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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Formprodukts (faserverstärktes Harzformprodukt), das durch eine mit Harz imprägnierte Faserschicht verstärkt ist.
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Beschreibung des Standes der Technik
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Beispielsweise weist ein Hochdrucktank für ein Brennstoffzellenfahrzeug eine Auskleidung auf, die einen Innenraum des Hochdrucktanks bildet, und eine hohe Festigkeit wird durch die Anordnung einer mit Harz imprägnierten Faserschicht am Außenumfang der Auskleidung realisiert. Weiterhin kann, nicht beschränkt auf den Hochdrucktank für das Brennstoffzellenfahrzeug, eine mit Harz imprägnierte Faserschicht angeordnet werden, um eine hohe Festigkeit zu realisieren.
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Die japanische Patentanmeldung
JP 2019- 056 415 A offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Hochdrucktanks, bei dem ein Vorformling mit einer Faserschicht, die auf einer Außenfläche einer Auskleidung, die einen Innenraum des Hochdrucktanks bildet, ausgebildet ist, in einer Form angeordnet wird, und die Faserschicht mit Harz imprägniert wird, indem der Vorformling in der Form mit der Mittelachse des Vorformlings als Rotationszentrum gedreht wird, während Harz in Richtung des in der Form angeordneten Vorformlings eingespritzt wird.
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KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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Beim Imprägnieren der Faserschicht mit Harz kann es je nach Dicke und Form der Schicht schwierig sein, das Harz gleichmäßig zu imprägnieren. Wenn Harz mit hohem Druck eingespritzt wird, führt der Druck zu einer Verformung des zu formenden Objekts, oder die Ausrüstung wird großflächig. Außerdem kann nicht gesagt werden, dass eine ausreichende Imprägnierung möglich ist, selbst wenn die Faserschicht während der Imprägnierung gedreht wird. Da insbesondere der Hochdrucktank für ein Brennstoffzellenfahrzeug eine dicke Faserschicht aufweist, um die Festigkeit zu gewährleisten, und die Form eine zylindrische Form ist, die in axialer Richtung lang ist, ist das obige Problem stärker ausgeprägt.
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Im Gegensatz dazu kann das obige Problem gemildert werden, indem man sich Zeit nimmt, um die Faserschicht zu imprägnieren und auszuhärten, indem man beispielsweise die Temperatur anpasst, aber es besteht das Problem, dass die Produktivität gesenkt wird. Ferner kann, wenn ein schnell aushärtendes Harz mit einem hohen Druck imprägniert wird, um die Produktivität zu erhöhen, eine großflächige Vorrichtung wie oben beschrieben erforderlich sein oder das geformte Produkt kann verformt werden.
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Die vorliegende Erfindung schafft ein Herstellungsverfahren für ein faserverstärktes Harzformprodukt, bei dem eine Faserschicht mit hoher Qualität imprägniert werden kann, während eine Abnahme der Produktivität unterdrückt wird.
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Herstellungsverfahren für ein faserverstärktes Harzformprodukt, das das Imprägnieren einer Faserschicht mit Harz umfasst, wobei das Herstellungsverfahren umfasst: Zuführen einer ersten Harzzusammensetzung zu der Faserschicht; und Zuführen einer zweiten Harzzusammensetzung zu der Faserschicht nach dem Zuführen der ersten Harzzusammensetzung zu der Faserschicht, wobei eine Härtungsstarttemperatur der ersten Harzzusammensetzung höher ist als eine Härtungsstarttemperatur der zweiten Harzzusammensetzung. Die „Härtungsstarttemperatur“ bedeutet hier die Temperatur, bei der die Polymerisationsreaktion beginnt und ein schneller Temperaturanstieg erfolgt.
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Eine Form kann zum Imprägnieren der Faserschicht mit dem Harz verwendet werden, und die Temperatur der Form kann niedriger eingestellt werden als die Härtungsstarttemperatur der ersten Harzzusammensetzung und höher als die Härtungsstarttemperatur der zweiten Harzzusammensetzung.
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Die Zufuhrmenge der ersten Harzzusammensetzung kann 50 Masse% oder mehr und 67 Masse% oder weniger in Bezug auf eine Gesamtzufuhrmenge der ersten Harzzusammensetzung und der zweiten Harzzusammensetzung betragen.
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Sowohl in der ersten Harzzusammensetzung als auch in der zweiten Harzzusammensetzung kann das Aushärten durch Vermischen eines Hauptmittels und eines Härtungsmittels gestartet werden, und das Hauptmittel der ersten Harzzusammensetzung und der zweiten Harzzusammensetzung kann das gleiche Material sein.
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Gemäß dem Herstellungsverfahren eines faserverstärkten Formprodukts der vorliegenden Erfindung kann, wenn eine Faserschicht mit Harz imprägniert wird, die Faserschicht mit einer hohen Qualität imprägniert werden, während eine Abnahme der Produktivität unterdrückt wird.
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Figurenliste
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Die Merkmale und Vorteile sowie die technische und wirtschaftliche Bedeutung von beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen; hierbei zeigt:
- 1A eine Explosionsdarstellung, die eine Form 20 und einen Vorformling 10 zeigt;
- 1B eine Kombination aus der Form 20 und dem Vorformling 10;
- 2 ein Diagramm, das die Konfiguration und die Beziehung zwischen einer Imprägniervorrichtung 30, der Form 20 und dem Vorformling 10 veranschaulicht;
- 3 ein Diagramm, das den Ablauf eines Herstellungsverfahrens S10 für ein faserverstärktes Harzformprodukt veranschaulicht;
- 4 ein Diagramm, das einen Schritt S11 der Installation in einer Form und der Entlüftung veranschaulicht;
- 5 ein Diagramm, das einen Schritt S12 des Startens und Stoppens einer Primäreinspritzung veranschaulicht;
- 6 ein Diagramm, das einen Schritt S13 des Wechsels in einen Entlastungszustand veranschaulicht;
- 7 ein Diagramm, das einen Schritt S14 des Startens einer Sekundäreinspritzung veranschaulicht; und
- 8 ein Diagramm, das einen Schritt S15 des Wechsels in einen befestigten Zustand veranschaulicht.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Herstellungsausrüstung für faserverstärktes Harzformprodukt
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In 1A und 1B sind der Vorformling 10, der ein Formgegenstand ist, und die Form 20 zum Imprägnieren des Harzes in den Vorformling 10 schematisch dargestellt. In den 1A und 1B ist die Form 20 durch einen Querschnitt dargestellt, der Vorformling 10 wird durch eine Oberfläche anstelle eines Querschnitts dargestellt, und eine innere Form desselben ist durch eine gestrichelte Linie dargestellt. 1A ist eine Explosionsdarstellung der Form 20 und des Vorformlings 10. 1B ist ein Diagramm, das einen Zustand zeigt, in dem der Vorformling 10 in der Form 20 installiert ist. 2 zeigt schematisch eine Vorrichtung zum Imprägnieren (Imprägniervorrichtung 30). Wie aus der folgenden Beschreibung ersichtlich ist, bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein faserverstärktes Harzformprodukt eines sogenannten Harzinjektionsverfahren bzw. Resin Transfer Molding (RTM), bei dem eine in einem Vorformling vorgesehene Faserschicht mit einer Harzzusammensetzung imprägniert und dann ausgehärtet wird, um eine Verstärkungsschicht zu bilden.
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Vorformling
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Der Vorformling 10 ist ein Zwischenelement, das schließlich zu einem Hochdrucktank wird, der ein Aspekt des faserverstärkten Harzformprodukts ist, und ist so konfiguriert, dass er mindestens eine Auskleidung 11 und eine Faserschicht 12 aufweist. In Bezug auf Hochdrucktanks ist die vorliegende Ausführungsform ein Hochdrucktank für Brennstoffzellenfahrzeuge.
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Die Auskleidung 11 ist ein Hohlelement, das den Innenraum des Hochdrucktanks definiert. Die Auskleidung kann aus einem Material bestehen, das das, was in dem Innenraum enthalten ist, halten kann, ohne undicht zu werden, und es kann ein bekanntes Material verwendet werden. Zum Beispiel Nylonharz, Kunstharz auf Polyethylenbasis oder Metall wie Edelstahl.
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Die Faserschicht 12 ist eine Schicht, in der Fasern in mehreren Lagen bis zu einer vorbestimmten Dicke um die Außenfläche der Auskleidung 11 gewickelt sind. Die Dicke der Faserschicht 12 wird durch die erforderliche Festigkeit bestimmt und ist nicht besonders begrenzt, sondern wird auf eine Dicke von etwa 10 mm bis 30 mm festgelegt. Insbesondere bei einem Hochdrucktank für ein Brennstoffzellenfahrzeug ist es notwendig, eine dicke Faserschicht auszubilden, um die Festigkeit zu gewährleisten, was unter dem Gesichtspunkt der Imprägnierung der Faserschicht mit Harz sehr schwierig ist. Bei den Faserschichten kann die Seite der Auskleidung 11 als „Innenschichtseite“ und die der Auskleidung 11 gegenüberliegende Seite als „Außenschichtseite“ bezeichnet werden. Als Fasern werden Kohlenstofffasern verwendet. Genauer gesagt handelt es sich bei den Fasern um ein Kohlenstofffaserbündel, das eine Streifenform aufweist, bei der die Kohlenstofffasern ein Bündel mit einer vorgegebenen Querschnittsform (z. B. einem rechteckigen Querschnitt) bilden. Die Faserschicht wird gebildet, indem ein solches Kohlenstofffaserbündel um die Außenfläche der Auskleidung gewickelt wird. Das Wickeln der Fasern (Bündel) um die Außenfläche der Auskleidung 11 wird beispielsweise durch ein Filament-Wickelverfahren oder ähnliches durchgeführt.
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Die Faserschicht 12 eines solchen Vorformlings 10 ist mit Harz imprägniert. Weiterhin wird, falls erforderlich, eine Schutzschicht aus Glasfasern auf dem äußeren Umfang davon gebildet, um einen Hochdrucktank zu bilden.
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Form
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Die Form 20 ist eine Form zum Imprägnieren der Faserschicht 12 des Vorformlings 10 mit Harz und ist in der vorliegenden Ausführungsform so konfiguriert, dass sie eine obere Form 21 und eine untere Form 22 aufweist. Durch die Überlappung der oberen Form 21 und der unteren Form 22 wird im Inneren der Form 20 ein Innenraum gebildet, der der Form des Vorformlings 10 folgt. Dieser Innenraum kann evakuiert werden und kann einen abgedichteten Raum bilden.
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Ferner kann sich die obere Form 21 relativ zur unteren Form 22 bewegen, wie durch einen geraden Pfeil in 1B gezeigt. Somit kann der Vorformling 10 nicht nur auf der Form 20 installiert und von der Form 20 getrennt werden, sondern die obere Form kann auch bewegt werden, um einen Druck auf den Vorformling 10 aufzubringen, und sie kann bewegt werden, um den aufgebrachten Druck zu entlasten. Genauer gesagt kann sich die Form 20 wie folgt in einem offenen Zustand, einem befestigten Zustand und einem Entlastungszustand befinden. Der offene Zustand ist ein Zustand, in dem die obere Form 21 vollständig von der unteren Form 22 getrennt ist und die obere Fläche der unteren Form 22 vollständig freigelegt und geöffnet ist (nicht dargestellt). In diesem Zustand wird der Vorformling 10 auf der unteren Form 22 installiert und der Vorformling 10 wird nach der Imprägnierung von der Form 20 gelöst. Der befestigte Zustand ist ein Zustand, in dem der Vorformling 10 in der Form 20 installiert ist und die obere Form 21 und die untere Form 22 vollständig verbunden und befestigt sind (siehe 1B und 4). Auch in diesem befestigten Zustand ist bevorzugt, dass zwischen der Faserschicht 12 des Vorformlings 10 vor der Imprägnierung und den Oberflächen der oberen Form 21 und der unteren Form 22 ein geringer Spalt gebildet wird. Dieser Spalt berücksichtigt, dass das Volumen der Faserschicht 12 nach der Imprägnierung aufgrund der Imprägnierung der Harzzusammensetzung größer wird als das Volumen vor der Imprägnierung. Dieser Spalt zwischen der oberen Form 21 und dem Vorformling 10 ist der gleiche wie der Spalt zwischen der unteren Form 22 und dem Vorformling 10. Der Entlastungszustand ist ein Zustand, in dem der Vorformling 10 in der Form 20 installiert ist und die obere Form 21 und die untere Form 22 etwas weiter voneinander getrennt sind als im befestigten Zustand (siehe 6). Der Entlastungszustand wird z. B. erreicht, indem die obere Form 21 gegenüber dem befestigten Zustand leicht angehoben wird. Zu diesem Zeitpunkt ist der Spalt zwischen der oberen Form 21 und dem Vorformling 10 größer als der Spalt zwischen der unteren Form 22 und dem Vorformling 10. Auch in diesem Entlastungszustand wird der abgedichtete Zustand aufrechterhalten, so dass die im Inneren zugeführte Harzzusammensetzung zur Imprägnierung nicht aus der Form 20 austritt.
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Weiterhin ist die obere Form 21 mit einem Strömungsweg 21a versehen, der von außen bis zur Faserschicht 12 des installierten Vorformlings 10 reicht. Indem die Harzzusammensetzung durch den Strömungsweg 21a geleitet wird, wird die Harzzusammensetzung der Faserschicht 12 zugeführt und imprägniert. Weiterhin ist die Form 20 mit einem Luftströmungskanal zum Evakuieren (Vakuumentlüftung) des gebildeten Innenraums versehen.
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Des Weiteren ist die Form 20 so konfiguriert, dass die Temperatur durch eine Temperatursteuerungsvorrichtung (nicht dargestellt) auf einer gewünschten Temperatur gehalten werden kann.
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Obwohl das für die Form 20 verwendete Material nicht besonders begrenzt ist, wird vorzugsweise, wie üblich, ein Metall verwendet, und die Form 20 ist eine sogenannte Metallform.
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Imprägniervorrichtung
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Die Imprägniervorrichtung 30 ist eine Vorrichtung, die die Harzzusammensetzung, die imprägniert werden soll, der Form 20 zuführt, in der der Vorformling 10 installiert ist. Wie aus 2 ersichtlich ist, umfasst die Imprägniervorrichtung 30 der vorliegenden Ausführungsform einen Hauptmitteltank 31, eine Hauptmittelpumpe 32, einen ersten Härtungsmitteltank 33, einen zweiten Härtungsmitteltank 34, ein Schaltventil 35, eine Härtungsmittelpumpe 36 und einen Mischer 37.
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Der Hauptmitteltank 31 ist ein Tank, in dem das Hauptmittel der zu imprägnierenden Zusammensetzung gelagert wird. Das Hauptmittel wird später beschrieben. Die Hauptmittelpumpe 32 ist eine Pumpe, die das im Hauptmitteltank 31 gespeicherte Hauptmittel zum Mischer 37 fördert. Der Hauptmitteltank 31 und die Pumpe 32 sind also durch eine Rohrleitung verbunden, und die Hauptmittelpumpe 32 und der Mischer 37 sind durch eine Rohrleitung verbunden.
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Der erste Härtungsmitteltank 33 ist ein Tank, in dem das erste Härtungsmittel gelagert wird, und der zweite Härtungsmitteltank 34 ist ein Tank, in dem das zweite Härtungsmittel gelagert wird. Die einzelnen Härtungsmittel werden später beschrieben. Das Schaltventil 35 ist mit dem ersten Härtungsmitteltank 33, dem zweiten Härtungsmitteltank 34 und der Härtungsmittelpumpe 36 verbunden und so konfiguriert, dass es die Art des Härtungsmittels, das dem Mischer 37 von der Härtungsmittelpumpe 36 zugeführt wird, umschalten kann. Daher sind der erste Härtungsmitteltank 33 und das Schaltventil 35 durch eine Rohrleitung verbunden, der zweite Härtungsmitteltank 34 und das Schaltventil 35 sind durch eine Rohrleitung verbunden und das Schaltventil 35 und die Härtungsmittelpumpe sind durch eine Rohrleitung verbunden. Die Härtungsmittelpumpe 36 und der Mischer 37 sind durch eine Rohrleitung verbunden.
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Der Mischer 37 ist eine Vorrichtung, die das zugeführte Hauptmittel und das Härtungsmittel mischt und die durch Vermischen gebildete Harzzusammensetzung in die Form 20 leitet. Insbesondere ist der Mischer 37 mit dem Strömungsweg 21a der Form 20 (siehe 1A und 1B) durch eine Rohrleitung verbunden, und die zugeführte Harzzusammensetzung passiert die Rohrleitung und gelangt in den Strömungsweg 21a der Form 20. Da der Strömungsweg 21a, wie oben beschrieben, mit der Faserschicht 12 des installierten Vorformlings 10 verbunden ist, fließt die Harzzusammensetzung durch den Strömungsweg 21a und die Harzzusammensetzung wird der Faserschicht 12 zugeführt, um imprägniert zu werden.
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Herstellungsverfahren für das faserverstärkte Harzformprodukt
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Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Harzformprodukts beschrieben. Der Übersichtlichkeit halber wird hier als bevorzugtes Beispiel für das faserverstärkte Harzformprodukt ein Hochdrucktank angegeben, und die Form und die Imprägniervorrichtung werden anhand der Form 20 und der Imprägniervorrichtung 30 beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung der Form 20 und der Imprägniervorrichtung 30 beschränkt.
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3 zeigt den Ablauf eines Herstellungsverfahrens S10 für ein faserverstärktes Harzformprodukt gemäß einem Beispiel. Wie aus 3 ersichtlich ist, umfasst das Herstellungsverfahren S10 für ein faserverstärktes Harzformprodukt gemäß der vorliegenden Ausführungsform einen Schritt S11 der Installation in der Form und der Entlüftung, einen Schritt S12 des Startens und Stoppens einer primären Einspritzung bzw. Primäreinspritzung, einen Schritt S13 des Wechsels in den Entlastungszustand, einen Schritt S14 des Startens einer sekundären Einspritzung bzw. Sekundäreinspritzung, einen Schritt S15 des Wechsels in einen befestigten Zustand, einen Schritt S16 des Stoppens der Sekundäreinspritzung und einen Schritt S17 der Entnahme des Produkts aus der Form. Nachfolgend wird jeder Schritt beschrieben.
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Schritt S11 der Installation in der Form und der Entlüftung
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In Schritt S11 der Installation in der Form und der Entlüftung (kann als „Schritt S11‟ bezeichnet werden), wie in 4 gezeigt, wird der Vorformling 10 in der Form 20 installiert und durch Evakuieren entlüftet. Durch diese Entlüftung kann die imprägnierte Harzzusammensetzung leicht in die Faserschicht 12 eindringen, und die Imprägnierung wird reibungsloser durchgeführt.
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Genauer gesagt befindet sich bei der vorliegenden Ausführungsform die Form 20 im offenen Zustand, und der Vorformling 10 wird auf der unteren Form 22 installiert, bei der die obere Oberfläche weitgehend freiliegt, und dann wird die obere Form 21 so angeordnet, dass sie die untere Form 22 und den auf der unteren Form 22 installierten Vorformling 10 abdeckt, um in den befestigten Zustand zu gelangen. Dann wird die Vakuumentlüftung durch eine Vakuumpumpe durchgeführt. Die Vakuumentlüftung wird abgeschlossen, bevor eine erste Harzzusammensetzung der Faserschicht 12 zugeführt wird, was im nächsten Schritt durchgeführt wird.
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Schritt S12 des Startens und Stoppens der Primäreinspritzung
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In Schritt S12 des Startens und Stoppens der Primäreinspritzung (kann als „Schritt S12‟ bezeichnet werden) wird die erste Harzzusammensetzung, in der das Hauptmittel und das erste Härtungsmittel gemischt sind, der Faserschicht 12 zugeführt und die Zufuhr wird danach gestoppt.
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Hauptmittel
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Das Hauptmittel ist ein Material, das in der Lage ist, die Faserschicht zu verstärken, indem es in die Faserschicht 12 imprägniert und ausgehärtet wird, und insofern kann ein geeignetes Material verwendet werden. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Hauptmittel ein Epoxidharz, aber andere Beispiele umfassen Polyurethanharz, Phenolharz und Melaminharz.
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Erstes Härtungsmittel und erste Harzzusammensetzung
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Das erste Härtungsmittel ist ein Material, das das Hauptmittel aushärtet, indem es mit dem Hauptmittel vermischt wird. Das erste Härtungsmittel wird mit dem Hauptmittel vermischt, um die erste Harzzusammensetzung zu bilden. In der vorliegenden Ausführungsform besteht das erste Härtungsmittel also aus einem Material, das das Epoxidharz aushärten kann. Für das erste Härtungsmittel wird jedoch ein Härtungsmittel verwendet, mit dem die Härtungsstarttemperatur der ersten Harzzusammensetzung höher ist als die Härtungsstarttemperatur der später beschriebenen zweiten Harzzusammensetzung, und vorzugsweise ist die Härtungsstarttemperatur der ersten Harzzusammensetzung höher als die Temperatur der Form 20. Das heißt, dass die erste Harzzusammensetzung eine lange Zeit zum Aushärten benötigt und so konfiguriert ist, dass sie ihre Fließfähigkeit beibehält, bis sie die Schicht der Faserschicht 12 erreicht, die mit der Auskleidung 11 in Kontakt steht. Mit der „Härtungsstarttemperatur“ ist hier die Temperatur gemeint, bei der die Polymerisationsreaktion beginnt und ein schneller Temperaturanstieg erfolgt.
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Die Art des ersten Härtungsmittels ist nicht besonders begrenzt, solange es sich um die erste Harzzusammensetzung handeln kann, die die obigen Bedingungen erfüllt, und Beispiele dafür sind aromatische Polyamine wie Dicyandiamid und Metaphenylendiamin.
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Obwohl die Zufuhrmenge der ersten Harzzusammensetzung nicht besonders begrenzt ist, ist es bevorzugt, dass die Zufuhrmenge gleich oder mehr als 50 Masse% (Massenprozent) und gleich oder weniger als 67 Masse% in Bezug auf die Gesamtmenge der ersten Harzzusammensetzung und der zweiten Harzzusammensetzung ist. Wenn die Zufuhrmenge der ersten Harzzusammensetzung weniger als 50 Masse% beträgt, besteht die Möglichkeit, dass die Menge der ersten Harzzusammensetzung, die die Schicht der Faserschicht 12 auf der Seite der Auskleidung 11 erreicht, gering ist, und wenn die Menge der ersten Harzzusammensetzung mehr als 67 Masse% beträgt, besteht die Möglichkeit, dass die Zeit bis zum Aushärten der äußeren Schicht, die aus der Form gelöst werden muss, lang wird, was die Produktivität beeinträchtigen kann. Die Zufuhr der ersten Harzzusammensetzung wird gestoppt, wenn die festgelegte Zufuhrmenge erreicht ist.
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Insbesondere wird in der vorliegenden Ausführungsform, wie in 5 gezeigt, das im Hauptmitteltank 31 gespeicherte Hauptmittel durch die Hauptmittelpumpe 32 dem Mischer 37 zugeführt. Demgegenüber passiert das erste Härtungsmittel, das im ersten Härtungsmitteltank 33 gespeichert ist, das Schaltventil 35 und wird dem Mischer 37 durch die Härtungsmittelpumpe 36 zugeführt. Zu diesem Zeitpunkt öffnet das Schaltventil 35 den Strömungsweg der Rohrleitung aus dem ersten Härtungsmitteltank 33 und sperrt den Strömungsweg der Rohrleitung aus dem zweiten Härtungsmitteltank 34. Im Mischer 37 werden das zugeführte Hauptmittel und das erste Härtungsmittel vermischt, um die erste Harzzusammensetzung zu bilden, und der Mischer 37 führt die hergestellte erste Harzzusammensetzung dem Strömungsweg 21a der Form 20 zu. Die zugeführte erste Harzzusammensetzung erreicht den äußeren Umfangsbereich der Faserschicht 12 des in der Form 20 installierten Vorformlings 10 und wird weiter imprägniert, indem sie in die Faserschicht eindringt. Zu diesem Zeitpunkt ist in der vorliegenden Ausführungsform die Temperatur der Form 20 niedriger eingestellt als die Härtungsstarttemperatur der ersten Harzzusammensetzung. Wie niedrig die Temperatur eingestellt wird, ist nicht besonders begrenzt und kann unter Berücksichtigung der kürzesten Zeit, in der die erste Harzzusammensetzung die in Kontakt mit der Auskleidung 11 stehende Schicht der Faserschicht 12 erreichen kann, und der für die Aushärtung erforderlichen Zeit bestimmt werden.
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Wie oben beschrieben, wird in diesem Schritt die Temperatur so eingestellt und das Härtungsmittel so verwendet, dass die Fließfähigkeit nicht verloren geht, bis die erste Harzzusammensetzung die innerste Schichtseite der Faserschicht erreicht (die Schicht, die der Faserschicht von der äußeren Schichtseite, der die erste Harzzusammensetzung zugeführt wird, gegenüberliegt). Infolgedessen wird das Harz selbst bei einer dicken Faserschicht sicherer auf der inneren Schichtseite der Faserschicht imprägniert. Da die hohe Fließfähigkeit für eine lange Zeit aufrechterhalten werden kann, kann, wenn die erste Harzzusammensetzung imprägniert wird, der Einspritzdruck zum Zeitpunkt der Imprägnierung niedrig gehalten werden, wodurch die Ausrüstung verkleinert und die Kosten gesenkt werden können.
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Schritt S13 des Wechsels in den Entlastungszustand
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In Schritt S13 des Wechsels in den Entlastungszustand (kann als „Schritt S13‟ bezeichnet werden) werden, nachdem die Primäreinspritzung in Schritt S12 gestoppt wurde, die obere Form 21 und die untere Form 22 so bewegt, dass sie leicht voneinander getrennt sind, der Zustand wird in den Entlastungszustand geändert, die Kraft zum Pressen des Vorformlings 10 wird entspannt, und ein leichter Spalt wird zwischen der oberen Form 21 und dem Vorformling 10 bereitgestellt. Die Größe des Spalts ist nicht besonders begrenzt, kann aber etwa 10 % der Dicke der Faserschicht betragen. In der vorliegenden Ausführungsform wird, wie durch den geraden Pfeil in 6 gezeigt, die obere Form 21 angehoben, um den Zustand in diesen Entlastungszustand zu ändern.
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Schritt S14 des Startens der Sekundäreinspritzung
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In Schritt S14 des Startens der Sekundäreinspritzung (kann als „Schritt S14“ bezeichnet werden) wird die zweite Harzzusammensetzung, in der das Hauptmittel und das zweite Härtungsmittel vermischt sind, der Form 20 im Entlastungszustand zugeführt.
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Hauptmittel
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Das Hauptmittel ist ein Material, das in der Lage ist, die Faserschicht zu verstärken, indem es in die Faserschicht 12 imprägniert und ausgehärtet wird, und insofern kann ein geeignetes Material verwendet werden. In der vorliegenden Ausführungsform ist es das gleiche Epoxidharz wie das Hauptmittel der ersten Harzzusammensetzung. Indem als Hauptmittel der ersten Harzzusammensetzung und als Hauptmittel der zweiten Harzzusammensetzung das gleiche verwendet wird, kann der Unterschied in den physikalischen Eigenschaften verringert werden, und somit werden Probleme bei der Leistung wie Festigkeit und Delamination weniger wahrscheinlich. Wenn es jedoch kein Problem mit solchen Leistungen gibt, wird die Verwendung eines anderen Hauptmittels nicht verhindert.
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Zweites Härtungsmittel und zweite Harzzusammensetzung
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Das zweite Härtungsmittel ist ein Material, das das Hauptmittel aushärtet, indem es mit dem Hauptmittel vermischt wird. Eine zweite Harzzusammensetzung wird erhalten, indem das zweite Härtungsmittel mit dem Hauptmittel vermischt wird. In der vorliegenden Ausführungsform ist das zweite Härtungsmittel also ein Material, das das Epoxidharz aushärten kann. Für das zweite Härtungsmittel wird jedoch ein Härtungsmittel verwendet, bei dem die Härtungsstarttemperatur der zweiten Harzzusammensetzung niedriger ist als die Härtungsstarttemperatur der oben beschriebenen ersten Harzzusammensetzung, und vorzugsweise ist die Härtungsstarttemperatur der zweiten Harzzusammensetzung niedriger als die Temperatur der Form 20. Das heißt, die zweite Harzzusammensetzung ist so konfiguriert, dass sie eine kürzere Zeit zum Aushärten benötigt als die erste Harzzusammensetzung und in einem bestimmten Ausmaß in die Faserschicht 12 eindringt, so dass die äußere Schicht, die sich auf der gegenüberliegenden Seite der Faserschicht 12 von der Schicht befindet, die mit der Auskleidung 11 in Kontakt ist, in kurzer Zeit ausgehärtet wird. Dabei ist die „Härtungsstarttemperatur“ wie oben beschrieben.
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Die Art des zweiten Härtungsmittels ist nicht besonders begrenzt, solange es die zweite Harzzusammensetzung bilden kann, die die oben genannten Anforderungen erfüllt, und Beispiele dafür sind aliphatische Polyamine wie Xylendiamin und Diethylentriamin.
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Die Zufuhrmenge der zweiten Harzzusammensetzung wird durch die Zufuhrmenge der ersten Harzzusammensetzung bestimmt.
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Insbesondere wird in der vorliegenden Ausführungsform, wie in 7 gezeigt, das im Hauptmitteltank 31 gespeicherte Hauptmittel durch die Hauptmittelpumpe 32 dem Mischer 37 zugeführt. Demgegenüber passiert das zweite Härtungsmittel, das im zweiten Härtungsmitteltank 34 gespeichert ist, das Schaltventil 35 und wird dem Mischer 37 durch die Härtungsmittelpumpe 36 zugeführt. Zu diesem Zeitpunkt öffnet das Schaltventil 35 den Strömungsweg der Rohrleitung vom zweiten Härtungsmitteltank 34 und sperrt den Strömungsweg der Rohrleitung vom ersten Härtungsmitteltank 33. Im Mischer 37 werden das Hauptmittel und das zugeführte zweite Härtungsmittel gemischt, um die zweite Harzzusammensetzung zu bilden, und der Mischer 37 führt die hergestellte zweite Harzzusammensetzung dem Strömungsweg 21a der Form 20 zu. Die zugeführte zweite Harzzusammensetzung erreicht den äußeren Umfangsbereich der Faserschicht 12 des in der Form 20 installierten Vorformlings 10. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich die Form 20 durch Schritt S13 im Entlastungszustand, der Druck auf den Vorformling 10 durch die Form 20 wird unterdrückt, und zwischen der oberen Form 21 und dem Vorformling 10 wird ein Spalt gebildet. So kann der Widerstand beim Fließen der zweiten Harzzusammensetzung unterdrückt werden. Daher wird der gesamte Raum zwischen der oberen Form 21 und dem Vorformling 10 gleichmäßig mit der zugeführten zweiten Harzzusammensetzung gefüllt. Außerdem ist in der vorliegenden Ausführungsform die Temperatur der Form 20 höher eingestellt als die Härtungsstarttemperatur der zweiten Harzzusammensetzung. Wie hoch die Temperatur eingestellt wird, ist nicht besonders begrenzt und kann unter Berücksichtigung der kürzesten Zeit, die die zweite Harzzusammensetzung benötigt, um in die gewünschte Faserschicht einzudringen, und der für die Aushärtung erforderlichen Zeit bestimmt werden.
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Schritt S15 des Wechselns in den befestigten Zustand
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In Schritt S15 des Wechselns in den befestigten Zustand (kann als „Schritt S15‟ bezeichnet werden) werden die obere Form 21 und die untere Form 22 so bewegt, dass sie nahe beieinander liegen, und die Form wird in den befestigten Zustand gebracht. Dadurch wird der Druck, den die zweite Harzzusammensetzung von der Form 20 erhält, erhöht, die Imprägnierung der zweiten Harzzusammensetzung wird gefördert, die zweite Harzzusammensetzung, die sich in der Nähe der äußeren Oberfläche der Faserschicht 12 befindet, wird eingeebnet, und die Oberfläche wird glatt. In der vorliegenden Ausführungsform wird, wie in 8 gezeigt, die obere Form 21 näher an die untere Form 22 gebracht.
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Schritt S16 des Stoppens der Sekundäreinspritzung
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In Schritt S16 des Stoppens der Sekundäreinspritzung (kann als „Schritt S16‟ bezeichnet werden) wird die Zufuhr der zweiten Harzzusammensetzung gestoppt, wenn der Zustand in Schritt S15 in den befestigten Zustand geändert wird, die Faserschicht ausreichend mit der zweiten Harzzusammensetzung imprägniert ist und eine gewünschte Zufuhrmenge erreicht wird. Dann wartet das Verfahren, bis die zweite Harzzusammensetzung ausgehärtet ist. In der vorliegenden Erfindung kann durch die Zufuhr der oben beschriebenen zweiten Harzzusammensetzung als Sekundäreinspritzung die Aushärtung der Außenschichtseite, die für die Entformung erforderlich ist, beschleunigt und somit die Produktivität verbessert werden. Da die zweite Harzzusammensetzung schnell aushärtet, ist die mit der Reaktion verbundene Wärme tendenziell hoch, und diese Wärme kann die Aushärtung der ersten Harzzusammensetzung, die im Voraus imprägniert wurde, beschleunigen, und die Aushärtung des gesamten imprägnierten Harzes kann ebenfalls beschleunigt werden.
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Schritt S17 der Entformung
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In Schritt S17 der Entformung (kann als „Schritt S17‟ bezeichnet werden) wird, nachdem zumindest die zweite Harzzusammensetzung in Schritt S16 gehärtet wurde und die Harzzusammensetzung auf der Außenschichtseite der Faserschicht 12 gehärtet wurde, der mit Harz imprägnierte Vorformling 10 von der Form 20 gelöst. In der vorliegenden Ausführungsform wird die obere Form 21 der Form 20 von der unteren Form 22 getrennt, um die Form 20 zur Entformung zu öffnen.
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Effekte und Sonstiges
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Der mit Harz imprägnierte Vorformling 10 kann durch das Herstellungsverfahren, das jeden der oben genannten Schritte umfasst, die Form für einen solchen Zweck und die Imprägniervorrichtung erhalten werden. Ein Hochdrucktank kann durch weiteres Ausbilden einer Schicht aus mit Harz imprägnierten Glasfasern auf dem mit Harz imprägnierten Vorformling 10 gebildet werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden, wenn die Faserschicht durch das RTM-Imprägnierverfahren mit Harz imprägniert wird, mehrere Arten von Harzzusammensetzungen mit unterschiedlichen Härtungsstarttemperaturen der Reihe nach verwendet. Insbesondere wird die erste Harzzusammensetzung mit einer langsameren Aushärtungsgeschwindigkeit auf der Seite der inneren Schicht verwendet, während die zweite Harzzusammensetzung mit einer schnelleren Aushärtungsgeschwindigkeit auf der Seite der äußeren Schicht zur Imprägnierung verwendet wird. So kann die erste Harzzusammensetzung auch bei einer dicken Faserschicht auf der inneren Schichtseite imprägniert werden, so dass eine entsprechende Imprägnierung erfolgt. Da die zweite Harzzusammensetzung dagegen auf der Außenschichtseite imprägniert wird, kann die Außenschichtseite schnell ausgehärtet und aus der Form gelöst werden. Außerdem beschleunigt die beim Aushärten der zweiten Harzzusammensetzung erzeugte Wärme die Aushärtung der ersten Harzzusammensetzung. Dadurch kann sowohl eine homogene Imprägnierung als auch eine schnelle Aushärtung, die für die Entformung erforderlich ist, erreicht werden, und es kann gleichzeitig eine Kostenreduzierung durch Verbesserung der Produktivität und eine hohe Leistung und Qualität durch eine homogene Imprägnierung realisiert werden.
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Vorstehend wird sowohl für die erste Harzzusammensetzung als auch für die zweite Harzzusammensetzung eine Zusammensetzung verwendet, deren Aushärtung durch Vermischen eines Hauptmittels und eines Härtungsmittels beginnt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und es können auch Harze verwendet werden, die durch Erhitzen oder andere Verfahren ausgehärtet werden. Da jedoch das Hauptmittel aus demselben Material bestehen werden kann, indem eine Zusammensetzung verwendet wird, bei der die Aushärtung durch Vermischen des Hauptmittels und des Härtungsmittels gestartet wird, ist es sowohl für die erste Harzzusammensetzung als auch für die zweite Harzzusammensetzung möglich, den Unterschied in den physikalischen Eigenschaften zwischen der Innenschichtseite und der Außenschichtseite klein zu halten, und die Festigkeit kann erhöht werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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