中空成型品的成型方法及纤维增强塑料的制造方法_2

文档序号:8926281阅读:来源:国知局
了小于厚度t的程度的形状时,存在编织基材咬入成型模具间、将增强纤维切断的可能性。此外,优选使偏离量为在编织基材厚度和加压用皮囊厚度的基础上再加上3mm的量以下。其原因是,以超过该量的程度偏离时,存在下述情况:无论对加压用皮囊施加多么大的压力,也不能实现编织基材支撑、将编织基材充分地按压在模具上,在编织基材和模具之间产生空隙,在下文所述的含浸工序中被含浸的树脂积存在空隙中,从而形成富含树脂的部位。但是,在制作2次层合体的第2形成工序以外的工序中,在2次层合体的一部分区域补加编织基材以进行增强时,即使偏离上述偏离程度以上的量也没有问题。
[0032]此外,使芯轴的截面为异形截面时的一个例子示于图3。可采用(a)椭圆形状、(b)接近三角形的形状、(C)泪滴形状等各种截面形状。需要说明的是,本发明中,异形是指非圆形。
[0033]在芯轴上配置有加压用皮囊的I次层合体的截面的一个例子示于图4。加压用皮囊发挥将成型时赋予到皮囊内的压力传递至增强纤维的作用,作为其材质,可优选使用容易变形、脱模性良好的有机硅橡胶、聚酰胺类的树脂膜等。为有机硅橡胶时(例如图4(a))优选为0.5?2mm的厚度,为树脂膜时(例如图4 (b))优选为50 μ m?150 μ m的厚度。关于形状,为有机硅橡胶时,只要能够伸缩从而容易地遵循芯轴的外形,并且通过施加内压可将增强纤维按压在成型模具上,则为任意形状均可;为树脂膜时,只要周长为制品周长以上即可,对于有机硅橡胶、树脂膜二者而言,从成本的观点考虑,均优选为可连续成型的近圆筒形状。将加压用皮囊在芯轴长度方向的端部闭合时,为树脂膜的情况下,可通过通常采用的热封等将加压用皮囊的端部热熔合。此外,为有机硅橡胶的情况下,可例如使用扎带将端部闭合。
[0034]接下来,一边将增强纤维利用编织机织造成编织基材一边将其层合在I次层合体的外周,形成2次层合体。所谓编织基材,是指将增强纤维用编织机进行织造而得的筒状纤维基材。作为增强纤维,例如可使用碳纤维、玻璃纤维等无机纤维、芳族聚酰胺纤维(Kevlarfiber)、聚乙烯纤维、聚酰胺纤维等有机纤维。作为增强纤维,从轻质性和刚度方面考虑,特别优选碳纤维。使用编织机时,可一边调整增强纤维的编织角度一边层合编织基材,除中空成型品的长度方向端部以外在增强纤维上没有断开的部位,因此,获得更轻质且更高刚度、更高强度的筒状成型品成为可能。
[0035]此外,根据需要,也可以层合复数层的编织基材。图5示出层合有2层编织基材的2次层合体32的截面的一个例子。40是第I层,41是第2层。此外,即使在芯轴形状为截面形状沿长度方向变化的情况下,在层合增强纤维时,通过在截面周长较长时增大编织角度,在截面周长较小时减小编织角度,能够控制编织疏密程度,由此可制作间隙小的编织基材。此外,与人工层合预浸料坯的情况相比,也能够将工序所需要的时间抑制在三分之一以下。
[0036]接下来,将得到的2次层合体32配置在图6所示的成型模具的模腔60中。图6仅示出下模50,但上模51也具有与下模50对应的形状。为了对成型模具进行加热,可以在成型模具自身装入加热器(未图示)、用于加热介质的管(未图示),也可以将成型模具配置在具有热源的加压机上,此外,模具自身也可以安装在加压机上。成型模具在配置有加压用皮囊的开口端部的部位90具备使压缩空气不会泄漏的密封结构(未图示),同时使模腔60为真空,并且,具备用于排出树脂的流路70,真空泵(未图示)介由排出管与流路70的最前端连接。此外,在加压用皮囊的另一个端部附近具备可向模腔内注入树脂的流路80,可将树脂注入模腔的树脂罐(未图示)介由注入管(未图示)连接在流路80的最前端。此夕卜,虽未做图示,但是沿模具外周还具有通常被设置的、使树脂不向成型模具外泄漏的密封结构。需要说明的是,为了使模腔60为真空,可以从流路80抽真空。
[0037]合上成型模具后,配置在具有热源的加压机上,通过加压将成型模具固定。加压机的热源预先设定为树脂固化温度即可,在加压的同时对成型模具进行加热。接下来,利用真空泵将成型模具的模腔60内抽真空。成型模具达到某规定温度时,从树脂罐向模腔60供给树脂。需要说明的是,作为被注入模腔中、用作纤维增强塑料的基体的树脂,通常可使用环氧树脂等热固性树脂。
[0038]沿模腔的长度方向的、成型模具的厚度(上下)方向的截面模式图示于图10?13。在卷绕有加压用皮囊22的芯轴10的外侧,配置有编织基材40、41。此处,图10是沿图6中的模腔60的长度方向的、成型模具的厚度(上下)方向的截面模式图,在卷绕有加压用皮囊22的芯轴10的外侧,以偏离量大致恒定的方式配置有编织基材40、41。如图10所示,通过相对于芯轴长度方向以偏离量大致恒定的方式进行配置,树脂的流路被限制,树脂效率良好地流动,提高对于编织基材40、41的含浸性成为可能,故而优选。
[0039]除了使偏离量恒定以外,还在成型模具内的至少一部分区域形成就由芯轴的形状、编织基材的厚度变化(基材投入量的增减)、模具的模腔构成的树脂流路的流路截面积而言从树脂注入侧朝向树脂排出侧减少偏离量的结构,由此在模具内形成树脂的流动阻力高的区域(高流动阻力区),注入的树脂良好地含浸于预成型体的增强纤维基材,可获得几乎不存在树脂未含浸部和凹坑的纤维增强塑料制中空成型品。
[0040]作为上述那样的例子,如图11所示,通过使用相对于芯轴10的中空成型品外形的偏离量从树脂注入侧朝向树脂排出侧减少那样的锥形的芯轴,能够在模具内形成树脂高流动阻力区。此外,如图12所示,中空成型品的外部形状为锥形时,不必使芯轴的形状为锥形,即使使用实质上为一定截面形状的芯轴,通过制成模具的模腔的截面积从树脂注入侧朝向树脂排出侧缩小的结构,也能够获得与图11的情况相同的效果。如图13所示,通过使中空成型品厚度方向上的编织基材40、41的厚度(基材投入量的增减)从树脂注入侧朝向树脂排出侧增加,也能够在模具内形成树脂高流动阻力区。此外,通过组合上述各图案,也能够制成就树脂的流路截面积而言从树脂注入侧朝向树脂排出侧减少偏离量的结构。
[0041]此外,注入树脂时,如图7所示,优选与成型模具连接的排出管100悬在处于成型模具的上方的上侧。更具体而言,更优选位于较上模51的模腔的最高位置而言更靠上侧的位置。这样使得残留在模腔内的空气、注入的树脂所含有的微量空气被挤出至排出管的前端,因此能够制成外观良好的中空成型品。即,即使不施行像专利文献2那样将模具竖立的操作,也能够制成具有足够良好的外观的中空成型品。
[0042]然后,若向加压用皮囊内导入规定压力的压缩空气,则大体均匀的压力作用于增强纤维,增强纤维被推压至成型模具的内壁。由于是具有相对于成型品的外形偏离的形状的芯轴,所以缠在芯轴上的加压皮囊也发生遵循上述形状的膨胀过程,力均匀地作用于增强纤维,因此即使为异形截面,也几乎不会形成壁厚不均匀的部位或富含树脂的部位。
[0043]此外,作为供给的树脂量,在已与成型模具连接的排出管上设置用于堵住树脂的排出的夹子、用树脂填满到该夹子位置110为止的量是优选的。此外,由于此时加压用皮囊尚未膨胀,因此通过使用芯轴,就将模具内填满所需要的树脂量而言,可减少与芯轴体积同等的树脂量。作为夹子位置,从可提高树脂的利用率的方面考虑,优选排出管的最大限度地接近成型模具的位置。在模腔60内填满树脂的状态下向加压用皮囊内导入压缩空气时,对增强纤维整体施以大致相等的压力,即使残留有少量气泡,通过压力将该气泡挤破从而使气泡缩小也是可能的。
[0044]进而,向加压用皮囊内导入压缩空气后,打开排出管的夹子110,将树脂排出规定量直至成型品成为设想的重量,由此能够制成具有较高的纤维体积含有率(高Vf)的中空成型品。排出的树脂量可根据目标重量、目标刚度等来确定。树脂注入结束后,通过加热规定的时间,使得树脂固化,增强纤维与树脂一体化。树脂的固化结束后,从加压机中取出成型模具,打开成型模具。从成型模具中取出纤维增
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