三维纤维增强复合材料以及三维纤维增强复合材料的制造方法技术

本发明专利技术提供三维纤维增强复合材料，其具备：层叠体，其是包括沿层叠方向层叠的多个纤维束层的层叠体，纤维束层包括第1以及第2最外层；基体树脂；防脱线；以及结合线，其将纤维束层结合。结合线具有：折回部，其通过防脱线的外侧并折回；与折回部连续的第1横穿线部以及第2横穿线部；以及表层线部，其在第2最外层的表面沿该第2最外层的面而向与防脱线大致正交的方向延伸。表层线部具有两股部，其在所述第2最外层的表面从第1横穿线部以及第2横穿线部向相反的方向延伸。在由两股部和与该两股部相邻的第2最外层的纤维束围起的空间、第1以及第2横穿线部中的每一个和与这两个横穿线部中的每一个相邻的纤维束之间的空间、以及第1横穿线部与所述第2横穿线部之间的空间配置有添加剂和所述基体树脂。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】三维纤维增强复合材料以及三维纤维增强复合材料的制造方法
本公开涉及使基体树脂浸入层叠体而形成的三维纤维增强复合材料、以及该三维纤维增强复合材料的制造方法，其中的层叠体利用结合线将纤维束层沿层叠方向结合而形成。
技术介绍
作为轻型且高强度的材料使用三维纤维增强复合材料。三维纤维增强复合材料在基体树脂中具有利用结合线将多个纤维束层结合而形成的层叠体。因此，三维纤维增强复合材料与仅包含基体树脂的材料相比力学特性(机械特性)优秀，因而优选作为构造部件。另外，三维纤维增强复合材料与二维纤维增强复合材料相比，利用结合线来提高层叠方向的强度。作为这种三维纤维增强复合材料，举例有专利文献1所公开的材料。如图5所示，专利文献1的三维纤维增强复合材料80具有平板状的三维织物86，该三维织物86利用由多个经线81和多个纬线82构成的面内方向线83、相对于面内方向线83的基准面正交的多个面外方向线84、以及对面外方向线84进行固定的边线85形成。使树脂浸入该三维织物86，并使树脂固化而形成三维纤维增强复合材料80。专利文献1：日本特开2007－152672号公报然而，在三维纤维增强复合材料80中，在编织三维织物86时将面外方向线84插入三维织物86时，由于施加于三维织物86的张力，而在面外方向线84、和与该面外方向线84相邻的面内方向线83之间、或和面外方向线84中向相反的方向延伸的部位之间形成有间隙。而且，若将树脂浸入三维织物86，则在这些间隙残存树脂而形成树脂聚集部87。在这种树脂聚集部87中，由于树脂的固化收缩等而在树脂聚集部87内产生内部应力，从而有在三维纤维增强复合材料80中面外方向线84的周边产生裂缝的危险。
技术实现思路
本公开的目的在于，提供能够抑制树脂聚集部处的裂缝的产生的三维纤维增强复合材料、以及该三维纤维复合材料的制造方法。用于实现上述目的的三维纤维增强复合材料具备：层叠体，其是包括沿层叠方向层叠的多个纤维束层的层叠体，上述纤维束层包括第1以及第2最外层；基体树脂，其浸入上述层叠体；防脱线，其沿上述第1最外层的表面延伸；以及结合线，其将上述纤维束层沿层叠方向结合，上述结合线具有：折回部，其通过上述防脱线的层叠方向的外侧并折回；与上述折回部连续，并沿与各纤维束层的面正交的方向延伸的第1横穿线部以及第2横穿线部；以及表层线部，其在上述第2最外层的表面沿该第2最外层的面而向与上述防脱线大致正交的方向延伸，上述表层线部具有两股部，其在上述第2最外层的表面从上述第1横穿线部以及第2横穿线部向相反的方向延伸，在由上述两股部、和与该两股部相邻的上述第2最外层的纤维束围起的空间、上述第1以及第2横穿线部中的每一个和与这两个横穿线部中的每一个相邻的纤维束之间的空间、以及上述第1横穿线部与上述第2横穿线部之间的空间，分别配置有添加剂和上述基体树脂。在本结构中，在各纤维束层内，结合线通过纤维束内、或结合线通过纤维束彼此之间，从而在结合线的周围形成有间隙。另外，在两股部、第1横穿线部与第2横穿线部之间也形成有间隙。而且，在各间隙配置有基体树脂和添加剂。由于在成为树脂聚集部的各间隙配置有添加剂，从而基体树脂在树脂聚集部处的比例下降。因此，即便由于使基体树脂固化时的固化收缩、基体树脂与纤维的线性膨胀系数之差而在各树脂聚集部内产生内部应力，也利用添加剂缓和该内部应力，从而作用于基体树脂的应力降低。因此，抑制在三维纤维增强复合材料中结合线的周围产生裂缝的情况。另外，也可以形成为，上述添加剂与粘合剂混合并附着于上述层叠体，上述添加剂与上述粘合剂加在一起的体积为，由上述两股部和与该两股部相邻的上述第2最外层的纤维束围起的空间的10～50％。由此，通过对添加剂的添加量进行设定，能够不使添加剂过少，发挥基于添加剂的内部应力的缓和功能，并且能够防止出现添加剂过多而使基体树脂量降低的情况来防止三维纤维增强复合材料的机械强度的降低。另外，也可以形成为，上述纤维束层、上述防脱线以及上述结合线由碳纤维形成，上述添加剂为碳黑或者碳纳米管。由此，由于形成三维纤维增强复合材料的纤维束层、防脱线以及结合线由碳纤维形成，所以通过使添加剂形成为碳黑或者碳纳米管，能够使三维纤维增强复合材料的除基体树脂以外的部分全部由碳材料形成。因此，能够消除向三维纤维增强复合材料的基材混合除碳以外的材料引起的强度降低。用于实现上述目的的三维纤维增强复合材料的制造方法包括如下步骤，即：准备包括沿层叠方向层叠的多个纤维束层的层叠体的步骤，上述纤维束层包括第1以及第2最外层；准备沿上述第1最外层的表面延伸的防脱线的步骤；利用结合线将上述纤维束层沿层叠方向结合的步骤，上述结合线具有：通过上述防脱线的层叠方向的外侧并折回的折回部、与上述折回部连续并沿与各纤维束层的面正交的方向延伸的第1横穿线部以及第2横穿线部、以及在上述第2最外层的表面沿该第2最外层的面而向与上述防脱线正交的方向延伸的表层线部，上述表层线部具有在上述第2最外层的表面从上述第1横穿线部以及第2横穿线部向相反的方向延伸的两股部；通过一边从上述第2最外层的表面的外侧向上述两股部供给添加剂一边从上述第1最外层的表面的外侧吸引上述添加剂，而在由上述两股部和与该两股部相邻的上述第2最外层的纤维束围起的空间、上述第1横穿线部以及上述第2横穿线部中的每一个和与这两个横穿线部中的每一个相邻的纤维束之间的空间、以及上述第1横穿线部与上述第2横穿线部之间的空间配置上述添加剂的步骤；以及将基体树脂浸入包含上述添加剂的上述层叠体的步骤。由此，通过吸引添加剂，能够将添加于两股部的添加剂从两股部沿结合线选择性地添加于各间隙。附图说明图1是表示实施方式的第1～第4增强纤维束层的分解立体图。图2是表示实施方式的三维纤维增强复合材料的立体图。图3是表示图2的三维纤维增强复合材料的剖视图。图4A是表示一边添加添加剂一边吸引添加剂的工序的剖视图。图4B是表示添加剂的加热工序的剖视图。图4C是表示基体树脂的浸入固化工序的剖视图。图5是表示
技术介绍
的图。具体实施方式以下，根据图1～图4C对三维纤维增强复合材料的一个实施方式进行说明。如图2以及图3所示，三维纤维增强复合材料10包括层叠体20以及基体树脂30。层叠体20是通过将呈片状的多个纤维束层即第1～第4增强纤维束层11～14层叠，并且使用结合线21以及防脱线22将上述第1～第4增强纤维束层11～14结合而形成的。基体树脂30是通过使树脂浸入层叠体20而形成的。如图1所示，第1～第4增强纤维束层11～14均包括使多根增强纤维形成束的多个第1～第4增强纤维束11a～14a。此外，“增强纤维束”意味着在将第1～第4增强纤维束层11～14作为三维纤维增强复合材料10的纤维基材使用时，担负着增强三维纤维增强复合材料10的基体树脂30的作用的纤维束。在本实施方式中，作为增强纤维使用碳纤维。在以下的说明中，如图2所示，在沿三维纤维增强复合材料10的面延伸的方向中，将沿三维纤维增强复合材料10的一边延伸的方向设为X方向，将与该X方向正交的方向设为Y方向。并且，将三维纤维增强复合材料10中与X方向以及Y方向正交并层叠第1～第4增强纤维束层11～14的方向设为层叠方向。如图1所示，第1增强纤维束层11是由相互平行地排列并且笔本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维纤维增强复合材料，其特征在于，具备：层叠体，其是包括沿层叠方向层叠的多个纤维束层的层叠体，所述纤维束层包括第1以及第2最外层；基体树脂，其浸入所述层叠体；防脱线，其沿所述第1最外层的表面延伸；以及结合线，其将所述纤维束层沿层叠方向结合，所述结合线具有：折回部，其通过所述防脱线的层叠方向的外侧并折回；与所述折回部连续，并沿与各纤维束层的面正交的方向延伸的第1横穿线部以及第2横穿线部；以及表层线部，其在所述第2最外层的表面沿该第2最外层的面而向与所述防脱线大致正交的方向延伸，所述表层线部具有两股部，其在所述第2最外层的表面从所述第1横穿线部以及第2横穿线部向相反的方向延伸，在由所述两股部、和与该两股部相邻的所述第2最外层的纤维束围起的空间、所述第1以及第2横穿线部中的每一个和与这两个横穿线部中的每一个相邻的纤维束之间的空间、以及所述第1横穿线部与所述第2横穿线部之间的空间，分别配置有添加剂和所述基体树脂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.08.21 JP 2012-1825481.一种三维纤维增强复合材料，其特征在于，具备：层叠体，其是包括沿层叠方向层叠的多个纤维束层的层叠体，所述纤维束层包括第1以及第2最外层；基体树脂，其浸入所述层叠体；防脱线，其沿所述第1最外层的表面延伸；以及结合线，其将所述纤维束层沿层叠方向结合，所述结合线具有：折回部，其通过所述防脱线的层叠方向的外侧并折回；与所述折回部连续，并沿与各纤维束层的面正交的方向延伸的第1横穿线部以及第2横穿线部；以及表层线部，其在所述第2最外层的表面沿该第2最外层的面而向与所述防脱线大致正交的方向延伸，所述表层线部具有两股部，其在所述第2最外层的表面从所述第1横穿线部以及第2横穿线部向相反的方向延伸，在由所述两股部、和与该两股部相邻的所述第2最外层的纤维束围起的空间、所述第1以及第2横穿线部中的每一个和与这两个横穿线部中的每一个相邻的纤维束之间的空间、以及所述第1横穿线部与所述第2横穿线部之间的空间，分别配置有添加剂和所述基体树脂，并且所述添加剂仅配置于所述空间。2.根据权利要求1所述的三维纤维增强复合材料，其特征在于，所述添加剂与粘合剂混合并附着于所述层叠体，所述添加剂与所述粘合剂加在一起的体积为，由所述两股部和与该两股部相邻的所述第2最外层的纤维束围起的空间的10～50％。3.根据权利要求1所述的三维纤维增强复合材料，其特征在于，所述纤维束层、所述防脱线以及所述结合线由碳纤维形成，所述添加剂为...

【专利技术属性】
技术研发人员：安江雅彦，辻良平，神谷隆太，都筑诚，
申请(专利权)人：株式会社丰田自动织机，
类型：发明
国别省市：日本;JP