层间增强纤维预成型体及制造方法、电梯用结构部件及制造方法、纤维增强塑料及制造方法 |
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| 申请号 | CN201710196932.1 | 申请日 | 2017-03-29 | 公开(公告)号 | CN107364035A | 公开(公告)日 | 2017-11-21 |
| 申请人 | 三菱电机株式会社; | 发明人 | 高桥市弥; 松本迪齐; 小林广纪; 熊田辉彦; | ||||
| 摘要 | 本 发明 得到层间剪切强度高的预成型体、使用层间增强 纤维 预成型体形成的 电梯 用结构部件、使用层间增强纤维预成型体形成的纤维增强塑料、层间增强纤维预成型体的制造方法、包括层间增强纤维预成型体的制造方法的电梯用结构部件的制造方法和包括层间增强纤维预成型体的制造方法的纤维增强塑料的制造方法。在将两层以上由增强纤维形成的纤维织物层(1～4)重叠并利用缝合线(14)缝合而成的层间增强纤维预成型体中，使缝合线(14)位于纤维织物层(1～4)间的部分相对于层间纤维增强预成型体的层积方向倾斜。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种层间增强纤维预成型体，其是将由增强纤维构成的两层以上纤维织物层层积并将层积后的所述纤维织物层利用缝合线缝合得到的预成型体，所述缝合线位于纤维织物层间的部分相对于所述纤维织物层的层积方向倾斜。 |
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| 说明书全文 | 层间增强纤维预成型体及制造方法、电梯用结构部件及制造方法、纤维增强塑料及制造方法 技术领域[0001] 本发明涉及构成纤维经树脂增强而得到的纤维增强塑料的层间增强纤维预成型体、使用层间增强纤维预成型体形成的电梯用结构部件、使用层间增强纤维预成型体形成的纤维增强塑料、层间增强纤维预成型体的制造方法、包括层间增强纤维预成型体的制造方法的电梯用结构部件的制造方法和包括层间增强纤维预成型体的制造方法的纤维增强塑料的制造方法。 背景技术[0002] 近年来，在电梯等移动体中，出于高速化、节能化等要求，正在推进在纤维中浸渗树脂而成的轻量、高强度的纤维增强塑料(FRP：Fiber-Reinforced Plastic)应用于结构部件。 [0003] FRP在纤维延伸的方向具有高强度，但在与纤维延伸的方向成直角的方向，强度弱，因而通常通过将两层以上纤维织物层积而在相对于厚度(层积)方向成直角的方向(即面内方向)得到所期望的强度。 [0005] 预成型体在作为FRP制造方法的树脂传递成型(树脂浸渗成型)等中使用，作为具体的FRP制造方法，将该预成型体插入到成型模具内的空隙部，使树脂流入并渗入到预成型体中，之后进行加热等使树脂固化。 [0006] 现有技术文献 [0007] 专利文献 [0008] 专利文献1：日本特开2007-92232号公报 [0009] 专利文献2：日本特开2007-182065号公报 发明内容[0010] 发明所要解决的课题 [0011] 但是，在上述专利文献所记载的制造方法中，由于缝合线相对于纤维织物层的面垂直配置，因而表现出了可提高所形成的预成型体在厚度方向的拉伸强度的效果，但无法期待提高纤维织物层间的剪切强度的效果。 [0012] 因而，为了减小作用于纤维织物层间的剪切应力，必须要采取例如增大宽度方向的尺寸等对策，但会产生重量增加等问题。 [0013] 本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于得到层间剪切强度高的预成型体、使用层间增强纤维预成型体形成的电梯用结构部件、使用层间增强纤维预成型体形成的纤维增强塑料、层间增强纤维预成型体的制造方法、包括层间增强纤维预成型体的制造方法的电梯用结构部件的制造方法和包括层间增强纤维预成型体的制造方法的纤维增强塑料的制造方法。 [0014] 用于解决课题的手段 [0015] 本发明的层间增强纤维预成型体是将由增强纤维形成的两层以上纤维织物层层积并利用缝合线缝合得到的层间增强纤维预成型体，上述缝合线位于纤维织物层间的部分相对于上述纤维织物层的层积方向倾斜。 [0016] 另外，本发明的层间增强纤维预成型体的制造方法是将两层以上由增强纤维形成的纤维织物层叠置并利用缝合线缝合得到的层间增强纤维预成型体的制造方法，该方法具有下述工序：将上述纤维织物层和热分解层交替层积的工序；将上述纤维织物层和上述热分解层用上述缝合线缝合的工序；对上述纤维织物层与上述热分解层的缝合体进行加热，使上述热分解层发生热分解，生成有隙纤维缝合体的工序；以及使上述有隙纤维缝合体发生剪切变形的工序。 [0017] 发明效果 [0019] 图1是本发明的实施方式1中的层间增强纤维预成型体的截面图。 [0020] 图2是图1的截面图中的A部的放大图。 [0022] 图4是示出本发明的实施方式2中的纤维织物层和热分解层的层积工序的示意图。 [0023] 图5是示出本发明的实施方式2中的纤维织物层和热分解层的缝合工序的示意图。 [0024] 图6是示出本发明的实施方式2中的纤维缝合体的热分解工序的示意图。 [0025] 图7是示出本发明的实施方式2中的有隙纤维缝合体的剪切变形工序的示意图。 [0026] 图8是本发明的实施方式3中的电梯结构的示意图。 [0027] 图9是本发明的实施方式3中的作用于电梯结构的负荷的示意图。 [0028] 图10是本发明的实施方式3中的作用于上梁部件的负荷和剪切力的示意图。 [0029] 图11是示出本发明的实施方式3中的将层间增强纤维预成型体应用于电梯用结构部件的示例的图。 [0030] 图12是本发明的实施方式4中的将上侧预成型体和下侧预成型体重叠的工序的示意图。 [0031] 图13是示出本发明的实施方式4中的上侧凸缘增厚部层积体和上侧斜交层积体的层积工序的示意图。 [0032] 图14是本发明的实施方式4中的下侧斜交层积体和下侧凸缘增厚部层积体的层积工序的示意图。 [0033] 图15是本发明的实施方式4中的上侧展开缝合层积体在缝合后的截面示意图。 [0034] 图16是本发明的实施方式4中的对上侧展开缝合层积体的热分解层进行热分解后，对纤维织物层进行拉伸的工序的示意图。 [0035] 图17是本发明的实施方式4中的下侧展开缝合层积体在缝合后的截面示意图。 [0036] 图18是本发明的实施方式4中的对下侧展开缝合层积体的热分解层进行热分解后，对纤维织物层进行拉伸的工序的示意图。 [0037] 图19是示出本发明中的层间增强纤维预成型体在具有H型截面、口型截面的梁部件中的应用例的附图。 [0038] 图20是示出本发明中的层间增强纤维预成型体中的面线(上线、直针线)的倾斜部相对于45°的偏移角与剪切强度的关系的图。 具体实施方式[0039] 下面使用附图对本发明的层间增强纤维预成型体及其制造方法的优选实施方式进行说明。 [0040] 实施方式1. [0041] 图1和图2示出了本发明的实施方式1中的层间增强纤维预成型体的截面图和截面放大图。纤维织物层1～4在作为其厚度方向的Z方向进行层积。 [0042] 在图1中，将纤维织物层1～4这4层纤维织物层进行层积，但层积层数并不限于此。 [0043] 另外，作为构成纤维织物层的增强纤维的种类，可以选择各种增强纤维，例如，除了碳纤维、玻璃纤维以外，还可以从对位芳族聚酰胺纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚芳酯纤维、聚亚苯基苯并二噁唑(PBO)纤维等有机纤维中选择一种或两种以上纤维进行组合。 [0044] 在图1所示的纤维织物层1～4中，纤维的方向全部沿纸面左右方向配置，但纤维织物层的形态并不限于此。例如，可以从平纹、斜纹、缎纹等纤维织物中选择一种或两种以上织物进行组合。 [0045] 此外，纤维织物的纤维方向也可以自由选择进行组合。例如认为可以是如下得到的预成型体：纤维织物层1～4全部是平纹的纤维织物，纤维织物层1和4按照平纹的纤维沿着图1所示的X方向和Y方向的方式进行层积，纤维织物层2和3按照平纹的纤维相对于X方向和Y方向为45°方向的方式进行层积。 [0046] 如图1所示，纤维织物层1～4利用面线(上线、直针线)5和底线(下线、弯针线)6进行缝合。 [0047] 图1所示的缝合形态是平缝的一种，被称为双线链缝(吊り縫い)，但缝合的形态并不限于此。作为其他缝合方法，有锁式缝(均衡縫い)、利用一根缝合线进行缝合的单线链缝(単環縫い)等，本发明利用上述任一种缝合方法均能够得到同样的效果。 [0048] 如图2所示，面线5由垂直部11和倾斜部12构成，倾斜部12的一部分或全部倾斜部12位于纤维织物层间7。 [0049] 倾斜部12按照相对于厚度方向Z呈规定的倾斜角度θ的方式来形成。 [0050] 如图20所示，倾斜角度θ为45°时，剪切强度最大，随着相对于该角度的偏移α增大，剪切强度减小。为了得到显著的增强效果，期望倾斜角度θ形成为以45°为中心的45°±20°的范围。 [0051] 另外，缝合线14的材料也可以任意地选择，除了碳纤维、玻璃纤维以外，还可以从对位芳族聚酰胺纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚芳酯纤维、聚亚苯基苯并二噁唑(PBO)纤维等有机纤维中选择一种或两种以上纤维进行组合。 [0052] 缝合线14的粗细和缝合间距15也可以任意地设定，若缝合线14过粗，则在缝合线14贯穿纤维织物层内时，会在纤维织物层的增强纤维中产生卷曲，相对于厚度方向Z垂直的方向的强度降低，因而不优选。作为缝合线14的粗细，优选小于构成纤维织物层的纤维束间隔的2倍。另外，若缝合间距过宽，则强度变得不均匀，层间纤维强度的提高效果减小，因而这也是不优选的。 [0053] 如上所述，根据本实施方式，在将由增强纤维形成的两层以上纤维织物层层积并利用缝合线进行缝合得到的层间增强纤维预成型体的形成中，使上述缝合线位于纤维织物层间的部分相对于上述纤维织物层的层积方向倾斜。其结果能够得到层间剪切强度高的预成型体。 [0054] 实施方式2. [0055] 在实施方式2中，参照附图对于前面实施方式1中说明的本发明的层间增强纤维预成型体的制造工艺进行具体说明。图3～图7是示出层间增强纤维预成型体的各制造工序的示意图，图3是关于层间增强纤维预成型体的制造工艺的流程图。 [0056] 图3所示的流程图具备下述4个工序。 [0057] S1：将纤维织物层1～4和热分解层16～18在层积方向交替层积的工序。 [0058] S2：将纤维织物层1～4和热分解层16～18用缝合线缝合的工序。 [0059] S3：对纤维织物层与热分解层的缝合体进行加热，使热分解层16～18发生热分解，形成有隙纤维缝合体21的工序。 [0060] S4：对有隙纤维缝合体21施加剪切负荷的工序。 [0061] 接着，分别参照图4～7对工序S1～S4进行详细说明。图4是示出本实施方式中的对纤维织物层1～4和热分解层16～18进行层积的第一工序的示意图。另外，图5是示出本发明的实施方式2中的将层积后的纤维织物层1～4和热分解层16～18用面线5和底线6缝合来形成纤维缝合体19的第二工序的示意图。此外，图6是示出本发明的实施方式2中的对纤维缝合体19进行加热使热分解层16～18发生热分解的第三工序的示意图。并且，图7是示出本发明的实施方式2中的对于形成有纤维间空隙20的有隙纤维缝合体21施加剪切负荷的第四工序的示意图。 [0062] 首先，将纤维织物层1～4和热分解层16～18在其厚度方向Z的方向层积。此时，在希望提高层间剪切强度的纤维织物层的层间插入热分解层(相当于S1)。 [0063] 作为构成纤维织物层的增强纤维的种类，可以选择各种增强纤维，例如，除了碳纤维、玻璃纤维以外，还可以从对位芳族聚酰胺纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚芳酯纤维、聚亚苯基苯并二噁唑(PBO)纤维等有机纤维中选择一种或两种以上纤维进行组合。 [0064] 图1所示的纤维织物层1～4示出了纤维的方向全部沿纸面左右方向配置的状态，但纤维织物的形态并不限于此。例如，可以从平纹、斜纹、缎纹等纤维织物中选择一种或两种以上织物进行组合。 [0065] 另外，纤维织物的纤维方向也可以自由选择进行组合。 [0067] 另外，作为热分解层的形态，除了织物以外，也可以为薄膜状(film)，还可以将粒状的粉末制成层状。 [0068] 此外，在图4中，将纤维织物层1～4这4层纤维织物和热分解层16～18这3层进行层积，但层积层数也并不限于此。 [0069] 接着，如图5所示，将纤维织物层1～4和热分解层16～18用面线5和底线6缝合，形成纤维缝合体19(相当于S2)。 [0070] 图5所示的缝合形态是平缝的一种，被称为双线链缝，但缝合的形态并不限于此。作为其他缝合方法，有锁式缝、利用一根缝合线进行缝合的单线链缝等，本发明利用上述任一种缝合方法均能够得到同样的效果。 [0071] 另外，缝合线14的材料可以任意地选择，除了碳纤维、玻璃纤维以外，还可以从对位芳族聚酰胺纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚芳酯纤维、聚亚苯基苯并二噁唑(PBO)纤维等有机纤维中选择一种或两种以上纤维进行组合。 [0072] 缝合线14的粗细和缝合间距15也可以任意地设定，若缝合线14过粗，则在缝合线14贯穿纤维织物层内时，会在纤维织物层的增强纤维中产生卷曲，相对于层积方向垂直的方向的强度降低，因而不优选。作为缝合线14的粗细，优选小于构成纤维织物层的纤维束间隔的2倍。另外，若缝合间距过宽，则强度变得不均匀，层间纤维强度的提高效果减小，因而这也是不优选的。 [0073] 接着，如图6所示，对纤维缝合体19进行加热，使热分解层16～18发生热分解(相当于S3)。 [0075] 在插入有热分解层16～18的区域，在热分解层16～18发生热分解后形成纤维间空隙20。若利用其后的剪切变形将缝合线配置在倾斜方向，则无需维持该纤维间空隙20。 [0076] 在形成纤维间空隙20后，如图7所示，使有隙纤维缝合体21发生剪切变形(相当于S4)。 [0077] 具体地说，通过对纤维织物层1～4施加例如倾斜分布拉伸负荷23而发生剪切变形。对最上层和最下层的纤维织物层的处于彼此相反的位置的单侧端部进行拉伸，由此纤维织物层间的摩擦力使其发生剪切变形。 [0078] 通过剪切变形，在位于纤维织物层间7的面线5上形成与实施方式1同样的倾斜部12。 [0079] 热分解层厚度57按照通过上述剪切变形形成的倾斜部12的倾斜角度θ为45°±20°的方式进行设定。 [0080] 通过上述第一工序～第四工序得到层间增强纤维预成型体22。 [0081] 如上所述，根据本实施方式2，将纤维织物层和热分解层按照热分解层插入到纤维织物层的层间的方式在层积方向交替层积，将层积后的纤维织物层和热分解层用面线和底线缝合形成纤维缝合体，对上述纤维缝合体进行加热使热分解层发生热分解来形成有隙纤维缝合体，对上述有隙纤维缝合体施加剪切负荷，使缝合纤维织物层的缝合线中的位于纤维织物层间的部分相对于层间增强纤维预成型体的层积方向倾斜，由此能够得到层间剪切强度高的预成型体。另外，由于能够在纤维织物层之间形成间隙，因而能够改变纤维织物层间的相对位置，此外还可提高对曲面的赋形性。 [0082] 实施方式3. [0083] 在实施方式3中，参照附图对前面实施方式1中说明的本发明的层间增强纤维预成型体在电梯用结构部件中的应用例进行具体说明。图8～11是示出将本实施方式中的层间增强纤维预成型体应用于电梯用结构部件的示例的示意图。 [0084] 如图8所示，电梯结构如下：轿厢室25被固定在轿厢架27上，轿厢架27与纵柱24和上梁26连结，被绳28吊拉。上梁26和纵柱24例如使用C型截面梁部件等。 [0085] 如图9所示，包括乘客等的轿厢室重量经由与上梁26的左右两端连结的纵柱传递到绳，因而对上梁26施加图10所示的三点弯曲负荷。从而，如图10所示，在设纸面右手方向为X、纸面向里方向为Y、垂直向上方向为Z时，图10所示的YZ面剪切力作用于与上梁26的YZ面平行的截面。 [0086] 针对该剪切力，最适宜的纤维取向如图11所示。即，上梁凸缘部上侧29和上梁凸缘部下侧30是依据实施方式1的层间增强纤维预成型体。 [0087] 具体地说，层间增强纤维预成型体的垂直方向上侧的纤维织物层在靠近上梁中心线31的方向发生剪切变形。 [0088] 另外，在上梁非凸缘部45，夹着上梁中心线31的纸面左右分别包含在纤维取向32和纤维取向33的方向分别取向的纤维。 [0089] 在设上梁长度方向为0°、垂直向上为90°的情况下，纤维取向32表示+45°方向，纤维取向33表示-45°方向。 [0090] 根据该构成，缝合线配置在支承图10所示的产生在上梁部件的剪切负荷的方向，因而可实现具有高剪切强度的部件。 [0091] 实施方式4. [0092] 在实施方式4中，参照图12～18对作为前面实施方式3中说明的电梯用结构部件的一例的具有C型截面的电梯上梁用层间增强纤维预成型体的制造工艺进行具体说明。 [0093] 图12～14是示出电梯上梁用层间增强纤维预成型体44的形成方法的示意图。 [0094] 如图12所示，具有C型截面的电梯上梁用层间增强纤维预成型体44通过将上侧预成型体55的上侧预成型体直立部41弯折的部分和下侧预成型体56的下侧预成型体直立部43弯折的部分重叠接合来形成。 [0095] 如图13所示，上侧预成型体55通过在由纤维织物层构成的上侧凸缘增厚部层积体34上重叠宽度宽于上侧凸缘增厚部层积体34的上侧斜交层积体35来形成；如图14所示，下侧预成型体56通过在由纤维织物层构成的下侧斜交层积体37上重叠宽度窄于下侧斜交层积体37的下侧凸缘增厚部层积体38来形成。 [0096] 上侧预成型体55具有：上侧凸缘增厚部层积体34与上侧斜交层积体35重叠的上侧预成型体凸缘部40以及上侧斜交层积体35未与上侧凸缘增厚部层积体34重叠的上侧预成型体直立部41，下侧预成型体56具有：下侧斜交层积体37与下侧凸缘增厚部层积体38重叠的下侧预成型体凸缘部42以及下侧斜交层积体37未与下侧凸缘增厚部层积体38重叠的下侧预成型体直立部43。 [0097] 接着，使用图15～18详细说明上侧预成型体55和下侧预成型体56的具体制造工艺。图15～16是图13中的B部的放大图，图17～18是图14中的C部的放大图。 [0098] 首先，如图15所示，在上梁中心线31的附近配置突状夹具52，在其上交替层积纤维织物层46和热分解层16，形成上侧凸缘增厚部层积体34。 [0099] 接着，在上侧凸缘增厚部层积体34上进一步交替层积纤维织物层47和热分解层16，形成上侧斜交层积体35。这样，在纤维织物层46和47的上梁中心线31附近的下部形成纤维织物弯曲部59。热分解层16在突状夹具附近50被阻断，在突状夹具52上没有该热分解层 16。 [0100] 另外，纤维织物层47的至少1层包含纤维布，该纤维布在设上梁长度方向为0°时，在纤维织物的表面取向为±45°。 [0101] 接着，使用面线5和底线6将上侧凸缘增厚部层积体34和上侧斜交层积体35在纤维织物层的层积方向缝合，形成上侧展开缝合层积体36。 [0102] 接着，对上侧展开缝合层积体36进行加热，使热分解层16发生热分解。 [0103] 其后，如图16所示，除去突状夹具52，将纤维织物层46的垂直方向最下层的两端向着远离上梁中心线31的方向拉伸。 [0104] 由此，由突状夹具52形成的纤维织物弯曲部59恢复平坦的状态，纤维织物层46和纤维织物层47以上梁中心线31为中心向着远离上梁中心线31的方向移动，从而使面线5如图2所示在纤维织物层间弯曲变形，形成上侧预成型体55。 [0105] 接着，示出下侧展开缝合层积体39的制造方法。 [0106] 首先，如图17所示，在上梁中心线31的附近配置突状夹具53，在其上交替层积纤维织物层48和热分解层16，形成下侧斜交层积体37。 [0107] 接着，在下侧斜交层积体37上进一步交替层积纤维织物层49和热分解层16，形成下侧凸缘增厚部层积体38。这样，在纤维织物层48和49的上梁中心线31附近的下部形成纤维织物弯曲部60。热分解层16在突状夹具附近51被阻断，在突状夹具53上没有该热分解层16。 [0108] 另外，纤维织物层48的至少1层包含纤维布，该纤维布在设上梁长度方向为0°时，在纤维织物的表面取向为±45°取向。 [0109] 接着，使用面线5和底线6将下侧斜交层积体37和下侧凸缘增厚部层积体38在纤维织物层的层积方向缝合，形成下侧展开缝合层积体39。 [0110] 接着，对下侧展开缝合层积体39进行加热，使热分解层16发生热分解。 [0111] 其后，如图18所示，除去突状夹具53，将纤维织物层48的垂直方向最下层的两端向着远离上梁中心线31的方向拉伸。 [0112] 由此，由突状夹具53形成的纤维织物弯曲部60恢复平坦的状态，纤维织物层48和纤维织物层49以上梁中心线31为中心向着远离上梁中心线31的方向移动，从而使面线5如图2所示在纤维织物层间弯曲变形，形成下侧预成型体56。 [0113] 所形成的上侧预成型体55和下侧预成型体56插入到成型模具内的空隙部，流入树脂并渗入到预成型体中之后，进行加热等使树脂固化，制成纤维增强塑料。 [0114] 需要说明的是，在上述实施方式的方式3、4中，对于将层间增强纤维预成型体应用于具有C型截面的梁部件中的情况进行了说明，但本发明的层间增强纤维预成型体也能够适用于图19所示那样的具有H型截面、矩型截面的梁部件中。 [0115] 符号说明 [0116] 1～4纤维织物层、5面线、6底线、7纤维织物层间、11垂直部、12倾斜部、14缝合线、15缝合间距、16～18热分解层、19纤维缝合体、20纤维间空隙、21有隙纤维缝合体、22层间增强纤维预成型体、23倾斜分布拉伸负荷、24纵柱、25轿厢室、26上梁、27轿厢架、28绳、29上梁凸缘部上侧、30上梁凸缘部下侧、31上梁中心线、32纤维取向、33纤维取向、34上侧凸缘增厚部层积体、35上侧斜交层积体、36上侧展开缝合层积体、37下侧斜交层积体、38下侧凸缘增厚部层积体、39下侧展开缝合层积体、40上侧预成型体凸缘部、41上侧预成型体直立部、42下侧预成型体凸缘部、43下侧预成型体直立部、44电梯上梁用层间增强纤维预成型体、46～ 49纤维织物层、50,51突状夹具附近、52,53突状夹具、54拉伸负荷、55上侧预成型体、56下侧预成型体、57热分解层厚度、58拉伸负荷、59,60纤维织物弯曲部、Z厚度方向(层积方向)、θ倾斜角度。 |
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