CN105283293B - 纤维增强塑料的制造方法及制造装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供纤维增强塑料的制造方法及用于该方法的纤维增强塑料的制造装置，所述制造方法包括以下工序：在由上模和下模形成的模腔内，配置由增强纤维基材形成的具有三维形状的预成型体、和能在不同于上下方向的横向上动作的内模，在使预成型体的板厚大于意欲获得的成型品的厚度的状态下，将基体树脂注入预成型体中进行含浸，然后，在使上模或下模中的至少一方向另一方动作的同时，使内模在横向上动作，对预成型体进行加压，由此进行控制以使得预成型体的厚度变为规定的制品的厚度，接着，进行加热使基体树脂固化从而得到成型品。

Description

纤维增强塑料的制造方法及制造装置
技术领域
本发明涉及纤维增强塑料(以下也有时简称为FRP)的制造方法及制造装置，特别涉及下述纤维增强塑料的制造方法及装置，所述制造方法及装置在制造厚壁且为三维形状的FRP成型品时，可以在使得纤维体积含有率(以下也有时简称为Vf)较高的情况下还能够容易地控制其状态，并且能够利用简易的装置通过RTM(树脂传递成型，Resin TransferMolding)法制造用作航空器的部件等要求高品质的结构体的FRP成型品。
背景技术
作为制造FRP的方法，已知下述使用上模和下模的RTM法，即，在由上模和下模形成的模腔内配置增强纤维基材，对模进行加压从而合模，将经加压的基体树脂注入增强纤维基材中进行含浸，使含浸的树脂固化，由此成型规定厚度的FRP成型品。在使用上模和下模的RTM法中，作为用于成型特别是大型的FRP结构体的技术，也已提出了多点注入技术，其是为了达成在广面积范围内将基体树脂良好地注入增强纤维基材中并进行含浸的目的，而从多个部位大致同时地注入树脂的技术(例如，专利文献1)。
另一方面，相对于如上所述的使用上模和下模的RTM法而言，已知有下述使用袋材的RTM法，即，使用树脂制膜等袋材来代替上模，在用袋材覆盖设置于下模上方的增强纤维基材的同时，用密封材料将袋材和下模密封，在真空抽吸被袋材覆盖的内部进行减压的同时，利用该减压状态向内部注入基体树脂并使其含浸于增强纤维基材，使经含浸的树脂固化。另外，在使用袋材的RTM法中，在树脂含浸后，通过从配置于袋材内部的抽吸管线将增强纤维基材内的剩余树脂抽吸除去、从而控制Vf的技术也是已知的(例如，专利文献2)。
另外，在上述使用上模和下模的RTM法中，通常是在对模腔的内尺寸的高度进行调整以使得增强纤维基材的厚度与意欲通过成型获得的成型品(即所谓的制品)的厚度相等的状态下，将经加压的基体树脂注入增强纤维基材中进行含浸。但是，在使用上模和下模的RTM法中，作为适用于大型FRP结构体的成型的技术，已知下述技术，即，在由上模和下模形成的模腔内配置增强纤维基材，在使模腔内尺寸的高度大于制品厚度的状态下将树脂注入增强纤维基材中进行含浸，然后，在将被过剩地注入、含浸至增强纤维基材中的树脂抽吸除去的同时，针对上模及下模中的至少一方以朝向另一方的方式进行加压，由此控制模腔内尺寸的高度以使得增强纤维基材的厚度变为制品的厚度，并在该状态下使树脂固化(例如，专利文献3)。通过使用专利文献3所公开的技术，可以高效率地制造大型厚壁且为高Vf的平板状成型品。
另外，利用橡胶、弹性体的热膨胀作为FRP成型时所必需的压力的供给源的技术是已知的(例如，专利文献4、5)。在专利文献4所公开的技术中，通过加热，橡胶层膨胀并挤出多余的树脂，从而可以制造附着并固化有稳定的量的树脂的结构体；在专利文献5所公开的技术中，在预浸渍成型法中，可以以不使用高压釜装置的方式制造大型成型品。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005-246902号公报
专利文献2：日本专利第4104413号公报
专利文献3：国际公开2011/043253号公报
专利文献4：日本特开昭62-211112号公报
专利文献5：日本特开平4-294126号公报
发明内容
就专利文献1所公开的那样的、上述使用上模和下模的RTM法而言，由于在树脂的注入、含浸时，增强纤维基材已经被加压，所以增强纤维基材的增强纤维密度变高，相应地，树脂变得不容易在增强纤维基材内流动。因此，存在树脂的含浸距离受到限制、进而制品的厚度受到限制的问题。
另一方面，就专利文献2所公开的那样的、使用袋材的RTM法而言，由于在每成型一个成型品时都需要用袋材密封，所以存在耗费大量的制造时间和劳力的问题；并且，由于在每个成型周期每次都需要将袋材及密封用的密封材料废弃，所以存在不仅造成材料浪费，成本还变高的问题。另外，由于基体树脂的加压源仅为大气压，所以能含浸树脂的增强纤维基材的厚度有限。
另外，就专利文献3所公开的技术而言，由于模具的动作为上下单向，所以难以适用于例如航空器的部件等由平板状的基础部和增强部构成的三维形状的航空器部件。
另外，就专利文献4或专利文献5所公开的技术而言，将其直接作为RTM法利用时，预成型体与橡胶、弹性体接触从而导致制品的成型表面的品质产生散差，并且未对成型品的板厚进行控制，因此，难以适用于要求重现性良好地生产高品质·高精度的制品的航空器部件。
因此，本发明的课题在于提供成型作业性优异的FRP的制造方法及装置，所述制造方法及装置在制造厚壁且为三维形状的成型品时，能够容易地在短时间内使树脂含浸于期望的状态的预成型体，并且能够将所得成型品控制为高Vf。
为了达成上述课题，本发明的FRP制造方法采用以下构成。即，一种纤维增强塑料的制造方法，包括以下工序：在由上模和下模形成的模腔内，配置由增强纤维基材形成的具有三维形状的预成型体、和能在不同于上下方向的横向上动作的内模，在使预成型体的板厚大于意欲获得的成型品的厚度的状态下，将基体树脂注入预成型体中进行含浸，然后，在使上模或下模中的至少一方向另一方动作的同时，使内模在横向上动作，对预成型体进行加压，由此进行控制以使得预成型体的厚度变为意欲获得的成型品的厚度，接着，进行加热使基体树脂固化从而得到成型品。
另外，为了达成上述课题，本发明的FRP制造装置采用以下构成。即，一种纤维增强塑料的制造装置，所述制造装置具有：上模和下模，所述上模和下模中至少有一方能朝向另一方动作，并且所述上模和下模使得能够形成用于配置下述预成型体的模腔，所述预成型体由增强纤维基材形成且具有三维形状；内模，所述内模能在模腔内以在不同于上下方向的横向上对预成型体进行加压的方式动作；树脂注入手段，用于向模腔内注入基体树脂；及加热手段，用于使基体树脂固化。
根据本发明的FRP的制造方法及装置，例如在成型由平板状的基础部和增强部构成的三维形状的成型品时，可以在对预成型体的厚度加以调整使得Vf低到树脂能完全含浸的程度的状态下，将树脂注入预成型体中进行含浸，之后，通过在上下方向上使上模及下模中的至少一方向另一方动作来调整模腔内尺寸的高度，在不同于高度方向的横向上，使配置在模腔内的能沿横向动作的内模在横向上动作，从而调整模腔的横向尺寸，由此将配置于模腔内的三维形状的预成型体的厚度调整为与应当通过成型而获得的成型品的厚度相当的尺寸，因此，可以使用简易的装置在短时间内制造控制为高Vf的三维形状的成型品，且与以往相比能够大幅度提高成型作业性、生产率。
附图说明
图1是表示用于本发明的一种实施方式所涉及的FRP制造方法的制造装置的整体面貌的立体简图。
图2是图1所示的FRP制造装置的纵剖视图。
图3是图2所示的FRP制造方法中的模具的纵剖视简图，(a)表示由上模和下模形成的设置预成型体和内模前的模腔，(b)表示含浸基体树脂前的内模的位置，(c)表示将基体树脂固化时的内模的位置。
图4是表示用于本发明的另一实施方式所涉及的FRP制造方法的制造装置的整体面貌的立体简图。
图5是图4所示的FRP制造装置的纵剖视图。
图6是用于本发明的又一实施方式所涉及的FRP制造方法的制造装置的纵剖视图。
图7是图6所示的FRP制造方法中的模具的部分纵剖视简图，(a)表示含浸基体树脂前的内模和热膨胀体的位置，(b)表示将基体树脂固化时的内模和热膨胀体的位置，(c)表示脱模时的内模和热膨胀体的位置。
图8是用于本发明的又一实施方式所涉及的FRP制造方法的制造装置的纵剖视图。
图9是用于本发明的又一实施方式所涉及的FRP制造方法的制造装置的纵剖视图。
图10是表示用于可通过本发明所涉及的FRP制造方法适宜地得到的成型品的预成型体的立体简图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。但是，以下所示的实施方式仅为本发明的优选实施方式的示例，本发明并不限定于这些实施方式。
使用图1～3对本发明的第1实施方式进行说明。图1表示用于本发明的一种实施方式所涉及的FRP制造方法的制造装置的立体简图，其纵剖视图示于图2。另外，图1、2所示的FRP制造装置中的模具的纵剖视简图示于图3。在图1～3中，FRP的制造装置1具有上模2和下模3，在本实施方式中，上模2为平面状的板(plate)，下模3的截面形状为在凹型的框体中形成有凸部10，由上模2和下模3形成的模腔4的截面形状为C型。
本发明中，上模2、下模3、内模6只要具备必需的强度、刚性即可，不特别限定材料及形态，但为了提高成型品的精度和成型品的表面品质，材料优选为金属，例如，优选为钢，进一步地，从热膨胀的观点考虑，更优选为殷钢(invar)。
本实施方式中，在模腔4内，作为三维形状的预成型体，将具有由基础部30和增强部31构成的C型截面形状、由增强纤维基材形成的预成型体5沿着下模的凸部10配置；在模腔的两个增强部31中，在预成型体5与下模3的侧壁之间配置形状与凸部10相对应的内模6。基础部呈现出水平侧面，增强部呈现出垂直侧面。
本发明中，内模6在模腔内可以至少在不同于上下方向的横向上动作，从而对预成型体进行加压。另外，本实施方式中，内模6优选为在注入树脂前的时间点不会在模腔4内形成空隙的程度的尺寸。预成型体5的板厚形成为比意欲获得的成型品的厚度(即制品的厚度)大的状态(即，与制品的Vf相比为低Vf的状态)。
下模3的侧壁上设置有贯通孔8，棒状体7穿过贯通孔8而与内模6接触。本实施方式中，可以是棒状体7由外螺纹的螺栓构成，贯通孔8中设置有内螺纹。在图1、图2中，贯通孔被设置于下模，但根据成型品、模具的形状，贯通孔可以设置于上模和下模中的任一方或上模和下模双方。
在上模2和下模3之间设置有作为密封手段的O型圈9(其在模腔4的周围于整周范围内延伸)，经由O型圈9，模腔4被上模2和下模3密封。通过使用O型圈9，在上模2和下模3之间形成空隙，从而使上模2和下模3中至少有一方能朝向另一方动作。并且，通过在上模2和下模3之间具有空隙，在含浸基体树脂时，能够使预成型体为低Vf状态，基体树脂的流路变大。通过按压上模2和下模3或对模腔4进行减压，上模2和下模3中的一方朝向另一方动作，作为密封手段的O型圈9的压缩量增大，预成型体5的基础部的厚度缓缓变薄，上模2和下模3的表面接触后停止，由此进行控制以使其成为规定的制品厚度。
对于O型圈，并不特别限定材料及形态，作为材料，例如可以利用丁腈橡胶、苯乙烯橡胶、氟橡胶、硅橡胶，由于特别优选脱模特性高的材料，所以优选使用硅橡胶。
另外，本实施方式中，作为用于向模腔4内注入基体树脂的树脂注入手段，在下模3上具备树脂注入口12。在预成型体5的厚度大于制品的厚度的状态(即，预成型体的Vf低于意欲获得的制品的Vf的状态)下，经由树脂注入管线13，从树脂注入口12(其连接于树脂注入管线13且形成在下模3上)向模腔4内的预成型体5中注入收容于树脂罐(resin pot)11内的基体树脂并使其含浸。
需要说明的是，本发明中，可以如图2所示，在下模3和预成型体5之间介装树脂扩散介质21，借助树脂扩散介质21使基体树脂可以在更均匀地扩散的状态下注入预成型体5中进行含浸。作为树脂扩散介质21，只要具有促进树脂扩散的功能，则并不特别限定材料及形态，但优选为下述片状介质，所述片状介质对树脂的流动阻力与流经构成预成型体5的增强纤维基材内时的流动阻力相比为其1/10以下的低阻力，具体而言，为聚乙烯、聚丙烯制的网状织物、且网眼的目数为400目以下(间距为63.5μm以上)的介质是优选的。
另外，在图1、2所示的装置中，构成为：利用真空泵18，经由树脂收集器(resintrap)19通过形成于上模2的真空抽吸口15对模腔4内进行抽吸从而使其成为减压状态，利用该减压状态将基体树脂从树脂注入口12注入预成型体5中进行含浸。但是，本发明中，代替利用了该减压状态的注入、含浸，可以如下文所述将基体树脂加压注入，也可以并用利用了减压状态的注入和加压注入。如果使模腔内为减压状态，则能够排除残留空气，使成型品内的空隙等不良情况减少。
为了确保能够实现良好的树脂含浸的树脂粘度，树脂罐11、树脂收集器19、树脂注入管线13及真空抽吸管线16优选具有加热功能或保温功能。对于树脂注入口12、树脂注入管线13、真空抽吸口15及真空抽吸管线16而言，优选考虑树脂扩散介质21的性能、成型品的大小、形状来确定它们的个数、直径、位置等条件。需要说明的是，真空抽吸口15优选设置于预成型体中树脂的含浸最晚的位置。
由此，基体树脂被含浸于预成型体5整体范围内，含浸完成后，基体树脂从真空抽吸口15朝向真空抽吸管线16流出。在上述基体树脂的注入、含浸时，预成型体的厚度比作为目标的高Vf制品的厚度大，因此，在该状态下，尽管基体树脂尚未被固化，该状态下的Vf仍比作为目标的高Vf成型品的Vf低。因此，将树脂注入并进行含浸时的预成型体中的增强纤维的体积密度比作为目标的高Vf成型品中的增强纤维的体积密度低，树脂在预成型体5内容易流动，由此，即使是比较厚的预成型体，在不施加高的注入压的情况下也可充分良好地含浸基体树脂。即，虽然最初为低Vf状态，但可形成基体树脂容易地且充分良好地含浸于预成型体的状态。
如上所述在低Vf状态下使基体树脂充分良好地含浸于预成型体5后，通过如上文那样使用的树脂的真空抽吸管线16，抽吸、除去被过剩地注入、含浸至预成型体5中的树脂。如果树脂在含浸于整个预成型体之前到达真空抽吸口15，则树脂从真空抽吸口15被排出，树脂向预成型体内的含浸不再进行，有时产生未含浸部。为了避免这样的不良情况，优选配置多个真空抽吸口15，并将从树脂被排出的真空抽吸口15延伸出的真空抽吸管线16用夹子(clamp)等堵上。此时，利用通过真空抽吸进行减压后的模腔4的内压与施加于上模2的外表面的大气压之间的差压，上模2被压下，上模2对预成型体5加压，由此，可控制模腔4的内尺寸的高度，以使得配置于模腔4内的预成型体5的厚度变为制品的厚度。
然后，通过从模腔4的外部用棒状体7推压内模6，使其在不同于上下方向(图2中为高度方向)的横向上以规定量动作，由此控制模腔4的横向尺寸以使得配置于模腔4内的预成型体5的厚度变为制品的厚度，然后利用加热手段进行加热从而使基体树脂固化。
棒状体7只要为可以推压内模的结构，则形态没有特别限定，例如，也可以制成利用油压缸、气压缸进行压缩的结构。另外，为了以更好的精度控制成型品的板厚，优选能够计量棒状体的位移量。例如，通过使棒状体7为外螺纹的螺栓，并在贯通孔8内设置内螺纹，可以使棒状体7在贯通孔中转动，并利用其转动数量来控制棒状体7的移动量。内螺纹可以设置于贯通孔8的内部，也可以将切制有内螺纹的螺母状夹具固定于贯通孔8。
图3(a)表示本实施方式中在由上模2和下模3形成的模腔内设置预成型体和内模之前的状态，图3(b)表示在模腔内设置预成型体5和内模6后、含浸基体树脂之前的状态。在图3(b)的状态下，将基体树脂注入预成型体5中进行含浸后，在使上模2及下模3中的至少一方向另一方动作的同时，从模腔4的外部用棒状体7推压内模6，使其在横向上以规定量动作，由此形成图3(c)的状态后，利用加热手段进行加热从而使基体树脂固化。
通常，在本发明中，基体树脂使用热固性树脂(例如，环氧树脂)，基体树脂的固化通过加热手段进行。作为加热手段，使用设置于模具内的加热器、热媒等公知的手段(图示省略)即可。
通过如上所述被维持为规定的制品厚度的预成型体5所含浸的基体树脂固化，可以获得作为目标的高Vf的FRP成型品。树脂的固化完成后，打开模将成型品取出即可。
需要说明的是，本发明中，不同于上下方向的横向的含义包括上模2和下模3的上下合模方向以外的所有方向，通常，在对应于预成型体5的三维形状的情况下，表示增强部31的板厚方向。
预成型体5只要由被赋予形状的增强纤维基材构成且具有三维形状，则形态没有特别限定，但为了将基体树脂含浸时的板厚固定为大于制品厚度的状态，优选的是，将复数片增强纤维基材经由粘合剂(粘合树脂)粘合，固定为体积大的形状。另外，为了在基体树脂含浸后以板厚变薄的方式变形，粘合剂优选具有在基体树脂中溶解的特性，且优选以热塑性树脂为主成分。增强纤维基材是由增强纤维构成的片状基材，作为增强纤维基材，可以举出由增强纤维构成的织物、编织物、无纺布、单向基材。作为增强纤维，例如，优选使用碳纤维、玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维、凯夫拉(Kevlar)纤维等。另外，增强纤维基材满足预先通过设计而规定的纤维取向和纤维量。通过利用符合设计的增强纤维基材，能更有效地呈现出沿着纤维取向的强度·刚性。
在使上模2及下模3中的至少一方向另一方动作的同时使内模6在横向上动作、从而对预成型体5进行加压的工序，可以在基体树脂完全含浸于预成型体5之后实施，若注入了足量的树脂则也可以在向预成型体5内的含浸过程中实施。如果在含浸过程中对预成型体5进行加压，则可以减少树脂的剩余量，可以削减树脂的浪费。
图4示出第2实施方式所涉及的FRP制造装置的立体简图，其纵剖视图示于图5。与第1实施方式同样地，由上模2和下模3形成的模腔4的截面形状为C型，在模腔4内，作为三维形状的预成型体，沿着下模的凸部10配置有具有由基础部30和增强部31构成的C型截面形状、由增强纤维基材形成的预成型体5。
例示了下述方式：在下模3的下侧(位于下模3的与模腔4相反的一侧的外部)配置复数个囊袋(bladder bag)22，向这些囊袋22的内部导入加压流体(例如，压缩空气)，使囊袋22膨胀，从而使下模3朝向上模2侧动作，由此对预成型体进行加压。此时，为了预先将上模2的位置固定，使用了上模/下模固定夹具23。当然，在使下模3动作从而对成型体进行加压的同时，还经由真空抽吸管线16实施剩余树脂的抽吸、除去。需要说明的是，图5中省略了对囊袋22及上模/下模固定夹具23的标注。
另外，在本实施方式中，在模腔4的两个增强部，在预成型体5与下模3的侧壁之间配置有内模6和可膨胀的袋体24，所述内模6为与凸部10相对应的形状，且能够移动。即，在内模6与下模3之间的间隙设置有袋体24，袋体24通过袋体用的加压流体导入孔25将加压流体(例如，压缩空气)封入，从而可以膨胀。关于袋体，在图5中设置于内模与下模之间的间隙，但根据成型品、模具的形状，也可以设置于内模与上模之间的间隙。
另外，如图5所示，本发明中可以在内模6与下模的凸部10之间设置垫片(spacer)17。优选地，在注入基体树脂前的时间点，在袋体24中封入一定程度的加压流体使其膨胀，从而使袋体24和内模6以模腔4中变得没有空隙的程度占据模腔4的容积。
与第1实施方式同样地，在上模2和下模3之间设置有作为密封手段的O型圈9(其在模腔4的周围于整周范围内延伸)，经由O型圈9，模腔4被上模2和下模3密封。
另外，与第1实施方式同样地，作为用于向模腔内注入基体树脂的树脂注入手段，在下模3上具备树脂注入口12，在预成型体5的厚度大于制品的厚度的状态(即，预成型体的Vf低于意欲获得的制品的Vf的状态)下，经由树脂注入管线13，从树脂注入口12(其连接于树脂注入管线13且形成在下模3上)向模腔4内的预成型体5中注入收容于树脂罐11内的基体树脂并使其含浸。需要说明的是，在本发明中，如上文所述，在将基体树脂注入预成型体中进行含浸时，使模腔内为减压状态、或使注入的基体树脂为加压状态即足矣，但如果如图4、5所示，利用加压源20，经由树脂罐11通过形成于下模的树脂注入口12使树脂成为加压状态，从而并用模腔内的减压状态和基体树脂的加压状态，则能够使基体树脂更可靠地注入、含浸至预成型体5中。另外，与第1实施方式同样地构成为：在下模3和预成型体5之间介装树脂扩散介质21，借助树脂扩散介质21使基体树脂可以在更均匀地扩散的状态下注入预成型体5中进行含浸。
本实施方式中，在确保上模2和下模3之间的空隙的同时，以即使对基体树脂进行加压而将其注入、上模2和下模3也不分离的程度将上模2和下模3用上模/下模固定夹具23固定，然后，向囊袋22的内部导入一定程度的量的加压流体，使囊袋22膨胀。在该状态下，由于确保了上模2和下模3之间的空隙，所以预成型体处于低Vf的状态。然后，利用真空泵18，经由树脂收集器19通过形成于下模3的真空抽吸口15抽吸模腔4内从而使其成为减压状态，同时，将基体树脂加压注入，从而使得基体树脂被注入并含浸至预成型体5中。由此，基体树脂被含浸于预成型体5的整体范围，含浸完成后，如果基体树脂从真空抽吸口15流出，则停止基体树脂的供给。
如上所述在低Vf状态下使基体树脂充分良好地含浸于预成型体5后，如图5所示，通过如上文那样使用的基体树脂的真空抽吸管线16，抽吸、除去被过剩地注入、含浸至预成型体5中的基体树脂。此时，通过向这些囊袋22的内部进一步导入加压流体从而提高囊袋22的内部压力，作为密封手段的O型圈9的压缩量变大，预成型体5的基础部的厚度缓缓变薄，上模2和下模3的表面接触后停止，由此对预成型体5的基础部的厚度进行控制以使其变为规定的制品厚度。
进而，同样地，在基体树脂含浸完成后，通过向袋体24进一步导入加压流体从而提高袋体24的内部压力，使袋体24进一步膨胀，从而使内模6向下模的凸部10移动，由此，预成型体5的增强部经由内模6而被加压，板厚缓缓变薄。接着，内模6与设置于模腔4内的垫片17抵接，使得内模6的动作停止，从而能够控制动作距离，即，能够控制预成型体5的增强部以使其变为规定的制品厚度。
通过如上所述被维持为规定的制品厚度的预成型体5所含浸的基体树脂固化，可以获得作为目标的高Vf的FRP成型品。树脂的固化完成后，打开模将成型品取出即可。
关于袋体24，只要具有在装入压缩空气时空气不泄漏的密封性、体积能变大的膨胀性、达到规定的温度、大小时不破裂的强度，则材质、形态没有特别限定，例如，优选使用将尼龙、聚丙烯等树脂制的膜密闭封装制成袋状而得的袋体、将以硅橡胶、丁基橡胶等作为材料的橡胶状片材粘合并制成袋状而得的袋体。
关于垫片17，只要为在预成型体5变为规定的板厚时能够通过与内模6的抵接来阻止内模6的移动的尺寸，则材质、形态没有特别限定，但从耐久性的观点考虑，优选为与上模2、下模3、内模6相同的材料，例如，优选为钢、铝，进一步地，从热膨胀的观点考虑，更优选为殷钢。另外，垫片17可以是与模具分开的单一物件，也可以和内模6、下模3或上模2一体化。需要说明的是，利用垫片控制内模的移动量的手段不限于第2实施方式，在本发明中可以适当地利用。
图6示出用于第3实施方式涉及的FRP制造方法的制造装置的纵剖视图。在内模6与下模3的侧壁之间配置有热膨胀体14。热膨胀体14具备延伸部114，为了将延伸部114配置于内模6与上模2之间的间隙，上模2在与下模3的凸部10对应的位置具有上模的凸部。因此，由上模2和下模3形成的模腔4的截面形状为H型，在模腔4内，作为三维形状的预成型体，沿着下模的凸部10配置有具有由基础部30和增强部31构成的C型截面形状、由增强纤维基材形成的预成型体5。在本实施方式中，热膨胀体14设置于内模与下模之间的间隙，延伸部114配置于内模与上模之间的间隙，但根据成型品、模具的形状，也可以将热膨胀体设置于内模与上模之间的间隙，将延伸部114配置于内模与下模之间的间隙。
与上文说明过的实施方式同样地，在形成了虽为低Vf状态、但基体树脂容易地且充分良好地含浸于预成型体5的状态后，在使上模或下模中的至少一方向另一方动作的同时，通过对模腔4内进行加热使热膨胀体14膨胀，利用热膨胀体14推压内模6，使其在不同于上下方向的横向上以规定量动作。由此控制模腔4的横向尺寸以使得配置于模腔4内的预成型体5的厚度变为制品厚度后，通过加热至成型温度使基体树脂固化。通过对存在于内模6和上模2之间的热膨胀体进行加热，热膨胀体的延伸部114也发生热膨胀，从而可以将配置有延伸部114的内模6与上模2之间的间隙在横面和竖面一同可靠地密封。另外，通过使脱模时的温度低于成型温度，延伸部114也从基体树脂固化时起进行热收缩，产生配置有延伸部114的内模6与上模2之间的间隙，从而能够容易地将成型品脱模。
图7是将图6所示的FRP的制造装置中的模具的单侧部分放大显示的图，(a)、(b)、(c)分别为通过模式图示出下述(a)、(b)、(c)的位置关系的图：(a)含浸基体树脂时的内模和热膨胀体，(b)将基体树脂固化时的内模和热膨胀体，(c)脱模时的内模和热膨胀体。
在含浸基体树脂时，如图7(a)所示，预成型体5的板厚大于制品的厚度，成为低Vf的状态，因此，基体树脂容易地含浸至预成型体5内。然后，在将基体树脂固化时，通过使成型温度高于含浸树脂时的温度，如图7(b)所示，热膨胀体14从图7(a)所示的状态热膨胀，内模6与垫片17抵接，从而将预成型体5控制为制品的厚度。在将通过成型而得到的成型品脱模时，如图7(c)所示，通过使脱模时的温度低于成型温度，热膨胀体14从图7(b)所示的状态热收缩，使模腔内产生空隙，从而能够容易地将成型品脱模。
图8是例示下述方式的图：在图6所示的实施方式中，用框体27和帽形的凸部28构成下模，在框体27与帽形的凸部28之间配置底部热膨胀体115，通过加热使底部热膨胀体115膨胀，从而使下模3的帽形的凸部28朝向上模2侧动作，由此对预成型体进行加压。在使构成下模的帽形的凸部28朝向上模2侧动作时，为了预先将上模2的位置固定，使用未作图示的上模固定夹具。作为上模固定夹具，使用夹子、加压装置等公知的手段即可。在通过上模和下模加压的同时，经由真空抽吸管线16实施剩余树脂的抽吸、除去。在模腔内配置有上下方向垫片29，所述上下方向垫片29的长度经调节而使得其在基础部的厚度变为制品的厚度时与上模2和帽形的凸部28各自抵接，帽形的凸部28的移动距离可以利用上下方向垫片29与上模2的抵接来控制。
另外，热膨胀体14、底部热膨胀体115具有大于模的材料的热膨胀系数即可，材料及形态不受特别限定，但优选使用线膨胀系数大的材料，例如也可以利用弹性体。对于适合本发明的热膨胀体或底部热膨胀体而言，其线膨胀系数为1.0×10-4/℃以上，更优选为1.5×10-4/℃以上、3.0×10-4/℃以下。作为热膨胀体或底部热膨胀体，考虑脱模特性、热膨胀特性和挠性的话，特别优选使用硅橡胶。
在图9所示的实施方式中，在图6所示的实施方式的基础上，为了使下模3朝向上模2侧动作从而对预成型体进行加压，在下模3的下侧(位于下模3的与模腔4相反的一侧的外部)配置有复数个囊袋22。图9中，囊袋22以将下模托起的形态配置于下模固定夹具32的上方，但为了将上模压下，也可以配置于上模的上方。另外，也可以配置用与热膨胀体相同的材料制成的具有热膨胀性的部件来代替囊袋22。此时，为了预先将上模2的位置固定，使用上模固定夹具33。作为下模固定夹具32、上模固定夹具33，使用夹子、加压装置等公知的手段即可。为了使下模3朝向上模2侧动作，朝向上模2对下模3进行加压，同时经由真空抽吸管线16实施剩余树脂的抽吸、除去。
如上文说明过的那样，本发明中，预成型体5的基础部的厚度可以通过模腔4的减压度、或由囊袋22等带来的来自外部的压力进行控制。例如，可以使用压缩量大的O型圈9，根据减压度或压力和压缩量的相关关系，通过减压度或压力来控制预成型体5的基础部的厚度。或者，也可以在上模2和下模3之间预先配置例如树脂制或橡胶制的空隙调整板，在对预成型体的树脂含浸后，通过基于由囊袋22等带来的来自外部的压力的压缩、基于来自外部的温度负荷的热膨胀来控制空隙调整板的厚度，由此控制基础部的厚度。
图10是表示用于在长度方向上具有板厚变化点的成型品的预成型体的立体图，(b)为(a)的内面。此处，板厚变化点是指截面中板厚开始变化的角的部分。预成型体26在长度方向上具有板厚变化点131时，也可以在板厚不同的部位分别配置内模6，并根据变化的板厚对内模6的移动量进行分别的控制。例如，对于板厚较厚的部分，使内模6的移动量较小，对于薄的部分，使移动量较大，由此可以获得纤维体积含有率高且稳定的成型品。
即，将图10所示的预成型体26应用于图1所示的第1实施方式的制造装置时，在预成型体26的长度方向上配置复数个内模6，利用贯穿于复数个贯通孔8(图1示例了3个贯通孔)的棒状体7，对内模6的移动量进行分别的控制即可。
另外，将图10所示的预成型体26应用于图6所示的第3实施方式的制造装置时，在预成型体26的长度方向上配置复数个内模6，利用复数个热膨胀体14对内模6的移动量进行分别的控制即可。
综上所述，根据本发明，可以利用简易的成型装置以优异的成型作业性在短时间内制造高Vf的成型品，即使是具有三维形状且厚度较厚的结构体，也能够容易地以高效率进行制造。
产业上的可利用性
本发明的FRP的制造方法及装置可以实际地适用于一切FRP制成型品的制造，能够特别合适地适用于航空器、风车的部件等要求高品质的大型结构体的制造。
附图标记说明
1 FRP的制造装置
2 上模
3 下模
4 模腔
5 预成型体
6 内模
7 棒状体
8 贯通孔
9 O型圈
10 下模的凸部
11 树脂罐
12 树脂注入口
13 树脂注入管线
14 热膨胀体
114 热膨胀体延伸部
115 底部热膨胀体
15 真空抽吸口
16 真空抽吸管线
17 垫片
18 真空泵
19 树脂收集器
20 加压源
21 树脂扩散介质
22 囊袋
23 上模/下模固定夹具
24 袋体
25 袋体用的加压流体导入孔
26 在长度方向上具有板厚变化点的预成型体
27 框体
28 帽形的凸部
29 上下方向垫片
30 基础部
31 增强部
131 板厚变化点
32 下模固定夹具
33 上模固定夹具

Claims (15)

1.纤维增强塑料的制造方法，包括以下工序：
在由上模和下模形成的模腔内，配置由增强纤维基材形成的具有三维形状的预成型体、和能在不同于上下方向的横向上动作的内模，
在使预成型体的板厚大于意欲获得的成型品的厚度的状态下，将基体树脂注入预成型体中进行含浸，
然后，在使上模或下模中的至少一方向另一方动作的同时，使内模在横向上动作，对预成型体进行加压，由此进行控制以使得预成型体的厚度变为意欲获得的成型品的厚度，接着，进行加热使基体树脂固化从而得到成型品。
2.如权利要求1所述的纤维增强塑料的制造方法，其中，利用贯穿于贯通孔中的棒状体，从模腔的外部推压内模从而使内模动作，所述贯通孔设置于上模或下模、将模腔内与外部连通。
3.如权利要求2所述的纤维增强塑料的制造方法，其中，棒状体为外螺纹的螺栓，利用设置于贯通孔的内螺纹使棒状体转动，通过其转动数量来控制棒状体的移动量。
4.如权利要求1所述的纤维增强塑料的制造方法，其中，在内模与上模或下模之间的间隙设置袋体，向袋体内封入加压流体从而使其膨胀，由此使内模动作。
5.如权利要求1所述的纤维增强塑料的制造方法，其中，在内模与上模或下模之间的间隙设置热膨胀体，对热膨胀体进行加热从而使其热膨胀，由此使内模动作。
6.如权利要求5所述的纤维增强塑料的制造方法，其中，热膨胀体具备延伸部，将所述延伸部配置在内模与上模或下模之间的间隙，对热膨胀体进行加热从而使其热膨胀，由此通过所述延伸部将内模与上模或下模之间的间隙密封。
7.如权利要求1～6中任一项所述的纤维增强塑料的制造方法，其中，利用设置于模腔内的垫片来控制内模的动作距离。
8.如权利要求1～6中任一项所述的纤维增强塑料的制造方法，其中，预成型体由基础部和增强部构成。
9.如权利要求1～6中任一项所述的纤维增强塑料的制造方法，其中，预成型体以C型截面形状构成。
10.如权利要求1～6中任一项所述的纤维增强塑料的制造方法，其中，在预成型体的长度方向上配置复数个内模，根据预成型体的形状对复数个内模的移动量进行分别的控制。
11.如权利要求10所述的纤维增强塑料的制造方法，其中，预成型体在长度方向上具有板厚变化点，在板厚不同的部位分别配置内模，根据板厚对内模的移动量进行分别的控制。
12.纤维增强塑料的制造装置，所述制造装置具有：
上模和下模，所述上模和下模中至少有一方能朝向另一方动作，并且所述上模和下模使得能够形成用于配置下述预成型体的模腔，所述预成型体由增强纤维基材形成且具有三维形状；
内模，所述内模能在模腔内以在不同于上下方向的横向上对预成型体进行加压的方式动作；
树脂注入手段，用于向模腔内注入基体树脂；及
加热手段，用于使基体树脂固化，
其中，在上模或下模具有将模腔内与外部连通的贯通孔，所述贯通孔中贯穿有棒状体，所述棒状体用于从模腔的外部推压内模从而使内模动作。
13.如权利要求12所述的纤维增强塑料的制造装置，其是在内模与上模或下模之间的间隙设置袋体而成的，所述袋体可封入加压流体而膨胀。
14.如权利要求12所述的纤维增强塑料的制造装置，其是在内模与上模或下模之间的间隙设置热膨胀体而成的，所述热膨胀体可通过加热而热膨胀。
15.如权利要求14所述的纤维增强塑料的制造装置，其中，热膨胀体具备延伸部，所述延伸部被配置在内模与上模或下模之间的间隙。
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