CN105522763A - Frp夹层结构体的制造方法及frp夹层结构体 - Google Patents

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Abstract

本发明提供可以得到粘接强度良好、厚度方向的尺寸精度高的FRP夹层结构体的FRP夹层结构体的制造方法。分别成形分别具有多个贯通孔的第一及第二FRP表皮材料(101、102)之后，将第一FRP表皮材料(101)载置于在发泡芯材(103)的一个面涂布了的粘接用树脂(82)上、在密封了其的状态下进行减压，由此一边经由第一FRP表皮材料(101)的贯通孔(101a)而排出粘接用树脂(82)内的气泡(84)、一边使发泡芯材(103)和第一FRP表皮材料(101)粘接、使第二FRP表皮材料(102)在发泡芯材(103)的另一个面同样地粘接。

Description

FRP夹层结构体的制造方法及FRP夹层结构体
技术领域
该发明涉及用纤维强化塑料(plastic)(以下、FRP)的表皮材料夹持芯(core)材而一体化了的FRP夹层结构体的制造方法及FRP夹层结构体。
背景技术
作为以往的FRP夹层结构体的制造方法，有以下方法：将在发泡芯材的两面层叠至少一层以上的频率选择板而一体地形成了的层叠体载置于金属制的基础(base)部件、在该层叠体上层叠了纤维增强基材的状态下将其整体用真空袋(vacuumbag)覆盖、在使该内部的层叠体为真空(vacuum)了的状态下在纤维增强基材中使树脂含浸·固化而成形夹层结构的FRP结构体(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-198790号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，在如上所述的FRP结构体的制造方法中，存在如下问题：在使真空袋内的层叠体为真空的状态下在纤维增强基材上使树脂含浸·固化时，在与发泡芯材的基础部件相反侧所层叠了的纤维增强基材由于大气压而变形，进入位于发泡芯材的表面的凹凸，因此纤维增强基材的表面以波状起伏的状态被成形，得不到厚度方向的尺寸精度。因此，也考虑预先成形FRP表皮材料后、将发泡芯材和FRP表皮材料使用粘接用树脂进行粘接的方法，但在该方法中存在将发泡芯材和FRP表皮材料进行粘接时、在粘接用树脂中混入了的气泡即使在树脂固化后也残留、招致粘接强度的降低这样的问题。
该发明是为了解决如上所述的问题而完成的发明，其目的在于，提供可以得到粘接强度良好、厚度方向的尺寸精度高的FRP夹层结构体的FRP夹层结构体的制造方法。
用于解决课题的手段
就本发明的FRP夹层结构体的制造方法而言，具备：在层叠了的纤维布(cloth)被多个锥状部件贯通了的状态下将多个锥状部件的前端部用形成平坦的弹性体覆盖、在通过层叠于该弹性体之上的装袋膜(baggingfilm)将纤维布密封了的状态下在纤维布内使树脂含浸·固化而分别成形分别具有多个贯通孔的第一及第二FRP表皮材料的工序；将第一FRP表皮材料载置于在发泡芯材的一个面涂布了的第1粘接用树脂上、在密封其的状态下进行减压，由此一边经由第一FRP表皮材料的贯通孔排出第1粘接用树脂内的气泡一边使发泡芯材和第一FRP表皮材料粘接的工序；将第二FRP表皮材料载置于在发泡芯材的另一个面涂布了的第2粘接用树脂上、在密封其的状态下进行减压，由此一边经由第二FRP表皮材料的贯通孔排出第2粘接用树脂内的气泡一边使发泡芯材和第二FRP表皮材料粘接的工序。
发明效果
根据该发明，预先成形具有多个贯通孔的FRP表皮材料、使该FRP表皮材料和发泡芯材粘接，由此可以得到粘接强度良好、厚度方向的尺寸精度高的FRP夹层结构体。
附图说明
图1是表示成形本发明的实施方式1中的FRP表皮材料的工序的剖面图。
图2是表示纤维布的俯视图。
图3是表示该发明的实施方式1中的FRP表皮材料的脱模处理工序的剖面图。
图4是表示该发明的实施方式1中的第一FRP表皮材料的粘接工序的剖面图。
图5是图4的B部中的部分放大剖面图。
图6是表示该发明的实施方式1中的第二FRP表皮材料的粘接工序的剖面图。
图7是图6的C部中的部分放大剖面图。
图8是表示该发明的实施方式1中的FRP夹层结构体的立体图。
图9是表示该发明的实施方式1中的FRP夹层结构体的D部的部分放大剖面图。
图10是表示图8的D部的部分放大图。
图11是表示表皮材料的成形模的实例的剖面图。
符号的说明
10、11、12表皮材料的成形模、10a、11b、11c、11d、12d突起(锥状部件)、20纤维布、73弹性体、74、83装袋膜、77填充用树脂、78脱模剂、82粘接用树脂、84气泡、100FRP夹层结构体、101第一FRP表皮材料、102第二FRP表皮材料、101a、102a贯通孔、101b、102b粘接面、103发泡芯材。
具体实施方式
实施方式1.
在以下，基于图1～图11对本发明的实施方式1进行说明。在本实施方式中使用的表皮材料的成形模10中，如图1(a)中所示圆锥形的突起10a、即锥状部件被一体地成形。就表皮材料的成形模10的突起10a而言，高度为约3mm，直径为约1mm，以一定间隔排列成格子状。予以说明，如果突起10a的形状为锥型，则也可以为棱锥。另外，如上所述突起10a的直径及邻接的突起10a的相互间隔为一定的，但从兼顾有效地进行后述的粘接用树脂中的气泡排出和抑制后述的纤维布20的纤维特性降低的观点出发，可以使贯通纤维布20的中央部的突起10a的直径与贯通纤维布20的外周部的突起10a的直径相比增大，或使贯通纤维布20的中央部的突起10a的配置与贯通纤维布20的外周部的突起10a的配置相比紧密。而且，从抑制纤维布20的纤维特性降低的观点出发，突起10a的直径优选为图2(a)中所示的纤维束间隔A的1/10倍以上且低于2倍。另外，在此表皮材料的成形模10的上表面为平面，但并不限于此，也可以为曲面。
另一方面，纤维布20只要是将捆住纤维的纤维束在2维面内编织了的织物即可，不受编织组织限定。另外，在此纤维布20中的纤维的材质为碳纤维，但不限于此，也可以为玻璃(glass)纤维等的其它纤维。另外，就进行层叠的纤维布20的张数而言，只要被层叠了的纤维布20的厚度为不超过突起10a的高度的范围即可。
接着，对成形FRP表皮材料的工序进行说明。首先，在对图1(a)中所示的表面实施了脱模处理的表皮材料的成形模10之上，如图1(b)中所示层叠使碳纤维为平织的纤维布20。此时，突起10a贯通纤维布20，但突起10a通过在图2(a)中所示的纤维束20a的相互间所形成的间隙20b，如图2(b)中所示周围的纤维束20a弯曲，因此纤维不断裂而维持其连续性。因此，不会招致由于被突起10a贯通而强度降低。
接着，在层叠了的纤维布20之上，如图1(c)中所示依次层叠剥离层(peelply)71及流动介质(flowmedia)72、使突起10a的前端从流动介质72之上突出。
接着，在层叠了的流动介质72之上，如图1(d)中所示层叠例如由聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene)等的氟系树脂构成、上面成为平坦的弹性体73、利用该弹性体73将突起10a的前端部没有间隙地覆盖。进而，在纤维布20的周围敷设密封带(sealanttape)75，在一端设置树脂注入口761、在相反侧的端设置吸引口762。而且，在成为平坦的弹性体73之上层叠装袋膜74，将该装袋膜74的外缘部利用密封带75密封。树脂吸入口761连接于树脂槽(没有图示)，吸引口762连接于真空泵(pump)(没有图示)。其后，通过真空泵的吸引将用装袋膜74覆盖了的内部进行减压，由此进行纤维布20的赋型。
而且，纤维布20的赋型后，在将内部进行了减压的状态下如图1(e)中所示从树脂注入口761注入例如为乙烯基酯(vinylester)树脂的填充用树脂77。使填充用树脂77含浸·填充于纤维布20整体后，根据填充用树脂77的种类在常温或加热下使填充用树脂77固化。
予以说明，弹性体73的厚度为从流动介质72突出的突起10a的前端部的高度以上。弹性体73的材质为摩擦系数、表面张力小、脱模性优异、且具有经得起填充用树脂77的固化温度的程度的耐热性的材质即可。另外，就弹性体73的硬度而言，在JIS规格K6253的类型(type)A硬度计(durometer)下优选为硬度50以下。另外，填充用树脂77只要是低粘度的树脂就没有特别限定，除乙烯基酯树脂之外，可以使用环氧(epoxy)树脂、聚酯(polyester)树脂等。其中也优选如乙烯基酯树脂那样在常温下可固化的树脂。
如上所述使填充用树脂77固化后，将填充了填充用树脂77的纤维布20从表皮材料的成形模10脱模、剥下剥离层72及流动介质72，由此，如图1(f)中所示得到具有贯通孔101a的第一FRP表皮材料101。就第一FRP表皮材料101而言，与表皮材料的成形模10对向的面成为外侧表面101c、与外侧表面101c相反侧的面成为粘接面101b。另外，由于贯通孔101a为锥型台形状，因此与粘接面101b侧的底面相比，外侧表面101c侧的底面大。
予以说明，至此对成形第一FRP表皮材料101的工序进行了说明，但也可以通过与其同样的工艺(process)成形第二FRP表皮材料102。如图1(f)中所示第二FRP表皮材料102也与第一FRP表皮材料101同样地具有贯通孔102a、且与表皮材料的成形模10对向的面成为外侧表面102c、与外侧表面102c相反侧的面成为粘接面102b。另外，由于贯通孔102a为锥型台形状，因此与粘接面102b侧的底面相比，外侧表面102c侧的底面大。
接着，对脱模处理工序进行说明。使如上述那样成形了的第一及第二FRP表皮材料101、102如图3那样分别上下颠倒，在外侧表面101c、102c分别涂布脱模剂78。
接着，对第一FRP表皮材料101和发泡芯材103的粘接工序进行说明。如图4中所示，将经由剥离层81载置于成形模30之上的发泡芯材103和经由粘接用树脂82载置于发泡芯材103的一个面上的第一FRP表皮材料101用装袋膜83覆盖、配置于发泡芯材103的外周、与具备分压器(bleeder)861的夹具863一起利用密封带85进行密封。而且，将一个密封带85中所具备的吸引口862连接于真空泵(没有图示)，利用该真空泵将内部减压，由此使第一FRP表皮材料101粘接于发泡芯材103的一个面。以下，对该粘接工序具体地进行说明。
图5是表示图4的B部中的粘接工序的部分放大剖面图。如图5(a)中所示，将发泡芯材103经由剥离层81载置于成形模30之上、在与成形模30相反侧的面涂布例如作为乙烯基酯树脂的粘接用树脂82。另外，如图5(b)中所示，在上述脱模处理工序中被脱模处理了的第一FRP表皮材料101的粘接面101b涂布粘接用树脂82、使该粘接面101b与发泡芯材103对向，使第一FRP表皮材料101载置于在发泡芯材103上被涂布了的粘接用树脂82之上。其后，将第一FRP表皮材料101从上面进行加压、排出粘接用树脂82中所含的气泡的一部分。
接着，将具备分压器861的夹具863设置于发泡芯材103的外周部，进一步在其周围敷设密封带85。另外，在一个密封带85设置吸引口862，将该吸引口862连接于真空泵(没有图示)。
吸引口862的设置后，如图5(c)中所示，在载置于发泡芯材103之上的状态的第一FRP表皮材料101之上重叠装袋膜83而覆盖其整体，将装袋膜83的外缘部用密封带85密封。
接着，通过真空泵的吸引将用装袋膜83覆盖了的内部进行减压，由此，如图5(d)中所示残留于粘接用树脂82的内部的气泡84经由贯通孔101a向上部排出。此时，粘接用树脂82填充于贯通孔101a的内部，且其一部分在第一FRP表皮材料101和装袋膜84之间渗出而成为剩余树脂82a。予以说明，在外周部中从外缘部也排出气泡84。
如上所述，在气泡84被排出后关闭吸引口862、一边维持被减压了的状态一边根据粘接用树脂82的种类在常温或加热下使粘接用树脂82固化、形成粘接层104。接着，如图5(e)中所示将发泡芯材103从成形模30脱模、剥下剥离层81。而且，如图5(f)中所示将第一FRP表皮材料101上的剩余树脂82a与脱模剂78一起除去。由于在贯通孔101a上没有涂布脱模剂78，因此剩余树脂82a残留，因此根据需要通过研磨等除去贯通孔101a上的剩余树脂82a。
予以说明，发泡芯材103只要厚度为5mm～10cm左右、为独立气泡的发泡材料，其种类就没有限定，可以使用丙烯酸类(acrylic)、酚(phenol)、聚苯乙烯(polystyrene)等。另外，粘接用树脂82只要为低粘度、且在常温下为液体状的树脂，其种类就没有限定。如果是在常温下可固化的乙烯基酯树脂，就优选，如果是与填充用树脂77相同的种类的树脂，则进一步优选。
接着，对第二FRP表皮材料102和发泡芯材103的粘接工序进行说明。如上所述，使第一FRP表皮材料101和发泡芯材103粘接后，如图6中所示，将在一个面上粘接了第一FRP表皮材料101的发泡芯材103经由剥离层81载置于成形模30之上。而且，将该发泡芯材103和经由粘接用树脂82而载置于发泡芯材103的另一个面上的第二FRP表皮材料102用装袋膜83覆盖、配置于发泡芯材103的外周、与具备分压器861的夹具863一起利用密封带85密封。而且，将一个密封带85中所具备的吸引口862连接于真空泵(没有图示)，利用该真空泵将内部进行减压，由此使第二FRP表皮材料102粘接于发泡芯材103的另一个面。以下，对该粘接工序具体地进行说明。
图7是表示图6的C部中的粘接工序的部分放大剖面图。如图7(a)中所示，将粘接了第一FRP表皮材料的发泡芯材103经由剥离层81而载置于成形模30之上、在与第一FRP表皮材料101的粘接面相反侧的面涂布粘接用树脂82。另外，如图7(b)中所示，在上述脱模处理工序中被脱模处理了的第二FRP表皮材料102的粘接面102b涂布粘接用树脂82、使粘接面102b与发泡芯材103对向，将第二FRP表皮材料102载置于在发泡芯材103上被涂布了的粘接用树脂82之上。其后，将第二FRP表皮材料102从上面进行加压、排出粘接用树脂82中所含的气泡的一部分。
接着，将具备分压器861的夹具863设置于发泡芯材103的外周部，进一步在其周围敷设密封带85。另外，在一个密封带85设置吸引口862，将该吸引口862连接于真空泵(没有图示)。
吸引口862的设置后，如图7(c)中所示，在载置于发泡芯材103之上的状态的第二FRP表皮材料102之上重叠装袋膜83而覆盖其整体，将装袋膜83的外缘部用密封带85密封。
接着，通过真空泵的吸引将用装袋膜83覆盖了的内部进行减压，由此，如图7(d)中所示残留于粘接用树脂82的内部的气泡84经由贯通孔102a向上部排出。此时，粘接用树脂82填充于贯通孔102a的内部，且其一部分在第二FRP表皮材料102和装袋膜84之间渗出而成为剩余树脂82a。予以说明，在外周部中，从外缘部也排出气泡84。
如上所述，气泡84被排出后，关闭吸引口862、一边维持减压了的状态一边根据粘接用树脂82的种类在常温或加热下使填充用树脂82固化、形成粘接层104。接着，如图7(e)中所示将粘接了第一FRP表皮材料的发泡芯材103从成形模30脱模、剥下剥离层81。而且，如图7(f)中所示将第二FRP表皮材料102上的剩余树脂82a与脱模剂78一起除去。由于在贯通孔102a上不涂布脱模剂78而残留剩余树脂82a，因此根据需要通过研磨等除去贯通孔102a上的剩余树脂82a。如以上那样得到FRP夹层结构体100。
图8是在本实施方式得到的FRP夹层结构体的立体图，图9是表示该FRP夹层结构体的D部的部分放大剖面图，图10是表示图8的D部的部分放大图。如图所示，FRP夹层结构体100按第一FRP表皮材料101、粘接层104、发泡芯材103、粘接层104、第二FRP表皮材料102的顺序层叠而一体化。另外，在贯通孔101a及102a中填充有粘接用树脂82。在本实施方式中贯通孔101a、102a配置成格子状，但贯通孔101a、102a的配置并不限定于此。在构成第一及第二FRP表皮材料101、102的纤维布20的间隙填充有填充用树脂77，贯通孔101a周围的纤维束20a弯曲而维持其连续性。
根据上述实施方式1，将分别具有多个贯通孔的第一及第二FRP表皮材料预先成形、使该FRP表皮材料和发泡芯材粘接，由此可以得到粘接强度良好、厚度方向的尺寸精度高的FRP夹层结构体。
另外，在成形FRP表皮材料时，将贯通纤维布的突起的前端部用成为平坦的弹性体覆盖、在均匀地加压了纤维布的状态下使填充用树脂含浸·固化，因此可以得到厚度方向的尺寸精度高的FRP表皮材料。
另外，预先在使突起贯通于纤维布的状态下使填充用树脂含浸·固化而分别成形具有贯通孔的FRP表皮材料，由此可以维持纤维布中的纤维的连续性、防止纤维的断裂所导致的强度降低。
另外，在将发泡芯材和各自的FRP表皮材料粘接时，分别除去在FRP表皮材料的外表面渗出了的粘接用树脂，由此可以使各自的FRP表皮材料的外表面平滑。
另外，在将各自的FRP表皮材料载置于在发泡芯材上被涂布了的粘接用树脂上之前，在各自的FRP表皮材料的外表面分别涂布脱模剂，因此可以容易地除去在FRP表皮材料的外表面渗出了的剩余树脂。
予以说明，在上述实施方式1中，突起10a与第一及第二FRP表皮材料的成形模10被一体成形，但例如可以如图11中所示将突起和成形模不同地构成。以下，具体地进行说明。
如图11(a)中所示，在表皮材料的成形模11设有多个销(pin)孔11a，如图11(b)中所示，在各自的销孔11a可装卸地安装突起11b。因此，即使在万一突起破损了的情况下，可以仅通过将破损了的突起交换为新的突起而仍旧使用表皮材料的成形模11。
另外，如图11(c)、图11(d)中所示，通过将突起11b更换为前端部的直径不同的突起11c、11d，可以容易地变更贯通孔的孔径。
进而，如图11(e)中所示，通过在设置于上述成形模的多个销孔11a中的一部分安装大小与销孔11a相同的销11e，可以容易地变更贯通孔的数、配置及间隔。
而且，如图11(f)中所示，通过将表皮材料的成形模12分割成具有销孔12a的上板12b和底板12c，在将被成形了的FRP表皮材料从表皮材料的成形模12脱模时，首先取下底板12c，从上板12b的下方拔掉突起12d后，将上板12b向横向错开而取下，由此可以容易地进行脱模。

Claims (11)

1.一种FRP夹层结构体的制造方法，其特征在于，具备：
在层叠了的纤维布被多个锥状部件贯通了的状态下将所述多个锥状部件的前端部用形成了平坦的弹性体覆盖、在通过层叠于该弹性体之上的装袋膜将所述纤维布密封了的状态下在所述纤维布内使树脂含浸·固化而分别成形分别具有多个贯通孔的第一及第二FRP表皮材料的工序；
将所述第一FRP表皮材料载置于在发泡芯材的一个面涂布了的第1粘接用树脂上、在密封了其的状态下进行减压，由此一边经由所述第一FRP表皮材料的贯通孔排出所述第1粘接用树脂内的气泡、一边使所述发泡芯材和所述第一FRP表皮材料粘接的工序；
将所述第二FRP表皮材料载置于在所述发泡芯材的另一个面涂布了的第2粘接用树脂上、在密封了其的状态下进行减压，由此一边经由所述第二FRP表皮材料的贯通孔排出所述第2粘接用树脂内的气泡、一边使所述发泡芯材和所述第二FRP表皮材料粘接的工序。
2.根据权利要求1所述的FRP夹层结构体的制造方法，其特征在于，具备：在将所述第一及第二FRP表皮材料载置于在所述发泡芯材上涂布了的粘接用树脂上之前，在所述第一及第二FRP表皮材料的与所述发泡芯材相反侧的面分别涂布脱模剂的工序。
3.根据权利要求1所述的FRP夹层结构体的制造方法，其特征在于，在使所述第一及第二FRP表皮材料和所述发泡芯材粘接时，所述第1及第2粘接用树脂的一部分分别填充于所述第一及第二FRP表皮材料的贯通孔。
4.根据权利要求1所述的FRP夹层结构体的制造方法，其特征在于，在使所述第一及第二FRP表皮材料和所述发泡芯材粘接时，通过对所述第一及第二FRP表皮材料和所述粘接用树脂的界面施加剪切力而除去从所述贯通孔渗出了的粘接用树脂。
5.根据权利要求1所述的FRP夹层结构体的制造方法，其特征在于，所述第一及第二FRP表皮材料使用具有所述多个锥状部件的成形模而成形。
6.根据权利要求5所述的FRP夹层结构体的制造方法，其特征在于，所述多个锥状部件的粗度为纤维束间隔的1/10倍以上且低于2倍。
7.根据权利要求6所述的FRP夹层结构体的制造方法，其特征在于，就所述多个锥状部件的粗度而言，贯通所述纤维布的中央部的锥状部件比贯通外周部的锥状部件粗。
8.根据权利要求6所述的FRP夹层结构体的制造方法，其特征在于，就所述多个锥状部件的配置而言，贯通所述纤维布的中央部的锥状部件比贯通外周部的锥状部件紧密。
9.根据权利要求5所述的FRP夹层结构体的制造方法，其特征在于，所述多个锥状部件与所述第一及第二FRP表皮材料的成形模被可装卸地安装。
10.根据权利要求9所述的FRP夹层结构体的制造方法，其特征在于，
所述第一及第二FRP表皮材料的成形模被分割为上板和底板，
所述第一及第二FRP表皮材料在从成形模脱模时取下底板，从上板的下方拔掉所述多个锥状部件后，将上板向横向错开而脱模。
11.一种FRP夹层结构体，其特征在于，其是通过权利要求1～10的任一项所述的FRP夹层结构体的制造方法而制造的FRP夹层结构体，其具备分别粘接于发泡芯材的两侧、分别具有填充了粘接用树脂的一部分的多个贯通孔的第一及第二FRP表皮材料。
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