JP3209022U - Carbon fiber product molding equipment - Google Patents
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Abstract
【課題】構造が簡素で、炭素繊維製品から成形過程で残留気体の多くを除去する炭素繊維製品成形装置を提供する。【解決手段】炭素繊維製品成形装置100であって、上壁に内外壁面を貫通する抽気口51、媒質入口52、媒質出口54及び大気入口53を設けた中空チャンバ11と、中空チャンバ11に設けた圧板2と、圧板2上に設けられ、それぞれ媒質導管6と接続した二つの対外開口を設けた金型3と、金型3のホール内に設けられ、それぞれ金型3の二つの対外開口に対応した二つのバッグ開口を備え、その外表面が炭素繊維複合材で張り付けられたエアバッグと、を備える。高温高圧媒質がエアバッグから進入して排出されると同時に、真空ポンプ7が抽気口51を介して中空チャンバ11を真空に抽気する。【選択図】図1The present invention provides a carbon fiber product molding apparatus that has a simple structure and removes most of residual gas from a carbon fiber product in a molding process. A carbon fiber product forming apparatus 100 is provided with a hollow chamber 11 provided with a bleed port 51, a medium inlet 52, a medium outlet 54, and an air inlet 53 formed in the upper wall through the inner and outer wall surfaces, and provided in the hollow chamber 11. A pressure plate 2, a mold 3 provided on the pressure plate 2, each provided with two external openings connected to the medium conduit 6, and provided in a hole of the mold 3. And an airbag having an outer surface adhered with a carbon fiber composite material. At the same time as the high-temperature and high-pressure medium enters and is discharged from the airbag, the vacuum pump 7 bleeds the hollow chamber 11 to the vacuum via the bleed port 51. [Selection] Figure 1
Description
本考案は炭素繊維製品成形装置に関し、特に、残留気体を有しない炭素繊維製品の成形装置に関する。 The present invention relates to a carbon fiber product molding apparatus, and more particularly to a carbon fiber product molding apparatus having no residual gas.
炭素繊維製品は炭素繊維複合材料により作製される製品であり、炭素繊維複合材料は炭素繊維と樹脂、金属、セラミックなどの材料が複合されてなり、炭素繊維製品は航空宇宙、軍事、電子などの多くの分野において広く応用されている。炭素繊維製品の成形方法には、一般に、プレス法、ハンドレイアップ法、真空バッグ熱圧法、ワインディング成形法、引抜成形法がある。プレス法では、予め樹脂を含浸させた炭素繊維複合材料を金型にセットし、加圧後に余計なゲルを溢れさせ、その後、高温で硬化成形し、金型を外した後、製品が得られる。ハンドレイアップ法では、ゲルを含浸させた後の炭素繊維シートをV字に積層し、積層とともに樹脂を塗布し、再度熱圧して成形する。真空バッグ熱圧法では、金型に炭素繊維複合材料を積層して、耐熱薄膜で覆い、フレキシブルなエアバッグの膨張力を用いて炭素繊維複合材料の積層に圧力を加え、オートクレーブ中で硬化させる。ワインディング成形法では、炭素繊維フィラメントを炭素繊維軸に巻き付ける。引抜成形法では、まず、炭素繊維を完全に浸潤し、引抜により樹脂および空気を除去し、その後、炉内で硬化成形する。 Carbon fiber products are products made of carbon fiber composite materials. Carbon fiber composite materials are a composite of carbon fiber and resin, metal, ceramic, etc. Carbon fiber products are aerospace, military, electronic, etc. Widely applied in many fields. Carbon fiber product molding methods generally include a pressing method, a hand lay-up method, a vacuum bag hot pressing method, a winding molding method, and a pultrusion molding method. In the press method, a carbon fiber composite material pre-impregnated with resin is set in a mold, and after pressurizing, excess gel is overflowed, and then cured at a high temperature and the product is obtained after removing the mold. . In the hand lay-up method, the carbon fiber sheet impregnated with the gel is laminated in a V shape, and a resin is applied together with the lamination, and then molded by hot pressing again. In the vacuum bag hot pressing method, a carbon fiber composite material is laminated on a mold, covered with a heat-resistant thin film, pressure is applied to the lamination of the carbon fiber composite material using the expansion force of a flexible airbag, and it is cured in an autoclave. In the winding molding method, a carbon fiber filament is wound around a carbon fiber shaft. In the pultrusion method, first, carbon fibers are completely infiltrated, resin and air are removed by drawing, and then, the resin is cured and molded in a furnace.
以上の各製法では、いずれも成形過程で炭素繊維複合材料に気体が発生し、これらの残留気体により炭素繊維製品にエアトラップ(air traps)が発生する現象が起きる。製品の外観上、気泡が生じるとともに、構造強度が要求を満たさなくなる。したがって、従来の炭素繊維製品の成形装置を改良して、前記残留気体を除去するとともに、炭素繊維製品の加工品質の向上が求められる。 In each of the above-described production methods, a gas is generated in the carbon fiber composite material during the molding process, and an air trap occurs in the carbon fiber product due to these residual gases. In the appearance of the product, bubbles are generated and the structural strength does not satisfy the requirements. Accordingly, it is required to improve the conventional carbon fiber product molding apparatus to remove the residual gas and to improve the processing quality of the carbon fiber product.
上記の課題を解決するため、本考案の目的は、構造が簡単で非伝統的内部加熱法を用いて、炭素繊維製品の成型過程において炭素繊維製品における残留気体を99%以上有効に除去できる炭素繊維製品成型装置を提供する。 In order to solve the above-mentioned problems, the object of the present invention is to use carbon that is simple in structure and capable of effectively removing 99% or more of residual gas in the carbon fiber product in the molding process of the carbon fiber product using a non-traditional internal heating method. A textile product forming apparatus is provided.
一の実施例においては、炭素繊維製品成型装置は、筐体と、少なくとも二つの圧板、少なくとも一つの金型、エアバッグ及び二つの媒質導管を備える。筐体は、一の中空チャンバと、中空チャンバを密閉する壁面を設け、壁面上に抽気口、媒質入口、大気入口及び媒質出口が設けられて、抽気口が真空ポンプと連結しており、大気入口が開いたときに筐体外の空気を導入する。媒質入口及び媒質出口はそれぞれ媒質源の出口及び入口に接続している。圧板は中空チャンバ内に配置されている。金型は、一の圧板の上であってかつ二つの圧板の間に配置され、雄型と雌型を有する。雄型及び雌型との間にはホールが形成され、ホールは第1対外開口及び第2対外開口を形成する。エアバッグはホール内に配置され、第1バッグ開口は第1対外開口の附近に配置され、第2バッグ開口は第2対外開口附近に配置される。第1媒質導管及び第2媒質導管は中空チャンバー内に配置され、第1媒質導管は一端が第1対外開口に接続し、他端が媒質入口に接続し、第2媒質導管は一端が第2対外開口に、他端が媒質出口に接続する。 In one embodiment, a carbon fiber product molding apparatus includes a housing, at least two pressure plates, at least one mold, an airbag, and two medium conduits. The casing is provided with one hollow chamber and a wall surface that seals the hollow chamber. On the wall surface, an extraction port, a medium inlet, an air inlet, and a medium outlet are provided, and the extraction port is connected to a vacuum pump. Air outside the enclosure is introduced when the inlet is opened. The medium inlet and the medium outlet are connected to the outlet and the inlet of the medium source, respectively. The pressure plate is disposed in the hollow chamber. The mold is disposed on one pressure plate and between two pressure plates, and has a male mold and a female mold. A hole is formed between the male mold and the female mold, and the hole forms a first outer opening and a second outer opening. The airbag is disposed in the hole, the first bag opening is disposed in the vicinity of the first outer opening, and the second bag opening is disposed in the vicinity of the second outer opening. The first medium conduit and the second medium conduit are disposed in a hollow chamber, the first medium conduit has one end connected to the first external opening, the other end connected to the medium inlet, and the second medium conduit has one end connected to the second outlet. The other end is connected to the outside opening and the medium outlet.
このうち、エアバッグの外表面は複数の炭素繊維複合材層が貼付けられ、媒質源の高圧媒質は順に媒質入口、第1媒質導管、第1対外開口及び第1バッグ開口を介してエアバッグに導入され、且つ順に第2バッグ開口、第2対外開口、第2媒質導管及び媒質出口を介して媒質源に戻ることで、エアバッグに異なる温度範囲をもたせ、且つエアバッグ内の高温高圧の媒質のエアバッグへの導入及びエアバッグからの排出は異なる温度範囲内で異なる継続時間を有する。中空チャンバー内の気体は抽気口及び真空ポンプにより抽出され、且つエアバッグの異なる温度範囲内に異なる真空度の圧力を持たせる。 Among these, a plurality of carbon fiber composite material layers are attached to the outer surface of the airbag, and the high-pressure medium of the medium source is sequentially applied to the airbag through the medium inlet, the first medium conduit, the first outer opening, and the first bag opening. Introduced and sequentially returned to the medium source via the second bag opening, the second outer opening, the second medium conduit, and the medium outlet, so that the airbag has a different temperature range, and the high-temperature and high-pressure medium in the airbag. The introduction and discharge from the airbag have different durations within different temperature ranges. The gas in the hollow chamber is extracted by a bleed port and a vacuum pump and has different vacuum degrees within different temperature ranges of the airbag.
別の実施例において、炭素繊維製品成形装置のエアバッグ数は二個以上である。 In another embodiment, the number of airbags in the carbon fiber product molding apparatus is two or more.
一実施例において、炭素繊維製品成形装置は、さらに筐体の壁面上に安全弁を有し、中空チャンバー内の圧力が過大になるのを防ぐ。 In one embodiment, the carbon fiber product molding apparatus further includes a safety valve on the wall surface of the housing to prevent the pressure in the hollow chamber from becoming excessive.
一実施例において、高圧媒質の圧力は2〜15kgf/cm2である。 In one embodiment, the pressure of the high pressure medium is 2 to 15 kgf / cm 2 .
一実施例において、媒質源は熱媒源であり、且つ高温の高圧媒質の温度は摂氏65度〜180度である。 In one embodiment, the medium source is a heat medium source and the temperature of the hot high pressure medium is between 65 degrees Celsius and 180 degrees Celsius.
一実施例において、中空チャンバの内部圧力が少なくとも1標準気圧以下である。 In one embodiment, the internal pressure of the hollow chamber is at least 1 standard atmosphere or less.
一実施例において、媒質源は冷媒源であり、且つ高圧媒質の温度は摂氏5度〜10度である。 In one embodiment, the medium source is a refrigerant source and the temperature of the high pressure medium is between 5 degrees Celsius and 10 degrees Celsius.
一実施例において、炭素繊維製品成形装置は、さらに制御ユニットを備え、前記制御ユニットは真空ポンプと媒質源に接続して高温の高圧媒質をエアバッグに導入及び排出する温度と圧力、高温の高圧媒質をエアバッグに導入及び排出する持続時間、及び中空チャンバー内の圧力及び温度を制御する。 In one embodiment, the carbon fiber product molding apparatus further includes a control unit, which is connected to a vacuum pump and a medium source to introduce and discharge a high-temperature high-pressure medium to and from the airbag, and a high-temperature high-pressure. Control the duration of introduction and evacuation of the medium into the airbag and the pressure and temperature in the hollow chamber.
一実施例において、制御ユニットはプログラマブルロジックコントローラシステム(PLC)である。 In one embodiment, the control unit is a programmable logic controller system (PLC).
一実施例において、金型の材質は金属、石膏、セメント、木材、ガラス繊維、セラミックサンド及び中密度フィラメント板のうちの一つである。 In one embodiment, the mold material is one of metal, gypsum, cement, wood, glass fiber, ceramic sand, and medium density filament plate.
本考案による炭素繊維製品成形装置は、中空チャンバー内の真空度の変動とエアバッグ内の高温の高圧媒質の温度及び圧力の周期的変動の相互作用を利用して、エアバッグの異なる温度範囲の温度が炭素繊維複合材のガラス転移度Tgに到達する前に、炭素繊維複合材層から残留気体を完全に排出させる。このほか、加熱は内部から外部に行うので、炭素繊維複合材積層の内部の積層は外部の積層に先んじて硬化し、加熱ガスを外部積層から、逃がす。これにより、製造される炭素繊維製品の強度が優れ、気泡がなく、品質が安定して適応範囲が広くなる。従来の技術と比較すると、本考案による炭素繊維製品成形装置は、従来技術において炭素繊維プリプレグが金型内を樹脂が重合反応するまで加熱したときに、炭素繊維複合材中に発生する残留気体を除去し、(1)エアトラップ現象が起きにくく、(2)加熱が均一で、(3)サイズ安定性(4)省熱エネルギー(5)加熱時間が短い(6)形状が複雑な製品を形成できるという特徴を有し、残留気体の除去率が99%に達するので、炭素繊維製品の残留気体により生じるエアトラップ現象を防いで製品の外観を高めるとともに、構造強度を少なくとも5%高めることができる。このほか、金型に加熱が必要ないので、非導熱物質の材質、例えば石膏、セメント、木材、ガラス繊維、セラミックサンドまたは中密度フィラメント板などで素早い金型成形、及び素早いプルーフィングの目的を達成する。 The carbon fiber product molding apparatus according to the present invention uses the interaction between the fluctuation of the degree of vacuum in the hollow chamber and the temperature of the high-pressure medium at a high temperature in the air bag and the cyclic fluctuation of the pressure in the air bag in different temperature ranges. Before the temperature reaches the glass transition degree Tg of the carbon fiber composite material, the residual gas is completely discharged from the carbon fiber composite material layer. In addition, since heating is performed from the inside to the outside, the internal lamination of the carbon fiber composite laminate is cured prior to the external lamination, and the heated gas is released from the external lamination. Thereby, the strength of the produced carbon fiber product is excellent, there are no bubbles, the quality is stable, and the applicable range is widened. Compared with the conventional technology, the carbon fiber product molding apparatus according to the present invention has a residual gas generated in the carbon fiber composite material when the carbon fiber prepreg is heated in the prior art until the resin undergoes a polymerization reaction. (1) Air trap phenomenon is difficult to occur, (2) Heating is uniform, (3) Size stability (4) Heat-saving energy (5) Heating time is short (6) Forming complicated products Since the residual gas removal rate reaches 99%, the air trap phenomenon caused by the residual gas of the carbon fiber product can be prevented to enhance the appearance of the product, and the structural strength can be increased by at least 5%. . In addition, since the mold does not need to be heated, the purpose of quick mold forming and quick proofing is achieved with non-heat conducting material such as gypsum, cement, wood, glass fiber, ceramic sand or medium density filament plate. To do.
本考案は炭素繊維製品成形装置に係るものであり、所謂炭素繊維製品の関連製造原理は、当業者にとって自明であるので、以下の文中の説明において、完全な説明は行わない。また、以下の文中で参照する図面は、本考案の特徴に関する意味を示すためのものであり、実際の寸法に基づいて完全に製図する必要はないことを予め明示する。 Since the present invention relates to a carbon fiber product molding apparatus, and the related manufacturing principle of so-called carbon fiber products is obvious to those skilled in the art, a complete description will not be given in the following description. Further, the drawings referred to in the following text are intended to show the meanings relating to the features of the present invention, and it is clearly shown in advance that it is not necessary to draw completely based on actual dimensions.
図1〜図5を参照すると、実施例において、炭素繊維製品成形装置100は、筐体1と、少なくとも二つの圧板2、少なくとも一つの金型3、少なくとも一つのエアバッグ4(図4)及び第1媒質導管61(図2)及び第2媒質導管62(図2)を含む複数の媒質導管6を備える。筐体1は、一の中空チャンバ11と、中空チャンバ11を密閉する壁面12を設け、ここでいう壁面12とは中空チャンバ11全体を被覆するすべての壁面の総称であり、壁面12上に抽気口51、媒質入口52、開閉可能な大気入口53及び媒質出口54が設けられて、抽気口51が真空ポンプ7と連結しており、大気入口53が開いたときに筐体1の外の空気を導入する。媒質入口52及び媒質出口54はそれぞれ熱媒源8の出口81及び入口82(図2)、または冷媒源9の出口91及び入口92(図3)に接続している。上下に可動な圧板2を中空チャンバ11内に設け、各圧板2との間は一定の間隔を有する。金型3は圧板2上で且つ二つの圧板2との間に設けられ、雄型31及び雌型32を有し、雄型31及び雌型32の間にホール33を形成する。ホール33はそれぞれ両側辺に位置する第1対外開口34及び第2対外開口35を形成する。エアバッグ4はホール33内に設けられ、第1バッグ開口41は第1対外開口34附近に設置され、第2バッグ開口42は第2対外開口35の附近に設置されて、熱媒源8からの高温高圧媒質13a(図2)または冷媒源9からの低温高圧媒質13b(図3)が、順に第1対外開口34及び第1バッグ開口41を経由してエアバッグ4に進入し、また順に第2バッグ開口42及び第2対外開口35を経由してエアバッグ4から排出される。第1媒質導管61及び第2媒質導管62は、中空チャンバ11内に設置され、第1媒質導管61は一端を第1対外開口34に接続して、他端を媒質入口52と接続し、第2媒質導管62は一端を第2対外開口35に接続して、他端を媒質出口54に接続している。ここでの熱媒源8とは、例えば一つの容器であり、高温エネルギーを持つ高圧媒質、高圧蒸気や高圧熱媒油などを保存し、また冷媒源9とは一つの容器であり、低温エネルギーを持つ高圧媒質、例えば高圧冷気である。圧板2の個数は特に限定されず、金型3を支持、挟持及び密着できればよい。
1 to 5, in the embodiment, the carbon fiber
図4および図5を参照すると、エアバッグ4の外表面は複数の炭素繊維複合材層30で貼付けられるかまたは被覆されており、エアバッグ4の内部はポリスチレン(発砲スチロール、EPS)の芯材5を有し、エアバッグ4を形成する際の固定支持フレームとなり、高温では溶解される。熱媒源8の出口81からの高温高圧媒質13aは、順に媒質入口52、第1媒質導管61、第1対外開口34及び第1バッグ開口41を経由してエアバッグ4に導入され、また順に第2バッグ開口42、第2対外開口35、第2媒質導管62及び媒質出口54を経由して、熱媒源8の入口82を経て熱媒源8に戻ることで、エアバッグ4内の温度を上昇させ、且つ例えば摂氏65〜70度、及び摂氏100度〜150度の異なる温度範囲を有する。エアバッグ4内の高温高圧媒質13aの導入及び排出はエアバッグ4の異なる温度範囲内で異なる持続時間を有し、例えば摂氏65℃〜70℃の際は10〜20分持続し、摂氏100℃〜摂氏150℃の際は、2分持続させる。中空チャンバ11内の気体は抽気口51及び真空ポンプ7により抽出され、且つエアバッグ4の異なる温度範囲内に異なる真空度の圧力を有し、例えば摂氏65℃〜70℃の際は圧力は1標準大気圧以下、好ましくは0.6標準大気圧以下、摂氏100℃〜摂氏150℃の際は圧力は0.1標準大気圧以下である。ここでいう高温高圧媒質13aとは、高圧高温ガス、高圧蒸気または高圧熱媒油である。
4 and 5, the outer surface of the
一方で、エアバッグ4は膨張すると、作製される炭素繊維製品の外形と同じ形状を有し、各炭素繊維複合材層30は予め含浸したエポキシ樹脂を用いてエアバッグ4の表面に貼り付けられ、すべての炭素繊維複合材層30の貼り付けが完了すると、エアバッグ4はホール33中に設けられ、熱媒源8から圧力が2〜15kgf/cm2であるが異なる高温、例えば摂氏65℃〜180℃の高温高圧媒質13aを注入しエアバッグを膨張させ、すべての炭素繊維複合材層30をホール33の壁面に密着させる。炭素繊維プリプレグをエアバッグ4の温度が樹脂が重合反応を起こすまで加熱すると、炭素繊維複合材層30内の炭素繊維がエポキシ樹脂と融合し、エアバッグ4の温度が冷却すると硬化成形される。ここでのエアバッグ4の材質は、例えばシリカゲル、ナイロンまたはポリ塩化ビニル(PVC)であり、最高摂氏180度以上の温度まで耐えうる。
On the other hand, when the
このほか、媒質導管6の個数はホール33の対外開口の数に相当し、ホール33の対外開口の個数はエアバッグ4の開口数に相当する。ホール33内にはエアバッグ4は一つのみに限らず、各エアバッグ4は注入と排出ができる二つの開口を有し、各エアバッグに注入する高温高圧媒質13aまたは低温高圧媒質13bの温度は異なっていてもよい。
In addition, the number of
さらに続けて図1をみると、一実施例において、炭素繊維製品成形装置100はさらに中空チャンバ11内に設けられ、且つ圧板2と接続して圧板2の昇降を駆動する駆動ユニット10を備え、二つの圧板2の間に位置する金型3を挟持して雄型31および雌型32を密着させる。駆動ユニット10は任意の動力を提供する装置または設備であって、例えば油圧シリンジなどである。また、筐体1は炭素繊維製品成形装置100全体の主要本体であって、上下、左右及び前後のすべての壁面12を構成して、中空チャンバ11を完全に密閉する効果を有していなければならない。一実施例において、壁面12は5つの固定壁及び1つの可動扉121から構成され、中空チャンバ11を開いて、金型3を中空チャンバ11内部に配置する。ただし、中空チャンバ11を密閉する効果があれば、壁面12のその他の配置方式も、本考案の炭素繊維製品成形装置の応用範囲である。
Still referring to FIG. 1, in one embodiment, the carbon fiber
さらに図1をみると、一実施例において、抽気口51及び媒質入口52は筐体1の上壁の右側に位置し、大気入口53及び媒質出口54は筐体1の上壁の左側に位置する。その他の実施例において、筐体1と連通する別の筐体を配置することを選択してもよく、抽気口51、媒質入口52、大気入口53及び媒質出口54すべてを別の筐体上に備えてもよい。または、筐体1と連通する別の二つの筐体を配置して、抽気口51、媒質入口52、大気入口53及び媒質出口54をそれぞれ別の二つの筐体上に配置してもよい。このほか、第1媒質導管61と第2媒質導管62は、冷熱程度が異なる熱媒質または冷媒質を伝導する導管で、例えば金属導管である。他方で、炭素繊維製品成形装置100内部のエアバッグ4に高温高圧ガスが注入されるため、安全上の配慮から、機械式の安全弁15を筐体1の上壁に増設して、エアバッグ4の圧力が外漏れして中空チャンバ11内の圧力が過大になったときに、安全弁が自動的に開くことにより圧力を放出するよう設定してもよい。例えば、中空チャンバ11内の圧力が20kgf/cm2以上であると安全弁15が自動的に開くよう設定してもよい。
Further, referring to FIG. 1, in one embodiment, the
一実施例においては、金型3はエアバッグ式金型、プレス金型、樹脂注入金型(Resin Transfer Molding:RTM)金型および真空導入(Vacuum infusion processing:VIP)金型のいずれかである。金型3の材質は、金属などの導熱物質、または石膏、セメント、木材、ガラス繊維、セラミックサンドや中密度繊維板(Medium-density fibreboard:MDF)など加工しやすく硬化しやすい非導熱物質であってもよい。加工しやすく硬化しやすい非導熱物質を金型3とする方法は、炭素繊維製品サンプルを制作する場合に応用され、迅速に金型3を制作でき、迅速に炭素繊維製品のサンプルを得ることができるので、時間及び材料コストの節約になる。注意すべきは、金型3は加熱しなくてもよいことである。
In one embodiment, the
さらに図1、図2、図3をみると、一実施例において、炭素繊維製品成形装置100はさらに、真空ポンプ7、熱媒源8及び冷媒源9に接続する制御ユニット500を備え、エアバッグ4に進入する高温高圧媒質13aまたは低温高圧媒質13bの温度と圧力、高温高圧媒質13aのエアバッグ4への導入及びエアバッグ4からの排出の持続時間、及び中空チャンバ11の圧力(または真空度)及び温度を制御する。制御ユニット500は、例えばプログラマブルロジックコントローラシステム(programmable logic controller:PLC)である。
1, 2, and 3, in one embodiment, the carbon fiber
一実施例において、本考案の炭素繊維製品成形装置100を用いて炭素繊維製品を成形する方法は、次の工程を含む。すなわち、(1)可動扉121を開き、金型3を圧板2上に置く。(2)第1媒質導管61の一端が第1対外開口34および/または第1バッグ開口41に接続し、第1媒質導管61の他端を媒質入口52と接続し、第2媒質導管62の一端を第2対外開口35及び/または第2バッグ開口42と接続し、第2媒質導管62の他端を媒質出口54に接続する。(3)金型3の上下方の圧板2を金型3に向けて移動するよう駆動して金型3を締め付ける。(4)可動扉121を閉じる。(5)熱媒源8の高温高圧媒質13aを媒質入口52を経由してエアバッグ4に進入させる。高温高圧媒質13aの温度は摂氏65℃〜180℃としてもよい。(6)真空ポンプ7を開けて中空チャンバ11を真空にする。(7)制御ユニット500を起動して、エアバッグ4に進入する高温高圧媒質13aの温度と圧力、エアバッグ4に進入する高温高圧媒質13aのエアバッグ4への導入及びエアバッグ4からの排出の持続時間、及び中空チャンバ11の圧力(または真空度)及び温度を制御して、エアバッグ4内に異なる温度範囲(または異なる時間範囲)を持たせ、且つ異なる温度範囲(または時間範囲)内で異なる圧力及び温度をもたせ、制御ユニット500は同時に状況により大気入口53を閉じる。一実施例では、まず、温度が摂氏65〜70℃で且つ圧力が2〜15kgf/cm2、好ましくは13〜15kgf/cm2の高温高圧媒質13aをエアバッグ4に導入して、高温高圧媒質13aがエアバッグ4の導入され且つエアバッグ4から排出される過程を少なくとも10〜20分持続するよう制御すると同時に、中空チャンバ11の内部圧力が少なくとも1標準気圧以下、好ましくは0.6標準気圧以下まで低下するよう制御して、大気入口53を閉じる。次いで、温度が摂氏100〜150℃で且つ圧力が2〜15kgf/cm2の高温高圧媒質13aをエアバッグ4に導入して、高温高圧媒質13aがエアバッグ4の導入され且つエアバッグ4から排出される過程を少なくとも2分持続するよう制御すると同時に、中空チャンバ11の内部圧力が少なくとも0.1標準気圧以下まで低下するよう制御する。その後、エアバッグ4内の高温高圧媒質13aの圧力を5〜20kgf/cm2、好ましくは13〜15kgf/cm2で維持し、この過程をエアバッグ4の外表面に張り付けられた、または被覆する複数の炭素繊維複合材層が次第に硬化して、且つエアバッグ4内の芯材5が高温により溶解するまで40〜60分間持続する。(8)媒質入口52は熱媒源8からもとの高温高圧媒質13aを注入するのではなく、その代わりに冷媒源9から摂氏5〜10℃の低温高圧媒質13bを一定時間注入して、エアバッグ4外表面に張り付けまたは被覆する複数の炭素繊維複合材層30を冷却する。低温高圧媒質13bの圧力をやはり5〜20kgf/cm2の間で15〜25分間持続させてエアバッグ4を膨張状態で保持する。(9)低温高圧媒質13bの注入を停止して、大気入口53を開けて空気を大気入口53から中空チャンバ11に進入させる。(10)可動扉121を開けて、第1媒質導管61及び第2媒質導管62を外し、金型3を取り出す。(11)金型3を開けて炭素繊維製品を取り出す。
In one embodiment, a method for molding a carbon fiber product using the carbon fiber
図6を見ると、別の実施例においては、雌型32aに位置するホール33a内に第1エアバッグ4a、第2エアバッグ4b及び第3エアバッグ4cを埋め込んで、各バッグがいずれも上記のように導入・排出できる二つの開口(未図示)を有し、各開口がいずれもホール33aに対応した対外開口(未図示)を設けて、第1エアバッグ4a、第2エアバッグ4b、第3エアバッグ4cに進入する高温高圧媒質13aの温度が互いに異なることで、炭素繊維製品の異なる部位に対して最適な成形温度条件を与える。
Referring to FIG. 6, in another embodiment, the
本考案が提要する炭素繊維製品成形装置は、内部加熱法、すなわち、金型を加熱するのではなく直接エアバッグを加熱して、さらに中空チャンバ内の真空度の変動とエアバッグ内の高温高圧媒質の温度及び圧力変動の相互作用により、エアバッグの異なる温度範囲の温度が炭素繊維複合材のガラス転移温度Tgに到達する前に、炭素繊維複合材層から残留ガスを完全に排出させる。このほか、加熱は内部から外部に行うので、炭素繊維複合材積層の内部の積層は外部の積層に先んじて硬化し、加熱ガスを外部積層から、逃がす。このようにして製造される炭素繊維製品は強度に優れ、気泡がなく、品質が安定し、応用範囲が広い。既有技術が採用する外部加熱方式(即ち、金型の加熱)と比較すると、本考案にかかる炭素繊維製品成形装置によれば、従来技術における、炭素繊維プリプレグを金型内で樹脂が重合反応をするまで加熱すると炭素繊維複合材中に発生していた残留気体を除去するので、(1)エアトラップが発生しにくい、(2)加熱が均一、(3)サイズが安定、(4)省熱エネルギー(5)加熱時間の短縮(6)複雑な形状の製品を制作できるなどのメリットを有し、作成される炭素繊維製品は無気泡率が、最高99%以上に達し、ないし完全無気泡になる。このほか、金型は加熱が不要であるため、例えば石膏、セメント、木材、ガラス繊維、セラミックサンドまたは中密度フィラメント板など非導熱物質の材質を用いることができ、迅速な金型鋳造及び迅速なプルーフィングを達成できる。 The carbon fiber product forming apparatus required by the present invention is an internal heating method, that is, the air bag is directly heated instead of the mold, and the vacuum degree in the hollow chamber is changed and the high temperature and pressure in the air bag are increased. Due to the interaction of the medium temperature and pressure fluctuation, the residual gas is completely discharged from the carbon fiber composite layer before the temperature of the different temperature range of the airbag reaches the glass transition temperature Tg of the carbon fiber composite. In addition, since heating is performed from the inside to the outside, the internal lamination of the carbon fiber composite laminate is cured prior to the external lamination, and the heated gas is released from the external lamination. The carbon fiber product thus produced has excellent strength, no bubbles, stable quality, and a wide range of applications. Compared with the external heating method (ie, mold heating) adopted by existing technology, according to the carbon fiber product molding apparatus according to the present invention, the carbon fiber prepreg in the conventional technique is polymerized in the mold. Since the residual gas generated in the carbon fiber composite material is removed when heated until it is heated, (1) Air traps are less likely to occur, (2) Heating is uniform, (3) Size is stable, (4) Saving Heat energy (5) Shortening the heating time (6) The product has the advantage that it can produce products with complex shapes, and the carbon fiber product produced has a bubble-free rate of up to 99% or more, or completely bubble-free become. In addition, since the mold does not need to be heated, it is possible to use a non-heat-conducting material such as gypsum, cement, wood, glass fiber, ceramic sand, or medium density filament plate. Proofing can be achieved.
上記は本考案の好ましい実施の形態に過ぎず、本考案で請求する権利範囲を限定するものではない。また、上記の記載は、当業者にとって明確かつ実施可能である。したがって、他に本考案の趣旨を逸脱しない範囲で達成される同等の変形または追加は、いずれも本考案で請求する権利範囲に含まれる。 The above are only preferred embodiments of the present invention, and do not limit the scope of rights claimed in the present invention. The above description is clear and feasible for those skilled in the art. Accordingly, any equivalent modification or addition achieved without departing from the spirit of the present invention is included in the scope of the claims claimed in the present invention.
100 炭素繊維製品成形装置
1 筐体
11 中空チャンバ
12 壁面
121 可動扉
2 圧板
3 金型
30 炭素繊維複合材層
31 雄型
32 雌型
32a 雌型
33 ホール
33a ホール
34 第1対外開口
35 第2対外開口
4 エアバッグ
4a 第1エアバッグ
4b 第2エアバッグ
4c 第3エアバッグ
41 第1バッグ開口
42 第2バッグ開口
5 芯材
51 抽気口
52 媒質入口
53 大気入口
54 媒質出口
6 媒質導管
61 第1媒質導管
62 第2媒質導管
7 真空ポンプ
8 熱媒源
81 出口
82 入口
9 冷媒源
91 出口
92 入口
10 駆動ユニット
13a 高温高圧媒質
13b 低温高圧媒質
15 安全弁
500 制御ユニット
DESCRIPTION OF
Claims (10)
一の中空チャンバと、前記中空チャンバを密閉する壁面とを有し、前記壁面上に抽気口、媒質入口、開閉可能な大気入口及び媒質出口を有する筐体であって、前記抽気口が真空ポンプと連結しており、前記大気入口が開いたときに前記筐体外の空気を導入し、前記媒質入口及び前記媒質出口はそれぞれ媒質源の出口及び入口に接続している筐体と、
前記中空チャンバ内に設けられた少なくとも二つの圧板と、
前記圧板のうち一の上で且つ前記二つの圧板との間に設けられ、雄型及び雌型を有し、前記雄型及び前記雌型の間にホールを形成し、前記ホールは第1対外開口及び第2対外開口を形成する少なくとも一つの金型と、
前記ホール内に設けられ、その第1バッグ開口は前記第1対外開口の附近に設置され、第2バッグ開口は前記第2対外開口の附近に設置された少なくとも一のエアバッグと、
前記中空チャンバー内に配置され、一端が第1対外開口に接続し、他端が媒質入口に接続する第1媒質導管と、
一端が第2対外開口に接続され、他端が媒質出口に接続する第2媒質導管と、を備え、
前記エアバッグの外表面は複数の炭素繊維複合材層で貼付けまたは被覆されており、前記媒質源の高圧媒質は順に前記媒質入口、前記第1媒質導管、前記第1対外開口及び前記第1バッグ開口を介して前記エアバッグに導入され、さらに順に前記第2バッグ開口、前記第2対外開口、前記第2媒質導管及び前記媒質出口を介して前記媒質源に戻ることで、前記エアバッグに異なる温度範囲をもたせ、且つ前記エアバッグ内の高温の前記高圧媒質の前記エアバッグへの導入及び前記エアバッグからの排出が異なる温度範囲内で異なる持続時間を有し、前記中空チャンバー内の気体が前記抽気口及び前記真空ポンプにより抽出され、且つ前記エアバッグの異なる温度範囲内が異なる真空度の圧力を持つ、ことを特徴とする炭素繊維製品成形装置。 A carbon fiber product molding apparatus,
A housing having a hollow chamber and a wall for sealing the hollow chamber, the housing having a bleed port, a medium inlet, an openable / closable atmosphere inlet and a medium outlet on the wall, wherein the bleed port is a vacuum pump A housing that introduces air outside the housing when the atmospheric inlet is open, and the medium inlet and the medium outlet are respectively connected to the outlet and the inlet of the medium source;
At least two pressure plates provided in the hollow chamber;
The pressure plate is provided on one of the pressure plates and between the two pressure plates, and has a male mold and a female mold. A hole is formed between the male mold and the female mold. At least one mold forming an opening and a second outer opening;
At least one airbag provided in the hole, the first bag opening being installed in the vicinity of the first outer opening, and the second bag opening being installed in the vicinity of the second outer opening;
A first medium conduit disposed within the hollow chamber, having one end connected to a first external opening and the other end connected to a medium inlet;
A second medium conduit having one end connected to the second outer opening and the other end connected to the medium outlet;
The outer surface of the airbag is affixed or covered with a plurality of carbon fiber composite layers, and the medium source is a high-pressure medium in order of the medium inlet, the first medium conduit, the first outer opening, and the first bag. The air bag is introduced into the airbag through an opening, and further returns to the medium source through the second bag opening, the second outer opening, the second medium conduit, and the medium outlet in order, and thus differs from the airbag. A temperature range, and introduction and discharge of the hot medium of high pressure in the airbag into the airbag have different durations in different temperature ranges, and the gas in the hollow chamber A carbon fiber product molding apparatus characterized by being extracted by the extraction port and the vacuum pump, and having different pressure levels in different temperature ranges of the airbag.
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