賦型成型模以及使用其的預成型體及纖維增強塑料的製造方法

2023-05-18 19:04:21

專利名稱：賦型成型模以及使用其的預成型體及纖維增強塑料的製造方法
技術領域：
本發明涉及通過樹脂傳遞成型法(以下有時也稱為RTM成型法) 製造纖維增強塑料時所用的賦型成型模、以及使用其的預成型體及纖 維增強塑料的製造方法。更詳細而言，涉及通過在一體化設置在賦型 成型模內的配管中流入熱介質來加熱賦型成型模，而能夠不使用烘 箱，加熱作為纖維增強塑料材料的增強纖維基材以及基質樹脂，製造 預成型體及纖維增強塑料的樹脂傳遞成型用賦型成型模，以及使用其 的預成型體及纖維增強塑料的製造方法。
背景技術：
構成航空器等運輸設備的結構構件要求滿足機械特性，同時還要 求輕質化和降低成本。其中，對航空器的結構構件輕質化的期望更為 迫切，為了實現機械特性和輕質化，也研究對主翼、尾翼、機身等一 次結構構件進行纖維增強塑料(以下有時也稱為FRP)化。
作為上述FRP的代表性製造方法，已知有高壓蚤成型法(autoclave molding)。高壓釜成型中，作為FRP的材料，使用預先在增強纖維中 含浸基質樹脂得到的預浸料(pre-preg),將預浸料層合在構件形狀 的成型模中後，通過高壓釜，用規定的溫度及壓力進行加熱.加壓，成 型FRP。此處所用的預浸料具有能高度控制增強纖維體積率Vf,能得 到力學特性優異的FRP的優點，但是存在下述問題預浸料本身是昂 貴的材料，高壓釜設備非常昂貴等，導致成型成本高。特別是航空器 用結構構件由於部件的尺寸大，所以使用的高壓釜也大，使得設備成 本格外高。
另一方面，作為能夠降低成型成本的成型法，可以舉出樹脂傳遞
5成型法(以下有時也稱為RTM: Resin Transfer Molding )等樹脂注入 成型法。
樹脂傳遞成型法是特徵在於將層合體(以下稱為預成型體)配置 在成型模中後，對基質樹脂進行加壓，使其注入.含浸在預成型體內， 使用烘箱等將基質樹脂固化的FRP的成型法，所述層合體是將未含浸 基質樹脂的增強纖維基材調整成成型的形狀而得到的。
如上所述，由於樹脂傳遞成型法使用未含浸基質樹脂的乾式增強 纖維基材，所以具有能降低材料成本的優點，進而由於不使用高壓釜， 所以有能降低成型成本的優點。
其中，利用真空壓注入基質樹脂的樹脂傳遞成型法(VaRTM: Vaccum Assisted Resin Transfer Molding )能用簡單的i殳備成型，所以 作為能大幅降低成型成本的成型法為人們所知。
但是，由於上述VaRTM成型法不進行真空壓以外的加壓，所以 成型品的厚度、形狀等品質在很大程度上依賴於預成型體的品質。因 此，製造高品質的預成型體極為重要。
作為製造樹脂傳遞成型用預成型體的方法，提出了下述方法，在 具有賦型面的下模的該賦型面上配置層合片，所述層合片由賦予了用 於粘合層間的粘合材料的多張增強纖維基材構成，使具有與該下模的 賦型面一致的賦型面的上模從該層合片上方依次擠壓層合片各部位 的小區域，由此賦予層合片規定的預成型體形狀，然後，通過加熱空 氣或有機矽橡膠加熱器(heater)等，加熱層合片，粘合層合層間， 從而製作預成型體(例如參見專利文獻l)。
但是，如果採用上述方案，則為了用加熱空氣加熱層合片，必須 使用烘箱。烘箱雖然比高壓釜廉價，但用烘箱成型航空器用結構構件 時，需要能裝入該構件的大型烘箱，並且加熱工序中，需要將賦型模 轉移至烘箱中，從而導致成型成本增加。進而，根據成型品的形狀， 存在烘箱的熱風容易吹到的部位和難以吹到的部位，從而導致加熱不 均。另一方面，雖然也記載了用有機矽橡膠加熱器等進行加熱的方法， 但完全沒有記載有機矽橡膠加熱器等的設置方法等，加熱航空器結構
6構件之類大型構件時，具有下述問題需要非常大面積地配置有機矽
橡膠，以及在有機矽橡膠接觸模的部位和未接觸才莫的部位之間產生加熱不均，從而導致成型品不良等。
作為製造樹脂傳遞成型用預成型體的方法，也提出了下述方法層合表面賦予了樹脂的增強纖維基材，配置在賦型模上，從增強纖維基材上覆蓋片材，從其上施加壓力，由此使增強纖維變形為規定的形狀，通過設置在賦型模中的加熱機構使該樹脂熔融、固化來保持賦予增強纖維的形狀(例如參見專利文獻2)。
但是，上述方案中，關於加熱機構的說明只有加熱器，如前面所說明，特別是加熱航空器結構構件之類大型構件時，有產生加熱不均的問題。另外，專利文獻2的圖1中，雖然賦型模內部標記有加熱源，但如上所述在實心的賦型模內部設置加熱源時，加熱源產生的大部分熱量被賦型模本身奪走。因此，除產生溫度不均的問題之外，還有無法有效地加熱增強纖維基材、並且模的重量增加的問題。上述加熱時的問題影響預成型體的形狀保持性或厚度等物性。特別是如專利文獻1、 2所述，將通過加熱使存在於層合層間的粘合材料軟化得到的層合片模壓或通過利用真空袋的大氣壓等進行加壓，使該粘合材料粘合在增強纖維基材上時，預成型體的形狀保持性受到影響。另外，由於在通過加熱使粘合材料軟化的狀態下進行加壓，所以粘合材料變得較薄，導致預成型體的厚度也受到影響。
並且，在樹脂傳遞成型法中，預成型體的厚度不僅對形狀尺寸有影響，還影響基質樹脂的含浸性，所以是極重要的控制參數。也就是說，加熱及加壓條件過高導致預成型體的厚度變得過薄時，預成型體的增強纖維的密度變得過高，從而導致基質樹脂的流路阻力增大，有可能產生基質樹脂沒有被含浸的問題。相反，加熱及加壓條件不充分導致預成型體的厚度變得過厚時，預成型體的增強纖維的密度降低，同時增強纖維體積含有率(以下有時稱為Vf)降低，有可能產生難以呈現規定的力學特性的問題。
由此產生加熱不均時，因預成型體部位不同導致品質出現不均，
7所以在製作用於樹脂傳遞成型的預成型體時，增強纖維基材的層合片 的加熱方法極為重要。
並且，將如上所述製造的預成型體配置在與賦型模不同的成型模 中，根據需要，配置用於注入及抽吸基質樹脂等的輔助材料，在模壓 或通過真空袋密閉預成型體的狀態下將基質樹脂注入.含浸在預成型 體內，通過烘箱等加熱基質樹脂進行固化。
注入.含浸基質樹脂時，在固化反應導致基質樹脂粘度增加不成為 問題的溫度範圍內，加熱配置在成型模內的預成型體及基質樹脂，由 此降低基質樹脂的粘度，提高含浸性。另外，在結束將基質樹脂含浸 在預成型體內後，需要加熱到基質樹脂的固化溫度來固化基質樹脂。
因此，除準備賦型模之外，需要另外準備成型模，同時需要將配 置有預成型體的成型模轉移至烘箱等加熱設備中，有成型時間過長的 問題。
特別是在航空器用結構構件中存在下述問題由於結構構件的尺 寸大，所以成型模的重量非常重，轉移至烘箱等加熱設備中需要耗費 勞力和時間，或者需要牽引車等設備，花費很多設備費用等。
專利文獻l:特開2004- 322422號公才艮
專利文獻2:特開2006- 123404號公才艮

發明內容
鑑於上述現有技術的問題，本發明的目的在於提供能高精度、均 勻且有效地加熱增強纖維基材的層合體的賦型成型模、以及使用其的 樹脂傳遞成型用預成型體及纖維增強塑料的製造方法。
本發明為了解決上述課題，採用下面的任一種手段。 (1) 一種賦型成型模，是形成中空凸部的面板部和平板部一體 化得到的纖維增強塑料的樹脂傳遞成型用賦型成型模，其中，成為熱 介質流路的金屬制配管通過導熱性材料在所述面板部的裡面成為一 體化，並且橡膠製圓棒在所述平板部的賦型或成型中使用的區域的外 側成為一體化。(2) 如上述(1 )所述的賦型成型模，其中，所述面板部的厚度
為1 mm以上15mm以下。
(3) 如上述(1)或(2)所述的賦型成型模，其中所述橡膠製 圓才奉的直徑為10mm以上100mm以下。
(4) 如上述(1) ~ (3)中任一項所述的賦型成型模，其中， 在所述凸部和所述橡膠製圓棒之間的上述平板部設置有樹脂傳遞成 型用基質樹脂的注入口及抽吸口 。
(5) 如上述U) ~ (4)中任一項所述的賦型成型模，其中， 所述面板部通過衝壓(press)加工而形成。
(6) —種預成型體的製造方法，其特徵在於，使用上述(l) ~
(5) 中任一項所述的賦型成型模，通過下述工序製造樹脂傳遞成型 用預成型體。
(A) 將層合體配置在所述賦型成型模上的配置工序，所述層合 體是層合表面具有熱塑性樹脂及/或熱固性樹脂的增強纖維布帛得 到的層合體；
(B) 用橡膠片覆蓋所述層合體整體，密閉所述賦型成型模後， 真空抽吸密閉空間內，將所述層合體進行賦型的賦型工序；
(C )在所述配管內流入熱介質，加熱加壓賦型後的所述層合體， 由此通過所述增強纖維布帛表面的所述熱塑性樹脂或/及熱固性樹 脂，粘合所述增強纖維布帛間的加熱加壓工序；
(7) 如上述(6)所述的預成型體的製造方法，其中，在所述(A) 配置工序中，與所述層合體一起配置成為樹脂傳遞成型中的基質樹脂 的流路的輔助材料。
(8) 如上述(6)或(7)所述的預成型體的製造方法，其中， 所述(C)加熱加壓工序中，所述賦型成型模的升溫速度在加熱溫度 40°C以上130。C以下的範圍內為0.5°C /分鐘以上3。C /分鐘以下。
(9) 一種纖維增強塑料的製造方法，其特徵在於，將採用上述
(6) ~ (8)中任一項所述的方法得到的預成型體設置在與所述賦型 成型模不同的成型模中，將基質樹脂注入、含浸、固化。
9(10) —種纖維增強塑料的製造方法，其特徵在於，使用上述 (1) ~ (5)中任一項所述的賦型成型模，通過下述工序進行樹脂傳 遞成型。
(A) 將層合體配置在所述賦型成型模上的配置工序，所述層合 體是層合表面具有熱塑性樹脂或/及熱固性樹脂的增強纖維布帛得 到的層合體；
(B) 用橡膠片覆蓋所述層合體整體，密閉所述賦型成型模後， 真空抽吸密閉空間內，將所述層合體進行賦型的賦型工序；
(C) 在配管內流入熱介質，加熱加壓賦型後的所述層合體，由 此通過所述增強纖維布帛表面的所述熱塑性樹脂或/及熱固性樹脂， 粘合所述增強纖維布帛間的加熱加壓工序；
(D) 解除所述橡膠片的密閉，在所得的預成型體沒有脫模仍然 配置在所述賦型成型模中的狀態下，進一步配置用於注入、含浸基質 樹脂的介質及剝離層(peel ply)的輔助材料配置工序；
(E) 用袋膜(bag film)覆蓋所述預成型體、所述介質及所述剝 離層，密閉所述賦型成型模後，真空抽吸密閉空間內的裝袋(bagging)
工序；
(F) 在真空抽吸所述密閉空間內的狀態下，注入基質樹脂，通 過所述介質，使該基質樹脂含浸在所述預成型體中的樹脂注入'含浸工
序；
(G) 在所述配管內流入熱介質，加熱所述基質樹脂進行固化的 樹脂固化工序；
(H) 將成型品從賦型成型模中脫模的脫模工序。
(11 )如上述(10)所述的纖維增強塑料的製造方法，其中，在 上述(D)輔助材料配置工序中，在所述介質和所述剝離層上配置板 狀夾具。
(12) —種纖維增強塑料的製造方法，其特徵在於，使用上述 (1) ~ (5)中任一項所述的賦型成型模，通過下述工序進行樹脂傳
遞成型。(A) 在所述賦型成型模上配置層合體和在樹脂傳遞成型中成為 基質樹脂的流路的介質及剝離層的配置工序，所述層合體是層合在表 面具有熱塑性樹脂或/及熱固性樹脂的增強纖維布帛得到的層合體；
(B) 用橡膠片覆蓋所述層合體整體，密閉所述賦型成型模後， 真空抽吸密閉空間內，將所述層合體進行賦型的賦型工序；
(C) 在配管內流入熱介質，將賦型後的所述層合體進行加熱加 壓，由此通過所述增強纖維布帛表面的所述熱塑性樹脂或/及熱固性 樹脂粘合所述增強纖維布帛間的加熱加壓工序；
(D) 解除所述橡膠片的密閉，在所得的預成型體、所述介質及 剝離層沒有脫模仍然配置在所述賦型成型模中的狀態下，用袋膜覆蓋 所述預成型體、所述介質及所述剝離層，密閉所述賦型成型模後，真 空抽吸密閉空間內的裝袋工序；
(E) 在真空抽吸所述密閉空間內的狀態下，注入基質樹脂，通 過所述介質將該基質樹脂含浸在所述預成型體中的樹脂注入'含浸工
序；
(F) 在所述配管內流入熱介質，加熱所述基質樹脂進行固化的 樹脂固化工序；
(G) 將成型品從賦型成型模中脫模的脫膜工序。
(13) 如上述(12)所述的纖維增強塑料的製造方法，其中，在 所述(E)的裝袋工序中，在所述介質及所述剝離層上配置板狀夾具， 然後用袋膜密閉所述賦型成型模。
(14) 如上述(10) ~ (13)中任一項所述的纖維增強塑料的制 造方法，其中，在所述(C)加熱加壓工序中，所述賦型成型模的升 溫速度在加熱溫度為40°C以上130°C以下的範圍內為0.5°C /分鐘以上 3°C /分鐘以下。
本發明的賦型成型模具有能高精度、均質且有效地加熱的加熱機 構，所以通過使用該賦型成型模，無需烘箱等加熱設備，能提供低成 本且高品質的樹脂傳遞成型用預成型體及使用其的纖維增強塑料。
ii


說明本發明的一個實施方案的賦型成型模的橫截面簡圖。圖l所示的賦型成型模的俯視簡圖。用於表示本發明的樹脂傳遞成型用預成型體的製造方法 的賦型成型模的橫截面簡圖。比較例2中製作的具有實心凸部的賦型成型模的橫截面簡圖。用於表示本發明的纖維增強塑料的製造方法的賦型成型 模的橫截面簡圖。用於表示本發明的樹脂傳遞成型用預成型體的製造方法 的賦型成型模的橫截面簡圖。表示比較例l中製作的賦型成型模和熱風的位置關係圖。
符號說明
1:賦型成型模 2:面板部 3:平板部
4:成為熱介質流路的配管(用於加熱凸部)
5:成為熱介質流路的配管(用於加熱平板部)
6:導熱性材料
7:橡膠製圓棒
8:基質樹脂的注入口
9:基質樹脂的抽吸口
10:隔熱材料
11:孔
12:配管與溫度調節器的連結口
13:層合體 ，
14:橡膠片
15:橡膠片的環箍
1216具有實心凸部的賦型成型模
17實心凸部
18成為熱介質流路的配管
19預成型體
20介質
21板
22袋膜
23密封劑
26注入用連接器(coupler)
27抽吸用連接器
50製品的》務邊線(trim line)
60凸部對著熱風 一 側的側面部6 0
70熱風
具體實施例方式
樹脂傳遞成型法主要分為製造預成型體的工序(以下稱為工序 (I))、和通過在預成型體中注入和含浸樹脂進而使其固化來製造 纖維增強塑料的工序(以下稱為工序(II))。在上述工序中，需要 將作為成型的纖維增強塑料的材料的增強纖維基材或基質樹脂加熱、 冷卻至規定溫度。
即，在工序(I)中，特別是增強纖維基材在其表面具有熱塑性 樹脂或熱固性樹脂等樹脂材料時，通過將增強纖維基材加熱、加壓， 使樹脂材料軟化，粘合增強纖維基材的層間，從而提高預成型體的形 狀保持性，進而通過調節加熱溫度來控制預成型體的厚度。
另外，在工序(II)中，在注入樹脂時加熱含浸在預成型體中的 基質樹脂，使樹脂粘度降低來提高含浸性，並且在含浸後，通過加熱 到固化溫度來使基質樹脂固化。
本發明的賦型成型模具有能呈現上述工序所要求的加熱條件的 加熱機構，無需用烘箱進行加熱，能製造預成型體或纖維增強塑料。以下說明本發明的賦型成型模。
本發明的賦型成型模是形成中空凸部的面板部和平板部 一體化 得到的賦型成型模，進而，將成為熱介質流路的金屬制配管用導熱性 材料在該面板的裡面 一體化，並且橡膠製管在所述平板部的賦型或成 型中使用的區域的外側 一體化。
本發明的賦型成型模不僅能用作將基於樹脂傳遞成型法製造纖 維增強塑料時所用的預成型體進行賦型的賦型模，還能用作下面詳細 說明的由預成型體製造纖維增強塑料的成型模。當然，也可以根據需 要在使用具有本發明構成的賦型成型模作為賦型模製造預成型體後， 使用其他成型模成型該預成型體。
以下，使用附圖進一步詳細說明本發明。
圖l是說明本發明的賦型成型模l的一個實施方案的橫截面簡圖，
C型的面板部2和平板部3—體化，形成中空凸部，該凸部構成用於將 預成型體賦型為規定形狀的賦型部分。
通過用C型的面板部2和平板部3構成作為成型預成型體的賦型面 的凸部，並且製成中空，能儘可能降低凸部2的熱容。並且，通過降 低上述熱容，能在短時間內將賦型成型模加熱或冷卻至規定的溫度。 特別是用於將航空器用結構構件等大型部件進行賦型、成型的模非常 龐大，所以從縮短成型時間的觀點來看，將模整體迅速加熱或冷卻至 規定溫度的技術非常有用。
面板部2和平板部3被一體化。所謂一體化，是指通過密封焊接等 形成保持氣密的結構。在成型預成型體的面板部2和具有賦型時使用 的橡膠片的密封部位的平板部3未保持氣密地被一體化的情況下，真 空抽吸用橡膠片覆蓋的內部進行減壓時，發生漏氣，無法對增強纖維 布帛的層合體施加足夠的壓力。另外，在預成型體中注入樹脂時也同 樣發生漏氣，產生孔穴或空隙等。因此，需要將面板部2和平板部3通 過密封焊接等以保持氣密的結構進行一體化。
進而，在形成中空凸部的C型面板部2的裡面(內側)設置有成為 熱介質流路的金屬制配管4 。另外，在圖1所示的本發明賦型成型模中，在平板部3的裡面也設置了成為熱介質流路的配管5。配管4、 5與能將
水或油等熱介質體加熱並噴出的溫度調節器連接，加熱後的熱介質從
該溫度調節器流入配管4、 5中，從而加熱面板部2及平板部3進行溫度 調節。需要說明的是，形成中空凸部的面板部2及平板部3的裡面是指 與賦型成型時接觸增強纖維布帛的面相反 一 側或與配置在密閉空間 內的面相反一側的面。
本發明中，如上所述，與烘箱等熱風加熱不同，通過傳熱率高的 熱水、熱油加熱面板部2以及平板部3。因此，能極快且精度良好地進 行模的溫度控制。另外，在烘箱等熱風加熱的情況下，在熱風吹到的 部位和難以吹到的部位產生加熱不均，本發明通過在設置於模中的配 管內流入熱介質直接加熱模，所以加熱不均小，能均質地加熱。
需要說明的是，將本發明的賦型成型模僅用於製造在樹脂傳遞成 型法中使用的預成型體時，未必需要在平板部3的裡面設置成為熱介 質流路的配管5，但用作在預成型體中注入基質樹脂並固化製造纖維 增強塑料的成型模時，由於基質樹脂也附著在平板部上，所以需要將 附著在該平板部上的基質樹脂固化進行脫模。因此，優選在平板部3 的裡面也設置成為熱介質流路的配管5 。
圖2是表示成為熱介質流路的配管4、 5的設置位置的賦型成型模1 的俯視簡圖。
配管4、 5的根數、設置位置等規格沒有特別限定，需要按能供給 足以將賦型成型模加熱至規定溫度的熱量的根數、規格進行設置。需 要說明的是，圖2所示的賦型成型模中配管4為6根、配管5為4根，每2 根分別連接成U字。另外，圖2中，配管4、 5所示的箭頭表示來自溫度 調節器的熱介質的流動方向。
如圖2所示，配管4、 5與溫度調節器的連接口 12集中在賦型成型 模 一 側的方案因容易與溫度調節器的熱介質的管路連接而優選。另 外，優選如圖2所示，將配管4配置至製品的修邊線50的外側。通過將 配管4配置至製品的修邊線的外側，能充分加熱製品形狀部分的預成 型體。配管4、 5與溫度調節器的連接方式沒有特別限定，但需要對應能安裝在溫度調節器上的熱介質的管道數。
另外，本發明中，將配管4通過導熱性材料在形成凸部的面板部2 的裡面一體化。圖1表示成為熱介質流路的配管4、 5被導熱性材料6覆
蓋、與形成中空凸部的面板部2及平板部3的裡面一體化的情況。由此，
通過用導熱性材料進行一體化，流入配管內部的熱介質的熱傳導良 好，能均勻地加熱賦型成型模。需要說明的是，此處所說的用導熱性
材料一體化是指配置在面板部2裡面的配管4在表面被導熱性材料覆 蓋的狀態下被固定在面板部，換言之，是指配管4通過該導熱性材料 配置在面板部2的裡面。
另外，此時，基於相同的觀點，優選將配管5也用導熱性材料一 體化在平板部3的裡面。
本發明中所說的導熱性材料優選加入了導熱性優異的金屬粉的 環氧樹脂材料或含有碳的水泥(cement)材料。其中，優選含有碳的 水泥材料。含有碳的水泥材料具有充分的傳熱率，同時施工性也優異， 故而優選。優選使用鏝刀等如圖1所示地覆蓋配管的同時使配管和賦 型成型模(面板部2、平板部3) —體化地塗布水泥材料，進行養護、 固化。
需要說明的是，將配管全長都焊接在賦型成型模中一體化時，可 能導致賦型成型模發生焊接變形，故而不優選。本發明的賦型成型模 的凸部使用面板形成中空凸部，所以在形成凸部的面板的裡面焊接配 管進行一體化時，凸部的形狀可能因焊接變形而變形，所以不優選。 特別是航空器用結構構件高度要求形狀尺寸精度，所以因焊接變形導 致的賦型成型模變形可能引起無法滿足成型品的尺寸精度的問題，故 而不優選。但是，為了將配管臨時固定在凸部、平板部，可以採用點 焊。此時，在將焊接變形抑制至最小或即使發生焊接變形也不成為問 題的部位，需要進行用於臨時固定的焊接。
本發明中，配管4是金屬制配管。用於配管4的金屬材質可以使用 不鏽鋼、鐵、鋁合金、鈦合金、銅合金等各種金屬，但其中銅合金制 配管具有優異的加工性，所以在中空凸部內設置配管時，容易變形為最佳形狀，所以更優選。基於相同的原因，配管5也優選銅合金制。
進而，本發明的賦型成型模中，例如直徑為10mm以上100mm以 下的橡膠製圓棒與模一體化，形成包圍賦型成型模1的凸部的密閉區 域。即，橡膠製圓棒在平板部3的賦型或成型中使用的區域的外側一 體化。需要說明的是，此處所說的一體化，是指使橡膠製圓棒和平板 部3之間保持氣密地進行安裝。具體而言，優選通過橡膠用粘合劑使 橡膠製圓棒和平板部3之間氣密地粘合一體化。
圖1表示將截面為圓形的橡膠製圓棒7與賦型成型模1的平板部3 一體化的情況。圖3 (A)、圖3 (B)表示下述情況在賦型成型模l 的中空凸部上配置增強纖維基材的層合體13,進一 步從其上覆蓋橡膠 片14,真空抽吸由該橡膠片14和橡膠製圓棒7密閉的空間內，通過橡 膠片14對增強纖維基材的層合體13施加大氣壓，從而將層合體13賦型 為賦型成型模l的凸部形狀。
通過將橡膠製圓棒7在賦型成型模1的平板部3上一體化，形成包 圍凸部的密閉區域，能通過橡膠片14與橡膠製圓棒7接觸而密閉賦型 成型模，所以可以不使用粘膠帶(tacktape)等輔助材料地密閉賦型 成型模。
此處，橡膠製圓棒7的直徑小於10mm時，橡膠片14和橡膠製圓棒 的接觸面積小，難以將橡膠片14和橡膠製圓棒之間密閉，所以不優選。 而橡膠製圓棒的直徑大於100mm時，因本發明的賦型成型模的重量增 加等操作性變差，故而不優選。
根據需要使用夾子28等在賦型成型模上安裝橡膠片14,使其與橡 膠製圓棒7接觸，加強橡膠片14和橡膠製圓棒7之間的密閉也是優選方 案之一。將橡膠片14的一側用鉸鏈等安裝在賦型成型模上，使橡膠片 14能開關，從而提高操作性也是優選方案之一。
橡膠製圓棒和橡膠片的材質沒有特別限定，但由於本發明的賦型 成型模在上述工序(I)或工序(II)中加熱，所以橡膠製圓棒及橡膠 片需要具有耐受該加熱溫度的耐熱性。從耐熱性的觀點來看，橡膠製 圓棒及橡膠製片的材質優選橡膠材料中具有比較高的耐熱性的有機
17矽橡膠。
進而，在如圖l所示的賦型成型模l中，在平板部3中設置孔11。 該孔11開通平板部3的被形成中空凸部的面板部2包圍的區域。因為面 板部2和平板部3被密閉，所以如果未在平板部3中開通孔11,則用有 機矽橡膠或袋膜覆蓋，真空抽吸內部，進行賦型或成型時，大氣壓施 加在凸部上，可能使凸部變形。在現有技術中，使用凸部由實心構件 構成的賦型模或成型模時，即使大氣壓施加在凸部上也不會發生變 形，所以上述問題並不重要，但本發明中，如下面詳細說明，面板部 2和平板部3形成中空凸部，從而能高精度地短時加熱、冷卻至規定的 溫度，所以大氣壓施加在該中空凸部上時有可能發生變形。
另外，通過設置孔ll,製作賦型成型模後，能通過孔ll修補、檢 查設置在內部的配管4等。即，孔ll也能夠發揮檢查孔的作用，所以 優選。
進而，通過設置孔ll，將配管4和形成中空凸部的面板部2如下所 述地用導熱性材料一體化時，能從該孔ll配置導熱性材料，並且在中 空凸部的內部空間配置隔熱材料10時，能從該孔11配置隔熱材料10。
構成面板部2及平板部3的材料沒有特別限定，但不鏽鋼、鐵、鋁 合金、鈦合金、殷鋼合金等金屬材料由於導熱性優良，故而優選。特 別是殷鋼合金的線膨脹率是鐵的l / 100~ 1 / IO左右，所以能抑制加 熱時的賦型成型模變形，故而優選。從相同的觀點考慮，CFRP( Carbon Fiber Reinforced Plastic )也是優選的材泮牛之一。
進而，賦型成型模優選至少構成賦型面的面板部2的厚度為1 mm 以上15mm以下。從降低模的熱容的觀點考慮，上述面板部2的厚度優 選較薄。即，面板部2的厚度比15mm厚時，熱容過大，加熱及冷卻至 規定溫度耗時長。更優選為10mm以下。另一方面，厚度小於lmm時， 難以加工成具有規定形狀的中空凸部。
另外，將本發明的賦型成型模用作由預成型體製造纖維增強塑料 時的成型模時，從相同的觀點考慮，平板部3的厚度也優選為lmm以 上15mm以下，更優選為10mm以下。並且，構成賦型成型模的面板部2或平板部3的厚度小於lmm時， 在賦型或成型加工中可能在預期外的外力下容易地變形。特別是有時 用起重機等吊起用於航空器用結構構件等的大型賦型成型模使其移 動，此時，由賦型成型模的自身重量產生的撓曲可能使賦型成型模發 生變形。從上述觀點考慮，面板部2或平板部3優選為lmm以上。
需要說明的是，由於面板部2或平板部3的厚度如上所述是為了有 效進行加熱而規定了厚度，所以在計算無需加熱的部位的厚度時不考 慮以上情況。
進而，如圖1所示，本發明的賦型成型模中優選樹脂傳遞成型用 基質樹脂的注入口8及抽吸口9一體化設置在上述凸部和橡膠製圓棒7 之間的平板部3上。
橡膠製圓棒7和上述注入口 8及上述抽吸口 9的位置關係在本發明 的賦型成型模l也被用於成型時，優選與基質樹脂的注入口8、抽吸口 9相比，橡膠製圓棒7為外側。原因在於，如果將橡膠製圓棒7—體化 在比注入口8及抽吸口9更靠近內側的位置，則注入基質樹脂時，基質 樹脂附著在橡膠製圓棒上，故而不優選。
另外，在賦型成型模1中設置注入口8及抽吸口9時，賦型時，為 了密閉用橡膠製片覆蓋的內部，需要密閉注入口8及抽吸口9。
如圖l所示，優選將基質樹脂的注入口8及抽吸口9形成通口 ，並 安裝有能安裝注入用管、抽吸用管的連接器26、 27。通過安裝連接器 26、 27,將各管配置在注入口、抽吸口時，能不使用密封劑等輔助材 料簡單地安裝，該部位的密閉可靠性也高，所以優選。
圖5 (C)表示使用本發明的賦型成型模l注入基質樹脂的情況的 一例。圖5 (C)所示的賦型成型模1中設置有基質樹脂的注入口8、抽 吸口9。在賦型成型模1上配置有預成型體19及用於注入、抽吸基質樹 脂的輔助材料20，用袋膜22覆蓋，使用密封劑23密閉該袋膜22和賦型 成型模l,真空抽吸密封內部。通過預先在賦型成型模l中設置基質樹 脂的注入口8、抽吸口9，成型時無需另外設置注入口 、抽吸口，所以 能縮短成型準備時間。
19需要說明的是，也可在成型模中另外設置注入口 、抽吸口。例如， 為了確保基質樹脂的注入及抽吸時的流路，可以在平板部2上配置金 屬制的C型剖面槽等。但是，此時，除需要配置該槽的工序之外，還 需要在從其上用袋膜密閉時使該袋膜不被該槽部撐起。
本發明的賦型成型模也優選形成凸部的面板部2由沖壓加工來形 成。通常，在本發明的技術領域中，通過切削加工來準備模。但是， 存在下述問題切削加工時，薄化凸部是有限的，並且與衝壓加工相 比，加工成本高。通過沖壓加工能廉價地薄化形成中空凸部的面板。 需要說明的是，為了降低賦型成型模的凸部的熱容，用衝壓加工形成 中空凸部後，為了進一步提高尺寸精度等實施切削加工也是實施方案之一。
上述本發明的賦型成型模成為能用作賦型模和成型模兩種模的 模。即，可以用本發明的賦型成型模賦型增強纖維布帛的層合體製作 預成型體，然後，根據需要不將該預成型體從賦型成型模中脫模，成 型纖維增強塑料。因此，能進一步縮短成型所需的時間。另外，因為 無需將未含浸基質樹脂的形狀保持性低的預成型體進行脫模、移動並 配置在成型模中，所以損傷預成型體的可能性也降低，結果能製作品 質優異的纖維增強塑料。
製造預成型體時使用的增強纖維布帛優選在表面具有熱塑性樹 脂或熱固性樹脂等樹脂材料。增強纖維優選由碳纖維、芳族聚醯胺纖 維、玻璃纖維等構成，作為增強纖維布帛的形態，優選為無巻曲織物
(non crimped)、平紋織物、緞紋織物、斜紋織物等。其中，無巻曲 織物由於增強纖維的彎曲小、強度呈現率提高，所以較優選。
該樹脂材料優選為固化後與基質樹脂的粘合性良好的樹脂。例如 可以舉出聚醯胺、聚醯亞胺、聚醯胺醯亞胺、聚醚醯亞胺、聚醚碸、 聚碸聚苯醚、聚醚醚酮及它們的改性樹脂、共聚樹脂。
以下，具體說明使用上述賦型成型模製造樹脂傳遞成型用預成型 體的方法。
製造樹脂傳遞成型用預成型體時，使用上述賦型成型模，並且經由下述工序。
(A) 在上述賦型成型模上配置層合體的配置工序，所述層合體 是層合在表面具有熱塑性樹脂及/或熱固性樹脂的增強纖維布帛得
到的層合體；
(B) 用橡膠片覆蓋上述層合體整體，密閉上述賦型成型模後， 真空抽吸密閉空間內，將上述層合體進行賦型的賦型工序；
(C )在上述配管內流入熱介質，加熱加壓賦型後的上述層合體， 由此通過上述增強纖維布帛表面的上述熱塑性樹脂或/及熱固性樹 脂粘合上述增強纖維布帛間的加熱加壓工序；
圖3 (A)、圖3 (B)表示使用本發明的賦型成型模的樹脂傳遞 成型用預成型體的製造方法。
圖3 ( A)表示下述狀態在賦型成型模1的凸部上配置層合體13, 所述層合體13是層合在表面具有熱塑性樹脂或熱固性樹脂等樹脂材 料的增強纖維布帛得到的層合體13，進而從其上被覆橡膠片14，覆蓋 層合體13,將該橡膠片14和橡膠製圓棒7之間密閉。
此時，為了提高操作性等目的，層合體13預先部分地粘合層合層 間進行一體化也是優選方案之一。另外，預先粘合層合層間的整個面 的層合體由於賦型性極差而不優選。
另外，為了提高橡膠片14的操作性，優選如圖3 ( A)所示在橡膠 片端部安裝環箍15。通過如上所述地安裝環箍15,有能在賦型成型模 l上配置橡膠片14時容易地找正位置的優點。為了更容易地找正位置， 在賦型成型模1中設置栓銷等，預先在橡膠片的環箍部開通該栓銷通 過的孔，由此唯一地確定橡膠片的配置也是優選方案之一。
將橡膠片14和橡膠製圓棒7之間密閉後，如圖3(B)所示，用真 空泵等真空抽吸密閉空間內，對層合體13施加大氣壓，將層合體13進 行賦型。需要說明的是，本發明中，所謂真空抽吸，是指通過抽吸使 其為負壓的狀態，另外所謂施加大氣壓，是指因真空抽吸而施加由大 氣產生的壓力，並不是施加與標準大氣壓等絕對值相同的壓力。
將層合體13賦型後，繼續真空抽吸、對層合體13施加大氣壓的狀
21態下，從橡膠片上確認有無發生褶皺等不良情況。因此，橡膠片優選 為透明或半透明的物質。另外，根據需要，優選從橡膠片上進行尺寸 測定來確認賦型情況。
然後，用模溫度調節器等在配管4中流入加熱的熱介質，加熱賦 型成型模l,從而加熱賦型後的層合體13。結果，使存在於增強纖維 布帛的層間的熱塑性樹脂或熱固性樹脂軟化、熔融粘合層間，進一步 根據需要繼續規定時間的加熱後，停止加熱，冷卻該層合體13，可以 得到在保持賦型後的形狀的狀態下粘合增強纖維布帛間的預成型體 19。
此時，根據需要，也可以在配管5中流入熱介質，加熱賦型成型模。
賦型成型模的升溫速度在加熱溫度為40°C以上130°C以下的範圍 內優選為0.5。C/分鐘以上3。C/分鐘以下。小於0.5。C/分鐘時，為了 升溫至規定溫度耗費過多時間，所以製造預成型體的時間變久。另一 方面，大於3。C/分鐘時，賦型成型模的升溫速度無法追隨增強纖維 基材的升溫，結果容易發生加熱不均。
另外，層合體13符合賦型成型模的形狀時可以為室溫，但通過進 行加熱，能夠使增強纖維基材層間的熱塑性樹脂和熱固性樹脂軟化、 熔融，提高增強纖維基材層間的滑動。結果能提高賦型性，抑制褶皺 產生，故而優選。
層合體13的加熱溫度優選為增強纖維布帛的表面具有的熱塑性 樹脂及/或熱固性樹脂的玻璃化溫度(以下有時也稱為Tg)以上200 。C以下。此處，樹脂材料的Tg的測定方法基於JISK 7121 2006,以升
溫速度ior /分鐘進行測定。
通過將層合體13加熱至Tg以上，使位於層合體13的層合層間的樹 脂材料軟化，在該狀態下真空抽吸施加壓力來製造預成型體，從而能 用樹脂材料牢固地粘合層合層間，可以提高預成型體的形狀保持性。
另 一 方面，成型溫度比較高的纖維增強塑料制航空器用結構構件 的成型溫度通常為180。C 200。C左右，賦型工序的加熱溫度的上限優選為成型工序的加熱工序的上限以下。另外，橡膠片等輔助材料或模 溫度調節器等通常設定成航空器用結構構件的成型溫度，能耐受或加 熱至高於200 °C的輔助材料或溫度調節器為特別規格，可能使材料費、
設備費增加。因此，此處的加熱溫度優選設定為200。C以下。
進而，通過調節層合體13的加熱溫度，可以調節預成型體的厚度。 也就是說，能根據層合體13的加熱溫度，調節樹脂材料軟化的程度及 真空抽吸導致的樹脂材料變形(破壞)，從而調節預成型體的厚度。
也可以在將基質樹脂注入及含浸在預成型體中後，通過排放工序 抽吸多餘含浸的基質樹脂，提高影響纖維增強塑料的重量及力學特性 的纖維體積含有率(以下有時也稱為Vf),但纖維體積含有率在很大 程度上依賴於預成型體的厚度，所以調節預成型體的厚度極為重要。
如上所述，預成型體的形狀保持性的提高和預成型體的厚度通過 層合體13的加熱控制來調節，所以用本發明的賦型成型模1精度良好 地控制加熱、進而迅速地加熱及冷卻至規定的溫度是極為重要的。
另外，根據需要，也能控制賦予層合體13的壓力。調節上述壓力 時，優選調節真空度，使密閉空間內的壓力(表壓)為10kPa以上 1000kPa以下。較優選為10kPa以上101.3kPa以下。如果為該範圍，則 僅通過用真空泵等在大氣中減壓就可以進行調節，從而能簡化設備， 故而優選。另外，壓力小於10kPa時，壓力過小，所以容易出現預成 型體的厚度不均，故而不優選。
本發明的目的之一是通過使用能加熱的賦型成型模，不使用高壓 釜或烘箱等昂貴的加熱裝置，製造預成型體、纖維增強塑料，可以根 據需要並用高壓釜等加壓裝置。即，在本發明的賦型成型模l中配置 層合體13，進行真空抽吸，用大氣壓賦型後，可以根據需要使用高壓 釜等加壓裝置，施加高於大氣壓的壓力來製造預成型體。通過用高於 大氣壓的壓力來對層合體進行加壓，能薄化預成型體的厚度，製造能 成型具有高Vf的纖維增強塑料的預成型體。
進而，製造預成型體時，如圖6所示，在賦型成型模l的中空凸部 上配置層合體13時，優選配置成為進行樹脂傳遞成型時被注入的基質樹脂流路的介質20等輔助材料，相同地進行賦型。由此，使用所得的 預成型體製造纖維增強塑料時，可以省略在預成型體上另外配置輔助 材料的工序。另外，通常，介質20由尼龍等熱塑性樹脂製成，所以通
過製造預成型體時的加熱加壓工序，介質20也被賦型為賦型成型模1 的中空凸部的形狀，形狀與被賦型的層合體13完全吻合。因此，進行
樹脂傳遞成型時，有容易裝袋等優點。
然後，說明本發明的纖維增強塑料的製造方法。使用上述賦型成 型模並且經下述工序進行樹脂傳遞成型，能得到纖維增強塑料。
(A) 在上述賦型成型模上配置層合體的配置工序，所述層合體
是層合表面具有熱塑性樹脂或/及熱固性樹脂的增強纖維布帛而得
到的；
(B) 用橡膠片覆蓋上述層合體整體，密閉上述賦型成型模後， 真空抽吸密閉空間內，對上述層合體施加大氣壓，將該層合體進行賦 型的賦型工序；
(C) 在配管內流入熱介質，將賦型後的上述層合體加熱加壓， 由此通過上述增強纖維布帛表面的上述熱塑性樹脂或/及熱固性樹 脂粘合上述增強纖維布帛間的加熱加壓工序；
(D) 解除上述橡膠片的密封，在所得的預成型體沒有脫模仍然 配置在上述賦型成型模中的狀態下，進一步配置用於注入、含浸基質 樹脂的介質及剝離層的輔助材料配置工序；
(E) 用袋膜覆蓋上述預成型體、上述介質及上述剝離層密閉上 述賦型成型模後，真空抽吸密閉空間內的裝袋工序；
(F) 在真空抽吸上述密閉空間內的狀態下，注入基質樹脂，通 過上述介質將該基質樹脂含浸在上述預成型體中的樹脂注入'含浸工
序；
(G) 在上述配管內流入熱介質，加熱上述基質樹脂進行固化的 樹脂固化工序；
(H) 將成型品從賦型成型模中脫模的脫模工序；
以下，使用圖5詳細說明本發明的纖維增強塑料的製造方法。需要說明的是，圖5 (A)是使用本發明的賦型成型模1製造預成型體19
的情況之一例的剖面圖。圖5 (B)表示以規定的溫度、時間加熱層合 體製造預成型體19後，取下橡膠片14的狀態。圖5(C)表示用真空泵 等真空抽吸密閉的空間內進行裝袋後的狀態。
上述工序(A) ~ (C)基本與上述預成型體的製造方法相同。 然後，如下所述地進行工序(D)以後的工序。即，製造預成型體後 (圖5(A)),解除用橡膠片14進行的密封，在所得的預成型體沒有 脫模仍然配置在賦型成型模中的狀態下(圖5 (B)),在該預成型體 19上配置用於注入、含浸基質樹脂的介質20及剝離層等輔助材料。此 時，製造預成型體時配置介質20及剝離層等輔助材料的情況下，無需 在賦型後另外配置上述輔助材料。
然後，用袋膜22覆蓋該預成型體19及介質20、剝離層等輔助材料 整體進行密閉(圖5 (C))。此時，優選使用密封劑23。另外，優選 預先將板21配置在注入口8和抽吸口9上，使設置在賦型成型模l中的 基質樹脂的注入口8、抽吸口9不在隨後進行的真空抽吸所產生的大氣 壓作用下被堵塞。
然後，在真空抽吸密閉空間內的狀態下，將基質樹脂從注入口8 注入該預成型體中，並通過介質20含浸。
需要說明的是，優選在基質樹脂含浸在預成型體19中後，中止注 入基質樹脂，關閉注入口8，從抽吸口9抽吸多餘含浸在預成型體中的 基質樹脂。由此，通過抽吸多餘含浸的樹脂，能提高成型品的增強纖 維體積含有率Vf,從而能提高重量、力學特性。另外，優選根據需要， 也從關閉的注入口 8抽吸多餘含浸在預成型體中的基質樹脂。由此， 通過也從該注入口 8抽吸基質樹脂，能期待使Vf均勻的效果。
只需要在如上所述注入了基質樹脂的狀態下，在配管4的內側流 入熱介質，使該基質加熱、固化，將基質樹脂固化得到的成型品從賦 型成型模中脫模，就可以得到纖維增強塑料。
通過如上所述地使用本發明的賦型成型模製造纖維增強塑料，不 必將預成型體脫模，就能進行對成型工序的準備，所以能縮短成型所
25需的時間，故而優選。另外，由於無需將未含浸基質樹脂、形狀保持 性低的預成型體進行脫模、移動、或配置在成型模中，所以預成型體 損傷的可能性也降低，結果能製造品質優異的纖維增強塑料，故而優選。
需要說明的是，製造纖維增強塑料時，也能將由上述方法製造的 預成型體設置在另外準備的成型模中，將基質樹脂注入、含浸、固化。 特別是極高精度地要求外部形狀的尺寸精度的情況下，優選在決定外 部形狀的雌模中設置預成型體進行成型。特別是尺寸精度要求為
士lmm以上的精度時，優選用另外準備的雌模成型採用上述方法製造 的預成型體。
另外，上述工序(D)中，也優選在上述介質及上述剝離層上設 置板狀夾具。通常，介質20為了分配樹脂而具有凹凸。因此，配置介 質側的纖維增強塑料成型品的表面粗糙度比接觸賦型成型模的 一側 粗糙。欲提高表面粗糙度時，優選在介質或剝離層等輔助材料上配置 板狀夾具，在該狀態下進行下述真空抽吸、樹脂注入'固化。通過配置 板狀夾具，經板狀夾具對纖維增強塑料施加大氣壓，所以可以降低配 置介質一側的表面粗糙度，能提高表面平滑性。
實施例
以下，使用實施例和比較例更具體地說明本發明。 <實施例l 〉
構成圖l、圖2所示的賦型成型模1，進行加熱及冷卻試驗。 (賦型成型模)
圖l表示賦型成型模l的橫截面圖，圖2表示俯視圖。但是，圖2是 除形成中空凸部的面板部2及平板部3以外，僅表示配置在面板部2及 平板部3裡面的配管4、配管5的圖。
形成中空凸部的面板部2是將厚度為3mm的SUS304製成C形形狀 而得到的。凸部具有錐形， 一端寬度(圖2中的右端)為300mm,另 一端(圖2的左端)為150mm。另外，上述凸部的長度(圖2的左右方 向)為5000mm,高度(圖1的上下方向)為100mm，凸部的長度、高度均勻。需要說明的是，凸部的長度5000mm內，製品尺寸為4800mm， 乂人兩端向內側1 OOmm的部位分別畫有製品的糹務邊線50。
另一方面，平板部3由厚度為10mm的SUS304構成，寬度(圖2的 上下方向)為1300mm,長度(圖2的左右方向)為6000mm。在平板 部3的寬度方向的中心設置有12個在長度方向排列的直徑為100mm的 孔ll,為了以後配置隔熱材料IO,在中空凸部的寬度側的端部設置有 開口部(圖中未示出)。另外，平板部3的兩端附近(圖l的左右方向 的端部)設置有成為基質樹脂的注入口 8( cp22mm )及抽吸口 9( cp 14mm ) 的槽。上述槽中在貫通口設置螺釘槽，安裝有能安裝注入用及抽吸用 管(外徑為12mm)的連接器26、 27。上述連接器上纏繞有密封帶， 確保密閉。
面板部2的裡面如圖l所示配置有共計6根直徑為18mm (內徑 16mm)的銅管作為配管4。其中的4根配置在中空凸部的頂部的裡面， 另外2根配置在側面的裡面。需要說明的是，6根配管中的4根如圖2所 示設置為比修邊線50突出50mm。另外，配置在頂部的裡面的4根配管 4中配置在中央的2根因中空凸部具有錐形，前端為150mm、變細，所 以在該凸部的前端未設置，而是在從凸部的寬側端部至3000mm為止 的範圍內設置。
配管4用含有碳的水泥6 (熱傳導水泥)覆蓋，與面板部2—體化。 如上所述地與配管4一體化的面板部2通過密封焊接與平板部3—體化。
平板部3中用與安裝在面板部2的裡面的配管4相同的安裝方法安
裝有配管5。另外，將由玻璃棉構成的隔熱材料10從設置在平板部3上 的開口部配置到中空凸部的內部。
進而，在比注入口8、抽吸口9更靠近外側的位置通過有機珪類粘 合劑將直徑為30mm的有機矽橡膠圓棒7與平板部3粘合一體化。通過 有機矽類粘合劑保持有機矽橡膠圓棒7和平板部3之間密封。
在由此準備的賦型成型模1的配管4、配管5上連接模溫度調節機 (松井製作所制NCN- 200)的熱介質管道。作為熱介質，使用熱介質油(松村石油制BARRELTHERM400),能用模溫度調節機加熱至 最大200。C。
(賦型成型模的加熱及冷卻試驗)
在上述構成的賦型成型模中，在中空凸部的頂部的寬度方向(圖 l的左右方向)的中央線上以50mm的間隔安裝K熱電偶。進而，在凸 部的側面部的高度方向的中央線上以50mm的間隔安裝K熱電偶。所有 K熱電偶連接在數據記錄器(Datalogger)上，能監控安裝有熱電偶 的部位的溫度。然後，配置在布袋裡裝有玻璃棉的隔熱材料，覆蓋賦 型成型模l的整體。
將模溫度調節機的設定溫度設定在92。C,從室溫開始加熱賦型成 型模。結果，賦型成型模在用模溫度調節機進行的加熱開始90分鐘後，
所有部位均在9o土rc的範圍內，確認能非常快、並且精度良好地進行
力口熱。
然後，將模溫度調節機的設定溫度設定在40。C,將賦型成型模從 9(TC冷卻至40。C。結果，賦型成型模在用模溫度調節機進行的冷卻開 始25分鐘後，所有部位均冷卻至40。C以下，確-i人能非常快地冷卻。 <實施例2〉 (增強纖維基材) 使用由碳纖維(東麗(抹)制T800S )構成的單向碳纖維織物(碳 纖維單位面積重量190g/cm2)作為增強纖維基材。在該增強纖維基 材的單面上附著27g / cm2以熱塑性樹脂為主成分的粒子狀樹脂材料 (玻璃化溫度Tg-70。C )。 (層合體)
剪裁上述增強纖維基材並層合，準備層合體。層合體的層合構成 為碳纖維向[(45 / 0/-45/ 90 ) 4 ] s的方向取向的32層，形狀為高 度是4900mm、下底440mm、上底290mm的梯形形狀。需要說明的是， 括號中的各數值表示各層中的碳纖維的取向角度(° ),括號 後的4表示重複4次(45 / 0/-45 / 90)進行層合，括號[]後的S表 示將括號[]中的層合體進一步層合成鏡面對稱(S)。
28(製造預成型體) 如圖3 ( A)所示，將上述層合體13配置在賦型成型模1的凸部上。
另外，準備有機矽橡膠片14,在4片該片上安裝由鋁製的L型角及扁杆 (厚度各為3mm)構成的護罩15。從層合體13上配置有機矽橡膠片14, 覆蓋層合體13，在有機矽橡膠片14和有機矽橡膠圓棒7之間密閉。密 封后，用真空泵真空抽吸賦型成型模1和有機矽橡膠片14之間，如圖3 (B)所示，將層合體13賦型為賦型成型模1的中空凸部2的形狀。
賦型後，在覆蓋層合體13的有機矽橡膠片14上配置熱電偶，使其 能監控層合體13的溫度。需要說明的是，熱電偶分別以50mm的間隔 安裝在與實施例1相同的位置、即中空凸部的相當於頂部的部位和相 當於側面部的部位。
然後，從有機矽橡膠片14上確認賦型情況，確認沒有褶皺或顯著 的纖維彎曲等不良情況後，用實施例1中所用的隔熱材料覆蓋賦型成 型模l整體後，將模溫度調節機的設定溫度設定為92。C,與實施例l相
同地加熱賦型後的層合體13。 90分鐘後，確認所有部位均在9o士rc的
範圍內後，在相同狀態下保持2小時，製作預成型體19。
然後，將模溫度調節機的設定溫度設定在40。C,與實施例2相同 地冷卻預成型體19。確認預成型體19整體冷卻至40。C以下後，停止用 真空泵抽吸，進行大氣開放，卸下有機矽橡膠片14，觀察預成型體19。 結果，確認沒有褶皺或纖維彎曲等不良情況，是良好的預成型體。 在長度方向間隔30mm測定中空凸部的相當於側面部的部位的預成型 體19的厚度，結果確認所有部位的厚度均在目標厚度6.24士0.1mm的範 圍內，並確認預成型體的尺寸精度也極良好。 <實施例3〉
在將實施例2得到的預成型體19配置在賦型成型模上的狀態下， 如圖5 (C)所示地將作為用於注入、含浸基質樹脂的輔助材料的介質 20配置在該預成型體19上。另外，準備2片介質20,分別如圖5(C) 所示，作為基質樹脂的注入用介質連接配置在注入口8，作為抽吸用 介質連接配置在抽吸口 9。注入口 8及抽吸口 9上夾持介質20配置板21 。另外，圖5(C)中未記載，在預成型體19和介質20之間配置剝離層。 剝離層是為了在基質樹脂固化後使介質20不與成型品粘合一體化而 配置的輔助材料。
另外，注入口用連接器26、抽吸口用連接器27上分別安裝有外徑 為12mm的尼龍制管。
然後，用袋膜22覆蓋預成型體19及介質20等，在袋膜22的端部配 置密封劑23,密閉賦型成型模l。另外，在覆蓋預成型體的袋膜22上 配置熱電偶，使其能監控層合體預成型體19的溫度。需要說明的是， 熱電偶分別以50mm間隔安裝在與實施例l相同的位置、即中空凸部的 相當於頂部的部《立和相當於側面部的部^立。
然後，將抽吸用管連接在真空泵上，真空抽吸用袋膜22密閉的空 間內，確認沒有漏氣後，將模溫度調節機的設定溫度設定在72。C,加 熱預成型體19。
確認預成型體19加熱至70。C後，從注入用管注入基質樹脂。從管 注入的基質樹脂蓄積在設置在賦型成型模1中的注入口8中後，通過與 注入口8連接配置的介質20,注入、含浸在預成型體19中。
確認預成型體19整體含浸基質樹脂後，關閉注入用管，結束注入
基質樹脂。
在結束注入基質樹脂後，接著從抽吸口9進行抽吸，抽吸多餘含 浸在預成型體19內的基質樹脂1小時。確認多餘的基質樹脂通過與抽 吸口連接配置的介質，到達抽吸口9，從抽吸用管流出。
結束抽吸基質樹脂後，將賦型成型模l整體與實施例l相同地用隔 熱材料覆蓋，將模溫度調節器的設定溫度設定為132。C，將含浸在預 成型體19中的基質樹脂加熱至130。C。
確認能夠與實施例3相同地將預成型體19的所有部位均加熱至 130。C士rC後，保持2小時，固化基質樹脂，得到成型品。
結束固化後，將模溫度調節器的設定溫度設定成40。C,進行冷卻， 確認成型品的所有部位均在40。C以下後，將纖維增強塑料的成型品脫 模。不僅成型品，蓄積於賦型成型模l中設置的注入口 8及抽吸口 9中
的基質樹脂也固化，從而能容易脫模。
確認所得的成型品沒有褶皺或纖維彎曲等不良情況，成型品的碳
纖維體積含有率Vf在目標57.5士2.5。/。的範圍內。需要說明的是，碳纖 維體積含有率的測定基於JISK7075 ( 2006)的(4)硫酸測定法進行 測定。
<比4交例1 〉
(賦型成型模)
除未設置由銅管構成的配管4及配管5以及導熱性材料6、由玻璃 棉構成的隔熱材料10以外，製作與實施例1相同的賦型成型模。 (賦型成型模的加熱及冷卻試驗)
與實施例l相同地在上述賦型成型模上安裝熱電偶，使其能用數 據記錄器監控賦型成型模的加熱、冷卻。
在該狀態下，在熱風烘箱中放入賦型成型模，將烘箱設定在92。C。 另外，使用的熱風烘箱的規格如下如圖7所示，向垂直於賦型成型 模的長度方向的 一 個方向鼓吹熱風70來加熱烘箱。
90分鐘後確認賦型成型模的加熱狀態，凸部的吹到熱風側的側面 部60以90士5。C的精度被加熱，但除此之外的部位小於85。C,確認因賦 型成型^t的位置不同加熱狀態不同。
因此，持續加熱至所有部位均為90士5。C的範圍，所有部位被加熱 至該溫度範圍內是熱風烘箱加熱開始180分鐘後。

製作具有與實施例1中使用的賦型成型模的中空凸部相同的外部 形狀的SUS304制實心凸部。然後，如圖4所示，^使用與實施例1中4吏 用的相同的銅管，在該凸部的底部設置共計6根熱介質流路用配管18 。 將該凸部17與平板部3焊接一體化，製作賦型成型模16。
與實施例l相同地在該賦型成型模上設置熱電偶，使其能用數據 記錄器監控賦型成型模的加熱、冷卻。與實施例l相同，將配管18與 模溫度調節機的熱介質管路連接，將模溫度調節機的設定溫度設定為
3192°C,加熱J3武型成型才莫。
90分鐘後，確認賦型成型模的加熱狀態，所有部位均小於90。C, 確認根據部位的不同，溫度差為10。C以上。然後也持續加熱，從加熱 開始180分鐘後再次確認加熱狀態，所有部位均小於90°C 。
權利要求
1、一種賦型成型模，是形成中空凸部的面板部和平板部被一體化形成的纖維增強塑料的樹脂傳遞成型用賦型成型模，其中，成為熱介質流路的金屬制配管通過導熱性材料在所述面板部的裡面成為一體化，並且橡膠製圓棒在所述平板部的賦型或成型中使用的區域的外側成為一體化。
2、 如權利要求l所述的賦型成型模，其中，所述面板部的厚度為 lmm以上15mm以下。
3、 如權利要求1或2所述的賦型成型模，其中所述橡膠製圓棒的 直徑為10mm以上1 OOmm以下。
4、 如權利要求l 3中任一項所述的賦型成型模，其中，在所述 凸部和所述橡膠製圓棒之間的所述平板部設置有樹脂傳遞成型用基 質樹脂的注入口及抽吸口 。
5、 如權利要求l 4中任一項所述的賦型成型才莫，其中，所述面 板部通過衝壓加工而形成。
6、 一種預成型體的製造方法，其特徵在於，使用權利要求1 5 中任一項所述的賦型成型模，通過下述工序製造樹脂傳遞成型用預成 型體，(A) 將層合體配置在所述賦型成型模上的配置工序，所述層合 體是層合表面具有熱塑性樹脂及/或熱固性樹脂的增強纖維布帛得 到的層合體；(B) 用橡膠片覆蓋所述層合體整體，密閉所述賦型成型模後， 真空抽吸密閉空間內，將所述層合體進行賦型的賦型工序；(C )在所述配管內流入熱介質，加熱加壓賦型後的所述層合體， 由此通過所述增強纖維布帛表面的所述熱塑性樹脂或/及熱固性樹 脂粘合所述增強纖維布帛間的加熱加壓工序。
7、 如權利要求6所述的預成型體的製造方法，其中，在所述(A) 配置工序中，與所述層合體一起配置成為樹脂傳遞成型中的基質樹脂 的流路的輔助材料。
8、 如權利要求6或7所述的預成型體的製造方法，其中，所述(C) 加熱加壓工序中，所述賦型成型模的升溫速度在加熱溫度40。C以上 130。C以下的範圍內為0.5。C /分鐘以上3。C /分鐘以下。
9、 一種纖維增強塑料的製造方法，其特徵在於，將採用權利要 求6~ 8中任一項所述的方法得到的預成型體設置在與所述賦型成型 模不同的成型模中，將基質樹脂注入、含浸、固化。
10、 一種纖維增強塑料的製造方法，其特徵在於，使用權利要求 1 5中任一項所述的賦型成型模，通過下述工序進行樹脂傳遞成型，(A) 將層合體配置在所述賦型成型模上的配置工序，所述層合 體是層合表面具有熱塑性樹脂或/及熱固性樹脂的增強纖維布帛得 到的層合體；(B) 用橡膠片覆蓋所述層合體整體，密閉所述賦型成型模後， 真空抽吸密閉空間內，將所述層合體進行賦型的賦型工序；(C) 在配管內流入熱介質，加熱加壓賦型後的所述層合體，由 此通過所述增強纖維布帛表面的所述熱塑性樹脂或/及熱固性樹脂 粘合所述增強纖維布帛間的加熱加壓工序；(D) 解除所述橡膠片的密閉，在所得的預成型體沒有脫模而仍 然配置在所述賦型成型模中的狀態下，進一步配置用於注入、含浸基 質樹脂的介質及剝離層的輔助材料配置工序；(E) 用袋膜覆蓋所述預成型體、所述介質及所述剝離層，密閉 所述賦型成型模後，真空抽吸密閉空間內的裝袋工序；(F) 在真空抽吸所述密閉空間內的狀態下，注入基質樹脂，通 過所述介質使該基質樹脂含浸在所述預成型體中的樹脂注入'含浸工 序；(G) 在所述配管內流入熱介質，加熱所述基質樹脂進行固化的 樹脂固化工序；(H) 將成型品從賦型成型模中脫模的脫模工序。
11、 如權利要求10所述的纖維增強塑料的製造方法，其中，在所 述(D)輔助材料配置工序中，在所述介質和所述剝離層上配置板狀夾具。
12、 一種纖維增強塑料的製造方法，其特徵在於，使用權利要求 1 5中任一項所述的賦型成型模，通過下述工序進行樹脂傳遞成型，(A) 在所述賦型成型模上配置層合體和在樹脂傳遞成型中成為基質樹脂流路的介質及剝離層的配置工序，所述層合體是層合表面具有熱塑性樹脂或/及熱固性樹脂的增強纖維布帛得到的層合體；(B) 用橡膠片覆蓋所述層合體整體，密閉所述賦型成型模後， 真空抽吸密閉空間內，將所述層合體進行賦型的賦型工序；(C) 在配管內流入熱介質，將賦型後的所述層合體進行加熱加 壓，由此通過所述增強纖維布帛表面的所述熱塑性樹脂或/及熱固性 樹脂粘合所述增強纖維布帛間的加熱加壓工序；(D) 解除所述橡膠片的密閉，在所得的預成型體、所述介質及 剝離層沒有脫模而仍然配置在所述賦型成型模中的狀態下，用袋膜覆 蓋所述預成型體、所述介質及所述剝離層，密閉所述賦型成型模後， 真空抽吸密閉空間內的裝袋工序；(E) 在真空抽吸所述密閉空間內的狀態下，注入基質樹脂，通 過所述介質將該基質樹脂含浸在所述預成型體中的樹脂注入'含浸工序；(F) 在所述配管內流入熱介質，加熱所述基質樹脂進行固化的 樹脂固化工序；(G) 將成型品從賦型成型模中脫模的脫膜工序。
13、 如權利要求12所述的纖維增強塑料的製造方法，其中，在所 述(E)的裝袋工序中，在所述介質及所述剝離層上配置板狀夾具， 然後用袋膜密閉所述賦型成型模。
14、 如權利要求10~ 13中任一項所述的纖維增強塑料的製造方 法，其中，在所述(C)加熱加壓工序中，所述賦型成型模的升溫速 度在加熱溫度為40。C以上130。C以下的範圍內為0.5。C/分鐘以上3。C/分鐘以下。
全文摘要
為了高精度、均勻地加熱增強纖維基材的層合體，使用一種賦型成型模，所述賦型成型模是將形成中空凸部的面板部和平板部一體化得到的纖維增強塑料的樹脂傳遞成型用賦型成型模，將成為熱介質流路的金屬制配管通過導熱性材料與上述面板部的裡面一體化，並且將橡膠製圓棒與上述平板部的用於賦型或成型的區域的外側一體化。
文檔編號B29C43/28GK101500774SQ200780029798
公開日2009年8月5日 申請日期2007年9月25日 優先權日2006年9月29日
發明者山本晃之助, 淺原信雄, 筱田知行 申請人:東麗株式會社