Многослойный лист армирующих волокон, армированное волокнами полимерное формованное изделие и способ получения многослойного листа армирующих волокон - RU2735685C2

Чертежи

Показать все 9 чертежа(ей)

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Настоящее изобретение относится к многослойному листу армирующих волокон, армированному волокнами полимерному формованному изделию, полученному из многослойного листа армирующих волокон и матричной смолы, и к способу получения многослойного листа армирующих волокон.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Армированные волокнами пластики (FRP), в частности, армированные углеродными волокнами пластики (CFRP), изготовленные из углеродных волокон, являются легкими и имеют превосходные механические свойства, такие как прочность и жесткость. Поэтому в недавние годы материалы FRP на основе их свойств во все возрастающей степени применяются в транспортных устройствах, в аэрокосмической технике, в автомобилях и тому подобных, в изделиях для спорта, в промышленности, и тому подобных вариантах применения.

[0003] В качестве репрезентативных способов изготовления FRP известны автоклавное формование, трансферное формование пластмасс (RTM) и трансферное формование пластмасс с помощью вакуума (VaRTM). До сих пор автоклавное формование с использованием препрега применялось для получения деталей для самолетов, которые в особенности должны иметь высокие надежность и качество. В этом способе, например, препреги, сформированные из группы пучков армирующих волокон, которые размещены по одному направлению и предварительно импрегнированы матричной смолой, наслаиваются в пресс-форме, при необходимости покрываются материалом мешка, и подвергаются нагреванию и прессованию в автоклаве с образованием формованного изделия, сделанного из FRP.

[0004] В недавние годы, в стадии наслоения препрегов использовалась машина для автоматизированной выкладки ленты (ATL) для наслоения нарезанных узких препрегов. Целью применения машины ATL является автоматизация стадии ламинирования и улучшение выхода материала, в особенности для деталей, не очень неровных и имеющих форму с широкой поверхностью. Однако эту машину затруднительно использовать для непрямой детали или детали, имеющей сложную трехмерную форму. По этой причине были предприняты попытки деформировать многослойные препреги с использованием формы для вакуумного формования с механической вытяжкой, приспособленной к желательному контуру. Однако препреги не имеют достаточной деформируемости для создания точной неровной или сложной трехмерной формы, поскольку импрегнированная матричная смола связывает армирующие волокна друг с другом. Это приводит к образованию складок и оказывает вредное влияние на механические характеристики.

[0005] Кроме того, для получения авиационных деталей формованием с использованием препрегов, как правило, требуется дорогостоящее автоклавное оборудование. В частности, для получения формованием крупноразмерных деталей, таких как основные крылья и хвостовые крылья, используется огромный автоклав, и затруднительно сократить затраты на изготовление.

[0006] Поэтому было исследовано применение технологий RTM и VaRTM, для которых не требуется крупноразмерный автоклав, и может быть сокращена продолжительность цикла. В этих способах формования изготовленное из FRP формованное изделие получается размещением в пресс-форме многослойной заготовки из подложек, таких как сухая ткань, не пропитанная матричной смолой, или из формуемого прекурсора, называемого преформой, которая получается дополнительным вакуумным формованием многослойной заготовки до желательной формы, зажиманием пресс-формы, и затем нагнетанием маловязкой жидкой матричной смолы в пресс-форму для пропитки армирующего волокна матричной смолой. Подложки, которые были использованы в этих способах формования, такие как сухая ткань, представляют собой текстильные подложки, полученные тканием пучков армирующих волокон с образованием полотняного переплетения или саржевого переплетения, и разглаженные подложки, полученные сцеплением выровненных параллельно пучков армирующих волокон таким способом, как сшивание с помощью вспомогательной нити для сохранения формы. Обе из этих подложек представляют собой армированные волокнами подложки, имеющие форму, в которой предварительно изготовленные пучки армирующих волокон, смежные друг с другом в поверхности ткани, предварительно связываются между собой для объединения, и пучки армирующих волокон являются непрерывными в продольном направлении с постоянной шириной и неизменным базовым весом. Тем самым в этих подложках армирующие волокна непрочно связаны друг с другом матричной смолой. Поэтому эти подложки имеют такие характеристики, что они могут быть деформированы до желательной формы, даже если она представляет собой сложную трехмерную форму, такую как изогнутая форма или непрямая форма, более легко, чем это позволяют препреги, и могут предотвращать образование морщин, которые оказывают вредное влияние на механические свойства, если подложки надлежащим образом подвергнуты вакуумному формованию.

[0007] Кроме того, в недавние годы, также в RTM и VaRTM, привлекла внимание автоматизированная выкладка волокон (AFP) с последовательным размещением армирующих волокон с необходимыми длинами только в положениях, где армирующие волокна требуются для образования армированной волокнами подложки, как способ, который имеет высокую производительность и способен значительно сократить количество отходов армирующих волокон.

[0008] В технологии AFP сухие пучки армирующих волокон размещаются с образованием листообразной формы, например, выстраиванием сухих пучков армирующих волокон в одном направлении с планарной формой, с образованием одного слоя пучков армирующих волокон, и связыванием соседних пучков армирующих волокон друг с другом, или ламинированием многочисленных слоев из пучков армирующих волокон и связыванием слоев между собой. Были предприняты попытки соединять пучки армирующих волокон (слои пучков армирующих волокон) в форме листа путем соединения посредством смолы, соединением путем сшивания с использованием шовной нити, и тому подобным образом.

[0009] Например, Патентный Документ 1 раскрывает способ формования пучков армирующих волокон в листовую форму размещением многочисленных пучков армирующих волокон по одному направлению в предварительно заданном положении листообразной базовой подложки, и беспорядочным присоединением пучков армирующих волокон к базовой подложке. Способ обеспечивает возможность встраивания пучков армирующих волокон в лист армирующих волокон на основе присоединения пучков армирующих волокон к базовой подложке.

[0010] Между тем, не считая AFP, как раскрыто в Патентном Документе 2, известна армированная волокнами подложка, включающая фиксирующий материал, изготовленный из материала термопластичной смолы, размещенный между слоем однонаправленных армирующих волокон и еще одним слоем однонаправленных армирующих волокон, имеющим иную ориентацию волокон, нежели ориентация волокон вышеупомянутого слоя армирующих волокон, с термическим сплавлением слоев армирующих волокон друг с другом.

[0011] Кроме того, как средство для связывания слоев армирующих волокон между собой, например, как раскрыто в Патентном Документе 3, известен способ частичного скрепления между собой слоев армирующих волокон, каждый из которых имеет фиксирующий материал, чтобы улучшить деформируемость армированного волокнами многослойного материала.

[0012] Раскрытые в Патентных Документах 2 и 3 способы эффективны для многослойного материала из текстильных подложек, в которых смежные пучки армирующих волокон связаны друг с другом уточной нитью, вспомогательной нитью, или тому подобной.

ПРОТОТИПНЫЕ ДОКУМЕНТЫ

ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ

[0013]

Патентный Документ 1: Публикация Японской выложенной патентной заявки № 2014-159099

Патентный Документ 2: Публикация Японской выложенной патентной заявки № 2009-235182

Патентный Документ 3: Публикация Японской выложенной патентной заявки № 2007-276453

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ПРОБЛЕМЫ, РАЗРЕШАЕМЫЕ ИЗОБРЕТЕНИЕМ

[0014] Однако в листе армирующих волокон, изготовленном раскрытым в Патентном Документе 1 способом, хотя базовая подложка имеет щели, лист армирующих волокон имеет относительно низкую пригодность к вакуумному формованию с механической вытяжкой, и не способен быть надлежащим образом сформованным без образования морщин или складок армирующих волокон, как это требуется для сложной трехмерной формы, имеющей обширную изогнутую поверхность. Способ также связан с такой проблемой, что должна использоваться ненужная базовая подложка независимо от формованного изделия.

[0015] Способы, раскрытые в Патентных Документах 2 и 3, не могут быть использованы для объединения пучков армирующих волокон, которые размещены способом AFP и не связаны непосредственно друг с другом с образованием листа из пучков армирующих волокон. В этих способах листы, в которых соседние волокна связаны друг с другом переплетенной структурой, только частично скреплены между собой, и эти способы никоим образом не обеспечивают достижения цели фиксирования между собой «выстроенных смежных армирующих волокон, которые отличаются друг от друга по длине», что является специфическим для листов, полученным способом AFP. Другими словами, эти патентные документы не раскрывают никаких средств достижения цели соединения несвязанных пучков армирующих волокон друг с другом с надлежащей силой сцепления для вакуумного формования пучков армирующих волокон без нарушения ориентации волокон и без образования морщин или складок армирующих волокон, что является характерным в случае связывания друг с другом слоев из пучков армирующих волокон, полученных способом AFP. Поэтому многослойный лист армирующих волокон, имеющий достаточную пригодность к вакуумному формованию, не может быть получен даже на основе этих патентных документов.

[0016] Как было описано выше, ранее было невозможно сформировать многослойный лист армирующих волокон, имеющий достаточную пригодность к вакуумному формованию, который получен соединением несвязанных пучков армирующих волокон друг с другом с надлежащей силой сцепления без применения любой другой подложки, такой как базовая подложка, и пригоден для вакуумного формования без нарушения ориентации волокон и без образования морщин или складок армирующих волокон.

[0017] Кроме того, как только для улучшения пригодности к вакуумному формованию ослабляется сила сцепления между пучками армирующих волокон, пучки армирующих волокон легко смещаются или отслаиваются друг от друга так, что не может сохраняться форма многослойного листа армирующих волокон. В результате этого невозможно использовать пучки армирующих волокон в качестве листа армирующих волокон, поскольку лист армирующих волокон не может быть направлен на последующие стадии, или же на листе армирующих волокон возникают морщины или складки, или пучки армирующих волокон отделяются друг от друга после того, как лист был подвергнут вакуумному формованию с механической вытяжкой. Разумеется, даже если такой лист армирующих волокон сформован способом RTM, морщины и тому подобные остаются в листе армирующих волокон, и абсолютно невозможно получить желательные механические свойства.

[0018] Поэтому, принимая во внимание состояние технологии, как описанное выше, цель настоящего изобретения состоит в создании многослойного листа армирующих волокон, пригодного к обработке в качестве листа благодаря связыванию соседних пучков армирующих волокон, которые не является непосредственно соединенными друг с другом, и также пригодного к деформированию сообразно конфигурации пресс-формы при вакуумном формовании, в то же время с сохранением формы листа, и способа изготовления многослойного листа армирующих волокон. Еще одной целью настоящего изобретения является создание, с использованием многослойного листа армирующих волокон, армированного волокнами полимерного формованного изделия, которое не имеет дефектов, таких как морщины, образующиеся во время вакуумного формования с механической вытяжкой, и имеет превосходные свойства формованного изделия.

СРЕДСТВА РАЗРЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ

[0019] Было исследовано применение связующего материала на основе смолы в качестве фиксирующего материала для связывания между собой слоев из пучков волокон способом AFP. Однако достижение противоречивых характеристик пригодности к вакуумному формованию и стабильности формы листа сочетанием традиционных технологий оказывается затруднительным.

[0020] Тогда в результате обстоятельных исследований авторы настоящего изобретения нашли, что можно получить многослойный лист армирующих волокон, превосходно пригодный как для вакуумного формования с механической вытяжкой, так и имеющий превосходную стабильность формы листа, фиксированием в заданной форме, причем фиксирующий элемент находится между слоями однонаправленных пучков армирующих волокон, которые размещены так, что имеют отличающиеся друг от друга ориентации волокон. «Фиксирующий элемент» подразумевает фиксирующий материал, предназначенный для фиксирования среди фиксирующих материалов, присутствующих между слоями пучков армирующих волокон.

[0021] Настоящее изобретение для разрешения вышеуказанных проблем принимает следующие конфигурации. То есть, настоящее изобретение является следующим.

(1) Многослойный лист армирующих волокон, включающий: первый слой пучков армирующих волокон и второй слой пучков армирующих волокон, каждый из которых сформирован из многочисленных пучков армирующих волокон, выстроенных по одному направлению, которые размещены имеющими отличающиеся друг от друга ориентации волокон, и в которых пучки армирующих волокон в одном слое не имеют непосредственной силы сцепления между собой, причем первый слой пучков армирующих волокон и второй слой пучков армирующих волокон скреплены друг с другом фиксирующим элементом так, что первый слой пучков армирующих волокон и второй слой пучков армирующих волокон соединены друг с другом, причем многослойный лист армирующих волокон удовлетворяет следующим условиям (i) и (ii):

(i) многослойный лист армирующих волокон имеет один или многие фиксирующие участки, каждый из которых включает по меньшей мере один фиксирующий элемент на поверхности скрепления между первым слоем пучков армирующих волокон и вторым слоем пучков армирующих волокон, и фиксирующие участки имеют среднюю площадь S₁ 100 мм² или менее; и

(ii) на каждом из фиксирующих участков доля площади фиксирующего элемента в фиксирующем участке составляет 0,1% или более и 80% или менее.

(2) Многослойный лист армирующих волокон, включающий: первый слой пучков армирующих волокон и второй слой пучков армирующих волокон, каждый из которых сформирован из многочисленных пучков армирующих волокон, выстроенных по одному направлению, которые размещены имеющими отличающиеся друг от друга ориентации волокон, и в которых пучки армирующих волокон в одном слое не имеют непосредственной силы сцепления между собой, причем первый слой пучков армирующих волокон и второй слой пучков армирующих волокон скреплены друг с другом фиксирующим элементом так, что первый слой пучков армирующих волокон и второй слой пучков армирующих волокон соединены друг с другом, причем многослойный лист армирующих волокон удовлетворяет следующим условиям (i) и (iii):

(i) многослойный лист армирующих волокон имеет один или многие фиксирующие участки, каждый из которых включает по меньшей мере один фиксирующий элемент на поверхности скрепления между первым слоем пучков армирующих волокон и вторым слоем пучков армирующих волокон, и фиксирующие участки имеют среднюю площадь S₁ 100 мм² или менее; и

(iii) фиксирующий элемент представляет собой частицу или фиксирующий материал в форме скопления волокон, которые расплавляются.

(3) Многослойный лист армирующих волокон согласно пункту (1) или (2), имеющий фиксирующую область, включающую по меньшей мере один из фиксирующих участков на поверхности скрепления между первым слоем пучков армирующих волокон и вторым слоем пучков армирующих волокон, причем доля площади фиксирующей области в многослойном листе армирующих волокон составляет 30% или более и 100% или менее.

(4) Многослойный лист армирующих волокон согласно любому из пунктов (1)-(3), имеющий по меньшей мере одну фиксирующую область, в которой доля площади одного или многих фиксирующих участков в фиксирующей области составляет 1% или более и 50% или менее.

(5) Многослойный лист армирующих волокон согласно любому из пунктов (1)-(4), дополнительно удовлетворяющий следующему условию (iv):

(iv) многослойный лист армирующих волокон имеет фиксирующую область, в которой центры фиксирующих участков размещены в виде многоугольной сетки.

(6) Многослойный лист армирующих волокон согласно любому из пунктов (1)-(5), дополнительно удовлетворяющий следующему условию (v):

(v) центры фиксирующих участков размещаются в виде регулярной многоугольной сетки, имеющей длину L₁ стороны (мм), и длина L₁ (мм) удовлетворяет следующему выражению (1):

1≤L₁≤50 (1)

(7) Армированное волокнами полимерное формованное изделие, включающее: многослойный лист армирующих волокон согласно любому из пунктов (1)-(6); и матричную смолу.

(8) Способ изготовления многослойного листа армирующих волокон, причем способ включает следующие стадии от (а) до (с):

(а) стадия размещения первого слоя пучков армирующих волокон, состоящая в размещении многочисленных пучков армирующих волокон, выровненных по одному направлению, на столе с образованием первого слоя пучков армирующих волокон, в котором пучки армирующих волокон в одном слое не имеют непосредственной силы сцепления между собой;

(b) стадия размещения второго слоя пучков армирующих волокон, состоящая в дополнительном размещении на первом слое пучков армирующих волокон многочисленных пучков армирующих волокон, выровненных по одному направлению, которое отличается от направления волокон первого слоя пучков армирующих волокон, с образованием второго слоя пучков армирующих волокон, в котором пучки армирующих волокон в одном слое не имеют непосредственной силы сцепления между собой, и тем самым формирования многослойного материала из армирующих волокон; и

(с) стадия формирования листа, состоящая в получении многослойного листа армирующих волокон, удовлетворяющего следующим условиям (i) и (ii), с использованием устройства для формирования листа с частичным нагреванием и/или спрессовыванием многослойного материала из армирующих волокон посредством выступов на поверхности в контакте с многослойным материалом из армирующих волокон, для расплавления фиксирующего материала между первым слоем пучков армирующих волокон и вторым слоем пучков армирующих волокон:

(i) многослойный лист армирующих волокон имеет один или многие фиксирующие участки, каждый из которых включает по меньшей мере один фиксирующий элемент на поверхности скрепления между первым слоем пучков армирующих волокон и вторым слоем пучков армирующих волокон, и фиксирующие участки имеют среднюю площадь S₁ 100 мм² или менее; и

(ii) на каждом из фиксирующих участков доля площади фиксирующего элемента в фиксирующем участке составляет 0,1% или более и 80% или менее.

(9) Способ изготовления многослойного листа армирующих волокон, причем способ включает следующие стадии от (а) до (с):

(а) стадия размещения первого слоя пучков армирующих волокон, состоящая в размещении многочисленных пучков армирующих волокон, выровненных по одному направлению, на столе с образованием первого слоя пучков армирующих волокон, в котором пучки армирующих волокон в одном слое не имеют непосредственной силы сцепления между собой;

(b) стадия размещения второго слоя пучков армирующих волокон, состоящая в дополнительном размещении на первом слое пучков армирующих волокон многочисленных пучков армирующих волокон, выровненных по одному направлению, которое отличается от направления волокон первого слоя пучков армирующих волокон, с образованием второго слоя пучков армирующих волокон, в котором пучки армирующих волокон в одном слое не имеют непосредственной силы сцепления между собой, и тем самым формирования многослойного материала из армирующих волокон; и

(с) стадия формирования листа, состоящая в получении многослойного листа армирующих волокон, удовлетворяющего следующим условиям (i) и (iii), с использованием устройства для формирования листа с частичным нагреванием и/или спрессовыванием многослойного материала из армирующих волокон посредством выступов на поверхности в контакте с многослойным материалом из армирующих волокон, для расплавления фиксирующего материала между первым слоем пучков армирующих волокон и вторым слоем пучков армирующих волокон:

(i) многослойный лист армирующих волокон имеет один или многие фиксирующие участки, каждый из которых включает по меньшей мере один фиксирующий элемент на поверхности скрепления между первым слоем пучков армирующих волокон и вторым слоем пучков армирующих волокон, и фиксирующие участки имеют среднюю площадь S₁ 100 мм² или менее; и

(iii) фиксирующий элемент представляет собой частицу или фиксирующий материал в форме скопления волокон, которые расплавляются.

(10) Способ изготовления многослойного листа армирующих волокон согласно пункту (8) или (9), включающий следующую стадию (а1) между стадиями (а) и (b):

(а1) стадия размещения фиксирующего материала, состоящая в размещении фиксирующего материала на первом слое пучков армирующих волокон.

(11) Способ изготовления многослойного листа армирующих волокон согласно любому из пунктов (8)-(10), в котором пучки армирующих волокон в стадии (а) и/или стадии (b) представляют собой пучки армирующих волокон, к которым присоединен фиксирующий материал.

(12) Способ изготовления многослойного листа армирующих волокон согласно любому из пунктов (8)-(11), в котором многослойный лист армирующих волокон имеет фиксирующую область, включающую по меньшей мере один из фиксирующих участков на поверхности скрепления между первым слоем пучков армирующих волокон и вторым слоем пучков армирующих волокон, причем доля площади фиксирующей области в многослойном листе армирующих волокон составляет 30% или более и 100% или менее.

(13) Способ изготовления многослойного листа армирующих волокон согласно пункту (12), в котором многослойный лист армирующих волокон имеет по меньшей мере одну фиксирующую область, в которой доля площади одного или многих фиксирующих участков в фиксирующей области составляет 1% или более и 50% или менее.

(14) Способ изготовления многослойного листа армирующих волокон согласно любому из пунктов (8)-(12), дополнительно удовлетворяющий следующему условию (iv):

(iv) многослойный лист армирующих волокон имеет фиксирующую область, в которой центры фиксирующих участков размещены в виде многоугольной сетки.

(15) Способ изготовления многослойного листа армирующих волокон согласно любому из пунктов (8)-(14), дополнительно удовлетворяющий следующему условию (v):

(v) центры фиксирующих участков размещаются в виде регулярной многоугольной сетки, имеющей длину L₁ стороны (мм), и длина L₁ (мм) удовлетворяет следующему выражению (1):

1≤L₁≤50 (1).

(16) Способ изготовления многослойного листа армирующих волокон согласно любому из пунктов (8)-(15), включающий следующую стадию (d) одновременно со стадией (с) или после нее:

(d) стадия формирования фиксирующей рамки, состоящая в формировании фиксирующей рамки по меньшей мере в части края многослойного листа армирующих волокон.

(17) Способ изготовления многослойного листа армирующих волокон согласно любому из пунктов (8)-(16), в котором стол имеет устройство для принятия и удерживания пучков армирующих волокон, и устройство действует по принципу электростатического притяжения и/или по принципу силы притяжения, создаваемой потоком воздуха.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0022] Многослойный лист армирующих волокон согласно настоящему изобретению проявляет высокую пригодность для вакуумного формования с механической вытяжкой, в то же время проявляя такую же степень стабильности формы, как и традиционная текстильная подложка.

[0023] В дополнение, соответственно способу изготовления многослойного листа армирующих волокон согласно настоящему изобретению, можно получить многослойный лист армирующих волокон согласно настоящему изобретению.

[0024] Кроме того, армированное волокнами полимерное формованное изделие согласно настоящему изобретению не имеет дефектов или тому подобных, обусловленных морщинами, образованными во время вакуумного формования, и имеет превосходные свойства формованного изделия.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0025]

Фиг. 1 представляет схематический вид, показывающий пример многослойного листа армирующих волокон согласно настоящему изобретению.

Фигуры 2а-2g представляют схематические виды, каждый из которых показывает пример сетки фиксирующих участков в настоящем изобретении.

Фиг. 3 представляет схематический вид, показывающий пример многослойного листа армирующих волокон согласно настоящему изобретению.

Фиг. 4 представляет блок-схему, показывающую один вариант исполнения способа изготовления многослойного листа армирующих волокон согласно настоящему изобретению.

Фиг. 5 представляет схематический вид для иллюстрации взаимосвязи между фиксирующими элементами, фиксирующими участками и фиксирующими областями согласно настоящему изобретению.

Фиг. 6 представляет блок-схему, показывающую еще один вариант исполнения способа изготовления многослойного листа армирующих волокон согласно настоящему изобретению.

Фиг. 7 представляет схематический перспективный вид профильной формы для простой детали, используемой в оценке пригодности многослойного листа армирующих волокон для вакуумного формования с механической вытяжкой согласно настоящему изобретению.

Фиг. 8 представляет перспективный вид модельной профильной формы 1, используемой в оценке пригодности многослойного листа армирующих волокон для вакуумного формования с механической вытяжкой согласно настоящему изобретению, а также свойств формованного изделия как армированного волокнами полимерного формованного изделия.

Фиг. 9 представляет перспективный вид модельной профильной формы 2, используемой в оценке пригодности многослойного листа армирующих волокон для вакуумного формования с механической вытяжкой согласно настоящему изобретению, а также свойств формованного изделия как армированного волокнами полимерного формованного изделия.

ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0026] Многослойный лист армирующих волокон согласно настоящему изобретению представляет собой многослойный лист армирующих волокон, включающий: первый слой пучков армирующих волокон и второй слой пучков армирующих волокон, каждый из которых сформирован из многочисленных пучков армирующих волокон, выстроенных по одному направлению, которые размещены имеющими отличающиеся друг от друга ориентации волокон, и в которых пучки армирующих волокон в одном слое не имеют непосредственной силы сцепления между собой, причем первый слой пучков армирующих волокон и второй слой пучков армирующих волокон скреплены друг с другом фиксирующим элементом так, что первый слой пучков армирующих волокон и второй слой пучков армирующих волокон соединены друг с другом, причем многослойный лист армирующих волокон удовлетворяет следующим условиям (i) и (ii) или (i) и (iii):

(i) многослойный лист армирующих волокон имеет один или многие фиксирующие участки, каждый из которых включает по меньшей мере один фиксирующий элемент на поверхности скрепления между первым слоем пучков армирующих волокон и вторым слоем пучков армирующих волокон, и фиксирующие участки имеют среднюю площадь S₁ 100 мм² или менее;

(ii) на каждом из фиксирующих участков доля площади фиксирующего элемента в фиксирующем участке составляет 0,1% или более и 80% или менее; и

(iii) фиксирующий элемент представляет собой частицу или фиксирующий материал в форме скопления волокон, которые расплавляются.

[0027] В настоящем изобретении «фиксирующий материал» означает смолу, которая присоединена к пучкам армирующих волокон и размягчается при нагревании. «Фиксирующий элемент» подразумевает фиксирующий материал, предназначенный для фиксирования среди фиксирующих материалов, присутствующих между первым и вторым слоями пучков армирующих волокон. Здесь среди фиксирующих материалов фиксирующие элементы, участвующие в скреплении, и фиксирующие материалы, не участвующие в скреплении, различимы следующим способом. Сначала слой пучков армирующих волокон, не имеющий фиксирующий материал, обследуют с использованием цифрового микроскопа (VHX-1000, производства фирмы Keyence Corporation) и используют в качестве контроля. Затем два слоя пучков армирующих волокон, которые составляют многослойный лист армирующих волокон, расслаивают с отделением друг от друга, и фиксирующие материалы, присоединенные к слоям пучков армирующих волокон, обследуют с помощью цифрового микроскопа (VHX-1000, производства фирмы Keyence Corporation). Изображения фиксирующих материалов, полученные вышеупомянутым способом, классифицируют на ситуацию, где выявлены следы фиксирующих материалов, присоединенных к слоям пучков армирующих волокон, имеющим отличающиеся друг от друга ориентации, и ситуацию, где такие следы не выявлены, и фиксирующие материалы в первом случае оцениваются как фиксирующие элементы. В качестве критерия для суждения ситуация, где сохраняется состояние, в котором фиксирующие материалы нанесены на поверхность скрепления, рассматривается как случай, где следы фиксирующих материалов, присоединенные к слоям пучков армирующих волокон, не распознаются. С другой стороны, ситуация, где на фиксирующих материалах остаются полосатые следы по направлению ориентации пучков армирующих волокон, рассматривается как случай, где распознаются следы фиксирующих материалов, присоединенные к слоям пучков армирующих волокон, имеющих отличающиеся друг от друга ориентации.

[0028] В настоящем изобретении «фиксирующий участок» подразумевает участок, определяемый согласно следующей процедуре.

1) Если расстояние между фиксирующим элементом и еще одним фиксирующим элементом составляет 1 мм или менее, эти фиксирующие элементы считаются непрерывными друг относительно друга.

2) Серия фиксирующих элементов, которые непосредственно или косвенно являются непрерывными друг относительно друга, рассматривается как группа фиксирующих элементов. Что касается фиксирующих элементов, которые не являются непрерывными друг относительно друга фиксирующими элементами, один фиксирующий элемент рассматривается как одна группа фиксирующих элементов.

3) Часть, окруженная самым маленьким кругом, включающим все фиксирующие элементы, принадлежащие к одной группе фиксирующих элементов, рассматривается как фиксирующий участок. Кроме того, рассчитываются площади кругов, определяемых как фиксирующие участки, и средняя площадь всех фиксирующих участков, находящихся в листе армирующих волокон, определяется как S₁.

[0029] В настоящем изобретении «фиксирующая область» подразумевает область, определяемую согласно следующей процедуре.

1) Если расстояние между фиксирующим участком и еще одним фиксирующим участком составляет 100 мм или менее, эти фиксирующие участки считаются непрерывными друг относительно друга.

2) Серия фиксирующих участков, которые непосредственно или косвенно являются непрерывными друг относительно друга, рассматривается как группа фиксирующих участков. Серия фиксирующих участков, состоящая из двух или менее фиксирующих участков, или серия фиксирующих участков, которая состоит из двух или более фиксирующих участков, и в которой все фиксирующие участки выстроены по одной прямой линии, не является группой фиксирующих участков.

3) Многоугольник, который получается соединением центров фиксирующих участков, принадлежащих к одной группе фиксирующих участков, по прямой линии, и который имеет самую большую площадь среди многоугольников, каждый из которых включает все фиксирующие участки, принадлежащие к группе фиксирующих участков внутри или на периферии его, рассматривается как фиксирующая область. Кроме того, средняя площадь всех фиксирующих областей в пределах многослойного листа армирующих волокон, определяется как S₂.

[0030] В настоящем изобретении «пригодность к вакуумному формованию с механической вытяжкой» означает такое свойство, что многослойный лист армирующих волокон легко воспроизводит трехмерную конфигурацию пресс-формы без образования морщин на листе или складок волокон. «Стабильность формы» означает такое свойство, что пучки армирующих волокон не отслаиваются друг от друга и остаются связанными друг с другом даже при вакуумном формовании, и способны сохранять целостность как листа. Как пригодность к вакуумному формованию, так и стабильность формы оцениваются описываемыми позже методами.

[0031] Далее желательные варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны со ссылкой на чертежи. Следует отметить, что настоящее изобретение не ограничивается показанными в чертежах вариантами осуществления изобретения.

[0032] Фиг. 1 представляет схематический вид, показывающий вариант исполнения многослойного листа армирующих волокон согласно настоящему изобретению. Многослойный лист армирующих волокон 101 в Фиг. 1 представляет собой многослойный лист армирующих волокон, включающий слои 102 и 103 пучков армирующих волокон, каждый из которых сформирован из многочисленных пучков армирующих волокон, выровненных по одному направлению, которые размещены так, что имеют отличающиеся друг от друга ориентации волокон, и в которых пучки армирующих волокон в одном слое не имеют непосредственной силы сцепления между собой. Фиг. 1 показывает пример, в котором слои пучков армирующих волокон наслоены таким образом, что ориентация волокон в пучках армирующих волокон составляет ±45° (ориентация θ₁ волокон в первом слое 102 пучков армирующих волокон=+45°, ориентация θ₂ волокон во втором слое 103=-45°).

[0033] Кроме того, слои 102 и 103 пучков армирующих волокон скреплены друг с другом фиксирующими элементами 105, присутствующими на фиксирующих участках 104.

[0034] Фиг. 1 показывает пример, в котором фиксирующие участки 104 размещаются так, что они позиционированы на пересечениях квадратной сетки, и в прямоугольном многослойном листе 101 армирующих волокон сформированы пять фиксирующих участков 106. Фиксирующие материалы 107, которые присутствуют между слоями пучков армирующих волокон, но не участвуют в скреплении, не являются фиксирующими элементами и не связывают армирующие волокна друг с другом.

[0035] Многослойный лист армирующих волокон согласно первому аспекту настоящего изобретения удовлетворяет следующим условиям (i) и (ii):

(i) один или многие фиксирующие участки, каждый из которых включает по меньшей мере один фиксирующий элемент, которые присутствуют на поверхности скрепления между первым слоем пучков армирующих волокон и вторым слоем пучков армирующих волокон, имеют среднюю площадь S₁ 100 мм² или менее; и

(ii) на каждом из фиксирующих участков доля площади фиксирующего элемента в фиксирующем участке составляет 0,1% или более и 80% или менее.

Что касается условия (i), когда средняя площадь S₁ составляет 100 мм² или менее, предпочтительно 80 мм² или менее, более предпочтительно 60 мм² или менее, площадь участка, где пучки армирующих волокон связаны между собой, является малой, лист легко деформируется, и улучшается пригодность к вакуумному формованию. Нижний предел средней площади S₁ не является конкретно ограниченным, но площадь фиксирующего участка предпочтительно составляет по меньшей мере 0,01 мм², которая представляет собой минимальный регистрируемый размер фиксирующего элемента, и более предпочтительно составляет 1 мм² или более. Это обусловливается тем, что, если фиксирующий участок является предельно малым и содержит внутри малое число фиксирующих элементов, фиксирующие элементы могут создавать слабую силу сцепления для армирующих волокон на поверхности скрепления.

[0036] В отношении условия (ii), на каждом из фиксирующих участков доля площади фиксирующего элемента относительно фиксирующего участка предпочтительно составляет 0,1% или более и 80% или менее, более предпочтительно 0,1% или более и 50% или менее. Когда доля площади находится в пределах вышеуказанного диапазона, можно избежать связывания всех пучков армирующих волокон друг с другом, так что напряжение, возникающее в пучках армирующих волокон в то время, когда многослойный лист армирующих волокон деформируется, может быть устранено свободным деформированием контура поперечного сечения пучков армирующих волокон, и можно дополнительно улучшить пригодность многослойного листа армирующих волокон к вакуумному формованию. В настоящем изобретении «площадь фиксирующего элемента» подразумевает площадь фиксирующего элемента, образованную выступом фиксирующего элемента на поверхности многослойного листа армирующих волокон по направлению перпендикулярно поверхности.

[0037] Площадь фиксирующих элементов может быть определена отделением друг от друга слоев пучков армирующих волокон, которые составляют многослойный лист армирующих волокон, фотографированием связанных с армирующими волокнами фиксирующих элементов с помощью цифровой фотокамеры, и преобразованием зарегистрированных изображений в двоичную форму. Площади фиксирующих участков и фиксирующих областей измеряются следующими методами измерения. Более конкретно, слои пучков армирующих волокон, имеющие отличающиеся друг от друга ориентации, которые составляют многослойный лист армирующих волокон, отделяются друг от друга, фиксирующие элементы распознаются вышеуказанным методом, и определяются положения фиксирующих элементов. По полученным положениям фиксирующих элементов рассчитываются площади фиксирующих участков и фиксирующих элементов на основе описанных выше формулировок фиксирующих участков и фиксирующей области.

[0038] Многослойный лист армирующих волокон согласно второму аспекту настоящего изобретения удовлетворяет следующим условиям (i) и (iii):

(i) один или многие фиксирующие участки, каждый из которых включает по меньшей мере один фиксирующий элемент, которые присутствуют на поверхности скрепления между первым слоем пучков армирующих волокон и вторым слоем пучков армирующих волокон, имеют среднюю площадь S₁ 100 мм² или менее; и

(iii) фиксирующий элемент представляет собой частицу или смолу в форме скопления волокон, которые расплавляются.

[0039] Условие (i) является таким, как описано выше.

[0040] Что касается условия (iii), то поскольку фиксирующий элемент представляет собой частицу или смолу в форме скопления волокон, которые расплавляются, можно соединять слои пучков армирующих волокон между собой с помощью фиксирующего элемента, который представляет собой расплавленную смолу, и обращаться с многослойным листом армирующих волокон как с листом, и улучшить стабильность формы. В настоящем изобретении «смола в форме скопления волокон» подразумевает скопление одного или многих волокон смолы. То есть, «смола в форме скопления волокон» также может быть составлена только одним волокном смолы. Кроме того, применение плавкой смолы обеспечивает возможность связывания пучков армирующих волокон только в положениях фиксирования, например, при частичном нагревании посредством выступа на инденторе.

[0041] В многослойном листе армирующих волокон согласно настоящему изобретению фиксирующий элемент может быть, например, получен из фиксирующего материала, присоединенного к пучку армирующих волокон, который составляет многослойный лист армирующих волокон, или может происходить из фиксирующего материала, нанесенного или размещенного после формирования многослойного листа армирующих волокон. В любом случае, когда многочисленные слои пучков армирующих волокон размещаются имеющими различные между собой ориентации волокон, и затем нагревается по меньшей мере заданное положение, описываемое позже, можно расплавить фиксирующий материал, присутствующий между многочисленными слоями пучков армирующих волокон, и достигнуть состояния, в котором по меньшей мере один фиксирующий элемент размещается в положении фиксирования в описываемой позже заданной форме.

[0042] В многослойном листе армирующих волокон согласно настоящему изобретению предпочтительно, чтобы многослойный лист армирующих волокон имел фиксирующую область, включающую по меньшей мере один из фиксирующих участков на поверхности скрепления между первым слоем пучков армирующих волокон и вторым слоем пучков армирующих волокон, и чтобы доля площади фиксирующей области относительно многослойного листа армирующих волокон составляла 30% или более и 100% или менее. При этой конфигурации особенно легко улучшаются стабильность формы и технологические свойства многослойного листа армирующих волокон. Здесь «площадь фиксирующей области» означает общую площадь всех фиксирующих областей, находящихся в многослойном листе армирующих волокон.

[0043] В многослойном листе армирующих волокон согласно настоящему изобретению средняя площадь S₂ фиксирующих областей предпочтительно составляет 10000 мм² или более. Когда средняя площадь S₂ фиксирующих областей составляет 10000 мм² или более, особенно легко улучшаются стабильность формы и технологические характеристики многослойного листа армирующих волокон.

[0044] Многослойный лист армирующих волокон согласно настоящему изобретению предпочтительно имеет по меньшей мере одну фиксирующую область, в которой доля площади одного или многих фиксирующих участков составляет 1% или более и 50% или менее. Доля площади фиксирующих участков более предпочтительно составляет 1% или более и 25% или менее, еще более предпочтительно 5% или более и 20% или менее. Когда доля площади фиксирующих участков относительно фиксирующей области составляет 1% или более, сила сцепления между пучками армирующих волокон или между слоями пучков армирующих волокон является высокой, и улучшается стабильность формы многослойного листа армирующих волокон. С другой стороны, когда доля площади составляет 50% или менее, сила сцепления между слоями пучков армирующих волокон является слабой, и улучшается пригодность слоя пучков армирующих волокон к вакуумному формованию. В случае, где многослойный лист армирующих волокон имеет две или более фиксирующих областей, «доля площади фиксирующих участков относительно фиксирующей области» означает долю общей площади фиксирующих участков внутри каждой фиксирующей области относительно площади фиксирующей области.

[0045] Кроме того, многослойный лист армирующих волокон согласно настоящему изобретению предпочтительно удовлетворяет следующему условию (iv):

(iv) многослойный лист армирующих волокон имеет фиксирующую область, в которой центры фиксирующих участков размещаются в виде многоугольной сетки.

Когда центры фиксирующих участков размещаются в виде многоугольной сетки, при вакуумном формовании многослойного листа армирующих волокон многослойный лист армирующих волокон легко деформируется с ориентацией соседних армирующих волокон, сохраняющей однородную позиционную взаимосвязь, так, что морщины или складки возникают с меньшей вероятностью, и улучшается пригодность к вакуумному формованию. Пригодность к вакуумному формованию улучшается, даже если фиксирующие участки, в которых центры фиксирующих участков размещены в виде многоугольной сетки, частично присутствуют во время вакуумного формования в некоторых положениях многослойного листа армирующих волокон, где многослойный лист армирующих волокон легко сминается.

[0046] Здесь выражение «центры фиксирующих участков размещаются в виде многоугольной сетки» означает состояние, где фиксирующие участки 204 размещены в виде сетки 208, как показано, например, в Фиг. 2. Сетка может представлять собой квадратную сетку (Фиг. 2а), сетку в виде равносторонних треугольников (Фиг. 2b), сетку из правильных шестиугольников (Фиг. 2с), а также сетку из прямоугольников (Фиг. 2d), треугольную сетку (Фиг. 2е), и шестиугольную сетку (Фиг. 2f). Примеры сетки в настоящем изобретении также включают форму сетки, которая получается поворотом вышеупомянутых форм (например, смотри Фиг. 2g). В настоящем изобретении выражение «размещен в виде сетки» означает состояние, где центры фиксирующих участков размещаются в виде сетки в пределах 50% или более, предпочтительно 70% или более, более предпочтительно 90% или более, еще более предпочтительно 100% фиксирующей области, и фиксирующая область может частично включать дефекты или тому подобные.

[0047] Кроме того, многослойный лист армирующих волокон согласно настоящему изобретению предпочтительно удовлетворяет следующему условию (v):

(v) центры фиксирующих участков размещаются в виде регулярной многоугольной сетки, имеющей длину L₁ стороны (мм), и длина L₁ (мм) удовлетворяет следующему выражению (1):

1≤L₁≤50 (1)

Когда удовлетворяется выражение 1≤L₁, то поскольку соседние фиксирующие участки размещаются на расстоянии, смежные армирующие волокна легко изменяют положение и однородную ориентацию во время вакуумного формования, морщины или складки возникают с меньшей вероятностью, и легко улучшается пригодность к вакуумному формованию. Когда удовлетворяется выражение L₁≤50, то поскольку фиксирующие участки размещаются не слишком далеко друг от друга, и легко поддерживают несвязанные армирующие волокна, легко улучшается стабильность формы многослойного листа армирующих волокон.

[0048] В многослойном листе армирующих волокон согласно настоящему изобретению более предпочтительно, чтобы радиус r (мм) фиксирующего участка удовлетворял следующему выражению (3):

0,5≤r≤L₁/3 (3).

Когда удовлетворяется выражение 0,5≤r, сила сцепления между армирующими волокнами легко создается фиксирующим участком на поверхности скрепления, и легко улучшается стабильность формы многослойного листа армирующих волокон. Когда удовлетворяется выражение r≤L₁/3, не слишком большие фиксирующие участки по отдельности связывают друг с другом армирующие волокна, соседние армирующие волокна легко изменяют положение и однородную ориентацию во время вакуумного формования, морщины или складки во время вакуумного формования возникают с меньшей вероятностью, и легко улучшается пригодность к вакуумному формованию.

[0049] Далее будут описаны составные части многослойного листа армирующих волокон согласно настоящему изобретению.

[0050] Многослойный лист армирующих волокон согласно настоящему изобретению представляет собой многослойный лист армирующих волокон, включающий: первый слой пучков армирующих волокон и второй слой пучков армирующих волокон, каждый из которых сформирован из многочисленных пучков армирующих волокон, выровненных по одному направлению, которые размещены имеющими отличающиеся друг от друга ориентации волокон, и в которых пучки армирующих волокон в одном слое не имеют непосредственной силы сцепления между собой, причем первый слой пучков армирующих волокон и второй слой пучков армирующих волокон скреплены друг с другом фиксирующим элементом так, что первый слой пучков армирующих волокон и второй слой пучков армирующих волокон соединены друг с другом. Выражение «слои пучков армирующих волокон, каждый из которых сформирован из многочисленных пучков армирующих волокон, выровненных по одному направлению, и в которых пучки армирующих волокон в одном слое не имеют непосредственной силы сцепления между собой» подразумевает, что форма пучков армирующих волокон в одном слое не удерживается переплетенной структурой или вязаной структурой. Другими словами, форма пучков армирующих волокон в первом или втором слое сохраняется, будучи скрепленной с пучками армирующих волокон, размещенных во втором или первом слое, соответственно.

Эта конфигурация обеспечивает возможность формирования подложки способом AFP, и подложка является технологичной и имеет как пригодность к вакуумному формованию, так и стабильность формы.

[0051] В настоящем изобретении слои пучков армирующих волокон в каждом случае сформированы многочисленными пучками армирующих волокон, выровненных по одному направлению, и пучки армирующих волокон не имеют непосредственной силы сцепления между собой. Иначе говоря, только одиночный слой пучков армирующих волокон не может сформировать лист и не может быть обработан. Пример одиночного слоя пучков армирующих волокон представляет собой пучки армирующих волокон, размещенные параллельно на столе способом AFP. Предпочтительно не использовать любую вспомогательную нить или уточную нить, поскольку слой пучков армирующих волокон, в котором, например, вспомогательная нить или уточная нить размещается по направлению перпендикулярно пучкам армирующих волокон так, чтобы связывать пучки армирующих волокон друг с другом, сокращает такой эффект настоящего изобретения, как улучшение пригодности к вакуумному формованию и снижение стоимости.

[0052] В дополнение, выражение «первый и второй слои пучков армирующих волокон имеют отличающиеся друг от друга ориентации волокон» означает, что угол между направлением ориентации волокна в первом слое пучков армирующих волокон и направлением ориентации волокна во втором слое пучков армирующих волокон составляет 5° или более. Угол предпочтительно составляет 10° или более, более предпочтительно 20° или более. Угол измеряется обследованием поперечного сечения подложки или формованного изделия. Когда невозможно разрушить формованное изделие, угол может быть измерен обследованием на просвет со сканированием методом рентгеновской компьютерной томографии (CT) или тому подобным путем.

[0053] Пучок армирующих волокон, применяемый в настоящем изобретении, может представлять собой, например, смесь армирующего волокна с органическим волокном, органическим соединением или неорганическим соединением, или армирующее волокно, к которому присоединен полимерный компонент.

[0054] Используемое в настоящем изобретении армирующее волокно не является конкретно ограниченным, и его примеры включают углеродные волокна, стеклянные волокна, арамидные волокна, волокна оксида алюминия, волокна карбида кремния, борные волокна, металлические волокна, природные волокна, и минеральные волокна. Одни из них или два или многие из них могут быть использованы в комбинации. В частности, предпочтительно используются углеродные волокна, такие как углеродные волокна на основе полиакрилонитрила (PAN), на основе пека и на основе вискозной нити (района), по соображениям высокой удельной прочности и высокой удельной жесткости, а также снижения веса формованного изделия. В альтернативном варианте, предпочтительно могут применяться стеклянные волокна из соображений повышения экономической эффективности полученного формованного изделия. Кроме того, предпочтительно могут использоваться арамидные волокна по соображениям усиления характеристик ударопоглощения полученного формованного изделия, а также пригодности к вакуумному формованию. В альтернативном варианте, также могут быть использованы армирующие волокна, покрытые металлом, таким как никель, медь или иттербий, из соображений повышения электрической проводимости полученного формованного изделия.

[0055] В фиксирующем элементе, используемом в настоящем изобретении, может быть использована термоплавкая смола, которая способна снижать вязкость при нагревании. Например, возможно применение следующих смол: кристаллических термопластичных смол, включающих сложные полиэфиры, такие как полиэтилентерефталат, полибутилентерефталат, политриметилентерефталат, полиэтиленнафталат, и жидкокристаллические сложные полиэфиры, полиолефины, такие как полиэтилен, полипропилен и полибутилен, полиоксиметилен, полиамиды, полиариленсульфиды, такие как полифениленсульфид, поликетон, простой полиэфиркетон, простой полиэфирэфиркетон, простой полиэфиркетонкетон, простой полиэфирнитрил, фторированные смолы, такие как политетрафторэтилен, и жидкокристаллические полимеры; аморфные термопластичные смолы, включающие стирольные смолы, поликарбонат, полиметилметакрилат, поливинилхлорид, простой полифениленовый эфир, полиимиды, полиамидимид, простой полиэфиримид, полисульфон, простой полиэфирсульфон, и полиарилат; фенольные смолы, фенокси-смолы, эпоксидные смолы, а также термопластичные эластомеры, такие как термопластичные эластомеры на основе полистирола, на основе полиолефинов, на основе полиуретанов, на основе сложных полиэфиров, на основе полиамидов, на основе полибутадиена, на основе полиизопрена, фторированная смола, и на основе акрилонитрила, сополимеры и модифицированные продукты их, и смеси смол из двух или более из этих смол. В зависимости от предполагаемого применения, также возможно использование смеси полимерного компонента с такими добавками, как наполнитель, придающий электропроводность материал, огнезащитный состав, и вспомогательный огнезащитный состав, или с упрочняющими межслойную адгезию частицами.

[0056] В многослойном листе армирующих волокон согласно настоящему изобретению предпочтительно, чтобы фиксирующий элемент представлял собой термоплавкую смолу, и чтобы термоплавкая смола имела температуру стеклования T_g (°С) или температуру плавления T_m (°С) 40°С или выше и 200°С или ниже. Такая смола скрепляет слои пучков армирующих волокон друг с другом, когда смола снижает вязкость при нагревании, и затем возвращается до нормальной температуры при охлаждении или тому подобном, и более надежно сохраняется постоянная листовая форма.

[0057] Как описано выше, используемый в настоящем изобретении фиксирующий элемент может представлять собой, например, (А) фиксирующий материал, присоединенный к пучку армирующих волокон, который составляет слой пучков армирующих волокон, или (В) фиксирующий материал, нанесенный или размещенный после формирования слоя пучков армирующих волокон. В случае (А) пучок армирующих волокон, к которому присоединен фиксирующий материал, может быть получен присоединением вышеуказанной смолы в форме частиц, линий, полос или тому подобных, к пучку армирующих волокон, или нанесением на пучок армирующих волокон покрытия из вышеупомянутой смолы. В случае (В) слой пучков армирующих волокон, на который наносится фиксирующий материал, или на который помещен фиксирующий материал, может быть получен присоединением, путем напыления или тому подобным, вышеупомянутой смолы в форме частиц, линий, полос или тому подобных, по меньшей мере на один из слоев пучков армирующих волокон, или помещением нетканого материала, пленки, вязаной ткани, текстильной ткани, или сетчатого материала, изготовленных из вышеупомянутой смолы, по меньшей мере на один из слоев пучков армирующих волокон.

[0058] В многослойном листе армирующих волокон согласно настоящему изобретению фиксирующие элементы предпочтительно имеют средний диаметр ϕ (мкм) 10 мкм или более и 500 мкм или менее. Средний диаметр ϕ (мкм) более предпочтительно составляет 100 мкм или более и 300 мкм или менее. При такой конфигурации может сохраняться стабильность формы многослойного листа армирующих волокон согласно настоящему изобретению, в то же время с дополнительным улучшением деформируемости многослойного листа армирующих волокон.

[0059] В многослойном листе армирующих волокон согласно настоящему изобретению толщина t_f (мм) пучка армирующих волокон и толщина t₁ (мм) фиксирующего элемента на фиксирующем участке предпочтительно удовлетворяет следующему выражению (2):

0,01≤t₁/t_f≤0,8 (2).

Когда толщины удовлетворяют выражению (2), можно избежать связывания всех пучков армирующих волокон друг с другом, так что напряжение, возникающее в пучках армирующих волокон в то время, когда многослойный лист армирующих волокон деформируется, может быть устранено свободным деформированием контура поперечного сечения пучков армирующих волокон, и можно дополнительно улучшить пригодность многослойного листа армирующих волокон к вакуумному формованию. Здесь «толщина» пучка армирующих волокон или фиксирующего элемента означает длину пучка армирующих волокон или фиксирующего элемента по направлению перпендикулярно поверхности многослойного листа армирующих волокон.

[0060] В настоящем изобретении t₁ и t_f измеряют следующим образом. Фиксирующие элементы в многослойном листе армирующих волокон распознают вышеупомянутым методом с использованием цифрового микроскопа (VHX-1000, производства фирмы Keyence Corporation). Затем с изменением фокусного расстояния цифрового микроскопа измеряют толщины 10 или более пучков армирующих волокон, которые составляют многослойный лист армирующих волокон, и получают среднее значение t₁ толщин. Затем измеряют толщины фиксирующих элементов, присутствующих на местах измерения, и получают среднее значение t_f толщин.

[0061] Далее, Фиг. 3 показывает многослойный лист 301 армирующих волокон в еще одном варианте исполнения согласно настоящему изобретению.

[0062] В этом варианте исполнения на краю многослойного листа 301 армирующих волокон создаются рамкообразные фиксирующие области 307, в которых слои 302 и 303 пучков армирующих волокон в каждом случае закреплены в виде ленты, так, что рамкообразные фиксирующие области окружают фиксирующие области 306, которые включают фиксирующие участки 304, содержащие фиксирующие элементы 305. При этой конфигурации могут дополнительно предотвращаться изнашивание и нарушение пучков армирующих волокон на краю многослойного листа армирующих волокон, что является проблемой в полученной способом AFP подложке.

[0063] Далее будет описано армированное волокнами полимерное формованное изделие согласно настоящему изобретению.

[0064] Армированное волокнами полимерное формованное изделие согласно настоящему изобретению изготавливается из многослойного листа армирующих волокон согласно настоящему изобретению и матричной смолы. Такое армированное волокнами полимерное формованное изделие может быть изготовлено, например, импрегнированием многослойного листа армирующих волокон согласно настоящему изобретению матричной смолой.

[0065] В качестве способа импрегнирования многослойного листа армирующих волокон матричной смолой может быть использован способ RTM. Более конкретно, RTM представляет собой способ получения формованного изделия следующим образом: в полость, которая образована пуансоном и матрицей пресс-формы, помещают многослойный лист армирующих волокон, подвергнутый вакуумному формованию с механической вытяжкой по форме полости, зажимают пресс-форму, создают близкое к вакууму давление внутри полости пресс-формы, затем в полость впрыскивают матричную смолу, и дополнительно нагревают матричную смолу до отверждения.

[0066] Матричная смола, используемая в армированном волокнами полимерном формованном изделии согласно настоящему изобретению, может быть так называемой термопластичной смолой, но матричная смола предпочтительно представляет собой термореактивную смолу. Смола может представлять собой, например, эпоксидную смолу, смолу на основе ненасыщенного сложного полиэфира, смолу на основе винилового сложного эфира, фенольную смолу, карбамидную смолу, меламиновую смолу, полиимидную смолу, сополимер или модифицированный продукт их, или смесь двух или более из этих смол. Из них предпочтительно используется эпоксидная смола по соображениям механических характеристик полученного формованного изделия.

[0067] Далее будет описан способ изготовления многослойного листа армирующих волокон согласно настоящему изобретению.

[0068] Способ изготовления многослойного листа армирующих волокон согласно настоящему изобретению включает следующие стадии от (а) до (с):

(а) стадия размещения первого слоя пучков армирующих волокон, состоящая в размещении многочисленных пучков армирующих волокон, выровненных по одному направлению, на столе с образованием первого слоя пучков армирующих волокон, в котором пучки армирующих волокон не имеют непосредственной силы сцепления между собой;

(b) стадия размещения второго слоя пучков армирующих волокон, состоящая в дополнительном размещении на первом слое пучков армирующих волокон многочисленных пучков армирующих волокон, выровненных по одному направлению, которое отличается от направления волокон первого слоя пучков армирующих волокон, с образованием второго слоя пучков армирующих волокон, в котором пучки армирующих волокон не имеют непосредственной силы сцепления между собой, и тем самым формирования многослойного материала из армирующих волокон; и

(с) стадия формирования листа, состоящая в получении многослойного листа армирующих волокон, удовлетворяющего следующим условиям (i) и (ii) или (i) и (iii), с использованием устройства для формирования листа с частичным нагреванием и/или спрессовыванием многослойного материала из армирующих волокон посредством выступов на поверхности в контакте с многослойным материалом из армирующих волокон, для расплавления фиксирующего материала между первым слоем пучков армирующих волокон и вторым слоем пучков армирующих волокон:

(i) многослойный лист армирующих волокон имеет один или многие фиксирующие участки, каждый из которых включает по меньшей мере один фиксирующий элемент на поверхности скрепления между первым слоем пучков армирующих волокон и вторым слоем пучков армирующих волокон, и фиксирующие участки имеют среднюю площадь S₁ 100 мм² или менее; и

(ii) на каждом из фиксирующих участков доля площади фиксирующего элемента в фиксирующем участке составляет 0,1% или более и 80% или менее%; и

(iii) фиксирующий элемент представляет собой частицу или фиксирующий материал в форме скопления волокон, которые расплавляются.

[0069] Далее будут описаны желательные варианты осуществления настоящего изобретения со ссылкой на чертежи. Следует отметить, что настоящее изобретение не ограничивается показанными в чертежах вариантами осуществления изобретения.

[0070] Фиг. 4 представляет технологическую блок-схему, показывающую способ изготовления многослойного листа армирующих волокон в одном варианте исполнения согласно настоящему изобретению.

[0071] В показанном в Фиг. 4 варианте исполнения, в качестве первой стадии, выполняется стадия (401) размещения первого слоя пучков армирующих волокон, причем стадия представляет собой стадию размещения выровненных пучков армирующих волокон на столе с образованием первого слоя пучков армирующих волокон.

[0072] Затем, в качестве второй стадии, выполняется стадия (402) размещения второго слоя пучков армирующих волокон, причем стадия представляет собой стадию дополнительного размещения на первом слое пучков армирующих волокон второго слоя пучков армирующих волокон, с образованием многослойного материала из армирующих волокон.

[0073] Далее, в качестве третьей стадии, выполняется стадия (403) формирования листа, причем стадия представляет собой стадию получения многослойного листа армирующих волокон, удовлетворяющего условиям (i) и (ii) или (i) и (iii), с использованием устройства для формирования листа с частичным нагреванием и/или спрессовыванием многослойного материала из армирующих волокон посредством выступов на поверхности в контакте с многослойным материалом из армирующих волокон, для расплавления фиксирующего материала.

[0074] Способ изготовления многослойного листа армирующих волокон согласно настоящему изобретению включает (а) стадию размещения первого слоя пучков армирующих волокон, состоящую в размещении многочисленных пучков армирующих волокон, выровненных по одному направлению, на столе с образованием первого слоя пучков армирующих волокон, в котором пучки армирующих волокон не имеют непосредственной силы сцепления между собой. В стадии размещения первого слоя пучков армирующих волокон, как описано выше, предпочтительным является использование способа размещения пучков армирующих волокон параллельно на столе способом AFP.

[0075] Способ изготовления многослойного листа армирующих волокон согласно настоящему изобретению включает (b) стадию размещения второго слоя пучков армирующих волокон, состоящую в дополнительном размещении на первом слое пучков армирующих волокон многочисленных пучков армирующих волокон, выровненных по одному направлению, которое отличается от направления волокон первого слоя пучков армирующих волокон, с образованием второго слоя пучков армирующих волокон, в котором пучки армирующих волокон не имеют непосредственной силы сцепления между собой, и тем самым формирования многослойного материала из армирующих волокон. В стадии размещения второго слоя пучков армирующих волокон, например, возможно выравнивание пучков армирующих волокон по одному направлению на первом слое пучков армирующих волокон с образованием второго слоя пучков армирующих волокон, или перемещение слоя пучков армирующих волокон, предварительно сформированного на еще одном столе, и размещение слоя пучков армирующих волокон на первом слое пучков армирующих волокон.

[0076] Способ изготовления многослойного листа армирующих волокон согласно настоящему изобретению включает (с) стадию формирования листа, состоящую в получении многослойного листа армирующих волокон, удовлетворяющего условиям (i) и (ii) или (i) и (iii), с использованием устройства для формирования листа с частичным нагреванием и/или спрессовыванием многослойного материала из армирующих волокон посредством выступов на поверхности в контакте с многослойным материалом из армирующих волокон, для расплавления фиксирующего материала между первым слоем пучков армирующих волокон и вторым слоем пучков армирующих волокон.

[0077] Когда выполняется этот технологический процесс, можно избежать связывания всех пучков армирующих волокон друг с другом, так что напряжение, возникающее в пучках армирующих волокон в то время, когда многослойный лист армирующих волокон деформируется, может быть устранено свободным деформированием контура поперечного сечения пучков армирующих волокон, и можно дополнительно улучшить пригодность многослойного листа армирующих волокон к вакуумному формованию.

[0078] Далее будут описаны составляющие элементы способа изготовления многослойного листа армирующих волокон согласно настоящему изобретению.

[0079] Стол, используемый в настоящем изобретении, может представлять собой любой стол, пока он может по меньшей мере поддерживать размещенные пучки армирующих волокон так, чтобы они не двигались. Предпочтительно, чтобы стол имел устройство для принятия и удерживания пучков армирующих волокон, и чтобы устройство имело принцип действия на основе электростатического притяжения и/или принцип действия на основе силы притяжения, создаваемой потоком воздуха. Применение такого стола обеспечивает возможность более надежно удерживать пучки армирующих волокон без смещения размещенных пучков армирующих волокон, не имеющих непосредственной силы сцепления.

[0080] В способе изготовления многослойного листа армирующих волокон согласно настоящему изобретению, в стадии (с), используется устройство для формирования листа, причем устройство для формирования листа представляет собой устройство для частичного нагревания и/или спрессовывания многослойного материала из армирующих волокон посредством выступов на поверхности в контакте с многослойным материалом из армирующих волокон для расплавления фиксирующего материала.

[0081] Конкретные примеры устройства для формирования листа включают устройство для нагревания и/или спрессовывания многослойного материала из армирующих волокон с помощью плоского пластинчатого индентора или валика, имеющего выступы. При применении этого устройства для формирования листа расплавляется фиксирующий материал, присутствующий между многочисленными слоями пучков армирующих волокон, для достижения состояния, в котором по меньшей мере один фиксирующий элемент размещается на фиксирующем участке в заданной форме, описываемой позже. Затем участок, где устройство для формирования листа прижимается к слою пучков армирующих волокон, служит в качестве фиксирующей области, и участок, где выступы фактически приходят в контакт со слоем пучков армирующих волокон, по существу служит в качестве фиксирующего участка.

[0082] Фиг. 5 представляет схематический вид для иллюстрирования взаимосвязи между фиксирующими элементами, фиксирующими участками и фиксирующими областями, как рассматриваемыми с позиции способа изготовления многослойного листа армирующих волокон согласно настоящему изобретению. На первом слое 505 пучков армирующих волокон размещаются фиксирующие материалы 504. Многослойный материал из армирующих волокон нагревают и/или спрессовывают устройством для формирования листа сверху со вторым слоем пучков армирующих волокон (не показан), размещенным на фиксирующих материалах 504. В это время участок, нагретый и/или прижатый устройством для формирования листа, служит в качестве фиксирующей области 503, и участок, где выступы устройства для формирования листа приходят в контакт с многослойным материалом из армирующих волокон, служит в качестве фиксирующего участка 502. Кроме того, фиксирующие материалы 504 на фиксирующих участках 502 расплавляются и служат в качестве фиксирующих элементов 501, которые содействуют межслойному скреплению.

[0083] В настоящем изобретении «пригодность к вакуумному формованию с механической вытяжкой» означает такое свойство, что многослойный лист армирующих волокон легко воспроизводит трехмерную конфигурацию пресс-формы без образования морщин на листе или складок волокон. «Стабильность формы» означает такое свойство, что пучки армирующих волокон не отслаиваются друг от друга и остаются связанными друг с другом даже при вакуумном формовании, и способны сохранять целостность как листа. Как пригодность к вакуумному формованию, так и стабильность формы оцениваются описываемыми позже методами.

[0084] В способе изготовления многослойного листа армирующих волокон согласно настоящему изобретению предпочтительно, чтобы многослойный лист армирующих волокон имел фиксирующую область, включающую по меньшей мере один из фиксирующих участков на поверхности скрепления между первым слоем пучков армирующих волокон и вторым слоем пучков армирующих волокон, и чтобы доля площади фиксирующей области относительно многослойного листа армирующих волокон составляла 30% или более и 100% или менее. При такой конфигурации особенно легко улучшаются стабильность формы и технологические характеристики многослойного листа армирующих волокон.

[0085] В способе изготовления многослойного листа армирующих волокон согласно настоящему изобретению средняя площадь S₂ фиксирующих областей предпочтительно составляет 10000 мм² или более. Когда средняя площадь S₂ фиксирующих областей составляет 10000 мм² или более, особенно легко улучшаются стабильность формы и технологические характеристики многослойного листа армирующих волокон.

[0086] В способе изготовления многослойного листа армирующих волокон согласно настоящему изобретению многослойный лист армирующих волокон согласно настоящему изобретению предпочтительно имеет по меньшей мере одну фиксирующую область, в которой доля площади одного или многих фиксирующих участков относительно фиксирующей области составляет 1% или более и 50% или менее. Доля площади фиксирующих участков относительно фиксирующей области более предпочтительно составляет 1% или более и 25% или менее, еще более предпочтительно 5% или более и 20% или менее. Когда доля площади фиксирующих участков относительно фиксирующей области составляет 1% или более, сила сцепления между пучками армирующих волокон или между слоями пучков армирующих волокон является высокой, и улучшается стабильность формы многослойного листа армирующих волокон. С другой стороны, когда доля площади составляет 50% или менее, сила сцепления между слоями пучков армирующих волокон является слабой, и улучшается пригодность слоя пучков армирующих волокон к вакуумному формованию. В случае, где многослойный лист армирующих волокон имеет две или более фиксирующих областей, доля площади фиксирующих участков относительно фиксирующей области представляет собой долю общей площади фиксирующих участков внутри каждой фиксирующей области относительно площади фиксирующей области.

[0087] Как описано выше, способ изготовления многослойного листа армирующих волокон согласно настоящему изобретению, кроме того, предпочтительно удовлетворяет следующему условию (iv):

(iv) многослойный лист армирующих волокон имеет фиксирующую область, в которой центры фиксирующих участков размещаются в виде многоугольной сетки.

[0088] Когда центры фиксирующих участков размещаются в виде многоугольной сетки, как описано выше, при вакуумном формовании многослойного листа армирующих волокон многослойный лист армирующих волокон легко деформируется с ориентацией соседних армирующих волокон, сохраняющей однородную позиционную взаимосвязь, так, что морщины или складки возникают с меньшей вероятностью, и улучшается пригодность к вакуумному формованию. Пригодность к вакуумному формованию улучшается, даже если фиксирующие участки, в которых центры фиксирующих участков размещены в виде многоугольной сетки, частично присутствуют во время вакуумного формования в некоторых положениях многослойного листа армирующих волокон, где многослойный лист армирующих волокон легко сминается.

[0089] Кроме того, способ изготовления многослойного листа армирующих волокон согласно настоящему изобретению предпочтительно удовлетворяет следующему условию (v):

(v) центры фиксирующих участков размещаются в виде регулярной многоугольной сетки, имеющей длину L₁ стороны (мм), и длина L₁ (мм) удовлетворяет следующему выражению (1):

1≤L₁≤50 (1).

Как описано выше, когда длина L₁ (мм) составляет 1 мм или более, сила сцепления между слоями пучков армирующих волокон может ослабевать, и легко улучшается пригодность многослойного листа армирующих волокон к вакуумному формованию. С другой стороны, когда длина L₁ (мм) составляет 50 мм или менее, может быть увеличена сила сцепления между пучками армирующих волокон или между слоями пучков армирующих волокон, и легко улучшается стабильность формы многослойного листа армирующих волокон.

[0090] В способе изготовления многослойного листа армирующих волокон согласно настоящему изобретению более предпочтительно, чтобы радиус r (мм) удовлетворял следующему выражению (3):

0,5≤r≤L₁/3 (3).

Когда радиус r составляет 0,5 или более, сила сцепления между армирующими волокнами легко создается фиксирующим участком на поверхности скрепления, и легко улучшается стабильность формы многослойного листа армирующих волокон. В дополнение, когда радиус r составляет L₁/3 или менее, не слишком большие фиксирующие участки по отдельности связывают друг с другом армирующие волокна, соседние армирующие волокна легко изменяют положение и однородную ориентацию во время вакуумного формования, морщины или складки во время вакуумного формования возникают с меньшей вероятностью, и легко улучшается пригодность к вакуумному формованию.

[0091] Способ изготовления многослойного листа армирующих волокон согласно настоящему изобретению предпочтительно включает следующую стадию (а1) между стадиями (а) и (b):

(а1) стадия размещения фиксирующего материала, состоящая в размещении фиксирующего материала на первом слое пучков армирующих волокон.

[0092] Фиг. 6 представляет технологическую блок-схему, показывающую еще один вариант исполнения способа изготовления многослойного листа армирующих волокон согласно настоящему изобретению, причем способ включает стадию (а1).

[0093] В данном варианте исполнения стадия (602) размещения фиксирующего материала, состоящая в помещении фиксирующего материала на первом слое пучков армирующих волокон, выполняется между стадией (601) размещения первого слоя пучков армирующих волокон и стадией (603) размещения второго слоя пучков армирующих волокон.

[0094] Когда способ изготовления многослойного листа армирующих волокон согласно настоящему изобретению включает стадию (а1) между стадиями (а) и (b), можно разместить большее надлежащее количество фиксирующего материала, и многослойный лист армирующих волокон может более надежно исполнять запланированную функцию.

[0095] Когда способ включает стадию (а1), фиксирующий материал может быть размещен присоединением, путем напыления или тому подобным, вышеупомянутой термоплавкой смолы в форме частиц, линий, полосок или тому подобных, на первом слое пучков армирующих волокон или на поверхности второго слоя пучков армирующих волокон в контакте с первым слоем пучков армирующих волокон, или помещением нетканого материала, пленки, вязаной ткани, текстильной ткани, или сетчатого материала, изготовленных из вышеупомянутой смолы, на вышеупомянутом месте.

[0096] В способе изготовления многослойного листа армирующих волокон согласно настоящему изобретению пучки армирующих волокон в стадии (а) и/или стадии (b) предпочтительно представляют собой пучки армирующих волокон, к которым присоединен фиксирующий материал. Когда пучки армирующих волокон представляют собой пучки армирующих волокон, к которым присоединен фиксирующий материал, пучки армирующих волокон являются более жесткими, подавляется изменение формы пучков армирующих волокон во время размещения, и улучшается однородность слоев пучков армирующих волокон. Как описано выше, пучки армирующих волокон, к которым присоединен фиксирующий материал, могут быть получены, например, присоединением вышеупомянутой смолы в форме частиц, линий, полосок, или тому подобных, к пучкам армирующих волокон, или нанесением на пучки армирующих волокон покрытия из вышеупомянутой смолы.

[0097] Способ изготовления многослойного листа армирующих волокон согласно настоящему изобретению предпочтительно включает следующую стадию (d) одновременно со стадией (с) или после нее:

(d) стадия формирования фиксирующей рамки, состоящая в формировании фиксирующей рамки по меньшей мере в части края многослойного листа армирующих волокон.

Когда способ включает стадию (d) перед стадией (с), сформированная в стадии (d) фиксирующая рамка иногда смещается в стадии (с). Таким образом, способ предпочтительно включает стадию (d) одновременно со стадией (с) или после нее. Кроме того, когда способ включает стадию (d), фиксирующая рамка, закрепленная в форме линии или полосы, формируется на краю многослойного листа армирующих волокон согласно настоящему изобретению, и дополнительно предотвращаются изнашивание и нарушение пучков армирующих волокон на краю многослойного листа армирующих волокон, что является проблемой в полученной способом AFP подложке.

ПРИМЕРЫ

[0098] Далее настоящее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на примеры, но настоящее изобретение не ограничивается примерами.

[0099] Сначала будут описаны пригодность к вакуумному формованию и стабильность формы многослойного листа армирующих волокон, и оценка армированного волокнами полимерного формованного изделия.

[0100] Пригодность многослойного листа армирующих волокон к вакуумному формованию с механической вытяжкой оценивали по следующим трем пунктам: вакуумное формование в профильной форме для простой детали (Фиг. 7), которая представляет собой форму, полученную разрезанием овального сфероида в горизонтальном направлении, модельной профильной форме 1 (Фиг. 8), имитирующей конфигурацию стрингера Z-типа, используемого в конструкции обшивки/балки в самолете, и модельной профильной форме 2 (Фиг. 9), имитирующей форму крышки багажника автомобиля. Критерии оценки для пригодности многослойного листа армирующих волокон к вакуумному формованию показаны ниже.

АА: нет морщин

А: 4 или менее морщин в поперечном направлении

В: 5 или более и 10 или менее морщин в поперечном направлении

С: 10 или более морщин в поперечном направлении

В дополнение, критерии оценки для стабильности формы многослойного листа армирующих волокон показаны ниже.

АА: нет расслоения

А: промежуток между расслоенными пучками армирующих волокон составляет максимально менее 3 мм

В: промежуток между расслоенными пучками армирующих волокон составляет максимально 3 мм или более и менее 5 мм

С: промежуток между расслоенными пучками армирующих волокон составляет максимально 5 мм или более

Между тем, что касается оценки армированного волокнами полимерного формованного изделия, использовали армированное волокнами полимерное формованное изделие, полученное формованием способом RTM, как преформу в виде модельной профильной формы 1 или 2. Армированное волокнами полимерное формованное изделие обследовали визуально и оценивали на основе степени образования дефектов, таких как морщины, в слоях пучков армирующих волокон в формованном изделии. Критерии оценки армированного волокнами полимерного формованного изделия показаны ниже.

АА: нет дефектов, таких как морщины

А: 4 или менее дефекта, такого как морщины

В: 5 или более и 10 или менее дефектов, таких как морщины

С: 10 или более дефектов, таких как морщины

[Контрольный Пример 1] Пучок 1 армирующих волокон

Углеродное волокно «Torayca» T700SC (число одиночных нитей: 24000), производства фирмы Toray Industries, Inc., было расширено на волокно-раскаточной машине, имеющей волокно-раскатной валик, так, чтобы волокно имело ширину 25 мм. Затем фиксирующий материал, полученный из эпоксидной смолы на основе бисфенола А (XB3366, производства фирмы Huntsman, T_g: 80°C), имеющий средний размер частиц 150 мкм, был нанесен на углеродное волокно в количестве 4 вес.%, в расчете на вес углеродного волокна. Затем углеродное волокно, на которое был нанесен фиксирующий материал, было нагрето до температуры 200°С в нагревательном устройстве, для расплавления части фиксирующего материала так, чтобы фиксирующий материал не осыпался бы на последующих стадиях, в результате чего был получен пучок 1 армирующих волокон.

[Контрольный Пример 2] Матричная смола

В качестве матричной смолы была использована двухкомпонентная эпоксидная смола (базовая смола: jER 828, производства фирмы Mitsubishi Chemical Corporation, отвердитель: отвердитель на основе ангидрида кислоты, производства фирмы Toray Industries, Inc.).

[Контрольный Пример 3] Пластина 1 индентора

Медная пластина индентора, которая имеет круглые выступы, каждый из которых имеет радиус (r) 2,5 мм и высоту 1 мм, размещенные в положениях вершин квадратной сетки, имеющей длину (L₁) стороны 20 мм (L₁/3=6,7 мм).

[Контрольный Пример 4] Пластина 2 индентора

Медная пластина индентора, которая имеет квадратные выступы, каждый из которых имеет длину стороны 7,07 мм и высоту 1 мм, размещенные в положениях вершин квадратной сетки, имеющей длину (L₁) стороны 20 мм (L₁/3=6,7 мм). В этой пластине индентора радиус (r) составляет 5,0 мм.

[Контрольный Пример 5] Пластина 3 индентора

Медная пластина индентора, которая имеет круглые выступы, каждый из которых имеет радиус (r) 1,25 мм и высоту 1 мм, размещенные в положениях вершин квадратной сетки, имеющей длину (L₁) стороны 5 мм (L₁/3=1,7 мм).

[Контрольный Пример 6] Пластина 4 индентора

Медная пластина индентора, которая имеет круглые выступы, каждый из которых имеет радиус (r) 2,5 мм и высоту 1 мм, размещенные в положениях вершин сетки из равносторонних треугольников, имеющей длину (L₁) стороны 20 мм (L₁/3=6,7 мм).

[Контрольный Пример 7] Пластина 5 индентора

Медная пластина индентора, которая имеет круглые выступы, каждый из которых имеет радиус (r) 2,5 мм и высоту 1 мм, размещенные в положениях вершин сетки из правильных шестиугольников, имеющей длину (L₁) стороны 20 мм (L₁/3=6,7 мм).

[Контрольный Пример 8] Пластина 6 индентора

Медная пластина индентора, которая имеет круглые выступы, каждый из которых имеет радиус (r) 2,5 мм и высоту 1 мм, размещенные в произвольных положениях.

[Контрольный Пример 9] Пластина 7 индентора

Медная пластина индентора, которая имеет круглые выступы, каждый из которых имеет радиус (r) 2,5 мм и высоту 1 мм, размещенные в положениях вершин квадратной сетки, имеющей длину (L₁) стороны 5 мм (L₁/3=1,7 мм).

[Контрольный Пример 10] Плоская пластина 1

Медная плоская пластина, которая не имеет выступов, в отличие от пластин 1-7 инденторов.

[Пример 1]

Пучки 1 армирующих волокон, полученные в Контрольном Примере 1, выровненные по одному направлению, разместили с использованием устройства AFP на столе, способном принимать и удерживать пучки армирующих волокон с устройством на основе электростатического притяжения, для создания слоя пучков армирующих волокон (слои 1-8 пучков армирующих волокон). Таблица 1 показывает полученные слои пучков армирующих волокон для каждой формы. Образцы, использованные для оценки пригодности многослойного листа армирующих волокон к вакуумному формованию в профильной форме для простой детали, представляли собой слои 1 и 2 пучков армирующих волокон, имеющие размер 300 мм×300 мм, образцы, использованные для оценки пригодности многослойного листа армирующих волокон к вакуумному формованию в модельной профильной форме 1, представляли собой слои 3 и 4 пучков армирующих волокон, имеющие размер 500 мм×200 мм, и образцы, использованные для оценки пригодности многослойного листа армирующих волокон к вакуумному формованию в модельной профильной форме 2, представляли собой слои 5-8 пучков армирующих волокон, имеющие размер 1,8 м×1,3 м, соответствующие модельной профильной форме 2.

[0101]

[Таблица 1]

[0102]

(Оценка пригодности многослойного листа армирующих волокон к вакуумному формованию в профильной форме для простой детали)

После того, как слой 1 пучков армирующих волокон был размещен на столе, слой 2 пучков армирующих волокон для второго слоя был размещен так, чтобы образовать угол 90° с углом ориентации волокон пучков армирующих волокон в первом слое.

[0103] Затем пластину 1 индентора (доля площади фиксирующих участков в фиксирующей области: 5%), нагретую до 150°С, прижали к полученному многослойному материалу так, что давление на выступающие участки составляло бы 120 кПа, в течение 3 секунд. Этим путем фиксировались только выступающие участки, размещенные в виде сетки, с образованием фиксирующих участков, и был получен многослойный лист (1А) армирующих волокон. Участок, вдавленный пластиной 1 индентора, то есть, фиксирующий участок, был принят за 100% доли площади многослойного листа армирующих волокон. В нижеследующих примерах, в случае, где использовался гладкий пластинчатый индентор, имеющий круглые выступы, площадь выступов принималась как площадь фиксирующих участков.

[0104] Результаты оценки пригодности к вакуумному формованию и стабильности формы многослойного листа армирующих волокон показаны в Таблицах 2 и 3. Никаких морщин или отслоения не было обнаружено в многослойном листе армирующих волокон после вакуумного формования.

(Оценка пригодности многослойного листа армирующих волокон к вакуумному формованию в модельной профильной форме 1)

После того, как слой 3 пучков армирующих волокон был размещен на столе, слой 4 пучков армирующих волокон для второго слоя был размещен так, чтобы образовать угол 90° с углом ориентации волокон пучков армирующих волокон в первом слое.

[0105] Затем пластину 1 индентора (доля площади фиксирующих участков в фиксирующей области: 5%), нагретую до 150°С, прижали к полученному многослойному материалу так, что давление на выступающие участки составляло бы 120 кПа, в течение 3 секунд. Этим путем фиксировались только выступающие участки, размещенные в виде сетки, с образованием фиксирующих участков, и был получен многослойный лист (1В) армирующих волокон. Участок, вдавленный пластиной 1 индентора, то есть, фиксирующий участок, был принят за 100% доли площади многослойного листа армирующих волокон. В нижеследующих примерах, в случае, где использовался гладкий пластинчатый индентор, имеющий круглые выступы, площадь выступов принималась как площадь фиксирующих участков.

[0106] Результаты оценки пригодности к вакуумному формованию и стабильности формы многослойного листа армирующих волокон показаны в Таблицах 2 и 3. Никаких морщин или отслоения не было обнаружено в многослойном листе армирующих волокон после вакуумного формования.

(Оценка свойств формованного изделия для армированного волокнами полимерного формованного изделия в модельной профильной форме 1)

Четыре многослойных листа (1В) армирующих волокон были наслоены на модельную профильную форму 1, и подвергнуты вакуумному формованию с образованием преформы. Затем полученную преформу поместили в пресс-форму, нагретую до 130°С, пресс-форму зажали и создали давление 4 МПа, чтобы сделать внутри полости по существу вакуум, и затем в полость нагнетали матричную смолу согласно Контрольному Примеру 3 под давлением нагнетания 0,1 МПа. После впрыскивания температуру и давление в пресс-форме поддерживали до достаточного отверждения матричной смолы, раскрыли пресс-форму, и полученное формованное изделие извлекли из пресс-формы с образованием армированного волокнами полимерного формованного изделия (1С).

[0107] Результаты оценки армированного волокнами полимерного формованного изделия показаны в Таблицах 2 и 3. В результате визуального обследования никаких морщин на слоях пучков армирующих волокон в формованном изделии не наблюдались, и формованное изделие было весьма удовлетворительным.

(Оценка пригодности многослойного листа армирующих волокон к вакуумному формованию в модельной профильной форме 2)

После того, как слой 5 пучков армирующих волокон был размещен на столе, слой 6 пучков армирующих волокон для второго слоя был размещен так, чтобы образовать угол 90° с углом ориентации волокон пучков армирующих волокон в первом слое.

[0108] Затем пластину 1 индентора (доля площади фиксирующих участков в фиксирующей области: 5%), нагретую до 150°С, прижали к полученному многослойному материалу так, что давление на выступающие участки составляло бы 120 кПа, в течение 3 секунд. Этим путем фиксировались только выступающие участки, размещенные в виде сетки, с образованием фиксирующих участков, и был получен многослойный лист (1D) армирующих волокон. Участок, вдавленный пластиной 1 индентора, то есть, фиксирующий участок, был принят за 100% доли площади многослойного листа армирующих волокон.

[0109] Результаты оценки пригодности к вакуумному формованию и стабильности формы многослойного листа армирующих волокон показаны в Таблицах 2 и 3. Никаких морщин или отслоения не было обнаружено в многослойном листе армирующих волокон после вакуумного формования.

(Оценка свойств формованного изделия для армированного волокнами полимерного формованного изделия в модельной профильной форме 2)

Многослойный лист (1D-2) армирующих волокон был получен подобно случаю с многослойным листом (1D) армирующих волокон, за исключением того, что после размещения слоя 7 пучков армирующих волокон на столе слой 8 пучков армирующих волокон для второго слоя был размещен так, чтобы образовать угол 90° с углом ориентации волокон пучков армирующих волокон в первом слое. Четыре листа (1D и 1D-2) были симметрично наслоены друг на друга на фактически существующей профильной модели 2 и подвергнуты вакуумному формованию с образованием преформы. Затем полученную преформу поместили в пресс-форму, нагретую до 130°С, пресс-форму зажали и создали давление 4 МПа, чтобы сделать внутри полости по существу вакуум, и затем в полость нагнетали матричную смолу согласно Контрольному Примеру 3 под давлением нагнетания 0,1 МПа. После впрыскивания температуру и давление в пресс-форме поддерживали до достаточного отверждения матричной смолы, раскрыли пресс-форму, и полученное формованное изделие извлекли из пресс-формы с образованием армированного волокнами полимерного формованного изделия (1Е).

[0110] Результаты оценки армированного волокнами полимерного формованного изделия показаны в Таблицах 2 и 3. В результате визуальной проверки никаких морщин на слоях пучков армирующих волокон в формованном изделии не наблюдались, и формованное изделие было весьма удовлетворительным.

[Пример 2]

Многослойные листы (2А), (2В) и (2D) армирующих волокон, а также армированные волокнами полимерные формованные изделия (2С) и (2Е), были получены таким же образом, как в Примере 1, за исключением того, что пластина индентора, использованная для скрепления друг с другом слоев пучков армирующих волокон, была заменена на пластину 2 индентора (доля площади фиксирующих участков в фиксирующей области: 10,7%).

[0111] Результаты оценки многослойных листов армирующих волокон и результаты оценки армированных волокнами полимерных формованных изделий показаны в Таблице 2. Что касается пригодности к вакуумному формованию и стабильности формы, была обнаружена 1 морщина в профильной форме (2А) для простой детали, была обнаружена 1 морщина в модельной профильной форме 1 (2В), и наблюдалась 1 морщина, и было обнаружено отслоение пучков волокон максимально на 2 мм на краю модельной профильной формы 2 (2С). Однако морщины или отслоение, которые могли бы создать проблемы, не наблюдались. Формованные изделия также были визуально проверены. В результате, хотя 2 морщины пучков армирующих волокон были обнаружены в модельной профильной форме 1 (2D), и 2 морщины пучков армирующих волокон были обнаружены в модельной профильной форме 2 (2Е), полученные формованные изделия были удовлетворительными.

[Пример 3]

Многослойные листы (3А), (3В) и (3D) армирующих волокон, а также армированные волокнами полимерные формованные изделия (3С) и (3Е), были получены таким же образом, как в Примере 1, за исключением того, что пластина индентора, использованная для скрепления друг с другом слоев пучков армирующих волокон, была заменена на пластину 3 индентора (доля площади фиксирующих участков в фиксирующей области: 20%).

[0112] Результаты оценки многослойных листов армирующих волокон и результаты оценки армированных волокнами полимерных формованных изделий показаны в Таблицах 2 и 3. Что касается пригодности к вакуумному формованию и стабильности формы, были обнаружены 2 морщины в профильной форме (3А) для простой детали, были обнаружены 2 морщины в модельной профильной форме 1 (3В), и наблюдались 2 морщины, и было обнаружено отслоение пучков волокон максимально на 2 мм на краю модельной профильной формы 2 (3С). Однако морщины или отслоение, которые могли бы создать проблемы, не наблюдались. Формованные изделия также были проверены визуально. В результате, хотя 3 морщины в слоях пучков армирующих волокон были обнаружены в модельной профильной форме 1 (3D), и 3 морщины в слоях пучков армирующих волокон были обнаружены в модельной профильной форме 2 (3Е), полученные формованные изделия были удовлетворительными.

[Пример 4]

Многослойные листы (4А), (4В) и (4D) армирующих волокон, а также армированные волокнами полимерные формованные изделия (4С) и (4Е), были получены таким же образом, как в Примере 1, за исключением того, что пластина индентора, использованная для скрепления друг с другом слоев пучков армирующих волокон, была заменена на пластину 4 индентора (доля площади фиксирующих участков в фиксирующей области: 6%).

[0113] Результаты оценки многослойных листов армирующих волокон и результаты оценки армированных волокнами полимерных формованных изделий показаны в Таблицах 2 и 3. Что касается пригодности к вакуумному формованию и стабильности формы, были обнаружены 5 морщин в профильной форме (4А) для простой детали, были обнаружены 6 морщин в модельной профильной форме 1 (4В), и наблюдались 6 морщин, и было обнаружено отслоение пучков волокон максимально на 4 мм на краю модельной профильной формы 2 (4С). Однако морщины или отслоение, которые могли бы создать проблемы, не наблюдались. Формованные изделия также были проверены визуально. В результате, хотя 5 морщин в слоях пучков армирующих волокон были обнаружены в модельной профильной форме 1 (4D), и 6 морщин в слоях пучков армирующих волокон были обнаружены в модельной профильной форме 2 (4Е), полученные формованные изделия были удовлетворительными.

[Пример 5]

Многослойные листы (5А), (5В) и (5D) армирующих волокон, а также армированные волокнами полимерные формованные изделия (5С) и (5Е), были получены таким же образом, как в Примере 1, за исключением того, что пластина индентора, использованная для скрепления друг с другом слоев пучков армирующих волокон, была заменена на пластину 5 индентора (доля площади фиксирующих участков в фиксирующей области: 4%).

[0114] Результаты оценки многослойных листов армирующих волокон и результаты оценки армированных волокнами полимерных формованных изделий показаны в Таблицах 2 и 3. Что касается пригодности к вакуумному формованию и стабильности формы, были обнаружены 2 морщины в профильной форме (5А) для простой детали, были обнаружены 3 морщины и отслоение пучков волокон максимально на 2 мм в модельной профильной форме 1 (5В), и наблюдались 3 морщины, и было обнаружено отслоение пучков волокон максимально на 2 мм на краю модельной профильной формы 2 (5С). Однако морщины или отслоение, которые могли бы создать проблемы, не наблюдались. Формованные изделия также были проверены визуально. В результате, хотя 3 морщины в слоях пучков армирующих волокон были обнаружены в модельной профильной форме 1 (5D), и 3 морщины в слоях пучков армирующих волокон были обнаружены в модельной профильной форме 2 (5Е), полученные формованные изделия были удовлетворительными.

[Пример 6]

Многослойные листы (6А), (6В) и (6D) армирующих волокон, а также армированные волокнами полимерные формованные изделия (6С) и (6Е), были получены таким же образом, как в Примере 1, за исключением того, что пластина индентора, использованная для скрепления друг с другом слоев пучков армирующих волокон, была заменена на пластину 6 индентора (доля площади фиксирующих участков в фиксирующей области: 5%).

[0115] Результаты оценки многослойных листов армирующих волокон и результаты оценки армированных волокнами полимерных формованных изделий показаны в Таблицах 2 и 3. Что касается пригодности к вакуумному формованию и стабильности формы, происходило отслоение пучков армирующих волокон во многих местах, главным образом на краю многослойного листа армирующих волокон, и расслоение максимально на 4 мм возникало в профильной форме (6А) для простой детали. Происходили подобные отслоения, возникало отслоение максимально на 4 мм, и 5 морщин образовались в поперечном направлении в модельной профильной форме 1 (6В) и модельной профильной форме 2 (6С). Формованные изделия также были проверены визуально. В результате, хотя 8 морщин в слоях пучков армирующих волокон были обнаружены в модельной профильной форме 1 (6D), и 9 морщин в слоях пучков армирующих волокон были обнаружены в модельной профильной форме 2 (6Е), полученные формованные изделия не создавали проблему для применения, поскольку все морщины образовались на краю, то есть, в области вне изделия.

[Пример 7]

Многослойный лист (7А) армирующих волокон был получен таким же способом, как в Примере 1, за исключением того, что были созданы следующие две фиксирующих области (R1) и (R2).

(R1) Область в пределах диапазона 20 мм от наружного периметра многослойного листа армирующих волокон.

(R2) Квадратная область, которая позиционирована на месте, где совпадают друг с другом центр многослойного листа армирующих волокон и центр тяжести в квадрате величиной 100 мм×100 мм, и которая имеет стороны, параллельные наружной периферии многослойного листа армирующих волокон.

В этом случае доля площади фиксирующих участков в фиксирующей области составляет 36%.

[0116] Результаты оценки многослойного листа армирующих волокон показаны в Таблицах 4 и 5. Что касается пригодности к вакуумному формованию и стабильности формы, не наблюдались никакие морщины, но было обнаружено отслоение пучков армирующих волокон максимально на 4 мм в профильной форме (7А).

[Сравнительный Пример 1]

Многослойные листы (8А), (8В) и (8D) армирующих волокон были получены таким же образом, как в Примере 1, за исключением того, что пластина индентора, использованная для скрепления друг с другом слоев пучков армирующих волокон, была заменена на пластину 1 индентора (фиксирующие участки: весь лист (площадь фиксирующих участков является такой же, как доля площади (обе 100 мм² или более)), доля площади фиксирующих участков в фиксирующей области: 100%).

[0117] Результаты оценки многослойных листов армирующих волокон показаны в Таблицах 4 и 5. Что касается пригодности к вакуумному формованию и стабильности формы, хотя отслоение пучков волокон не наблюдалось, часть многослойного листа армирующих волокон покоробилась в поперечном направлении, и перекрывающиеся складки возникали в профильной форме (8А) для простой детали. Хотя отслоение пучков волокон не наблюдалось, подобные складки образовались также в модельной профильной форме 1 (8В) и в модельной профильной форме 2 (8С), и было невозможно использовать многослойные листы армирующих волокон для формования в армированное волокнами полимерное формованное изделие.

[Сравнительный Пример 2]

Многослойные листы (9А), (9В) и (9D) армирующих волокон были получены таким же образом, как в Примере 1, за исключением того, что пластина индентора, использованная для скрепления друг с другом слоев пучков армирующих волокон, была заменена на пластину 7 индентора (доля площади фиксирующих участков в фиксирующей области: 79%).

[0118] Результаты оценки многослойных листов армирующих волокон показаны в Таблицах 4 и 5. Что касается пригодности к вакуумному формованию и стабильности формы, хотя отслоение пучков волокон не наблюдалось, часть многослойного листа армирующих волокон покоробилась в поперечном направлении, и перекрывающиеся складки возникали в профильной форме (9А) для простой детали. Хотя отслоение пучков волокон не наблюдалось, подобные складки образовались также в модельной профильной форме 1 (9В) и в модельной профильной форме 2 (9С), и было невозможно использовать многослойные листы армирующих волокон для формования в армированное волокнами полимерное формованное изделие.

[Сравнительный Пример 3]

Многослойный лист (10А) армирующих волокон был получен таким же образом, как в Примере 1, за исключением того, что была создана следующая фиксирующая область (R1).

(R1) Область в пределах диапазона 20 мм от наружного периметра многослойного листа армирующих волокон

В этом случае доля площади фиксирующих участков в фиксирующей области составляет 25%.

[0119] Результаты оценки многослойного листа армирующих волокон показаны в Таблицах 4 и 5. Что касается пригодности к вакуумному формованию и стабильности формы, возникли 4 морщины, отслоение пучков армирующих волокон возникало во многих местах в нефиксирующей области многослойного листа армирующих волокон, и отслоение максимально на 10 мм происходило в 5 или более местах в профильной форме (10А) для простой детали.

[Сравнительный Пример 4]

Многослойные листы (11А), (11В) и (11D) армирующих волокон были получены таким же образом, как в Примере 1, за исключением того, что в стадии нанесения фиксирующего материала в Примере 1 было удвоено количество нанесенного материала, и доля площади фиксирующего элемента в фиксирующем участке была изменена до 85%.

[0120] Результаты оценки многослойных листов армирующих волокон показаны в Таблицах 4 и 5. Что касается пригодности к вакуумному формованию и стабильности формы, хотя отслоение пучков волокон не наблюдалось, часть многослойного листа армирующих волокон покоробилась в поперечном направлении, и перекрывающиеся складки возникали в профильной форме (11А) для простой детали. Хотя отслоение пучков волокон не наблюдалось, подобные складки образовались также в модельной профильной форме 1 (11В) и в модельной профильной форме 2 (11С), и было невозможно использовать многослойные листы армирующих волокон для формования в армированное волокнами полимерное формованное изделие.

[0121]

[Таблица 2]

[0122]

[Таблица 3]

[0123]

[Таблица 4]

[0124]

[Таблица 5]

ОПИСАНИЕ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

[0125]

101, 301: многослойный лист армирующих волокон

102, 103, 302, 303: слой пучков армирующих волокон

104, 204, 304, 502: фиксирующий участок

105, 305, 501: фиксирующий элемент

106, 306, 503: фиксирующая область

107, 504: фиксирующий материал

307: рамкообразная фиксирующая область

208: сетка

401, 601: стадия размещения первого слоя пучков армирующих волокон

402, 603: стадия размещения второго слоя пучков армирующих волокон

403, 604: стадия формирования листа

505: первый слой пучков армирующих волокон

602: стадия размещения фиксирующего материала

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

[0126] Способ изготовления многослойного листа армирующих волокон согласно настоящему изобретению способен создать многослойный лист армирующих волокон, который может быть надлежащим образом использован, даже если армированное волокнами полимерное формованное изделие имеет форму, имеющую сложную изогнутую поверхность.

[0127] Кроме того, армированное волокнами полимерное формованное изделие, изготовленное из многослойного листа армирующих волокон согласно настоящему изобретению, пригодно для основных конструкционных деталей, второстепенных конструкционных деталей, и деталей наружной и внутренней отделки в транспортных устройствах, таких как детали самолетов, детали автомобилей, и детали автоматизированных двухколесных транспортных средств, и детали для общего промышленного применения, такие как лопасти ветроэнергетических установок, руки роботов, и детали медицинского оборудования, такие как верхние панели рентгеновских установок.

Реферат

Изобретение относится к области формования препрегов и касается получения листов армирующих волокон и армированных волокнами формованных изделий. Лист армирующих волокон согласно настоящему изобретению включает многочисленные пучки армирующих волокон, причем первый и второй слои пучков армирующих волокон, в которых нет непосредственной силы сцепления между пучками, размещаются так, что имеют взаимно различающиеся ориентации волокон, и соединяются воедино, будучи скрепленными друг с другом с использованием скрепляющих элементов, удовлетворяя условиям (i) и (ii). (i) Поверхности скрепления первого и второго слоев пучков армирующих волокон имеют скрепляющие участки, которые включают по меньшей мере один скрепляющий элемент, и средняя площадь поверхности S1 составляет 100 мм2. (ii) На скрепляющих участках отношение площади поверхности скрепляющих элементов к площади скрепляющего участка составляет от 0,1% до 80% включительно. Изобретение обеспечивает создание многослойного листа армирующих волокон, пригодного к обработке в качестве листа благодаря связыванию соседних пучков армирующих волокон, которые не являются непосредственно соединенными друг с другом, и также пригодного к деформированию сообразно конфигурации пресс-формы при вакуумном формовании, в то же время с сохранением формы листа, а также создание с использованием многослойного листа армирующих волокон, армированного волокнами полимерного формованного изделия, которое не имеет дефектов, таких как морщины, образующиеся во время вакуумного формования с механической вытяжкой, и имеет превосходные свойства формованного изделия. 4 н. и 13 з.п. ф-лы, 9 ил., 5 табл., 6 пр.

Формула