三维纤维增强复合材料以及三维纤维增强复合材料的制造方法_2

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由沿上述第3增强纤维束13a的排列方向延伸的辅助线13b而被连结。
[0028]第4增强纤维束层14是由相互平行地排列并且笔直地延伸的第4增强纤维束14a形成的。第4增强纤维束14a具有扁平状的剖面。第4增强纤维束14a以相对于三维纤维增强复合材料10的X方向呈一 45度的角度的方式延伸。多个第4增强纤维束14a彼此由沿上述第4增强纤维束14a的排列方向延伸的辅助线14b而被连结。
[0029]如图2以及图3所示,层叠体20是利用多个结合线21将已层叠的第I?第4增强纤维束层11?14沿层叠方向结合而形成的。在层叠体20的层叠方向的最外层中的作为第I最外层的第I增强纤维束层11的表面上,沿该表面向Y方向相互平行地延伸并且沿X方向隔开间隔地设置有多个防脱线22。
[0030]结合线21以及防脱线22由碳纤维形成。而且,多个结合线21分别从层叠体20的作为第2最外层的第4增强纤维束层14的表面插入层叠体20内,将层叠体20沿层叠方向贯通后,在第I增强纤维束层11的表面通过防脱线22的外侧并折回。然后,结合线21从第I增强纤维束层11的表面再次插入层叠体20内,将层叠体20沿层叠方向贯通后,向第4增强纤维束层14的表面引出。被引出至第4增强纤维束层14的表面的结合线21朝向与已经被引出至第4增强纤维束层14的结合线21相反的方向沿第4增强纤维束层14的表面延伸后,再次插入层叠体20内。因此,将一根结合线21在第I增强纤维束层11的表面反复折回,在第4增强纤维束层14的表面反复插入以及引出。因此,一根结合线21在多个位置将层叠体20结合。
[0031]如图3的放大图所示,结合线21包括:通过防脱线22的层叠方向的外侧并呈圆弧状地折回的部位亦即折回部21a、与该折回部21a连续并且从防脱线22的两侧延伸且在层叠体20内相互并行地延伸的部位亦即第I横穿线部21b以及第2横穿线部21c。并且,结合线21包括沿第4增强纤维束层14的表面向与防脱线22正交的方向延伸的部位亦即表层线部21d。表层线部21d包括在第4增强纤维束层14的表面从第I横穿线部21b以及第2横穿线部21c向相反的方向延伸的部分亦即两股部21e。
[0032]多个结合线21在通过层叠体20内时通过第I?第4增强纤维束I Ia?14a束内、或通过相邻的第I?第4增强纤维束Ila?14a彼此之间。因此,在层叠体20内,在第I横穿线部21b以及第2横穿线部21c中的每一个和与这两个横穿线部中的每一个相邻的第I?第4增强纤维束Ila?14a之间形成有空间即线间隙S。该线间隙S在层叠体20的整个层叠方向形成。
[0033]另外,在层叠体20内,且在从防脱线22的两侧延伸的第I横穿线部21b与第2横穿线部21c之间形成有空间即结合线间隙T。该结合线间隙T在层叠体20的整个层叠方向形成。并且,在由形成各两股部21e的表层线部21d的部分、和与之相邻的第4增强纤维束层14的第4增强纤维束14a围起的部分,形成有空间即两股部间隙R。
[0034]在线间隙S、结合线间隙T、以及两股部间隙R内配置(填充)有基体树脂30以及添加剂23。即,在存在于结合线21的周围的间隙配置(填充)有基体树脂30以及添加剂23。作为添加剂23,使用与各纤维束相同的碳系材料且线性膨胀系数小的碳黑或者碳纳米管。添加剂23与粘合剂(未图示)混合并附着于结合线21以及各增强纤维束Ila?14a。作为粘合剂,使用能够通过热融解而使添加剂23附着于结合线21以及各增强纤维束Ila?14a的材料。具体而言,作为粘合剂,能够使用固态的环氧主剂、或者热塑性树脂(AP、PP, PPS 等)O
[0035]添加剂23与粘合剂加在一起的体积为两股部间隙R的体积的10?50%。若添加剂23与粘合剂加在一起的体积少于两股部间隙R的体积的10%,则基于添加剂23的应力缓和功能降低,两股部间隙R、线间隙S、以及结合线间隙T成为树脂聚集部时,难以抑制裂缝的产生,因而不优选。另一方面,若添加剂23与粘合剂加在一起的体积多于两股部间隙R的体积的50%,则基体树脂30在两股部间隙R、线间隙S、以及结合线间隙T中所占的比例降低,作为三维纤维增强复合材料10的机械强度降低,因而不优选。此外,“添加剂23与粘合剂加在一起的体积”意味着存在于制造后的三维纤维增强复合材料10的各两股部间隙R内的添加剂23与粘合剂的体积。另外,“两股部间隙R的体积”意味着存在于层叠体20的各两股部间隙R的体积。
[0036]在层叠体20由于从层叠方向的一端到另一端存在两股部间隙R、线间隙S、以及结合线间隙T,因此在层叠体20的整个层叠方向存在添加剂23。
[0037]接下来,对三维纤维增强复合材料10的制造方法进行说明。其中,预先制造使用结合线21以及防脱线22将第I?第4增强纤维束层11?14结合而成的层叠体20。
[0038]如图4A所示,首先,将层叠体20载置于吸引装置40上。吸引装置40具有呈板状的载置部41,并且该载置部41具有贯通载置部41的多个吸引孔42。另外,吸引装置40具有利用配管44与各吸引孔42连接的真空泵43。而且,层叠体20以将第I增强纤维束层11载置于载置部41上,并使两股部21e朝向上方的状态载置于载置部41。
[0039]另外,在吸引装置40的上方配设有供给添加剂23的添加装置50。该添加装置50构成为能够借助未图示的移动装置在载置部41上沿三维方向移动。另外,在添加装置50填充有与粘合剂混合的粒子状的添加剂23。
[0040]而且,在将层叠体20载置于载置部41上的状态下,利用真空泵43经由配管44以及吸引孔42对层叠体20实施真空吸引。换句话说,沿层叠方向吸引存在于层叠体20内的间隙的空气。在层叠体20内的间隙形成负压的状态下,从添加装置50向各两股部21e供给添加剂23。这样一来,沿层叠体20的层叠方向从第4增强纤维束层14朝向第I增强纤维束层11拉动供给至两股部21e的添加剂23。换句话说,从两股部21e朝向第I以及第2横穿线部21b、21c、以及折回部21a吸引添加剂23。其结果是,添加剂23进入两股部间隙R、结合线间隙T、以及线间隙S内,并附着于面向上述间隙的结合线21以及各增强纤维束Ila?14a。即,在层叠体20的整个层叠方向供给添加剂23。
[0041]接下来,如图4B所示,使用加热器52加热添加剂23。加热器52从层叠体20的上方加热层叠体20整体。这样一来,粘合剂熔融,从而利用粘合剂将添加剂23附着于面向各间隙R、S、T的防脱线22以及各增强纤维束Ila?14a。
[0042]接下来,如图4C所示,将附着有添加剂23的层叠体20载置于树脂传递模塑(RTM:Resin transfer molding)法所使用的成型模具53内。向该成型模具53内注入热固化性树脂并使之浸入层叠体20的各增强纤维束层11?14、结合线21、以及防脱线22,并且使之填充于两股部间隙R、线间隙S、结合线间隙T。接下来,加热热固化性树脂使之固化,从而形成基体树脂30。这样一来,基体树脂30在各增强纤维束层11?14、结合线21、以及防脱线22的周围固化,从而形成三维纤维增强复合材料10。
[0043]接下来,对三维纤维增强复合材料10的作用进行记载。
[0044]在制造层叠体20时,通过使结合线21沿层叠体20的层叠方向通过,而形成线间隙S、两股部间隙R、以及结合线间隙T。在制造层叠体20后,使基体树脂30浸入层叠体20并固化时,在成为树脂聚集部的各间隙R、S、T存在添加剂23,因此基体树脂30在各间隙R、S、T中所占的比例降低。即便由于热固化性树脂的固化收缩等而在树脂聚集部内产生内部应力,也利用添加剂23缓和该内部应力。
[0045]根据上述实施方式,能够获得如下效果。
[0046](I)在利用结合线21沿层叠方向结合的层叠体20中,在形成于结合线21的周围的两股部间隙R、线间隙S、以及结合线间隙T,配置有基体树脂30和添加剂23这两者。因此,在形成基体树脂30时,即便在由各间隙R、S、T形成的树脂聚集部内产生内部应力,也利用添加剂23缓和该内部应力。因此,抑制在三维纤维增强复合材料10中结合线21的周边亦即两股部间隙R、线间隙S、以及结合线间隙T产生裂缝的情况。
[0047](2)以使添加剂23与粘合剂加在一起的体积为两股部间隙R的体积的10?50%的方式将添加剂23附着于层叠体20。通过设定添加剂23的添加量(附着量)的下限,来防止基于添加剂23的应力缓和功能的降低,从而能够抑制在两股部间隙R、线间隙S、以及结合线间隙T产生裂缝的情况。另外,通过设定添加剂23的添加量(附着量)的上限,来防止基体树脂30在各间隙R、S、T中的量减少的情况,从而能够抑制三维纤维增强复合材料10的机械强度的
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