曲面状夹层结构体的制造方法以及曲面状夹层结构体的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及以纤维强化塑料材料为表皮材料的曲面状夹层结构体的制造方法以及曲面状夹层结构体。
【背景技术】
[0002]近些年，在大范围的领域中应用纤维强化塑料材料(Fiber ReinforcedPlastics,以下称为FRP)，活用其轻量、高强度且高刚性的特性。其中，以FRP为表皮材料并以该表皮材料夹着轻量的芯材一体化而成的夹层结构体，也作为有效地使用FRP并提高刚性的方法而被广泛知晓。
[0003]作为这样的夹层结构体的用途，例如像卫星用框体结构、天线用反射器、天线罩中示例的那样，特别是在追求轻量性和高刚性的宇宙和通信用途中使用。另一方面，近些年，以航空器、汽车为中心的移动体的结构中也正在使用这样的夹层结构体。而且，在上述以夕卜，也可以应用于铁路车辆、电梯等移动体的结构中。
[0004]而且，对于原料和成形方法，在宇宙和通信用途下，将以蜂窝材料为芯材的FRP夹层结构用被称为高压釜的压力釜成形(高压釜成形法)。然而，在高压釜成形法中，存在着材料成本和成形成本高的问题，寻求FRP夹层结构体的用途扩大以及材料成本和成形成本的降低。
[0005]因此，作为取代高压釜成形法的FRP的低成本成形方法，提出有真空含浸成形法。该真空含浸成形法为利用大气压力使液状的树脂含浸在使纤维呈织物状的纤维布中的成形方法。
[0006]作为具体的步骤，首先，在成形模具上层叠纤维布，并在其上按照剥离层、流动介质(flow media)的顺序层叠具有脱模能力的剥离层和用于使树脂在面内方向扩散的流动介质。
[0007]接下来，在层叠了纤维布、剥离层和流动介质的成形模具的周围配置保持气密的密封剂，设置注入口和抽吸口，用袋膜覆盖整体并密闭。接下来，在将抽吸口与真空栗连接而对袋膜内部进行真空抽吸后，将注入口与树脂槽连接而利用大气压力使树脂含浸，使树脂硬化来得到表皮材料的成形体。
[0008]真空含浸成形法是无需高压釜等大型的设备或牢固的成形模具、因而能够以低成本成形的方法。而且，对于材料，作为取代蜂窝材料的芯材，能够使用低成本且轻量的树脂制的发泡材料。由此，FRP夹层结构的低成本的成形成为可能。
[0009]在此，在宇宙和通信用途中，以作为卫星用框体结构的中心的承力筒、抛物线形状的天线反射器、天线罩为代表，均需要曲面状的部件。对于这些部件，为了满足安装于框体结构的设备间的位置精度和电波的指向精度等的要求规格值，需要耐受外部的载荷以及温度差的形状稳定性和尺寸精度。在应用于移动体的情况下，由于部件的尺寸精度影响移动体的空气动力学特性和耐受外部的载荷的强度，因此需要满足尺寸精度的要求值。
[0010]在平面形状的情况下，认为通过提高成形模具的平面度也能够比较容易地提高成形体的平面度。然而，在曲面状的情况下，形状因树脂的硬化收缩而三维地变化，存在着无法得到预期的尺寸精度的课题。
[0011]因此，存在下述方法:在以发泡材料作为芯材来成形FRP夹层结构的情况下，将预先加工成预期的曲面形状的发泡芯材作为成形模具使用，在成形的同时将表皮材料与芯材粘接而一体化(例如，参照专利文献I)。采用该方法的话，通过表皮材料与芯材一体化，从而增加了刚性，抑制由表皮材料中的树脂的硬化收缩导致的变形，由此能够得到预期的尺寸精度的曲面状夹层结构。
[0012]在专利文献I公开的曲面夹层结构的制造方法中，将聚醚酰亚胺制树脂发泡体通过机械加工而加工成曲面状，在一方的面层叠预浸材料，进行成形和粘接。此后，以使芯材成为一定的厚度的方式加工另一方的面，层叠预浸材料，进行成形和粘接。
[0013]根据该方法，以加工成预期的形状的聚醚酰亚胺制树脂发泡体作为成形模具，在该成形模具上层叠预浸材料，进行成形和粘接，由此能够得到预期的尺寸精度的曲面状夹层结构体。
[0014]现有技术文献
[0015]专利文献
[0016]专利文献1:日本特开2002-292772号公报
【发明内容】
[0017]发明要解决的课题
[0018]然而，现有技术中存在以下的课题。
[0019]在专利文献I公开的曲面状夹层结构的制造方法中，预浸材料需要以高压釜加热和加压来成形。而且，预浸材料即使是在常温下加工成预期的尺寸精度，由于预浸材料的成形温度和成形压力，夹层结构也会变形。其结果是，存在着无法在成形后得到预期的尺寸的问题。
[0020]而且，在将夹层结构使用在天线反射器等要求镜面精度的部件中的情况下，在使发泡材料作为成形模具成形后，在发泡材料表面存在凹凸，因此还存在着该凹凸浮现而无法得到预期的镜面精度的问题。
[0021]在专利文献I中，还公开了预先使表皮材料成形后粘接的方法。然而，将预先成形为预期的尺寸精度的表皮材料以常温硬化型的粘接剂粘接的话，虽然不会发生热变形，但是需要预先使表皮材料单体成形。由于表皮材料单体厚度薄，因此刚性小，会因成形温度与常温的温度差和树脂的硬化收缩而变形。因此，以表皮材料单体成形成预期的尺寸精度是非常困难的。
[0022]在此，为了降低成形成本，也考虑应用真空含浸成形法的情况。在真空含浸成形法中，通过使用常温硬化型的树脂成形，能够防止伴随着高压釜成形法的温度差导致的热变形。
[0023]然而，在将发泡材料作为成形模具使用的情况下，无法解决因发泡材料的表面凹凸而无法得到镜面精度的问题。特别是，真空含浸成形法由于是在纤维布上层叠剥离层和流动介质，因此相对于高压釜成形法更难以达成发泡材料的镜面精度。
[0024]而且，由于常温硬化型的树脂也发生由硬化收缩导致的变形，因此难以用表皮材料单体满足尺寸精度。
[0025]本发明正是为了解决上述的课题而完成的，其提供曲面状夹层结构体的制造方法和曲面状夹层结构体，不使用高压釜成形法就能够得到预期的镜面精度并且能够降低成形成本。
[0026]用于解决课题的方案
[0027]本发明的曲面状夹层结构体的制造方法，该曲面状夹层结构体使用凸型成形模具利用纤维强化塑料的表皮材料覆盖发泡芯材的周围来一体化成形，凸型成形模具具有:凸型曲面部，具有预期的镜面精度；以及侧面部，在使凸型曲面部朝向竖直上方时，从凸型曲面部的外周部向下方伸出，所述曲面状夹层结构体的制造方法具备:第一表皮材料成形工序，当在凸型成形模具上层叠第一纤维布时，在通过将第一纤维布的端部固定于侧面部而使第一纤维布展开并紧贴在凸型曲面部的前工序之后，通过使树脂含浸在第一纤维布内并硬化，从而成形第一表皮材料，该第一表皮材料具有在凸型曲面部上成形的第一曲面表皮部和在侧面部成形的第一棱部；芯材粘接工序，使发泡芯材粘接到第一曲面表皮部上，该发泡芯材被预先加工成沿着在凸型曲面部上成形了的第一曲面表皮部的上表面形状的曲面状且外周部到达第一棱部的形状；第二表皮材料成形工序，在以覆盖发泡芯材的与除了与第一曲面表皮部接触的面以外的面相当的上表面部和外周部的方式层叠第二纤维布时，通过将第二纤维布的端部固定于第一棱部，从而使第二纤维布在发泡芯材的上表面部和外周部展开并紧贴，然后，使树脂含浸在第二纤维布内并硬化，从而成形第二表皮材料，该第二表皮材料具有在发泡芯材的上表面部上成形的第二曲面表皮部和从发泡芯材的外周部一直成形到第一棱部上的第二棱部；以及突出部除去工序，将在凸型成形模具的侧面部层叠第一棱部和第二棱部形成的部分且向第一曲面表皮部的竖直下方突出的部分，沿第一曲面表皮部中的与凸型曲面部相接的曲面除去。
[0028]而且，本发明涉及的曲面状夹层结构体具备:第一表皮材料，使树脂含浸于紧贴在凸型成形模具上的第一纤维布内并硬化而成形，具有预期的镜面精度，凸型成形模具具有有着预期的镜面精度的凸型曲面部和从凸型曲面部的外周部向竖直下方延伸的侧面部；发泡芯材，被预先加工成沿着第一表皮材料的上表面形状的曲面状，粘接在第一表皮材料上；以及第二表皮材料，使树脂含浸在第二纤维布内并硬化而成形，第二纤维布覆盖发泡芯材的与除了与第一表皮材料接触的面以外的面相当的上表面部和外周部、以及第一表皮部的外周部。
[0029]发明效果
[0030]根据本发明，通过在使第一纤维布紧贴在具备有着预期的镜面精度的凸型曲面部的凸型成形模具的状态下，使树脂含浸硬化，从而成形具有预期的镜面精度的第一表皮材料。而且，在将预先实施沿着第一表皮材料的曲面的加工了的发泡芯材粘接在第一表皮材料上后，在以覆盖发泡芯材的上表面部和外周部以及第一表皮材料的外周部的方式使第二纤维布紧贴的状态下，通过使树脂含浸硬化而成形第二表皮材料，完成曲面状夹层结构体。这样，通过在具有预期的镜面精度的凸型成形模具上依次层