中，所述增 强纤维片是大致均匀拉齐多根连续的增强纤维而构成的，至少一片的单位面积重量为80g/m2以下，然后，通过加热或加热加压该热塑性树脂材料而 使其附着在该增强纤维片上从而形成树脂附着增强纤维片；层叠工序，对至少包括一个连续的树脂附着增强纤维片的多个树脂附 着增强纤维片进行层叠而形成连续的层叠片，使得各个增强纤维的拉齐方 向为多个方向，且在各树脂附着增强纤维片之间配置所述热塑性树脂材 料；含浸工序，从连续的层叠片的至少一面侧含浸热固化性树脂材料，从 而形成连续的多轴增强预成型片；成型工序，将所述多轴增强预成型片切断成所需大小，以所需角度层 叠所需个数之后，通过加热加压成型使热固化性树脂材料固化。
7. —种多轴增强层叠成型品的制造方法，其特征在于，具备如下工序 树脂附着工序，对于多个增强纤维片，在各增强纤维片的单面或双面上大致均匀地分散热塑性树脂材料，使得相对于层叠时相邻的增强纤维片 中每单位面积重量小的增强纤维片的重量为10%以下的量，其中，所述增 强纤维片是大致均匀拉齐多根连续的增强纤维而构成的，至少一片的单位 面积重量为80g/m2以下，然后，通过加热或加热加压该热塑性树脂材料而 使其附着在该增强纤维片上从而形成树脂附着增强纤维片；层叠工序，对多个树脂附着增强纤维片进行层叠而形成层叠片，使得 各个增强纤维的拉齐方向为多个方向，且在各树脂附着增强纤维片之间配 置所述热塑性树脂材料；成型工序，将所述层叠片切断成所需大小，以所需角度将所需个数层 叠在成型模内之后，向该成型模内注入热固化性树脂材料且使热固化性树 脂材料含浸于所述层叠片，并通过加热或加热加压成型使热固化性树脂材料固化。
8. 根据权利要求5 7中任一项所述的制造方法，其特征在于， 具有一体化工序，即通过对层叠片进行加热或加热加压，利用热塑性树脂材料使各增强纤维片相互热熔敷而一体化。
9. 根据权利要求5 8中任一项所述的制造方法，其特征在于， 所述热塑性树脂材料采用平均粒径为80iim以下的微粒子或平均截面直径为80 u m以下的纤维的热塑性树脂材料。
10. 根据权利要求5 9中任一项所述的制造方法，其特征在于， 所述增强纤维片中至少一个是单位面积重量为80g/ m2以下的开纤线片，其中该开纤线片是将多根使增强纤维束连续开纤的开纤线向宽度方向 拉齐而成的。
全文摘要
本发明的目的在于能够获得一种在高强度下抑制层间剥离发生的层叠成型品，并可以缩短制造时间及节减制造成本的多轴增强成型品及其制造方法。多轴增强层叠成型品(F)由具备增强纤维片的纤维增强层(SR1～SR3)层叠而构成，增强纤维片的增强纤维以排列在三个轴方向的方式被层叠。在各纤维增强层之间形成有树脂层(TP1)和(TP2)。树脂层(TP1)和(TP2)中多个的粒子状热塑性树脂材料大致均匀地分布且相互热熔敷，从而成为通过热熔敷分布的热塑性树脂材料粘结在相邻的纤维增强层的状态。在热塑性树脂材料之间形成有多个的微小间隙，热固化性树脂材料含浸而遍及各纤维增强层和各树脂层整体各处。
文档编号B29C43/12GK101479086SQ200780024139
公开日2009年7月8日 申请日期2007年8月17日 优先权日2006年8月18日
发明者川边和正, 石田吉郎 申请人:福井县;株式会社三矢