CN112996643B - 纤维强化树脂成型品的制造方法 - Google Patents
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- B29K2307/00—Use of elements other than metals as reinforcement
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Abstract
本发明提供对纤维强化树脂进行压制成型而得到尺寸精度高的纤维强化树脂成型品的方法。本发明涉及纤维强化树脂成型品的制造方法，其中，对纤维强化树脂的一块预浸料、层叠着的多块预浸料、或在预浸料之间配置粘接剂树脂片材并使其层叠而得到的多块预浸料进行压制，由此制造纤维强化树脂成型品，该方法包括如下工序：将所述预浸料配置于加热后的上模和加热后的下模之间的工序；使所述上模和所述下模进一步升温同时使所述上模下降，利用所述上模和所述下模对所述预浸料施加载荷的工序；在所述上模处于下死点的位置，将所述上模和所述下模在规定的温度范围内保持的工序；将所述上模和所述下模的加热减少或停止的工序；以及在减少或停止所述加热之后，使所述上模上升而取出纤维强化树脂成型品的工序。
Description
技术领域
本发明涉及通过对预浸料进行压制加工而制造纤维强化树脂成型品的方法。
背景技术
近年来，从环境问题出发，在汽车业、航空业等中，努力提高燃油经济性。其中，为了实现车体、机体的轻量化，将金属替换为纤维强化树脂备受期待，并得到极大的关注。
纤维强化树脂中使用的树脂为热塑性树脂或热固性树脂，纤维强化树脂为利用这些树脂对纤维进行强化得到的材料。纤维强化树脂可以通过加热而进行成型、赋型，具有高生产率，容易进行熔敷等二次加工，具有电绝缘性，另外，不会发生腐蚀，可回收性也优异等，基于这些特征而在各个领域中得到广泛使用。
另外，作为纤维使用了碳纤维的碳纤维强化树脂轻量且具有高强度高刚性，因此，在前述的汽车业、航空业、以及船舶业、宇宙领域、风力发电及体育用品等广泛的领域内进行了应用研究，并已投入使用。
作为纤维强化树脂的成型品的一个例子，使混合有固化剂、粘接剂等添加物的环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂等热固性树脂含浸于像玻璃布、碳纤维这样的纤维状补强材料，进行加热或干燥，使其成为半固化状态，得到预浸料，利用加热及加压，使预浸料固化。
纤维强化树脂的加工有高压釜成型、烘箱成型、压制成型、RTM/VaRTM法、拉制成型、长丝缠绕、片材缠绕等，其中，从生产率高、且得到优质的纤维强化树脂成型品的观点考虑，优选为压制成型。
但是，纤维强化树脂与金属相比，延展性小，如果利用与铁等金属相同的速度进行压制成型，则会开裂或者产生褶皱。另外，如果为了成型而对预浸料过度加热，则树脂粘度过于降低，树脂熔融，无法形成漂亮的成型品。另外，如果不加热，则粘度不会降低，因此，存在成型不良的问题。
针对上述问题，作为调整预浸料的树脂组合物的流动性的方法，专利文献1中公开了如下的预浸料用树脂组合物，其中，“包含50至90重量份的固体环氧树脂与10至50重量份的液体环氧树脂的混合环氧树脂、橡胶以及固化剂，相对于该混合环氧树脂100重量份，配合5至60重量份的该橡胶，相对于该混合环氧树脂100重量份，配合1至100重量份的该固化剂”(专利文献1：日本特开2005－213352号公报)。
另外，专利文献2中公开一种适合于压制成型、特别是高循环压制成型的、包含强化纤维和环氧树脂组合物的预浸料，“其在常温下的保存稳定性优异，能够以比较低的温度且短时间进行加热固化，且使用了固化树脂具有高耐热性的环氧树脂组合物，并且，能够抑制加热加压固化时树脂过多地流动”(专利文献2：日本特许第5682837号公报)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005－213352号公报
专利文献2：日本特许第5682837号公报
发明内容
如上所述，专利文献1、专利文献2中公开的预浸料是利用预浸料的树脂组合物的构成来调整树脂的流动性，只有在所公开的构成的树脂组合物的情况下才发挥效果。即，对于使用了上述构成以外的树脂组合物的预浸料(例如通常组成的预浸料)没有解决问题。近年来，各种领域中使用的纤维强化树脂成型品因其用途、形状、大小以及所要求的成本等而并不一定能够使用如上所述被限定的树脂组合物，很难应用于所有的与增加的需求相对应的压制成型。
因此，本发明的目的在于，提供一种不会降低品质、作业效率的、生产率高的纤维强化树脂的压制成型方法。
本发明的发明人进行了潜心研究，结果发现一种对纤维强化树脂进行压制成型而得到完成度高的纤维强化树脂成型品的方法。即，本发明包括以下内容。
[1]一种制造纤维强化树脂成型品的方法，其中，对纤维强化树脂的一块预浸料、层叠着的多块预浸料、或在预浸料之间配置粘接剂树脂片材并使其层叠而得到的多块预浸料进行压制，由此制造厚度1.0mm～9.0mm的纤维强化树脂成型品，
所述方法的特征在于，包括如下工序：
将所述预浸料配置于加热后的上模和加热后的下模之间的工序；
以在所述上模下降至下死点时的前后1分钟以内达到比树脂的固化开始温度低10℃的温度～比树脂的固化开始温度高20℃的温度的范围内的方式使所述上模和所述下模升温，同时使所述上模下降，利用所述上模和所述下模对所述预浸料施加载荷的工序；
在所述上模处于下死点的位置，将所述上模和所述下模在比所述预浸料的树脂的固化开始温度低10℃的温度～比所述预浸料的树脂的固化开始温度高20℃的温度的范围内按所述预浸料的厚度每1mm保持0.3～2分钟来进行保持的工序；
将所述上模和所述下模的加热减少或停止的工序；以及
在减少或停止所述加热之后，使所述上模上升而取出纤维强化树脂成型品的工序。
[2]根据[1]所述的方法，其特征在于，所述纤维强化树脂为热固性的碳纤维强化环氧树脂。
[3]根据[1]或[2]所述的方法，其特征在于，所述上模及所述下模的升温速度为5～40℃/分钟。
发明效果
本发明能够利用适当的温度管理和适当的压力管理来实施纤维强化树脂的压制成型，并能够制造准确性高的纤维强化树脂成型品。
附图说明
图1是本发明所涉及的纤维强化树脂的压制成型的说明用截面图。
图2是本发明所涉及的纤维强化树脂的压制成型的说明用截面图。
图3是本发明所涉及的纤维强化树脂的压制成型的说明用截面图。
图4是表示实施例所涉及的压制时的模具温度和载荷的变化的曲线图。
具体实施方式
基于实施例的图，对用于实施本发明的方案详细地进行说明。应予说明，本发明并不限定于实施例，可以在本领域技术人员周知的范围内进行适当设计变更等。
本说明书中，纤维强化树脂成型品是指如下得到的成型品，即，使纤维束、例如碳纤维、玻璃纤维等的纤维束在热塑性树脂或热固性树脂中含浸、干燥，得到预浸料，利用加热，使该预浸料固化，得到成型品。
另外，本发明中，可以使用热固性树脂、热塑性树脂及包含它们中的一种的树脂组合物。
对于构成所述预浸料的树脂，作为热固性树脂，可以举出：环氧树脂、乙烯基酯树脂、不饱和聚酯树脂、聚氨酯树脂、酚醛树脂等，还可以将这些热固性树脂组合使用。
另外，作为热塑性树脂，可以举出：丙烯酸树脂、聚酯树脂、聚碳酸酯树脂、聚丙烯树脂、聚乙烯树脂、聚苯乙烯树脂、聚氯乙烯树脂、聚酰胺树脂等。这些热塑性树脂可以单独使用，另外，也可以将多种热塑性树脂混合使用。
实施例
[关于纤维强化树脂的压制成型]
关于本发明所涉及的纤维强化树脂的压制成型，对纤维强化树脂的预浸料3进行压制成型，制造纤维强化树脂成型品。
如图1所示，利用压制来制造本发明所涉及的纤维强化树脂成型品所使用的装置包括：配置于上方的凹形状的上模1、以及与上模1成对的凸形状的下模4。
上模1的凹形状为用于将预浸料3成型的阴模，下模4的凸形状为相对于上模1的阳模。另外，上模1具备用于使上模1升温的加热器2，下模4具备用于使下模4升温的加热器5。
如图1～图3的制造工序图所示，本发明的压制成型方法包括以下工序：将预浸料3配置于加热后的上模1与加热后的下模4之间的工序(a工序图1)；使上模1和下模4进一步升温，同时使上模1下降，利用上模1和下模4对预浸料3施加载荷的工序(b工序图2)；在上模1处于下死点的位置，将上模1和下模4在规定的温度范围内保持的工序(c工序图2)；将上模1和下模4的加热减少或停止的工序(d工序图2)；在减少或停止之后，使所述上模上升而取出纤维强化树脂成型品的工序(e工序图3)。
应予说明，本实施例中，预浸料3使用使环氧树脂含浸于碳纤维得到的纤维强化树脂预浸料，不过，并没有特别限定。
另外，本实施例中，预浸料使用三菱丽阳制布预浸料(3K平纹、厚度为0.23mm)，按完成后的纤维强化树脂成型品的厚度为1.6mm的方式将多块层叠进行实施。应予说明，对于本说明书中公开的技术，可以按纤维强化树脂成型品的厚度达到1.0mm～9.0mm的厚度来进行使用，可以通过预浸料的层叠块数来调整完成品的厚度。此外，在层叠预浸料时，还可以通过在预浸料与预浸料之间配置粘接剂树脂片材来提高预浸料的层叠强度(使预浸料彼此不易剥离)。作为粘接剂树脂片材，可以使用例如环氧系粘接剂树脂片材，可以配置于待层叠的所有预浸料与预浸料之间，也可以是预浸料与预浸料之间仅在需要部位配置有粘接剂树脂片材。
本发明的特征在于：在压制工序中，设定适当的温度和压力。首先，在配置预浸料3之前，将上模1和下模4分别加热。对于加热时的各模具的升温速度，实施例中以20℃/分钟进行升温，但不限定于此。例如，优选为5～40℃/分钟，更优选为10～30℃/分钟。
接下来，将预浸料3配置于下模4(工序a)。虽然还取决于构成预浸料3的材料，不过，在碳纤维强化环氧树脂(热固树脂)的情况下，优选在上模1和下模4分别为80℃左右时将预浸料3配置于下模4。此时是图4中(1)的位置。
配置预浸料3之后，接着，以20℃/分钟使其升温，同时将上模1下降。不久后上模1与预浸料3接触(图4中(2)的位置)，上模1进一步下降至下死点(工序c)。上模1与预浸料3接触后，进一步下降时，载荷增大。
按在上模1下降至下死点时的前后1分钟以内、优选前后30秒以内、更优选同时达到比树脂(预浸料3)的固化开始温度低10℃的温度～比树脂的固化开始温度高20℃的温度的范围内的方式来设定所述上模的温度和所述下模的温度。如果在比上模1下降至下死点的时刻早1分钟以前，各模具温度就升温到了固化开始温度，则在开始压制之前发生树脂滴落，很难得到适当形状的纤维强化树脂成型品。另外，从下降至下死点的时刻经过1分钟后各模具温度才成为高温的情况下，预浸料在被充分软化之前就与上模1接触，导致预浸料发生变形，因此，有时预浸料可能会破损。应予说明，本实施例中使用的预浸料的固化开始温度为130℃，因此，按在130℃附近保持的方式设定模具温度。
本实施例中，将上模1处于下死点且模具温度在比固化开始温度低10℃的温度～比树脂的固化开始温度高20℃的温度的范围内的状态(本实施例中为130℃)保持2分钟(预浸料3的厚度为1.6mm，因此是预浸料厚度每1mm保持1.25分)，但并不限定于该时间。本发明中，保持时间优选为预浸料的厚度每1mm保持0.3～2分钟。本发明中，预浸料的厚度可以适用1.0mm～9.0mm，因此，厚度为9.0mm时的保持时间为2.7～18分钟。更优选的保持时间为预浸料每1mm保持0.6～1.5分钟。如果保持时间较短，则不易得到所期望的形状。特别是角的成型不充分。另外，如果保持时间过长，则一次压制所需要的时间过长，因此，效率差。
上模1处于下死点且上模1及下模4的温度在比固化开始温度低10℃的温度～比树脂的固化开始温度高20℃的温度的范围内的状态保持规定时间后，将对上模1及下模4施加的加热停止(图4中(3)的位置)。加热停止后，各模具的温度逐渐下降。另一方面，上模1的位置处于在下死点的位置保持的状态。由此，预浸料3能够固化。在下死点的位置处的保持时间没有特别限定，不过，保持至预浸料3的固化开始温度－20℃以下、更优选为－25℃以下，取出时没有变形，故优选。应予说明，上模1处于下死点时的压力优选为1000KN～1400KN。
将加热停止并在下死点的位置进一步保持上模1后，将上模1的加压停止(图2中(4)的位置)，使上模1上升至原来的位置(工序e)，将成型后的预浸料(纤维强化树脂成型体)取出，压制成型结束。
连续地进行压制的情况下，模具温度无需恢复到室温，可以为70～90℃。如果为某种程度的高温度，则能够缩短再次加热的时间，减少所需要的能量。
通过上述压制，能够实施压制加工比金属难的纤维强化树脂的压制加工。
符号说明
1：上模
2：上模的加热器
3：预浸料
4：下模
5：下模的加热器
Claims (3)
1.一种制造纤维强化树脂成型品的方法，其中，对纤维强化树脂的一块预浸料、层叠着的多块预浸料、或在预浸料之间配置粘接剂树脂片材并使其层叠而得到的多块预浸料进行压制，由此制造厚度1.0mm～9.0mm的纤维强化树脂成型品，
所述方法的特征在于，包括如下工序：
将所述预浸料配置于加热后的上模和加热后的下模之间的工序；
以在所述上模下降至下死点时的前后1分钟以内达到比树脂的固化开始温度低10℃的温度～比树脂的固化开始温度高20℃的温度的范围内的方式使所述上模和所述下模升温，同时使所述上模下降，利用所述上模和所述下模对所述预浸料施加载荷的工序；
在所述上模处于下死点的位置，且所述上模及所述下模的温度在比固化开始温度低10℃的温度～比树脂的固化开始温度高20℃的温度的范围内的状态下，将所述上模和所述下模在比所述预浸料的树脂的固化开始温度低10℃的温度～比所述预浸料的树脂的固化开始温度高20℃的温度的范围内按所述预浸料的厚度每1mm保持0.3～2分钟来进行保持的工序；
将所述上模和所述下模的加热减少或停止的工序；以及
在减少或停止所述加热之后，使所述上模上升而取出纤维强化树脂成型品的工序。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述纤维强化树脂为热固性的碳纤维强化环氧树脂。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
所述上模及所述下模的升温速度为5～40℃/分钟。
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