CN101641196A - 真空rtm成型方法 - Google Patents

Abstract

一种真空RTM成型方法，在增强纤维基材的一面上配置树脂扩散介质，整体用袋材覆盖，降低袋材内部的压力，向上述树脂扩散介质中注入树脂，使其充分地在面内方向扩散后，使其在增强纤维基材的厚度方向上含浸，其特征在于，对应于在增强纤维基材面方向上的增强纤维基材的各树脂含浸部之间的单位面积重量或密度的差，或对应于增强纤维基材的各树脂含浸部之间的、从增强纤维基材面方向上的树脂含浸开始部至树脂含浸结束部的长度的差，使树脂扩散介质本身的树脂扩散时的流动阻力在增强纤维基材的面内方向上变化。增强纤维基材中存在面内方向上的树脂流动性的变化时，可以在树脂扩散介质侧吸收该变化，可以稳定且确实地得到所期望的成型品。

Description

真空RTM成型方法

技术领域

本发明涉及一种真空RTM(Resin Transfer Molding)成型方法，特别涉及一种可以在整个增强纤维基材中均匀地含浸树脂、可以稳定地得到品质优异的纤维增强树脂(FRP)成型品的真空RTM成型方法。

背景技术

已知下述真空RTM成型方法，即在增强纤维基材(通常，作为预成型坯(preform)赋型得到的增强纤维基材)的一面的整个面上配置树脂扩散介质，整体用袋材覆盖，降低袋材内部压力，向着树脂扩散介质注入树脂，使注入树脂首先充分地在树脂扩散介质的面内方向扩散，之后使树脂由树脂扩散介质向增强纤维基材的厚度方向含浸。在所述真空RTM成型方法中，预成型坯的树脂流动性不均匀时，由于含浸在预成型坯中的树脂在预成型坯内的流动时间出现差异，所以有时出现如下问题：产生未含浸部，或先含浸的树脂隔断减压抽吸口与预成型坯之间的吸气通路，阻碍之后的树脂含浸。例如，在预成型坯中存在厚度不同的部分时，或在预成型坯的长度方向存在应含浸树脂的长度或宽度不同的部分(树脂含浸长度不同的部分)时，这些部分使得树脂在预成型坯内的流动时间出现差异，所以有时出现产生未含浸部、或先含浸的树脂阻碍之后的树脂含浸的问题。

在真空RTM成型方法中为了提高树脂扩散介质对树脂的扩散性、改善成型品的表面特性，已知增加配置的树脂扩散介质的片数的技术(例如专利文献1)，但只单纯地在整个面上增加树脂扩散介质的片数，虽然可以改善树脂扩散介质本身的内部流动性，但却无法应对使树脂由树脂扩散介质向增强纤维基材中含浸时增强纤维基材的树脂流动性存在变化时的上述问题。另外，由于在树脂扩散介质部分扩散有大量树脂，所以可能导致树脂的浪费增多。

另外，还提出在真空RTM成型大型面状体时设置多个树脂注入口的方案(例如专利文献2)，但即使改善树脂向树脂扩散介质的注入，也无法应对使树脂由树脂扩散介质向增强纤维基材含浸时增强纤维基材的树脂流动性存在变化时的上述问题。

进而，还提出使用网状立体结构的树脂扩散介质的技术(例如专利文献3)，但在增强纤维基材的树脂流动性方面没有提及对变化的应对。

专利文献1：特开2004-188750号公报

专利文献2：特开2003-011136号公报

专利文献3：特开2004-249527号公报

发明内容

因此本发明的课题在于提供一种真空RTM成型方法，所述真空RTM成型方法在增强纤维基材于面内方向存在树脂流动性的变化时，可以在树脂扩散介质侧吸收该变化；对于形成制品或制品的主要构成部分的树脂含浸增强纤维基材，防止出现产生未含浸部，或先含浸的树脂阻碍之后的树脂含浸的问题；可以稳定且确实地得到所期望的成型品。

为了解决上述课题，本发明的真空RTM成型方法在增强纤维基材的一面上、优选在整个面上配置树脂扩散介质，整体用袋材覆盖，降低袋材内部的压力，将树脂注入上述树脂扩散介质中，使其充分地在面内方向扩散后，使其在上述增强纤维基材的厚度方向含浸，其特征在于，对应于在沿着上述增强纤维基材的一面的方向上的增强纤维基材的各树脂含浸部间的单位面积重量或密度的差，或者，对应于上述增强纤维基材的各树脂含浸部间的、在沿着上述增强纤维基材的一面的方向上的树脂含浸开始部至树脂含浸结束部的长度的差，使上述树脂扩散介质本身的树脂扩散时的流动阻力在上述增强纤维基材的面内方向上变化。流动阻力可以通过本发明中下述的方法测定。

即，对应于下述变化，使树脂扩散介质本身的树脂扩散时的流动阻力变化，使得可以在树脂扩散介质侧吸收(调整)增强纤维基材侧的树脂流动性的变化，所述变化为在增强纤维基材侧的面内方向上树脂流动性的变化，特别是在沿着增强纤维基材的配置有树脂扩散介质的面的方向上的、由增强纤维基材的各树脂含浸部的单位面积重量或密度的差(变化)而引起的树脂流动性的变化，或者增强纤维基材的各树脂含浸部间的、在沿着增强纤维基材的配置有树脂扩散介质的面的方向上的、由树脂含浸开始部至树脂含浸结束部的长度的差(变化)而引起的树脂流动性的变化。结果，在增强纤维基材的各树脂含浸部，树脂从由树脂扩散介质开始的树脂含浸开始部到在增强纤维基材内流动直至树脂含浸结束部为止的时间均一化，防止增强纤维基材出现产生未含浸部，或先含浸的树脂阻碍之后的树脂含浸的问题。因此，可以得到树脂均匀含浸在整个增强纤维基材中的成型品。

在上述本发明的真空RTM成型方法中，可以层合多个树脂扩散介质而形成树脂扩散介质，并通过使树脂扩散介质的层合片数在增强纤维基材的面内方向变化来使上述流动阻力变化。或者，也可以通过使树脂扩散介质的空隙率(空隙量)在增强纤维基材的面内方向上变化来使流动阻力变化(总之，使树脂扩散介质的体积密度在面内方向上变化)。

在本发明的真空RTM成型方法中，优选使上述流动阻力的最大值和最小值之间具有1.2倍以上的差，由此可以使其相对于现有技术具有明确的显著性差异，可以明确地区别于树脂扩散介质的单纯制造误差(厚度不均等)。

由此，本发明的真空RTM成型方法可以在树脂扩散介质侧适当地吸收增强纤维基材侧的树脂流动性的变化。因此，本发明的方法在增强纤维基材的厚度在该增强纤维基材的面内方向变化或增强纤维基材的密度在该增强纤维基材的面内方向变化等情况下有效。

在上述本发明的方法中，增强纤维基材的厚度的最大值为最小值的1.5倍以上时，由于在最大厚度和最小厚度中，树脂完全含浸在增强纤维基材的厚度方向的时间差异明显增大，所以本发明所产生的效果变得更加明确。

另外，该增强纤维基材为由以碳纤维构成的增强纤维丝条组、和、在与该增强纤维丝条组交叉的方向上的辅助纤维丝条组构成的单向织物时，由于碳纤维的单丝直径细，且单向织物为增强纤维丝条间的空隙小的形态，所以增强纤维基材的厚度方向的树脂含浸速度低，本发明的效果变得更明确。

进而，本发明的真空RTM成型方法经树脂注入管将树脂注入树脂扩散介质，在与该树脂注入管垂直方向上的增强纤维基材的长度在该增强纤维基材的面内方向变化等情况下也有效。

本发明还提供一种纤维增强树脂成型品的制造方法，所述方法包括通过上述本发明的真空RTM成型方法使树脂含浸于增强纤维基材中的工序。

根据本发明的真空RTM成型方法，在增强纤维基材侧存在面内方向的树脂流动性的变化时，通过对应于该变化使树脂扩散介质本身的树脂扩散时的流动阻力在增强纤维基材的面内方向变化，可以使其被吸收，因此，可以使从向增强纤维基材的树脂含浸开始部到在增强纤维基材内流动至树脂含浸结束部的树脂含浸时间，在整个增强纤维基材内均匀化，可以防止出现产生树脂未含浸部或先含浸的树脂阻碍之后的树脂含浸的问题，对于存在壁厚变化或宽度变化的制品，也可以得到无缺陷、品质均一的成型品。

附图说明

[图1]为表示适用本发明的真空RTM成型方法之一例的结构简图。

[图2]为表示本发明的真空RTM成型方法的适用对象之一例的增强纤维基材的预成型坯和树脂扩散介质的部分斜视图。

[图3]为表示本发明的真空RTM成型方法的适用对象的其他例的增强纤维基材的预成型坯的平面图。

[图4]为表示本发明的真空RTM成型方法中的树脂扩散介质的流动阻力测定方法的测定装置的结构简图。

[图5]为图4的测定装置的平面简图。

符号说明

1成型模

2增强纤维基材的预成型坯

3剥离层

4树脂扩散介质

5作为袋材的袋膜

6密封材料

7抽吸口

8树脂注入口

11增强纤维基材的预成型坯

12树脂扩散介质

13抽吸口

14树脂注入口

21增强纤维基材的预成型坯

22树脂注入管

23减压抽吸管

具体实施方式

以下参照附图说明本发明的优选实施方式。

本发明的真空RTM成型方法例如如图1所示地进行。在图1所示的方法中，在成型模1上配置将增强纤维基材赋型为规定的形状而得到的预成型坯2，在其一面的整个面上，在本实施方案中经脱模用剥离层3配置树脂扩散介质4。对于树脂扩散介质4，选择比增强纤维基材的树脂流动阻力低的材料。整体用作为袋材的袋膜5覆盖，周围经密封材料6密封。通过经抽吸口7的抽真空将被袋膜5覆盖的内部减压，减压后经树脂注入口8注入树脂。注入的树脂首先充分地在由流动阻力低的材料构成的树脂扩散介质4的面内方向扩散，然后自树脂扩散介质4向增强纤维基材的预成型坯2的厚度方向含浸。当然，在树脂扩散介质4内的扩散中，也有若干树脂向预成型坯2含浸，但由于树脂扩散介质4内的扩散速度远高于向预成型坯2的含浸速度，所以实质上成为所述树脂流动形态。

在所述真空RTM成型中，增强纤维基材的预成型坯在面内方向上树脂流动阻力存在变化时，产生上述问题。例如，如图2所示，预成型坯11中在沿着配置有树脂扩散介质12的面的方向上存在厚度的变化、从而存在单位面积重量的变化时，例如树脂从树脂注入口14侧开始朝向抽吸口13侧、向箭头符号A方向扩散到树脂扩散介质12内，扩散来的树脂含浸在预成型坯11中时，由于预成型坯11的各树脂含浸部存在厚度差，所以在各树脂含浸部的整个厚度含浸的时间产生不均。总之，厚度厚的部位含浸时间延长，厚度薄的部位时间缩短、含浸快速结束。因此，容易在厚度厚的部位产生未含浸部。另外，由于厚度薄的部位树脂快速含浸，所以含浸的树脂截断抽吸口13与预成型坯11之间的抽吸通路，可能阻碍厚度厚的部位的树脂的含浸。

但是，在本发明中，对应于由该增强纤维基材的预成型坯11侧的厚度变化所引起的树脂流动性的变化，使树脂扩散介质12本身的树脂扩散时的流动阻力在预成型坯11的面内方向变化。总之，对树脂含浸时间长的部分配置流动性高的树脂扩散介质；在树脂含浸时间短的部分配置流动性低的树脂扩散介质。具体而言，例如相对于预成型坯11的厚度厚的部分，增加树脂扩散介质的层合片数形成流动性高的树脂扩散介质结构，相对于预成型坯11的厚度薄的部分，减少树脂扩散介质的层合片数形成流动性低的树脂扩散介质结构。通过所述结构，可以使预成型坯11的厚度厚的部分与薄的部分的树脂含浸结束时间一致，可以一举解决上述问题。此时，也可以代替上述层合片数的变化，或与上述层合片数的变化一同，使树脂扩散介质12的空隙率变化，由此使树脂扩散介质12的流动阻力变化。

需要说明的是，图2所示的方案中，在与箭头符号A表示的树脂扩散介质12内的树脂扩散方向交叉的方向上存在预成型坯11的厚度差时，对应于该预成型坯11的厚度厚的部分与薄的部分，使树脂扩散介质12本身的树脂扩散时的流动阻力变化，但例如在图2的右侧设置树脂注入口14，在图2的左侧设置抽吸口13，使树脂从图2的右侧朝向左侧在与箭头符号A正交的方向扩散到树脂扩散介质12中时，也可以通过相对于预成型坯11的厚度厚的部分，增加树脂扩散介质的层合片数形成流动性高的树脂扩散介质，相对于预成型坯11的厚度薄的部分，减少树脂扩散介质的层合片数形成流动性低的树脂扩散介质，由此使预成型坯11的厚度厚的部分与薄的部分的树脂含浸结束时间一致。

本发明中，预成型坯11的厚度的最大值为最小值的1.5倍以上时，在预成型坯11的最大厚度和最小厚度处，树脂在增强纤维基材的厚度方向上完全含浸的时间理论上产生2倍以上的差，所以制成树脂扩散时的流动阻力均匀的树脂扩散介质时，在最小厚度的部位树脂快速含浸，含浸的树脂截断抽吸口13与预成型坯11之间的抽吸通路，可能阻碍最大厚度部位的树脂的含浸。但是，根据本发明，如上所述对应于预成型坯11的厚度变化使树脂扩散介质12本身的树脂扩散时的流动阻力变化，由此可以消除所述树脂含浸阻碍的可能。因此，预成型坯11的厚度的最大值为最小值的1.5倍以上时，本发明的效果变得更加明确。进而，预成型坯11的厚度的最大值为5mm以上时，树脂在预成型坯11的厚度方向上完全含浸的时间增长，所以本发明的效果变得更明确。

另外，本发明的预成型坯的增强纤维的种类或基材的形态没有特别限定，但为树脂浸透性差的预成型坯时，由于树脂在预成型坯的厚度方向完全含浸的时间增长，所以本发明的效果变得更明确。作为增强纤维，单丝直径细的碳纤维的树脂浸透性差，另外，作为增强纤维基材的形态，单向织物例如与双向织物等相比，增强纤维丝条间的空隙小，树脂的浸透性差，所以本发明的效果变得更明确。

另外，在增强纤维基材的预成型坯11不仅因厚度变化，而且因构成预成型坯11的增强纤维基材的密度变化引起树脂含浸时间变化的情况下(例如，在构成预成型坯11的增强纤维基材的层合结构或基材的种类变化之类情况下)，也可以与上述相同地通过使树脂扩散介质12侧的流动阻力变化，使整个预成型坯11的树脂含浸结束时间一致。

进而，如图3中表示的平面地观察增强纤维基材的预成型坯21的情况所示，箭头符号B所表示的树脂流动方向的长度在预成型坯21的长度方向上变化时，在图示例中，树脂经树脂注入管22注入树脂扩散介质(配置于预成型坯21的上侧。图示略)(23为减压抽吸管)，在与该树脂注入管22垂直方向的由增强纤维基材构成的预成型坯21的长度在该预成型坯21的面内方向变化时，也由于树脂的流动方向的长度在预成型坯21的长度方向不均匀，所以在整个面上配置相同树脂扩散介质时，由于流动距离短的一方先含浸树脂，所以根据与上述相同的理由，先含浸树脂可能阻碍之后的树脂的含浸。

但是，通过适用本发明，对应于增强纤维基材的各树脂含浸部间的、自沿着增强纤维基材的配置有树脂扩散介质的面的方向上的树脂含浸开始部至树脂含浸结束部为止的长度差所引起的树脂流动性的变化，使树脂扩散介质本身的树脂扩散时的流动阻力变化，由此可以在树脂扩散介质侧吸收增强纤维基材侧的树脂流动性的变化。即，在图3所示的形态中，对应于上述预成型坯21的长度方向上的流动距离的长度变化，使树脂扩散介质侧的流动阻力变化，由此可以使整个预成型坯21的树脂含浸结束时间一致。即，相对于预成型坯21的长度方向上的流动距离的长度长的部分，配置流动性高的(流动阻力低的)树脂扩散介质，相对于流动距离的长度短的部分配置流动性低的(流动阻力高的)树脂扩散介质，由此可以使整个预成型坯21的树脂含浸结束时间一致。

上述本发明的真空RTM成型方法中的树脂扩散介质的流动阻力可以通过以下方法测定。即，所谓本发明的流动阻力R，表示使树脂在树脂扩散介质中流动时介质的阻力的大小，可以通过在减压下使液体在介质中流动进行计测。测定流动阻力R时，如图4、图5所示，在模31上配置宽度150mm、任意长度(约1000mm)的树脂扩散介质32，一边设置注入口33，另一边设置减压口34，整体用袋材35覆盖，周围用密封材料36密封，将袋材35的内部用真空泵37抽吸降低压力至5torr以下，由注入口33注入粘度μ的液体38(无粘度变化的树脂等)，使液体38扩散到树脂扩散介质32的内部。使液体38在树脂扩散介质32中流动规定的时间T秒钟后，测定注入口33到液体的流动前沿(Flow Front)39(图5)的距离L。该距离L越长表示树脂扩散介质32的流动性越高，即，流动阻力越低。

如以下的式(1)、(2)所述地定量性定义本发明的流动阻力R。

$L=\sqrt{\mathrm{}}(2\·K\·T\·P/\mathrm{\μ})---\left(1\right)$

$R=\sqrt{\mathrm{}}(1/K)---\left(2\right)$

此处，

T：规定时间(sec.)

L：规定时间内树脂流动的距离(mm)

K：流动系数(mm²)

μ：液体的粘度(Pa·sec.)

P：袋材内部与树脂压的差压(Pa)

R：流动阻力(mm^-1)。

如上所述，本发明中通过使树脂扩散介质的流动性在面内方向上改变，具体而言，在厚度厚的部分、或预成型坯的流动阻力大的部分、或流动距离长的部分配置流动性高的树脂扩散介质，使树脂部分地快速扩散，由此使树脂在预成型坯整体中含浸的时间变得均匀，可以稳定成型品的品质。另外，可以不发生树脂堵塞抽吸通路、在预成型坯整体中确实地含浸树脂。

实施例

实施例1

将缝编2层由东丽株式会社制碳纤维T700S(PAN系碳纤维)构成的单向增强纤维层所得的多轴向织物(东丽株式会社制、品名：MK8260-JN、每1层的单位面积重量：300g/m²)切断成8片，大小为宽度400mm×长度800mm，进而切断成8片，大小为宽度400mm×长度400mm。然后，在模上层合8片400mm×800mm的碳纤维织物，之后层合8片400mm×400mm的碳纤维织物，准备如图2所示的存在厚度不同的部分的增强纤维预成型坯11。

然后，作为树脂扩散介质12，准备大小为宽度400mm×长度800mm和大小为宽度400mm×长度400mm的聚丙烯制筛网材料(mesh materials)(东京聚合物公司制TSX-400P)各1片。

然后，如图1所示，在钢制的平板状模1上，与抽吸口7相同的方向上厚度变化地配置上述增强纤维预成型坯2(图2中的增强纤维预成型坯11)，在其上面的整个面上配置宽度400mm×长度800mm的树脂扩散介质4(图2中的树脂扩散介质12)后，进而在厚度厚的部分(层合16片碳纤维织物的部分)配置宽度400mm×长度400mm的树脂扩散介质。

然后，配设树脂注入口8和抽吸口7后，将增强纤维预成型坯2整体用袋膜5(尼龙制膜)覆盖，用密封胶6(RICHMOND公司制、SM5126)将周围密闭，通过与抽吸口7连通的真空泵，降低袋膜5内部的压力。

然后，将成型装置整体置于20℃的气氛下，准备热固性乙烯基酯树脂(粘度200mPa·s、昭和高分子株式会社制R-7070)，开始从注入口8注入树脂。树脂具有速度差地在树脂扩散介质12内扩散，注入开始2分钟后，在层合有2片树脂扩散介质的部分(增强纤维预成型坯的厚的部分的表面)树脂先结束扩散，注入开始4分钟后，树脂扩散到整个树脂扩散介质内。进而，树脂由树脂扩散介质向预成型坯含浸，注入开始8分钟后，树脂含浸到整个增强纤维预成型坯中，树脂由整个增强纤维预成型坯11同时流入抽吸口。

最后，停止注入树脂，使树脂固化，使纤维增强树脂成型品由模脱模。对成型品进行外观检查，结果表面没有树脂的未含浸部，进而用超声波探伤器(PANAMETRICS公司制EPOCH4)检查FRP成型品内部的缺陷，结果整个FRP都确认到底面的回波，FRP整体没有树脂的未含浸部，可以得到品质优异的纤维增强树脂成型品。

比较例1

与实施例1同样地准备如图2所示的存在厚度不同的部分的增强纤维预成型坯11。然后，作为树脂扩散介质12，准备1片大小为宽度400mm×长度800mm的聚丙烯制筛网材料(东京聚合物公司制TSX-400P)。

如图1所示地，在钢制平板状模1上，配置上述增强纤维预成型坯2(11)，使其在与抽吸口7延设方向相同的方向上厚度变化，在其上面的整个面上仅配置1片宽度400mm×长度800mm的树脂扩散介质4(12)。

然后，用与实施例1相同的步骤构成成型装置，开始注入树脂。树脂以相同的速度在树脂扩散介质内扩散，开始4分钟后，树脂扩散到整个树脂扩散介质中。树脂由树脂扩散介质向预成型坯含浸，开始注入8分钟后，树脂从增强纤维基材的厚度薄的部分流入抽吸口，成为流出的树脂遮断抽吸口7与预成型坯厚度厚的部分之间的吸气通路的状态，

开始注入30分钟后停止注入，使树脂固化，将纤维增强树脂成型品从模中脱模。对成型品进行外观检查，结果在纤维增强树脂成型品的厚板部中，在成型模侧的表面确认到树脂的未含浸部分。

产业上的可利用性

本发明可以适用于一切真空RTM成型，特别适于成型复杂形状的成型品及宽度发生变化的成型品。

Claims (10)

1、一种真空RTM成型方法，所述方法在增强纤维基材的一面上配置树脂扩散介质，整体用袋材覆盖，降低袋材内部的压力，向所述树脂扩散介质中注入树脂，使其充分地在面内方向扩散后，使其在所述增强纤维基材的厚度方向上含浸，其特征在于，对应于在沿着所述增强纤维基材的一面的方向上的增强纤维基材的各树脂含浸部之间的单位面积重量或密度的差，或对应于所述增强纤维基材的各树脂含浸部之间的、从沿着所述增强纤维基材的一面的方向上的树脂含浸开始部至树脂含浸结束部的长度的差，使所述树脂扩散介质本身的树脂扩散时的流动阻力在所述增强纤维基材的面内方向上变化。

2、如权利要求1所述的真空RTM成型方法，其中，层合多个树脂扩散介质形成所述树脂扩散介质，通过使所述树脂扩散介质的层合片数在增强纤维基材的面内方向变化，使所述流动阻力变化。

3、如权利要求1所述的真空RTM成型方法，其中，通过使所述树脂扩散介质的空隙率在增强纤维基材的面内方向变化，使所述流动阻力变化。

4、如权利要求1～3中任一项所述的真空RTM成型方法，其中，在所述流动阻力的最大值和最小值之间具有1.2倍以上的差。

5、如权利要求1～4中任一项所述的真空RTM成型方法，其中，所述增强纤维基材的厚度在所述增强纤维基材的面内方向变化。

6、如权利要求5所述的真空RTM成型方法，其中，所述增强纤维基材的厚度的最大值为最小值的1.5倍以上。

7、如权利要求1～4中任一项所述的真空RTM成型方法，其中，所述增强纤维基材的密度在所述增强纤维基材的面内方向变化。

8、如权利要求1～7中任一项所述的真空RTM成型方法，其中，所述增强纤维基材为由增强纤维丝条组和在与所述增强纤维丝条组交叉的方向上的辅助纤维丝条组构成的单向性织物，所述增强纤维丝条组由碳纤维构成。

9、如权利要求1～4中任一项所述的真空RTM成型方法，其中，经树脂注入管将树脂注入所述树脂扩散介质中，在与所述树脂注入管垂直方向上的所述增强纤维基材的长度在所述增强纤维基材的面内方向变化。

10、一种纤维增强树脂成型品的制造方法，包括通过权利要求1～9中任一项所述的真空RTM成型方法使树脂含浸于增强纤维基材中的工序。

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