大型frp构件的制造方法

专利名称：大型frp构件的制造方法
技术领域：
本发明涉及提高生产率、制造品质优异的纤维增强塑料(以下简称FRP)的FRP的制造方法。更详细地说，是涉及能够以低成本提高合格率地得到未含浸部分或气孔等难以形成的、品质优异的FRP的大型FRP构件的制造方法。
以前在上述领域存在的技术问题，主要是提高FRP的力学特性或高精度化，而近年来的课题却是FRP的大型化和彻底地降低这种FRP的制造成本。另外，随着使用上述FRP的用途领域，向运输设备全部(铁道车辆、汽车、船舶等)或一般产业(风力发电、土木建筑等)大幅度推广，进一步强烈要求FRP的低成本化。
作为这类力学特性优异的FRP构件的代表性制造方法，已知高压釜热压成形法。这种高压釜热压成形法是将预先使增强纤维中含浸了母料树脂的预浸渍处理物堆积在成形模内，加热加压成形FRP。作为在这里使用的中间基材预浸渍处理物，在使用时固然有可得到品质极高的FRP的优点，但预浸渍处理物的制造和保管，不仅需要很高的成本，而且需要大规模的成形设备，所以使用这种制法的FRP的生产效率不太高。
另一方面，作为FRP生产性优异的成形法，可列举的还有真空树脂转移模塑成形法(真空RTM)。这种真空RTM是通过在复杂的成形模中配置未含浸母料树脂的(干式)增强纤维，在使成形模内处于真空的状态，强制加压注入母料树脂，使增强纤维中含浸母料树脂成形FRP。
在这种真空RTM中，尤其是成形大型构件时，需要设置多个树脂注入口，并需要适时准确地控制从各注入口的树脂注入时机，因此，确切把握该树脂的流动位置是极其重要的。另外，在成形为需要有上述多个注入口的大型成形体的场合，虽然是在下模内配置增强纤维基材，并用透明的制袋用薄膜覆盖该模腔后，将该模腔抽成真空，然后从各注入口依次注入树脂，但此时，从各注入口的树脂注入，是由人越过透明的该制袋用薄膜观察树脂的流动状况的同时，适当地掌握注入时机来进行的。
但是，这种靠人目测观察树脂的流动状态，在成形体较大的场合，便产生有时难以观察、有时误认树脂流动部的前端的位置，而无法适当掌握树脂注入时机的问题。况且，在使用上述下模和制袋膜制造耐热性高的大型成形体时，由于高温加热整个模具，存在人在模具周围很难确认树脂流动的问题；而且在即使成形体较小但用双面模具成形时，人根本无法从模具外部观察树脂的流动状态，所以也有无法把握从多个口注入树脂的时机的问题。在这种时候，以前全凭人的经验感觉，设想树脂的流速，或用准备好的树脂使用量，掌握从各注入口的注入时机。但是，由于这种方法没有确切性，缺乏大量生产性，所以存在生产效率不高的问题。发明目的因此，本发明的目的在于提供一种大型FRP构件的制造方法，该方法可以不使用高价设备，廉价地生产FRP制大型面状体，而且即使在比较狭窄的空间，仍能发挥较高的成形效率，以较短的成形周期成形，同时未含浸部分或气孔等难以出现，可以低成本高合格率地得到品质优异的FRP，并具有优异的批量生产性。
本发明提供的这种大型FRP构件的制造方法，特别是在树脂注入时，在成形模和增强纤维基材处于适当的温度状态下，不是靠基于人的目视观察或经验的感觉推测树脂的流动状态，把握从各树脂注入口注入树脂的时机，而是通过确实掌握液态树脂的流动位置的同时，掌握从各注入口正确注入树脂的时机进行成形，从而避免在增强纤维基材中生成未含浸部分或气孔等。
这种大型FRP构件的制造方法，其特征在于必须进行以下(A)～(F)的工序。
(A)配置工序，在成形模面上配置具有增强纤维基材的预制坯，(B)密闭工序，用袋材或模具覆盖成形部、设置抽吸口和树脂注入口进行密闭，(C)减压工序，从抽吸口对成形部减压，(D)热风加热工序，用热风对成形部加热，(E)树脂注入工序，使成形模温度Tm和袋材或模具温度Tv一起升至室温或以上，且其温度差ΔT在10℃或以内，从树脂注入口注入热固性树脂，使树脂含浸在增强纤维基材中，(F)固化工序，使成形部保持在室温或以上的规定温度Tpc，使树脂固化。
优选，上述预制坯，必须是增强纤维基材和树脂扩散介质；在上述(D)的热风加热工序，使成形模配置在用绝热材料隔热的密闭室内，循环输送热风，而且通过设置在成形模内的树脂探测传感器发出的信号，控制从设置的多个树脂注入口注入树脂的开始时间。
更为优选，在上述(E)的注入工序中，上述成形模的温度Tm或袋材或模具温度Tv为50～160℃；在上述(F)的固化工序中，上述成形部所规定的温度Tpc为80～180℃；上述热固性树脂在上述成形模温度Tm或袋材或模具(以下仅就袋材进行说明，但这并不一定就意味限定于袋材)的温度Tv中的较低一方温度时的粘度ηp为500mPa·S或以下，而且在Tm时的粘度和在Tv时粘度之差Δη为200Pa·S或以内。
图2是表示本发明的一实施方案和实施例2的成形方法的概略构成图。
图3是表示本发明实施例1的大型FRP构件制造方法的成形装置概略横剖面图。
图4是本发明的实施例2和3中所用的环氧树脂的粘度特性图。
图5是实施例2中所用的介电传感器的概略构成图。
图6是表示本发明实施例3成形方法的概略构成图。
图7是通过本发明制造方法得到的CFRP制壳板-纵梁结构构件的一实施方案例的透视图。
图8是涉及图7的纵梁的各种实施方案例的剖面图。
图9是与图8纵梁不同形态的纵梁的剖面图。符号的说明Tm成形模温度Tv袋材或模具的温度ΔT成形模温度和袋材或模具温度之差ηp处于Tm或Tv低的一方的温度时的树脂粘度Δη处于Tm的树脂粘度和Tv的树脂粘度之差1成形模243、增强纤维基材3袋材4真空阀5真空泵
A1～A4树脂注入线B真空抽吸线C2～C4树脂探测传感器D1～D5、F1～F3阀门E1～E4树脂容器G1～G3感应传感器6感应传感器7底部基板8栉状电路11增强纤维基材12芯材13沟槽14a、14b热电偶15a、15b温度显示计16a、16b树脂注入口17抽吸口20成形模21挤压板22a、22b密封用粘结胶带23袋材24a、24b液体状树脂25a、25b树脂注入管道26a、26b阀门27减压抽吸管道28真空阀29真空泵31台座32保温箱
33热风风机34排气口40模具41上模42下模44成型芯45真空抽吸线兼树脂注入线46树脂注入口47密封用O型环51壳板52纵梁53凸缘54弯角部分为了解决树脂注入时的课题，实施下述方法。即，这种成形方法的特征是通过由与成形模内连接的树脂探测传感器发出的信号，控制从各注入口注入该树脂的开始时间。
作为上述的树脂探测传感器，通过使用由在顶端或靠近顶端具有射出光线的射出面的第一光纤维，和在顶端或靠近顶端具有接受从该第一光纤维射出的光的入射面的第二光纤维构成的液体探测用传感器，可以精确地探测树脂。
此外，作为上述树脂探测传感器，在使用由检测介电常数变化的挠性介电电路基板构成的液体探测用传感器时，可高效率探测处于平面状的树脂。
此外，在本发明涉及的大型FRP构件的制造方法中，在注入的树脂凝胶化之前能够连续抽吸，因此在更确实完成树脂扩散的同时，也可以防止因树脂产生的挥发性气体的残存造成的气孔。
树脂扩散介质既可以与成形品结为一体留在成形品内，也可以在成形后将板状树脂扩散介质从成形品中除去。在除去树脂扩散介质时，可先在树脂扩散介质和增强纤维基材之间，介装一层作为容易剥离的脱模纺织品的剥离层。
在本发明涉及的这种大型FRP构件的制造方法中，同以往的预含浸处理/热压方式的成形方法相比，可以用单面模具，该模具也可以使用只要耐得真空压力的低强度非金属等廉价模具，而且不需要热压设备或预含浸处理保冷用的冷冻库等高价设备，可以用廉价的热风作加热源。此外，同预含浸处理相比，可直接使用廉价的增强纤维基材，完成成形的工时也少。另外，由于不需要热压设备或预含浸保冷用的冷冻库等，所以较小的成形用空间即够用，从增强纤维基材的贴合到树脂注入、固化、脱模，都可以在同一场所进行。因此，在可以显著降低生产设备费用和制造成本的同时，在较狭窄的场所也可以成形大型的FRP构件。
而且，由于从赋形到脱模都可以在同一场所进行，对到规定温度的加热使用热风，可使成形模、成形部整体迅速加热，所以可缩短成形周期，达到极高的成形效率。因此，也可以同时达到优异的规模生产性。
此外，树脂注入是靠真空压的压力差(最大98kPa(1kg/cm2))进行的，如果能以更高压力挤出树脂，那么树脂注入会有更好的效果。因此，可以把树脂槽设置在比成形模面高的位置上。由此，流体力学上的落差可增压。
以下基于优选的实施方案，对本发明进行详细说明。
本发明的FRP制造方法，至少必须进行以下的(A)～(F)的工序。
(A)配置工序即按所定规格、形状剪断增强纤维基材，根据需要把层压过的预制坯配置在成形模面上的工序。
在这里，预制坯既可以在成形模上形成直接配置，也可以搬运在不同于成形模的预成形模具形成的预制坯配置在成形模上。
上述预制坯，为了防止各增强纤维基材的参差错乱，有时要使其固定，并实施高密度化。作为固定方法，例如以点状、线形或在整体散布粘结性粒子，或配置粘结性纤维，然后采用使其热粘结的方法等。此外，作为高密度化的方法，例如可以采用边加热边用压机加压、或在密闭的空间抽吸，以大气压加压的方法等。
此外，上述预制坯，在除了增强纤维基材，还有树脂扩散介质构成时，由于会使后述的(E)注入工序中树脂的含浸变得容易，所以优选。作为这种树脂扩散介质，可列举例如进行了规定槽沟加工的芯材、树脂流动阻力低的网孔状片材等。使用这种芯材成形后，如果芯材留在FRP内，便可得到夹层结构的FRP，在使用这种网孔状片材成形后，若除去该片材，便可得到壳板结构的FRP。在后者的场合，优选在树脂扩散介质和增强纤维基材之间，加配一层脱模用纺织布(剥离层)，这样便可以在成形后从FRP上容易地剥离除去树脂扩散介质。
作为这种芯材，优选在100℃的加热状态(优选在120℃的加热状态)下，具有真空压力作用时的收缩率在5％或以下的耐热性。作为芯材，多孔质或实心状的哪一种都可以，重要的是树脂不能从外周面浸透，使用发泡材料时，优选闭孔海绵发泡体。此外，有时根据用途，要求吸湿性低的材料(例如吸湿后的膨润率在5％或以下)。作为具体的材料，可列举有聚氯乙烯制(例如“クレゲセル”(商品名))和聚甲基丙烯酰亚胺制(例如“ロハセル”(商品名))的发泡芯材、和充填了这些发泡芯材的铝制或芳族聚酰胺制蜂窝芯材等。此外，木制芯材或轻木芯材等也可适用。
特别是在制造夹层结构的FRP时，在增强纤维基材和袋材料之间使用具有较高刚性的挤压板(例如用玻璃纤维基材增强的厚度1～2mm左右的树脂板材)，配置在非模具一侧，也可以发挥平滑性。这种挤压板也可以配置多枚并连接在一起。
作为这种增强纤维基材，可列举例如具有二元单向、双向、双向以上多方向或三元多方向性的织物、编织物或线带，和单向合丝的片材(单向片材)、2层或以上重合单向片材的多轴向片材等，也可以使这些材料通过缝合或打结等，将多个上述材料一体化形成的材料。特别是在用作运输设备(尤其是航空器或汽车)的结构构件时，优选单向织物、单向片材。
作为增强纤维，可以使用玻璃纤维、有机(芳族聚酰胺、PBO(对苯撑苯并双噁唑纤维)、PVA(聚乙烯醇)、PE(聚乙烯)等)纤维、碳纤维(PAN系、沥青系等)等。
碳纤维由于单位重量强力和比弹性模量优异，几乎不吸水，所以优选用作航空器或汽车用的构件材料的增强纤维。其中若是下述高韧性碳纤维，由于FRP的冲击吸收能量很大，所以也适宜用作航空器结构构件。即，优选根据JIS·R7601测定的拉伸模量E(GPa)为210GPa或以上、且破坏畸变能量W(MJ/m3＝106×J/m3)为40MJ或以上。更优选拉伸模量超过240，不足400GPa而且破坏畸变能量在50MJ/m3或以上。在这里，所谓破坏畸变能量，是指用根据JIS R7601测定的拉伸强度σ(GPa)、和上述E值，按照下式(W＝σ2/2E)计算出的值。
此外，为了使后述的ΔT在本发明范围内，优选导热率高的增强纤维，从这种观点出发也优选使用碳纤维。在这里，优选导热率为10W/(m·k)或以上，更优选为12W/(m·k)或以上，特别优选20W/(m·k)或以上。此外，虽然导热率上限没有特别要求，但导热率过高的碳纤维有时力学特性不好，所以一般优选在100W/(m·k)或以下。
特别是在本发明涉及的大型FRP构件的制造方法中，优选通过在其主方向上选择配合导热率高的增强纤维，在特别的短时间内能使ΔT达到本发明的范围，能够以温度更为稳定的状态成形。
(B)密闭工序在成形模面上配置了上述预制坯，以及根据需要的树脂扩散介质和脱模用织布等副材料之后，例如可在其周边的模面上粘贴密封用粘结胶带或密封剂，在其上面配置作为袋材料的例如制袋用薄膜，覆盖成形模上的成形部进行密封。此外，在要进一步提高增强纤维基材的体积含有率时，为了发挥在树脂注入后防止袋内压力上升的效果，也可以在该制袋用薄膜外侧再覆盖一层制袋用薄膜；还可以在制袋的同时对成形部加热，放置适当时间，利用大气压进行压缩。此外，为了提高经济性，作为袋材料也可使用能反复使用的硅橡胶制等橡胶片材。而且内藏加热器的橡胶片材，有时在加热、保温上更有效果。
在密闭时，要设置减压(真空)抽吸口和树脂注入口，具体地说是在增强纤维基材端部周围配置具有开口部的线状器材(例如铝制C型槽材料等)，使该线状器材的端部连通例如树脂制管道等。
(C)减压工序通过使用例如油扩散型真空泵等，从上述抽吸口抽吸成形部进行减压。经过这种减压，在极力排出形成气孔的原因的空气的同时，能通过大气压挤压基材，提高增强纤维基材的增强纤维体积含有率Vpf。这种纤维体积含有率Vpf优选在45％或以上，更优选达到50％或以上。此外，在这时若在后述(D)的加热工序，加热温度达到上述粘结性粒子或粘结性纤维能够热粘结的室温或以上的温度，并保持一定的时间，便能更加稳定地提高Vpf。
(D)热风加热工序对包括成形模的上述成形部进行加热。在这种加热中，作为加热媒介，使用设备和运转成本较低的热风。即，作为加热成形模整体的热源，可以说适合应用通过实施下述方法可得到高热效率的热风。即使整个成形模放置在加热烘箱内进行密闭、使热风在烘箱内循环的方法，热效率高、最实用，因此优选。但也可以采用制作简易的密闭室，用绝热材料覆盖整个成形模，用风机向其中输送热风并进行循环的方法。无论是哪种方法，只要以热风为加热媒介，都能廉价而简易地使成形模达到相对于后述规定的温度Tm在±5℃或以下(优选±2℃或以下)的范围内。通过热风加热与热压器相比，可达到很高的经济性。但在已有热压器可以照常利用时，也可以利用在加热均匀点上优异的热压器。
(E)树脂注入工序在成形模温度Tm和袋材料温度Tv都在室温以上、而且上述Tm和上述Tv的温度差ΔT在10℃或以内(更优选在8℃或以内，进一步优选在5℃或以内，特别优选在3℃或以内)时，优选将预脱泡的放入了容器中的液态树脂注入已配置了增强纤维基材的成形模的成形部中，例如通过在连续进行减压(真空)抽吸的同时将与树脂注入口连通的管端投入到上述容器的树脂内来进行。根据不同情况，也可以负载大气压或以上的机械压力强制注入。
如果该Tm和Tv在50～160℃，由于后述的树脂变为低粘度，不仅树脂含浸变得更容易，而且树脂本身的选择幅度扩大，可以选择使用力学特性优异的等高性能树脂，因此优选。
关于上述ΔT，将参照附图详细说明。

图1是表示本发明使用的树脂一例中的树脂粘度的温度依存性的模式图。上述ΔT超过10℃时，由于袋材面和成形模面的树脂粘度差变得过大，树脂的流动状况出现显著的差失去流动平衡，最坏的场合会是引起在预制坯上留下未含浸部等欠陷，不能生产性良好地稳定地得到高品质的FRP。特别是作为树脂扩散介质使用芯材成形夹层结构的FRP时，芯材大多情况比增强纤维基材的导热率低，阻碍成形模和袋材料的导热，增强纤维基材的温度有很大不同，这种现象更加显著。
下面对ΔT的发生状况，进一步具体说明。例如在使用热风进行加热时，配置在袋材一侧的增强纤维基材经由袋材加热，配置在成形模侧的增强纤维基材，同样地经由成形模加热。但是，由于成形模和袋材的厚度和材质不同，导热率和热容量有很大差异，由于上述热风的循环路径，在同时开始加热的场合，在升温达到规定温度的时间上会出现意想不到的很大差别。一般来说，由于袋材料热容量小，所以袋材侧的增强纤维基材的温度很快达到规定温度，便产生了ΔT。当然，通过热风循环路径，有时也有成形模侧的增强纤维基材的温度很快达到规定温度的情况。
此外，ΔT由于预制坯(进行了层压的增强纤维基材)本身的导热率，也会受到很大影响，所以特别是在短时间使ΔT达到本发明范围内的场合，优选预制坯中的增强纤维基材的增强纤维体积比Vpf为高(紧密)的状态。仅使Vpf提高20％，就能使导热率从10w/(m·k)轻易提高到优选状态的12w/(m·k)，效果显著。但是，如果上述Vpf过高，有时会妨碍树脂含浸。从这种观点出发，优选Vpf为45～62％，更为优选是50～58％。在这里，Vpf由下计算Vpf＝(W1×P1)/(ρ×t1×10)W1每1m2增强纤维基材的增强纤维重量(g/m2)P1预制坯中的增强纤维基材的层压片数ρ增强纤维的密度(g/cm3)t1预制坯中的增强纤维基材被层压部分的厚度(mm)也就是说，本发明阐明了成形模温度Tm和袋材料温度Tv由于实际温度中加热时的热传导路径的差异，存在着较大的温度差，由此而无法生产效率好且稳定的得到高品质FRP，并通过上述方法解决了这个问题。
在这里，上述Tm的测定，可用例如热电偶等测定成形模内的温度。特别是在成形模是导热性差的FRP模具或木制模具时，在更为严密地反映增强纤维基材温度的意义上，成形部的测定部位优选距离成形模表面5mm或以内，更为优选在成形模表面测定。
此外，袋材料温度Tv的测定，可用例如热电偶等测定成形部袋材料的表面温度。由于袋材料比成形模薄得多，即使导热不好，其外面的表面温度也能比较正确地反映增强纤维基材的温度。当然，在更为严密地反映增强纤维基材温度的意义上，优选测定成形部中袋材料内面的表面温度。
另外，上述Tm和Tv的测定，优选同厚度方向对向进行，因为这样可以更正确地预测树脂的流动状况。这种场合，可在多个部位测定，在各个测定部位都达到上述ΔT的范围内时，便能更加正确地预测，因此可以说是最优选的状态之一。
此外，从另一观点看，优选在上述Tm或Tv温度较低一方的温度时树脂粘度ηp在500mPa·S或以下，而且上述Tm的树脂粘度和上述Tv的树脂粘度之差Δη为200mPa·S或以内。更优选树脂粘度ηp是300mPa·S或以下，进一步优选200mPa·S或以下；更优选粘度差Δη为150mPa·S或以内，进一步优选在100mPa·S或以内。在这里，优选上述范围的理由与上述温度差ΔT的情况相同。在此，树脂粘度是指使用E型粘度计(TOKIMEC制TVE30H)，按相同剪切速率测定的数值。
流入该模腔内的树脂，特别是在使用树脂扩散介质的场合，在夹层结构时在芯材中加工的槽沟内、在壳板结构时在树脂扩散介质内，在表面方向流动扩散的同时，通过在厚度方向向增强纤维基材内进行浸透，含浸在增强纤维基材内，可有效且迅速地进行树脂的含浸，因此优选。对增强纤维基材的含浸完成时，树脂很快向真空抽吸口流去。
按照本发明的制造方法，由于能够有效而快速地进行树脂含浸，所以适宜制造3m或以上的大型FRP。对于5m或以上、甚至10m或以上的构件，优点更为明显。在成形这种大型FRP的场合，大多场合设置多个树脂注入线以避免树脂注入速度低于规定水平，在向整个模具的树脂含浸结束之前树脂就开始凝胶化。而且同样地，有时也设置多个真空抽吸线。在这种场合，各树脂注入线路流出树脂的时间，未必是固定和同时的，优选观察或监控树脂流动状况进行判断以避免产生未含浸部分。如果袋材料是透明或半透明的，便能观察到树脂的流动状况。但在不能目视观察的场合，通过后述的利用光或介电常数的树脂探测传感器，可以掌握流动状况。
另外，减压(真空)抽吸是为了极力控制未含浸部或气孔等缺陷的发生，所以优选在注入树脂凝胶化之前连续进行。
作为本发明所用的树脂，优选使用耐热性高的热固性树脂，特别是通过加热玻璃转变温度Tg在100℃或以上，优选在120℃或以上，更为优选在150℃或以上的树脂。更具体地说，优选在上述(E)的树脂注入工序中注入时为液态，在上述(F)固化工序中被加热固化后Tg在100℃或以上的树脂。而且该树脂在常温时的扯断伸长率从耐冲击性或疲劳特性的观点出发为3％或以上，优选为4.5％或以上。作为这种树脂，可以使用环氧树脂、苯酚(可溶酚醛型)树脂、聚苯并咪唑、苯并噁嗪、氰酸酯、不饱和聚酯、乙烯酯、脲醛、密胺、双马来酰亚胺、聚酰亚胺、聚酰亚胺等、和这些树脂的共聚物、改性体以及2种或以上的共混树脂，还有添加了弹性体、橡胶成分、固化剂、固化活性剂和催化剂等的树脂。上述的热固性树脂，有主剂和固化剂分开的产品，这种场合优选在注入前分别混合、搅拌进行真空脱泡。脱泡时，为了加强消泡效果可进行加热等。使用树脂探测传感器的成形法以下参照附图，对使用树脂探测传感器的成形法和优选的实施方案进行详细说明。图2表示本发明一实施方案所涉及的大型FRP构件的制造方法。是俯视成形模的平面图。
在成形模1的成形面上配置增强纤维基材2，按规定间隔配置多个树脂注入线。在同第1树脂注入线A1相反的基材端部配置真空抽吸线B，用袋材料3覆盖基材2整体，包括该树脂注入线和真空抽吸线。在除第1树脂注入线A1以外的树脂注入线的前端，在基材上面配设可探测树脂流动与否的树脂探测传感器C。
为了提高树脂的流动性，隔着脱模用织物，包含树脂探测传感器C，在基材的上面配设有树脂流动阻力相当于增强纤维基材1/10或以下的树脂扩散介质(树脂扩散介质、脱模用织物未记载)。用袋材料3包装以使其从上面整体被覆盖。袋材料3和成形模1的密封，用双面粘结密封胶带(未记载)进行。该双面密封胶带也用于与树脂注入线A1或真空抽吸线B连通到袋材料3的外部的延伸的管类或树脂探测传感器C的软线类与成形模1的密封。
在如上述在成形模内配置各种材料，并用袋材料3整体包装之后，通过真空线B连接的真空阀门4，由真空泵5对袋内整体真空抽吸。当然这时，设置在由各树脂注入线连通的管路途中的阀(D1～D4)全部处于关闭状态。
然后，通过烘箱(未记载)产生加热用热风，对成形模整体加热到规定温度。用设置在模具表面或基材表面的温度传感器(未记载)，明确探测各自的表面温度。在达到规定温度时，首先打开第1阀D1，由树脂罐E1向第1树脂注入线A1注入规定的树脂。然后，从该第1树脂注入线A1流出的树脂，在树脂扩散介质内，向与该第1树脂注入线A1相反位置的真空抽吸线B流动。通过树脂扩散介质在基材表面流动的树脂，很快也流入基材内部进行含浸。但是，虽然该树脂向第2树脂注入线A2流动，但由于是在已经含浸了的树脂扩散介质内或基材中流动，树脂流动阻力渐渐变大，流速就呈非线性地降低下来。
在到达树脂的贮存期时间之前，在未通过已含浸过的部位、树脂的流动阻力尚未变大的位置，即在这里，需要由第2树脂注入线A2开始注入新树脂。为了准确控制打开向第2树脂注入线A2注入树脂的阀D2的时间，通过树脂探测传感器C2，可确认树脂在规定位置流动的时间。通过该传感器C2，确认了向第2树脂注入线A2注入树脂的时间时，打开第2阀D2，由此位置注入新树脂。通过关闭阀A1，停止第1树脂注入线A1的树脂注入。由该第2树脂注入线A2注入的树脂，向接下来的第3树脂注入线A3流去。以后如此反复。最后，如果树脂到达真空抽吸线B，通过关闭此处的阀，停止最后的树脂注入线流出树脂。
(F)固化工序含浸结束后，停止树脂注入，优选完全关闭树脂注入口，以避免树脂注入口内流入空气。在这种状态下，使包括成形模的成形部在室温或以上的规定温度Tpc保持规定的时间，使含浸的树脂固化(硬化或聚合)。该Tpc优选80～180℃，在该温度范围可有效促进树脂固化，使成形周期更短。
作为加热媒介，优选适用于加热成形模整体的热风。在这里优选热风的理由，与上述的(D)加热工序相同。
在这里得到的FRP，优选FRP内的增强纤维基材的增强纤维体积比Vf设在45～65％，更优选50～62％，特别优选53～60％。如果不足45％，不仅FRP的轻量化效果不好，还有力学特性全面下降的倾向。这就意味着尤其不能适用做航空器构件。另一方面，如果超过65％，相反地，不仅力学特性(尤其是压缩强度)差，有时还会形成未含浸部分。所以Vf可设在上述范围内。此外，Vf由下式计算Vf＝(W2×P2)/(ρ×t2×10)W2每1m2增强纤维基材的增强纤维的重量(g/m2)。
P2FRP中的增强纤维基材的层压片数。
ρ增强纤维的密度(g/m3)。
t2FRP中的增强纤维基材层压部分的厚度(mm)。
另外，本发明的大型FRP构件的制造方法，根据需要，在上述(F)固化工序之后，还可经过以下工序。
(G)取出工序树脂经过固化后，在脱模时未变形之前确认具有刚性，取下包装用薄膜或橡胶片材，从成形模上脱模取出FRP成形体。树脂扩散介质，既可以原样留在成形品内，特别是芯材，也可以根据需要，从成形后的FRP成形体上除去树脂扩散介质，尤其是网状片材。在后者的场合，如果能在与增强纤维基材之间预装剥离层(与使用树脂相溶性差的物质，例如作为树脂使用环氧树脂时，就用聚酯制的纺织布)，可容易地剥离清除。
(H)完全固化工序使取出的FRP成形体，进一步在比上述温度Tpc的温度高、且在100℃或以上的规定温度Tac下保持，进行完全固化(硬化或聚合)。之所以优选这种处理，是因为通过该处理使树脂完全固化，可进一步提高其玻璃转变温度，可以用于需要耐热性的FRP，例如航空器用构件。
通过本发明的大型FRP构件制造方法得到的FRP，不仅品质优异，还有很高的力学特性，而且质量轻，所以其适宜用作航空器、汽车、船舶等运输设备中的结构构件，外装构件、内装构件或这些构件中的任一种。特别适用于航空器的结构构件，优选用本发明的大型FRP构件制造方法成形的各种整流罩、主起落装置门、机身末端、发动机短舱、操纵面等2次结构材料以外，还有主翼、地板支持杆、机体、垂直尾翼、水平尾翼、翼箱、龙骨等1次结构材料。
壳板-纵梁结构构件的制造方法在这里，本发明所说的“壳板-纵梁结构构件”，是相如图7所示的，由壳板(板)51和在壳板51的至少一侧形成桁或骨的增强材料的纵梁52为一体的结构体。在这种场合，纵梁52既可以是如图形成I形的比较大的构件52A，也可以是小肋状体52B。两种构件51和52通过形成一体，不仅能降低结合部的重量，以金属重量比可大幅度轻量化，而且可以省去组装结合时的夹具和劳力，从经济观点看也是较为优选的。此外，这种结构由于没有接合部，所以可以期待降低空气动力阻力的效果，或能够抑制因接合部进水而引起劣化的效果。通过本发明的制造方法得到的结构构件的平面规格在3m2或以上，其主要用途没有特别限定，例如可构成航空器的机体或主翼、尾翼、舱壁、地板、鸭式简图等的整体或这些构件的一部分。
壳板51部分虽然有时为平面，有时为凹凸面，但都必须有面刚性，所以优选面内各向同性。后述的纤维取向方向，优选纤维成正交方向(以下简称正交结构或0/90结构)，或相互以45度交差方向(以下简称准无向性结构)，或纤维相互以60度交差(以下简称3轴结构或准无向性结构)。在机体部符合壳板条件的场合，张力通过内压向机体周围方向发生，所以在由上述准无向性结构没有显著偏离的范围内，使增强纤维更多地取向周向，作为具体的范围，优选在增强纤维中所占比例为25～35％。此时，如果不足25％，周向强度不够，如果超过35％，周向以外的强度有不足的倾向。此外，即使在机体壳板中，处于顶部(以下简称隆起位置)位置的壳板，为了提高航空器的前后方向的弯曲刚性和强度，也应使连续纤维更多地向长度方向排列，具体地说优选占增强纤维的比例为25～40％。
处于机翼或鸭式简图的壳板，在表面上由于压缩力通过升力向机翼的长度方向作用，所以优选连续纤维向机翼的长度方向排列。此时，向长度方向排列的纤维，越接近壳板上部的最表面越可提高弯曲刚性，因此优选。但是，由于受到工具落下等冲击的概率也很大，所以优选配置在距最表层的稍内侧(最表层的取向配置在同主翼纵向成45度方向，其内侧)。
处于地板或舱壁的壳板，大多是依靠纵梁由两面支持的结构，为了缩小壳板的翘度，优选为每45度或每60度排列的连续纤维准无向性。
纵梁部分的构成，是以在方向上提高壳板刚性为目的的。也就是说，在机体的场合，在周向和前后方向使纵梁和壳板一体化。在机翼的场合，在长度方向配置纵梁，在与长度正交方向配置肋材。在这里，纵梁52的断面如图8、图9所示，有I型、Z型、L型、T型、J型、Y型、帽型、箱型纵梁52C～52J等。如图7所示，沿壳板的曲面，凸缘53部分具有曲率，剖面面积也是可变的。对于纵梁来说，重要的是纵向刚性和扭曲刚性，所以应在纵向更多地排列连续纤维。作为优选范围，可按占增强纤维比例25～60％进行排列，相对于长度方向可在40～50度方向上配置更多的连续纤维，作为优选范围，可按占增强纤维的比例为25～50％进行排列。此外，如附图8所示，如Z型断面纵梁52C的拐角部分54，纵梁的弯曲部由于外力发生有出现剥离的可能性，所以优选弯曲部分在厚度方向实施通过缝合的增强纤维或销钉等增强。特别是在厚度超过3mm的纵梁的场合，厚度方向的增强十分有效。当然，凸缘部分也可以实施缝合等同样的增强。
这些大型的一次结构构件是要求有极高的信赖性、并要求上述的耐损伤性(即使有某种程度大小的内部损伤，仍有飞行中充分的残留压缩强度)的构件，而且要求耐热性。其中机体的龙骨部分(机身的底部)是容易发生岩石等相撞，而且主翼的上/下面是容易发生工具等磕碰的部位，都是适用本发明的优选构件。此外，构件的规格越大越整体化，越能减少构件数量、降低组装工时，也是经济上优选的。但如果过大，也会产生难以确保检查孔、无法进行非破坏检查等弊害，因此上限在100m2左右为适当。
另外，从构件的处理效率上看，构件的最大直径长度优选为30m或以下。所谓最大直径长度，是指用直线所能连接的构件的两点中的最大数值。
在本发明涉及的CFRP制壳板-纵梁结构构件的制造方法中，同以往的预含浸处理/热压方式成形法相比，可以用单面模具，该模具可以使用只要能耐真空压力的低强度非金属等廉价模具，而且不需要热压设备和预含浸处理保冷用的冷库等高价设备，可以用廉价的热风作加热源。此外，同预含浸处理相比，可以直接使用廉价的增强纤维布帛，完成成形的工时也少。而且，由于不需要热压设备或预含处理保冷用冷库等，所以很少的成形用空间即够用，从增强纤维布帛的贴合到树脂注入、固化、脱模，都可以在同一场所进行。因此，在可以显著降低生产设备费用和制造成本的同时，在比较狭窄的场所，能够简便而且低价地制造壳板-纵梁结构的航空器的一次结构构件。
(2)增强纤维基材的构成(2～1)夹层结构平面部分(上下侧面同为)东丽(株)制“トレカ”双向织物(200g/m2×6层)(2～2)夹层结构梁腹部东丽(株)制“トレカ”双向织物(200g/m2×8层)(2～3)周边端部的壳板结构部东丽(株)制“トレカ”双向织物(200g/m2×10层)(3)芯材聚甲基丙烯酰亚胺制的发泡芯材(“ロハセル”)；15倍发泡×厚度25mm，使在宽度方向形成的树脂流路程用矩形沟(3mm×3mm、间距25mm)形成于芯上下面的芯材。
(4)成形模使用厚度10mm、由碳纤维和环氧树脂构成的CFRP制模具，支架使用由角钢材料制成的框架结构体。
按以下方法成形由长度5m、宽度3m或以上构成的、仅周边端部100mm为CFRP壳板层的CFRP夹层结构构成的平面体。
(a)按上述构成，使增强纤维基材按所定规格、形状裁断层压之后，特别是在稳定形态重要的部位，在增强纤维基材上预涂粘结性粒子(混合了热固性树脂和固化剂的粉末物)，通过加热使其熔融，使层压的增强纤维基材之间在厚度方向相互粘结。这样粘结过的基材准备2组。如显示与长度方向垂直的剖面的图3所示，按增强纤维基材11、芯材12、上述基材11的顺序，在该成形模面上配置层压过的增强纤维基材。接着在其上面配设玻璃纤维增强塑料制挤压板21(厚度1.5mm)之后，形成了树脂注入口16a、16b抽吸口17。
(b)然后，用袋材料23覆盖成形模20的整个成形部，周围用密封性粘结胶带22a、22b密闭。此时在预成形壳板结构部的增强纤维基材中的增强纤维体积比Vpf是48％。
(c)接着，通过与抽吸口17连通的减压抽吸管27和真空汽水阀28，由真空泵29抽吸成形部。内部真空度达到约0.8Kpa。
(d)接着，通过由热风风机输送的热风，对包括支架31在内的整个成形模20进行加热。(为了加快升温，初期热风为150℃，然后变为80℃)。成形模20周围用由绝热效果高的隔热板和起支撑作用的细钢管制支撑框架构成的保温箱32，覆罩整体。为了有效利用由热风风机向保温箱32输送的热风的热量，设置为从保温箱32的排气口34排出的热风，通过保温的排气通道(未记载)回到热风风机33(热风循环)的结构。
(e)然后，用热电偶14a和温度显示计15a监测的袋材料温度Tv达到80℃、且热电偶14b和温度显示计15b监测的成形模温度Tm为75℃(即ΔT是5℃)时，打开阀26a，通过大气压开始注入准备在树脂槽内的、混合过主剂和固化剂并预先完成脱泡的、处于可注入状态的环氧树脂24a。条件是，树脂24a配置在比成形模20高的位置，正确地说是用比大气压高的压力注入的。此外，热电偶14b是在距离成形部成形模面3mm的内部位置上。该树脂在80℃时的初期粘度为70mPa·S，75℃时的初期粘度为70mPa·S，其差为30mPa·S。
树脂24a，首先从树脂注入口16a通过芯材上加工的槽沟13，向抽吸口17流动，同时逐步含浸于增强纤维基材中，在很快到达另一个树脂注入口16b时，树脂24a的流速缓慢下来。为此，在关闭树脂注入口16a侧的阀26a的几乎同时，打开阀26b，开始了从树脂注入口16b注入树脂24b。接着，从该树脂注入口16b流入的树脂24b，很快经过抽吸口17，到达减压抽吸管28。确认这一点后，关闭树脂注入口16b侧的阀26b，停止树脂注入。在这里，掌握树脂到达树脂注入口16b的，是在距树脂注入口16b为50mm处在树脂注入口16a侧设置的树脂探测传感器。
(f)此后，一面通过真空泵29由抽吸口17持续减压，一面按成形模温度Tpc保持在约130℃调节热风温度，保持约3小时，使含浸于增强纤维基材的树脂固化。
(g)确认树脂固化到可以脱模的状态后，拆除各种管道或袋材料等辅助材料，从成形模中取出FRP成形体。
对该FRP成形体进行检验时，未发现任何针孔和气孔，可以证实进行了极其良好的成形。这时在FRP成形体壳板结构部中的增强纤维基材部分的增强纤维体积比Vf是48％。
比较例1在上述(e)项中，除了在袋材料温度Tv达到80℃，而成形模温度Tm为60℃(即ΔT是20℃)时同样开始注入树脂之外，与实施例相同进行了成形。对该FRP成形体检验时，发现数处未含浸部和气孔，品质低劣，不能说是良好的成形。
实施例2图2表示的成形模1，是长21m、宽2.5m的FRP制模具。该附图虽未记载，但模具整体处在周围用绝热材料形成的简易成形室(长25m、宽3.5m、高2m)中，并处于可通过设在该成形室外的热风发生装置以热风加热整个模具的状况。这种热风设计为可回到原处的循环方式。在这里所用的增强纤维基材，是东丽(株)生产的碳纤维织物“トレカ”T700平织布(200g/m2目付)，总配置16层。
此外，树脂是东丽(株)生产的多胺固化型环氧树脂TR-C32，图4表示的曲线图，是使用东机产业(株)生产的E型粘度计TVE-30型，测定了在70℃和80℃时的粘度变化。
在增强纤维基材2之上，隔着脱模用尼龙制织物，配置树脂流动阻力比增强纤维基材低至1/10或以上的聚乙烯制网目状织物(#200网目)，用做树脂扩散介质。在其上方规定位置固定树脂探测传感器。再用制袋薄膜覆盖全部这些基材和辅助材料。该制袋薄膜和成形模面的密封，使用合成橡胶、粘结性高的密封胶带。
如图2所示，树脂注入线设置4处，其间距是5m。检测树脂流动的树脂探测传感器，配置在距该树脂注入线约100mm附近。为了减少宽度方向的树脂流动探测误差，在宽度方向设置2个部位。
应用的树脂探测传感器，是特开2001-27678公报记载的塑料制光纤维传感器。该传感器具有第1光纤维和第2光纤维邻接，第1光纤维具有的射出面和第2光纤维具有的入射面各自的面倾斜，而且倾斜面之间相对的结构，所以能判断液体的有无。
该光纤维熔合被覆部分，成形为茧形并双心化。此外，也可以用粘结剂使2根单心光纤维粘结相邻。还可以不粘结单心光纤维而平行整齐地布设，但需要纤维前端不旋转的机构。
由于从该相邻的2根光纤维前端部的射出光或散射光的变化检测液体状的有无，所以不需要光纤维和膨润材料的固定夹具。不存在该夹具妨碍液状体的流动的问题。
作为树脂探测传感器，除光纤维以外，还有多种传感器可以适用，作为其中之一，可以适用如图5所示的介电传感器30。该传感器是在挠性底部基板7(例如聚酰亚胺制薄板，0.2～0.4mm)上对向设置，用导电性银糊(ド-タイト)制作的栉状电路8的传感器，所以在树脂流入进行浸渍时，可从静电率根据其浸渍面积在该电路上的变化，读取树脂浸渍的位置。
包装完成后，用以绝热板制成的隔热箱(附图未记载)覆盖成形模整体，从长度方向的一侧用热风风机向该隔热箱内吹入温度80℃的热风，并采用由后方排气又回到原热风风机的循环方式。与此同时，由真空抽吸线B开始对包装的模腔内减压，在模温达到80℃之前，减压到1.3kPa(10Torr)或以下。
然后，在成形模温度Tm大致达到80℃时，开始注入树脂。此时的袋材料温度Tv大致也是80℃。也就是说，ΔT实质上是0℃。首先，打开设置在连通第1树脂注入线A1的管道途中的阀D1，靠真空压力由树脂容器E1向第一树脂注入线A1注入树脂。被注入的树脂，沿着流动阻力低的树脂扩散介质流动，同时向基材内含浸。但随着树脂流动靠近第2树脂注入线，流速呈非线性减速。这是由于从后面推动已经浸渍在树脂扩散介质上的树脂，并以超越该树脂的形式形成层流，所以流动阻力渐渐变大。
考虑到树脂凝胶化时间，树脂在高温度下流动的时间有限。为此，应该停止急剧减速的树脂注入，由流动阻力低的位置重新注入。考虑到这种界限时间或位置而设定的位置，就是第2处以后的树脂注入线的位置。
因此，由第1树脂注入线A1注入的树脂到达第2树脂注入线A2时，便打开这里的阀D2，开始由第2树脂注入线A2注入。此时，认识到树脂到达第2树脂注入线A2的，正是设置在距第2树脂注入线A2后面100mm处的树脂探测传感器C2。这样设置的树脂探测传感器的位置，优选在通过新树脂注入位置的附近。只要是新树脂注入位置近前(例如50～100mm近前)就没有问题。
由第2树脂注入线A2注入的树脂，很快到达第3树脂注入线A3，其后的处置与第2树脂注入线A2的方法完全相同。最后在由第4树脂注入线A4注入的树脂，到达设置在最端部的真空抽吸线B时，停止由第4树脂注入线A4的树脂注入。
此后，持续约30分真空抽吸后，关闭抽吸部阀D5。另外，在使用含有挥发性溶剂的热固性树脂时，优选在整个区域树脂含浸后仍连续进行真空抽吸，因为这样可以防止气孔产生。
在这里，树脂在80℃时的初期粘度是35mPa·S，其差实质上是0mPa·S。
实施例3作为本专利另外的实施例，使用图6(模具纵剖面图)，对本专利涉及的完全不能目视树脂流动状况的双面模具40的成形例进行说明。
在附图6中，在金属制上模41和下模42中央形成的模腔内，设置了用增强纤维基材43(东丽(株)制“トレカ”T300×200g/m2目付的平织物，2层)完全包裹的发泡芯材44。其中的发泡芯材44是耐热性硬质聚胺酯(发泡倍率20倍、规格为厚12mm、长2.5m、宽1.2m)，两面和侧面有按长度方向连通加工的作为树脂流路的细沟(宽1.5m、深2.5mm、间距15mm)。但是在上面中央，在宽度方向有与上述长度方向细沟连通呈线状加工的宽沟(宽4mm、深4mm)。
树脂注入口在上模41的中央部一处46，和长度方向的两侧设有沿宽度方向延伸的线状沟45。但是，在两侧宽方向延伸的线状沟，还兼用作初期的真空抽吸线。
作为树脂探测传感器，在下模42面上的中央部和两端部三个位置上设有介电传感器6。
适用的树脂，是与实施例2相同的东丽(株)制的多胺固化型环氧树脂TR-C32。
使模具40上下模同时升温到70℃，由两侧的真空抽吸线45开始真空抽吸。在真空度低于6.5kPa(5torr)时，关闭真空抽吸线45，由中央树脂注入口46开始注入树脂。此时的树脂输出压力要用比较低的压力196kPa(2kg/cm2)进行，以避免基材因树脂的动压紊乱。被注入的树脂通过基材43流入设在芯材44上面中央宽度方向的沟槽内，很快流入长度方向的细沟并向两端部方向流动。树脂沿细沟流动的同时也对基材进行含浸，很快在两端部回转向下面一侧流去。配置在下面侧两端部附近的感应传感器(G1，G3)，捕捉到流到下面的实况时，开始由两侧的树脂注入线45注入树脂。不久在探测到树脂到达下面中央部时，提升由两侧树脂注入线45注入树脂的压力至490kPa(5kg/cm2)，并保持到固化。这样，如果在施加比较高的树脂压力的同时进行固化，表面的针孔或气孔等便可通过加压力被填满而消除，而是树脂的固化收缩产生的凹缩也能得到改善，可得到良好的外观面。
在这里，树脂在70℃时的初期粘度是55mPa·S，其差实质上是0mPa·S。
此外，使用介电传感器在树脂注入完成后，还能监测固化过程。特别是能详细读出中央部和两端部的固化时间差等。
实施例4(1)结构长度5m、宽度3m的平面体(设想为航空器用一次结构构件(例如主翼或尾翼的壳面板))(2)增强纤维基材单面全部涂布粘结性粒子的单向性织物。
经纱东丽(株)制“トレカ”拉伸强度5830Mpa、拉伸模量294Gpa、断裂畸变能量58MJ/m3、Tex＝1030、2.8根/cm、碳纤维目付295g/m2纬纱日东纺绩(株)制玻璃纱ECE 225 1/0 1.0ZDP粘合剂、3根/cm粘结性粒子主成分为热塑性树脂、玻璃转变温度40℃、粒子量40g/m2。
(3)准无向性层压[-45/0/45/90]3S(4)树脂扩散介质铝制金属网(16目、开口部1.4mm)。
(5)成形模厚度2mm、不锈钢制平板。
用下述方法成形上述FRP成形体。
(a)按上述构成，按所定规格、形状裁断增强纤维基材，在成形模面上进行层压。在层压了的该增强纤维基材之上，按顺序进一步配置剥离层、树脂扩散介质、铝制挤压板(厚度2mm)后，形成多条树脂注入线和抽吸线。而且，与图3相同布置了树脂注入线和抽吸线。
(b)与实施例1相同地密闭了成形部整体。
(c)与实施例1相同地抽吸成形部，使内部真空度达到0.8Kpa。
(d)与实施例1相同地通过热风加热整个成形模，升温至70℃保持1小时。通过按上述顺序加热加压，通过粘结性粒子使层压过的增强纤维基材之间在厚度方向粘接，制成预制坯。此时预制坯中增强纤维体积比Vpf＝49％。
(e)在用热电偶监控的袋材料温度Tv达到70℃，成形模温度Tm为67℃(即ΔT是3℃)时，注入已混合主剂和固化剂、预先完成脱泡、以可注入状态准备在树脂槽内的环氧树脂。该树脂在70℃时的粘度为130mPa·S，68℃时的粘度为175mPa·S，其差是45mPa·S。而且树脂配置在比成形模低的位置上，靠比大气压低的压力正确地进行了注入。热电偶配设在成形模的里面和袋材料的外面。
与实施例1相同地，从第1树脂注入口经由树脂扩散介质，注入了树脂。由第1树脂注入口注入的树脂，基本到达第2树脂注入口后，在停止由第1注入口的注入的同时，由第2树脂注入口注入树脂。接着，在树脂到达抽吸口后，停止树脂注入。
(f)此后，由抽吸口持续减压，按成形模温度变为固化温度Tpc(130℃)，从Tm(75℃)以1.5℃/min的速度升温，在130℃保持2小时，使含浸于增强纤维基材的树脂固化。此时FRP中的增强纤维体积比Vf＝53％。
(g)以2.5℃/min的速度使成形模降至常温，除去剥离层、树脂扩散介质、管道、包装材料等辅助材料，从成形模中取出了FRP成形体。此时的树脂的玻璃化转变温度是134℃。
(h)使用另外的热风发生装置和保温箱，按照完全固化温度Tac(180℃)，对脱模的FRP从室温以1.5℃/min的速度升温，在180℃保持2小时，使树脂进一步固化。
(i)然后，以2.5℃/min的速度降至常温。此时的树脂的玻璃化转变温度是176℃。
检验该FRP成形体时，任何部位都未发现针孔或气孔，证实进行了极其良好的成形。
以上实施例和比较例归纳在后列的表1中。
表1

发明的效果如以上说明的，使用本发明的成形方法，在具有多个树脂注入口或注入线时，例如即使在树脂流动状态不能目视时，也可通过配置在重要部位的树脂探测传感器，准确认识树脂在重要部位的流动与否，能够掌握由树脂注入部注入树脂的时机。由此，便可以避免产生未含浸部或气孔，获得高品质的FRP成形品。这种成形方法，适用于制造如汽车的外板构件、或一次结构材料，作为航空器构件的一次结构材料(机体或主翼、尾翼)、二次结构材料(整流罩或控制面)等，翼状构件(风车的翼体)或铁道车辆的结构体等比较大型的成形品。
权利要求
1.一种大型FRP构件的制造方法，其特征在于，其中必须进行以下(A)～(F)的工序，(A)配置工序，在成形模面上配置具有增强纤维基材的预制坯，(B)密闭工序，用袋材或模具覆盖成形部、设置抽吸口和树脂注入口进行密闭，(C)减压工序，从抽吸口对成形部减压，(D)加热工序，用热风或模具对成形部加热，(E)树脂注入工序，使成形模温度Tm和袋材或模具温度Tv一起升至室温或以上，且其温度差ΔT在10℃或以内，从树脂注入口注入热固性树脂，使树脂含浸在增强纤维基材中，(F)固化工序，使成形部保持在室温或以上的规定温度Tpc，使树脂固化。
2.如权利要求1所述的大型FRP构件的制造方法，其中，在上述(D)的加热工序中，将成形模配置在用绝热材料隔热的密闭室内，输送热风对整个成形部进行加热。
3.如权利要求2所述的大型FRP构件的制造方法，其中，在上述(D)的加热工序中，循环输送热风。
4.如权利要求1所述的大型FRP构件的制造方法，其中，上述的预制坯必须是有增强纤维基材和树脂扩散介质的预制坯。
5.如权利要求4所述的大型FRP构件的制造方法，其中，作为上述树脂扩散介质，使用片状树脂扩散介质。
6.如权利要求4所述的大型FRP构件的制造方法，其中，上述树脂扩散介质是网目状片材，在上述(F)的固化工序后，从FRP上除去网目状片材。
7.如权利要求4所述的大型FRP构件的制造方法，其中，上述树脂扩散介质是形成有树脂通路用沟槽的芯材，在上述(F)的固化工序后，也可使芯材留在FRP内。
8.如权利要求1所述的大型FRP构件的制造方法，其中，在上述(E)的注入工序中，上述成形模温度Tm或袋材料或模具温度Tv是50～160℃，在上述(F)的固化工序中，上述成形部的规定的温度Tpc是80～180℃。
9.如权利要求1所述的大型FRP构件的制造方法，其中，在上述(F)的固化工序后，还有以下的(G)和(H)工序，(G)取出工序，在该工序中取出固化了的FRP。(H)完全固化工序，在该工序中将取出的FRP保持在比上述成形部的规定温度Tpc更高、且在100℃或以上的规定的温度Tac，使树脂完全固化。
10.如权利要求1所述的大型FRP构件的制造方法，其中，作为上述热固性树脂，使用固化后的玻璃转变温度在120℃或以上的树脂。
11.如权利要求10所述的大型FRP构件的制造方法，其中，上述热固性树脂在上述成形模温度Tm或袋材料或模具温度Tv的较低一方温度时的粘度ηp为500mPa·S或以下，且在Tm时的粘度和在Tv时的粘度之差Δη在200Pa·S或以内。
12.如权利要求1所述的大型FRP构件的制造方法，其中，通过多个抽吸口对成形部减压，并从多个树脂注入口注入树脂。
13.如权利要求12所述的大型FRP构件的制造方法，其中，从多个树脂注入口开始注入树脂的时间错开进行。
14.如权利要求12所述的大型FRP构件的制造方法，其中，通过从设置在成形模内的树脂探测传感器发出的信号，控制从设置的多个树脂注入口开始注入树脂的时间。
15.如权利要求14所述的大型FRP构件的制造方法，其中，上述树脂探测传感器，是由在顶端附近具有射出光线的射出面的第1光纤维，和在顶端附近具有接受该射出光的入射面的第2光纤维构成的探测传感器。
16.如权利要求14所述的大型FRP构件的制造方法，其中，上述的树脂探测传感器是由可检测介电常数变化的柔性感应电路基板构成的探测传感器。
17.如权利要求1所述的大型FRP构件的制造方法，其中，在上述(E)的树脂注入工序中，将上述预制坯中的增强纤维基材的增强纤维体积比设为45～62％，注入热固性树脂。
18.如权利要求1所述的大型FRP构件的制造方法，其中，在上述(F)的固化工序中，在大型FRP构件中的增强纤维基材的增强纤维体积比设为45～65％。
19.如权利要求1所述的大型FRP构件的制造方法，其中，上述增强纤维基材是含有碳纤维的增强纤维基材。
20.如权利要求1所述的大型FRP构件的制造方法，其中，上述增强纤维基材是含有碳纤维织物的增强纤维基材。
21.如权利要求1所述的大型FRP构件的制造方法，其中，将上述增强纤维基材进行多层层压配置。
22.如权利要求19所述的大型FRP构件的制造方法，其中，上述增强纤维基材之间可部分地相互固定。
23.如权利要求1所述的大型FRP构件的制造方法，其中，在上述(E)的树脂注入工序中，将树脂槽配置在比成形面高的位置上。
24.如权利要求1所述的大型FRP构件的制造方法，其中，在上述(E)的树脂注入工序中，在注入的树脂凝胶化之前，由上述抽吸口连续抽吸。
25.如权利要求1所述的大型FRP构件的制造方法，成形最大长度3m或以上的FRP。
26.如权利要求1所述的大型FRP构件的制造方法，其中，大型FRP构件是在航空器、汽车、铁道车辆或船舶的运输设备中的一次结构构件、二次结构构件、外装构件、内装构件或这些设备的零件。
27.如权利要求24所述的大型FRP构件的制造方法，其中，上述一次结构构件是航空器的机体、主翼或它们的零件。
28.如权利要求25所述的大型FRP构件的制造方法，其中，上述一次结构构件是航空器机体或主翼的CFRP制壳板-纵梁结构构件。
全文摘要
本发明涉及一种大型FRP构件的制造方法，它具有如下构成。这种大型FRP构件的制造方法，其特征在于，其中必须进行以下(A)～(F)的工序，(A)配置工序，在成形模面上配置具有增强纤维基材的预制坯，(B)密闭工序，用袋材或模具覆盖成形部、设置抽吸口和树脂注入口进行密闭，(C)减压工序，由抽吸口对成形部减压，(D)热风加热工序，用热风对成形部加热，(E)树脂注入工序，使成形模温度Tm和袋材或模具温度Tv一起升至室温或以上，且其温度差ΔT在10℃或以内，从树脂注入口注入热固性树脂，使树脂含浸在增强纤维基材中，(F)固化工序，使成形部保持在室温或以上的规定温度Tpc，使树脂固化。其中优选上述预制坯包括增强纤维基材和树脂扩散介质；在上述(D)的热风加热工序中，将成形模配置在用绝热材料隔热的密闭室内，循环输送热风；此外，通过从设置在成形模内的树脂探测传感器发出的信号，控制从多个设置的树脂注入口开始树脂注入时间。本发明提供的是一种大型FRP构件的制造方法，其目的在于能够以低成本、高合格率获得难以形成未含浸部分或气孔等的，品质优异的大型FRP构件。
文档编号B29K105/06GK1464828SQ02802597
公开日2003年12月31日 申请日期2002年8月6日 优先权日2001年8月7日
发明者关户俊英, 北野彰彦, 和田原英辅, 乃万文昭 申请人:东丽株式会社