[发明专利]梁材的制造方法和制造装置

说明书

技术领域

本发明涉及由增强纤维基材形成的梁材的制造方法及制造装置。更详细地说，本发明涉及高效地制造作为增强材料填充在与梁材的长度方向垂直的截面中的楔状空隙中的、由纤维结构体形成的填料成型体的方法及装置。

背景技术

由于将碳纤维或玻璃纤维、芳香族聚酰胺纤维用作增强纤维的、碳纤维增强塑料(CFRP)和玻璃纤维增强塑料(GFRP)轻质且具有高的耐久性，所以作为构成汽车或航空器、船舶、建筑部件等的各种结构部件是理想的材料。

作为将这些增强纤维塑料(FRP)成型的方法，例如有高压釜成型法，所述高压釜成型法在高压釜(压力釜)中对层合了由增强纤维和高韧性的环氧树脂形成的预浸片材而成的层合体进行加压和/或加热使其固化。此外，还熟知有树脂传递成型方法(下面简称为RTM)和真空RTM成型方法等，所述树脂传递成型方法将层合有多片不含浸基质树脂的、干的增强纤维片材而成的结构(有时称为预成型体)配置于成型模中，向该成型模内注入低粘度的液态基质树脂，从而使基质树脂含浸于增强纤维使复合材料成型。

如上所述在将层合有各种增强纤维片材的增强纤维基材组合来制造梁材时，在成对的增强纤维基材间(具有弯曲部的两个增强纤维基材的分支部)产生空隙。这是因为：在使增强纤维基材弯曲时，由于纤维的刚性高，难以使增强纤维基材完全按直角变形。

例如在利用RTM成型方法或真空RTM成型方法制作截面为T形的梁材时，从制作上的理由考虑，如图1所示，将2个L形状的增强纤维基材10a、10b、与1个平板状的增强纤维基材10c结合，形成T形梁材的预成型体11。这时，在2个L形状的部件与平板状部件的结合体的分支部(相当于L形状的增强纤维基材的弯曲部的部分)形成楔形的空隙12。若在保持保留该楔形空隙的状态下向T形梁材的预成型体中注入树脂，则得到上述空隙中富含树脂的成型品。当将上述成型品应用于航空器的机翼等时，当有大的拉力负载作用时，在富含树脂的空隙处，发生刚性不足、接合强度不足等问题，可能会成为断裂的起点。此外，也考虑到如下情况：由于成型时的树脂注入的压力而扰乱分支部的纤维，或局部产生预成型体的空隙率差别，因此作为成型品的内部缺陷的空隙(void)产生于富含树脂的空隙中。

为了避免上述成型时的缺陷和强度降低，有必要在预成型体的制造阶段预先对上述空隙部分进行增强。作为增强方法，已经熟知有将由纤维结构体形成的棒状预赋型体(填料成型体)填充于空隙并进行成型的方法。例如已经公开了涉及棒状预赋型体(填料成型体)及其制造方法的发明，所述棒状预赋型体是将芯材和外覆部件一体化而得到的，所述芯材由集束而成的2根以上的连续丝条的集合体形成的且其横截面为楔状，所述外覆部件由以与芯材的外周面密合的方式覆盖该外周面的、编织成筒状的连续丝条形成(专利文献1)。

如果将该方法应用于壁厚均匀、截面形状一定、楔状空隙在长度方向上一定的梁材，则没有问题。但是，例如在单悬臂中使用时，有时要求厚度在长度方向上变化(越靠近顶端部厚度越薄)的梁材。这时，空隙的截面随着梁材的壁厚变化而连续或阶段地变化，因而产生问题。原因在于，对于填充楔状的空隙的填料成型体来说，使其截面积在长度方向上变化是困难的。而且，当使用截面积一定的填料成型体时，由于随着位置的不同，空隙残留较多、或相反地空隙的截面所含的增强纤维的密度过量，所以容易发生强度降低或剥离问题。

作为解决此问题的方法，已经公开了一种制造可适用于各种截面及形状的空隙部的棒状预赋型体(填料成型体)的制造方法和制造装置，所述制造方法准备考虑了填料成型体的截面积变化的切割图案(cut pattern)的基材，利用拼合模结构的模将该基材沿长度方向拉出，同时缓缓地取出拼合模，从而制造上述棒状预赋型体(专利文献2)。

然而，在该发明中，尤其是在制造空隙的截面在长度方向上连续地变化多次的梁材的预成型体时，为了使填料成型体的截面积变化，而必须要准备多个模(拼合模)。因此，用于制作填料成型体的设备成本增大，作业工序变得极复杂。此外，当制造多种梁材的预成型体时，必须要制作与每种预成型体的空隙相符的填料成型体，每次都必须准备或更换模，所以比较烦琐，效率较低。

专利文献1：专利第3549271号公报

专利文献2：日本特开2007-1299号公报

发明内容