纖維強化復(fù)合材料及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及包含強化纖維和熱塑性樹脂的纖維強化復(fù)合材料及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]包含強化纖維和基體樹脂(以下稱為樹脂)的纖維強化復(fù)合材料，與金屬材料相比重量輕，并且，由于包含強化纖維而與樹脂材料相比機械強度和彈性模量高，因此是近年來受到關(guān)注的材料。
[0003]例如，作為纖維強化復(fù)合材料之一的片狀模塑料(sheet molding compound)等不規(guī)則地排列有強化纖維的纖維強化復(fù)合材料，與強化纖維使用了紡織狀的強化纖維的材料相比成形性好，因此能夠容易地得到復(fù)雜形狀的成形體，生產(chǎn)率也高。
[0004]但是，這樣的纖維強化復(fù)合材料由于強化纖維不規(guī)則地排列，因此與使用了紡織狀強化纖維的材料相比機械強度低。由此，隨著如上所述將成形體成形為更復(fù)雜的形狀，有時也會在結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)剛性不足的部位。另外，根據(jù)成形體的應(yīng)用部位不同，有時也會在成形體的一部分受到局部性的載荷。這樣的情況下，為防止成形體的損傷，需要對成形體的發(fā)生剛性不足的部位、以及負載載荷發(fā)揮作用的部位進行部分性地增強。
[0005]鑒于這樣的情況，提出了例如下述纖維強化復(fù)合材料9及其制造方法，如圖9 (a)、(b)所示，準(zhǔn)備包含紡織纖維基材91和熱塑性樹脂的第I復(fù)合材料92作為增強材料，并將該第I復(fù)合材料92與第2復(fù)合材料95通過熱壓等進行了接合，所述第2復(fù)合材料95包含不規(guī)則地排列的強化纖維93和熱塑性樹脂94 (例如參照專利文獻I)。這樣，根據(jù)纖維強化復(fù)合材料，能夠通過部分地配置紡織纖維基材91來提高其強度。
[0006]在先技術(shù)文獻
[0007]專利文獻1:日本特表2005-538864號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]但是，第I復(fù)合材料92與第2復(fù)合材料95的界面96是介由構(gòu)成這些復(fù)合材料的熱塑性樹脂彼此而接合的，因此界面96的密合強度成為熱塑性樹脂的強度本身。在彎曲應(yīng)力等應(yīng)力作用于纖維強化復(fù)合材料9的情況下，在第I復(fù)合材料92與第2復(fù)合材料95的界面，容易發(fā)生兩者的剝離，有時得不到由第2復(fù)合材料95帶來的充分的增強效果。
[0009]本發(fā)明是鑒于這樣的情況而完成的，其目的是提供一種能夠提高第I復(fù)合材料層和第2復(fù)合材料層的密合強度的纖維強化復(fù)合材料及其制造方法，所述第I復(fù)合材料層具有被配置為強化纖維束進行交叉的纖維基材，所述第2復(fù)合材料層具有不規(guī)則地排列的第2強化纖維。
[0010]本發(fā)明是為解決上述課題而完成的，其目的在于，本發(fā)明涉及的纖維強化復(fù)合材料，具備:具有纖維基材和第I熱塑性樹脂的第I復(fù)合材料層，所述纖維基材被配置為第I強化纖維并絲而成的強化纖維束進行交叉，所述第I熱塑性樹脂至少浸滲于各強化纖維束中；以及第2復(fù)合材料層，其在第2熱塑性樹脂內(nèi)不規(guī)則地排列有第2強化纖維，所述纖維強化復(fù)合材料是所述第I復(fù)合材料層和所述第2復(fù)合材料層接合而成的，在所述第I復(fù)合材料層的表面之中至少與所述第2復(fù)合材料層接合的表面形成有多個孔，所述第2強化纖維和所述第2熱塑性樹脂進入到各孔中。
[0011]根據(jù)本發(fā)明，第2強化纖維和第2熱塑性樹脂進入到在與第2復(fù)合材料層接合的表面形成的各孔中，因此進入到各孔中的第2強化纖維和第2熱塑性樹脂，作為將第I復(fù)合材料層與第2復(fù)合材料層的界面系緊的錨栓(楔子)發(fā)揮作用。通過這樣的錨栓效果，能夠抑制在第I復(fù)合材料層與第2復(fù)合材料層的界面的剝離。
[0012]在此，纖維基材只要形成有多個孔，則可以是平紋、斜紋、緞紋等的紡織基材，也可以是將強化纖維束(第I強化纖維)在單一方向上并絲而成的基材(片材)彼此層疊為以規(guī)定的角度相鄰的基材的強化纖維彼此交叉的纖維基材。另外，本發(fā)明中提到的第I復(fù)合材料層，可以是在將強化纖維束通過例如交織而制造了纖維基材后，浸滲第I熱塑性樹脂的復(fù)合材料層，或者也可以是準(zhǔn)備事先在強化纖維束中浸滲了第I熱塑性樹脂的例如帶狀的復(fù)合基材(預(yù)浸材料)，使構(gòu)成該復(fù)合基材的強化纖維束交叉而將復(fù)合基材彼此交織地進行配置的復(fù)合材料層。
[0013]作為更優(yōu)選的方式，所述纖維基材通過包含由所述強化纖維束交織而成的紡織基材，并在該紡織基材的強化纖維束間設(shè)置間隙，來形成所述多個孔。根據(jù)該方式，通過在紡織基材的強化纖維束間設(shè)置間隙而形成有多個孔，因此強化纖維束的第I強化纖維即使在孔的周圍也不被切斷地連續(xù)。這樣的結(jié)果，能夠提高第I復(fù)合材料層與第2復(fù)合材料層的密合性，并且保持纖維強化復(fù)合材料的強度。
[0014]作為進一步優(yōu)選的方式，所述纖維基材是將由所述強化纖維束交織而成的紡織基材層疊的結(jié)構(gòu)，通過使該多個紡織基材之中與所述第2復(fù)合材料層接合的紡織基材的強化纖維束間的間隙比其它紡織基材的強化纖維束間的間隙大，來形成所述多個孔。
[0015]根據(jù)該方式，通過第2強化纖維和第2熱塑性樹脂進入到與第2復(fù)合材料層接合的紡織基材的多個孔中，能夠確保第I復(fù)合材料層與第2復(fù)合材料層的密合性。另一方面，在其它紡織基材中，相比于與第2復(fù)合材料層接合的紡織基材，位于纖維強化復(fù)合材料表面?zhèn)鹊膹娀w維束(第I強化纖維)更加緊密地排列，因此能夠提高纖維強化復(fù)合材料的強度。
[0016]在此，本發(fā)明中提到的「使與所述第2復(fù)合材料層接合的紡織基材的強化纖維束間的間隙比其它紡織基材的強化纖維束間的間隙大」也包括:在與第2復(fù)合材料層接合的紡織基材中，只要通過在相鄰的強化纖維束間至少設(shè)置間隙來形成多個孔即可，而在其它紡織基材的相鄰的強化纖維束間實質(zhì)沒有間隙。再者，即使在這樣的情況下，也處于在上述的構(gòu)成紡織基材的強化纖維束中浸滲有第I熱塑性樹脂的狀態(tài)。
[0017]另外，作為另一優(yōu)選方式，所述各孔是將第I復(fù)合材料層貫通了的貫通孔。根據(jù)該方式，使各孔成為貫通孔，由此在制造時，在第I復(fù)合材料層中通過孔加工等，容易將多個孔成形。
[0018]作為本發(fā)明，以下也公開了纖維強化復(fù)合材料的制造方法。本發(fā)明涉及的纖維強化復(fù)合材料的制造方法，是通過將具有纖維基材和第I熱塑性樹脂的第I復(fù)合材料、與第2復(fù)合材料進行接合來制造纖維強化復(fù)合材料的方法，所述纖維基材被配置為第I強化纖維并絲而成的強化纖維束進行交叉，所述第I熱塑性樹脂至少浸滲于各強化纖維束中，所述第2復(fù)合材料在第2熱塑性樹脂內(nèi)不規(guī)則地排列有第2強化纖維，所述纖維強化復(fù)合材料的制造方法的特征在于，作為所述第I復(fù)合材料，使用在與所述第2復(fù)合材料接合的表面形成有多個孔的復(fù)合材料，在將所述第I復(fù)合材料與所述第2復(fù)合材料進行接合時，至少使所述第2熱塑性樹脂軟化并對所述第I復(fù)合材料和所述第2復(fù)合材料加壓，使得所述第2強化纖維和所述第2熱塑性樹脂進入到所述各孔中。
[0019]根據(jù)本發(fā)明，在將第I復(fù)合材料與第2復(fù)合材料進行接合時，至少使第2熱塑性樹脂軟化并對第I復(fù)合材料和第2復(fù)合材料加壓。第2強化纖維是在第2復(fù)合材料的內(nèi)部不規(guī)則地排列的強化纖維，因此容易與第2熱塑性樹脂一起進入到第I復(fù)合材料的各孔中。這樣，進入到各孔中的第2強化纖維和第2熱塑性樹脂，作為將第I復(fù)合材料與第2復(fù)合材料的界面系緊的錨栓發(fā)揮作用，因此能夠得到第I復(fù)合材料與第2復(fù)合材料的密合性高的纖維強化復(fù)合材料。
[0020]作為進一步優(yōu)選的方式，在制造所述第I復(fù)合材料時，通過在所述纖維基材的強化纖維束間設(shè)置間隙，將所述強化纖維束交織，由此將所述多個孔成形。
[0021]根據(jù)該方式，能夠在制造紡織基材來作為纖維基材的同時，在該紡織基材形成多個孔。這樣得到的強化纖維束的第I強化纖維即使在孔的周圍也不被切斷地連續(xù)，因此能夠保持第I復(fù)合材料的強度。
[0022]作為進一步優(yōu)選的方式，通過將強化纖維束交織而成的紡織基材層疊多個來制造所述纖維基材，用所述強化纖維束將所述各紡織基材交織，使得所述多個紡織基材之中與所述第2復(fù)合材料接合的紡織基材的強化纖維束間的間隙比其它紡織基材的強化纖維束間的間隙大，由此將所述多個孔成形。
[0023]根據(jù)該方式，所得到的纖維強化復(fù)合材料，通過第2強化纖維和第2熱塑性樹脂進入到與第2復(fù)合材料接合的紡織基材的多個孔中，能夠確保第I復(fù)合材料與第2復(fù)合材料的密合性。另一方面，在其它紡織基材中，相比于與第2復(fù)合材料接合的紡織基材，位于纖維強化復(fù)合材料表面?zhèn)鹊膹娀w維束(第I強化纖維)更加緊密地排列，因此能夠提高纖維強化復(fù)合材料的強度。
[0024]另外，只要能夠在紡織基材中具有上述的間隙，優(yōu)選在交織前的強化纖維束中浸滲有第I熱塑性樹脂，但也可以在交織而成的紡織基材中不堵塞各孔地浸滲(含有)第I熱塑性樹脂。
[0025]作為進一步優(yōu)選的方式，在制造所述第I復(fù)合材料時，通過對貫通所述纖維基材那樣的孔進行加工，由此將所述多個孔成形。根據(jù)該方式，