纤维增强树脂的制备方法

纤维增强树脂的制备方法
【专利摘要】一种纤维增强树脂的制备方法，所述方法向配置在成型模具内的增强纤维基材，从在面对该增强纤维基材表面的方向开设的注入口注入树脂，使其含浸在该增强纤维基材中，所述制备方法的特征在于，在厚度方向至少部分地预先除去位于所述注入口的正下方的增强纤维基材部分，由此，在成型模具内的增强纤维基材中形成注入树脂通过用空间，使由注入口注入的树脂通过注入树脂通过用空间而含浸在增强纤维基材中。通过预先在注入口正下方的增强纤维基材部位形成注入树脂通过用空间，从而可以抑制由注入树脂导致的增强纤维基材表面的下压，减少表面的树脂层，可以在维持优异的生产能力的同时提高成型品的表面的设计性。
【专利说明】纤维增强树脂的制备方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及纤维增强树脂（FRP :Fiber Reinforced Plastic)的制备方法，特别是 涉及从在面对增强纤维基材表面的方向开设的注入口注入树脂而含浸在增强纤维基材中 的纤维增强树脂的制备方法的改良。

【背景技术】
[0002] 在使FRP成型用基体树脂含浸在配置于由多个模具形成的成型模具的模腔部的 增强纤维基材、特别是表面积大的增强纤维基材中时，为了实现成型时间的缩短、制备成本 的降低、生产能力的提高等，已知采用了所谓的多点注入法的RTM(树脂传递成型，Resin Transfer Molding)法，所述多点注入法大致同时地从在面对增强纤维基材表面的方向开 设的多个注入口注入树脂而含浸在增强纤维基材中，特别是含浸在其厚度方向（例如专利 文献1)。另外，为了提高成型品的表面品相，还已知以下方法：在配置在成型模具内的增强 纤维基材的至少一面设置具有树脂扩散介质的表层部，从而使树脂在增强纤维基材表面的 面方向迅速地扩展的RTM法（例如专利文献2);使无规垫（random mat)层介于增强纤维 基材的至少一侧的表层部内，从而特别是使得在设计面侧不产生空隙、针孔而提高表面品 相的RTM法（例如专利文献3)，但是在这些专利文献2、3中，对于从在面对增强纤维基材表 面的方向开设的注入口注入树脂的方案，完全没有提及。
[0003] 如上所述，从在面对增强纤维基材表面的方向开设的注入口注入树脂的方法、特 别是多点注入法具有可以实现成型时间的缩短、制备成本的降低、优异的生产能力的维持 等这样的优点，在现有方法中可能产生以下问题。
[0004] S卩，例如如图5所示，向配置在由上模具101和下模具102形成的成型模具103内 的增强纤维基材104 (例如层叠有多片增强纤维材料的增强纤维基材），从在面对增强纤维 基材104表面的方向开设的注入口 105注入树脂的情况（106示例在与图的纸面垂直的方 向排列的增强纤维束）下，如图6所示，由于注入树脂107,特别是由于因注入树脂107的初 期流动造成的碰撞（碰撞部108)，有时增强纤维基材104的表层部位被下压，增强纤维基材 104的表面凹陷而在树脂富集部分或仅是树脂的部分形成该表面部位。另外，此时，增强纤 维基材104的表层部的内部增强纤维束106的排列也可能产生混乱。进而，即使在树脂注 入结束后，例如如图7所示，若在形成上述注入口 105正下方的成型品109的表面的部位存 在仅是树脂的层110,则在树脂注入结束后，由于树脂的固化收缩而使表面111凹陷从而由 表面111形成树脂固化收缩后的表面112,可能使成型品109的设计性恶化。特别是对于 板厚厚的成型品（例如1. 6mm以上）、纤维体积含有率低的成型品（例如50%以下）来说， 由于树脂的绝对量多，所以凹陷易变得明显。这样，特别是在使用了多点注入法的RTM成型 中，因如上所述的注入口正下方的增强纤维基材下压而导致的树脂富集部分的形成部位变 多，易成为使表面的设计性恶化的原因。
[0005] 另外，作为另一个注入口正下方的设计性易变差的原因，可以列举出以下原因：在 注入口正下方的从注入口被开放的部分以后，为了形成成型品而希望使注入后的树脂逐渐 固化，在注入口内部，为了抑制树脂的固化而维持应注入的树脂的流畅的流动，控制为相对 低的温度，因此结果在注入口正下方部分，树脂的温度易变低，固化收缩易集中在该部分。
[0006] 专利文献1 :日本特开2005-246902号公报
[0007] 专利文献2 :日本特开2007-269015号公报
[0008] 专利文献3 :日本特开2005-232601号公报


【发明内容】

[0009] 本发明的课题在于，着眼于如上所述的现有方法中的问题，提供下述纤维增强树 脂的制备方法：从在面对增强纤维基材表面的方向开设的注入口注入树脂的方法中，特别 是在多点注入法中，通过对增强纤维基材侧加以改良，从而可以抑制由注入树脂导致的增 强纤维基材表面的下压，减少表面的树脂层，在维持优异的生产能力的同时提高成型品表 面的设计性。
[0010] 为了解决上述课题，本发明所涉及的纤维增强树脂的制备方法包括以下纤维增强 树脂的制备方法：向配置在成型模具内的增强纤维基材，从在面对该增强纤维基材表面的 方向开设的注入口注入树脂，使其含浸在该增强纤维基材中，其特征在于，在厚度方向至少 部分地预先除去位于所述注入口正下方的增强纤维基材部分，由此，在成型模具内的增强 纤维基材中形成注入树脂通过用空间，使由所述注入口注入的树脂通过所述注入树脂通过 用空间而含浸在所述增强纤维基材中。另外，该空间部也有下述效果：抑制刚注入树脂后的 压力的急剧上升，进而使刚导入到该成型模具内后的树脂的温度与模具温度相适应。
[0011] 在如上所述的本发明所涉及的纤维增强树脂的制备方法中，从在面对增强纤维基 材表面的方向开设的注入口注入树脂时，在该注入口正下方的增强纤维基材侧，在厚度方 向至少部分地预先除去位于注入口正下方的增强纤维基材部分，由此，形成由孔等形成的 注入树脂通过用空间，通过该注入树脂通过用空间而使注入树脂含浸在增强纤维基材中。 由于该注入树脂通过用空间的存在，从注入口注入的树脂首先被注入至注入树脂通过用空 间内，从而从此处含浸在增强纤维基材中，所以刚从注入口注入后的树脂向增强纤维基材 表面的初期碰撞消失或被缓和，由该碰撞而产生的增强纤维基材表面的下压被抑制，表面 的凹陷被抑制，该部分的表面的树脂层被减少。由于该树脂层的减少，树脂的固化收缩被抑 制。另外，由于表面的凹陷被抑制，所以增强纤维基材表层部中的增强纤维的排列混乱也被 抑制。进而，在树脂被完全填充在模具内后，由于上述注入树脂通过用空间仅被树脂材料填 充，所以当含浸在周边的增强纤维基材部分中的树脂固化收缩时成为树脂供给源。结果，大 幅提商被成型的成型品的表面品相，提商设计性。
[0012] 另外，在本发明中，对于上述注入树脂通过用空间来说，只要在厚度方向至少部分 地形成增强纤维基材即可，也就是说，只要从增强纤维基材的注入口侧表面形成至某种深 度即可，但较优选在厚度方向贯通增强纤维基材而形成。在这样的构成中，对于从注入口注 入的树脂来说，加速中的初期流动的树脂不直接碰撞增强纤维基材，而通过贯通了的注入 树脂通过用空间内，从而碰撞与设置有注入口的模具为相反侧的模具的内表面。注入树脂 的力量因向模具内表面的碰撞而被削弱，然后树脂被含浸在增强纤维基材中。因此，因树 脂向增强纤维基材表面的初期碰撞而产生的增强纤维基材表面的下压进一步被抑制，表面 的凹陷进一步被抑制，该部分的表面的树脂层进一步被减少，该部分的树脂的固化收缩进 一步被抑制。另外，由于表面的凹陷进一步被抑制，所以增强纤维基材表层部中的增强纤维 的排列混乱也进一步被抑制。结果，大幅提1?被成型的成型品的表面品相，进一步提1?设计 性。
[0013] 作为本发明的上述注入树脂通过用空间在增强纤维基材的表面方向的面积，下述 形态均可以采用：大于或等于上述注入口向成型模具内的开口面积；小于上述注入口向成 型模具内的开口面积。只要考虑从注入口的树脂注入速度、多点注入的情况下的相邻注入 口部分彼此间的相互影响程度等而适宜选择即可。
[0014] 另外，本发明所涉及的纤维增强树脂的制备方法特别是对于提高在多点注入的情 况下的成型品的设计性来说可以期待显著的效果。即，在开设多个注入口的情况下特别有 效，在该情况下，只要相对于认为是特别有效的至少一个注入口、优选相对于多个注入口形 成上述注入树脂通过用空间即可。
[0015] 另外，本发明所涉及的纤维增强树脂的制备方法也可以应用于上述增强纤维基材 为经层叠的多片增强纤维基材的形态的情况，只要相对于这些经层叠的多片增强纤维基材 形成上述注入树脂通过用空间即可。
[0016] 在这样的经层叠的多片增强纤维基材形态的情况下，优选相对于该多片增强纤维 基材配置树脂的流动性比增强纤维基材高的中间层，该中间层的一部分面向上述注入树脂 通过用空间。即，构成为，在中间层配置树脂流动性比表层侧好的材料。该流动性通常用使 用了达西定律（Darcy' s Law)的渗透性来定义，可以通过实验求得。对于在该中间层配置 流动性好的材料的构成来说，由于从注入树脂通过用空间流入至中间层内的树脂，与在其 两侧层叠的增强纤维基材层内相比，快速地在层内流动，所以在中间层内流动的树脂的一 部分于基材厚度方向从中间层向表层侧流动，形成从中间层向基材表面侧的树脂流。向该 基材表面侧的树脂流欲将多片增强纤维基材的层叠体的表层侧向成型模具的内表面推压， 使得通过该推压而进一步减少基材表层侧的树脂富集部分，可以期待更优异的成型品表面 的设计性。
[0017] 另外，在本发明中，上述成型模具包括两面模具的情况下，作为模腔的厚度，优选 设定为预先确定的规定的厚度。此处，所谓预先确定的规定的厚度实质上是作为目标的成 型品厚度。在本发明方法中，如上所述，由于变得不易在注入口正下方部分产生凹陷，所以 无论在即将含浸树脂前的增强纤维基材的形态中还是在含浸了树脂后的形态中，均变得易 维持表面无凹陷的目标形状，若事先将模腔的厚度简单地设定为作为目标的规定的成型品 厚度，则注入树脂时的增强纤维基材形态、注入树脂、固化后成型品形态这两者均被保持为 所希望的形态。
[0018] 另外，在本发明中，由于构成为通过上述注入树脂通过用空间而将注入树脂含浸 在增强纤维基材中，所以使得被送至上述注入树脂通过用空间内的树脂在固化成型后也残 留。但是，特别是对于面积大、较复杂的形状的成型品来说，多数情况下在制品的制品范围 内位置存在孔等要求在成型后被切除的部位。在这样的情况下，可以容易地将上述注入树 脂通过用空间形成在应成型的制品的制品范围内位置，例如，可以形成在应成型的制品的 制品范围内位置且成型后应被切除的部位，只要根据需要除去残留有固化树脂的成型后的 注入树脂通过用空间、其周围部即可，在即使保持原样使其残留也无问题的情况下，也可以 保持原样地残留。
[0019] 另外，由于本发明也可以对注入口正下方的树脂粘度的降低、与之相伴的注入压 力的降低期待效果，所以与定压排出泵相比优选用于使用了定量排出泵的注入成型。上述 所谓定量排出泵为齿轮泵、轴向活塞泵、搭载有伺服电动机的柱塞泵等通过泵转数、转位来 调整流量而排出的类型的泵。对于这样的泵组来说，流量恒定、排出能力优异，另一方面，在 流过如增强纤维基材内那样流动阻力大的物质的内部时，背压的上升可能变得急剧，可以 实现注入压力的降低的本发明的效果显著而优选。
[0020] 此外，本发明可以适用于具有多个注入口的制备方法。例如，在具有多个注入口正 下方的模具中，难以使上述注入口正下方的模腔厚度、增强纤维层叠体的纤维体积含有率 相等，若有较易流动的注入口，则流动图案变形，有时会产生与之相伴的缺陷。为了改善该 流动图案变形的缺陷，可以列举出将模具本身进行加工调整的方法，但在模具的尺寸大的 情况下并不容易做到。而本发明可以在现场容易地进行加工。
[0021] 这样，根据本发明所涉及的纤维增强树脂的制备方法，通过预先在注入口正下方 的增强纤维基材部位形成注入树脂通过用空间，可以抑制由注入树脂导致的增强纤维基材 表面的下压，减少表面的树脂层，可以在维持优异的生产能力的同时提高成型品的表面的 设计性。

【专利附图】

【附图说明】
[0022] [图1]为表示本发明的一个实施方式所涉及的纤维增强树脂的制备方法的注入 口附近的结构简图。
[0023] [图2]为表示将图1的方法应用于多点注入法的一例的成型模具的透视俯视简 图。
[0024] [图3]为表示本发明的另一个实施方式所涉及的纤维增强树脂的制备方法的注 入口附近的结构简图。
[0025] [图4]为表示本发明的再另一个实施方式所涉及的纤维增强树脂的制备方法的 注入口附近的结构简图。
[0026] [图5]为表示现有的纤维增强树脂的制备方法的开始注入树脂前的状态的一例 的注入口附近的结构简图。
[0027] [图6]为表示图5的方法中的刚开始注入树脂后的状态的一例的注入口附近的结 构简图。
[0028] [图7]为表示图5的方法中的注入树脂后使树脂固化的情况的一例的注入口附近 的结构简图。

【具体实施方式】
[0029] 以下边参照附图边对本发明的实施方式进行说明。
[0030] 图1表示本发明的一个实施方式所涉及的纤维增强树脂的制备方法。在由上模具 1和下模具2形成的成型模具3内，配置例如由多个增强纤维材料的层叠体形成的增强纤维 基材4,从在面对增强纤维基材4的一个表面的方向开设在上模具1的注入口 5,注入用作 应成型的纤维增强树脂的基体树脂的树脂，将被注入的树脂含浸在增强纤维基材4中。通 过在厚度方向至少部分地预先除去位于注入口 5正下方的增强纤维基材部分，在成型模具 3内的增强纤维基材4中形成注入树脂通过用空间6。在本实施方式中，注入树脂通过用空 间6在厚度方向贯通增强纤维基材4而形成。从注入口 5被注入的树脂7通过该注入树脂 通过用空间6而含浸在增强纤维基材4中。在本实施方式中，由于注入树脂通过用空间6贯 通增强纤维基材4而形成，所以从注入口 5被注入的树脂7在刚注入后的初期流动中不直 接碰撞增强纤维基材4,而碰撞下模具2的内表面（碰撞部8)，注入树脂7的力量被削弱。 从注入口 5被注入到注入树脂通过用空间6内的树脂7从注入树脂通过用空间6向增强纤 维基材4中以树脂流9所示的方式进行含浸。
[0031] 在上述方法中，在注入口 5正下方的增强纤维基材4中形成贯通孔形态的注入树 脂通过用空间6,从注入口 5被注入的树脂7首先被注入至注入树脂通过用空间6内，从而 从此处含浸在增强纤维基材4中，因此刚从注入口 5注入后的树脂向增强纤维基材4表面 的初期碰撞消失，因该碰撞而产生的增强纤维基材4表面的下压被抑制，表面凹陷的产生 被抑制。另外，由于将注入树脂通过用空间6形成为贯通孔形态，所以如上所述，注入树脂 7碰撞下模具2的内表面，其力量被削弱。由于这一点，也进一步抑制增强纤维基材4表面 的下压，进一步抑制表面凹陷的产生。因此，在该部分的表面实质上未形成富集树脂的层、 仅是树脂的层。因此，在该部分形成树脂层时的现有方法中的树脂的固化收缩被抑制。另 夕卜，由于表面的凹陷被抑制，因此增强纤维基材4的表层部中的如图5所示的增强纤维排列 的混乱也被抑制。由于这些表面凹陷的产生的抑制、树脂固化收缩的抑制、增强纤维排列混 乱的抑制，结果大幅提1?被成型的成型品的表面品相，大幅提1?其设计性。
[0032] 如上所述，上述那样的方法对多点注入的情况特别有效。在图2中表示将图1的 方法应用于多点注入法的情况的一例。11表不成型模具，12表不成型时的密封线，13表不 在模腔内成型的制品的外形。在该模腔内配置增强纤维基材，进行树脂的注入、纤维增强树 脂的成型，在成型模具11的适当位置设置多个在面对增强纤维基材的表面的方向开设的 注入口 14,在该例中，为了通过抽吸对模腔内进行减压而注入树脂，在与注入口 14不同的 适当位置设置多个抽吸口 15。优选相对于所有的注入口 14,形成与如图1所示相同的注入 树脂通过用空间，但也可以设为下述形态：仅相对于必要的注入口 14形成注入树脂通过用 空间；相对于特定的注入口 14不形成树脂通过用空间而仅相对于剩余的注入口 14形成注 入树脂通过用空间。通过这样在多点注入的情况下应用本发明，可抑制在现有方法中可能 多次产生的表面凹陷的产生、树脂的固化收缩、增强纤维排列的混乱，可大幅提高成型品的 表面品相，大幅提1?其设计性。
[0033] 另外，在如图2所示的实例中，在与成型品范围内的特定注入口周围相当的部分 设定切除部分16,对于切除部分16内来说，在成型后从成型品中被除去，该除去后的空间 部分可被用于附加零件的安装、与其它部件的配合。因此，若在该切除部分16的范围内形 成注入树脂通过用空间，则残留在该注入树脂通过用空间内的成型后的仅由树脂形成的部 分随着切除而从成型品中被除去。当然，在仅由树脂形成的部分可以残留的情况下，只要保 持原样地使其残留即可。只要根据成型品的要求规格确定采用何种成型方式即可。
[0034] 图3表示本发明的另一个实施方式所涉及的纤维增强树脂的制备方法。在本实施 方式中，在由多个增强纤维材料的层叠体形成的增强纤维基材21中，配置树脂的流动性比 增强纤维基材21高的中间层22。在配置有这样的流动性高的中间层22的方式中，被注入 至注入树脂通过用空间6内的树脂7从注入树脂通过用空间6流入至增强纤维基材21内 和中间层22内两者中（树脂流23、24)，对于流入至中间层22内的树脂24来说，与在其两 侧层叠的增强纤维基材21的层内相比，快速地在层内流动，因此在中间层22内流动的树脂 的一部分于基材厚度方向从中间层22向基材的表层侧流动，形成从中间层22向基材表面 侧的树脂流25。由于向该基材表面侧的树脂流25欲将多片增强纤维基材的层叠体的表层 侧向成型模具3的内表面推压，所以使得通过该推压而在广泛范围内减少基材表层侧的树 脂富集部分，实现更优异的成型品表面的设计性。其它的构成、作用、效果参照上述图1所 示的实施方式。
[0035] 图4表示本发明的再另一个实施方式所涉及的纤维增强树脂的制备方法。在本实 施方式中，在具有非设计面侧31和设计面侧32的成型中，通过在该设计面侧32中残留增 强纤维基材33作为连续层，可以在保持设计面侧的品相（交叉网格）的状态下发挥本发明 的效果，从而优选。作为上述连续层的片数，可以为了得到所希望的品相而适宜选择，但对 于层叠构成无任何限定。其它的构成、作用、效果参照上述图1所示的实施方式。
[0036] 需说明的是，在本发明中，使用的增强纤维基材的增强纤维无特殊限定，可以使用 碳纤维、玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维以及组合有上述增强纤维的基材。另外，基材的形态也 可以应用织物、在一个方向排列增强纤维的形态、它们的层叠体等任意的形态。此外，对于 纤维增强树脂的基体树脂也无特殊限定，热固性树脂、热塑性树脂均可以应用，但在易产生 树脂的固化收缩的情况下以及使用多点注入法的情况下，本发明特别有效。
[0037] 产业h的可利用件
[0038] 本发明实质上可以应用于所有的纤维增强树脂的制备，特别适合于对成型品的表 面要求良好的设计性的情况。
[0039] 符号说明
[0040] 1上模具
[0041] 2下模具
[0042] 3成型模具
[0043] 4、21增强纤维基材
[0044] 5 注入口
[0045] 6注入树脂通过用空间
[0046] 7注入树脂
[0047] 8碰撞部
[0048] 9、23向增强纤维基材中的树脂流
[0049] 11成型模具
[0050] 12密封线
[0051] 13被成型的制品的外形
[0052] 14 注入口
[0053] 15 抽吸口
[0054] 16切除部分
[0055] 22中间层
[0056] 24向中间层内的树脂流
[0057] 25从中间层向基材表面侧的树脂流
[0058] 31非设计面侧
[0059] 32设计面侧
[〇〇6〇] 33增强纤维基材的连续层
【权利要求】
1. 一种纤维增强树脂的制备方法，向配置在成型模具内的增强纤维基材，从在面对所 述增强纤维基材表面的方向开设的注入口注入树脂而含浸在所述增强纤维基材中，其特征 在于， 在厚度方向至少部分地预先除去位于所述注入口的正下方的增强纤维基材部分，由 此，在成型模具内的增强纤维基材中形成注入树脂通过用空间，使由所述注入口注入的树 脂通过所述注入树脂通过用空间而含浸在所述增强纤维基材中。
2. 如权利要求1所述的纤维增强树脂的制备方法，其中，所述注入树脂通过用空间在 厚度方向贯通所述增强纤维基材而形成。
3. 如权利要求1或2所述的纤维增强树脂的制备方法，其中，所述注入树脂通过用空间 在所述增强纤维基材的表面方向的面积大于或等于所述注入口向成型模具内的开口面积。
4. 如权利要求1或2所述的纤维增强树脂的制备方法，其中，所述注入树脂通过用空间 在所述增强纤维基材的表面方向的面积小于所述注入口向成型模具内的开口面积。
5. 如权利要求1?4中任一项所述的纤维增强树脂的制备方法，其中，开设多个所述注 入口，至少相对于一个注入口形成所述注入树脂通过用空间。
6. 如权利要求1?5中任一项所述的纤维增强树脂的制备方法，其中，相对于经层叠的 多片增强纤维基材形成所述注入树脂通过用空间。
7. 如权利要求6所述的纤维增强树脂的制备方法，其中，相对于多片增强纤维基材，配 置树脂的流动性比增强纤维基材高的中间层，所述中间层的一部分面向所述注入树脂通过 用空间。
8. 如权利要求1?7中任一项所述的纤维增强树脂的制备方法，其中，所述成型模具包 括两面模具，将模腔的厚度设定为预先确定的规定厚度。
9. 如权利要求1?8中任一项所述的纤维增强树脂的制备方法，其中，所述注入树脂通 过用空间形成于应成型的制品的制品范围内位置。
10. 如权利要求1?9中任一项所述的纤维增强树脂的制备方法，其中，使树脂含浸在 所述增强纤维基材中的方法为定量排出方法。
【文档编号】B29C39/10GK104105584SQ201380007644
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2013年2月15日 优先权日:2012年2月15日
【发明者】山本晃之助, 辻诚司, 北川将士 申请人:东丽株式会社