纤维强化树脂和轻量化芯的复合材料、制造该复合材料的方法以及装置制造方法
【专利摘要】一种复合材料及其制造方法、制造装置，在制造包括纤维强化树脂和与纤维强化树脂邻接的轻量化芯的复合材料时，能够不增加复合材料的重量，防止树脂流入轻量化芯表面的孔内的同时，以高生产率生产高成型精度的复合材料。为了制造包括轻量化芯和与该轻量化芯的表面的至少一部分邻接的纤维强化树脂的复合材料，首先，执行步骤100，在成型模具内配置型芯和与该型芯邻接的纤维基材，所述型芯的一部分所拥有的形状和轻量化芯的与纤维强化树脂邻接的部分的形状实质上相同；执行步骤110，向成型模具内注入树脂材料，使该树脂材料浸渍纤维基材；执行步骤120，固化树脂材料；执行步骤130，从成型模具取出型芯和包括纤维基材的固化树脂；执行步骤150，使包括纤维基材的固化树脂与轻量化芯一体化。
【专利说明】纤维强化树脂和轻量化芯的复合材料、制造该复合材料的方法以及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种包括纤维强化树脂和与所述纤维强化树脂邻接的轻量化芯的复合材料、制造所述复合材料的方法以及装置。
【背景技术】
[0002]对于用于航空器等的结构部件，要求强度高的同时重量轻。例如，在航空器的舵面、整流片等二次结构部件，采用蜂窝夹层板。蜂窝夹层板是指将纤维强化树脂作为板的表层，且为了谋求板的轻量化，将蜂窝材料作为板的芯层的材料。
[0003]在(日本)特开2000-167950号公报中，作为一种制造蜂窝夹层板的方法，公开有如下所述的现有方法:通过手工层压(〃 > F X 7 〃 7°)，在预浸材料(7° -J ”。V 7)和蜂窝芯之间使用粘接剂层叠预浸材料和蜂窝芯，通过真空袋覆盖层叠的预浸材料和蜂窝芯，在真空袋的内部空间抽取真空，使用热压机或高压锅进行加压加热。
[0004]此外,在(日本)特开2000-167950号公报中，作为一种改进了上述现有方法的蜂窝夹层板制造方法，公开有:在蜂窝芯的两面隔着具有热固化型的粘接功能的密封材料分别层叠了干织物(卜'' 9 4 7 r 7'.; 'y々)，以密封材料的固化温度加热密封材料以及干织物，进行密封材料的一次固化的同时，干燥干织物，在干燥过的干织物中浸溃热固化性树脂，将这些整体以规定条件加压加热，使浸溃在干织物的树脂固化。向预先配置在这样的成型模具内的纤维基材注入树脂而进行浸溃，成型纤维强化树脂的方法，被称为树脂传递模塑(RTM)成型法。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:(日本)特开2000-167950号公报
【发明内容】
[0008]发明要解决的技术问题
[0009]为了使结构部件轻量化，作为轻量化芯，除了上述的蜂窝材料之外，使用发泡树脂体等，但是在这样的轻量化芯的表面以及内部形成有为了谋求轻量化的许多孔。在RTM成型法中，在成型包括与轻量化芯的表面邻接的纤维强化树脂的复合材料的情况下，有必要防止注入的树脂流入该表面的孔。这是因为，如果树脂流入轻量化芯的孔内，将会有要成型复合材料的重量增加，纤维材料蜿蜒弯曲，外观不美观以及根据情况强度下降的问题。
[0010]于是，在(日本)特开2000-167950号公报所述的RTM成型法中，在轻量化芯的两面设置具有热固化型的粘接性能的密封材料，在将该密封加热至树脂浸溃温度而进行一次固化之后，注入树脂而浸溃于纤维基材，由此，通过一次固化的密封材料防止向轻量化芯的孔内的树脂流入。但是，在所述公报的方法中，利用对复合材料来说原本不需要的密封材料密封轻量化芯的表面，因此，存在复合材料的重量增加相当于密封材料的重量的问题。此外，在轻量化芯和密封材料的粘接性不充分的情况下，将导致树脂流入轻量化芯的一部分孔，但是这样的缺陷只能在复合材料制造完毕后的检查中检测出，存在只能进行废弃处理的问题。
[0011]另一方面，在使用预浸材料的复合材料的制造方法中，虽然不易产生像RTM成型法这样的树脂流入轻量化芯表面的孔内的问题，然而在与轻量化芯粘接的同时固化的预浸材料的表面会产生微小的凹部，存在外观不美观以及根据情况强度下降的问题。此外，作为该技术方案的替代方案，还考虑了固化了预浸材料之后与轻量化芯粘接，但是存在使已固化的纤维强化树脂与轻量化芯很好地配合需要很高的技术的问题。此外，存在纤维强化树脂和轻量化芯的粘接力有时变小的问题。
[0012]进一步地，在使用预浸材料的复合材料的制造方法中，由于预浸材料的固化需要长时间，所以存在难以应对高生产率生产的问题。此外，除了高压锅的运行成本(电力、氮气等的使用成本)高之外，还存在高压锅自身的价格昂贵，装置的设置占空间，从而难以在工厂引进许多高压锅的问题。
[0013]因此，本发明鉴于上述技术问题，旨在提供一种复合材料的制造方法，在制造包括纤维强化树脂和与所述纤维强化树脂邻接的轻量化芯的复合材料时，能够不增加复合材料的重量，防止树脂流入轻量化芯表面的孔内的同时，还能够以高生产率生产高成型精度的复合材料。此外，本发明还旨在提供用于这样的制造方法的制造装置、通过这样的制造方法制造的复合材料。
[0014]解决技术问题的技术方案
[0015]为了实现上述目的，作为一个实施方式，本发明是，一种制造复合材料的方法，所述复合材料包括轻量化芯和与所述轻量化芯的表面的至少一部分邻接的纤维强化树脂，所述制造复合材料的方法包括以下步骤:在成型模具内配置型芯和与该型芯邻接的纤维基材，所述型芯的一部分所拥有的形状和所述轻量化芯的与所述纤维强化树脂邻接的部分的形状实质上相同；向所述成型模具内注入树脂材料，使该树脂材料浸溃于所述纤维基材；固化所述树脂材料；使在所述成型模具成型的、包括所述纤维基材的固化树脂，与所述型芯分离；使所述轻量化芯与包括所述纤维基材的固化树脂一体化，形成所述复合材料。
[0016]作为所述树脂材料，优选地，使用链式固化型的树脂组合物。此外，优选地，在所述固化步骤，通过引起所述链式固化型的树脂组合物的链式固化反应，使所述树脂材料固化至能够进行处理的状态。
[0017]优选地，在所述固化步骤，通过热或者紫外线，或者通过热和紫外线双方，固化所述树脂材料。此外，优选地，作为所述成型模具，使用非绝热性的成型模具。
[0018]优选地，在本发明的复合材料中，所述轻量化芯和所述纤维强化树脂可以直接邻接、也可以经由粘结剂邻接。在经由粘结剂邻接的情况下，在所述复合材料的形成步骤，能够在所述轻量化芯和包括所述纤维基材的固化树脂之间配置粘接剂。
[0019]优选地，在所述复合材料的形成步骤，在配置所述型芯的位置，且在具有与所述轻量化芯实质上相同的形状的部分的位置，使所述轻量化芯和包括所述纤维基材的固化树脂一体化。
[0020]优选地，作为所述复合材料的形成步骤，在所述成型模具内配置所述轻量化芯和包括所述纤维基材的固化树脂，使所述轻量化芯和包括所述纤维基材的固化树脂一体化。此外，优选地，作为所述复合材料的形成步骤，将所述轻量化芯和包括所述纤维基材的固化树脂封入袋中，加热所述袋，使所述轻量化芯和包括所述纤维基材的固化树脂一体化。
[0021]优选地，在所述复合材料的形成步骤，通过加热到包括所述纤维基材的固化树脂的玻璃化转变温度以上，进行所述一体化。
[0022]作为另外一个实施方式，本发明是，一种制造复合材料的装置，所述复合材料包括轻量化芯和与所述轻量化芯的表面的至少一部分邻接的纤维强化树脂，所述制造复合材料的装置包括:成型模具，在型腔内配置了纤维基材之后，注入树脂材料，使该树脂材料浸溃于所述纤维基材并固化，由此形成所述纤维强化树脂；型芯，该型芯的一部分所拥有的形状和所述轻量化芯的与所述纤维强化树脂邻接的部分的形状实质上相同。
[0023]优选地，在所述成型模具内，所述型芯在所述复合材料的所述轻量化芯的位置配置具有与所述轻量化芯实质上相同的形状的部分。
[0024]作为另外一个实施方式，本发明是，一种复合材料，其包括轻量化芯和与所述轻量化芯的表面的至少一部分邻接的纤维强化树脂，所述纤维强化树脂是，在成型模具内配置型芯和与该型芯邻接的纤维基材，向所述成型模具内注入树脂材料，使该树脂材料浸溃于所述纤维基材，固化所述树脂材料之后，从成型体与所述型芯分离的、包括所述纤维基材的固化树脂，所述型芯的一部分所拥有的形状和所述轻量化芯的与所述纤维强化树脂邻接的部分的形状实质上相同，所述成型体包括所述型芯和包括所述纤维基材的固化树脂，所述轻量化芯与包括该纤维基材的固化树脂一体化。优选地，所述树脂材料是链式固化型的树脂组合物。
[0025]发明的效果
[0026]这样，根据本发明，在用于成型复合材料的成型模具内配置包括一部分所拥有的形状和轻量化芯的与所述纤维强化树脂邻接的部分的形状实质上相同的型芯，注入树脂材料，使树脂材料浸溃于纤维基材并固化，成型纤维强化树脂之后，分离型芯和纤维强化树月旨，然后，使轻量化芯与纤维强化树脂一体化而形成复合材料，因此，能够不增加复合材料的重量，防止树脂流入轻量化芯表面的孔内的同时，以高生产率生产高成型精度的复合材料。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1是说明本发明涉及的制造纤维强化树脂和轻量化芯的复合材料的方法的一个实施方式的流程图。
[0028]图2是表示在图1所示的制造方法中使用的、本发明涉及的制造纤维强化树脂和轻量化芯的复合材料的装置的一个实施方式的示意剖视图。
[0029]图3是示意地表示图2所示的制造装置的上模和第一型芯的固定方法的一个例子的放大剖视图。
[0030]图4是示意地表示图2所示的制造装置的上模和第一型芯的固定方法的一个例子的放大剖视图。
[0031]图5是示意地表示图2所示的制造装置的上模和第一型芯的固定方法的一个例子的放大剖视图。
[0032]图6是在图1所示的制造方法的步骤130中，示意地表示图2所示的制造装置的使用状态的剖视图。
[0033]图7是在图1所示的制造方法的步骤140中，示意地表示图2所示的制造装置的使用状态的剖视图。
[0034]图8是在图1所示的制造方法的步骤160中，示意地表示图2所示的制造装置的使用状态的剖视图。
[0035]图9是表示在图1所示的制造方法中使用的、本发明涉及的制造纤维强化树脂和轻量化芯的复合材料的装置的其他实施方式的示意剖视图。
[0036]图10是利用在图9所示的制造装置获得的纤维强化树脂，示意地说明图1所示的制造方法的步骤160的剖视图。
[0037]图11是表示在图1所示的制造方法中使用的、本发明涉及的制造纤维强化树脂和轻量化芯的复合材料的装置的其他实施方式的示意剖视图。
[0038]图12是利用在图9或者图11所示的制造装置获得的纤维强化树脂，示意地说明图1所示的制造方法的步骤160的剖视图。
【具体实施方式】
[0039]下面，参照附图，对本发明的一个实施方式进行说明。如图1所示，在本实施方式中，首先，执行在成型模具配置型芯和纤维基材的步骤100。如图2所示，成型模具10包括上模11、下模12、框模13、第一型芯18a。通过这些模具，在其内部形成具有要成型复合材料的形状的型腔14。此外，成型模具10包括向该型腔14内注入树脂材料的树脂注入配管15和用于使型腔14内成为真空状态的真空配管16。在上模11、下模12、框模13的各自之间，配置有用于封止合模面的封止材料17。
[0040]第一型芯18a与上模11邻接，具有要成型复合材料的成型面。优选地，第一型芯18a被固定在上模11，或者，与上模11 一体化。作为在上模11固定第一型芯18a的方法，例如，如图3所示，可以通过螺栓或销19将第一型芯18a和上模11的接合面之间直接连接、结合。此外，如图4所示，可以在框模13的内侧面的上端设置凹部32，在上模11的内侧面设置与该凹部32卡合的突出部11a，通过螺栓或销19结合第一型芯18a的外边缘和上模的突出部11a。进一步地，第一型芯18a可以固定在框模13。例如，如图5所示，通过在第一型芯18a的外边缘设置与设在框模13的内侧面上端的凹部32卡合的突出部33，相对框模13固定第一型芯18a。
[0041 ] 此外，成型模具10包括第二型芯18b，所述第二型芯18b具有与要成型复合材料的轻量化芯的与纤维强化树脂邻接的部分实质上相同的形状。该第二型芯18b在型腔14内被配置在与要成型复合材料的轻量化芯对应的位置。虽然没有特别地图示，第二型芯18b通过框模13的结构、夹具等被固定在规定的位置。
[0042]上模11、下模12、框模13以及第一、第二型芯18可以使用通常作为模具材料而被使用的材料，例如，可以由铝、铝合金、铁、不锈钢、殷钢(4 > 〃一)等合金钢等的金属制成，也可以由纤维强化树脂、玻璃制成。此外，这些模具可以不由上述非绝热性材料，而是由绝热性材料构成。作为绝热性材料，虽然没有特别的限定，但是优选地，热传导率在0.3W/Cm.K)以下,进一步优选地,是0.2W/ (m.K),最优选地,是在0.1ff/ Cm.K)以下的材料。此外，作为材料，优选容积比热小的材料，例如容积比热在铝以下的材料。此外，作为材料，优选热容量小的材料，例如热容量在铝以下的材料。例如，可以使用表面为耐热性的高分子膜且内部为发泡体的材料。
[0043]然后，在型腔14内，在要成型复合材料的纤维强化树脂的位置配置纤维基材21。作为纤维基材21，能够广泛地使用玻璃纤维、碳纤维、芳香族聚酰胺纤维7 ^ F'繊維)等纤维强化树脂用的纤维。根据需要，可以在纤维基材21安装夹具、螺母等部件。可以将用于在规定的位置固定纤维基材21的结构，设在与纤维基材21相接的型芯以及成型模具。例如，在图2中，设在第一型芯18a、第二型芯18b、下模12、或者框模13。
[0044]根据需要，可以在第一以及第二型芯18和纤维基材21之间配置剥离板片(C — >7 4 ) 31等脱模材料。或者，可以在第一以及第二型芯18的表面进行脱模处理。或者，可以由脱模材料构成第一以及第二型芯18。在与第二型芯18b —起将纤维基材21配置在成型模具10内之后，合模固定有第一型芯18a的上模11、下模12以及框模13。合模之后，根据需要，通过位于上模11以及下模12的外侧的热板加压机(省略图示)等夹住成型模具10，从外侧施加压力。
[0045] 接着，如图1所示，执行向型腔内注入树脂材料的步骤110。另外根据需要，在该树脂注入步骤之前执行对成型模具内进行减压的步骤102。在该步骤中，如图2所示，通过真空配管16，利用真空泵(省略图示)等对型腔14内进行减压。特别是，优选地，将型腔14内减压至真空状态。此外，根据需要，还可以对成型模具10加热。在加热的情况下，加热至浸溃温度、干燥温度等规定的温度。
[0046]此外，如图1所示，根据需要，执行对成型模具内的纤维基材进行干燥的步骤104。例如，干燥能够通过利用位于上模11以及下模12的外侧的热板加压机(省略图示)加热成型模具10而进行。根据需要，可以将成型模具10加热至树脂材料的浸溃温度。需要说明的是，在图1中表示了在减压步骤102之后执行干燥步骤104的情况，但是也可以在干燥步骤104之后执行减压步骤102。
[0047]如图2所示，在树脂注入步骤110，经由树脂注入配管15从树脂罐(省略图示)等向型腔14内注入树脂材料。根据需要，可以在注入之前预热树脂材料。树脂材料通过第一型芯18a、下模12和纤维基材21之间的树脂流路、第二型芯18b和纤维基材21之间的树脂流路，在成型模具10内流动，填满型腔14内。根据需要，可以在上模11、下模12、第一以及第二型芯18的各部设置树脂材料流动的树脂流路。
[0048]被注入到型腔14内的树脂材料浸溃于纤维基材21。此时，根据需要，对树脂罐进行加压。通过加压树脂罐，能够促进树脂材料的浸溃。此外，在以树脂材料填满型腔14内后，根据需要，关闭真空配管16，通过来自树脂注入配管15的压力加压型腔14内的压力(图1的步骤112)。作为加压力，优选地在三个大气压以上,更优选地在五个大气压以上,最优选地在十个大气压以上。此外，型腔14内的压力上限没有特别的限定，但是优选地，在100个大气压以下。在树脂材料浸溃于纤维基材21之后，根据需要，可以通过热板压力机(省略图示)等进一步夹紧成型模具10。
[0049]在树脂注入步骤之后，执行使注入的树脂材料固化的步骤120。固化根据所使用的树脂材料，通过施加热或者紫外线，或者热和紫外线双方进行。热的施加，例如，能够通过上述的热板压力机(省略图示)等、被安装在成型模具10的加热器(省略图示)等进行。此外，UV的照射能够通过UV灯(省略图示)进行。[0050]作为树脂材料，虽然没有特别的限定，但是优选地使用链式固化型的树脂组合物。“链式固化型(連鎖硬化型)的树脂组合物”是具有以下特征的树脂:通过热或UV等能量线的照射开始固化，在固化时，产生固化反应热，固化反应通过该固化反应热而链式进行，从而持续地产生固化反应热，无论组合物中是否存在能量线遮蔽性物质，在没有能量线的照射的情况下，固化反应通过固化反应的自发热也能够链式进行((日本)特开平11-193322号公报、(日本)专利第3950241号公报、(日本)专利第3944217号公报)。
[0051]作为这样的链式固化型的树脂组合物，例如，可以使用在光聚合性低聚物或光聚合性单体等光聚合性树脂成分中配合有聚合引发剂成分的树脂组合物，所述聚合引发剂成分是以光聚合引发剂、通过光和热两者引发聚合的光热聚合引发剂为组分的包含二组分以上的聚合引发剂。作为光聚合性树脂成分，优选阳离子类树脂，更优选的是环氧树脂，进一步优选为脂环式环氧树脂、缩水甘油醚型环氧树脂、环氧化聚烯烃树脂。作为光聚合引发齐?，优选重氮鎗盐、碘鎗盐、吡啶鎗盐、鱗盐、锍盐、铁-丙二烯化合物及磺酸酯。作为光热聚合引发剂，优选芳基锍盐。优选地，相对于光聚合性树脂成分100重量份，包含0.5~6.0重量份的聚合引发剂成分。优选地，光热聚合引发剂/光聚合引发剂的重量比为I~4。
[0052]另外，作为链式固化型的树脂组合物，例如，可以使用在光聚合性树脂成分中配合有光聚合引发剂成分和用于使光聚合性树脂成分常温固化或加热固化的固化剂成分的树脂组合物((日本)特开2001-89639号公报、(日本)专利第4108094号公报、(日本)专利第4241721号公报)。在该树脂组合物中，作为光聚合性树脂成分，优选分子结构中具有环状醚结构的环氧树脂。作为光聚合引发剂成分，优选铁-丙二烯系化合物或锍盐。作为固化剂成分，优选酸酐。优选地，相对于Imol的光聚合性树脂成分，以0.1~1.4mol的比例配合固化剂成分。另外，相对于树脂组合物中的光聚合引发剂成分以外的总重量为100重量份的其他成分， 优选以0.1~6.0重量份的比例配合光聚合引发剂成分。
[0053]进一步地，作为链式固化型的树脂组合物，例如，可以使用包含分子内具有两个环己烯氧化物的脂环式环氧化合物和改性双酚A型环氧树脂，在上述两成分的总计为100质量％时，脂环式环氧化合物的含量为25~90质量％的树脂组合物；或者，使用包含分子内具有两个环己烯氧化物的脂环式环氧化合物、改性双酚A型环氧树脂和液态双酚型环氧树月旨，在上述三成分的总计为100质量％时，脂环式环氧化合物的含量为25~90质量％的树脂组合物((日本)特开2011-079989号公报)。
[0054]通过使用这样的链式固化型的树脂组合物，通过施加热、UV等的能量来引发链式固化反应，能够使成型模具11内的树脂材料固化。即使型芯18是难以对树脂材料整体均等地施加用于固化的能量的形状，链式固化反应也能够通过自发热使固化反应链式进行，因此能够在短时间完成树脂材料整体的固化。固化时间根据成型对象的大小或板厚、树脂的种类等变化，例如，在纵向和横向的长度为Im厚度为2mm左右的一般的CFRP的情况下，从链式固化开始到固化结束为止大概是I~10分钟左右。固化可以进行到能够对树脂材料进行处理的状态。例如，只要含有纤维基材的固化的树脂材料在常温下能够维持其形状，就能够进行处理。链式固化反应结束后，链式固化型的树脂组合物固化到这样能够进行处理的状态。
[0055]在固化步骤120加热的情况下，虽然温度根据树脂材料的组成和使用的催化剂而不同，但是例如优选80°C~250°C，其中，更优选的是11 (TC以上，进一步优选为150°C以上。此外，通过在成型模具10 (包括型芯18)使用非绝热性材料，能够容易地进行固化中的树脂材料的温度控制。[0056]作为树脂材料，除链式固化型的树脂组合物之外，还可以使用固化型树脂或热塑性树脂。作为固化型树脂，可以使用例如环氧树脂、酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂、不饱和聚酯树脂、苯并噁嗪树脂等。在固化步骤120中对固化型树脂进行加热的情况下，虽然根据其组成会有所不同，但是优选在100~350°C的范围。作为热塑性树脂，例如，可以使用 PPS、PEEK、PEKK、PEK、P1、PE1、PA 等。
[0057]固化步骤120中的固化还包括半固化。在本说明书中，“半固化”是指树脂材料虽然已经固体化，却是交联反应没有全部完成的状态的固化，即，是进行到能够进行处理的状态的固化状态。当然，在该固化步骤120中可以使树脂材料完全固化。
[0058]在固化步骤120之后，如图1所示，执行从成型模具取出型芯和纤维强化树脂的步骤130。如图6所示，取下上模11以及第一型芯18a，打开成型模具10，取出通过成型模具10成型的包括纤维基材的固化树脂，即，取出纤维强化树脂22和第二型芯18b。然后，分离该纤维强化树脂22和第二型芯18b。在纤维强化树脂22和第二型芯18b之间配置了脱模部31的情况下，也分离脱模部31。
[0059]在该取出步骤130之前，根据需要，执行冷却成型模具10的步骤122。例如，冷却能够使用水冷机等冷却设备(省略图示)。通过冷却成型模具10，成型模具10的处理、第二型芯18b以及纤维强化树脂22从成型模具10的取出能够安全且容易地进行。
[0060]在分离纤维强化树脂后，执行在成型模具配置蜂窝材料和纤维强化树脂的步骤140。如图7所示，在成型模具10内的配置有第二型芯的位置，配置蜂窝材料23，在配置有纤维基材的位置，配置纤维强化树脂22。所以，在取出步骤130中，根据情况，能够不从下模12取出纤维强化树脂22，而在下模22之上配置蜂窝材料23。需要说明的是，只要是能够使要成型复合体的重量轻量化的轻量化芯，则不限于蜂窝材料23，例如，可以使用R0HACELL(口〃 ★ >，注册商标)等发泡树脂体。根据需要，在蜂窝材料23与纤维强化树脂22之间，也可以配置膜状的粘接剂24。作为粘接剂24，可以使用环氧树脂系粘接剂等。另外，作为粘接剂24，可以使用与树脂材料所使用的树脂组合物相同的树脂组合物，例如，可以使用上述链式固化型的树脂组合物。
[0061]在成型模具10内配置了蜂窝材料23和纤维强化树脂22之后，合模具有第一型芯18a的上模11、下模12以及框模13。在合模之后，根据需要，通过位于上模11以及下模12的外侧的热板压力机(省略图示)等夹住成型模具10，从外侧施加压力。
[0062]此外，如图1所示，在配置了蜂窝材料和纤维强化树脂之后，根据需要，执行对成型模具抽取真空的步骤142。如在减压步骤102所说明的那样，抽取真空能够通过利用真空配管16使成型模具10内减压至真空状态而进行。
[0063]然后，执行使蜂窝材料和纤维强化树脂一体化的步骤150。如图7所示，纤维强化树脂22在固化步骤120已经被固化，所以即使与蜂窝材料23直接接触而被一体化，也能够防止树脂流入蜂窝材料23表面的孔内。
[0064]一体化例如能够通过位于成型模具10的上模11以及下模12的外侧的热板压力机(省略图示)、安装在成型模具10的加热器(省略图示)，加热成型模具10而进行。在纤维强化树脂22处于半固化状态的情况下，通过加热纤维强化树脂22至完全固化，粘接蜂窝材料23和纤维强化树脂22，进行一体化。例如，在使用粘接剂24的情况下，如果是热固化性的粘接剂，则能够通过加热到粘接剂的固化温度以上，粘接蜂窝材料23和纤维强化树脂22而进行一体化。此外，所述加热还可以使半固化状态的纤维强化树脂22的后固化和粘接剂的固化同时进行，由此能够提高粘接品质，缩短制造时间。如果粘接剂24不是热固化型，则不需要特别地加热就能够粘接蜂窝材料23和纤维强化树脂22而进行一体化。
[0065]此外，通过在一体化步骤150加热成型模具10，能够进一步提高复合材料20的一体化精度。特别在半固化状态的纤维强化树脂22的情况下，能够提高复合材料20的一体化精度。优选地，在一体化步骤150中的加热温度在纤维强化树脂22的玻璃化转变温度以上。通过使加热温度在玻璃化转变温度以上，纤维强化树脂22的树脂成分软化，所以纤维强化树脂22的表面配合蜂窝材料23的形状变形，能够提高复合材料的成型精度。从该角度考虑，作为半固化状态的纤维强化树脂22，优选地使用玻璃化转变温度为80?200°C，更优选地，使用玻璃化转变温度为80?150°C的树脂组合物。
[0066]接着,如图1所示,执行从成型模具取出复合材料的步骤160。如图8所示,打开上模11以及第一型芯18a，从成型模具10取出三层结构的复合材料20，所述三层结构的复合材料20包括蜂窝材料23的芯层、从两侧夹住蜂窝材料23的两层纤维强化树脂22。这样，复合材料20在除了纤维强化树脂22和蜂窝材料23之外，根据需要仅具有粘接剂24，所以不增加复合材料的重量。此外，由于使用了在步骤100?130中成型复合材料的成型模具10，所以纤维强化树脂22尺寸稳定，容易与蜂窝材料23配合，能够获得高成型精度的复合材料20。进一步地，由于采用了这样的RTM成型法，与使用预浸材料的成型法相比，能够以高生产率进行生产。
[0067]在图1至图8所示的本实施方式中，表示了制造三层结构的复合材料20的情况，在所述三层结构的复合材料20，相对蜂窝材料23，通过两片纤维强化树脂22从两侧夹住所述蜂窝材料23。但本发明不限于此。例如，根据本发明，可以制造一片纤维强化树脂与蜂窝材料的一侧的面邻接的两层结构的复合材料。另外，也可以制造通过纤维强化树脂覆盖蜂窝材料的周围整体的多层结构的复合材料。
[0068]此外，在本实施方式中，表示了使用其整体形状具有与蜂窝材料23实质上相同的形状的第二型芯18b制造复合材料20的情况，但本发明不限于此，例如，可以使用包括具有与蜂窝材料实质上相同的形状的部分的型芯来制造复合材料。在这种情况下，在配置了型芯的位置中，在具有与蜂窝材料相同形状的部分的位置配置蜂窝材料，并且，在型芯的其余的部分配置中空的部件或实心的部件。由此，能够得到具有蜂窝材料、中空或实心的部件和与它们邻接的纤维强化树脂的复合材料。
[0069]此外，例如也可以使用一部分形状和蜂窝材料的与纤维强化树脂邻接的部分的形状实质上相同的型芯来制造复合材料。在这种情况下，如图9以及图10所示，通过成型模具IOb形成的复合材料包括具有一定厚度的蜂窝材料23a，但是在成型该复合材料的纤维强化树脂22a、22b的成型模具IOa中，使第二型芯18d的表面维持与邻接于纤维强化树脂的蜂窝材料的部分实质上相同的形状，且使第二型芯18d的厚度比蜂窝材料23a更薄。需要说明的是，如图9所示，为了使第二型芯18d的厚度更薄，也可以使在成型模具IOa中成型的两片纤维强化树脂之间的角度变得与复合材料中的两层纤维强化树脂之间的角度不同。
[0070]这样，通过使第二型芯18d的尺寸比蜂窝材料23a小，能够降低在成型模具IOa中成型纤维强化树脂时所需的能量，并且，在固化步骤120等的成型模具IOa内的温度控制变得容易，进一步地，对第二型芯18b的处理变得容易。另外，在这样使蜂窝材料23a和第二型芯18d的大小不同的情况下，在成型纤维强化树脂的一系列步骤100?130中使用的成型模具IOa和在一体化步骤150中使用的成型模具10b，在框模13a、13b的高度以及第一型芯18c、18g的形状上是不同的。此外，在这种情况下，上模11以及下模12的宽度也不同，但是在成型模具10a、10b，通过与框模13a、13b邻接配置第四型芯，并且通过调节该第四型芯的尺寸，能够使上模11以及下模12的宽度相同。
[0071]此外，在图1至图8的实施方式中，仅在上模11配置了具有复合材料的成型面的型芯，即，配置了第一型芯18a，但是，当然可以像图9以及图10所示，在下模12也可以配置具有复合材料的成型面的型芯，即，配置第三型芯18e。此外，在使在成型模具IOa成型的两片纤维强化树脂间的角度变得与复合材料不同的情况下，如图9所示，由于成型模具IOa中一片纤维强化树脂的长度变短，所以为了将短的一方的纤维强化树脂成型为规定的形状，可以与框模13邻接而配置第四型芯18f。
[0072]进一步地，在图1至图8以及图9至图10的各实施方式中，在制造具有被两层纤维强化树脂夹住的蜂窝材料的芯层的复合材料时，在成型该两层纤维强化树脂的成型模具IOUOa中，只有位于所述两层纤维强化树脂之间的第二型芯18b、18d具有与邻接于纤维强化树脂的蜂窝材料的部分实质上相同的形状，但本发明不限于此。例如，作为图9的变形，如图11所示，在成型模具IOc中，可以使一片纤维强化树脂的成型形状上下颠倒，邻接上模11的第一型芯18h具有与邻接于纤维强化树脂22a的蜂窝材料23a的部分实质上相同的形状。在这种情况下，被成型的两片纤维强化树脂夹住的第二型芯18i，具有与邻接于另一片纤维强化树脂22b的蜂窝材料23a的部分实质上相同的形状，并且，也具有复合材料的成型面。
[0073]进一步地，在上述实施方式中，在步骤140?160中，使用成型模具使蜂窝材料与纤维强化树脂一体化而制造复合材料，但本发明不限于此，作为图10的变形，如图12所示，将蜂窝材料23a和纤维强化树脂22a、22b配置在规定的位置，并封入由片状或膜状等材料构成的袋40，通过烘箱或高压锅等(省略图示)加热该袋，也可以制造出使蜂窝材料23a与纤维强化树脂22a、22b —体化的复合材料。封入袋40的纤维强化树脂22a、22b可以使用包括具有与邻接于这些纤维强化树脂的蜂窝材料23a的部分实质上相同的形状的部分的型芯，通过成型模具成型，所以在进行与蜂窝材料23a的一体化时，即使不使用成型模具，也能够得到具有规定的形状的复合材料。需要说明的是，如图12所示，袋40与下模41也可以利用密封材料42进行密封。此外，根据需要，可以在下模41配置在成型模具使用的、具有复合材料的成型面的型芯，在这里为第三型芯18e，型芯18e也可以与下模41 一体化。在这样的袋中进行一体化的情况下，与在成型模具一体化的情况相同地，能够得到具有蜂窝材料和中空或实心的部件的复合材料。而且，不限于型芯整体与蜂窝材料整体具有同样的形状的情况，只要使型芯的一部分所拥有的形状和蜂窝材料的与纤维强化树脂邻接的部分的形状相同就可以。
[0074]此外，作为成型模具10的型芯18的结构，例如，可以通过在型芯设置加热器等(省略图示)赋予加热功能。由此，能够促进干燥步骤104中的对成型模具的加热或固化步骤120中的对树脂材料的加热。此外，例如，通过在型芯中设置水冷装置或珀耳帖元件(?力千工素子)等，能够赋予冷却功能。由此，能够促进在冷却步骤122中的对成型模具的冷却。
[0075]成型模具10的型芯18可以使用在配置步骤110至固化步骤120期间通过加热等膨胀或收缩而具有与轻量化芯实质上相同的形状的型芯。例如，可以通过使用铝等线膨胀率高的金属或橡胶、硅胶袋等形成型芯，赋予这样的膨胀功能或收缩功能。另外，型芯的一部分可以溶解而具有与轻量化芯实质上相同的形状。作为引起这样的溶解的部分的材料，例如可以使用水溶性树脂或被膜包装的石蜡等。
[0076]符号的说明
[0077]10成型模具11上模12下模13框模14型腔15树脂注入配管16真空配管17封止材料18型芯20复合材料21纤维基材22纤维强化树脂23蜂窝材料24粘接剂31剥离板片32凹部33突出部40袋41成型模具42密封材料
【权利要求】
1.一种制造复合材料的方法，所述复合材料包括轻量化芯和与所述轻量化芯的表面的至少一部分邻接的纤维强化树脂，其特征在于，所述制造复合材料的方法包括以下步骤: 在成型模具内配置型芯和与该型芯邻接的纤维基材，所述型芯的一部分所拥有的形状和所述轻量化芯的与所述纤维强化树脂邻接的部分的形状实质上相同； 向所述成型模具内注入树脂材料，使该树脂材料浸溃于所述纤维基材； 固化所述树脂材料； 使在所述成型 模具成型的、包括所述纤维基材的固化树脂，与所述型芯分离； 使所述轻量化芯与包括所述纤维基材的固化树脂一体化，形成所述复合材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，作为所述树脂材料，使用链式固化型的树脂组合物。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述固化步骤，通过引起所述链式固化型的树脂组合物的链式固化反应，使所述树脂材料固化至能够进行处理的状态。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在所述固化步骤，通过热或者紫外线，或者通过热和紫外线双方，固化所述树脂材料。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述成型模具是非绝热性的成型模具。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，在所述复合材料的形成步骤，在所述轻量化芯和包括所述纤维基材的固化树脂之间配置粘接剂。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述复合材料的形成步骤包括:在配置所述型芯的位置，且在具有与所述轻量化芯实质上相同的形状的部分的位置，使所述轻量化芯和包括所述纤维基材的固化树脂一体化。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述复合材料的形成步骤包括:在所述成型模具内配置所述轻量化芯和包括所述纤维基材的固化树脂，使所述轻量化芯和包括所述纤维基材的固化树脂一体化。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述复合材料的形成步骤包括:将所述轻量化芯和包括所述纤维基材的固化树脂封入袋中，加热所述袋，使所述轻量化芯和包括所述纤维基材的固化树脂一体化。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，在所述复合材料的形成步骤，通过加热到包括所述纤维基材的固化树脂的玻璃化转变温度以上，进行所述一体化。
11.一种制造复合材料的装置，所述复合材料包括轻量化芯和与所述轻量化芯的表面的至少一部分邻接的纤维强化树脂，其特征在于，所述制造复合材料的装置包括: 成型模具，在型腔内配置了纤维基材之后，注入树脂材料，使该树脂材料浸溃于所述纤维基材并固化，由此形成所述纤维强化树脂； 型芯，该型芯的一部分所拥有的形状和所述轻量化芯的与所述纤维强化树脂邻接的部分的形状实质上相同。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，在所述成型模具内，所述型芯在所述复合材料的所述轻量化芯的位置配置具有与所述轻量化芯实质上相同的形状的部分。
13.一种复合材料，其包括轻量化芯和与所述轻量化芯的表面的至少一部分邻接的纤维强化树脂，其特征在于，所述纤维强化树脂是，在成型模具内配置型芯和与该型芯邻接的纤维基材，向所述成型模具内注入树脂材料，使该树脂材料浸溃于所述纤维基材，固化所述树脂材料之后，与所述型芯分离的、包括所述纤维基材的固化树脂，所述型芯的一部分所拥有的形状和所述轻量化芯的与所述纤维强化树脂邻接的部分的形状实质上相同， 所述轻量化芯与包括该纤维基材的固化树脂一体化。
14.根据权利要求13所述的复合材料，其特征在于，所述树脂材料是链式固化型的树脂组合物。
【文档编号】B29C43/12GK103687707SQ201280035773
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年7月11日 优先权日:2011年7月21日
【发明者】服部英敬, 渡边晃永, 林宣也 申请人:三菱重工业株式会社