复合材料的成形装置及复合材料的成形方法
【专利摘要】本发明涉及复合材料的成形装置及复合材料的成形方法。本发明可以更简单地制造具有复杂构造的复合材料的被成形品。实施方式的复合材料的成形装置包括容器、减压系统及加热介质供给系统。容器收纳通过密闭体密闭的成形对象品。减压系统通过对在所述容器内由所述密闭体包围的区域进行减压，进行所述成形对象品的弯曲成形及对所述弯曲成形后的所述成形对象品的加压。加热介质供给系统向所述容器内供给用于进行所述弯曲成形及所述加压下的所述成形对象品的加热硬化的加热介质。
【专利说明】
复合材料的成形装置及复合材料的成形方法
技术领域
[0001 ]本发明的实施方式涉及复合材料的成形装置及复合材料的成形方法。
【背景技术】
[0002]目前，作为使碳纤维增强塑料(CFRP:CarbonFiber Reinforced Plastics)及玻璃纤维增强塑料(GFRP:Glass fiber reinforced plastics)等复合材料成形的方法，公知的是使用热压(A/C:autoclave)成形装置的方法。
[0003]在使用现有热压成形装置的成形方法中，片状的半固化片一卜状夕'')在与完成品的形状一致的夹具(成形模型或成形夹具)中层叠。接着，使用袋膜(/?/夕''70Λ)及密封材料等覆盖片状的半固化片。紧接着，将用袋膜及密封材料覆盖的区域形成真空状态。由此，由袋膜及密封材料覆盖的半固化片因大气压的作用而成为加压状态。另外，利用抽真空，将半固化片通过袋膜及密封材料密闭的作业称为制袋。接着，被制袋的半固化片运送至热压成形装置内。然后，通过使用热压成形装置进行加热而使半固化片硬化。由此，作为复合材料的被成形品得到被硬化的半固化片。
[0004]在使用现有的热压成形装置的复合材料的成形中，通过热风的循环，半固化片被加热硬化。另外，以高温下的压力增加或惰性化为目的，有时还封入氮气。但是，在通过热风对被成形品进行加热的现有热压成形装置中，温度的均匀性低，难以瞬时使温度上升。温度的不均匀性关系到被成形品的外观或内部品质的劣化。因此，通过热风对被成形品进行加热的现有热压成形装置，难以使具有复杂的构造的被成形品或尺寸大的被成形品以良好的品质均匀地硬化。
[0005]在此，设计出一种代替热风而通过水蒸气对被成形品进行加热的热压成形装置(例如，参照专利文献I)。在使用水蒸气作为进行热传递的加热介质的情况下，与使用热风或氮的情况相比，可以使温度的均匀性飞跃性地提高。因此，如果使用通过水蒸气对被成形品进行加热的热压成形装置，即使是具有复杂构造的被成形品也可成形。
[0006]S卩，只要事前用成形装置进行半固化片的赋型，使用水蒸气式的热压成形装置就可进行具有复杂构造的被成形品的加热硬化。成形装置进行的半固化片的赋型，有代表性的是，将层叠的片状的半固化片加热至适于赋型的温度，对加温后的片状的半固化片进行赋型的成形加工。因此，在水蒸气式的热压成形装置中，由成形装置赋型的片状的半固化片被加热硬化。另外，为了与基于硬化的成形相区别，半固化片硬化前的成形一般称为赋型或赋形。
[0007]专利文献I:(日本)特开2012 —153133号公报
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于，可以更简单地制造具有复杂构造的复合材料的被成形品。
[0009]本发明的实施方式的复合材料的成形装置包括容器、减压系统及加热介质供给系统。容器收纳由密闭体密闭的成形对象品。减压系统通过对所述容器内由所述密闭体包围的区域进行减压，而进行所述成形对象品的弯曲成形及对所述弯曲成形后的所述成形对象品的加压。加热介质供给系统向所述容器内供给用于进行所述弯曲成形及所述加压下的所述成形对象品的加热硬化的加热介质。
[0010]另外，本发明的实施方式的复合材料的成形方法是使用所述复合材料的成形装置制造复合材料的被成形品的方法。
[0011]另外，本发明的实施方式的复合材料的成形方法包括下述步骤:向容器内运送通过密闭体密闭的成形对象品的步骤；向所述容器内供给加热介质并对所述成形对象品进行加热，另一方面，通过对所述容器内由所述密闭体包围的区域进行减压，进行所述成形对象品的弯曲成形的步骤;利用所述加热介质将所述弯曲成形后的加压下的所述成形对象品进行加热硬化的步骤。
[0012]发明效果
[0013 ]根据本发明的实施方式的复合材料的成形装置及复合材料的成形方法，可以更简单地制造具有复杂构造的复合材料的被成形品。
【附图说明】
[0014]图1是本发明的实施方式的复合材料的成形装置的构成图；
[0015]图2是表示图1所示的成形装置进行的复合材料的成形工序的流程图；
[0016]图3是图1所示的成形装置进行的成形后的复合材料成形品的构造例的立体图；
[0017]图4是表示用于用成形装置对图3例示的复合材料的被成形品进行成形加工的成形夹具的构成例的纵剖面图；
[0018]图5是表示用于成形具有图3例示的构造的复合材料成形品的真空度的时间变化的一例的曲线图。
[0019]符号说明
[0020]1:成形装置、2:容器、2A:圆筒状构造体、
[0021]2B:门、2C:保持部件、3:减压系统、
[0022]4:真空度控制系统、5:加热介质供给系统、
[0023]6:温度控制系统、7:压力控制系统、
[0024]8:可变真空装置、9:真空罐、9A:真空度调节阀、
[0025]9B:真空计、10:真空栗、11:真空用配管、
[0026]12:阀、13:锅炉、14:水蒸气用减压阀、
[0027]15:水蒸气导入自动阀、16:水蒸气供给用配管、
[0028]17:喷嘴、18:混合气体供给系统、19:压缩机、
[0029]20:混合气体用减压阀、21:开闭阀、
[0030]22:混合气体用配管、23:冷却水供给系统、
[0031]24:排放装置(排水管)、25:贮水罐、
[0032]26:冷却水用喷嘴、27:冷却水用配管、
[0033]28:冷却水导入自动阀、H:加热介质、
[0034]P:半固化片、R:减压对象区域、T:成形夹具、
[0035]Tl:密闭体、T2:箱型夹具、T3:通气布(文U— f夕口只)、
[0036]T4:刚体夹具、T5:脱模膜(离型膜)、T6:外框、
[0037]Τ7:通气布、Τ8:硅橡胶板、T9:真空软管、
[0038]Τ10:真空接头、Tll:联接器
【具体实施方式】
[0039]参照附图对本发明的实施方式涉及的复合材料的成形装置及复合材料的成形方法进行说明。
[0040](构成及功能)
[0041]图1是本发明的实施方式涉及的复合材料的成形装置的构成图。
[0042]复合材料的成形装置I是执行复合材料的成形对象品的弯曲成形及加热硬化两者的热压成形装置。作为用于对成为成形对象品的硬化前的复合材料(半固化片P)进行加热的加热介质H，可以使用加热的空气、加热的氮、加热的水蒸气或这些气体的混合气体等任意气体。
[0043]特别是如果使用水蒸气作为加热介质H，与使用加热空气或加热氮气作为加热介质H的情况相比，可以使温度分布均匀。并且，如果使用水蒸气作为加热介质H，与使用加热空气或加热氮气作为加热介质H的情况相比，可以瞬时使温度上升。通常认为这是因为根据在水蒸气凝缩恢复液体的瞬间放出所保有的潜热这种水蒸气的特性，放出的热量即刻传递至被加热物。潜热与显热相比，具有2倍?5倍的热量，所以从瞬时使被加热物的温度上升的观点来看，使用水蒸气作为加热介质H比使用加热空气或加热氮气作为加热介质H更有效。
[0044]因此，作为加热介质H，有效的是使用饱和水蒸气、过热水蒸气或湿蒸气等水蒸气。饱和水蒸气是处于水开始蒸发的温度，即饱和温度的水蒸气。具有饱和温度以上的温度的水蒸气称为过热水蒸气，含有水或水滴的水蒸气一般称为湿蒸气。
[0045]另外，由于能够不提高水蒸气的温度仅提高压力，所以还可以使用混合有空气的水蒸气或混合有氮气的水蒸气。即，在使用饱和水蒸气的情况下，作为压力的上限值，唯一确定与饱和温度对应的饱和压力，但通过在水蒸气中混合压力比饱和压力高的空气或氮气，可将水蒸气的压力控制在比饱和压力高的压力。
[0046]另一方面，通过对饱和水蒸气进行加热，不改变压力而得到温度比饱和温度高的过热水蒸气。因此，只要使用过热水蒸气，则可将水蒸气的温度控制在比饱和温度高的温度。这意味着在使温度达到一定时，可进行向低的压力的控制。
[0047]S卩，只要使用在饱和水蒸气中重叠压力比饱和压力高的空气或氮气的水蒸气或过热水蒸气作为加热介质H，与只使用饱和水蒸气的情况相比，能够扩大可控制的压力的范围(区段)。
[0048]对于温度也同样，只要使用在饱和水蒸气中重叠温度比饱和温度低的空气或氮气的水蒸气或过热水蒸气，则与只使用饱和水蒸气的情况相比，可以扩大可控制的温度的范围。即，饱和水蒸气的温度的上限值作为与饱和压力对应的饱和温度唯一确定，但如果形成过热水蒸气，则作为加热介质H可以得到未改变压力且温度比饱和温度高的水蒸气。另外，如果在饱和水蒸气中重叠温度比饱和温度低的空气或氮气，则作为加热介质H可以得到未改变压力且温度比饱和温度低的水蒸气。
[0049]因此，只要使用在水蒸气中混合了空气或氮气的过热水蒸气作为加热介质H，就可以确保更宽的温度控制范围及压力控制范围。因此，容易进行加热介质H的压力及温度的调
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[0050]以下，对成形装置I为将水蒸气作为加热介质H的热压成形装置的情况进行说明。该情况下，成形装置I可以将容器2、减压系统3、真空度控制系统4、加热介质供给系统5、温度控制系统6及压力控制系统7作为构成元件构成。
[0051]容器2是用于收纳成为成形对象品的半固化片P的构成元件。即，容器2形成被成形品的成形室(腔)。如果加热介质H是水蒸气，则容器2通常由第一种压力容器构成。另一方面，如果加热介质H是加热空气或加热氮气等加热气体，则容器2通常由第二种压力容器构成。图1例示的容器2具有在一端封闭的圆筒状构造体2A的开口端侧设有可开闭的圆板状的门2B的构造。另外，在门2B的内侧设置有用于保持成形对象的保持部件2C。
[0052]成为成形对象的半固化片P以放置在成形夹具T中的状态设置在容器2内。具体而言，被运送到容器2内的半固化片P与离型膜等辅助材料一起放置在具有与成形后的形状对应的形状的刚体夹具中，通过硅橡胶袋= —夕'')等具有追随性的密闭体Tl被密闭。而且，放置了半固化片P的成形夹具T通过保持部件2C固定在容器2内。
[0053 ]减压系统3是用于对容器2内由密闭体TI包围的减压对象区域R进行减压的系统。通过减压系统3对由密闭体Tl包围的减压对象区域R进行减压，可以进行半固化片P的弯曲成形，并且可以在弯曲成形后的加热硬化时进行向半固化片P的加压。但是，适合半固化片P的弯曲成形的压力与适合半固化片P的加热硬化的压力不同。一般地，在半固化片P加热硬化时，需要负载比为了半固化片P的弯曲成形而在半固化片P上负载的压力大的压力。
[0054]因此，减压系统3具有将由密闭体Tl包围的减压对象区域R在减压至适合半固化片P弯曲成形的压力后，减压至适合半固化片P的加热硬化的压力的功能。由密闭体Tl包围的减压对象区域R可以按照阶段性地减压的方式减压至不同的压力，也可以按照由密闭体Tl包围的减压对象区域R内的压力连续地变化的方式减压。另外，在将由密闭体Tl包围的减压对象区域R阶段性地减压至不同的压力的情况中，可以使不同的压力间连续地变化，也可以使其阶跃式地变化。
[0055]在半固化片P所负载的压力为容器2内从密闭体Tl的外部负载在半固化片P上的加热介质H的压力、和密闭体Tl和半固化片P之间的压力的压差。因此，除控制密闭体Tl包围的减压对象区域R内的压力以外，也可以控制容器2内的压力。即，通过控制容器2内的加热介质H的压力，可以进行用于进行半固化片P的弯曲成形的加压及用于对弯曲成形后的半固化片P的硬化的加压中的至少一项。在该情况下，作为加热介质H被供给至容器2内的水蒸气的压力得以控制。
[0056]水蒸气的压力和由密闭体Tl包围的减压对象区域R内的压力的压差的适当的时间变化，依赖于被成形品的尺寸或构造而变化。因此，由密闭体Tl包围的减压对象区域R内的压力的适当的时间变化，实际上可以通过使用半固化片P的试验片的试验经验性地决定。或者，也可以通过模拟来推定由密闭体TI包围的减压对象区域R内的压力的适当的时间变化。对于水蒸气的压力的时间变化也同样。
[0057]以下，主要对水蒸气的压力假设为大气压的情况进行说明，但水蒸气的压力不假设为大气压的情况也同样。即，在水蒸气的压力不假设为大气压的情况下，只要以水蒸气的压力和由密闭体Tl包围的减压对象区域R内的压力的压差为控制值的方式将水蒸气的压力及由密闭体TI包围的减压对象区域R内的压力双方作为控制对象即可。
[0058]减压系统3可以使用可使由密闭体Tl包围的减压对象区域R内的真空度(负压)随时间而变化的可变真空装置8构成。图示的例子中，通过用真空用配管11连结真空罐9及真空栗10而构成可变真空装置8。真空栗10是用于排出真空罐9内的空气的栗。另一方面，在真空罐9上安装有真空度调节阀9A及真空计9B。
[0059]真空度调节阀9A设置于用于使大气流入真空罐9内的入口。因此，通过调节真空度调节阀9A的开度，可以调节流入真空罐9内的空气的流量。另外，真空计9B设置于可测量真空罐9内的真空度的位置。
[0060]因此，通过一边利用真空栗10排出真空罐9内的空气，一边调节真空度调节阀9A的开度，可以调整真空罐9内的真空度。另外，也可以通过通常设置于真空栗10和真空罐9之间的阀12的开度的调节而调整真空罐9内的真空度。
[0061]真空罐9内用真空用配管11与成为真空对象区域的由密闭体Tl包围的减压对象区域R内连结。因此，由密闭半固化片P的密闭体Tl包围的减压对象区域R内的真空度与真空罐9内的真空度等价。其结果是，可以对由密闭体Tl包围的减压对象区域R内的真空度进行可变控制。
[0062]因此，可以参照真空计9B，边手控式调节由密闭体Tl包围的减压对象区域R内的真空度，边进行半固化片P的弯曲成形及加压下的加热硬化。因此，可以在与被成形品的各种尺寸或构造对应的压力条件下，进行半固化片P的弯曲成形及加压下的加热硬化。通过使用试件的试验等，一旦可以取得适于弯曲成形及硬化的真空度的时间变化作为压力条件，则能够在相同的压力条件下成形具有相同或同样的尺寸及构造的被成形品。即，只要通过成形试验可以取得适合某被成形品的尺寸及构造的真空度的时间变化，就可以自动控制用于具有相同或同样的尺寸及构造的其它被成形品的弯曲成形及硬化的真空度的变化。
[0063]真空度控制系统4是用于自动控制由密闭体Tl包围的减压对象区域R内的真空度的系统。即，真空度控制系统4具有以由密闭体TI包围的容器2内的减压对象区域R在被减压至适合半固化片P的弯曲成形的压力后，被减压至适合半固化片P的加热硬化的压力的方式控制减压系统3的功能。真空度控制系统4可以由读入减压系统3的控制程序的计算机构成。但是，为了构成真空度控制系统4也可以使用回路。
[0064]如果是减压系统3由如图示的可变真空装置8构成的情况，则安装在真空罐9的真空度调节阀9A的开度通过真空度控制系统4自动控制。另外，也可以通过真空度控制系统4自动控制设置于真空栗10和真空罐9之间的阀12的开度。
[0065]用于生成真空度调节阀9A的开度的控制信号的、真空度的时间变化，可以针对每个被成形品的尺寸及构造，作成图表或函数事先保存于真空度控制系统4。即，将与成形对象品的尺寸及构造的至少之一，和由密闭体Tl包围的减压对象区域R内的压力的时间变化相关联的信息，保存于真空度控制系统4具备的存储装置，通过参照被保存于存储装置的信息，可以进行与成形对象品的尺寸及构造对应的压力的自动控制。
[0066]另外，在将由密闭体TI包围的减压对象区域R内的压力反复控制在多个压力控制值的情况下，也可以形成专用的真空回路，使得将由密闭体Tl包围的减压对象区域R内的压力容易地切换为压力控制值。具体而言，还可以设置将由密闭体Tl包围的减压对象区域R减压至多个不同的压力的多个减压系统，通过用切换机构来切换多个减压系统的可变真空装置构成减压系统3。该情况下，真空度控制系统4的控制对象成为可变真空装置的切换机构，切换机构的开关的定时信息及减压系统的特定信息成为控制信号。
[0067]加热介质供给系统5是向容器2内供给用于进行成形对象品即半固化片P的弯曲成形，且对弯曲成形后的半固化片P进行加热硬化的加热介质H的系统。在供给饱和水蒸气等水蒸气作为加热介质H的情况下，需要生成具有至少规定的温度及压力的水蒸气。因此，加热介质供给系统5可以通过用水蒸气供给用配管16连结生成具有规定的温度的水蒸气的锅炉13、将在锅炉13中生成的水蒸气的蒸气压从初始压力减压至规定的压力的水蒸气用减压阀14、用于调节水蒸气的供给量的水蒸气导入自动阀15及其它设备而构成。在水蒸气供给用配管16的前端安装有喷嘴17，喷嘴17被配置于容器2内。
[0068]另外，作为加热介质H供给混合有空气的水蒸气或混合有氮气的水蒸气的情况下，需要在水蒸气中混合空气或氮气等混合气体。因此，混合气体供给系统18设置于加热介质供给系统5。混合气体供给系统18例如可以用混合气体用配管22连结生成压缩空气或压缩氮气的压缩机19、将在压缩机19中生成的压缩空气或压缩氮气的初始压力减压至规定的压力的混合气体用减压阀20及调整压缩空气或压缩氮气的混合量的开关阀21而构成。
[0069]在图示的例子中，混合气体用配管22与水蒸气供给用的喷嘴17连结。即，混合气体及水蒸气从共用的喷嘴17向容器2内喷出。因此，混合了混合气体的水蒸气从共用的喷嘴17向容器2内喷出。但是，也可以在容器2内与水蒸气用的喷嘴分开地配置用于向容器2内喷出混合气体的专用喷嘴。该情况下，从各喷嘴向容器2内喷出混合气体及水蒸气。而且，混合气体和水蒸气在容器2内混合。
[0070]从加热介质供给系统5供给至容器2内的加热介质H需要进行回收。因此，在成形装置I中，具备冷却水供给系统23及排放装置(排水管)24。冷却水供给系统23是向容器2内供给冷却水的系统。冷却水供给系统23例如可以用冷却水用配管27连结IC水罐25和冷却水用喷嘴26而构成。在贮水罐25和冷却水用喷嘴26之间，可以设置用于调节冷却水的供给量的冷却水导入自动阀28。
[0071]当向容器2内供给冷却水时，可进行被成形品的冷却及水蒸气的液化。另一方面，在容器2的底部连结有排放装置24。因此，被供给到容器2内的水蒸气通过冷却水来冷却，作为液体的水可以从排放装置24回收。另外，还可以将排放装置24用于空气、水蒸气及混合气体等气体的排气用。
[0072]温度控制系统6具有将加热介质H的温度的控制值在设定在适于成形对象品的弯曲成形的值之后设定在适于成形对象品的加热硬化的值的功能。加热介质H的温度控制例如可以通过由处于与锅炉13连结的水蒸气用减压阀14的下游侧的水蒸气导入自动阀15或其它阀产生的蒸气量的自动控制而进行。但是，在加热介质H为饱和水蒸气的情况下，也可以通过蒸气压的控制来控制加热介质H的温度。另外，通过由冷却水导入自动阀28产生的冷却水的流量的自动控制可以在冷却时进行容器2内的温度控制。
[0073]压力控制系统7具有通过调节与水蒸气混合的空气或氮气等混合气体向容器2内的供给量，控制容器2内的加热介质H的压力的功能。因此，在作为加热介质H只使用饱和水蒸气的情况下，压力控制系统7为停止状态。但是，即使是作为加热介质H只使用饱和水蒸气的情况，如果在容器2内冷却时需要维持容器2内的压力，压力控制系统7也进行工作。
[0074 ]作为加热介质H除使用水蒸气以外还使用混合气体时，加热介质H的压力的控制值，在被设定在适于成形对象品的弯曲成形的值后，设定在适于成形对象品的加热硬化的值。但是，也可以将成形对象品弯曲成形时的加热介质H的压力、和成形对象品加热硬化时的加热介质H的压力设定在相同的控制值。如果将加热介质H的压力的控制值设定为比大气压大，则如上所述，可以不仅根据减压对象区域R内的负压，而且根据加热介质H的压力，进行用于进行半固化片P的弯曲成形的加压及用于对弯曲成形后的半固化片P的硬化的加压。
[0075]混合气体向容器2内的供给量的调整，可以通过设置于混合气体供给系统18的开关阀21的控制来进行。不用说，也可以设置其它设备进行控制，只要可调节混合气体向容器2内的供给量即可。
[0076]温度控制系统6及压力控制系统7与真空度控制系统4同样，也可以由读入程序的计算机及回路中的至少之一构成。在成形装置I中，实用的是成为控制对象的加热介质H的温度、加热介质H的压力及密闭体Tl和半固化片P之间的减压对象区域R的真空度，都通过PID(Proport1nal — Integral — Derivative，比例一积分一微分控制)控制等反馈控制而进行控制。
[0077]因此，可以分别在恰当且任意的位置设置用于测量加热介质H的温度的热电偶等温度计、测量加热介质H的压力的压力计及测量密闭体Tl和半固化片P之间的减压对象区域R的真空度的真空计。关于温度计及压力计，实用的是以可以测定加热介质H的温度分布及压力分布的方式配置于容器2内的多个位置。另外，如图1例示，只要将真空计9B设置在成为可变真空装置8操作部分的真空度调节阀9A附近，则容易一边确认真空度一边进行调节。
[0078]另外，图1例示的成形装置I表示将水蒸气作为加热介质H时的例子，而在将热风或加热氮气等水蒸气以外的加热气体作为加热介质H的情况下，作为成形装置I的构成元件设置使加热介质H循环的循环机构或与冷却剂等加热介质H的种类对应的设备。加热介质H的循环机构可以由通过电动机来驱动的风扇等公知的机构构成。
[0079](动作及作用)
[0080]接着，对使用复合材料的成形装置I制造复合材料的被成形品的复合材料的成形方法进行说明。在此，以使用水蒸气作为加热介质H的情况为例进行说明。
[0081]图2是表示图1所示的成形装置I的复合材料成形工序的流程图，图3是表示被图1所示的成形装置I成形后的复合材料成形品的构造例的立体图，图4是表示用于用成形装置I对图3例示的复合材料的被成形品进行成形加工的成形夹具T的构成例的纵剖视图。
[0082]首先，在步骤SI中，半固化片P的层叠体放置在成形夹具T上。例如，在成形如图3例示长边方向的长度为L，且以形成凹凸的方式弯曲的板状的复合材料的情况下，可以使用具有图4所示的构成的成形夹具T。
[0083]更具体地说，在事先实施了离型处理的箱型夹具T2上，作为通气用的片材铺有通气布T3。接着，事先做过离型处理的刚体夹具T4设置于箱型夹具T2内。刚体夹具T4具有与被成形品的形状一致的形状。因此，图4所示的刚体夹具T4的纵剖面形状与图3所示的复合材料成形品的形状一致，为帽子型。不用说，可以根据复合材料成形品的形状，将刚体夹具T4的纵剖面形状形成为L字型或C字型等各种形状。
[0084]另外，根据需要，实施用带状物堵塞刚体夹具T4的螺母安装部再用硅橡胶进行养护的作业、安装垫片等辅助夹具的作业、在刚体夹具T4的侧面铺设通气布T3的作业等。
[0085]箱型夹具T2及刚体夹具T4等的要求刚性的夹具，可以用具有需要的刚性及耐热性的任意的材料构成。因此，不限于金属，可以用塑料或复合材料构成箱型夹具T2或刚体夹具Τ40
[0086]当完成刚体夹具Τ4侧的准备时，在刚体夹具Τ4上设置片状的半固化片P的层叠体。接着，以包覆半固化片P的层叠体的方式粘贴伴随加热防止熔敷用的脱模膜(离型膜)Τ5。
[0087]接着，在步骤S2中，半固化片P的层叠体由密闭体Tl密闭。密闭体Tl可以用硅橡胶等具有挠性的任意的材料构成。由硅橡胶袋形成的半固化片P的袋可以通过将硅橡胶袋铺在层叠体上后，装上外框Τ6，以硅橡胶袋和箱型夹具Τ2之间不产生间隙的方式用虎钳夹住进行。这时，重要的是以即使拉拽从外框Τ6挤出的硅橡胶袋的边缘也不会偏移的程度将外框Τ6紧固在箱型夹具Τ2侧。
[0088]另外，如图4例示，关于半固化片P的层叠体的四角，为了防止硅橡胶袋等密闭体Tl的卷入或损伤，也可以铺设通气布Τ7并用硅橡胶板Τ8进行养护。
[0089]接着，在步骤S3中，放置了半固化片P的层叠体的成形夹具T被运送至热压成形装置的容器2内。即，通过密闭体Tl而被密闭的复合材料的成形对象品被运送到容器2内。
[0090]而且，抽真空用的真空软管T9与真空接头TlO连接。真空软管T9通过联接器Tll与真空用配管11连结。由此，可变真空装置8的真空罐9及真空栗10、半固化片P的层叠体和硅橡胶袋等密闭体Tl之间形成的空间被连结起来。即，协调进行由密闭体Tl包围的减压对象区域R的抽真空的准备。
[0091]另外，在需要的位置安装有热电偶等温度传感器。而且，当完成在成形对象品的热压处理之前所需要的准备时，闭锁容器2的门2Β。
[0092]接着，在步骤S4中，开始热压成形装置的运转。最初，通过向容器2内供给水蒸气，容器2内被升温至初始温度。由此，成形夹具T及半固化片P通过水蒸气产生的热传递而被加热。如果加热介质H是饱和水蒸气，则为了将在大气压下半固化片P内所含的气泡(即水蒸汽)(通过返回到液体的水而从半固化片内)排除(即，消灭)，适当的是将容器2的温度控制值设定在100°C以下。另外，为了调节容器2的压力，也可以在水蒸气中混合空气或氮气等混合气体。特别是当提高容器2内的压力时，可以得到封入半固化片P内所含的气泡(即通过使水蒸气返回到液体的水而在半固化片内封入半固化片P内所含的气泡)的效果。
[0093]水蒸气在锅炉13内生成。生成的水蒸气经由水蒸气供给用配管16从喷嘴17供给至容器2内。被供给至容器2内的水蒸气的压力事先通过设置于水蒸气供给用配管16的水蒸气用减压阀14来调节。水蒸气的温度控制可以通过温度控制系统6对水蒸气导入自动阀15的控制而进行。
[0094]在水蒸气中混合了混合气体的情况下，在压缩机19中生成压缩空气或压缩氮气等混合气体。生成的混合气体经由混合气体用配管22从喷嘴17供给至容器2内。由此，混合气体和水蒸气混合。混合气体的供给量的调节可以通过设置于混合气体用配管22的开关阀21的控制而进行。开关阀21的开度可以通过压力控制系统7进行自动控制。
[0095]接着，在步骤S5中，通过由硅橡胶袋等密闭体Tl密闭的减压对象区域R的真空度的调节来进行半固化片P的弯曲成形。即，向容器2内供给水蒸气以对成形对象品即半固化片P进行加热，另一方面，通过用减压系统3对在容器2内由密闭体Tl包围的减压对象区域R进行减压来进行半固化片P的弯曲成形。
[0096]因此，真空度的调节在半固化片P的温度升温至适于弯曲成形的温度的时刻开始。适于半固化片P的弯曲成形的温度依赖于半固化片P的材质而变化，但认为大约为80°c?100°C左右。
[0097]另外，为了制造具备具有500mm?600mm左右的长度L的如图3所示的构造的复合材料成形品，实际上是将500mmX350mm的片状的半固化片P的层叠体放置在容器2内并利用饱和水蒸气进行加热，从成形装置I运转开始经过约10分钟，能够升温至对于弯曲成形足够的90°C以上的温度。但是，用热电偶测量由金属构成的刚体夹具T4的温度，将刚体夹具T4的温度看作半固化片P的温度。
[0098]由密闭体TI包围的减压对象区域R的真空度以逐渐增加的方式来控制。即，由硅橡胶袋等密闭体Tl包围的袋内的压力以逐渐降低的方式来控制。这样一来，通过大气压或混合气体的混合调节后的容器2内的压力和袋内的压力的压差被负载在密闭体Tl上。因此，因重力而挠曲的密闭体Tl逐渐与半固化片P贴紧而对其附加压力。因此，在半固化片P上被负载逐渐增加的压差。即，半固化片P在被水蒸气加热的状态下，通过逐渐增加的压力被加压。由此，可以进行半固化片P的加热下及加压下的弯曲成形。
[0099]由密闭体TI包围的减压对象区域R如上所述，袋内的压力也可以以连续变化的方式减压，也可以阶段性地减压至不同的压力。由于适合半固化片P的弯曲成形的压力变化依赖于复合材料成形品的构造或尺寸等条件而进行变化，所以可以通过实验或模拟事先求出。
[0100]作为具体例，将500mmX 350mm的片状半固化片P的层叠体放置在容器2内，一边用饱和水蒸气进行加热，一边进行六阶段的真空度调节，由此进行用于得到如图3所示的构造的半固化片P的弯曲成形。
[0101]图5是表示用于成形具有图3例示的构造的复合材料成形品的真空度的时间变化的一例的曲线图。
[0102]在图5中，横轴表示时间(分)，纵轴表示由密闭体TI密闭的减压对象区域R的真空度。真空度表示为相对于周围的压力的负压(MPaG) JPaG是相当于容器2内的压力和密闭体Tl内部的压力的压差的压力传感器的表压。
[0103]如图5所示，可以通过阶段性地降低密闭体Tl内部的压力，进行半固化片P的弯曲成形。在第I阶段，密闭体Tl内部的真空度为0.000?一0.001 (MPaG)之间的初始压力。从该状态开始密闭体Tl内部的减压。然后，密闭体Tl内部被减压，密闭体Tl内部的真空度成为第2阶段的一0.001 (MPaG)。该第2阶段的真空度被保持3分钟左右。同样，密闭体Tl内部依次减压至第3阶段的一0.006(MPaG)、第4阶段的一0.0lO(MPaG)、第5阶段的一0.0H(MPaG)、第6阶段的一 0.028(MPaG)，各阶段的真空度保持3分钟左右。之后，密闭体Tl内部的真空度减压至最后阶段的一 0.097(MPaG)。而且，相当于一 0.097(MPaG)的真空度保持5分钟。
[0104]这种真空度的可变控制可以使用可变真空装置8进行。在使用图1例示的可变真空装置8的情况下，真空栗10驱动，真空罐9内的空气以与阀12的开度对应的流量被排出。另一方面，真空度调节阀9A的开度被调整为与成为密闭体Tl内部的目标的真空度对应的开度。这样一来，从真空罐9内向外部排出的空气的流量和从真空度调节阀9A流入真空罐9内的空气的流量的差达到平衡状态。由此，真空罐9内的真空度成为目标值。
[0105]因此，在密闭体Tl内部的真空度低于真空罐9内的真空度的期间，密闭体Tl内部的空气经由真空软管T9及真空用配管11吸入真空罐9内，通过真空栗10放入大气中。其结果是，密闭体Tl内部的真空度成为真空罐9内的真空度。因此，为了增加真空度所需要的时间成为依赖于真空栗10的性能及真空系统的气密性等条件的时间。
[0106]另外，还可以自动进行真空度的控制。该情况下，通过真空度控制系统4控制可变真空装置8。在使用图1例示的可变真空装置8的情况下，通过真空度控制系统4自动控制真空度调节阀9A的开度。另外，根据需要，也可以通过真空度控制系统4自动控制阀12的开度。
[0107]另外，如上所述，也可以设置与多个真空度对应的多个真空路径，通过用切换机构切换多个真空路径，而使密闭体Tl内部的真空度阶段性地变化。例如，如果是如图5所示的进行六阶段的真空度控制的情况，则可以通过用切换机构切换事先将阀的开度进行了六阶段调整的六系统的真空路径，进行密闭体Tl内部的真空度的控制。该情况下，可以通过真空度控制系统4控制切换机构，进行密闭体Tl内部的真空度的自动控制。
[0108]当完成半固化片P的弯曲成形时，在步骤S6中，在保持密闭体Tl内部的真空度的状态下，半固化片P被升温至硬化温度。由此，弯曲成形后的半固化片P在通过作为加热介质H的水蒸气加压的状态下被加热硬化。实际上，可以在将500mmX 350mm的片状的半固化片P的层叠体弯曲成形后，通过升温至180°C，保持132分钟而进行半固化片P的硬化。
[0109]接着，在步骤S7中，冷却通过半固化片P的硬化而得到的复合材料的被成形品。例如，在保持密闭体Tl内部的真空度的状态下，通过冷却水供给系统23向容器2内供给冷却水。由此，硬化后的被成形品被冷却至40 °C左右。
[0110]接着，在步骤S8中，密闭体TI内部向外部开放。因此，密闭体TI内部的压力成为大气压。之后，被成形品从容器2运出。另外，通过冷却而液化的水从排放装置24向容器2外排出。
[0111]S卩，如以上所述的复合材料的成形装置I及复合材料的成形方法，通过在热压处理中调节由密闭体Tl密闭的减压对象区域R的真空度，除进行成形对象品的硬化以外，还进行弯曲成形。
[0112](效果)
[0113]因此，根据复合材料的成形装置I及复合材料的成形方法，可以在同一压力容器内进行半固化片P的弯曲成形及硬化两者。即，历来必需分别进行下述工序，即:使用专用的弯曲成形装置，将片状的半固化片P的层叠体加热至规定的温度并进行赋型的工序;通过热压处理，进行赋型后的半固化片P的在加压下的加热硬化的工序，但根据复合材料的成形装置I及复合材料的成形方法，可以在一个工序中进行半固化片P的弯曲成形及加压下的加热硬化。其结果是，工序数减少，可更简单地制造具有折曲的形状或弯曲的形状等复杂的构造的复合材料的被成形品。
[0114]特别是，如果使用水蒸气作为加热介质H，则与使用热风或加热氮气作为加热介质H的情况相比，可以使加热介质H的温度分布变得更均匀。另外，也可以使通过加热介质H而负载在半固化片P上的压力分布变得更均匀。
[0115]因此，即使是尺寸大的成形对象，也能够在同等的定时将各部位加热至规定的温度。另外，也能够使各部位的加热期间同等。由此，可以避免局部的硬化或局部的硬化不良等造成的外观不良或内部品质的劣化。其结果是，即使是长边方向的长度为Im以上10m以下的复合材料的被成形品，通过伴随弯曲成形的加热硬化，也能够以良好的品质进行制造。
[0116]另外，如果使用水蒸气作为加热介质H，则可以瞬时进行加热介质H的升温。并且，水蒸气可能赋予加热对象物的热量达到热风的3倍?5倍左右。因此，还可以缩短半固化片P的升温需要的时间。这与半固化片P弯曲成形需要的时间及硬化需要的时间的缩短相关联。因此，通过缩短被成形品的成形准备时间，可以实现制造成本降低及生产性提高。
[0117]另外，如果使用水蒸气作为加热介质H，则不需要加热介质H的循环机构。因此，可以简化成形装置I的构造。另外，由于水蒸气不会燃烧，所以可以确保安全性。
[0118]以上，对特定的实施方式进行了记载，但所记载的实施方式只不过是一例，并不限定发明的范围。在此所记载的新的方法及装置可以以各种其它方式具体化。另外，在本文所记载的方法及装置的样式中，在不脱离发明的要旨的范围内，可以进行各种省略、置换及变更。附加的权利要求的范围及其等同，包含作为发明范围及要旨所包含的例子的这样的各种方式及变形例。
【主权项】
1.一种复合材料的成形装置，包括: 容器，其收纳通过密闭体密闭的成形对象品； 减压系统，其通过对在所述容器内由所述密闭体包围的区域进行减压，进行所述成形对象品的弯曲成形及对所述弯曲成形后的所述成形对象品的加压；以及 加热介质供给系统，其向所述容器内供给用于进行所述弯曲成形及所述加压下的所述成形对象品的加热硬化的加热介质。2.根据权利要求1所述的复合材料的成形装置，其中， 所述加热介质供给系统以将水蒸气作为所述加热介质向所述容器内供给的方式构成。3.根据权利要求1或2所述的复合材料的成形装置，其中， 所述减压系统具有可变真空装置，所述可变真空装置将由所述密闭体包围的区域在减压至适于所述成形对象品的所述弯曲成形的压力之后，减压至适于所述成形对象品的所述加热硬化的压力。4.根据权利要求1或2所述的复合材料的成形装置，其中， 还包括真空度控制系统，所述真空度控制系统以将由所述密闭体包围的区域在减压至适于所述成形对象品的所述弯曲成形的压力之后，减压至适于所述成形对象品的所述加热硬化的压力的方式，控制所述减压系统。5.根据权利要求1或2所述的复合材料的成形装置，其中， 还包括温度控制系统，所述温度控制系统将所述加热介质的温度的控制值在设定在适于所述成形对象品的所述弯曲成形的值之后，设定在适于所述成形对象品的所述加热硬化的值。6.根据权利要求2所述的复合材料的成形装置，其中， 所述加热介质供给系统构成为使得供给饱和水蒸气、混合了空气的水蒸气或混合了氮气的水蒸气作为所述加热介质。7.根据权利要求3所述的复合材料的成形装置，其中， 所述可变真空装置具有: 多个减压系统，其将由所述密闭体包围的区域减压至不同的多个压力； 切换机构，其切换所述多个减压系统。8.—种复合材料的成形方法，其使用权利要求1-7中任一项所述的复合材料的成形装置来制造复合材料的被成形品。9.一种复合材料的成形方法，包括下述步骤: 将由密闭体密闭的成形对象品运送到容器内的步骤； 向所述容器内供给加热介质以对所述成形对象品进行加热，另一方面，通过对所述容器内由所述密闭体包围的区域进行减压，进行所述成形对象品的弯曲成形的步骤;以及利用所述加热介质对所述弯曲成形后的加压下的所述成形对象品进行加热硬化的步骤。10.根据权利要求9所述的复合材料的成形方法，其中， 将由所述密闭体包围的区域阶段性地减压至不同的压力。11.根据权利要求9或10所述的复合材料的成形方法，其中， 以由所述密闭体包围的区域内的压力连续地变化的方式进行减压。12.根据权利要求9或10所述的复合材料的成形方法，其中， 通过控制所述容器内的所述加热介质的压力，实施用于进行所述成形对象品的弯曲成形的加压及用于所述弯曲成形后的所述成形对象品的硬化的加压中的至少一项。13.根据权利要求9或10所述的复合材料的成形方法，其中， 制造长边方向的长度为Im以上10m以下的复合材料的被成形品。
【文档编号】B29C70/44GK105965915SQ201610134156
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年3月9日
【发明人】伊藤友美, 中岛正宪, 芦田健
【申请人】富士重工业株式会社, 株式会社芦田制作所