JP3904833B2 - 均等圧力を使った強化材料の真空補助樹脂含浸方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、樹脂含浸繊維複合材料に関し、さらに特定すると、流体を利用して樹脂含浸繊維複合材料に圧力を加えつつ、この複合材料を製造する製造方法に関する。
【０００２】
（発明の背景）
繊維強化複合材料の部品は、真空樹脂注入、樹脂トランスファ成形（ＲＴＭ）、プリプレグ／オートクレーブ手順および圧縮成形操作を含めた種々の従来の技術を使用して、製作されている。真空樹脂注入は、片側器具（ｏｎｅ ｓｉｄｅｄ ｔｏｏｏｌ）を使用して、真空下にて、プレフォームに液体樹脂を注入することからなる。樹脂トランスファ成形は、圧力を除くことができる整合両側器具を使用して、真空を使ってまたは真空なしで、圧力下にて、そのプレフォームに液体樹脂を注入することにより、真空樹脂注入とは異なる。繊維強化プラスチック構造体は、数年間にわたって、商業的に製造されている。製造技術の例は、「Ｐｌａｓｔｉｃ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ Ａｐｐａｒａｔｕｓ Ｆｏｒ Ｔｈｅ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」の表題の米国特許第５，０５２，９０６号、「Ｕｎｉｔａｒｙ Ｖａｃｕｕｍ Ｂａｇ Ｆｏｒ Ｆｏｒｍｉｎｇ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ａｒｔｉｃｌｅｓ Ａｎｄ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｆｏｒ Ｍａｋｉｎｇ Ｓａｍｅ」の表題の米国特許第５，６０１，８５２号、「Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｆｏｒ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｒｅｓｉｎ−Ｉｍｐｒｅｇｎａｔｅｄ，Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ａｒｔｉｃｌｅｓ Ｗｉｔｈｏｕｔ Ｔｈｅ Ｐｒｅｓｅｎｃｅ Ｏｆ Ｒｅｓｉｎ Ｆｕｍｅｓ」の表題の米国特許第４，１３２，７５５号、「Ｅｍｂｏｓｓｅｄ Ｖａｃｕｕｍ Ｂａｇ，Ｍｅｔｈｏｄｓ Ｆｏｒ Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ Ａｎｄ Ｕｓｉｎｇ Ｓａｉｄ Ｂａｇ」の表題の米国特許第５，１２９，８１３号、「Ｐｌａｓｔｉｃ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ Ｆｏｒ Ｔｈｅ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ Ｏｆ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」の表題の米国特許第４，９０２，２１５号、「Ｖａｃｕｕｍ Ｒｅｓｉｎ Ｉｍｐｒｅｇｎａｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ」の表題の米国特許第４，９４２，０１３号、「Ｕｎｉｔａｒｙ Ｖａｃｕｕｍ Ｂａｇ Ｆｏｒ Ｆｏｒｍｉｎｇ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ａｒｔｉｃｌｅｓ Ａｎｄ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｆｏｒ Ｍａｋｉｎｇ Ｓａｍｅ」の表題の米国特許第５，４３９，６３５号、「Ｒｅｓｉｎ Ｉｍｐｒｅｇｎａｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｆｏｒ Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ Ａ Ｒｅｓｉｎ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ」の表題の米国特許第５，２８１，３８８号、「Ｕｎｉｔａｒｙ Ｖａｃｕｕｍ Ｂａｇ Ｆｏｒ Ｆｏｒｍｉｎｇ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ａｒｔｉｃｌｅｓ」の表題の米国特許第５，３１６，４６２号、および「Ｐｒｏｃｅｓｓ Ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ Ｆｏｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ Ｌａｒｇｅ ｐｌａｓｔｉｃ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」の表題の米国特許第２，９１３，０３６号で見られ、これらの全ての内容は、本明細書中で参考として援用されている。
【０００３】
これらの構造体を製造するプロセスには、樹脂または他の流動性プラスチック材料を強化線維に組み込むことが必要である。強化繊維は、一般に、織物またはフェルト状繊維強化材（これは、典型的には、カーボン、グラファイトまたは繊維ガラスから構成される）の１層またはそれ以上の層の形態をとる。この真空樹脂注入または含浸プロセスは、通常、ウェットまたはドライ繊維レイアップ（ｌａｙ−ｕｐ）技術のいずれかにより、行われる。ウェット繊維レイアッププロセスでは、「濡れた」樹脂繊維強化材は、既に樹脂を含有するプリプレグからなり、鋳型に張り合わされて、硬化される。
【０００４】
ドライレイアッププロセスでは、その繊維強化材は、乾燥状態にして、鋳型または鋳型として役立つ型に張り合わされる。この型は、仕上げ製品の部品または包みとして、組み込まれ得る。その後、この繊維は、この樹脂で、噴霧、刷毛塗り、含浸、注入、またはそうでなければ、塗装または「湿潤」される。この樹脂は、次いで、硬化されて、この樹脂強化プラスチック構造体を形成する。
【０００５】
いずれかの方法の硬化段階中にて、この構造体は、この硬化工程を助けるために、真空中に置くことができる。この目的のために、このような真空援助を与えるために、真空バッグ技術が使用されている。真空技術では、可撓性不浸透性シート、ライナーまたはバッグが使用されて、張り合わせたドライまたはウェット（樹脂含浸）繊維を含有する単一の鋳型を被覆する。ウェット繊維プロセスでは、この可撓性シートの縁部は、この鋳型にクランプ留めされて、エンベロープを形成し、そして樹脂含浸繊維レイアップを鋳型に密封する。次いで、真空が付与されて、この樹脂の硬化中において、このプレフォームを固める。このドライ繊維レイアップでは、一般に、このエンベロープまたはバッグの内部に、触媒を加えた液状のプラスチックまたは樹脂が導入されて、その乾燥繊維を濡らし、通常、真空（これは、通常、樹脂導入前に加えられる）を使用して、この樹脂をバッグに押し付けて乾燥繊維を濡らすのを助ける。このバッグの内部には、真空ラインを経由して、真空が加えられ、この樹脂および鋳型表面に対して、可撓性シートを崩壊させ、次いで、プラスチック湿潤シートが処理され、圧縮され、そして硬化されて、この繊維強化構造体を形成する。この方法で使用する真空バッグは、真空シールおよび圧密圧力を与えるので、重要である。
【０００６】
従来の真空樹脂注入プロセスは、大きな部品を製作するとき、多くの問題があった。これらの問題の１つには、この部品の高さが、−１４．７ｐｓｉ＝−ρｇｈMAX（ここで、ｇは、重力加速度である）の最大の実用的な真空圧力により制限されることがある。従来の方法を使用すると、最大樹脂密度（ρ）が１．０３ｇ／ｃｍ3であると仮定して、その最大部品高さ（ｈMAX）は、約３３ｆｔである。この３３ｆｔの限界を克服する方法（例えば、多段注入）は、その段階の境界が特性変化を受けるので、望ましくない場合がある。この３３ｆｔの限界を克服する別の技術には、加圧注入を使用することがある。これは、しかしながら、このバッグを膨張させる危険があるために、または剛性整合器具に付随したコストのために、望ましくない場合がある。また、真空樹脂注入プロセスは、典型的には、その有効真空樹脂注入圧力が高さの関数として低下するので、比例的に遅くなる。充填が遅くなると、この注入が完了する前に樹脂がゲル化する危険が大きくなる。従って、不良な部品が生じる危険性は、高さ（特に、２０ｆｔを超える高さ）の関数として、高くなる。
【０００７】
また、部品の高さは、「最終真空」法のような処理選択肢を制限する。この最終真空法では、高真空（＞２７”Ｈｇ）で充填した後、この最終真空を低くして、多孔性をできるだけ少なくし、樹脂含量を制御することが望ましい。この最終真空が高すぎる場合、この樹脂内の揮発性物質は、沸騰し易くなり、望ましくない多孔性を生じる。また、高真空は、低い樹脂含量を生じる傾向にあり、これは、一部の用途には、望ましくない場合がある。
【０００８】
従来の真空樹脂注入プロセスに伴う別の問題には、有効な処理圧力が、式ρｇｈによって、高さの関数として変わることがある。この圧力勾配は、特性変化（例えば、高さの関数としての樹脂含量）を生じる。樹脂含量の変化は、その最終部品の強度、弾性率、強靱性および比重の変化を生じ、従って、望ましくない。
【０００９】
従来の真空樹脂注入プロセスに伴う別の問題には、厚い部品が過度の発熱温度に弱いことであり、これは、望ましくない副作用を引き起こし得ることがある。樹脂の硬化は、発熱反応であり、厚い部分内の大きな塊状の樹脂は、反応エネルギーを供給し、これは、温度を上昇させて、この反応をさらに加速する。従って、厚い部分は、一般に、熱伝達機構が乏しく、そのためこの硬化反応は、極めて熱くなる（＞２００°Ｆ）。過度の熱は、いくつかの望ましくない副作用（例えば、その積層体を分解して機械的および物理的特性を著しく劣化させ得るという事実）を有する。過度の熱はまた、熱収縮勾配、残留応力およびクラッキングを生じ得る。また、過度の熱は、この樹脂内の揮発性物質（例えば、スチレン）を沸騰し得、過度の多孔性を生じて、これは、機械的および物理的特性を劣化させる。
【００１０】
そのときに必要なことは、上記の欠陥を克服する真空樹脂注入方法のための技術である。この領域での努力により、汎用性、実用性および効率性を改良するために、引き続いて開発がなされている。
【００１１】
（発明の開示）
本発明の目的は、樹脂含浸強化品に流体圧力を与える樹脂含浸強化品の真空樹脂注入プロセスを提供することにある。
【００１２】
本発明の別の目的は、温度を制御しつつ、樹脂含浸強化品に流体圧力を与える樹脂含浸強化品の真空樹脂注入プロセスを提供することにある。
【００１３】
本発明によれば、樹脂含浸強化品を製造する方法は、鋳型に浸透性強化材料を供給する工程、該材料を可撓性不浸透性シートで密封する工程、該材料に樹脂を導入する工程、該密封シート内の該材料を真空引きする工程、該可撓性不浸透性シートおよび該強化材料に圧力を加える工程であって、該可撓性不浸透性シートに流体を接触させる工程を包含する。
【００１４】
本発明の別の局面によれば、樹脂含浸強化品を製造する方法は、鋳型に浸透性強化材料を供給する工程、該材料を可撓性不浸透性シートで密封する工程、該材料に樹脂を導入する工程、該密封シート内の該材料を真空引する工程、該可撓性不浸透性シート、該強化材料に圧力を加える工程であって、該可撓性不浸透性シートに流体を接触させる工程、および該流体の温度を制御する工程を包含する。
【００１５】
本発明は、費用効率の高い樹脂注入プロセスを提供し、これは、樹脂の変化および完成品の多孔性をできるだけ少なくしつつ、高さを限定せずに部品を製造できるようにする。本発明はまた、機械的および物理的な劣化、熱収縮勾配、残留応力およびクラッキングをできるだけ少なくする。それに加えて、本発明は、処理時間を加速する。
【００１６】
前述の目的および他の目的を達成するために、本発明は、次いで、以下で詳細に記述し特に請求の範囲で指摘した特徴を含む。以下の説明および添付の図面は、本発明のある種の例証的な実施形態を詳述する。しかしながら、これらの実施形態は、本発明の原理を使用し得る種々の様式の少数を表示するにすぎない。本発明の他の目的、利点および新規特徴は、図面と関連して考慮すると、本発明の以下の詳細な説明から明らかとなる。
【００１７】
（本発明を実施する最良の様式）
今ここで、図１の本発明に従った真空樹脂注入プロセスを参照すると、鋳型１１０（または器具またはフィルム層など）が示されており、ここで、浸透性繊維状強化基板（以下、繊維状前成形品、強化材料、または基板ともいう）１１２が設置されて、最終部品を形成する。この鋳型は、好ましくは、適切な剛性量を備えた耐久性材料である。この鋳型の形状は、この最終製品の形状を決め、それゆえ、この鋳型は、湾曲しているか、または任意の望ましい形状であり得る。この基板は、好ましくは、浸透性強化繊維材料（例えば、積層体または前成形布）から構成されており、これは、この鋳型の上部に置かれる。布の代わりにまたはそれに加えて、当該技術分野で公知の他の型の強化材料構造体（例えば、織物ロービングマット、連続ロービングマット、またはチョップトマット）は、使用され得る。さらに、チョップト繊維、連続ロービングまたはある種の瑪瑙充填剤もまた、もし望ましいなら、この積層体に使用できる。この強化布または繊維用の材料は、真空樹脂トランスファ成形のために使用される多数の公知材料（例えば、カーボン、繊維ガラス、ケブラー、ナイロン、グラファイトなど）のいずれかであり得る。
【００１８】
可撓性不浸透性バッグ材料のシート１１４は、基板１１２の上部の上に設置され、そして基板をチャンバに密封するために、基板の周りで、この鋳型に密封される。この密封目的には、接着剤（例えば、粘着テープ細長片（図示せず））が利用され得る。
【００１９】
真空ライン１１６は、不浸透性バッグ１１４と基板１１２との間の領域へのアクセスを与える。真空制御装置１１８を利用して、真空が加えられる。ライン１２０は、鋳型１１０の下部において、基板１１２とこの鋳型１１０との間の領域へのアクセスを与える。樹脂源または制御装置１２２は、ライン１２０を通って、基板１１２へと、樹脂を供給する。
【００２０】
流体１２６は、バッグ１１４と接触して提供される。この場合、この流体は、この鋳型および基板の形状により作られたウェル（空洞）内に供給される。流体制御装置１２８は、ライン１３０、１３２を経由して流体を供給し、そして（伝熱を改善するための）流体の運動または移動、このバッグに加える圧力、および流体およびバッグの温度のようなことを制御し得る。流体の運動および圧力は、ポンプまたはミキサーのような装置を使用して、制御され得る。
【００２１】
鋳型１１０の上部の上には、蓋またはキャップ１３８が設置され得、それにより、チャンバ１４０を密封する。ライン１４４を経由して鋳型チャンバ１４０内の圧力を制御するために、圧力制御装置１４２が利用できる。
【００２２】
図１で図示しているように本発明に従って繊維状前成形品１１２を含浸するためのプロセスは、まず最初に、この繊維状前成形品（基板）１１２を鋳型１１０に適用することである。この基板の上に、樹脂ライン１２０および真空ライン１１６が固定される。この基板の上には、不浸透性バッグ１１４が配置され、このバッグは、基板の周りで、この鋳型に密封される。このバッグは、次いで、真空制御装置１１８を利用して、脱気される。少なくとも約２７”Ｈｇの真空が好ましい。このバッグは、漏れがないようにするべきである。バッグを付けた前成形品は、次いで、所望高さｈwまで、流体（例えば、水）に浸される。この前成形品は、この不浸透性真空バッグで、この流体から保護されている。この流体は、この積層体に対して、余分な圧密力を加える。
【００２３】
水は好ましい流体であるが、本発明の目的を達成するためには、他の流体は、使用され得る。
【００２４】
樹脂ライン１２０は、樹脂レザバ（樹脂源）１２２に設置され、これは、この流体の最高点より低い。この樹脂レザバがこの鋳型の最高点近くに設置されて最大注入圧力を加え得るように圧力下で樹脂を注入するときでも、流体の圧力は、このバッグが膨張するのを防止する。高い注入圧力は、樹脂の流れを加速し、これは、注入時間をできるだけ短くする。この樹脂ラインは、次いで、開かれ、この前成形品には、この樹脂が注入される。その水圧および有効樹脂圧力の両方がρｇｈの関数として変動するため、この水レザバは、高さの関数として、その圧力を同じにする。もし、流体の比重が樹脂の比重に似ているなら、この有効圧力は、その全高さにわたって、一定となる。本発明のプロセスは、従って、その部品の高さによって限定されない。いくつかの用途には、この樹脂レザバを最低点に保って樹脂を圧力下で注入する必要があり得る。
【００２５】
この樹脂により導入される圧力量は、等式ＰR＝ρRｇｈRに従う、樹脂の高さの関数であり、ここで、ρRは、樹脂の密度であり、そしてｈRは、樹脂の高さである。この流体が加える圧力は、等式ＰW＝ρWｇｈWにより決定される。
【００２６】
基板１１２に対して追加圧力制御を行うために、隔室１４０が、例えば、蓋またはキャップ１３８により、密封されている場合、圧力制御装置１４２は、ライン１４４を経由して、この密封隔室へと圧力を導入できる。それに加えて、樹脂制御装置１２２は、（例えば、ポンプまたは他の手段を使って）、重力以外の力を利用して、圧力下にて、この樹脂を供給できる。従来、樹脂は、この不浸透性バッグを膨張させるので、圧力下にて導入できなかった。本発明を使うと、樹脂は、このバッグを膨張させることなく、バッグの外側の流体が加える圧力まで（ＰR＝ＰW）、供給できる。
【００２７】
この強化材料を樹脂で満たすか含浸した後、この真空は、所望レベルまで低減でき、この部品は、冷却される。この目的のために、この流体の温度を制御すると、伝熱が起こって、その反応温度の制御を助ける。
【００２８】
その硬化プロセス中にて、流体制御装置１２８は、この基板が異なる設備に移動する必要なしに硬化できるように、流体１２６の温度を調節できる。この流体制御装置は、多くの異なる様式（例えば、この流体がこのレザバで循環するように、ポンプによって、流体を制御装置に流すこと）のいずれかで、動作できる。この流体制御装置はまた、コイルまたは素子型温度制御装置（これは、所望の処理温度に従って、冷却または加熱される）を備え得る。
【００２９】
今ここで、図２を参照すると、ここでは、本発明の代替実施形態が示されている。繊維基板２１２は、鋳型２１０上に設置されている。基板２１２の上には、流体不浸透性バッグ２１４が設置され、この鋳型に密封されている。第一バッグ２１４の上には、第二流体不浸透性バッグ２１５が設置されており、そして密封されている。真空制御装置２１８は、ライン２１６を経由して、第一バッグ２１４と基板２１２との間の領域に、真空を提供する。樹脂制御装置２２２は、ライン２２０を経由して、基板２１２に、樹脂を導入する。流体制御装置２２８は、ライン２３０、２３２を経由して、バッグ２１４と２１５との間の空間に、流体を供給し、そして（伝熱を改善するための）流体の運動、このバッグに加える圧力、およびバッグの温度のようなことを制御し得る。流体の運動および圧力は、ポンプまたはミキサーのような装置を使用して、制御され得る。
【００３０】
バッグ２１４とバッグ２１５との間には、追加層２１７が配置され得、そして樹脂の注入中に樹脂が流れるためのチャンネル、および樹脂の注入中および／または注入後に流体が流れるためのチャンネルを設けるために、織り目を付けられ得る。
【００３１】
図２で図示したシステムのための方法は、以下のようにして行われる。この鋳型、基板およびバッグ材料を組み立てた後、ライン２１６を経由して、真空制御装置２１８によって、真空が生じる。この真空は、空洞またはエンベロープ２１３から空気を取り除き、そしてバッグ２１４、２１５を潰す。エンベロープ２１３を横切る圧力差により、樹脂は、ライン２２０を通って、樹脂源または制御装置２２２から引き出される。その後、樹脂は、鋳型２１０の下部から基板の上部へと流れて、その樹脂材料で前成形品２１２を含浸する。流体制御装置２２８は、この硬化工程中において、内部バッグ２１４と外部バッグ２１５との間に位置している流体の運動、圧力および温度を制御する。
【００３２】
今ここで、図３を参照すると、本発明に従った真空樹脂注入プロセスの代替実施形態は、その上に積層体または基板３１３が設置されている器具３１０の使用を包含する。基板３１２の上には、不浸透性バッグ３１４が設置され、密封されて、それらの間に空隙３１３が残る。真空制御装置３１８は、ライン３１６を経由して、空間３１３に真空を供給する。樹脂源または制御装置３２２は、ライン３１７を経由して、積層体３１２へと、樹脂を供給する。器具３１０、基板３１２およびバッグ３１４は、流体３２６で満たした容器３５０内に設置されている。
【００３３】
樹脂の注入中に樹脂が流れるためのチャンネルを設けるために、バッグ３１４と基板３１２との間には、追加織り目層（例えば、発泡ビニールシート）が配置され得る。
【００３４】
流体制御装置３２８は、ライン３３０、３３２を経由して、流体３２６を制御し、そして（伝熱を改善するための）流体の圧力、運動または循環、および流体の温度のようなことを制御し得る。圧力制御装置３４２は、ライン３４４を経由して、容器３５０の内側の圧力を制御する。この容器内の圧力をさらに効果的に制御するために、容器の上には、蓋またはキャップ３３８が設置できる。
【００３５】
今ここで、図４を参照すると、本発明に従った真空樹脂注入プロセスの代替実施形態は、その上に積層体または基板４１２が設置されている器具４１０の使用を包含する。基板４１２の上には、不浸透性バッグ４１４が設置され、密封されて、それらの間に空隙４１３が提供される。真空制御装置４１８は、ライン４１６を経由して、空間４１３に真空を提供する。樹脂源または制御装置４２２は、ライン４１７を経由して、基板４１２へと、樹脂を供給する。
【００３６】
樹脂の注入中に樹脂が流れるためのチャンネルを設けるために、バッグ４１４と基板４１２との間には、追加織り目層（例えば、発泡ビニールシート）が配置され得る。
【００３７】
流体制御装置４２８は、その硬化工程の温度を制御するために、この不浸透性バッグ材料の表面に、流体４１５を噴霧するか注ぐ。
【００３８】
所望の部品および処理特性を得るために、本発明のプロセスの実施中にて、多くの変数が調節できることが上記の説明から理解できるはずである。これらのうちには、樹脂注入圧力、加える真空、流体圧力、流体密度、流体伝熱特性、樹脂温度および流体温度が挙げられる。本発明を使って、一定の正味圧力（ｎｅｔ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）（ρRｇｈR−このバッグの外側の圧力）を維持しつつ、静水圧力（ρRｇｈR）に勾配を得ることが可能である。また、本発明のプロセスは、この樹脂の蒸気圧を不浸透性バッグの内側の圧力より低く保つために、制御を容易にする。
【００３９】
本発明のプロセスでの変形の一例には、その製造プロセスの過程において、この流体の温度を変えることがある。発熱真空樹脂注入および硬化段階中にて、この流体は、この部品から熱を引き出すために、低く保持できる。一旦、この樹脂が一定の程度まで硬化すると、この流体の温度は、この部品のガラス転移温度、強度および剛直性を高めるために、この部品をさらに硬化するべく上昇できる。適切な流体および圧力を使って、この温度は、この焼き付け後または硬化過程のために、著しく上昇できる。
【００４０】
本発明の鋳型および器具は、好ましくは、剛性または半剛性の摩耗耐性材料（これは、全ての樹脂残留物を容易に取り除くことができる）から製造される。このような鋳型材料は、当該技術分野で周知であり、金属、プラスチック、強化プラスチックなどが含まれる。
【００４１】
これらのバッグ材料は、当業者に公知の多数の適切な材料（例えば、熱可塑性ポリアミドフィルム、ポリウレタン、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）など）のいずれかであり得る。
【００４２】
本発明によって、高価な剛性の工具を必要とすることなく、この部品の高さ全体にわたって、部品に均一な圧力を加えることができることに注目すべきである。本発明は、オートクレーブまたは整合工具なしで、１４．７ｐｓｉを超える積層体圧密を提供する。
【００４３】
本発明はまた、この鋳型に高価な冷却システムを必要とすることなく、低価格の温度制御機器を備える。この目的のためには、冷却または温度制御機器を備えた以前の鋳型は、厚い積層体の鋳型表面の温度を制御するにすぎない。厚い部品のバックの側面は、しかしながら、従来、この鋳型表面よりも多孔性が高かった。本発明により得られる熱制御は、これを防止する有効な手段を与える。
【００４４】
本発明は、その代表的な実施形態と共に示され記述されているものの、前述および種々の変更、省略および追加が、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、そこでおよびそれに対して行い得ることは、当業者に理解できるはずである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明に従った真空樹脂注入プロセスの簡略系統図である。
【図２】 図２は、本発明の代替実施形態に従った真空樹脂注入プロセスの簡略系統図である。
【図３】 図３は、本発明の代替実施形態に従った真空樹脂注入プロセスの簡略系統図である。
【図４】 図４は、本発明の代替実施形態に従った真空樹脂注入プロセスの簡略系統図である。
（発明の分野）
本発明は、樹脂含浸繊維複合材料に関し、さらに特定すると、流体を利用して樹脂含浸繊維複合材料に圧力を加えつつ、この複合材料を製造する製造方法に関する。
【０００２】
（発明の背景）
繊維強化複合材料の部品は、真空樹脂注入、樹脂トランスファ成形（ＲＴＭ）、プリプレグ／オートクレーブ手順および圧縮成形操作を含めた種々の従来の技術を使用して、製作されている。真空樹脂注入は、片側器具（ｏｎｅ ｓｉｄｅｄ ｔｏｏｏｌ）を使用して、真空下にて、プレフォームに液体樹脂を注入することからなる。樹脂トランスファ成形は、圧力を除くことができる整合両側器具を使用して、真空を使ってまたは真空なしで、圧力下にて、そのプレフォームに液体樹脂を注入することにより、真空樹脂注入とは異なる。繊維強化プラスチック構造体は、数年間にわたって、商業的に製造されている。製造技術の例は、「Ｐｌａｓｔｉｃ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ Ａｐｐａｒａｔｕｓ Ｆｏｒ Ｔｈｅ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」の表題の米国特許第５，０５２，９０６号、「Ｕｎｉｔａｒｙ Ｖａｃｕｕｍ Ｂａｇ Ｆｏｒ Ｆｏｒｍｉｎｇ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ａｒｔｉｃｌｅｓ Ａｎｄ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｆｏｒ Ｍａｋｉｎｇ Ｓａｍｅ」の表題の米国特許第５，６０１，８５２号、「Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｆｏｒ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｒｅｓｉｎ−Ｉｍｐｒｅｇｎａｔｅｄ，Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ａｒｔｉｃｌｅｓ Ｗｉｔｈｏｕｔ Ｔｈｅ Ｐｒｅｓｅｎｃｅ Ｏｆ Ｒｅｓｉｎ Ｆｕｍｅｓ」の表題の米国特許第４，１３２，７５５号、「Ｅｍｂｏｓｓｅｄ Ｖａｃｕｕｍ Ｂａｇ，Ｍｅｔｈｏｄｓ Ｆｏｒ Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ Ａｎｄ Ｕｓｉｎｇ Ｓａｉｄ Ｂａｇ」の表題の米国特許第５，１２９，８１３号、「Ｐｌａｓｔｉｃ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ Ｆｏｒ Ｔｈｅ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ Ｏｆ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」の表題の米国特許第４，９０２，２１５号、「Ｖａｃｕｕｍ Ｒｅｓｉｎ Ｉｍｐｒｅｇｎａｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ」の表題の米国特許第４，９４２，０１３号、「Ｕｎｉｔａｒｙ Ｖａｃｕｕｍ Ｂａｇ Ｆｏｒ Ｆｏｒｍｉｎｇ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ａｒｔｉｃｌｅｓ Ａｎｄ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｆｏｒ Ｍａｋｉｎｇ Ｓａｍｅ」の表題の米国特許第５，４３９，６３５号、「Ｒｅｓｉｎ Ｉｍｐｒｅｇｎａｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｆｏｒ Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ Ａ Ｒｅｓｉｎ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ」の表題の米国特許第５，２８１，３８８号、「Ｕｎｉｔａｒｙ Ｖａｃｕｕｍ Ｂａｇ Ｆｏｒ Ｆｏｒｍｉｎｇ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ａｒｔｉｃｌｅｓ」の表題の米国特許第５，３１６，４６２号、および「Ｐｒｏｃｅｓｓ Ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ Ｆｏｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ Ｌａｒｇｅ ｐｌａｓｔｉｃ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」の表題の米国特許第２，９１３，０３６号で見られ、これらの全ての内容は、本明細書中で参考として援用されている。
【０００３】
これらの構造体を製造するプロセスには、樹脂または他の流動性プラスチック材料を強化線維に組み込むことが必要である。強化繊維は、一般に、織物またはフェルト状繊維強化材（これは、典型的には、カーボン、グラファイトまたは繊維ガラスから構成される）の１層またはそれ以上の層の形態をとる。この真空樹脂注入または含浸プロセスは、通常、ウェットまたはドライ繊維レイアップ（ｌａｙ−ｕｐ）技術のいずれかにより、行われる。ウェット繊維レイアッププロセスでは、「濡れた」樹脂繊維強化材は、既に樹脂を含有するプリプレグからなり、鋳型に張り合わされて、硬化される。
【０００４】
ドライレイアッププロセスでは、その繊維強化材は、乾燥状態にして、鋳型または鋳型として役立つ型に張り合わされる。この型は、仕上げ製品の部品または包みとして、組み込まれ得る。その後、この繊維は、この樹脂で、噴霧、刷毛塗り、含浸、注入、またはそうでなければ、塗装または「湿潤」される。この樹脂は、次いで、硬化されて、この樹脂強化プラスチック構造体を形成する。
【０００５】
いずれかの方法の硬化段階中にて、この構造体は、この硬化工程を助けるために、真空中に置くことができる。この目的のために、このような真空援助を与えるために、真空バッグ技術が使用されている。真空技術では、可撓性不浸透性シート、ライナーまたはバッグが使用されて、張り合わせたドライまたはウェット（樹脂含浸）繊維を含有する単一の鋳型を被覆する。ウェット繊維プロセスでは、この可撓性シートの縁部は、この鋳型にクランプ留めされて、エンベロープを形成し、そして樹脂含浸繊維レイアップを鋳型に密封する。次いで、真空が付与されて、この樹脂の硬化中において、このプレフォームを固める。このドライ繊維レイアップでは、一般に、このエンベロープまたはバッグの内部に、触媒を加えた液状のプラスチックまたは樹脂が導入されて、その乾燥繊維を濡らし、通常、真空（これは、通常、樹脂導入前に加えられる）を使用して、この樹脂をバッグに押し付けて乾燥繊維を濡らすのを助ける。このバッグの内部には、真空ラインを経由して、真空が加えられ、この樹脂および鋳型表面に対して、可撓性シートを崩壊させ、次いで、プラスチック湿潤シートが処理され、圧縮され、そして硬化されて、この繊維強化構造体を形成する。この方法で使用する真空バッグは、真空シールおよび圧密圧力を与えるので、重要である。
【０００６】
従来の真空樹脂注入プロセスは、大きな部品を製作するとき、多くの問題があった。これらの問題の１つには、この部品の高さが、−１４．７ｐｓｉ＝−ρｇｈMAX（ここで、ｇは、重力加速度である）の最大の実用的な真空圧力により制限されることがある。従来の方法を使用すると、最大樹脂密度（ρ）が１．０３ｇ／ｃｍ3であると仮定して、その最大部品高さ（ｈMAX）は、約３３ｆｔである。この３３ｆｔの限界を克服する方法（例えば、多段注入）は、その段階の境界が特性変化を受けるので、望ましくない場合がある。この３３ｆｔの限界を克服する別の技術には、加圧注入を使用することがある。これは、しかしながら、このバッグを膨張させる危険があるために、または剛性整合器具に付随したコストのために、望ましくない場合がある。また、真空樹脂注入プロセスは、典型的には、その有効真空樹脂注入圧力が高さの関数として低下するので、比例的に遅くなる。充填が遅くなると、この注入が完了する前に樹脂がゲル化する危険が大きくなる。従って、不良な部品が生じる危険性は、高さ（特に、２０ｆｔを超える高さ）の関数として、高くなる。
【０００７】
また、部品の高さは、「最終真空」法のような処理選択肢を制限する。この最終真空法では、高真空（＞２７”Ｈｇ）で充填した後、この最終真空を低くして、多孔性をできるだけ少なくし、樹脂含量を制御することが望ましい。この最終真空が高すぎる場合、この樹脂内の揮発性物質は、沸騰し易くなり、望ましくない多孔性を生じる。また、高真空は、低い樹脂含量を生じる傾向にあり、これは、一部の用途には、望ましくない場合がある。
【０００８】
従来の真空樹脂注入プロセスに伴う別の問題には、有効な処理圧力が、式ρｇｈによって、高さの関数として変わることがある。この圧力勾配は、特性変化（例えば、高さの関数としての樹脂含量）を生じる。樹脂含量の変化は、その最終部品の強度、弾性率、強靱性および比重の変化を生じ、従って、望ましくない。
【０００９】
従来の真空樹脂注入プロセスに伴う別の問題には、厚い部品が過度の発熱温度に弱いことであり、これは、望ましくない副作用を引き起こし得ることがある。樹脂の硬化は、発熱反応であり、厚い部分内の大きな塊状の樹脂は、反応エネルギーを供給し、これは、温度を上昇させて、この反応をさらに加速する。従って、厚い部分は、一般に、熱伝達機構が乏しく、そのためこの硬化反応は、極めて熱くなる（＞２００°Ｆ）。過度の熱は、いくつかの望ましくない副作用（例えば、その積層体を分解して機械的および物理的特性を著しく劣化させ得るという事実）を有する。過度の熱はまた、熱収縮勾配、残留応力およびクラッキングを生じ得る。また、過度の熱は、この樹脂内の揮発性物質（例えば、スチレン）を沸騰し得、過度の多孔性を生じて、これは、機械的および物理的特性を劣化させる。
【００１０】
そのときに必要なことは、上記の欠陥を克服する真空樹脂注入方法のための技術である。この領域での努力により、汎用性、実用性および効率性を改良するために、引き続いて開発がなされている。
【００１１】
（発明の開示）
本発明の目的は、樹脂含浸強化品に流体圧力を与える樹脂含浸強化品の真空樹脂注入プロセスを提供することにある。
【００１２】
本発明の別の目的は、温度を制御しつつ、樹脂含浸強化品に流体圧力を与える樹脂含浸強化品の真空樹脂注入プロセスを提供することにある。
【００１３】
本発明によれば、樹脂含浸強化品を製造する方法は、鋳型に浸透性強化材料を供給する工程、該材料を可撓性不浸透性シートで密封する工程、該材料に樹脂を導入する工程、該密封シート内の該材料を真空引きする工程、該可撓性不浸透性シートおよび該強化材料に圧力を加える工程であって、該可撓性不浸透性シートに流体を接触させる工程を包含する。
【００１４】
本発明の別の局面によれば、樹脂含浸強化品を製造する方法は、鋳型に浸透性強化材料を供給する工程、該材料を可撓性不浸透性シートで密封する工程、該材料に樹脂を導入する工程、該密封シート内の該材料を真空引する工程、該可撓性不浸透性シート、該強化材料に圧力を加える工程であって、該可撓性不浸透性シートに流体を接触させる工程、および該流体の温度を制御する工程を包含する。
【００１５】
本発明は、費用効率の高い樹脂注入プロセスを提供し、これは、樹脂の変化および完成品の多孔性をできるだけ少なくしつつ、高さを限定せずに部品を製造できるようにする。本発明はまた、機械的および物理的な劣化、熱収縮勾配、残留応力およびクラッキングをできるだけ少なくする。それに加えて、本発明は、処理時間を加速する。
【００１６】
前述の目的および他の目的を達成するために、本発明は、次いで、以下で詳細に記述し特に請求の範囲で指摘した特徴を含む。以下の説明および添付の図面は、本発明のある種の例証的な実施形態を詳述する。しかしながら、これらの実施形態は、本発明の原理を使用し得る種々の様式の少数を表示するにすぎない。本発明の他の目的、利点および新規特徴は、図面と関連して考慮すると、本発明の以下の詳細な説明から明らかとなる。
【００１７】
（本発明を実施する最良の様式）
今ここで、図１の本発明に従った真空樹脂注入プロセスを参照すると、鋳型１１０（または器具またはフィルム層など）が示されており、ここで、浸透性繊維状強化基板（以下、繊維状前成形品、強化材料、または基板ともいう）１１２が設置されて、最終部品を形成する。この鋳型は、好ましくは、適切な剛性量を備えた耐久性材料である。この鋳型の形状は、この最終製品の形状を決め、それゆえ、この鋳型は、湾曲しているか、または任意の望ましい形状であり得る。この基板は、好ましくは、浸透性強化繊維材料（例えば、積層体または前成形布）から構成されており、これは、この鋳型の上部に置かれる。布の代わりにまたはそれに加えて、当該技術分野で公知の他の型の強化材料構造体（例えば、織物ロービングマット、連続ロービングマット、またはチョップトマット）は、使用され得る。さらに、チョップト繊維、連続ロービングまたはある種の瑪瑙充填剤もまた、もし望ましいなら、この積層体に使用できる。この強化布または繊維用の材料は、真空樹脂トランスファ成形のために使用される多数の公知材料（例えば、カーボン、繊維ガラス、ケブラー、ナイロン、グラファイトなど）のいずれかであり得る。
【００１８】
可撓性不浸透性バッグ材料のシート１１４は、基板１１２の上部の上に設置され、そして基板をチャンバに密封するために、基板の周りで、この鋳型に密封される。この密封目的には、接着剤（例えば、粘着テープ細長片（図示せず））が利用され得る。
【００１９】
真空ライン１１６は、不浸透性バッグ１１４と基板１１２との間の領域へのアクセスを与える。真空制御装置１１８を利用して、真空が加えられる。ライン１２０は、鋳型１１０の下部において、基板１１２とこの鋳型１１０との間の領域へのアクセスを与える。樹脂源または制御装置１２２は、ライン１２０を通って、基板１１２へと、樹脂を供給する。
【００２０】
流体１２６は、バッグ１１４と接触して提供される。この場合、この流体は、この鋳型および基板の形状により作られたウェル（空洞）内に供給される。流体制御装置１２８は、ライン１３０、１３２を経由して流体を供給し、そして（伝熱を改善するための）流体の運動または移動、このバッグに加える圧力、および流体およびバッグの温度のようなことを制御し得る。流体の運動および圧力は、ポンプまたはミキサーのような装置を使用して、制御され得る。
【００２１】
鋳型１１０の上部の上には、蓋またはキャップ１３８が設置され得、それにより、チャンバ１４０を密封する。ライン１４４を経由して鋳型チャンバ１４０内の圧力を制御するために、圧力制御装置１４２が利用できる。
【００２２】
図１で図示しているように本発明に従って繊維状前成形品１１２を含浸するためのプロセスは、まず最初に、この繊維状前成形品（基板）１１２を鋳型１１０に適用することである。この基板の上に、樹脂ライン１２０および真空ライン１１６が固定される。この基板の上には、不浸透性バッグ１１４が配置され、このバッグは、基板の周りで、この鋳型に密封される。このバッグは、次いで、真空制御装置１１８を利用して、脱気される。少なくとも約２７”Ｈｇの真空が好ましい。このバッグは、漏れがないようにするべきである。バッグを付けた前成形品は、次いで、所望高さｈwまで、流体（例えば、水）に浸される。この前成形品は、この不浸透性真空バッグで、この流体から保護されている。この流体は、この積層体に対して、余分な圧密力を加える。
【００２３】
水は好ましい流体であるが、本発明の目的を達成するためには、他の流体は、使用され得る。
【００２４】
樹脂ライン１２０は、樹脂レザバ（樹脂源）１２２に設置され、これは、この流体の最高点より低い。この樹脂レザバがこの鋳型の最高点近くに設置されて最大注入圧力を加え得るように圧力下で樹脂を注入するときでも、流体の圧力は、このバッグが膨張するのを防止する。高い注入圧力は、樹脂の流れを加速し、これは、注入時間をできるだけ短くする。この樹脂ラインは、次いで、開かれ、この前成形品には、この樹脂が注入される。その水圧および有効樹脂圧力の両方がρｇｈの関数として変動するため、この水レザバは、高さの関数として、その圧力を同じにする。もし、流体の比重が樹脂の比重に似ているなら、この有効圧力は、その全高さにわたって、一定となる。本発明のプロセスは、従って、その部品の高さによって限定されない。いくつかの用途には、この樹脂レザバを最低点に保って樹脂を圧力下で注入する必要があり得る。
【００２５】
この樹脂により導入される圧力量は、等式ＰR＝ρRｇｈRに従う、樹脂の高さの関数であり、ここで、ρRは、樹脂の密度であり、そしてｈRは、樹脂の高さである。この流体が加える圧力は、等式ＰW＝ρWｇｈWにより決定される。
【００２６】
基板１１２に対して追加圧力制御を行うために、隔室１４０が、例えば、蓋またはキャップ１３８により、密封されている場合、圧力制御装置１４２は、ライン１４４を経由して、この密封隔室へと圧力を導入できる。それに加えて、樹脂制御装置１２２は、（例えば、ポンプまたは他の手段を使って）、重力以外の力を利用して、圧力下にて、この樹脂を供給できる。従来、樹脂は、この不浸透性バッグを膨張させるので、圧力下にて導入できなかった。本発明を使うと、樹脂は、このバッグを膨張させることなく、バッグの外側の流体が加える圧力まで（ＰR＝ＰW）、供給できる。
【００２７】
この強化材料を樹脂で満たすか含浸した後、この真空は、所望レベルまで低減でき、この部品は、冷却される。この目的のために、この流体の温度を制御すると、伝熱が起こって、その反応温度の制御を助ける。
【００２８】
その硬化プロセス中にて、流体制御装置１２８は、この基板が異なる設備に移動する必要なしに硬化できるように、流体１２６の温度を調節できる。この流体制御装置は、多くの異なる様式（例えば、この流体がこのレザバで循環するように、ポンプによって、流体を制御装置に流すこと）のいずれかで、動作できる。この流体制御装置はまた、コイルまたは素子型温度制御装置（これは、所望の処理温度に従って、冷却または加熱される）を備え得る。
【００２９】
今ここで、図２を参照すると、ここでは、本発明の代替実施形態が示されている。繊維基板２１２は、鋳型２１０上に設置されている。基板２１２の上には、流体不浸透性バッグ２１４が設置され、この鋳型に密封されている。第一バッグ２１４の上には、第二流体不浸透性バッグ２１５が設置されており、そして密封されている。真空制御装置２１８は、ライン２１６を経由して、第一バッグ２１４と基板２１２との間の領域に、真空を提供する。樹脂制御装置２２２は、ライン２２０を経由して、基板２１２に、樹脂を導入する。流体制御装置２２８は、ライン２３０、２３２を経由して、バッグ２１４と２１５との間の空間に、流体を供給し、そして（伝熱を改善するための）流体の運動、このバッグに加える圧力、およびバッグの温度のようなことを制御し得る。流体の運動および圧力は、ポンプまたはミキサーのような装置を使用して、制御され得る。
【００３０】
バッグ２１４とバッグ２１５との間には、追加層２１７が配置され得、そして樹脂の注入中に樹脂が流れるためのチャンネル、および樹脂の注入中および／または注入後に流体が流れるためのチャンネルを設けるために、織り目を付けられ得る。
【００３１】
図２で図示したシステムのための方法は、以下のようにして行われる。この鋳型、基板およびバッグ材料を組み立てた後、ライン２１６を経由して、真空制御装置２１８によって、真空が生じる。この真空は、空洞またはエンベロープ２１３から空気を取り除き、そしてバッグ２１４、２１５を潰す。エンベロープ２１３を横切る圧力差により、樹脂は、ライン２２０を通って、樹脂源または制御装置２２２から引き出される。その後、樹脂は、鋳型２１０の下部から基板の上部へと流れて、その樹脂材料で前成形品２１２を含浸する。流体制御装置２２８は、この硬化工程中において、内部バッグ２１４と外部バッグ２１５との間に位置している流体の運動、圧力および温度を制御する。
【００３２】
今ここで、図３を参照すると、本発明に従った真空樹脂注入プロセスの代替実施形態は、その上に積層体または基板３１３が設置されている器具３１０の使用を包含する。基板３１２の上には、不浸透性バッグ３１４が設置され、密封されて、それらの間に空隙３１３が残る。真空制御装置３１８は、ライン３１６を経由して、空間３１３に真空を供給する。樹脂源または制御装置３２２は、ライン３１７を経由して、積層体３１２へと、樹脂を供給する。器具３１０、基板３１２およびバッグ３１４は、流体３２６で満たした容器３５０内に設置されている。
【００３３】
樹脂の注入中に樹脂が流れるためのチャンネルを設けるために、バッグ３１４と基板３１２との間には、追加織り目層（例えば、発泡ビニールシート）が配置され得る。
【００３４】
流体制御装置３２８は、ライン３３０、３３２を経由して、流体３２６を制御し、そして（伝熱を改善するための）流体の圧力、運動または循環、および流体の温度のようなことを制御し得る。圧力制御装置３４２は、ライン３４４を経由して、容器３５０の内側の圧力を制御する。この容器内の圧力をさらに効果的に制御するために、容器の上には、蓋またはキャップ３３８が設置できる。
【００３５】
今ここで、図４を参照すると、本発明に従った真空樹脂注入プロセスの代替実施形態は、その上に積層体または基板４１２が設置されている器具４１０の使用を包含する。基板４１２の上には、不浸透性バッグ４１４が設置され、密封されて、それらの間に空隙４１３が提供される。真空制御装置４１８は、ライン４１６を経由して、空間４１３に真空を提供する。樹脂源または制御装置４２２は、ライン４１７を経由して、基板４１２へと、樹脂を供給する。
【００３６】
樹脂の注入中に樹脂が流れるためのチャンネルを設けるために、バッグ４１４と基板４１２との間には、追加織り目層（例えば、発泡ビニールシート）が配置され得る。
【００３７】
流体制御装置４２８は、その硬化工程の温度を制御するために、この不浸透性バッグ材料の表面に、流体４１５を噴霧するか注ぐ。
【００３８】
所望の部品および処理特性を得るために、本発明のプロセスの実施中にて、多くの変数が調節できることが上記の説明から理解できるはずである。これらのうちには、樹脂注入圧力、加える真空、流体圧力、流体密度、流体伝熱特性、樹脂温度および流体温度が挙げられる。本発明を使って、一定の正味圧力（ｎｅｔ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）（ρRｇｈR−このバッグの外側の圧力）を維持しつつ、静水圧力（ρRｇｈR）に勾配を得ることが可能である。また、本発明のプロセスは、この樹脂の蒸気圧を不浸透性バッグの内側の圧力より低く保つために、制御を容易にする。
【００３９】
本発明のプロセスでの変形の一例には、その製造プロセスの過程において、この流体の温度を変えることがある。発熱真空樹脂注入および硬化段階中にて、この流体は、この部品から熱を引き出すために、低く保持できる。一旦、この樹脂が一定の程度まで硬化すると、この流体の温度は、この部品のガラス転移温度、強度および剛直性を高めるために、この部品をさらに硬化するべく上昇できる。適切な流体および圧力を使って、この温度は、この焼き付け後または硬化過程のために、著しく上昇できる。
【００４０】
本発明の鋳型および器具は、好ましくは、剛性または半剛性の摩耗耐性材料（これは、全ての樹脂残留物を容易に取り除くことができる）から製造される。このような鋳型材料は、当該技術分野で周知であり、金属、プラスチック、強化プラスチックなどが含まれる。
【００４１】
これらのバッグ材料は、当業者に公知の多数の適切な材料（例えば、熱可塑性ポリアミドフィルム、ポリウレタン、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）など）のいずれかであり得る。
【００４２】
本発明によって、高価な剛性の工具を必要とすることなく、この部品の高さ全体にわたって、部品に均一な圧力を加えることができることに注目すべきである。本発明は、オートクレーブまたは整合工具なしで、１４．７ｐｓｉを超える積層体圧密を提供する。
【００４３】
本発明はまた、この鋳型に高価な冷却システムを必要とすることなく、低価格の温度制御機器を備える。この目的のためには、冷却または温度制御機器を備えた以前の鋳型は、厚い積層体の鋳型表面の温度を制御するにすぎない。厚い部品のバックの側面は、しかしながら、従来、この鋳型表面よりも多孔性が高かった。本発明により得られる熱制御は、これを防止する有効な手段を与える。
【００４４】
本発明は、その代表的な実施形態と共に示され記述されているものの、前述および種々の変更、省略および追加が、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、そこでおよびそれに対して行い得ることは、当業者に理解できるはずである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明に従った真空樹脂注入プロセスの簡略系統図である。
【図２】 図２は、本発明の代替実施形態に従った真空樹脂注入プロセスの簡略系統図である。
【図３】 図３は、本発明の代替実施形態に従った真空樹脂注入プロセスの簡略系統図である。
【図４】 図４は、本発明の代替実施形態に従った真空樹脂注入プロセスの簡略系統図である。
Claims (19)
- 樹脂含浸強化品を製造する方法であって、該方法は、以下：
鋳型に浸透性強化材料を供給する工程；
該強化材料の上に、可撓性不浸透性シートを設置する工程；
該可撓性不浸透性シートを該鋳型に密封して、該鋳型を使って、該強化材料を含有する密封囲壁を形成する工程；
該材料に樹脂を導入する工程；
該樹脂導入工程の前、間および後からなる群から選択される１つ以上の時点で、該強化材料のある密封囲壁内を真空にする工程；および
該可撓性不浸透性シートおよび該強化材料に液体圧力を加える工程であって、該可撓性不浸透性シートの、該強化材料がある側とは反対の側で、該可撓性不浸透性シートと接触する液体を提供し、レザバの液体圧力を高さｈ ｒ の関数として樹脂圧力と同じにし、ここで、該液体圧力が、ρ ｒ ｇｈ ｒ の関数として変動し、ここで、ρ ｒ は樹脂の密度であり、そしてｇは重力加速度である、工程、を包含し、
ここで、該樹脂圧力が、ρ ｒ ｇｈ ｒ の関数として変動し、ここで、ρ ｒ は該樹脂の密度であり、ｇは重力加速度であり、そしてｈ ｒ は該樹脂の高さである、方法。 - 前記可撓性不浸透性シートが、バッグであり、それにより、前記設置工程および密封工程が、該バッグを前記強化材料上に置く工程および該バッグで該鋳型を前記密封囲壁を形成するように密封する工程を包含し、ここで、前記圧力を加える工程が、前記液体を該強化材料とは反対の側で該バッグと接触して提供する工程を包含する、請求項１に記載の方法。
- 前記樹脂導入工程の間に、前記樹脂が真空下で導入されることがある、請求項１および２のいずれか１項に記載の方法。
- 前記樹脂導入工程が、前記樹脂を前記材料中にポンプ輸送する工程を包含する、請求項１および２のいずれか１項に記載の方法。
- 前記圧力を加える工程が、さらに、前記鋳型に蓋を設置して前記密封囲壁を含むチャンバを密封する工程および該チャンバへのラインを有する圧力制御装置で該チャンバ内の圧力を制御する工程を包含する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
- 前記不浸透性シート、鋳型および強化材料が、空洞を形成し、ここで、前記圧力制御工程が、該空洞を前記液体で満たして該液体を前記不浸透性シートと接触して設置する工程を包含する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
- 不浸透性シートに対する正味の圧力が、前記空洞の垂直方向の高さに対して一定である、請求項６に記載の方法。
- 前記不浸透性シート、前記鋳型および前記強化材料により形成される前記空洞の垂直方向の高さが、６．１０メートルより高い、請求項６または７のいずれか１項に記載の方法。
- 前記不浸透性シート、前記鋳型および前記強化材料により形成される前記空洞の垂直方向の高さが、９．１４メートルに等しいかそれより高い、請求項８に記載の方法。
- 前記圧力を加える工程が、前記空洞に液体を供給する供給ラインを通じ、かつ該空洞から流体制御装置に液体を戻す戻りライン通じて液体の移動を制御する工程を包含する、請求項６〜９のいずれか１項に記載の方法。
- 前記樹脂導入工程が、樹脂源から樹脂を供給する工程を包含し、該樹脂源が、前記空洞内の前記液体の最高点より低く位置されている、請求項６〜１０のいずれか１項に記載の方法。
- 前記圧力を加える工程が、前記液体を、前記密封囲壁の周りの空間に流す工程を包含する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
- 前記可撓性不浸透性シートが、第一バッグであり、ここで、前記空間が、該第一バッグと該第一バッグの上方に設置された第二バッグとの間の空間である、請求項１２に記載の方法。
- 織り目層が、前記空間内に位置付けられ、液体が該空間を通って流れるにつれて該液体が通過するチャンネルを形成する、請求項１２または１３のいずれか１項に記載の方法。
- 前記圧力を加える工程が、前記鋳型、前記シートおよび樹脂を、前記液体で満たした容器内に設置する工程を包含する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
- 前記シートと前記材料との間に織り目層を設置して樹脂にチャンネルを提供し、前記樹脂導入工程中に流れるようにする工程をさらに包含する、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
- 前記液体の比重が、前記樹脂の比重と同じである、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法。
- 前記液体が、水である、請求項１７に記載の方法。
- 前記不浸透性シートと接触する液体の温度を制御する工程をさらに包含する、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の方法。
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