扁平轻量部件及其制造方法

技术领域

本发明涉及能够作为螺旋桨叶片使用的、由表面的皮层和内部的芯层形成的扁平轻量部件(纤维增强树脂成型品)及其制造方法。具体而言，涉及端部的机械特性、芯层与皮层的粘接性优异，并且外观品级良好、生产率也优异的由纤维增强树脂形成的扁平轻量部件及其制造方法。

背景技术

纤维增强树脂由于轻量且高强度，高刚性，因此在产业的广泛领域中得到使用。特别是合适利用使用了预浸料坯的成型品，该预浸料坯是在由增强纤维等长纤维形成的纤维增强材料中含浸有树脂的中间材料。另外，皮层为纤维增强树脂、芯层为多孔质的夹层结构材料由于其轻量性和强韧性，在航空器、汽车、船舶等运输工具，运动·休闲领域中被有效地利用。作为具有这样的夹层结构的纤维增强树脂成型品，已知有包含由纤维增强基材形成的皮层、和由轻量粒子及基体树脂形成的芯层的扁平轻量部件。此处，扁平轻量部件是指周长、截面形状朝向长度方向变化的构造，主要为能够作为螺旋桨叶片使用的部件。

作为这样的扁平轻量部件，已知有在端部将上表面用预浸料坯和下表面用预浸料坯在厚度方向上层叠粘接而成的螺旋桨叶片。该扁平轻量部件通过分别在一个分体式模具层叠上表面用预浸料坯、在另一个分体式模具层叠下表面用预浸料坯，在合模时，在由两预浸料坯形成的空间内配置发泡剂而得到(例如，专利文献1)。

另外，作为同样的扁平轻量部件，已知有主要部分由皮层和芯层和分离层构成、周缘部(从投影面积最大的方向观察扁平轻量部件时的该扁平轻量部件的外周的部分)由皮层和芯层构成，并且在作为螺旋桨叶片使用的情况下，在与前缘和后缘相当的部位追加配置增强用的增强纤维的扁平轻量部件。该扁平轻量部件在芯层与皮层之间配置有抑制轻量粒子通过的分离层，而利用分离层，将构成芯层的轻量粒子和基体树脂中的轻量粒子分离，仅使基体树脂含浸于构成皮层的干的增强纤维基材，形成皮层(例如，专利文献2)。

而且，已知有为了得到扁平轻量部件的均匀的力学特性和优异的尺寸稳定性，而使用在面内整个区域以规则的分布设置有切口的预浸料坯、将其层叠而成的预成型体的技术(例如，专利文献3)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2020-151876号公报

专利文献2：日本特开平8-276441号公报

专利文献3：日本专利第5272418号公报

发明内容

发明所要解决的课题

但是，如上所述，对于在端部处上表面用预浸料坯和下表面用预浸料坯在厚度方向上层叠粘接而成的扁平轻量部件而言，在端部处需要用于层叠粘接两预浸料坯的区域。因此，需要将比重大的预浸料坯配置到本来应该由轻量的芯层形成的区域，存在扁平轻量部件的重量增加的问题。另外，基于同样的理由，有时能够应用这种构成的扁平轻量部件的形状受到限定。另一方面，若形成仅是将预浸料坯的端部彼此对接的构造，则存在接合部强度降低，并且形成芯层的轻量粒子、基体树脂向扁平轻量部件外部漏出而损害外观品级的问题。

另外，对于主要部分由皮层和芯层和分离层构成、周缘部由皮层和芯层构成并且在如上所述的与前缘和后缘相当的部位追加配置增强用的增强纤维的以往的扁平轻量部件而言，在分离层的配置位置不适当的情况下，若长期使用，则有可能在分离层附近产生剥离，存在不能将芯层和皮层牢固地一体化的问题。

此外，对于在一个分体式模具层叠上表面用预浸料坯、在另一个分体式模具层叠下表面用预浸料坯，并在合模时在由两预浸料坯形成的空间内配置发泡剂的以往的扁平轻量部件的制造方法而言，需要于室温在具有三维形状的模具的表面层叠预浸料坯后，加热模具使预浸料坯固化，不仅在层叠工序中需要大量的劳力、特殊的技术·装置，而且模具的升降温需要大量的时间，因此存在生产率的问题。

此外，对于使用于构成芯层的基体树脂的一部分通过分离层而含浸·固化于干的增强纤维基材来形成皮层的以往的扁平轻量部件的制造方法而言，，在扁平轻量部件不是简单的平板而是具有三维形状的情况下，上下分别配置的分离层在成型时产生偏移等，因此难以得到精度高、偏差小的扁平轻量部件。另外，在配置增强用的增强纤维的过程中，难以定位，在纤维增强树脂成型中也容易偏移，因此有时扁平轻量部件的重心变化。而且，有时在基体树脂含浸于增强纤维的过程中，在端部产生被称为空隙(void)的气泡，从而机械特性降低、损害外观品级。

像上述这样，在上述的以往技术中，得到端部的机械特性、芯层与皮层的粘接性优异并且外观品级良好的扁平轻量部件是非常困难的。

因此，本发明的课题着眼于如上所述的问题点，提供端部的机械特性、芯层与皮层的粘接性优异并且外观品级良好、生产率也优异的扁平轻量部件及其制造方法。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明采用以下任一项的构成。

(1)扁平轻量部件，其特征在于，具有：配置于前述扁平轻量部件的两个表面的皮层、在前述扁平轻量部件的端部处以与前述两个表面的皮层的两个内表面接触的方式配置的端部增强层、和在由前述皮层和前述端部增强层包围的空间中以与前述皮层的内表面直接接触的方式配置的芯层，前述皮层包含1层以上的包含沿单向并丝的增强纤维和第1基体树脂的层，前述端部增强层包含纤维增强树脂片材，前述芯层包含热膨胀性粒子和第2基体树脂。

(2)如前述(1)中记载的扁平轻量部件，其特征在于，前述纤维增强树脂片材为沿单向并丝的增强纤维和第1基体树脂。

(3)如前述(1)中记载的扁平轻量部件，其特征在于，前述纤维增强树脂片材为包含增强纤维的纤维增强发泡体。

(4)如前述(1)～(3)中任一项记载的扁平轻量部件，其特征在于，从前述皮层起毛的增强纤维侵入前述芯层。

(5)如前述(1)～(4)中任一项记载的扁平轻量部件，其特征在于，从前述端部增强层起毛的增强纤维侵入前述芯层。

(6)如前述(1)～(5)中任一项记载的扁平轻量部件，其特征在于，由前述皮层和前述端部增强层包围的空间为封闭空间。

(7)如前述(1)～(6)中任一项记载的扁平轻量部件，其特征在于，在前述端部增强层中，前述纤维增强树脂片材具有卷状物结构或折叠结构。

(8)扁平轻量部件的制造方法，其为使用包括上模具和下模具的双面模具的扁平轻量部件的制造方法，前述制造方法的特征在于，具有：

准备工序，其中，使用包含沿单向并丝的增强纤维和第1基体树脂的预浸料坯准备一者的皮层和另一者的皮层，并且使用纤维增强树脂片材准备端部增强层；

第1配置工序，其中，将前述一者的皮层配置于已加热至成型温度的前述下模具，将前述端部增强层载置于前述一者的皮层的周缘部的至少一部分；

投入工序，其中，将热膨胀性粒子与第2基体树脂的混合物载置于前述一者的皮层上；

第2配置工序，其中，将前述另一者的皮层进一步配置于前述一者的皮层的上表面，使前述端部增强层与前述另一者的皮层的周缘部的至少一部分接触；和

闭模工序，其中，将已加热至成型温度的前述上模具闭合，

前述制造方法还具有使前述热膨胀性粒子进行体积膨胀而成为芯层的工序。

(9)扁平轻量部件的制造方法，其为使用包括上模具和下模具的双面模具的扁平轻量部件的制造方法，前述制造方法的特征在于，具有：

准备工序，其中，将包含纤维增强树脂片材的端部增强层粘接于包含预浸料坯的一者的皮层的周缘部的至少一部分、准备带有端部增强层的皮层，并且准备包含前述预浸料坯的另一者的皮层，其中，前述预浸料坯包含沿单向并丝的增强纤维和第1基体树脂；

第1配置工序，其中，将前述带有端部增强层的皮层配置于已加热至成型温度的前述下模具；

投入工序，其中，将热膨胀性粒子与第2基体树脂的混合物载置于前述一者的皮层上；

第2配置工序，其中，将前述另一者的皮层进一步配置于前述带有端部增强层的皮层的上表面，使前述端部增强层与前述另一者的皮层的周缘部的至少一部分接触；和

闭模工序，其中，将已加热至成型温度的前述上模具闭合，

前述制造方法还具有使前述热膨胀性粒子进行体积膨胀而成为芯层的工序。

(10)如前述(8)或(9)中记载的扁平轻量部件的制造方法，其特征在于，前述增强纤维树脂片材为包含沿单向并丝的增强纤维和第1基体树脂的预浸料坯。

(11)如前述(8)或(9)中记载的扁平轻量部件的制造方法，其特征在于，前述增强纤维树脂片材为包含增强纤维的纤维增强发泡体。

(12)如前述(8)～(11)中任一项记载的扁平轻量部件的制造方法，其特征在于，使用切口预浸料坯作为前述预浸料坯。

(13)如前述(8)～(12)中任一项记载的扁平轻量部件的制造方法，其特征在于，至前述闭模工序的完成为止，使至少前述一者的皮层的与扁平轻量部件的内表面相当的部位起毛。

(14)如前述(8)～(13)中任一项记载的扁平轻量部件的制造方法，其特征在于，至前述闭模工序的完成为止，使前述端部增强层的与扁平轻量部件的内表面相当的部位起毛。

发明效果

根据本发明涉及的扁平轻量部件及其制造方法，能够得到端部的机械特性、芯层与皮层的粘接性优异并且外观品级良好、生产率也优异的扁平轻量部件。

附图说明

[图1]是本发明的扁平轻量部件的例子中的俯视图(a)及A-A’中的剖视图(b)。

[图2]是示出本发明扁平轻量部件的例子中的起毛的皮层的例子的剖视图(a)及起毛的皮层的例子的放大图。

[图3]是示出本发明的扁平轻量部件的皮层和端部增强层和芯层的位置关系的例子的剖视图。

[图4]是示出本发明的扁平轻量部件的由皮层和端部增强层包围的封闭空间的例子的透视俯视图。

[图5]是本发明的扁平轻量部件的具有卷状物结构或折叠结构的端部增强层的例子。

[图6]是示出本发明的扁平轻量部件的制造方法的各工序的图。

[图7]是示出本发明的扁平轻量部件的其它制造方法的各工序的图。

具体实施方式

以下，针对本发明，参照附图与实施方式一起进行详细地说明。

本发明涉及的扁平轻量部件具有：配置于两个表面的皮层、在前述扁平轻量部件的端部处以与前述两个表面的皮层的两个内表面接触的方式配置的端部增强层、和在由前述皮层和前述端部增强层包围的空间中以与前述皮层的内表面直接接触的方式配置的芯层。前述皮层使用1层以上的包含沿单向并丝的增强纤维和第1基体树脂的预浸料坯形成，包含1层以上的包含增强纤维和第1基体树脂的层。另外，前述端部增强层包含纤维增强树脂片材，前述芯层包含作为轻量粒子的热膨胀性粒子和第2基体树脂。

图1示出作为螺旋桨叶片使用的本发明的扁平轻量部件的一个实施方式。图1中的(a)表示扁平轻量部件1的俯视图，纸面右侧为前端部a、纸面左侧为根部b。该扁平轻量部件1的A-A’截面(即，扁平轻量部件1的与长度方向正交的方向的截面)示于图1中的(b)。该扁平轻量部件1主要包含皮层21、22和芯层30和端部增强层40、41。皮层21、22配置于扁平轻量部件1的两个表面，端部增强层40、41以与两个表面的皮层21、22的两个内表面接触的方式配置于端部(与螺旋桨叶片的前缘和后缘相当的部位)，芯层30在由皮层21、22和端部增强层40、41包围的空间中以与皮层直接接触的方式配置。

[皮层]

本发明中的皮层主要使用包含沿单向并丝的增强纤维和第1基体树脂的预浸料坯形成，包含1层以上的包含增强纤维和第1基体树脂的层。

此处，皮层的内表面是指在皮层中位于扁平轻量部件的内表面侧的表面。需要说明的是，以下如果没有特别说明，则“表面”是指扁平轻量部件的外表面。

本发明中，构成扁平轻量部件的一侧的表面的皮层的壁厚最厚的部分优选由2层以上的预浸料坯形成，更优选具有4层以上的预浸料坯。即，该部分优选具有2层以上的包含增强纤维和第1基体树脂的层，更优选具有4层以上。

本发明的皮层的厚度优选为0.1mm以上10mm以下，更优选为0.2mm以上5mm以下，进一步优选为0.4mm以上2mm以下。通过使厚度在上述优选范围内，从而在成型时容易将热均匀地传递至层叠体内部，进而得到外观优异的扁平轻量部件。

皮层优选使用具有2种以上取向方向的预浸料坯形成，更优选使用具有3种以上取向方向的预浸料坯形成。由此，皮层成为具有2种以上的取向方向的皮层，更优选成为具有3种以上的取向方向的皮层。这样的预浸料坯通过准备多个增强纤维沿单向并丝的预浸料坯，并将它们以增强纤维的取向方向错开的方式层叠而得到。将扁平轻量部件的长度方向设为0度方向时，例如，作为优选的层叠构成，例示出包含0度和90度这2种的层叠构成、包含0度和±45度这3种的层叠构成、包含0度和±30度这3种的层叠构成、包含0度和±45度和90度这4种的层叠构成作为优选的方式。

另外，皮层使用1层以上的增强纤维沿单向并丝的形态的预浸料坯、即单向预浸料坯，进而，从兼顾冲击特性和刚性的观点考虑，优选使用1层以上的、连续纤维经编织了的形态的预浸料坯即织物预浸料坯。特别地，优选的方式是：通过在扁平轻量部件的最表面配置织物预浸料坯，并且在其内侧以纤维方向成为扁平轻量部件的长度方向的方式配置单向预浸料坯，从而得到具备在最表面具有增强纤维的织物基材、在内侧具有沿单向排列的增强纤维的皮层的扁平轻量部件。通过这样的构成，从而在作为螺旋桨叶片使用的情况下，源自织物预浸料坯的织物基材能够在抑制飞来物的碰撞引起的扁平轻量部件的断裂的同时，使得源自单向预浸料坯的增强纤维能够承受在扁平轻量部件的长度方向上施加的拉伸应力。

[端部增强层]

本发明中的端部增强层配置于扁平轻量部件的周缘部。本发明中所说的扁平轻量部件的周缘部是指从上部投影扁平轻量部件时的周围部分(即，从投影面积最大的方向观察扁平轻量部件时的该扁平轻量部件的外周的部分)。另外，端部增强层的内表面是指端部增强层中的位于扁平轻量部件的内表面侧的表面。

本发明中的端部增强层包含纤维增强树脂片材。

纤维增强树脂片材优选由包含沿单向并丝的增强纤维和第1基体树脂的预浸料坯构成。并且，该纤维增强树脂片材优选由2层以上的预浸料坯构成，更优选由4层以上的预浸料坯构成。通过这样的纤维增强树脂片材，端部增强层成为包含1层以上的包含沿单向并丝的增强纤维和第1基体树脂的层的端部增强层。

另一方面，端部增强层的纤维增强树脂片材优选为包含增强纤维的纤维增强发泡体(多孔质体)。作为这样的纤维增强发泡体的例子，能够例示出夹层结构体(例如，记载于国际公开第14/162873号)、在一侧的表面含浸有热塑性树脂且增强纤维从另一侧的表面露出的无纺布(例如，记载于日本特开2014-172201号公报)。

虽然也取决于扁平轻量部件的尺寸，但在与周缘部的轮廓方向正交的截面上，本发明的端部增强层的截面积优选为1mm

本发明的端部增强层优选具有沿着周缘部的轮廓的方向的纤维取向。例如，在使用纤维增强树脂片材制作增强纤维在长度方向上取向的细长的层叠体后，通过沿着所希望的扁平轻量部件的周缘部的轮廓配置该层叠体，能够成为沿着扁平轻量部件的周缘部的轮廓的方向的纤维取向。

[芯层]

对于本发明中的芯层而言，与在皮层与芯层之间具有分离层的以往的扁平轻量部件不同，其与皮层直接接触。通过这样的构成，从而能够将芯层和皮层牢固地一体化，因此即使长期使用也不易在分离层附近产生剥离。

本发明中的芯层由轻量树脂和第2基体树脂形成。对于芯层中的轻量粒子(热膨胀性粒子)与第2基体的重量比例而言，在将第2基体树脂的重量设为100％的情况下，优选将轻量粒子设为5％以上100％以下的范围，更优选设为10％以上40％以下的范围。通过使轻量粒子的重量为5％以上，从而芯层的比重变小，容易发挥轻量性。另外，通过为10％以上，从而能够减少第2基体树脂与轻量粒子分离而产生的局部的“树脂富集”，因此芯层具有更均质的构造，能够降低重心的偏差。另一方面，通过为100％以下，从而使第2基体树脂存在于轻量粒子间，使轻量粒子彼此交联，芯层变得刚直而能够保持形状。需要说明的是，在比100％大的情况下，轻量粒子彼此的交联变得不充分，从而芯层变脆，形状变得容易变形。进一步地，通过为40％以下，从而第2基体树脂能够覆盖轻量粒子周围，因此芯层中的裂纹的产生被抑制，能够长期良好地保持芯层的机械特性。

[纤维增强树脂片材]

本发明中使用的纤维增强树脂片材主要包含增强纤维和第1基体树脂。

纤维增强树脂片材的增强纤维可以是连续状的纤维，也可以是不连续状的纤维。纤维增强树脂片材的形态没有特别限定，但从机械特性的观点考虑，优选使用预浸料坯作为纤维增强树脂片材。另外，从轻量性的观点考虑，优选使用纤维增强树脂发泡体作为纤维增强树脂片材。

[预浸料坯]

本发明中使用的预浸料坯主要由增强纤维和第1基体树脂构成。

作为预浸料坯优选的增强纤维的体积含有率优选为40％以上80％以下，更优选为45％以上75％以下，进一步优选为50％以上70％以下。

对于预浸料坯中包含的增强纤维的量而言，在形成为片状物的情况下的增强纤维的单位面积重量优选为50g/m

增强纤维的单位面积重量的测定通过下述方法实施：从增强纤维的片状物切出10cm见方的区域，测定其质量，并除以面积。测定在增强纤维的片状物的不同部位进行10次，采用其平均值作为增强纤维的单位面积重量。

[增强纤维]

本发明中，作为纤维增强树脂片材、预浸料坯、及纤维增强发泡体中使用的增强纤维，例如可举出芳酰胺纤维、聚乙烯纤维、聚对苯撑苯并二噁唑纤维(PBO)纤维等有机纤维、玻璃纤维、碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维、Tyranno纤维、玄武岩纤维、陶瓷纤维等无机纤维、不锈钢纤维、钢纤维等金属纤维、以及硼纤维、天然纤维、改性的天然纤维等。其中，特别是碳纤维是这些增强纤维之中是轻量的，并且在比强度及比弹性模量上具有特别优异的性质，而且耐热性、耐化学品性也优异，因此适于希望轻量化的汽车嵌板、航空器推进装置用的叶片等部件。其中，优选容易得到高强度的碳纤维的PAN系碳纤维。

[基体树脂]

本发明的扁平轻量部件中，第1基体树脂和第2基体树脂处于固化的状态。

作为本发明中的预浸料坯中使用的第1基体树脂，例如可举出环氧树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂、酚醛树脂、环氧丙烯酸酯树脂、氨基甲酸酯丙烯酸酯树脂、苯氧基树脂、醇酸树脂、氨基甲酸酯树脂、马来酰亚胺树脂、氰酸酯树脂等热固性树脂；聚酰胺树脂、聚缩醛树脂、聚丙烯酸酯树脂、聚砜树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)树脂、聚酯树脂、丙烯酸树脂、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚亚苯基硫醚(PPS)树脂、聚醚醚酮(PEEK)树脂、液晶聚合物、氯乙烯树脂、聚四氟乙烯等氟系树脂、有机硅树脂等热塑性树脂。这些之中特别是优选使用热固性树脂。通过使第1基体树脂为热固性树脂，从而预浸料坯在室温下具有粘性，因此即使在由多个预浸料坯构成皮层的情况下，这些层也通过粘合而一体化，能够在保持所需的层叠构成的状态下成型。

作为本发明中的芯层中使用的第2基体树脂，例如可举出环氧树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂、酚醛树脂、环氧丙烯酸酯树脂、氨基甲酸酯丙烯酸酯树脂、苯氧基树脂、醇酸树脂、氨基甲酸酯树脂、马来酰亚胺树脂、氰酸酯树脂等热固性树脂；聚酰胺树脂、聚缩醛树脂、聚丙烯酸酯树脂、聚砜树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)树脂、聚酯树脂、丙烯酸树脂、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚亚苯基硫醚(PPS)树脂、聚醚醚酮(PEEK)树脂、液晶聚合物、氯乙烯树脂、聚四氟乙烯等氟系树脂、有机硅树脂等热塑性树脂。另外，其中，特别优选使用热固性树脂。通过使第2基体树脂为热固性树脂，从而固化的基体树脂覆盖芯层的轻量粒子的周围，形成多孔质结构，因此在对扁平轻量部件进行加热的情况下，也能够防止芯层的变形、膨胀。

本发明中的第1基体树脂和第2基体树脂中，优选第1基体树脂的玻璃化转变温度比第2基体树脂的玻璃化转变温度高。

[轻量粒子]

本发明的扁平轻量部件涉及的轻量粒子是指通过在成型时进行加热升温从而发生体积膨胀的热膨胀性树脂粒子，以及已经处于热膨胀状态但可通过加压而被压缩的热膨胀性粒子。

若热膨胀性粒子与第2基体树脂混合并经加热，则发生体积膨胀，在第2基体树脂为热固性树脂的情况下，通过热固性树脂的固化而形成轻量的多孔质结构的芯层。另外，在第2基体树脂为热塑性树脂的情况下，通过在冷却时使熔融的热塑性树脂固化或者使软化的热塑性树脂粘结，从而形成轻量的多孔质结构的芯层。

在将混合物的膨胀前的体积设为V

α＝100×(V

在芯层中，虽然根据热膨胀性粒子与第2基体树脂的重量比例、成型时的加热条件而不同，但体积膨胀率α优选30％以上2000％以下的范围。

作为热膨胀性粒子，可举出聚丙烯腈系共聚物、聚甲基丙烯腈系共聚物、聚偏氯乙烯系共聚物、聚苯乙烯或聚苯乙烯系共聚物、聚烯烃、聚苯醚系共聚物等，优选在内部内包有热膨胀性气体的胶囊状的粒子。特别是，对于将低沸点的烃类作为热膨胀性气体的热膨胀性粒子而言，由于体积膨胀率大、能够将芯层轻量地成型，因此优选。

热膨胀性粒子的大小优选体积膨胀前的平均粒径在1μm～1mm的范围。通过使平均粒径为1μm以上，从而能够抑制成型时的树脂流动引起的热膨胀性粒子向扁平轻量部件表面的漏出。另外，通过为1mm以下，从而热膨胀性粒子侵入至芯层的薄壁部，因此除了能够使芯层为轻量以外，还能够减轻芯层中的热膨胀粒子和第2基体树脂的密度不均。

作为这样的热膨胀性粒子，可举出松本油脂制药(株)制“MatsumotoMicrosphere”(注册商标)、NOBEL(株)制“Expancel”(注册商标)、积水化学工业(株)制“Eslen Beads”等，但本发明不限定于这些产品。

本发明中，作为轻量粒子，可以仅使用1种热膨胀性粒子，也可以混合多种热膨胀性粒子来使用。另外，热膨胀性粒子可以单独使用，例如，也能够与玻璃珠等不发生热膨胀的粒子混合来使用。

[本发明的进一步优选的方式]

本发明中的扁平轻量部件中，优选是从皮层起毛的增强纤维侵入芯层而成的。

图2是本发明的扁平轻量部件的一个实施方式，图2中的(a)是示出扁平轻量部件1的起毛的皮层的例子的剖视图，图2中的(b)是示出该扁平轻量部件1的起毛的皮层的一例的放大图。图2中的(b)示出皮层22和起毛的增强纤维200、芯层30、及起毛的增强纤维侵入而部分地被增强的芯层的纤维增强部300。

此处，增强纤维起毛的状态是指1根以上的增强纤维从纤维增强树脂片材、预浸料坯、或纤维增强发泡体的表面(表面积最大的面)向面外方向飞出的状态。飞出的增强纤维的长度的下限优选为0.1mm以上，更优选为0.5mm以上，进一步优选为1mm以上。在低于下限值的情况下，侵入芯层的增强纤维可能会脱落。另外，飞出的增强纤维的长度的上限优选为100mm以下，更优选为50mm以下，进一步优选为10mm以下。在高于上限值的情况下，在起毛时，增强纤维可能会折损。此处，起毛的增强纤维的长度如下求出：对图2中的(b)那样的包含皮层和芯层的边界部分的区域进行包埋、研磨后，通过截面观察来测定侵入芯层的增强纤维的长度。起毛的增强纤维优选从皮层至芯层连续地连接，通过这样的构成，能够牢固地粘接皮层与芯层。

另外，本发明的扁平轻量部件中，还优选是从端部增强层起毛的增强纤维侵入芯层而成的。

起毛的增强纤维优选从端部增强层至芯层连续地连接，通过这样的构成，能够牢固地粘接端部增强层与芯层。

关于像这样将增强纤维起毛的方法，将在后文叙述。

本发明中的扁平轻量部件中，优选由皮层和端部增强层包围的空间为封闭空间。即，优选芯层的周围由皮层和端部增强层覆盖。

图3是示出本发明的扁平轻量部件的截面(与图1中示出的A-A’截面相同方向的截面)的例子。图3中的(a)中，皮层21、22完全到达扁平轻量部件的两端c、d，扁平轻量部件的表面整体由皮层21、22覆盖。另外，图3中的(b)中，端部增强层40、41在扁平轻量部件的表面露出。并且，图3中的(c)中，扁平轻量部件的一侧的端部c由皮层23覆盖，在另一侧的端部d处，端部增强层41在扁平轻量部件的表面露出。此外，图3中的(d)中，皮层21、22完全到达扁平轻量部件的两端，并且，皮层21、22在扁平轻量部件的两端间(前述一侧的端部c与前述另一侧的端部d之间)合一而形成内部增强层25。该内部增强层25除了能够通过使皮层的厚度部分地变厚来形成以外，还能够通过将与皮层不同的预浸料坯层叠体配置于皮层21、22之间的方法，将与端部增强层相同的构成的增强纤维配置于皮层21、22之间的方法，将在型芯的周围配置预浸料坯等的增强纤维而制成内部增强层的形状的部件配置于皮层21、22之间的方法等来形成。配置有这样的内部增强层的截面能够承受大量的施加于截面的剪切负荷，因此是机械特性优异的适宜方式。此处，图3中的(a)～(d)中均可见扁平轻量部件的表面整体由皮层21、22和端部增强层40、41覆盖，由皮层21、22和端部增强层40、41包围的区域闭合。另外，通过皮层和端部增强层，在图3中的(a)～(c)中形成1个闭合的区域，在图3中的(d)中形成2个闭合的区域。

图4是本发明的扁平轻量部件的透视俯视图的例子，图示出配置有本发明中的芯层的封闭空间50及其轮廓500。封闭空间50存在于比扁平轻量部件1的表面靠内侧，从图4的前端部a朝向根部b、由图3中说明的闭合的区域构成。并且，在前端部a和根部b处，通过皮层和端部增强层、或者与皮层不同的预浸料坯的层叠体和皮层，将封闭空间50闭合。因此，配置于封闭空间50的本发明的芯层不在扁平轻量部件1的表面露出。

图4中的(a)例示出本发明的扁平轻量部件具有1个封闭空间的情况。图4中的(b)例示出本发明的扁平轻量部件从前端部a朝向根部b具有平行的2个封闭空间的情况。图4中的(c)例示出本发明的扁平轻量部件从前端部a朝向根部b不连续地具有3个封闭空间的情况。图4中的(b)、(c)中，多个封闭空间之间为皮层合一而成的内部增强层，除了能够通过使皮层的厚度部分地变厚来形成以外，还能够通过将与皮层不同的预浸料坯层叠体配置于皮层21、22之间的方法，将与端部增强层相同的构成的增强纤维配置于皮层21、22之间的方法，将在型芯的周围配置预浸料坯等的增强纤维制成内部增强层的形状的部件配置于皮层21、22之间的方法等来形成。

本发明中的扁平轻量部件中，优选在整个周缘部配置端部增强层。通过这样的构成，从而扁平轻量部件的端部处的机械特性提高，并且能够抑制形成芯层的轻量粒子、第2基体向扁平轻量部件的表面漏出。

本发明中的扁平轻量部件中，如上所述，优选从皮层、端部增强层起毛的增强纤维成为侵入芯层的形态。为了成为该形态，优选使用切口预浸料坯作为用于构成皮层、端部增强层所使用的预浸料坯的至少一部分。特别是在扁平轻量部件具有厚度变化、复杂的三维形状的情况下，是合适的。

切口预浸料坯是具有在面内整个区域规则地分布的切口的预浸料坯，构成预浸料坯的连续增强纤维在切口的存在部位被切断。这种规则地分布的切口例如能够通过前述专利文献3中记载的方法设置。

切口预浸料坯能够与仅使增强纤维为连续纤维的、没有切口的通常的预浸料坯并用而用于皮层、端部增强层。

通过切口预浸料坯，在切口插入位置容易产生开口、偏移，预浸料坯的向增强纤维方向的伸展性提高。另外，通过压缩成型时的流动，切口插入位置打开而使得增强纤维的纤维束彼此分离，从而作为预浸料坯表现出柔软性，流动性提高。由此，通过使预浸料坯为能够流动的构成，从而增强纤维到达端部，树脂过多的区域得以减少，能够得到机械特性和外观优异的扁平轻量部件。需要说明的是，从流动性的观点考虑，优选在预浸料坯的厚度方向上在整个区域引入切口。

针对皮层使用切口预浸料坯，这能够容易产生增强纤维的起毛，并且侵入芯层形成牢固的粘接面，因此优选。另外，能够使起毛的增强纤维的端部侵入芯层，因此能够使起毛的增强纤维侵入芯层的深处，能够增强芯层与皮层的粘接。

也可以使用无切口的预浸料坯和切口预浸料坯的一体化层叠体作为皮层。此时，优选在与芯层的接触面配置切口预浸料坯。这样的方式是无切口的预浸料坯表现出优异的机械特性，并且能够通过切口预浸料坯牢固地粘接芯层与皮层的优选方式。

对于在端部增强层使用切口预浸料坯而言，在随着芯层的膨胀，端部增强层被压向扁平轻量部件的端部轮廓而变形时，能够抑制纤维方向的紧绷，因此“树脂富集”、空隙的产生被抑制，容易提高端部的外观品级、机械特性，因此优选。端部增强层的增强纤维的纤维方向优选沿着扁平轻量部件的端部轮廓的方向。

对于本发明中的扁平轻量部件而言，优选在端部增强层中，纤维增强树脂片材具有卷状物结构或折叠结构。

图5中的(a)示出卷状物结构的例子，图5中的(b)示出折叠结构的例子。具有卷状物结构的端部增强层通过调整将预浸料坯等纤维增强树脂片材卷起的量，从而能够容易地调整厚度、截面积，而且制造也容易，因此在扁平轻量部件的端部为带圆角的形状的情况下，能够特别合适地使用。另一方面，具有折叠结构的端部增强层通过对预浸料坯等纤维增强树脂片材进行折叠的宽度的调整、折叠次数的调整来使厚度变化，或者比卷状物结构容易将厚度调整为较薄，因此在扁平轻量部件的端部为尖锐的形状的情况下，能够特别合适地使用。即，图3中的(a)～(d)中，端部增强层40优选具有卷状物结构，端部增强层41优选具有折叠结构。

[制造方法]

本发明涉及的扁平轻量部件的制造方法是使用包括上模具和下模具的双面模具的扁平轻量部件的制造方法，前述制造方法的特征在于，具有：准备工序，其中，使用包含沿单向并丝的增强纤维和第1基体树脂的预浸料坯准备一者的皮层和另一者的皮层，并且使用纤维增强树脂片材准备端部增强层；第1配置工序，其中，将前述一者的皮层配置于已加热至成型温度的前述下模具，将前述端部增强层载置于前述一者的皮层的周缘部的至少一部分；投入工序，其中，将轻量粒子(热膨胀性粒子)与第2基体树脂的混合物载置于前述一者的皮层内表面上(最终得到的扁平轻量部件的皮层的内侧面)；第2配置工序，其中，将前述另一者的皮层进一步配置于前述一者的皮层的上表面，使前述端部增强层与前述另一者的皮层的周缘部的至少一部分接触；和闭模工序，其中，将已加热至成型温度的前述上模具闭合，前述制造方法还具有使前述轻量粒子进行体积膨胀而成为芯层的工序。

图6示出本发明的扁平轻量部件的制造方法的各工序，使用在上模具与下模具的对合面形成作为扁平轻量部件的形状的型腔的双面模具，将扁平轻量部件成型。

图6中的(a)为准备工序，是准备一者的皮层22和另一者的皮层21和端部增强层40、41的工序。

皮层21、22例如能够在由片材状的预浸料坯裁切成具有所希望的形状和所希望的纤维取向的预浸料坯裁切体后，根据需要将预浸料坯裁切体层叠来制作。另外，例如能够在将片材状的预浸料坯以所希望的纤维取向层叠后，裁切成所希望形状来制作。

端部增强层例如能够在将纤维增强树脂片材层叠至规定的厚度后，细长地裁切成规定宽度来制作，或者通过拉拔成型、挤出成型制作成细长的绳状的部件。

在端部增强层具有卷状物结构的情况下，例如可通过将1片纤维增强树脂片材从端部依次卷绕制作而得到。此外，例如也能够在折叠1片纤维增强树脂片材后进行卷绕来制作。另外，从将多张纤维增强树脂片材层叠而成的材料出发，也能够通过同样的步骤得到卷状物结构。

在端部增强层具有折叠结构的情况下，例如可通过将1片纤维增强树脂片材进行对折、三折，并进一步将其折叠来制作。此外，例如也能够在由1片纤维增强树脂片材制作成截面形状为扁平的厚度的薄的卷状物结构后，进行折叠来制作。另外，从将多张纤维增强树脂片材层叠而成的材料出发，也能够通过同样的步骤得到折叠结构。

在使用预浸料坯作为纤维增强片材的情况下，能够层叠细长地裁切的片材状的预浸料坯、带状的预浸料坯分切带(slit tape)来制作。另外，在使用纤维增强发泡体作为纤维增强片材的情况下，能够细长地裁切片材状的纤维增强发泡体来制作。

接下来，图6中的(b)示出第1配置工序。在该工序中，将一者的皮层22配置于已加热至成型温度的下模具82，将端部增强层40、41载置于一者的皮层22的周缘部的至少一部分。作为下模具的温度而设定的成型温度也取决于第1基体树脂和第2基体树脂的种类，而在使用热固性树脂的情况下，优选80℃以上230℃以下的温度范围。通过为80℃以上，从而能够促进基体树脂的反应，通过为230℃以下，从而能够抑制基体树脂的分解。另外，根据本发明的制造方法，由于不需要对模具进行升降温，因此与使模具升降温的以往的方法相比，更能够缩短制造时间。

在第1配置工序中，一者的皮层可以在平面状态下直接配置于下模具，也可以在预先赋形为三维形状后配置于下模具。另外，可以将直线状的端部增强层一边沿着一者的皮层的周缘部弯曲一边配置，也可以配置预先沿着周缘部的形状弯曲的端部增强层。特别是在使用热固性树脂作为第1基体树脂的情况下，通过预浸料坯的粘性而将皮层与端部增强层一体化，因此端部增强层的定位容易而优选。

接下来，图6中的(c)示出投入工序。该工序是将轻量粒子(热膨胀性粒子)与第2基体树脂的混合物90载置于一者的皮层22的内表面上的工序。在投入工序中，需要注意不要使轻量粒子与第2基体树脂的混合物越过端部增强层而向一者的皮层的外部流出。因此，在端部增强层中，优选混合物不附着于另一者的皮层所接触的位置。通过将轻量粒子与第2基体树脂的混合物投入于比周缘部靠内侧并停留在比周缘部靠内侧，从而能够防止轻量粒子从端部增强层与皮层之间向扁平轻量部件的表面流出。另外，若轻量粒子与第2基体树脂的混合物以涂布于一者的皮层的内表面的整面的方式投入，则能够得到均质的芯层，因此优选。

在投入工序中，优选对轻量粒子与第2基体树脂的混合物进行预热。通过使用这样的方法，从而轻量粒子与第2基体树脂的混合物的粘度降低，因此除了能够缩短投入时间以外，投入量的调整变得容易。轻量粒子与第2基体树脂的混合物能够使用烘箱、微波炉预热。

此外，图6中的(d)示出第2配置工序。在该工序中，将另一者的皮层21进一步配置于一者的皮层22的上表面，使端部增强层40、41与另一者的皮层22的周缘部的至少一部分接触。在第2配置工序中，另一者的皮层可以在平面状态下直接配置于下模具，也可以在预先赋形为三维形状后配置于下模具。特别是在使用热固性树脂作为第1基体树脂的情况下，通过预浸料坯的粘性而将皮层与端部增强层一体化，因此端部增强层的定位容易而优选。

并且，图6中的(e)为闭模工序，是将已加热至成型温度的上模具81闭合的工序。在闭模工序中，一者的皮层和端部增强层和另一者的皮层被按压而一体化。上模具的温度优选设定为与下模具的温度相同的温度，但在本发明的扁平轻量部件的制造方法中不限定于此。另外，在闭模工序中能够将型腔内抽真空。通过使用这样的方法，从而除了减轻皮层、端部增强层中的空隙而提高扁平轻量部件的机械特性以外，还能够防止表面的气泡产生，因此能够得到外观品级优异的扁平轻量部件而优选。闭模工序在包括上模具和下模具的双面模具完全闭合后完成。

如图6中的(f)所示，作为热膨胀性粒子的轻量粒子在达到规定温度后开始体积膨胀，形成芯层。通过轻量粒子的膨胀，皮层和端部增强层通过芯层被按压至模具型腔，并被加压。然后，如图6中的(g)所示，通过固化·脱模，能够得到优异品质的扁平轻量部件。

本发明涉及的扁平轻量部件的制造方法为使用包括上模具和下模具的双面模具的扁平轻量部件的制造方法，前述制造方法的特征在于，具有：准备工序，其中，使用包含沿单向并丝的增强纤维和第1基体树脂的预浸料坯准备将端部增强层粘接于一者的皮层的周缘部的带有端部增强层的皮层、和另一者的皮层；第1配置工序，其中，将前述带有端部增强层的皮层配置于已加热至成型温度的前述下模具；投入工序，其中，将轻量粒子与第2基体树脂的混合物载置于前述一者的皮层内表面上；第2配置工序，其中，将前述另一者的皮层进一步配置于前述下模具内，使前述端部增强层与前述一者的皮层的周缘部接触；和闭模工序，其中，将已加热至成型温度的前述上模具闭合，前述制造方法还具有使前述轻量粒子进行体积膨胀而成为芯层的工序。

图7更详细地示出各工序，在该方法中，也使用在上模具与下模具的对合面形成有作为扁平轻量部件的形状的型腔的双面模具，将纤维增强树脂成型。

图7中的(a)为准备工序，是准备带有端部增强层的皮层、和由预浸料坯形成的另一者的皮层21的工序，该带有端部增强层的皮层是将由纤维增强树脂片材形成的端部增强层40、41粘接于由包含沿单向并丝的增强纤维和第1基体树脂的预浸料坯形成的一者的皮层22的周缘部的至少一部分而得的。

皮层和端部增强层分别能够通过前述的方法制作。带有端部增强层的皮层能够通过将端部增强层粘接于一者的皮层的周缘部来制造。在使用热固性树脂作为第1基体树脂的情况下，能够通过预浸料坯的粘性来粘接皮层和端部增强层。另外，在使用热塑性树脂作为第1基体树脂的情况下，能够通过将端部增强层和一者的皮层加热至热塑性树脂的熔融温度并进行按压、冷却，从而进行粘接。此外，能够使用树脂粘接剂、树脂粘接薄膜将端部增强层粘接于一者的皮层。

然后，图7中的(b)示出第1配置工序、图7中的(c)示出投入工序、图7中的(d)示出第2配置工序、图7中的(e)示出闭模工序。这些工序只要通过与前述图6中的说明相同的方法实施即可，通过经过这些工序，能够得到优异品质的扁平轻量部件。

本发明涉及的扁平轻量部件的制造方法中，优选使用切口预浸料坯作为前述预浸料坯。在皮层使用切口预浸料坯容易产生增强纤维的起毛，起毛的增强纤维能够侵入至芯层的深处而形成牢固粘接面，因此优选。也可以使用无切口的预浸料坯和切口预浸料坯的一体化层叠体作为皮层。此时，优选将切口预浸料坯配置于与芯层的接触面侧。这样的方式能够使无切口的预浸料坯表现出优异的机械特性，并且能够通过切口预浸料坯牢固地粘接芯层与皮层，因此为优选方式。

对于在端部增强层使用切口预浸料坯而言，在随着芯层的膨胀而端部增强层被压向扁平轻量部件的端部轮廓而变形时，能够抑制纤维方向的紧绷，因此“树脂富集”、空隙的产生被抑制，能够提高端部的外观品级、机械特性，从上述观点考虑是优选的。端部增强层的增强纤维的纤维方向优选为沿着扁平轻量部件的端部轮廓的方向。

本发明涉及的扁平轻量部件的制造方法中，优选至闭模工序的完成为止，使至少一者的皮层的内表面起毛。特别地，在投入工序中，使至少一者的皮层的内表面的增强纤维起毛是优选方式。通过使用抹刀等以将轻量粒子与第2基体树脂的混合物涂布于一者的皮层的内表面的整面的方式进行投入，由此能够使皮层的内表面的增强纤维起毛。另外，通过一边利用重力使轻量粒子与第2基体树脂的混合物从一者的皮层的高部向低部流动一边进行涂布，能够使皮层的内表面的增强纤维起毛。若对轻量粒子与第2基体树脂的混合物进行预热，则能够有效地利用重力引起的流动，因此优选。预热温度虽然也取决于成型温度和轻量粒子的膨胀开始温度，优选为40℃以上180℃以下，更优选为70℃以上130℃以下。通过为优选范围的下限以上，从而第2基体树脂的粘度降低，树脂能够流动，通过为上限以下，从而轻量粒子的热膨胀被抑制，因此在投入工序中能够以充分的时间来涂布树脂。

本发明涉及的扁平轻量部件的制造方法优选至闭模工序的完成为止使端部增强层的内表面的增强纤维起毛。特别是若使用纤维增强发泡体作为端部增强层，则纤维增强发泡体在模具内被加热，从而该增强纤维因纤维增强发泡体中包含的增强纤维的回弹而起毛，侵入芯层，从而芯层与端部增强层牢固地一体化。

产业上的可利用性

本发明涉及的扁平轻量部件的制造方法能够应用于任何扁平轻量部件的制造，所得到的扁平轻量部件例如合适作为航空器、汽车、船舶等运输工具、运动·休闲领域中的螺旋桨叶片结构使用。

附图标记说明

1 扁平轻量部件

21、22、23 皮层

200 皮层的起毛的增强纤维

30 芯层

300 皮层的起毛的增强纤维部分地侵入的芯层的纤维增强部

40、41 端部增强层

50 封闭空间

500 封闭空间的轮廓

81 上模具

82 下模具

90 混合物