JP2013545634A

JP2013545634A - コンポジット材料の成型用装置

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Publication number: JP2013545634A
Application number: JP2013535477A
Authority: JP
Inventors: ドミニククラスース，
Original assignee: ドミニククラスース，
Priority date: 2010-10-28
Filing date: 2011-10-25
Publication date: 2013-12-26
Anticipated expiration: 2031-10-25
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Abstract

本発明は、２枚の柔軟な膜（Ｇ，Ｆ）の間に含まれ、多孔質の型（Ａ）の上に伸長することができる、コンポジット（Ｃ）を成形、縮小、及び保持する装置に関するものである。本装置では、高い圧力を使用できるにもかかわらず、安価で使用することが可能である。実施例によっては、前記型と同様の特徴を持つ補強型（Ｍ）を使用することも可能である。この装備はひとつの製造サイクルの間に、複数の型及び補強型の使用を可能にするものである。

Description

本願に記述された装置では、型に入れて作られたコンポジット製品の製造とマトリクスのポリメリゼーションに必要な時間中製品の形状維持が可能である。本装置では、成形、圧縮、形状の維持が可能であり、2枚の柔軟性・伸縮性のある膜内に含まれる重合可能なマトリクスのコンポジットの温度を変更できる。本装置の特徴は、コンポジットが型と接触することなく、型とコンポジット（複合材料）との間にエアーポケットを残留させることなく製品の型作りができることである。その上、本方法における型作りのコストは、コンポジットの品質を得るために必要な圧縮の温度と圧力に応じて、指数的ではない。本特許の対象となる装置は、独自の技術解決策を用いることで、重合可能なマトリクス複合材料製品製造時に繰り返し起こる問題への答えをもたらすようなコンポジットの製造サイクルを可能にする。周知の方法と比較して、作業の時間効率、型のコスト、完成品の品質といった面での利点は明らかである。

従来、こうしたコンポジットタイプは、金属製または樹脂の型を挿入するプレスで実現される。コスト、型の実現の難しさ、構成する材料のコストの高さから、完成品は高価なものとなってしまう。型の仕上がりの質が部品の表面の仕上がりの質を決定する。高品質な製品の仕上がりには、製造の難しさとコストアップを伴う。この種の生産は、基本的に大量生産の場合に適している。大抵の方法では、コンポジットは型と直接接触するため生産過程毎に準備作業と型のメンテナンスが必要となる。補強材を含浸させてもさせなくても、塗布には手作業が必要となり、作業は作業者が担当する。「RTM（樹脂注入成形法）」といった周知の方法は、安定した品質でスピーディーな製品の仕上げが可能であるが、補強材の圧縮が不可能なため、高品質の機械部品生産はできない。

開口している型に積層、注入、または射出することによるコンポジット部品の生産では、完璧な仕上がりの型が要求され、いずれにしても高コストとなる。完成品生産に必要な数段階にわたる作業工程に費やす時間が、完成品1つのコスト高につながる。上記の方法は付加価値の高い少量生産に向いている。製品価格への設備費の影響は、一作業で仕上がる成型により生産性が向上するような大型の製品にはこの方法は効率が良い。最も知られている例としては、ヨットの甲板や船体、ポリエステル製プールが挙げられる。

他の範疇には、流体の物理的特性を利用して、型にコンポジットを圧縮・維持する膜プレスで構成される設備がある。閉じた囲いの中では、真空下、またはガスもしくは液体でも、空気の問題に関して、基本は変わらない。コンポジットは、流圧で流され押し付けられて型に接触する。型とコンポジットの間の空気漏れは、全ての方法に共通した解決すべき問題である。マトリクスによる含浸前または後の型への補強材の被覆、型自体の準備は、時間のかかる精密な作業となる。大抵の生産で使用されているオートクレーブは、最高品質の機械を必要とし、膜プレスの範疇に入れられるが、問題点と利点とが同じように存在する。

断面図（Q）から見た（図2から10）本発明の対象となる装置（図1）は、型（A）の両側にそれぞれ配置され、プレス工程中、型の外側部分への合致を可能にしている硬いシャーシー（B）に連結して支えられている下部囲い（D）と上部囲い（E）とで構成されている。シャーシー（B）は、シャーシーで支えらされている型（A）のゾーンが本装置で全ての製造作業が行われている間、希望の形状の許容範囲内に確実に留まるサイズを決めるにあたり、十分な硬さを有し安定している。上部囲い（E）と下部囲い（D）は、装置の機能的制約に対して耐えることができる上、希望する機能の圧力を得られた時から、柔軟になることも硬くなることもできる。下部囲い（D）の防水・気密性は、シャーシー（B）に連結する、外側部分に支えられている柔軟性のある膜の挿入、または下部囲い（D）の防水・気密性を確実にする型（A）の下部の表面の防水・気密性によって実現される。シャーシー（B）が、完成品のために定めた変形の範囲内で、生産の全工程を通して型（A）の固定を確実にし、必要であれば装置の下部囲い（D）の代わりとなるシャーシー（B）部分の防水・気密性を確保するとみなし、シャーシーが型（A）の下部表面全てを支えるという条件で、下部囲い（D）は削除できる。

コンポジット（C）は、コンポジットが重合可能なマトリクスよりなる防水・気密な柔軟・伸縮性があるコンポジットのマトリクスに密着または密着しない2枚の膜の中に入っているが、型（A）の囲いからは離れている。完成部品を構成するコンポジットの要素（C）は、2枚の当該膜（G、F）の間に含まれている。当該膜（G、F）は、完成部品の一部を成すこともでき、一部をなさなくてもよい。当該膜（G、F）は、流体の圧力が膜（G、F）周辺ゾーン、囲い（E）側または囲い（A）側で制御されるように、圧縮する囲い（E）の外側部分で支えらている。このように、成型作業時、型（A）に張りつけるために膜（F）と囲い（E）の間に形成された囲いの中に含まれる流体によって押し出されるコンポジット（C）を含む膜（G、F）の一部または全体を徐々に制御しながらの等圧な拡張は、コンポジット（C）の補強材の中または膜（G、F）の表面に不要な変形または皺を生じるリスクを制限することでなされる。この場合、補強繊維の変形をモデル化することができるため、完成したコンポジット材料の機械的特性の計算はより容易なものとなる。

装置内でゾーンを区分けし、コンポジット（C）含有に使用される当該膜（G、F）は、大抵の膜プレスに用いられ、本使用目的用のシリコン膜のように、熱に強く、柔軟性があり変形可能な材料で構成されることができる。本発明に記述されている装置における膜（G、F）は、消耗品とみなされるような安価な材料で構成することもできる。特定の柔軟性・伸縮性のあるフィルムは、型（A）の形に合致するよう特定の温度で圧力をかけた際に変形する特性を有し、大抵はプレス工程終了後に初期形状へ戻すことは不可能であるが、プレス工程中およびマトリクスのポリメリゼーション中、防水・気密性を保つ。

コンポジット（C）を含む膜（G、F）のゾーンは、コンポジット（C）が製造される方法に応じて、閉鎖してる場合と閉鎖していない場合がある。当該コンポジット（C）は、従来の方法全ての方法を用いて当該膜（G、F）の間に形成することができる。使用できる方法の例を次に掲げる。真空状態または真空状態にない強化材にマトリクスを手作業で塗布する積層；プリプレグ繊維の手作業塗布；製造が柔軟性・伸縮性のある2枚の膜（G、F）の間で行われるという条件で、全ての方法に一般的な、強化材の形を形成する前または後に強化材にマトリクスを注入または射出する方法である。2枚の膜（G、F）の間に入ったコンポジット（C）は、ハイドロフォーミング方法における金属板のような型で形成、またはプレス機械の鋼板のように型と型の間で成型される。その後コンポジット（C）は、型（A）に一致した寸法的に安定した部品を得るのにマトリクスのポリメリゼーションに必要な時間、囲い（E）が膜（F）に対して持続的に圧力をかけることで、流体による形状の維持がなされる。

型（A）の主な特徴は、装置の囲い内の流体圧に耐え得る材料であることと、少なくとも部品が形成される表面上が多孔質であることである。

上部囲い（E）内の流体圧が、コンポジット（C）を含む膜（G、F）を型（A）の表面に合致させる。型（A）が多孔質なことにより、型に通気孔を整備することなく型の表面に膜が含有するコンポジット（C）と膜（G、F）の形成が可能である。空気は、ゾーン（L）の内側と外側の気圧傾度により、膜（G）と型（A）の間のゾーン（L）より出る。型（A）と膜（G）を含めたゾーン（L）の完全な真空化は、型の外部を閉鎖し当該ゾーン（L）の真空化を確実にする真空ポンプの使用ができるような付属装置のある場合、部品の形状にかかわらず可能である。それゆえ、成型工程中、型と接触するコンポジット（C）を含む膜（G）と型（A）との間にエアーポケットが密封されてしまうことはない。

型（A）表面が多孔質なことにより、型（A）と型（A）に接触している膜（G）との間の流体圧を何時でも均一に変化させることができる。

形成後の部品（C）の型出しは、型（A）の表面が多孔質なことにより、型（A）と型（A）が接触している膜（G）の間のゾーン（L）に超加圧をかけることで行われる。型（A）の表面が多孔質なことにより、膜（G）に均一に圧力をかけることができるため、コンポジット（C）の機械特性が最適化されていない場合、取り出す際に生じる層間剥離を避けることができる。

型（A）は、表面が多孔質で、装置が機能する際の温度および圧力への耐久性といった2つの特性を有する材料で作製可能である。

実質的には、多孔質のスポンジや木材の寄せ集めといった安価な材質で型（A）の表面または全体を作成することができ、コンポジット（C）が成型される表面の外側への流体の排出を可能にする表面処置が施された材料で構成されることができる。

装置におけるゾーンは、膜（G、F）、囲い、型（A）で範囲が定められている。当該ゾーンにおいて、流体の種類、圧力、温度は、アクセス開口部と適した外側部分全体により、別々に制御することができる。

プレス工程中、型（A）は囲い（D、E）の内側に含まれる液体の働きにより上面・下面に制約を受けるか、膜（F）の上部囲い内の流体の働きにより上面に制約を受け、支えのシャーシー（B）に連結した硬い支えにより下面を支えられている。

型（A）が装置の下部（D）と上部（E）の囲いの間をシャーシー（B）で支えられ、流体がその下上表面に圧力をかける時、その外側部分が装置のシャーシー（B）によって予め決められた形に保たれている間、圧力は型（A）の2面で制御される。このように、上部囲い（E）と下部囲い（D）内に含まれた流体の圧力を変えることで外側部分と中心の変形を制御できるため、型（A）を構想する時に、構造的な硬さは主要なパラメーターとはならない。

本装置において、型（A）の外側部分の支えを確実にするシャーシー（B）の硬さを考慮して、型（A）にかかる圧力は2つの要素に分解できる。

ひとつ目の要素は、型（A）を支えている装置のシャーシー（B）によって形成される点から、全ての標準的な力から生じる結果である。当該圧力はバランスが取れ、いずれの場合も装置の下部（D）・上部（E）囲いにおける圧力を調節することで差異は制御できる。これらの力において、圧力下で変形する型（A）を構成する材料の耐性が唯一我々の興味をひく基準である。

ふたつ目は、囲い（D、E）において流体の加圧により生じた力の平行的な結果である。大きな空洞を有する型の場合、支えるシャーシー（B）にとって平行の力は重要であり、型（A）の内部で型を構成する材料の破砕にいたるまでの牽引（引っ張り）力を引き起こす可能性がある。この問題を解決するには、型（A）に、シャーシーが型（A）を位置に維持する面に、装置によって生じる牽引の制約に耐える材料で作成された平行の補強材（H）を備える。型（A）に連帯した本補強材（H）は、例として繊維および樹脂コンポジットの板や金属板で構成することができる。このように、本補強材（H）の働きにより、型（A）における力（制約）は、流体を含む囲い（D、E）の反対面での圧縮における力と、装置のシャーシー（B）が型を支える面での平行な牽引における力で分散・集約することができる。これらの力は、補強材の面では牽引として、装置のシャーシー（B）によって装置の外側部分で支えられるゾーンに位置する型（A）の材料内では摩滅となって繰り返される。

コンポジット材料が型（A）に合致する時、定められたキャビティの論理上正確な量に相当する非圧縮な液体を囲い（D、E）へ挿入することで、液体に圧力がかかった時、型（A）への部品の完全な一致が確実となる。コンポジット（C）の成型管理のために使用する非圧縮液体と、囲い（D、E）に圧力をかける本システムは、大量のガスに圧力がかかるオートクレーブと異なり、爆発リスクを伴わずに高圧作業を行うことができるというさらなる利点がある。この利点により、装置の安全規格への適合、点検、メンテナンスが簡略化する。

圧力は、本装置の閉鎖した全てのゾーン内で、独立して変化することができる。この方法でコンポジット（C）を含む膜（G）と（F）の変形が制御・最適化できる。

本機能の重要性は、コンポジットの成型作業が型（A）の形状によって異なって行われること、そして型（A）にコンポジット（C）を合致させる工程中コンポジットを含む膜（G）と（F）に与える力である。型（E）の圧力により、マトリクスのポリメリゼーション前のコンポジット材料（C）をできるだけ圧縮し、コンポジット材料（C）の中でエアポケットまたは空隙を最小限に抑え、補強材同士の位置づけと型（A）の上にコンポジット（C）を構成する材料全ての位置づけを最適化することができる。当該圧力は、通常（従来）は、機械部品への使用が強く勧告されている8から10バールの圧力まで部品周囲に空気圧を増加させるオートクレーブ釜で得られる。当該高圧囲いは、囲い破損時の爆発リスクを考慮して、大変デリケートで高コストである。本発明の対象となる装置では、水または油といった液体状態の圧縮できない流体を用いて超加圧を得ることができる。本特性により、加圧は容易になり、流体の大量な熱により装置内で効率よく温度調節を可能にする。このように、マトリクスのポリメリゼーション工程中、コンポジット材料のマトリクスのポリメリゼーションをストップさせたりゆるやかにするために、規則的に低温維持や高温維持ができる。流体の選択は、希望する成形と焼結の温度に応じてされる。何種類かの流体が、適用物または同じ製造での段階的工程（例として、成形には0度以上の水、焼結には100度以上の油）に応じて使用される。

膜（G）と（F）の揃いを含むいくつかの型（A）（図3）は、装置をひとつの型（A）のみの作業状態と同様に保ちながら、同シャーシー（B）上に支えられることができる。唯一の制約は、作業圧が適合する型（A）を用いて作業するという点である。

基準の印への設置が可能となるよう、型（A）上に一定の基準またはレファレンスゾーンを施すことができる。型（A）表面の多孔質とこうした印により、型（A）への合致とマトリクスのポリメリゼーションで得られた複合素材（C）は、型（A）の減圧で位置を維持し、型はデジタルマシニングセンターに位置づけられる。正確さと維持状態が最良の場合は、仕上げは速やかに行われることができる。型（A）は、デジタルマシニングセンターでの加工時に、成形された部品を維持するためのサポートと成形型（A）と交互に使用できる。型（A）は、マトリクスのポリメリゼーション中、または保たれた部品上に他の部品を組み合せる間、真空化によって部品を型の上に保つ型としても使用できる。

装置内での作業中に初期の形状に型（A）を保つためには、2つの解決策が用いられる。

第1の解決策は、型（A）がシャーシー（B）によって外側部分で支えられ、囲い（D、E）に圧力がかかる前に、型（A）が希望した完成形状となるように装置内に型（A）を設置することである。その後、加圧時に、上部囲い（E）と下部囲い（D）が同圧になる時、シャーシー（B）に繋がる囲い（D、E）の変形は型（A）の両側で同様になる。このように、型（A）が装置のシャーシー（B）に対して固定している間、装置内の圧力増加が囲い（D、E）に同様の量的変動を引き起こす。

第2の解決策としては、装置のレファレンスゾーンを構成するシャーシー（B）に対する型（A）の位置づけを決めるシステム導入が挙げられる。本システムにより、シャーシー（B）（同シャーシーによって支えられる外側部分のゾーン自体）につながる型（A）の位置を調節する方法で上部囲い（E）と下部囲い（D）内の圧力を別々に変動させることが可能となる。

コンポジットが各種ゾーンの中で合致しなければならない型（A）（図6）の表面を分けることが、ジョイント（J）を用いて可能である。ジョイント（J）は流体の圧力を別々に調節できる各ゾーンを決定することができる。型（A）に向かい合う囲い（E）は、必要であれば型の中で行われるゾーン区分（I）に向かい合わせて囲い自体を仕切ることができる。必要であれば、型（A）の下面に位置する囲い（D）についても同様に、別のゾーン（L）で区切ることもできる。こうして、必要に応じた成形または圧縮の圧力を変化させることができる。本装置では、ひとつの同じ型（A）に対して真空化と圧縮工程を連続的に行うこともできる。型（A）の上面・下面においてゾーンごとのバランスが得られているため、型（A）の変形とシャーシー（B）に繋がる位置を制御することで異なった圧でのプレス作業が得られる。

空洞のある部品（図7）を製造するには、上述したような区分け・重ね合わせる製造方法ではなく、コンポジット（C）が向かい合って合致する面を有する型（A）を設置することで可能となる。コンポジット（C）を含む膜（G）と（F）は、装置内で2つの型（A）の間に配置される。柔軟性・伸縮性のあるポケット（N）が膜（G）と（F）の間に含まれるコンポジットの中に配置される。このポケット（N）は、各ポケット内への流体の挿入が可能であり、同時にまたは個別に圧力の変動ができるように装備される。ポリメリゼーション後、当該ポケット（N）を含むゾーンの加工済み完成品によってできたアクセス可能性に応じて、ポケットは完成品から取り除くことができ、製品の内部に残すこともできる。この種の製造では、当該装置の機能の基本的な原理は、前述の原理と同様である。

完成品の形状を決定する2枚の膜（G）と（F）の間に重合可能な材料で成形すること、または泡を注入することで、マシニングを行うことなく合致型または補強型（カウンター型）（M）が製造できる。当該方法で得られた成形品は、装置から出た部品を成型または合致させる作業中、コンポジット（C）の成形のための補強型（M）として、必要ならば、使用マトリクスのタイプや温度状態により数分から数日かかるマトリクスのポリメリゼーション終了まで、使用することができる。

コンポジットが合致される表面に部分的または全体的に関係する補強型（M）が製造作業時に使用される場合は、補強型（M）は一方はコンポジット（C）を含む膜（F）によって、もう一方は装置の囲い（E）から別れている膜（D）で限定される、装置のゾーン内に含まれる。（F）と（G）2膜と囲い（E）内の間のゾーン内の流体の圧力は、別々に調節できる。まず、補強型（M）の形は、上部囲い（E）内部に含有する流体の型（A）に対する圧力によって押される。そのままの状態が続けば、圧力は囲い（E）の正常な表面と補強型（M）が接触する面で最高まで上昇するが、囲いに垂直の面ではゼロである。中間アングル（intermediate angles）の全表面は、コンポジット（C）の厚さとアングルに応じ、異なった制約を受ける。本装置では、場合に応じて、重合していないマトリクスと補強材の第一形成は、初めの設置を確かなものとする補強型（M）を用いて行うことができる。次に、圧縮可能または不可能な流体が、補強型（M）を有する下方膜（F）と上方膜（P）の間に注入される。この流体の加圧により、マトリクスのポリメリゼーション工程中、型（A）に対してコンポジット（C）を含有した膜（F）と（G）の加圧が均一に起こる。これは、オートクレーブ内で起こる加圧と同様である。当該特徴が、我々の方法と「RTM」法（樹脂注入成形法）との違いである。「RTM」では、型と補強型は固定され、マトリクスの量は型と補強型が閉じた時に決まってしまう。我々の方法では、流体による膜（F）への加圧でコンポジット（C）の圧縮と繊維の設置が可能となり、オートクレーブの場合と正に同様に強化材とマトリクスの量を最適化できる。

補強型（M）が使用された場合、補強型を有する膜の間に含まれる流体によるコンポジット（C）の圧縮は、コンポジットを含有する膜（F）と補強型との間に空間を生成することがある。この空間は、考慮すべきゾーン内での圧縮、または補強型（M）の転写時の形成を可能にする型（A）の形状の最適化の不足によるものである。この場合、完成品を正確な寸法で仕上げるために、必要であれば、コンポジットは、成型、圧縮され、既に重合したコンポジット（C）と補強型（M）の脇に位置するコンポジットを含む膜（F）との間で樹脂の第二注入が行われるまで重合する。従って、第一工程で得られた部品の部分が機械的特性を保ち、完成品は一度の作業で希望した形状に調整される。

マトリクスを液状の補強材に塗布した場合、つまりマトリクス強化率が最適化であるプリプレグ繊維を使用しない場合に、記述された装置において、注入・射出による含浸または補強材にマトリクスを手作業で塗布を得た後、上述にあるように、圧縮を行うことが可能である。補強材とマトリクスの位置と分配の最適化が主な効果である工程の後、外側または装置の囲い（D、E）内部に生じた圧力と比較してかなり減圧となっているゾーン上で、コンポジット（C）を含有する膜（F）と（G）の間にゾーンを開口を設けることにより、マトリクスと補強材の間に希望する理想の比率が得られるまで過剰量となるマトリクスの一部分を装置の外部ゾーンへ流出させることが可能である。本工程の後、開口は装置の外部へ他のマトリクスが流出するリスクを持つことなく、コンポジット（C）の圧縮にあたり、開口したままでも閉口してもよい。

「RTM」法を用いたコンポジット部品の大量生産時に生じる問題は、大きいサイズの製品に金属型を使用することによる型の磨耗、各種製造毎の温度の制御の困難さと、金属または樹脂型を製造するために使用する材料の熱慣性を考慮した時のエネルギーコストの高さにある。磨耗は、表面の薬品侵食や研磨による洗浄、準備工程を含む型のメンテナンスが原因の一部である。また、磨耗はマトリクスが注入されるべき囲いが閉鎖している間、型の上で起こる補強材の摩擦にも原因がある。本磨耗の範囲が広がるのを避けるため、補強材の成型用に特別構想された装置が型の中に補強材を導入する前に使用される。さらに、熱硬化性コンポジットの製造において最高品質を実現するために、得られるコンポジットの質を最適化するためにはポリメリゼーション時の温度サイクルの制御が重要である。金属または樹脂製の型は、サイクル終了時の冷却に大量のエネルギーを要し、その熱慣性により、最適温度をもたらすには時間がかかりすぎる。この欠点により、従来の方法を用いて製造に長時間をかけたコンポジット部品を大量生産する時、必然的に品質の低下が起こる。本願で記述する装置では、コンポジット（C）は型（A）と直接接触せず、成型時に研磨が起きにくい膜を選択することにより、予備成形を避けることで、型の表面への脱型剤の塗布や清掃による攻撃、コンポジット製部品の補強を構成するガラス・アラミド・カーボン繊維と同様の硬度の研磨用の材料を用いた摩擦によって生じる研磨を負荷することなく、型（A）の保存と時間の節約とを可能にする。型へのマトリクスの密着性の問題がないため、型を製造するための材料の組み合わせや選択は、周知の方法を使用するより本発明で記述された方法を使用することで限定されにくい。セラミックは、多孔質またはミクロ多孔質でもある材料のため、セメントまたはレンガ状で使用でき、高圧での圧縮にも耐え、形状部品の製造のため、完全に制御できる器具を使用して加工できる。セラミックの使用は、記述されている装置の型の製造に非常に適している。上述したように、強力な牽引抵抗力（引っ張り強度）を有し伸長しにくい補強材（H）と組み合わせたセラミックは、本発明で記述した装置を用いた大量生産のために決定的な利点をもたらす。第一のメリットとしては、膜（G）と型（A）の間に閉じ込められた流体の排出に適したセラミックのミクロ多孔質を保つことで、最適の表面仕上がりを得る可能性である。第二のメリットとしては、製造サイクル中、膜（G）と接触することによる制約においてのみ考慮されるべきであるが、型（A）の消耗を抑える表面の硬さがある。第三のメリットは、囲い（D、E）内部に含まれる流体の温度のみでマトリクスのポリメリゼーション中、コンポジットの温度を制御することができるセラミックの断熱能力にあり、型（A）の温度変化は工程にほとんど影響を与えない。このように、周知の方法で使用される樹脂または金属製の型を用いるように、型（A）のスペースの温度上昇または低下といった顕著な支障なく、装置内で使用される液体の効果によって基本的に生じさせた温度で各製造工程を行うことが可能である。断熱効果の非常に高いセラミックは、圧力増加時に型（A）の牽引抵抗を確実にする下方補強材（H）を熱伝達から保護する。補強材とマトリクスコンポジットといった材料の組み合わせ、特にエポキシまたはフェノール樹脂とカーボン繊維といった組み合わせは、コンポジットのマトリクスのポリメリゼーションのサイクルを速める最後で、かなりの高温で流体を使用する場合でも、金属補強材に代わることができる。カーボン繊維を結びつけるエポキシまたはフェノール樹脂は、一般に80度から200度の間の温度で樹脂毎にある一定の温度を超えると金属的な質を失い、下面の温度が上記樹脂の耐熱限界を超えることなく、補強材を下面で補強したセラミック型での持続的な作業が可能である。セラミックがもたらす断熱作用により、型（A）を構成する材料の異なった膨張係数から起こる変形を制御することができる。セラミックが確実にする断熱が十分であれば、サイクル中の温度差によりコンポジットと型の仕様が定める限界との関係で生じる変形は無視できるほどであるが、装置の囲い（D、E）内で非常に高温・低温の流体が短時間で連続することから起こるヒートショックを含めて、高温下または低温下で用いられる流体の製造工程中の使用を考慮して、型（A）の構造内に型（A）のゾーンの加熱または冷却に適した周辺装置・装備を備えるデバイスを設置する必要がある。セラミックが確実にする断熱により、型（A）の形状安定コントロール面で見込んだ結果を得るために、型（A）内部での温度を調節する必要性は劇的に減少する。

多孔質またはミクロ多孔質のセラミック材料は、コンポジット成型または圧縮のために産業で使用される圧力での圧縮に対し優れた耐性を有する。しかしながら、本材料は、摩擦、ねじれ、牽引といった制約に対する耐性が弱い。上述したように、セラミック材質は、牽引と外側部分のシャーシー（B）への型（A）の抵抗を確実にする補強材と組み合わせることが可能である。外側部分のシャーシーの硬さは、型（A）の固定を制御する台座（図4）（B）または下部囲い（D）における圧力、ねじれの制御を確実にする。

もうひとつの解決策としては、膜（G）内に装置（図8〜10）の囲いの外側へ流体を排出することができるような、形状が流体（Y図9）で制御されるような硬い仕切りや、その内部で流体の圧を制御できるような囲いの範囲を限定する柔軟性のある膜（Z）（図10）といった周辺装置または方法を備えた装置の中で成型されるコンポジット（C）の少なくとも表面が多孔質の型を導入することである。型の周辺部分の形状により、装置の加圧作業時、型の外表面部全体に等圧がかかる。この等圧は、膜（G）により上面に、膜（Z）（図10）により下面にかかり、台座（B）（図8）の抵抗によって、バランスのとれた上面に、仕切り（Y）（図9）の抵抗により下面にかかる。

Claims

マトリクスを備えたコンポジット（Ｃ）の成型、圧縮に向けられた装置であって、
前記コンポジット（Ｃ）に接着または接着しない状態で、前記コンポジット（Ｃ）を含有することができ、前記マトリクスのポリメリゼーション中、前記コンポジットを型（Ａ）に維持することができる柔軟性・伸縮性のある２枚の膜（Ｇ、Ｆ）と、
前記コンポジット（Ｃ）上に膜（Ｆ）によって印加される圧力に対し、圧縮状態で耐性のある１つ以上の材料で構成される前記型（Ａ）と、
前記２枚の膜（Ｇ、Ｆ）と前記型（Ａ）をその外側部分で支えるシャーシー（Ｂ）と、
上部囲い（Ｅ）および該上部囲い（Ｅ）内で流体の圧力を変動させる手段と、
下部囲い（Ｄ）と、前記型（Ａ）の下面で流体の圧力を変動させ、その結果、前記上部囲い（Ｅ）内で流体の圧力が変動する間に前記型（Ａ）の変形を制御するように、前記囲い（Ｄ）内で流体の圧力を調節する手段を備え、
前記型（Ａ）は、前記シャーシー（Ｂ）に対して外側部分で支えられ、
前記型（A）の表面で前記コンポジット（C）を成型する際、圧力傾斜により前記型（A）と前記膜（G）に含まれる全ての流体を除去するため、少なくともコンポジットが合致するのに適した表面が多孔質であることを特徴とする装置。
少なくとも2枚の前記膜（G、F）のうち1枚が、マトリクスのポリメリゼーション時にマトリクスに接着することで完成品の表面の被覆を形成するように前記コンポジット（C）に接着する材料であることを特徴とする請求項1に記載の装置。
前記装置が温度・加圧作業モード時に、前記装置の内部で流体が加圧される時、
いずれの場合でも、前記コンポジット（C）を成型するのに適した前記型（A）のスペースを構成する材料が、牽引による破砕の限界以内になるように設定された牽引耐性を有する、前記シャーシー（B）によって外側部分で維持される補強材（H）を含む請求項1又は2に記載の装置。
適した周辺装備により、前記コンポジット（C）を含む前記膜（G、F）に含まれるゾーンまたは全体の真空化を制御でき、前記膜内（G、F）の前記コンポジットの前記マトリクスの導入を制御でき、
前記マトリクスが抽出されるゾーンの中を占める圧力と前記装置の内側の囲いに置ける圧力との間に気圧傾度が起こることで、マトリクスの過剰があり得る部分を前記膜（G、F）の間に含まれるスペースの外側への排出を制御できる、前記膜（G、F）の外側部分に整備された手段を含む請求項１から３のいずれか1項に記載の装置。
上部プレス囲い（Ｋ）および下部プレス囲い（Ｌ）の中でポケット部分に向かい合わせ、または向かい合わせでない型の表面上の防水・気密ジョイント（Ｊ）により規定されたゾーンを前記型（Ａ）内に含み、
これによって、このように規定された前記型（Ａ）のゾーンと、前記コンポジット（Ｃ）を含み前記型（Ａ）と接触して位置する前記下膜（Ｇ）との間の異なる囲い内で流体の圧力を別々に管理できるとともに、
前記下部（Ｌ）・前記上部（Ｋ）囲いにおいてポケット内で流体の圧力に影響を与えることで、前記装置のシャーシー（Ｂ）に対して前記コンポジット（Ｃ）が合致する前記型の変形を制御する可能性を保つ、請求項１から４のいずれか１項に記載の装置。
前記型（Ａ）のスペースは、多孔質またはミクロ多孔質セラミックで作製されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
前記コンポジット（Ｃ）が成型される前記型の少なくとも表面は、多孔質またはミクロ多孔質セラミックで作製されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
前記型（A）に一体化し、前記型（A）の牽引耐性を確実にする前記補強材（H）が、カーボン繊維及びマトリクスコンポジットで構成されていることを特徴とする請求項3、6、又は7のいずれか１項に記載の装置。
前記装置内で使用される流体の温度による影響なく、前記型（Ａ）の製造のために異なった膨張係数を有する材料の使用を可能とする前記型（Ａ）の総体において、温度振幅を縮小するために、前記型（Ａ）は、前記コンポジット（Ｃ）の形成表面を断熱するためのセラミックコーティングを含む、請求項３、６、７、又は８のいずれか１項に記載の装置。
前記装置内で使用される流体の温度とは無関係に前記型（Ａ）を構成する材料の膨張を制御するために、前記型（Ａ）を加熱または冷却するための装備を含む、請求項３、６、７、８、９のいずれか１項に記載の装置。
前記コンポジット（Ｃ）がその上で成型される、少なくとも表面が多孔質の前記型（Ａ）は、
前記装置の囲いの外側に、前記膜（Ｇ）と、プレート（Ｂ）または形状が流体によって制御される硬い仕切り（Ｙ）または流体の圧力を制御できる囲いの範囲を限定する柔軟性のある膜（Ｚ）との間に流体を排出するための手段および周辺装置を備えた前記装置内に設置され、
前記型（Ａ）の周辺部分の形状は、前記装置の加圧作業時に、前記型（Ａ）が、前記膜（Ｇ）により上面に印加され前記膜（Ｚ）により下面に印加される等圧、またはプレート（Ｂ）の抵抗もしくは下面に係る仕切り（Ｙ）の抵抗によって、バランスの取れた上面に係る等圧を受ける形状であること特徴とする、請求項１、２、４、５、６、７、９、又は１０のいずれか１項に記載の装置。
マトリクスを含有するコンポジット（Ｃ）を成型・圧縮する方法であって、請求項１〜１１のうちいずれか１項に記載の装置を使用し、
前記コンポジット（Ｃ）の形状を加工し、前記マトリクスのポリメリゼーションの間は前記コンポジットを前記型（Ａ）の中に維持することを含む、方法。
適した周辺装備とアクセスにより流体が流れる装置のゾーンにおいて、流体の温度と圧力を調節することを含む、請求項１２に記載の方法。。
前記コンポジット（Ｃ）と前記型（Ａ）との間の流体の圧力を均一に制御できる前記型（Ａ）の表面の多孔性により、前記型（Ａ）と前記コンポジット（Ｃ）との間のゾーンを陰圧にすることで、前記マトリクスのポリメリゼーション後に前記コンポジット（Ｃ）の位置を維持することを含む、請求項１２および１３のうちいずれか１項に記載の方法。
前記型（Ａ）の特徴と類似の特徴を有する補強型（Ｍ）は、膜（Ｆ）によって前記コンポジット（Ｃ）から隔てられて、前記型（Ａ）と対面するように導入され；
次の工程で、前記補強型（Ｍ）を被覆する前記膜は、前記コンポジット（Ｃ）を含む前記膜によって受ける圧力を均一にするために前記型（Ａ）の方へ流体によって押し出され、
前記マトリクスの全体的または部分的ポリメリゼーションに必要な時間にわたって圧力は維持され、
この後、前記補強型（Ｍ）の形状を該補強型に対向する部品の部分に合致させる目的で、前記補強型（Ｍ）に対向する表面上に前記コンポジット（Ｃ）を含む上膜（Ｆ）と前記コンポジット（Ｃ）との間に、重合可能な樹脂が注入または浸出されるか、前記膜（Ｇ、Ｆ）間に含まれる前記コンポジットの要素を、ある場合は前記型（Ａ）の方へ移動させ、別の場合は前記補強型（Ｍ）の方へ移動させるために、適した手段および周辺装置を用いて袋（Ｎ）を膨らませ；
前記補強型（Ｍ）は、前記コンポジット（Ｃ）が形成される面に向かい合うゾーンの表面が少なくとも多孔質であり、その結果、前記型（Ａ）上で前記コンポジット（Ｃ）を圧縮する流体の圧力が全表面で均等になるよう制御でき、前記膜（Ｆ）を前記補強型（Ｍ）に向かって移動させることもでき、前記袋（Ｎ）が膨張することで前記コンポジットを前記膜（Ｇ、Ｆ）間に移動させることができる間または第一工程で、前記圧縮したコンポジット（Ｃ）の全体的または部分的ポリメリゼーションの後に、樹脂注入工程時に気圧傾度によりプレスゾーンの外側に向かって、前記膜（Ｆ）と前記補強型（Ｍ）との間に含まれた流体を排出できる、請求項１２または１３のいずれか１項に記載の方法。