CN113518699A - 纤维增强树脂制品的制造方法和型芯 - Google Patents

纤维增强树脂制品的制造方法和型芯 Download PDF

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Abstract

本发明的主要目的在于提供与纤维增强树脂制品的制造方法有关的有益的改良，该纤维增强树脂制品的制造方法包括一边在加压装置中使用具有可熔部的型芯对预浸料预成型体进行加压一边使其固化。一种纤维增强树脂制品的制造方法，其特征在于，具有：准备由可熔部和覆盖可熔部的外皮构成的型芯的型芯准备工序，将预浸料预成型体与型芯一起配置在模具内、在模具内加热并加压制成固化物的成型工序，以及将可熔部的材料从固化物除去的型芯除去工序；成型工序中，预浸料预成型体的至少一部分由于型芯的膨胀而被加压；前述可熔部由第一可熔部和熔化温度比第一可熔部高的第二可熔部构成；第一可熔部的材料与第二可熔部的材料互不相容，而且，在前述成型工序中第一可熔部的一部分或全部熔化，第二可熔部的一部分或全部不熔化。

Description

纤维增强树脂制品的制造方法和型芯
技术领域
本发明涉及纤维增强树脂制品的制造方法和型芯。
本申请基于2019年3月8日在日本提出的特愿2019-042164号主张优先权，此处援引其内容。
背景技术
具有中空部、筒状部、截面U字形部、咬边部等的纤维增强树脂(FRP，FiberReinforced Plastic)制品被用于包括汽车用增强构件(reinforcement)在内的各种用途。
作为具有中空部、截面U字形部的FRP制品的制造方法，提出了下述方法：将预浸料预成型体(prepreg preform)与由蜡构成的型芯一起配置在模具内，使该型芯在该模具内膨胀，从而一边加压一边使其固化(专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2018/079824号
发明内容
发明所要解决的课题
本发明的主要目的在于提供与纤维增强树脂制品的制造方法有关的有益的改良，该纤维增强树脂制品的制造方法包括一边在加压装置中使用具有可熔部的型芯对预浸料预成型体进行加压一边使其固化。
用于解决课题的方法
本发明的实施方式包括但不限定于以下方案。
[1]一种纤维增强树脂制品的制造方法，其特征在于，具有：准备由可熔部和覆盖该可熔部的外皮构成的型芯的型芯准备工序，将预浸料预成型体与该型芯一起配置在模具内、在该模具内加热并加压制成固化物的成型工序，以及将该可熔部的材料从该固化物除去的型芯除去工序；该成型工序中，该预浸料预成型体的至少一部分由于该型芯的膨胀而被加压；前述可熔部由第一可熔部和熔化温度比该第一可熔部高的第二可熔部构成，该第一可熔部的材料与该第二可熔部的材料互不相容，而且，在前述成型工序中该第一可熔部的一部分或全部熔化，该第二可熔部的一部分或全部不熔化。
[2]根据[1]所述的制造方法，前述成型工序中，在前述模具内不但配置前述预浸料预成型体和前述型芯，还配置板块，该板块配置在前述预浸料预成型体的至少一部分与前述型芯之间。
[3]根据[1]或[2]所述的制造方法，前述成型工序中的模具温度TM与前述第一可熔部的熔化温度Tm1之差TM-Tm1为20℃以上。
[4]根据[1]或[2]所述的制造方法，前述成型工序中的模具温度TM为140～150℃，前述第一可熔部的熔化温度Tm1低于120℃。
[5]根据[1]～[4]中任一项所述的制造方法，前述成型工序中的模具温度TM与前述第二可熔部的熔化温度Tm2之差TM-Tm2为正。
[6]根据[1]～[5]中任一项所述的制造方法，前述第二可熔部的熔化温度Tm2与前述第一可熔部的熔化温度Tm1之差Tm2-Tm1为15℃以上。
[7]根据[6]所述的制造方法，前述成型工序中的模具温度TM与前述第二可熔部的熔化温度Tm2之差TM-Tm2为5℃以下。
[8]根据[1]～[5]中任一项所述的制造方法，前述第二可熔部的熔化温度Tm2与前述第一可熔部的熔化温度Tm1之差Tm2-Tm1为20℃以上，前述成型工序中的模具温度TM与前述第二可熔部的熔化温度Tm2之差TM-Tm2大于5℃。
[9]根据[1]～[8]中任一项所述的制造方法，前述第一可熔部的熔化温度Tm1为50℃以上。
[10]根据[1]～[9]中任一项所述的制造方法，前述成型工序中的成型时间为5分钟以下。
[11]根据[1]～[10]中任一项所述的制造方法，前述型芯准备工序中，由可为UV固化型弹性体的弹性体形成前述外皮。
[12]根据[1]～[11]中任一项所述的制造方法，在前述型芯除去工序中，使前述可熔部的材料熔化而除去。
[13]根据[12]所述的制造方法，前述型芯除去工序中，在前述第一可熔部的材料熔化而前述第二可熔部的材料不熔化的温度将前述第一可熔部的材料除去，然后，将前述第二可熔部的材料除去。
[14]根据[12]所述的制造方法，前述型芯除去工序之后，利用前述第一可熔部的材料与前述第二可熔部的材料的熔化温度之差使前述第一可熔部的材料与前述第二可熔部的材料分离。
[15]根据[1]～[12]中任一项所述的制造方法，同一温度下前述第一可熔部的熔化物与前述第二可熔部的熔化物之间存在比重差。
[16]根据[15]所述的制造方法，在前述型芯除去工序中或前述型芯除去工序之后，利用前述比重差，使前述第一可熔部的材料与前述第二可熔部的材料分离。
[17]根据[1]～[16]中任一项所述的制造方法，前述第一可熔部和前述第二可熔部中的至少一方由有机物构成。
[18]根据[1]～[16]中任一项所述的制造方法，前述第一可熔部和前述第二可熔部分别由有机物构成。
[19]根据[1]～[16]中任一项所述的制造方法，前述第一可熔部和前述第二可熔部分别由蜡构成。
[20]根据[1]～[16]中任一项所述的制造方法，前述第一可熔部和前述第二可熔部中的一方由以含有极性基的化合物为主成分的蜡构成，另一方由以烃为主成分的蜡构成。
[21]根据[1]～[16]中任一项所述的制造方法，前述第一可熔部和前述第二可熔部中的一方由含有从羟基脂肪酸酰胺、脂肪酸酰胺和脂肪酸酯中选出的一种以上的化合物的蜡构成，另一方由以烃为主成分的蜡构成。
[22]根据[20]或[21]所述的制造方法，前述第一可熔部由以烃为主成分的蜡构成。
[23]根据[20]～[22]中任一项所述的制造方法，前述以烃为主成分的蜡包含聚乙烯蜡。
[24]一种纤维增强树脂制品的制造方法，具有将预浸料预成型体与由可熔部和覆盖该可熔部的外皮构成的型芯一起配置在模具内、在该模具内加热并加压制成固化物的工序，该可熔部由以含有极性基的化合物为主成分的蜡、以及以烃为主成分的蜡构成。
[25]一种纤维增强树脂制品的制造方法，具有将预浸料预成型体与由可熔部和覆盖该可熔部的外皮构成的型芯一起配置在模具内、在该模具内加热并加压制成固化物的工序，该可熔部由含有从羟基脂肪酸酰胺、脂肪酸酰胺和脂肪酸酯中选出的一种以上的化合物的蜡、以及以烃为主成分的蜡构成。
[26]根据[24]或[25]所述的制造方法，前述以烃为主成分的蜡包含聚乙烯蜡。
[27]根据[1]～[26]中任一项所述的制造方法，前述纤维增强树脂制品具有相当于中空部、筒状部、截面U字形部和咬边部中的至少任一个的结构。
[28]根据[1]～[27]中任一项所述的制造方法，前述纤维增强树脂制品为输送设备的部件或其一部分。
[29]一种型芯，其特征在于，其是为了在将由纤维和热固性树脂构成的复合体在模具内加热并加压使其固化时配置在该模具内、对该复合体的至少一部分进行加压而使用的型芯，由可熔部和覆盖该可熔部的外皮构成，该可熔部由第一可熔部和熔化温度比该第一可熔部高的第二可熔部构成，该第一可熔部的材料与该第二可熔部的材料互不相容。
[30]根据[29]所述的型芯，前述第一可熔部的熔化温度为50℃以上。
[31]根据[29]或[30]所述的型芯，前述第二可熔部的熔化温度Tm2与前述第一可熔部的熔化温度Tm1之差Tm2-Tm1为15℃以上。
[32]根据[29]～[31]中任一项所述的型芯，前述第一可熔部的熔化温度低于120℃。
[33]根据[29]～[32]中任一项所述的型芯，前述第二可熔部的熔化温度为135℃以上。
[34]根据[29]～[33]中任一项所述的型芯，同一温度下前述第一可熔部的熔化物与前述第二可熔部的熔化物之间存在比重差。
[35]根据[29]～[34]中任一项所述的型芯，前述第一可熔部和前述第二可熔部中的至少一方由有机物构成。
[36]根据[29]～[34]中任一项所述的型芯，前述第一可熔部和前述第二可熔部分别由有机物构成。
[37]根据[29]～[34]中任一项所述的型芯，前述第一可熔部和前述第二可熔部分别由蜡构成。
[38]根据[29]～[34]中任一项所述的型芯，前述第一可熔部和前述第二可熔部中的一方由以含有极性基的化合物为主成分的蜡构成，另一方由以烃为主成分的蜡构成。
[39]根据[29]～[34]中任一项所述的型芯，前述第一可熔部和前述第二可熔部中的一方由含有从羟基脂肪酸酰胺、脂肪酸酰胺和脂肪酸酯中选出的一种以上的化合物的蜡构成，另一方由以烃为主成分的蜡构成。
[40]根据[38]或[39]所述的型芯，前述第一可熔部由以烃为主成分的蜡构成。
[41]一种型芯，其特征在于，其是为了在将由纤维和热固性树脂构成的复合体在模具内加热并加压使其固化时配置在该模具内、对该复合体的至少一部分进行加压而使用的型芯，由可熔部和覆盖该可熔部的外皮构成，该可熔部由以含有极性基的化合物为主成分的蜡、以及以烃为主成分的蜡构成。
[42]一种型芯，其特征在于，其是为了在将由纤维和热固性树脂构成的复合体在模具内加热并加压使其固化时配置在该模具内、对该复合体的至少一部分进行加压而使用的型芯，由可熔部和覆盖该可熔部的外皮构成，该可熔部由含有从羟基脂肪酸酰胺、脂肪酸酰胺和脂肪酸酯中选出的一种以上的化合物的蜡、以及以烃为主成分的蜡构成。
[43]根据[38]～[42]中任一项所述的型芯，前述以烃为主成分的蜡包含聚乙烯蜡。
[44]根据[29]～[43]中任一项所述的型芯，前述外皮由弹性体构成。
[45]根据[29]～[43]中任一项所述的型芯，前述外皮由经UV固化的弹性体构成。
发明效果
提供与纤维增强树脂制品的制造方法有关的有益的改良，该纤维增强树脂制品的制造方法包括一边在加压装置中使用具有可熔部的型芯对预浸料预成型体进行加压一边使其固化。
附图说明
[图1]图1为显示本发明实施方式涉及的FRP制品制造方法的流程图。
[图2]图2(a)～(c)分别为显示型芯准备工序中准备的型芯的结构例的示意截面图。
[图3]图3(a)和(b)分别为显示具有近净形状的预浸料预成型体以围绕型芯周围的方式配置时的示意截面图。
[图4]图4为显示将预浸料预成型体与型芯一起配置在模具的腔体内时的示意截面图。
[图5]图5(a)为显示预浸料片的端部间的对接接合部的示意截面图，图5(b)为显示预浸料片的端部间的重叠接合部的示意截面图。
[图6]图6为显示将截面U字形的预浸料预成型体与型芯一起配置在模具内时的示意截面图。
[图7]图7为显示为了制作中心轴方向的中央部缩窄的圆筒形FRP制品而将赋形为近净形状的预浸料预成型体与型芯一起配置在模具内时的示意截面图。
[图8]图8为显示部分地具有中空(或筒状)部和截面U字形部的FRP制品的示意截面图。
[图9]图9为示意性显示实验中试制的、由底面和2个侧面构成的截面U字形的FRP物品的外观的立体图。
[图10]为显示在成型工序中模具内的压力与时间一起变化的情形的曲线图(实验1)。
[图11]为显示在成型工序中模具内的压力与时间一起变化的情形的曲线图(实验2)。
[图12]为显示在成型工序中模具内的压力与时间一起变化的情形的曲线图(实验3)。
具体实施方式
正如本领域技术人员熟知的那样，预浸料(prepreg:pre-impregnated compositematerial(预浸渍复合材料))是在FRP制品的制造中作为中间材料使用的、由纤维和热固性树脂构成的复合体。FRP制品是通过在使预浸料预成型的基础上使其在模具内固化而制造的。
预浸料中纤维的形态是长纤维、织物、无纺布、无屈曲织物、短纤维等各种各样的。将在一个平面内、一个方向上对齐的长纤维用树脂含浸而得的材料被称为单向预浸料(UD预浸料)，将织物用树脂含浸而得的材料被称为交叉预浸料(Cross prepreg)。将由短切而成的短纤维构成的垫片用树脂含浸而得的预浸料被称为片状成型料(SMC，sheet moldingcompound)。将单一的长纤维束用树脂含浸而得的预浸料被称为丝束预浸料(towprepreg)。
预浸料中使用的纤维例如为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、金属纤维。有时也会并用2种以上的纤维。
预浸料中使用的热固性树脂例如为环氧树脂、脲树脂、乙烯基酯树脂、不饱和聚酯、聚氨酯、酚醛树脂。有时也会使用2种以上热固性树脂的混合物。
预浸料中热固性树脂的含量多数情况下为15～50质量％。其含量可以为15～20质量％、20～25质量％、25～40质量％、40～45质量％或45～50质量％。
预浸料中可添加各种添加剂。例如为阻燃剂、消泡剂、脱泡剂、脱模剂、粒状填充剂、着色剂、硅烷偶联剂等。
1.FRP制品的制造方法
本发明的一个方式涉及FRP制品的制造方法。
本发明实施方式涉及的FRP制品制造方法如图1所示流程那样，至少具有以下的3个工序。
(i)准备由可熔部和覆盖该可熔部的外皮构成的型芯的型芯准备工序。
(ii)将预浸料预成型体与前述型芯一起配置在模具内、在该模具内加热并加压制成固化物(FRP制品)的成型工序。
(iii)将前述可熔部的材料从前述固化物除去的型芯除去工序。
以下，以制造中空的长方体物品作为FRP制品的情况为例，参照附图详细地对上述(i)～(iii)各工序进行说明。
(1)型芯准备工序
图2为显示型芯准备工序中准备的型芯的结构的截面图。
型芯10由可熔部11和覆盖该可熔部的外皮12构成，可熔部11进一步由第一可熔部11a和第二可熔部11b构成。
第一可熔部11a与第二可熔部11b的熔化温度互不相同，第二可熔部11b的熔化温度比第一可熔部11a的熔化温度高。
下文中对第一可熔部11a和第二可熔部11b分别应当具有的优选熔化温度进行描述。
第一可熔部11a的材料与第二可熔部11b的材料互不相容。因此，第一可熔部11a的熔化物不会使第二可熔部11b溶解，此外，在将第一可熔部11a的熔化物和第二可熔部11b的熔化物放入一个容器时，两者分离为两相。
关于第一可熔部11a和第二可熔部11b的配置，只要是第一可熔部11a不被第二可熔部11b完全包围的配置即可。
例如，可以如图2(a)所示，用第一可熔部11a围绕第二可熔部11b周围，也可以如图2(b)所示，使第一可熔部11a与第二可熔部11b相互邻接。
还可以如图2(c)所示，第一可熔部11a分为多个部分。
第二可熔部11b也不要求必须为一个块，可以由多个块构成。
第一可熔部11a与第二可熔部11b只要相互接触就足够了，没有必要牢固结合。
优选第一可熔部11a和第二可熔部11b分别由有机物构成，特别优选由蜡构成。蜡那样的有机物可以通过切割、切削、研磨那样的机械加工和浇铸中的任一种来赋形，在通过浇铸而赋形后，通过机械加工可以容易地对形状进行修正。使用有机物形成的情况下，在使可熔部11轻量化方面也是有利的。
导热性低这样的有机物的性质在作为可熔部11的材料时成为优点。
可作为可熔部11的材料使用的蜡没有限定，可例示石蜡、微晶蜡那样的石油蜡、费托蜡、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、脂肪酸酰胺蜡、羟基脂肪酸酰胺蜡、脂肪酸酯蜡那样的合成蜡、使石油蜡、合成蜡发生化学变性而成的氧化石蜡、氧化聚烯烃蜡那样的蜡、在这些蜡中混合合成树脂而成的蜡、将异种蜡混合而成的蜡等。
根据本发明人等的研究，作为以含有极性基的化合物为主成分的蜡的羟基脂肪酸酰胺蜡、脂肪酸酰胺蜡和脂肪酸酯蜡不显示与聚乙烯蜡的相容性，但羟基脂肪酸酰胺蜡与脂肪酸酰胺蜡是相容的。
鉴于这种情况，在用蜡形成第一可熔部11a和第二可熔部11b双方时，优选任一方由含有从羟基脂肪酸酰胺、脂肪酸酰胺和脂肪酸酯中选出的一种以上的化合物的蜡形成、另一方由聚乙烯蜡、石油蜡、费托蜡和聚丙烯蜡那样的以烃为主成分的蜡、特别是聚乙烯蜡形成。
第一可熔部11a和第二可熔部11b也可以一方由有机物形成、另一方由伍德合金、罗斯合金、利波维茨合金、牛顿合金等那样的易熔合金形成。
为了在后面的成型工序中当型芯10膨胀时外皮12不会破裂，外皮12的材料必须能拉伸变形。该拉伸变形可以是弹性的，也可以是塑性的，还可以具有这两种性质。
因此，外皮12的优选材料是聚烯烃、聚酰胺、聚酯、聚氨酯、有机硅那样的合成聚合物，更优选为由这些聚合物构成的弹性体。
制造型芯10时，例如，将准备用于第一可熔部11a的第一蜡片和准备用于第二可熔部11b的第二蜡片用准备用于外皮12的聚合物膜包裹，通过粘接或熔接进行密封。这里，第一蜡片和第二蜡片以在要制作的型芯与后面的工序中制作的预浸料预成型体之间尽可能不产生空隙的方式事先成型。
外皮12也可以使用由上述聚合物构成的收缩管形成。只要使放入了可熔部用的蜡片的收缩管热收缩、进一步对该收缩管两端进行热封即可。
外皮也可以使用由上述聚合物组成的低温固化型的液态橡胶形成。只要在可熔部用的蜡的表面涂布液态橡胶、在该蜡不会熔化的温度使其固化即可。变形方法中，可以在将液态橡胶涂布于可熔部用的蜡的表面后，在涂布面上粘贴作为增强材的合成树脂制可拉伸变形的无纺布，进一步在其上涂布液态橡胶，在此基础上使液态橡胶固化。
外皮12也可以由UV固化型弹性体形成。UV固化型弹性体是固化物为橡胶那样的弹性体的UV固化型树脂，其例子是UV固化型有机硅橡胶、UV固化型氨基甲酸酯丙烯酸酯。UV固化型弹性体即使在室温下也能够在短时间内固化，在这一点上是适合于外皮12的材料的。
(2)成型工序
成型工序中，首先由1片或2片以上的预浸料片制作具有近净形状(near netshape)的预浸料预成型体20，将其如图3(a)所示配置在型芯10周围。一个例子中，也可以不在制作预浸料预成型体20后与型芯10组合，而是以从最初开始就形成包裹型芯10的状态、即图3(a)所示状态的方式，制作预浸料预成型体20。
也可以如图3(b)所示，在型芯10与预浸料预成型体20之间存在板块40。板块40根据要制造的FRP制品的形状弯曲，也可以代替这种情况，组合使用平坦的板块。板块40必须在成型工序中基本上不变形，因此由金属(包括合金)、陶瓷或耐热性硬质树脂形成，优选由金属形成。作为优选的金属没有限定，可例示不锈钢和铝。
制作预浸料预成型体20后，如图4所示，将预浸料预成型体20与型芯10一起配置在由下模31和上模32构成的模具30的腔体内。此时，优选模具30经预热。
接下来，使模具30合模则进行加热，使预浸料预成型体20固化。模具30的温度优选为110℃以上，但不做限定。
由于加热，型芯10膨胀，预浸料预成型体20被向模具30的内表面按压。换句话说，因为型芯10的体积趋于增大而对抗模具30的合模力，所以产生了内压，施加于预浸料预成型体20。
开始加热后一小段时间内，型芯10的体积仅由于热膨胀而缓慢增加，因而施加于预浸料预成型体20的压力很弱，但如果型芯10的表面附近的温度达到第一可熔部11a的熔化温度、第一可熔部11a开始熔化，则施加于预浸料预成型体20的压力急剧上升。这是因为伴随熔化的体积增加很大。
在型芯10和预浸料预成型体20被配置在模具30内的时刻可能存在的、型芯10与预浸料预成型体20之间的空隙和预浸料预成型体20与模具30之间的空隙由于型芯10的膨胀而消失。
构成型芯10的中心部分的可熔部11由有机物构成时，因为其导热性低，所以从模具30传来的热容易在型芯10的表面附近积累。这会带来促进第一可熔部11a熔化这样的理想结果。
型芯10的膨胀没有方向性，因而预浸料预成型体20所有的部分在型芯10与模具30之间被充分加压。
使用图2(b)或(c)所示构件作为型芯10的情况下，也获得了与使用图2(a)的型芯10时同样的结果。这是因为，第一可熔部11a的熔化物流动而进入第二可熔部11b与外皮12之间。
如果如图3(b)的例子那样在型芯10与预浸料预成型体20之间存在板块40，则预浸料预成型体20被均匀加压，因此固化物的厚度、品质的均匀性变好。
为了利用由第一可熔部11a的熔化导致的型芯10的大幅膨胀来对预浸料预成型体20进行加压，第一可熔部11a的熔化温度Tm1(形成第一可熔部的可熔材料的熔化温度)必须比成型时模具30的温度TM低。
为了使第一可熔部11a迅速熔化、缩短成型时间，成型时模具温度TM与第一可熔部11a的熔化温度Tm1之差TM-Tm1优选为20℃以上，更优选为30℃以上，进一步优选为50℃以上，也可以为60℃以上、70℃以上。
例如，将模具30的温度设为140～150℃的较高温度、将成型时间控制在5分钟以下的情况下，第一可熔部11a的熔化温度Tm1优选低于120℃，更优选低于110℃，进一步优选低于90℃。
型芯10的第一可熔部11a的熔化温度Tm1只要比室温(通常为25℃)高即可，优选为50℃以上。
型芯10的第二可熔部11b在成型工序中不会全部熔化，也可以完全不熔化。
成型工序中型芯10的第二可熔部11b基本上不熔化时，该工序中型芯10的膨胀规模由第一可熔部11a的体积决定。也就是说，如果使第二可熔部11b基本上不熔化，则可以通过调节第一可熔部11a的体积来控制对预浸料预成型体20施加的压力。
为了在成型工序中使第二可熔部11b基本上不熔化，有效的是减小成型时模具30的温度TM与第二可熔部11b的熔化温度Tm2之差TM-Tm2(差TM-Tm2也可以为负)、以及增大第二可熔部11b的熔化温度Tm2与第一可熔部11a的熔化温度Tm1之差Tm2-Tm1。
例如，第二可熔部11b的熔化温度Tm2与第一可熔部11a的熔化温度Tm1之差Tm2-Tm1足够大时，即使第二可熔部11b的熔化温度Tm2比模具温度TM低(即TM-Tm2为正)，也可抑制在成型工序中第二可熔部11b的实质性熔化，因而第二可熔部11b的材料的选择宽度变宽。
根据本发明人等进行的实验(后述)判明，如果第二可熔部11b的熔化温度与第一可熔部11a的熔化温度之差Tm2-Tm1为17℃以上，则当成型时模具30的温度TM与第二可熔部11b的熔化温度Tm2之差TM-Tm2为5℃以下时，在实验中采用的5分钟成型时间内，第二可熔部11b几乎不熔化。
因此，第二可熔部11b的熔化温度Tm2与第一可熔部11a的熔化温度Tm1之差Tm2-Tm1优选为15℃以上，更优选为25℃以上，进一步优选为35℃以上，也可以为45℃以上。
第二可熔部11b的熔化温度与第一可熔部11a的熔化温度之差Tm2-Tm1为20℃以上时，成型时模具30的温度TM与第二可熔部11b的熔化温度Tm2之差TM-Tm2可以大于5℃。
预浸料预成型体20由1片或2片以上的预浸料片制作，因此具有图5(a)所示那样的预浸料片21的端部间的对接接合部和图5(b)所示那样的预浸料片21的端部间的重叠接合部中的至少任一种。
成型工序中，处于这样的接合部的预浸料片21端部间的间隙被型芯10的外皮12密封，从而防止了型芯10的可熔部11的熔化物通过该间隙进入预浸料预成型体20与模具30之间。外皮12之所以能够以这种方式起到密封体的作用，是因为其由柔软且可变形的材料构成。
如图3(b)所示例子那样，在型芯10与预浸料预成型体20之间夹有板块40的方式中，板块40彼此间的间隙或预浸料预成型体20与板块40间的间隙被型芯的外皮12密封。
(3)型芯除去工序
成型工序完成后，将通过预浸料预成型体20的固化得到的FRP制品从模具30取出，将充满内部空洞的型芯10的材料除去。
除去的主要是可熔部11的材料。如果外皮12固着在FRP制品的内表面而对FRP制品的功能和外观没有影响，就无需除去。
型芯10的可熔部11例如可以通过在烘箱中进行加热而使其熔化、从预先使用钻孔机、孔锯而设置在FRP制品中的排出孔排出。加热按照温度不在FRP制品的热变形温度以上的方式进行。
为了能够通过该方法将型芯10的可熔部11快速除去，优选第二可熔部11b的熔化温度比FRP制品的热变形温度(负荷挠曲温度)低20℃以上。
也可以通过在FRP制品中不但设置排出孔还设置送气孔进行送气来促进排出。
其他实施方式中，在制造非中空、且没有咬边的FRP制品时，除去型芯时也可以不一定使可熔部熔化。
第一可熔部11a的材料与第二可熔部11b的材料互不相容，因此可以利用熔化温度之差使其分离，进行再利用。
分离可以在将第一可熔部11a和第二可熔部11b的材料从FRP制品除去后进行。
一例中可以是，最初加热至仅第一可熔部11a的材料熔化的温度，使第一可熔部11a的材料从FRP制品排出，接下来，加热至第二可熔部11b的熔化温度以上，使第二可熔部11b的材料熔化，从FRP制品排出。
第一可熔部11a的熔化物与第二可熔部11b的熔化物的比重在同一温度下不同的情况下，也可以利用比重差使第一可熔部11a的材料与第二可熔部11b的材料分离。
以上，以制造中空的长方体作为FRP制品的情况为例，对实施方式涉及的FRP制品的制造方法的各工序进行了说明，但本制造方法不仅能够用于中空的长方体的制造，还能够用于各种形态的FRP制品的制造。
例如，如果在图2(a)～(c)中任一个所示的型芯周围配置赋形为棱柱形状的预浸料预成型体并使其固化，则能够制作FRP制的棱柱。
或者，如果在图2(a)～(c)中任一个所示的型芯周围配置赋形为截面U字形的预浸料预成型体并使其固化，则能够制作具有U字形截面的FRP制品。
作为一例，图6显示了将截面U字形的预浸料预成型体20配置在模具30内的情况。成型工序中，型芯10的外皮12作为密封体起作用，防止型芯10的可熔部11的熔化物进入预浸料预成型体20与模具30之间。
实施方式涉及的制造方法也可优选应用于具有咬边部的FRP制品的制造。作为一例，图7显示的是，为了制作中心轴方向的中央部缩窄的圆筒形FRP制品，将赋形为近净形状的预浸料预成型体20与型芯10一起配置在模具30内的情况。
另外，本发明涉及的制造方法也可以应用于图8中例示那样的部分地具有中空(或筒状)部51、截面U字形部52的FRP制品50的制造。
2.型芯
本发明的一个方式涉及FRP制品的制造中使用的型芯。
本发明提供的型芯的特征在于，其是为了在将由热固性树脂和纤维构成的复合体在模具内加热并加压使其固化时配置在该模具内、对该复合体的至少一部分进行加压而使用的型芯，由可熔部和覆盖该可熔部的外皮构成，该可熔部由第一可熔部和熔化温度比该第一可熔部高的第二可熔部构成，并且，该第一可熔部的材料与该第二可熔部的材料互不相容。
实施方式涉及的型芯例如可以优选用于前述1.项中说明的FRP制品的制造方法。前述1.项中例示的型芯均相当于本发明涉及的型芯的实施方式。
实施方式涉及的型芯也可用于通过RTM(resin transfer molding，树脂传递模塑)法进行的FRP制品的制造。
RTM法中，不是将预浸料预成型体配置在模具内、而是将没有用热固性树脂含浸的干纤维基材(织物或无纺布)的预成型体配置在模具内，在该模具内使该预成型体被热固性树脂含浸，接下来加热和压缩，从而得到固化物(FRP制品)。
RTM法中，在实施方式涉及的型芯与纤维基材的预成型体一起配置在模具内之后，进行含浸和固化工序。
RTM法中，与使用预浸料的成型方法相比，固化时间设定得较长。因此，如果该第二可熔部的熔化温度过低，则成型中型芯的第二可熔部全部熔化。因此，优选第二可熔部的熔化温度比固化温度高。
实施方式涉及的型芯也可用于在中间材料中使用树脂与纤维基材的层叠体的FRP制品的成型。
3.实验结果
下面记录的是本发明人等进行的实验的结果。
3.1.实验1
试制如图9所示由长方形的底面61和沿底面61的长边方向设于两侧且与底面61垂直的侧面62、62构成的、具有长度L、宽度W、高度H的截面U字形的FRP物品60。
(1)型芯的准备
制作型芯，该型芯具有将由分别由蜡构成的第一可熔部与第二可熔部构成的可熔部用外皮包裹而密封的结构。
第一可熔部用的蜡(以下称为“第一蜡”)使用的是Freeman Manufacturing&Supply Company制Ferris File-A-Wax Green(熔点117℃)。根据日本特表2015-511333号公报，该制品是以聚乙烯为主成分的蜡。
第二可熔部用的蜡(以下称为“第二蜡”)使用的是伊藤制油株式会社制ITOHWAXJ-630(熔点135℃)。根据伊藤制油株式会社的网站(http://www.itoh-oilchem.co.jp/product/pdct02.html)，该制品是以N,N′-六亚甲基-双-12-羟基硬脂酰胺为主成分的羟基脂肪酸酰胺蜡。
外皮使用的是熔点204℃的尼龙6制的、厚度50μm的膜。
第一可熔部使用通过铸模成型采用第一蜡制作的、2片295mm×88mm×4mm的板和2片295mm×29mm×4mm的板构成。
第二可熔部是，使用第二蜡、利用铸模而成型为295mm(长度)×88mm(宽度)×21mm(高度)的长方体。
用第一蜡制作的4片板中，以2片从两侧夹住第二可熔部、另外2片从上方和下方夹住第二可熔部的方式配置，从而在与长度方向垂直的截面中，如图2(a)那样，第一可熔部包围第二可熔部。
外皮对可熔部的密封通过使尼龙6膜热熔接来进行。
完成的型芯为大约295mm(长度)×96mm(宽度)×29mm(高度)的长方体。
(2)成型
将厚度0.2mm的交叉预浸料重叠5层，室温下进行赋形，从而制作具有近净形状的295mm(长度)×98mm(宽度)×30mm(高度)的预浸料预成型体。使用的交叉预浸料是三菱化学株式会社制TR3110 360GMP(树脂含有率40wt％)，是将由碳纤维构成的织物用环氧树脂含浸而得到。
将该预浸料预成型体与前述(1)中准备的型芯一起设置在预先加热至140℃的模具内。模具腔体的尺寸为300mm(长度)×100mm(宽度)×30mm(高度)。接下来，将模具合模，在模具内对预浸料预成型体加热并加压使其固化。以成型中模具温度为140℃的方式进行控制，成型时间设为5分钟。这里所说的成型时间是从合模至开模的时间。得到的FRP物品的宽度W为100mm、高度H为29mm，具有符合模具的形状，外观良好。
图10是用设置于腔体侧面的压电式压力传感器监测在成型工序中模具内的压力与时间一起变化的情形的结果。如曲线图所示，模具内的压力不超过4MPa。
在成型工序结束后进行观察，第一蜡中有一部分熔化的痕迹，与此相对，几乎确认不到第二蜡熔化的痕迹。
如果使型芯的可熔部完全熔化，则第一蜡与第二蜡互不相容，这两种蜡的熔化液由于相互间的比重差而夹着界面上下分离。
[实验2]
将第一蜡改为三洋化成工业株式会社制Sanwax 151P(熔点107℃)，除此以外，与实验1同样操作，试制截面U字形的FRP物品。根据三洋化成株式会社的网站(https://www.sanyo-chemical.co.jp/magazine/archives/262)，Sanwax 151P是以低分子量聚乙烯为主成分的聚乙烯蜡。
得到的FRP物品的外观良好。
与实验1同样操作，监测在成型工序中模具内的压力与时间一起变化的情形，结果，如图11所示，模具内的压力不超过4MPa。
在成型工序结束后进行观察，则第一蜡有一部分熔化的痕迹，与此相对，几乎确认不到第二蜡熔化的痕迹。
[实验3]
仅用第一蜡形成型芯的可熔部，除此以外，与实验1同样操作，试制截面U字形的FRP物品。
图12是与实验1同样操作，监测在成型工序中模具内的压力与时间一起变化的情形的结果。如曲线图所示，模具内的压力急剧上升至约7MPa后转为缓慢上升。压力上升速度以这种方式突然变化是下述原因导致的：由于型芯持续膨胀，模具内的压力超过合模力，模具打开。
在得到的FRP物品的表面，部分地具有纤维的开口，外观不好。
4.其他发明
本领域技术人员可以理解，本说明书中进一步也公开了下面的发明。
[A1]一种纤维增强树脂制品的制造方法，具有：准备由可熔部和覆盖该可熔部的外皮构成的型芯的型芯准备工序，将预浸料预成型体与该型芯一起配置在模具内、在该模具内加热并加压制成固化物的成型工序，以及将该可熔部的材料从该固化物除去的型芯除去工序；前述成型工序中，板块配置在前述预浸料预成型体的至少一部分与前述型芯之间，而且，前述预浸料预成型体的至少一部分由于前述型芯的膨胀而被加压。
[A2]根据[A1]所述的制造方法，前述板块由选自金属、陶瓷或耐热性硬质树脂的材料构成。
[A3]根据[A1]所述的制造方法，前述板块由金属构成。
[A4]根据[A3]所述的制造方法，前述金属为不锈钢或铝。
[A5]根据[A1]～[A4]中任一项所述的制造方法，前述可熔部由有机物构成。
[A6]根据[A1]～[A4]中任一项所述的制造方法，前述可熔部由蜡构成。
[A7]根据[A1]～[A6]中任一项所述的制造方法，前述成型工序中，前述可熔部的至少一部分熔化。
[A8]根据[A7]中任一项所述的制造方法，前述成型工序中，前述可熔部仅一部分熔化。
[A9]根据[A1]～[A8]中任一项所述的制造方法，前述外皮为弹性体。
[A10]根据[A1]～[A9]中任一项所述的制造方法，前述型芯准备工序中，用UV固化型弹性体形成前述外皮。
[B1]一种纤维增强树脂制品的制造方法，其特征在于，具有：准备由可熔部和覆盖该可熔部的外皮构成的型芯的型芯准备工序，将预浸料预成型体与该型芯一起配置在模具内、在该模具内加热并加压制成固化物的成型工序，以及将该可熔部的材料从该固化物除去的型芯除去工序；前述成型工序中，前述预浸料预成型体的至少一部分由于前述型芯的膨胀而被加压，前述型芯准备工序中，用UV固化型弹性体形成前述外皮。
[B2]根据[B1]所述的制造方法，前述可熔部由有机物构成。
[B3]根据[B1]所述的制造方法，前述可熔部由蜡构成。
[B4]根据[B1]～[B3]中任一项所述的制造方法，前述成型工序中，前述可熔部的至少一部分熔化。
[B5]根据[B4]所述的制造方法，前述成型工序中，前述可熔部的仅一部分熔化。
[B6]一种制造型芯的方法，其特征在于，前述型芯是为了在将由纤维和热固性树脂构成的复合体在模具内加热并加压使其固化时配置在该模具内、对该复合体的至少一部分进行加压而使用，该型芯由可熔部和覆盖该可熔部的外皮构成，用UV固化型弹性体形成该外皮。
[B7]根据[B6]所述的制造方法，前述可熔部由有机物构成。
[B8]根据[B6]所述的制造方法，前述可熔部由蜡构成。
以上，根据具体的实施方式对本发明进行了说明，但各实施方式是作为例子提出的，并非对本发明范围的限定。在不脱离发明宗旨的范围内，本说明书中记载的各实施方式可以进行各种变形，而且，在可实施的范围内，可以与用其他实施方式说明的特征进行组合。
产业可利用性
本说明书中公开的发明没有限定地优选在用纤维增强树脂制造例如用于汽车、船舶、铁路车辆、飞机以及其他输送设备的部件(包括结构部件)、汽车框架、包括网球拍和高尔夫球杆的各种体育用品时使用。
符号说明
10型芯；11可熔部；11a第一可熔部；11b第二可熔部；12外皮；20预浸料预成型体；21预浸料片；30模具；31下模；32上模；40板块；50FRP制品。

Claims (45)

1.一种纤维增强树脂制品的制造方法，其特征在于，具有：准备由可熔部和覆盖该可熔部的外皮构成的型芯的型芯准备工序，将预浸料预成型体与该型芯一起配置在模具内、在该模具内加热并加压制成固化物的成型工序，以及将该可熔部的材料从该固化物除去的型芯除去工序；该成型工序中，该预浸料预成型体的至少一部分由于该型芯的膨胀而被加压；所述可熔部由第一可熔部和熔化温度比该第一可熔部高的第二可熔部构成，该第一可熔部的材料与该第二可熔部的材料互不相容，而且，在所述成型工序中该第一可熔部的一部分或全部熔化，该第二可熔部的一部分或全部不熔化。
2.根据权利要求1所述的制造方法，所述成型工序中，在所述模具内不但配置所述预浸料预成型体和所述型芯，还配置板块，该板块配置在所述预浸料预成型体的至少一部分与所述型芯之间。
3.根据权利要求1或2所述的制造方法，所述成型工序中的模具温度TM与所述第一可熔部的熔化温度Tm1之差TM-Tm1为20℃以上。
4.根据权利要求1或2所述的制造方法，所述成型工序中的模具温度TM为140～150℃，所述第一可熔部的熔化温度Tm1低于120℃。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的制造方法，所述成型工序中的模具温度TM与所述第二可熔部的熔化温度Tm2之差TM-Tm2为正。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的制造方法，所述第二可熔部的熔化温度Tm2与所述第一可熔部的熔化温度Tm1之差Tm2-Tm1为15℃以上。
7.根据权利要求6所述的制造方法，所述成型工序中的模具温度TM与所述第二可熔部的熔化温度Tm2之差TM-Tm2为5℃以下。
8.根据权利要求1～5中任一项所述的制造方法，所述第二可熔部的熔化温度Tm2与所述第一可熔部的熔化温度Tm1之差Tm2-Tm1为20℃以上，所述成型工序中的模具温度TM与所述第二可熔部的熔化温度Tm2之差TM-Tm2大于5℃。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的制造方法，所述第一可熔部的熔化温度Tm1为50℃以上。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的制造方法，所述成型工序中的成型时间为5分钟以下。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的制造方法，所述型芯准备工序中，由可为UV固化型弹性体的弹性体形成所述外皮。
12.根据权利要求1～11中任一项所述的制造方法，所述型芯除去工序中，使所述可熔部的材料熔化而除去。
13.根据权利要求12所述的制造方法，所述型芯除去工序中，在所述第一可熔部的材料熔化而所述第二可熔部的材料不熔化的温度将所述第一可熔部的材料除去，然后，将所述第二可熔部的材料除去。
14.根据权利要求12所述的制造方法，所述型芯除去工序之后，利用所述第一可熔部的材料与所述第二可熔部的材料的熔化温度之差使所述第一可熔部的材料与所述第二可熔部的材料分离。
15.根据权利要求1～12中任一项所述的制造方法，同一温度下所述第一可熔部的熔化物与所述第二可熔部的熔化物之间存在比重差。
16.根据权利要求15所述的制造方法，在所述型芯除去工序中或所述型芯除去工序之后，利用所述比重差，使所述第一可熔部的材料与所述第二可熔部的材料分离。
17.根据权利要求1～16中任一项所述的制造方法，所述第一可熔部和所述第二可熔部中的至少一方由有机物构成。
18.根据权利要求1～16中任一项所述的制造方法，所述第一可熔部和所述第二可熔部分别由有机物构成。
19.根据权利要求1～16中任一项所述的制造方法，所述第一可熔部和所述第二可熔部分别由蜡构成。
20.根据权利要求1～16中任一项所述的制造方法，所述第一可熔部和所述第二可熔部中的一方由以含有极性基的化合物为主成分的蜡构成，另一方由以烃为主成分的蜡构成。
21.根据权利要求1～16中任一项所述的制造方法，所述第一可熔部和所述第二可熔部中的一方由含有从羟基脂肪酸酰胺、脂肪酸酰胺和脂肪酸酯中选出的一种以上的化合物的蜡构成，另一方由以烃为主成分的蜡构成。
22.根据权利要求20或21所述的制造方法，所述第一可熔部由以烃为主成分的蜡构成。
23.根据权利要求20～22中任一项所述的制造方法，所述以烃为主成分的蜡包含聚乙烯蜡。
24.一种纤维增强树脂制品的制造方法，具有将预浸料预成型体与由可熔部和覆盖该可熔部的外皮构成的型芯一起配置在模具内、在该模具内加热并加压制成固化物的工序，该可熔部由以含有极性基的化合物为主成分的蜡、以及以烃为主成分的蜡构成。
25.一种纤维增强树脂制品的制造方法，具有将预浸料预成型体与由可熔部和覆盖该可熔部的外皮构成的型芯一起配置在模具内、在该模具内加热并加压制成固化物的工序，该可熔部由含有从羟基脂肪酸酰胺、脂肪酸酰胺和脂肪酸酯中选出的一种以上的化合物的蜡、以及以烃为主成分的蜡构成。
26.根据权利要求24或25所述的制造方法，所述以烃为主成分的蜡包含聚乙烯蜡。
27.根据权利要求1～26中任一项所述的制造方法，所述纤维增强树脂制品具有相当于中空部、筒状部、截面U字形部和咬边部中的至少任一个的结构。
28.根据权利要求1～27中任一项所述的制造方法，所述纤维增强树脂制品为输送设备的部件或其一部分。
29.一种型芯，其特征在于，其是为了在将由纤维和热固性树脂构成的复合体在模具内加热并加压使其固化时配置在该模具内、对该复合体的至少一部分进行加压而使用的型芯，由可熔部和覆盖该可熔部的外皮构成，该可熔部由第一可熔部和熔化温度比该第一可熔部高的第二可熔部构成，该第一可熔部的材料与该第二可熔部的材料互不相容。
30.根据权利要求29所述的型芯，所述第一可熔部的熔化温度为50℃以上。
31.根据权利要求29或30所述的型芯，所述第二可熔部的熔化温度Tm2与所述第一可熔部的熔化温度Tm1之差Tm2-Tm1为15℃以上。
32.根据权利要求29～31中任一项所述的型芯，所述第一可熔部的熔化温度低于120℃。
33.根据权利要求29～32中任一项所述的型芯，所述第二可熔部的熔化温度为135℃以上。
34.根据权利要求29～33中任一项所述的型芯，同一温度下所述第一可熔部的熔化物与所述第二可熔部的熔化物之间存在比重差。
35.根据权利要求29～34中任一项所述的型芯，所述第一可熔部和所述第二可熔部中的至少一方由有机物构成。
36.根据权利要求29～34中任一项所述的型芯，所述第一可熔部和所述第二可熔部分别由有机物构成。
37.根据权利要求29～34中任一项所述的型芯，所述第一可熔部和所述第二可熔部分别由蜡构成。
38.根据权利要求29～34中任一项所述的型芯，所述第一可熔部和所述第二可熔部中的一方由以含有极性基的化合物为主成分的蜡构成，另一方由以烃为主成分的蜡构成。
39.根据权利要求29～34中任一项所述的型芯，所述第一可熔部和所述第二可熔部中的一方由含有从羟基脂肪酸酰胺、脂肪酸酰胺和脂肪酸酯中选出的一种以上的化合物的蜡构成，另一方由以烃为主成分的蜡构成。
40.根据权利要求38或39所述的型芯，所述第一可熔部由以烃为主成分的蜡构成。
41.一种型芯，其特征在于，其是为了在将由纤维和热固性树脂构成的复合体在模具内加热并加压使其固化时配置在该模具内、对该复合体的至少一部分进行加压而使用的型芯，由可熔部和覆盖该可熔部的外皮构成，该可熔部由以含有极性基的化合物为主成分的蜡、以及以烃为主成分的蜡构成。
42.一种型芯，其特征在于，其是为了在将由纤维和热固性树脂构成的复合体在模具内加热并加压使其固化时配置在该模具内、对该复合体的至少一部分进行加压而使用的型芯，由可熔部和覆盖该可熔部的外皮构成，该可熔部由含有从羟基脂肪酸酰胺、脂肪酸酰胺和脂肪酸酯中选出的一种以上的化合物的蜡、以及以烃为主成分的蜡构成。
43.根据权利要求38～42中任一项所述的型芯，所述以烃为主成分的蜡包含聚乙烯蜡。
44.根据权利要求29～43中任一项所述的型芯，所述外皮由弹性体构成。
45.根据权利要求29～43中任一项所述的型芯，所述外皮由经UV固化的弹性体构成。
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