制造至少两个具有纤维强化树脂的产品的方法及装置制造方法
【专利摘要】一种制造至少两个具有纤维强化树脂的、扁平形状的产品的制造方法及制造装置，在制造至少两个具有纤维强化树脂的产品时，即使成型模具的结构复杂、容积变大，也能够使树脂材料容易地向纤维基材浸渍，容易地控制、管理用于使树脂材料固化的温度及时间，并且使成型模具的清扫容易。为了同时制造多个具有纤维强化树脂的扁平形状的产品，首先，准备成型模具（11），该成型模具（11）形成为：重叠多个型腔部（12a、12b），型芯（13）介于所述多个型腔部（12a、12b）之间，所述多个型腔部（12a、12b）具有所述多个产品的扁平形状。然后，分别在所述型腔部配置纤维基材（1），向成型模具（11）内注入树脂材料，使该树脂材料浸渍于纤维基材（1）并固化，由此，同时成型多个具有纤维强化树脂的产品。
【专利说明】制造至少两个具有纤维强化树脂的产品的方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种制造至少两个具有纤维强化树脂的产品的方法及装置。
【背景技术】
[0002]作为制造纤维强化树脂的方法，已知有树脂传递模塑(RTM)成型法。RTM成型法是注入树脂而浸溃于预先配置在成型模具内的纤维基材之后，进行固化，使纤维强化树脂成型的方法(例如，国际公开第2007/013544号公报)。由于通过成型模具覆盖纤维强化树脂的整个表面，所以形状、表面的成型精度高，因此，该方法作为航空器等的结构部件用的制造方法而被提出。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:国际公开第2007/013544号公报
【发明内容】
[0006]发明所要解决的技术问题
[0007]在RTM成型法中使用的树脂有多种，但是作为航空器的结构部件用的树脂，多使用环氧树脂等热固化性树脂。在将热固化性树脂向成型模具内注入时，为了提高向纤维基材的树脂材料浸溃性，推荐加热树脂材料，降低粘度。但是，如图1所示，在加热热固化性树脂的情况下，由于进行固化反应，从加热开始经过一定时间后，粘度变高，浸溃性降低。因此，具有适合浸溃的粘度区域的可浸溃时间受到限制，所以存在树脂材料难以通过RTM成型法成型具有复杂形状的产品和具有大容积的产品的问题。
[0008]与高压锅成型法(才一卜々>一7')相同，RTM成型法需要进行温度及时间的控制、管理，以使成型模具内成为均匀的固化状态。特别是，在航空器的结构部件用的部件中，对品质要求变得严格，因此对温度及时间的控制、管理的要求也变得严格。
[0009]因此，从上述问题点可知，为了提高RTM成型法中的生产率而在一个成型模具同时成型多个产品是非常困难的。即，第一，成型模具的结构变得复杂，产品的容积也变大，因此树脂材料难以充分地浸溃于纤维基材。第二，决定固化状态的温度及时间的控制、管理比成型一个产品的情况复杂、困难。而且，除此之外，第三，由于成型模具变得复杂，所以成型模具的清扫变得繁杂，作业性降低。
[0010]于是，鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种制造方法及制造装置，在制造至少两个具有纤维强化树脂的产品时，即使成型模具的结构复杂、容积变大，也能使树脂材料容易地浸溃于纤维基材，容易地控制、管理用于使树脂材料固化的温度及时间，并且，还能够容易地进行成型模具的清扫。
[0011]用于解决技术问题的技术方案
[0012]为了实现上述目的，作为其中一个实施方式，本发明的制造至少两个具有纤维强化树脂的、扁平形状的产品的方法包括以下步骤:准备成型模具，所述成型模具形成为，重叠至少两个型腔部，型芯介于所述至少两个型腔部之间，所述至少两个型腔部具有所述至少两个产品的所述扁平形状；在所述成型模具的所述至少两个型腔部，分别配置纤维基材；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，形成所述至少两个产品。
[0013]在这里，在本说明书中，“扁平形状”是指产品向一个方向(B卩，将多个产品重叠的方向)受力变形的形状。因此，扁平形状的产品的剖面不限于平的形状，其剖面也可以是弯曲的形状或弯折的形状。作为这样的扁平形状，例如，剖面为波纹形、圆弧形、碗形、杯形、帽形、梳形、T形、V形、W形、M形、N形，朝向重叠的方向的剖面为E形、F形、S形、Z形、L形等形状。这些形状可以排成一列而重合，或相互错开(即，偏移)排列而重叠。
[0014]所述至少两个产品可以具有不同的形状，但是优选地，具有实质上相同的形状。另夕卜，作为所述树脂材料，优选地使用链式固化型的树脂组合物。
[0015]优选地，所述产品是包括轻量化芯和所述纤维强化树脂的复合材料，所述纤维强化树脂与所述轻量化芯的表面的至少一部分邻接。在这种情况下，所述纤维基材的配置步骤包括:在所述各型腔内配置第二型芯和与所述第二型芯邻接的纤维基材，所述第二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。优选地，所述产品的形成步骤进一步包括:在固化所述树脂材料之后，使在所述成型模具成型的、包括所述纤维基材的固化树脂，与所述第二型芯分离；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。需要说明的是，在本发明的复合材料，所述轻量化芯与所述纤维强化树脂可以直接邻接，也可以利用粘接剂邻接。
[0016]另外，在所述复合材料的形成步骤中，可以在配置所述第二型芯的位置，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，使所述轻量化芯与包括所述纤维基材的固化树脂一体化。
[0017]作为其他实施方式，本发明的制造至少两个具有纤维强化树脂的、扁平形状的产品装置，包括:成型模具，其通过在至少两个型腔部内分别配置纤维基材之后，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，所述至少两个型腔部具有所述至少两个产品的所述扁平形状；型芯，所述至少两个型腔部重叠，所述型芯介于所述至少两个型腔部之间。
[0018]优选地，所述产品是包括轻量化芯和所述纤维强化树脂的复合材料，所述纤维强化树脂与所述轻量化芯的表面的至少一部分邻接。在这种情况下，优选地，所述装置在所述型腔内进一步包括第二型芯，所述第二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。优选地，在所述型腔内，所述第二型芯使具有与所述轻量化芯实质上相同的形状的部分被配置在所述复合材料的所述轻量化芯的位置。
[0019]发明的效果
[0020]这样，根据本发明，将具有纤维强化树脂的产品限定为扁平形状的产品，使成型模具的型腔形成为:具有这样的产品的扁平形状的多个型腔部重叠，并使型芯介于所述多个型腔部之间。由此，即使成型模具的结构复杂、容积变大，树脂材料也能够在短时间容易地浸溃于纤维基材。另外，用于使树脂材料固化的温度及时间的控制、管理也变得容易，并且，还能够容易地进行成型模具的清扫。【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是在制造本发明涉及的具有纤维强化树脂的产品时，表示树脂浸溃时的温度、粘度、时间的关系的曲线图。
[0022]图2是对本发明涉及的制造具有纤维强化树脂的产品的方法的一个实施方式进行说明的流程图。
[0023]图3是表示本发明涉及的制造具有纤维强化树脂的产品的装置的一个实施方式的示意图。
[0024]图4是表示图3所示的装置的成型模具的一个实施例的剖面示意图。
[0025]图5是表示图3所示的装置的成型模具的一个实施例的剖面示意图。
[0026]图6是表示图3所示的装置的成型模具的一个实施例的剖面示意图。
[0027]图7是表示图3所示的装置的成型模具的一个实施例的剖面示意图。
[0028]图8是表示图3所示的装置的成型模具的一个实施例的剖面示意图。
[0029]图9是表示图3所示的装置的成型模具的一个实施例的剖面示意图。
[0030]图10是表示图3所示的装置的成型模具的一个实施例的剖面示意图。
[0031]图11是在图2所示的制造方法的步骤210中，表示图10所示的成型模具的使用状态的剖面示意图。
[0032]图12是在图2所示的制造方法的步骤230中，表示能够从图10所示的成型模具得到的产品的剖面示意图。
[0033]图13是表示图3所示的装置的成型模具的一个实施例的剖面示意图。
[0034]图14是表示使用通过图13所示的成型模具得到的纤维强化树脂对图2所示的制造方法的步骤220进行说明的剖面示意图。
[0035]图15是表示图3所示的装置的成型模具的一个实施例的剖面示意图。
[0036]图16是对使用图13或图15所示的成型模具的情况下的、图2所示的制造方法的步骤230进行说明的剖面示意图。
【具体实施方式】
[0037]以下参照附图对本发明的一个实施方式进行说明。如图2所示，在本实施方式的多个具有纤维强化树脂的产品的制造方法100中，首先，执行在成型模具配置型芯和纤维基材的步骤110。如图3所示，作为本发明的制造装置的一个实施方式的RTM成型装置10具有成型模具11，在该成型模具11的内部形成有用于成型多个产品的型腔12。需要说明的是，该RTM成型装置10在成型模具11的上下外侧具有一对压力机14，，所述一对压力机14将该成型模具11夹住，从外侧施加压力。但是也可以使用能够使成型模具11合模而固定的其他机构。如果是压力机，则能够容易地调整合模力，所以优选为压力机。
[0038]成型模具11的一个端部具有用于向型腔12内注入树脂材料的树脂注入口 15a，所述端部的相反端具有吸引口 15b。树脂注入口 15a与用于注入树脂材料的机构连接。例如，与注入器16连接。优选地，用于注入树脂材料的机构附带对成型模具内加压的功能。吸引口 15b可以经由真空线路17与真空泵18等连接。需要说明的是，为了防止树脂材料被吸入真空泵18，可以在真空线路17设置真空阱19等。[0039]对成型模具11更详细地进行说明。如图3所示，在该实施例中，成型模具11包括上模11a、下模Ilb和型芯13，该型芯13位于由上模和下模形成的型腔12内。该型腔12隔着所述型芯13被分割为两个型腔部12a、12b，所述两个型腔部12a、12b重叠且剖面具有平的形状。这些型腔部12a、12b各自用于成型一个产品。在上模Ila和下模Ilb之间配置有用于密封合模面的密封材料17。
[0040]如图3所示，通过型芯13的边缘部的凹部13a与下模Ilb的内壁的突出部Ilc卡合，型芯13被固定在成型模具11的规定的位置。需要说明的是，本发明不限于此，型芯13也可以与上模Ila而不是下模Ilb卡合，从而固定在规定的位置上，或者，使用夹具等而固定在规定的位置上。
[0041]上模11a、下模Ilb及型芯13可以使用通常能够作为模具材料而被使用的材料，例如，可以是铝、铝合金、铁、不锈钢或殷钢等合金钢等的金属材料，也可以是纤维强化树脂或玻璃材料。另外，这些材料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，虽然没有特别的限制，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/ Cm.K)，最优选地，是在0.1ff/ Cm.K)以下的材料。另外，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。另外，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的高分子膜且内部为发泡体的材料。
[0042]然后，在两个型腔部12a、12b内分别配置平的纤维基材I。作为纤维基材1，可以广泛使用玻璃纤维、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I安装夹具、螺母等部件。根据需要，可以在型芯13与纤维基材I之间配置剥离板片(e — > 7° 7 ^ )等脱模材料(省略图示)。或者，也可以对型芯13的表面进行脱模处理。或者，可以由脱模材料构成型芯13。根据需要，可以将用于在规定的位置固定纤维基材I的结构设置在与纤维基材21相接的型芯及成型模具。例如，在图4中，可以设置在上模11a、下模Ilb或型芯13。在成型模具11内与型芯13 —起配置纤维基材I之后，将上模Ila和下模Ilb合模。在合模后，根据需要，通过压力机14等夹住成型模具11，从外侧施加压力。`
[0043]接着，执行向型腔12内注入树脂材料的步骤120。在树脂注入步骤之前，根据需要，通过吸引口 15b和真空线路17，执行通过真空泵18等对型腔12内减压的步骤112和对成型模具内的纤维基材进行干燥的步骤104。特别是，优选地使型腔内12减压至真空状态。另外，根据需要，也可以对成型模具11加热。在加热的情况下，加热到浸溃温度、干燥温度等规定的温度。需要说明的是，在图2中，表示了在减压步骤112之后执行干燥步骤114的情况，但是也可以在干燥步骤114之后执行减压步骤112。另外，根据需要，可以在注入前对树脂材料进行预热。然后，经由树脂注入口 15a从注入器16等向型腔12内注入树脂材料。根据需要，可以在注入前对树脂材料进行预热。树脂材料通过型芯13的端部与下模Ilb之间的树脂流路、上模Ila或下模Ilb与纤维基材I之间的树脂流路、型芯13与纤维基材I之间的树脂流路，在成型模具11内流动，迅速填满两个型腔部12a、12b内。根据需要，也可以在上模11a、下模lib、型芯13的各个部分设置树脂材料流动的树脂流路。
[0044]两个型腔部12a、12b的剖面为平的形状且两个型腔部12a、12b被重叠配置，因此能够使树脂材料容易地填满两个型腔部12a、12b内。而且，树脂材料容易浸溃于分别配置的纤维基材I。此时，根据需要，可以关闭真空配管，通过用于注入树脂材料的机构，例如注入器16等进行加压。通过利用注入器16等进行加压，能够促进树脂材料的浸溃。另外，在以树脂材料填满型腔12内后，根据需要，关闭吸引口 15b，通过来自树脂注入口 15a的压力，对型腔12内加压(步骤122)。作为加压力优选为3个大气压以上，进一步优选为5个大气压以上，最优选的是10个大气压以上。另外，型腔14内的压力的上限没有特别的限制，但是优选在100个大气压以下。在树脂材料浸溃于纤维基材I后，根据需要，可以使用压力机14等进一步夹紧成型模具11。
[0045]然后，执行使注入的树脂材料固化的步骤130。根据所使用的树脂材料，固化可以通过施加热或者紫外线(UV)，或者，施加热和紫外线而进行。加热可以通过安装在例如压力机14等或成型夹具的加热器等的加热功能而进行。另外，UV的照射可以使用UV灯(省略图示)等进行。由于注入了树脂材料的两个型腔部12a、12b的剖面为平的形状，且两个型腔部12a、12b被重合配置，因此能够容易地进行用于固化的加热及时间的控制、管理。在树脂材料固化之后，从成型模具11取出具有纤维强化树脂的产品。
[0046]另外，虽然为了成型两个产品，成型模具11具有复杂的结构，但是两个型腔部12a、12b是以能够从上模IIa和下模Ilb取下的型芯13介于所述两个型腔部12a、12b的方式形成的，因此成型模具11的清扫是容易的。
[0047]需要说明的是，作为使用的树脂材料，虽然没有特别的限制，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、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)。
[0048]作为这样的链式固化型的树脂组合物，可以使用例如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。作为光聚合引发剂，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。
[0049]另外，作为链式固化型的树脂组合物，可以使用例如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。
[0050]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)。
[0051]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13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、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 (碳纤维强化树脂)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。
[0052]然后，在树脂注入步骤之后，执行使注入的树脂材料固化的步骤130。需要说明的是，固化步骤130中的固化包括半固化。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130中可以使树脂材料完全固化。在固化步骤130中加热的情况下，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110°C以上，进一步优选为150°C以上。另外，通过在成型模具11及型芯13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。
[0053]在固化步骤130之后，执行从成型模具取出型芯和纤维强化树脂的步骤140。需要说明的是，在该取出步骤130之前，根据需要，执行冷却成型模具的步骤132。冷却例如可以使用水冷机等的冷却设备(省略图示)。通过冷却成型模具11，成型模具11的处理、型芯13及纤维强化树脂从成型模具11的取出能够安全且容易地进行。
[0054]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130中对固化型树脂进行加热的情况下，虽然根据其成分会有所不同，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。
[0055]作为成型模具11，不限于图4的实施例，可以采用如图5至图9所示的各实施例的结构。例如，如图5所示，成型模具21形成为，三个型芯23介于上模21a与下模21b之间，使剖面平的四个型腔部22a?22d重叠。这样，即使形成了四个型腔部22a?22d，树脂材料也能够在型芯23的端部与下模21b之间的树脂流路流动，并列地迅速填满四个型腔部22a?22d内。而且，由于树脂材料能够容易地浸溃于配置在各型腔部的四个纤维基材2，因此即使是四个产品也能够同样容易地同时成型。同时成型的产品的数量并没有特别的限制，但如果加热器之间的距离、水冷机构的距离过大，则加热或冷却的效率降低，不均匀也会变大，因此优选地根据产品选择合适的距离。例如，优选地，加热器之间的距离在Im以内，更优选地是50cm以内。
[0056]另外，如图6所示，在成型模具31，重叠的多个型腔部32a?32b，在其剖面上具有弯曲成波纹形的形状。即使是这样弯曲的形状，与平的形状相同地，树脂材料也能够容易地填满多个型腔部32a?32c内，浸溃于配置的纤维基材3，因此能够得到与平的形状同样的效果。
[0057]在图7所示的成型模具41中，形成有剖面具有弯折成帽形的形状的多个型腔部42a?42b。即使是这样的形状，与平的形状相同地，树脂材料也能够容易地填满多个型腔部42a?42c内，浸溃于配置的纤维基材4，因此能够得到与平的形状同样的效果。
[0058]在图8所示的成型模具51中，形成有剖面具有弯折成N形的形状的多个型腔部52a?52b。即使是这样的形状，与平的形状相同地，树脂材料能够容易地填满多个型腔部52a?52c内，浸溃于配置的纤维基材5，因此能够得到与平的形状同样的效果。
[0059]在图9所示的成型模具61中，形成有剖面具有弯折成V形的形状的多个型腔部62a?62b。即使是这样的形状，与平的形状相同地，树脂材料也能够容易地填满多个型腔部62a?62c内，浸溃配置的纤维基材6，因此能够得到与平的形状同样的效果。
[0060]进一步地，根据本发明，作为产品，可以同时成型多个包括轻量化芯和纤维强化树脂的复合材料，所述纤维强化树脂与轻量化芯的表面的至少一部分邻接。通过图1及图10至图12来说明该制造方法的实施方式。
[0061]在本实施方式中，在图1的流程图的步骤110中，与上述实施方式不同，在成型模具配置两种型芯。如图10所示，本实施方式所使用的成型模具71包括上模71a、下模71b和第一型芯73。通过上模71a、下模71b及第一型芯在其内部形成两个具有要成型复合材料的形状的型腔部72a、72b。另外，成型模具71具有第二型芯74，该第二型芯74具有与要成型复合材料的轻量化芯的与所述纤维强化树脂邻接的部分实质上相同的形状。第二型芯74在各型腔部72a、72b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，但第二型芯74通过上模71a、下模71b、第一型芯73的结构，或者夹具等被固定在规定的位置。
[0062]然后，在各型腔部72a、72b内，在要成型复合材料的纤维强化树脂的位置分别配置纤维基材7。根据需要，可以在第二型芯74与纤维基材7之间配置剥离板片等的脱模材料(省略图示)。或者，对第二型芯74的表面进行脱模处理。或者，由脱模材料构成第二型芯74。
[0063]接着，如图2所示，执行向型腔内注入树脂材料的步骤120。需要说明的是，在该树脂注入步骤之前，根据需要，执行对成型模具内进行减压的步骤112。特别是，优选地使型腔内减压至真空状态。另外，如图2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114。干燥可以如上所述地通过压力机14对成型模具71进行加热而进行。另外，根据需要，可以将成型模具71加热到树脂材料的浸溃温度。当然，在本实施方式中，也可以在干燥步骤114之后执行减压步骤112。另外，根据需要，可以在注入前预热树脂材料。
[0064]注入到各型腔部72内的树脂材料浸溃各纤维基材7。此时，根据需要，对树脂材料加压。由此能够促进树脂材料的浸溃。另外，可以关闭吸引口 15b，通过来自树脂注入口 15a的压力，对型腔72内加压(图1的步骤112)。在树脂材料浸溃纤维基材7后，根据需要，使用压力机14进一步夹紧成型模具71。
[0065]然后，在树脂注入步骤之后，执行使注入的树脂材料固化的步骤130。需要说明的是，固化步骤130中的固化包括半固化。当然，在该固化步骤130中，也可以使树脂材料完全固化。
[0066]在固化步骤130之后，如图2所示，执行从成型模具取出两种型芯和纤维强化树脂的步骤140。取下上模71a打开成型模具71，取出通过成型模具71成型的包括纤维基材的固化树脂，即，纤维强化树脂和第二型芯74。然后，分离纤维强化树脂与第二型芯74。在纤维强化树脂与第二型芯74之间配置了剥离板片的情况下，还分离剥离板片。
[0067]需要说明的是，在该取出步骤140之前，根据需要，执行对成型模具71进行冷却的步骤122。冷却与上述实施方式相同。
[0068]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210。如图11所示，在成型模具71内的配置有第二型芯的位置，配置蜂窝材料Sb，在配置有纤维基材的位置，配置纤维强化树脂8a。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8b，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8b与纤维强化树脂8a之间，也可以配置膜状的粘接剂(省略图示)。作为粘接剂，可以使用环氧树脂类粘接剂等。另外，作为粘接剂，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。 [0069]在成型模具71内配置蜂窝材料Sb和纤维强化树脂8a后，对上模7la、下模71b合模。合模后，根据需要，通过位于上模71a及下模71b的外侧的压力机14夹住成型模具71，从外侧施加压力。
[0070]需要说明的是，如图9所示，在配置蜂窝材料和纤维强化树脂后，根据需要，执行对成型模具内抽取真空的步骤212。抽取真空可以像减压步骤112中说明的那样，使用真空泵18使成型模具71内减压至真空状态而进行。
[0071]接着，执行使蜂窝材料与纤维强化树脂一体化的步骤220。如图11所示，由于纤维强化树脂8a在固化步骤130中已经固化，所以即使与蜂窝材料Sb直接接触而一体化，也能够防止树脂流入蜂窝材料8b的表面的孔内。
[0072]一体化例如可以通过安装在压力机14或成型模具10的加热器(省略图示)加热成型模具71而进行。例如，在纤维强化树脂8a为半固化状态的状态下，通过将纤维强化树脂8a加热至完全固化的状态，能够粘接蜂窝材料Sb与纤维强化树脂8a而使其一体化。例如，在使用粘接剂的情况下，只要是热固化型的粘接剂，通过将其加热到粘接剂的固化温度以上，就能够粘接蜂窝材料8b与纤维强化树脂8a而使其一体化。另外，该加热可以与半固化状态的纤维强化树脂的后固化和粘接剂的固化同时进行，由此实现粘接品质的提高和制造时间的缩短。需要说明的是，如果粘接剂不是热固化型，则不需要特别地加热，就能够粘接蜂窝材料与纤维强化树脂而使其一体化。
[0073]另外，在一体化步骤220中通过加热成型模具71，能够进一步提高复合材料的一体化精度。特别是在半固化状态的纤维强化树脂8a的情况下，能够提高复合材料的一体化精度。优选地，一体化步骤220中的加热温度在纤维强化树脂8a的玻璃化转变温度以上。通过使温度在玻璃化转变温度以上，纤维强化树脂8a的树脂成分软化，纤维强化树脂8a的表面配合蜂窝材料8b的形状而变形，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8a，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。[0074]然后，如图2所示，执行从成型模具取出复合材料的步骤230。打开上模71a，如图12所示，能够从成型模具取出两个三层结构的复合材料8，所述复合材料8包括蜂窝材料Sb的芯层和从两侧夹住芯层的两层纤维强化树脂8a。由于这样的复合材料8在除了纤维强化树脂8a和蜂窝材料Sb之外，根据需要仅包括粘接剂，因此复合材料的重量不增大。另外，纤维强化树脂8a是在步骤110?140中使用成型复合材料的成型模具71而成型的，因此尺寸稳定，能够容易地与蜂窝材料8b配合，得到具有高成型精度的复合材料8。进一步地，与使用预浸材料的成型法相比，通过采用这样的RTM成型法能够以高的生产率进行生产。
[0075]需要说明的是，在图10至图12所示的实施方式中，表示了制造三层结构的复合材料8的情况，在所述三层结构的复合材料8，相对蜂窝材料Sb，通过两片纤维强化树脂8a从两侧夹住所述蜂窝材料Sb。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单侧的面邻接的复合材料。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。
[0076]另外，在本实施方式中，表示了使用其整体形状与蜂窝材料Sb具有相同形状的第二型芯74制造复合材料8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相同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。
[0077]另外，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13和图14所示，通过成型模具91形成的复合材料包括具有一定厚度的蜂窝材料8d，但是在成型该复合材料的纤维强化树脂8c、8e的成型模具81中，使第二型芯84的表面维持和蜂窝材料的与纤维强化树脂邻接的部分实质上相同的形状，且使第二型芯84的厚度比蜂窝材料8d更薄。需要说明的是，如图13所示，为了使第二型芯84的厚度更薄，也可以使在成型模具81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。
[0078]这样，通过使第二型芯84的尺寸比蜂窝材料8d小，能够降低在成型模具81中成型纤维强化树脂时所需的能量，并且，在固化步骤130等的成型模具81内的温度控制变得容易，进一步地，第二型芯84的处理变得容易。
[0079]需要说明的是，在图1至图12所示的各实施方式中，上模和下模直接具有产品的成型面，但本发明不限于此。例如，如图13所示，与上模81a或下模81b邻接的第三型芯85可以具有要成型产品的成型面。另外，在上模81a和下模81b之间，可以设置具有筒状的框模81d。优选地，第三型芯85固定在上模81a或下模81b上，或者，与上模81a或下模81b一体化。作为将第三型芯85固定在上模81a或下模81b上的方法，例如，可以在第三型芯85与上模81a或下模81b的接合面之间通过螺栓或销(省略图示)直接结合。或者，也可以将第三型芯85固定在框模81d。
[0080]另外，在使通过成型模具81成型的两片纤维强化树脂之间的角度变得与复合材料不同的情况下，如图13所示，在成型模具81中其中一片纤维强化树脂的长度变短，因此为了使较短的纤维强化树脂成型为规定的形状，可以与框模81d邻接而配置第四型芯86。图14中表示了在成型复合材料的成型模具91中，在蜂窝材料8d与纤维强化树脂8c、8e之间根据需要而配置的膜状的粘接剂8f。
[0081]在使蜂窝材料8d和第二型芯84的尺寸不同的情况下，在成型纤维强化树脂的一系列的步骤110~140中使用的成型模具81与在一体化步骤220中使用的成型模具91，两者的框模81d、91d的高度不同。另外，在使通过成型模具81成型的两片纤维强化树脂之间的角度变得与复合材料不同的情况下，在步骤110~140中使用的成型模具81与在步骤220中使用的成型模具91，两者的第一型芯83、93的形状不同。需要说明的是，在这种情况下，虽然上模81a、91a及下模81b、91b的宽度也不同，但在成型模具81、91中，通过与模架81d、91d邻接而配置第四型芯，并且调整该第四型芯的尺寸，能够使上模81a、91a及下模8lb、9Ib的宽度相等。
[0082]进一步地，在图10至图12以及图13至图14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71、81中，只有位于所述两层纤维强化树脂之间的第二型芯74、84具有和蜂窝材料的与纤维强化树脂邻接的部分实质上相同的形状，但本发明不限于此。例如，作为图13的变形，如图15所示，在该成型模具81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81a或下模81b的第三型芯88具有和蜂窝材料8d的与纤维强化树脂8c、8e邻接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87，具有和蜂窝材料8d的与另一片纤维强化树脂邻接的部分实质上相同的形状，并且，也具有复合材料的成型面。
[0083]进一步地，在上述实施方式中，在步骤210~230中，使用成型模具91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14的变形，如图16所示，将蜂窝材料8d和纤维强化树脂8c、8e配置在规定的位置，并封入由片状或膜状等材料构成的袋100，通过烘箱或高压锅等(省略图示)对该袋进行加热，也可以制造出使蜂窝材料Sd与纤维强化树脂8c、8e —体化的复合材料。封入袋100的纤维强化树脂8c、8e可以使用一部分的形状和蜂窝材料8d的与纤维强化树脂邻接的部分实质上相同的型芯，通过成型模具成型，所以在进行与蜂`窝材料8d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16所示，袋100与下模101可以利用密封材料102进行密封。另外，根据需要，可以在下模101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85，型芯85也可以与下模101 —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。
[0084]另外，作为成型模具71、81的第二型芯74、84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114中的对成型模具的加热、固化步骤130中的对树脂材料的加热。另外，例如，通过在型芯中设置水冷装置或珀耳帖元件(~力^工素子)等，能够赋予冷却功能。由此，能够促进在冷却步骤132中的对成型模具的冷却。
[0085]成型模具71、81的第二型芯74、84可以是在配置步骤110至固化步骤130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。
[0086]附图标记说明
[0087]I?7纤维基材
[0088]8复合材料
[0089]8a、8c、8e纤维强化树脂
[0090]8b、8d蜂窝材料
[0091]10RTM成型装置
[0092]11、21、31、41、51、61、71、81、91 成型模具
[0093]lla、21a、31a、41a、51a、61a、71a、81a、91a 上模
[0094]llb、21b、31b、41b、51b、61b、71b、81b、91b 下模
[0095]12、22、32、42、52、62、72、82 型腔
[0096]13、23、33、43、53、63 型芯
[0097]14压力机
[0098]15a树脂注入口
[0099]15b 吸引口
[0100]16注入器
[0101]17真空线路
[0102]18真空泵
[0103]19真空阱
[0104]73、83、93 第一型芯
[0105]74、84、87、94 第二型芯
[0106]85、88、95 第三型芯
[0107]86第四型芯
[0108]100 袋
[0109]101 下模
[0110]102密封材料
【权利要求】
1.一种制造至少两个具有纤维强化树脂的、扁平形状的产品的方法，其特征在于，包括以下步骤: 准备成型模具，所述成型模具形成为:重叠至少两个型腔部，型芯介于所述至少两个型腔部之间，所述至少两个型腔部具有所述至少两个产品的所述扁平形状； 在所述成型模具的所述至少两个型腔部，分别配置纤维基材； 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，形成所述至少两个产品。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于， 所述至少两个产品具有实质上相同的形状。
3.根据权利要求1或2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。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于， 所述产品是包括轻量化芯和所述纤维强化树脂的复合材料，所述纤维强化树脂与所述轻量化芯的表面的至少一部分邻接。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于， 所述纤维基材的配置步骤包括:在所述各型腔内配置第二型芯和与所述第二型芯邻接的纤维基材，所述第二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，` 所述产品的形成步骤进一步包括: 在固化所述树脂材料之后， 使在所述成型模具成型的、包括所述纤维基材的固化树脂，与所述第二型芯分离； 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。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于， 所述复合材料的形成步骤包括:在配置所述第二型芯的位置，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，使所述轻量化芯与包括所述纤维基材的固化树脂一体化。
7.—种制造至少两个具有纤维强化树脂的、扁平形状的产品的装置，其特征在于，包括: 成型模具，其在至少两个型腔部内分别配置纤维基材之后，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，所述至少两个型腔部具有所述至少两个产品的所述扁平形状； 型芯，所述至少两个型腔部重叠，所述型芯介于所述至少两个型腔部之间。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于， 所述产品是包括轻量化芯和所述纤维强化树脂的复合材料，所述纤维强化树脂与所述轻量化芯的表面的至少一部分邻接， 所述装置在所述型腔内进一步包括第二型芯，所述第二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。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于， 在所述型腔内，所述第二型芯使具有与所述轻量化芯实质上相同的形状的部分被配置在所述复合材料的所述轻量化芯的位置。
【文档编号】B29L31/30GK103687708SQ201280035862
【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