JP5252433B2 - バルク樹脂注入システム装置および方法 - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は一般に樹脂注入デバイスに関する。特に、本発明は真空補助樹脂注入デバイスに関する。

発明の背景
例えば、複合材のようなラミネート材料は、多様な製品において構造の剛性を増大させるために広く利用されている。例えば、複合材は一般に、機体、機体の構造部品、翼、翼桁などを構築する航空機製造産業で利用される。高い強度および剛性ならびに低重量が極めて重要な最も進んだ航空機の一部においては、複合材は外表面または外板と同様に機体の大部分を占めるであろう。典型的に、これらの複合材は型の上に配置された複数の層から構築される。これらの層はしばしば、部分（ｐａｒｔｉａｌ）プライまたは全（ｆｕｌｌ）プライと呼ばれる。それぞれのプライは、一方向性繊維材料、織物に織られた繊維、編物、またはその他の多様な形態にあり得る。一方向性繊維材料のプライは、しばしばいくつかの方向、または０°、９０°、±４５°などのようなストランド配向に配置される。繊維は任意の、多数の天然および／またはガラス繊維、カーボン、Ｋｅｖｌａｒ（登録商標）などの「人工」材料から作ることができる。

「ドライレイアップ」において、補強材料のプライは型またはマンドレルに配置され、次にエポキシのような樹脂を染み込ませる。レイアップ中に過剰なエポキシが存在する場合、プライは厚さが拡大し、強度は加わらずにレイアップに重さを加えることになるエポキシの層またはポケットを形成するであろう。しかしながら、プライに十分にエポキシが染み込んでいない場合、内部および／または外部空隙またはドライエリアが生じるであろう。通常の方法およびデバイスがこれらの問題を克服するために用いられているが、これら通常の解決策は十分に成功しているものではない。

したがって、ここに記載した欠点を少なくともある程度克服することができる、レイアップに樹脂を注入するためのシステム、装置および方法を提供することが望ましい。

発明の概要
先述の要求は、本発明により大きな程度まで満たされ、ここでは、一つの観点においては、いくつかの態様においてレイアップへの樹脂注入を容易にするシステム、装置および方法が提供される。

本発明の一つの態様はマンドレルに関し、プリフォーム受けゾーンと、プリフォーム受けゾーンに近接した樹脂受けゾーンとを含む。

本発明の他の態様は、マンドレルとバギングフィルムとを含む、レイアップに注入するためのデバイスに関する。マンドレルは、レイアップを受けるように実施され得る。マンドレルは、プリフォーム受けゾーンと、プリフォーム受けゾーンに近接した樹脂受けゾーンとを含む。バギングフィルムは、雰囲気からシールされ、かつプリフォーム受けゾーンと樹脂受けゾーンとを囲むエンベロープを作るように機能し得る。

本発明のさらに他の態様は、複合物品を製造するためのシステムに関する。システムは、プリフォームの層と、樹脂の供給と、マンドレルと、バギングフィルムとを含む。プリフォームの層は、複合物品に対応する。樹脂の供給は、プリフォームに注入するに足るものである。マンドレルは、プリフォームの層を受けるプリフォーム受けゾーンと樹脂の供給を受ける樹脂受けソゾーンとを含む。樹脂受けゾーンはプリフォーム受けゾーンに近接している。バギングフィルムは、雰囲気からシールされ、かつプリフォーム受けゾーンと樹脂受けゾーンとを囲むエンベロープを作るように機能し得る。

本発明のさらに他の態様は、液相の樹脂を繊維層に注入して物品を製造する装置に関する。装置は、一の量の樹脂を、繊維層に近接したマンドレルに配置するための手段を含む。前記量の樹脂は、繊維層に注入するに足るものである。装置はさらに、樹脂に対し一の量の圧縮力を発生させるための手段と、樹脂の粘性を減じる手段とを含む。粘性を減じられた樹脂は、樹脂の抵抗を超える圧縮力に応答して繊維層に注入される。

本発明のさらに他の態様は、液相の樹脂を繊維層に注入して物品を製造する装置に関する。装置は、一の量の樹脂を、繊維層に近接したマンドレルに配置するための手段を含む。前記量の樹脂は、繊維層に注入するに足るものである。装置はさらに、樹脂に対し一の量の圧縮力を発生させるための手段と、樹脂の粘性を減じる手段とを含む。粘性を減じられた樹脂は、樹脂の抵抗を超える圧縮力に応答して繊維層に注入される。
複合物品に対応するプリフォームの層と、
前記プリフォームに注入するに足る供給樹脂と、
マンドレルであって、
前記プリフォームの層を受けるプリフォーム受けゾーンと、
前記供給樹脂を受ける樹脂受けゾーンと
を含み、前記樹脂受けゾーンは前記プリフォーム受けゾーンに近接しているマンドレルと、
前記プリフォーム受けゾーンと前記樹脂受けゾーンとを囲むエンベロープを作るためのバギングフィルムと
を含む複合物品を製造するためのシステム。
前記マンドレルに対しバギングフィルムをシールするシーラント
をさらに含むシステム。
前記シーラントを受けるシールゾーン
をさらに含むシステム。
真空源と流体連通するための出口ポート
をさらに含むデバイス。
前記樹脂が前記出口ポートに引込まれる可能性を減じるためのチョークゾーン
をさらに含むデバイス。
前記樹脂の供給を加熱するヒーター
をさらに含み、前記樹脂の加熱は、初期には前記供給樹脂の粘性を減じ、さらなる加熱は前記供給樹脂の粘性を増大させるシステム。
前記ヒーターがオーブンであるシステム。
前記ヒーターがオートクレーブであるシステム。
前記ヒーターが前記マンドレルと熱的に接触している電気デバイスであるシステム。
前記バギングフィルムを横切って圧力差を生じさせる真空発生器をさらに含み、前記圧力差が、前記樹脂を前記プリフォーム中に推し進める圧縮力を提供するシステム。
液状樹脂を繊維層に注入して物品を製造するための装置であって、前記装置は、
前記繊維層に近接したマンドレル上に、一の量の樹脂を配置するための手段であって、前記量の樹脂は前記繊維層に注入するに足るものであるところの手段と、
一の量の圧縮力を前記樹脂上に発生させるための手段と、
樹脂の粘性を減じるための手段であって、前記粘性を減じられた樹脂を前記樹脂の粘性抵抗を超える前記圧縮力に応答して前記繊維層の中に注入させる手段と
を含む装置。
前記樹脂の粘性を減じるために前記樹脂を加熱する手段
をさらに含む装置。
前記物品を製造するために、前記注入された樹脂を硬化させる手段
をさらに含む装置。

かくして、ここでその詳細な説明がより良く理解されるために、および技術に対する本発明の貢献がより良く認識されるために、本発明の或る態様をむしろ広く概説した。もちろん、以下に記載するさらなる態様が存在し、それは添付された請求項の主題を形成するであろう。

この点において、本発明の少なくとも１つの態様を詳細に説明する前に、本発明は詳細な構成に対するその適用、および以下の記載で説明され、または図に示された構成要素の配置に対するその適用に限定されないことを理解すべきである。本発明は、記載された態様に加えて複数の態様が可能であり、種々の方法で実施され、実行されることができる。また、要約と同様に、ここで用いた用語法や専門用語は、記述の目的のためであって、限定とみなすべきではないことを理解すべきである。

従って、この開示が基にしている概念は、本発明のいくつかの目的を実行するためのその他の構成、方法およびシステムの設計のための基礎として容易に利用されるであろうことを、当業者は理解するであろう。それ故に、本発明の意図および範囲から離れない限りにおいて、請求項はこのような均等の構成を含むものとみなされることは重要である。

好ましい態様の詳細な説明
本発明は、真空補助バルク樹脂注入（ＢＲＩ）システム、デバイス、および方法を提供する。いくつかの態様において、ＢＲＩシステムはレイアップを保持するための型またはマンドレルを含む。レイアップは、少なくとも１つのプリフォームのプライ、分離フィルム、および注入媒体を含む。ＢＲＩシステムは、雰囲気からシールされた膜、またはレイアップを包む実質的にガス不透過性の膜を含む。膜を横切る圧力差に応答して、圧縮力がレイアップに及ぼされる。このプロセスは、典型的に「真空バギング」と呼ばれる。しかしながら、エンベロープの外部の雰囲気圧力の上昇も利用されるであろう。ここで用いる用語「バルク樹脂注入」は、樹脂が、通常のシステムよりも相対的に大きな流量でプリフォームに注入されるために使用されることを言う。１つの態様において、このより大きな流量は、樹脂をプリフォームに近接して、かつエンベロープ内に配置することによって達成することができる。この方法は、樹脂を保持チャンバーからプリフォームに運ぶために利用されるあらゆる配管システムを減らすか、または除き、かつ比較的高い粘性の樹脂に使用することができる。ある種の高い粘性の樹脂は、例えば航空宇宙産業、レーシング等の比較的高度な技術用途に有利であり得る材料特性を示す。

さらに、本発明の態様は、繊維に対する樹脂の体積比率を最適化するように構成される。より具体的には、図６および７に示すように、本発明の態様は、およそ４５％ないしおよそ６５％の繊維体積分率（ｆｉｂｅｒ ｖｏｌｕｍｅ ｆｒａｃｔｉｏｎ ｐｅｒｃｅｎｔ）を達成するように構成される。

本発明の、種々の態様の利点は、（１）相対的により粘性のある樹脂配合の使用を容易にし、かつ樹脂フィルム注入加工に通常適用されるものを含み、（２）注入システムの複雑さを減じることを含む。

本発明は、ここで図を参照して記載され、全体を通じて同じ参照番号は同じ部分を参照する。図１に示すように、真空補助バルク樹脂注入（ＢＲＩ）システム１０は、プリフォーム１４に樹脂１６を注入するためのＢＲＩデバイス１２を含む。プリフォーム１４は、任意の適当な繊維か、さもなくば多孔質の補強媒体、例えば任意の多数の天然および／またはガラス繊維、カーボン、Ｋｅｖｌａｒ（登録商標）などのような「人工」材料を含む。樹脂１６をプリフォーム１４に注入するために、エンベロープ２０の内部がエンベロープ２０の外部よりも相対的に低い圧力となるように、エンベロープ２０を横切って圧力差を発生させる。例えば、エンベロープ２０と流体連通している真空発生器２２は、エンベロープ２０から空気および／またはガスの一部を除去するように構成することができる。このようにして、雰囲気空気圧がエンベロープ２０に力を及ぼすであろう。種々の態様によれば、樹脂１６は、高められた温度および／または圧力に供されることに応答して硬化する熱硬化型の樹脂である。この点において、ＢＲＩデバイス１２は、ヒーター２６によって加熱２４することができる。１つの具体例において、樹脂１６は、硬化される前は、室温では実質的に固体またはパテ状である。予め決定された温度まで、および／または予め決定された時間の加熱に応答して、樹脂１６の粘性は、初期には、樹脂１６がプリフォーム１４中に流入されるか、または注入されるように機能し得るように、減少される。さらに温度を高めることおよび／または延びた硬化時間に応答して、樹脂１６の粘性は増大し、かつ樹脂１６は本質的に不可逆な化学重合反応により固化する。

他の態様において、樹脂１６は熱可塑性樹脂を含んでもよい。一般に、熱可塑性樹脂の粘性は、通常の注入システムに使用するにはあまりにも大きい。いくつかの例において、熱可塑性樹脂がＢＲＩシステム１０での使用に好適であることは、本発明の実施態様の利点である。より具体的には、ＢＲＩシステム１０は、熱可塑性樹脂を「Ｃ-チャネル」またはその他の比較的長く、細い物品に注入するために利用することができる。

種々の態様において、ヒーター２６は樹脂１６の温度を上昇させるか、さもなくば樹脂１６に熱エネルギーを与えるように構成される。ヒーター２６は、例えば発熱体、電気ブランケットまたはその他の電気デバイス、赤外（ＩＲ）ヒーター、オーブン、オートクレーブなどのようないずれかの好適な加熱デバイスを含んでいてもよい。１つの具体例において、ヒーター２６は、ＢＲＩデバイス１２を収容するために十分大きい内部体積を持ったオーブンである。他の例において、ヒーター２６は、ＢＲＩデバイスを収容するために十分な体積を持った圧力チャンバーであり、かつ圧力チャンバー内の温度および／または周囲圧力を上昇させるように機能し得るオートクレーブである。加熱に続き、ＢＲＩデバイス１２はヒーター２６から除去２８されるか、さもなくば冷却され得る。

注入およびいずれかの硬化手順の結果、複合物品３０が生成する。複合物品３０は、例えば「Ｃ-チャネル」およびその他の構造部材、翼桁、胴体フレーム、パネルなどのいずれも適当な物品または部品を含む。

図２は、ＢＲＩシステム１０での使用に適当なＢＲＩデバイス１２の分解断面図である。図２に示すように、ＢＲＩデバイス１２は、プリフォーム１４、樹脂１６およびマンドレル１８を含む。さらに、ＢＲＩデバイス１２は、分離フィルム３２Ａおよび３２Ｂ、注入媒体３４、当て板３６、バギングフィルム３８、シーラント４０、真空ポート４２、および出口給排気管４４を含む。

分離フィルム３２Ａおよび３２Ｂは、ＢＲＩデバイス１２のその他種々の構成要素に対する硬化物品３０の粘着を減じることができるいずれかの適当な剥離フィルムまたはピールプライを含む。一般に、適当な分離フィルムは、感知できるほどに樹脂１６に粘着しないものを含む。さらに、適当な分離フィルムは、その両側での液相樹脂の流れを容易にする。１つの具体例において、分離フィルム３２Ａおよび３２Ｂは、Ａｒｍａｌｏｎ（登録商標）のような、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）で被覆されたガラス繊維織布層である。図２に示すように、分離フィルム３２Ａは、プリフォーム１４の少なくとも一部を覆うように配置される。１つの具体的例において、分離フィルム３２Ａは、樹脂１６をプリフォーム１４を通して流すために出口吸排気管４４の比較的近くにあるプリフォーム１４の端から「後退」される。また、図２に示すように、分離フィルム３２Ｂは、出口吸排気管４４の少なくともいくらかの部分を覆うように配置され、かつプリフォーム１４の下に僅かに延びてもよい。

注入媒体３４は、プリフォームの一方の側と相対的な位置からのプリフォーム１４中への樹脂１６の流れを容易にする。この点で、注入媒体３４は比較的粗く織られた層、または不織層を含む。

任意で表面特性の変更を容易にするために当て板３６が含まれてもよい。存在する場合は、当て板３６は、プリフォームの上表面に向けて延ばされた（ｄｒａｗｎ）下表面を持った比較的硬質の、または剛直な材料を含んでもよい。このようにして、プリフォームの上表面を、当て板３６の下表面に本質的に対応するように変更することができる。当て板３６はその剛直性によって、注入の間に、注入媒体３４およびプリフォーム上の圧力を均しくして、注入媒体３４およびプリフォームにおける局在化したあらゆる皺または波打ちを防ぐことができる。これらの局在化した異常は、単数または複数の別個の箇所で、エンベロープ２０内の圧力がエンベロープ２０の外の圧力と釣り合う場合に生じ得る。当て板３６に加えて、またはそれに代えて、剛直な棒材４５を、プリフォーム３４の長さ方向に配置することができる（長さは、図２が描かれている頁を貫通する寸法である）。棒材４５は、注入媒体３４の上に、かつ樹脂１６とプリフォーム１４との間に配置される。棒材４５の剛性は、プリフォーム１４への樹脂１６の流れを計測し（ｍｅｔｅｒｓ）、プリフォーム１４上の、正味の圧縮圧力の局在的な損失を防ぐ。図８に示すように、計測装置（ｍｅｔｅｒｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）のその他の形態は、非多孔質フィルム４７および注入媒体３４の上に途中までバルク樹脂１６を配置し、次にバルク樹脂１６の周りにフィルム４７を形成し、粘着テープ４９を用いてフィルム４７を固定することである。

バギングフィルム３８は、実質的に雰囲気からシールされた薄膜、または圧力差を生じ易くするために本質的にガス不透過性の薄膜である。すなわち、マンドレル１８をシールする場合、バギングフィルム３８は、樹脂１６、プリフォーム１４、およびＢＲＩデバイス１２の種々のその他の構成要素を囲むエンベロープ２０を形成し、十分に大きな程度にそこから空気および／またはガスが通り抜けるのを防ぐ。一般に、バギングフィルム３８はいずれかの適当な不透過性の膜、層、またはバリアーを含む。バギングフィルムが作られるであろう適当な材料は、プラスチック、ゴム、樹脂などを含み得る。エンベロープ２０から引き抜かれる空気および／またはガスは、エンベロープ２０の内容物に圧縮力を及ぼす圧力差を生じる。

シーラント４０は、実質的に雰囲気からシールされる膜、またはバギングフィルム３８とマンドレル１８との間の実質的にガス不透過性のシールの生成を容易にする。種々の態様において、シーラント４０はいずれかの適当なシール材料および／または方法を含む。適当なシール材料および／または方法の例は、粘着性の（ｓｔｉｃｋｙ），べとついた（ｔａｃｋｙ）およびその他のそのような接着テープまたはコード類、ヒートシール、エラストマーシールなどを含む。他の実施態様において、シーラント４０は任意であって、除外してもよい。例えば、真空フィルム３８は再利用可能な自己シール性のバッグ、またはＢＲＩデバイス１２が中に入るようなその他のそのようなエンベロープを含んでいてもよい。

真空ポート４２は、ＢＲＩデバイス１２から雰囲気のいくらかまたはその全ての除去を容易にする。例えば、真空ポート４２は真空発生器２２と流体結合することができる。このように、空気および／またはその他のガスは、真空発生器２２によってＢＲＩデバイス１２内から引き抜かれるであろう。

出口吸排気管４４は、真空ポート４２を介してガスが除去されるところの表面積を増大させることによって、ＢＲＩデバイス１２からの雰囲気の除去を容易にする。１つの具体例において、吸排気管４４は多孔質セラミック材料を含む。

樹脂が出口吸排気管４４に引込まれるあらゆる可能性を減じるために、プリフォーム１４をチョークゾーン４６から後退させる。このチョークゾーン４６は、注入プロセスを有効に遅延させ、それによって正味の量に近い樹脂１６でプリフォーム１４を充填することを可能にする。プリフォーム１４から出口吸排気管４４への空気および／またはガスの動きを容易にするために、分離フィルム３２Ｂまたは他のそのような多孔質剥離材料は、少なくともいくらかの程度プリフォーム１４の下から延び、かつ出口吸排気管４４の殆どまたは全てを覆うようにチョークゾーン４６を横切って配置される。注入媒体３４からの、およびプリフォーム１４への液相樹脂１６の引き抜き、引込みを容易にするために、ＢＲＩデバイス１２はデッドゾーン４８を含む。プリフォーム１４の端から適当な距離だけ注入媒体３４および分離フィルム３２Ａを後退させることによって、液相樹脂１６の流れの先端は、完全にまたは事実上に完全にプリフォームに充填された後に、チョークゾーン４６に押入れられる。このように、プリフォーム１４の完全な注入に先立ってチョークゾーン４６へ樹脂１６が動くことによって生じる注入の早期中断は、実質的に除かれる。

操作するためのＢＲＩデバイス１２を調製するために、図２に示した方法と同様にそれぞれＢＲＩデバイス１２の種々の構成要素が配置される。操作において、ＢＲＩデバイス１２は、プリフォーム１４、樹脂１６、および種々の層を囲むエンベロープ２０（図１を参照）を含む。ガスは、出口吸排気管４４を介してエンベロープ２０から引き抜かれ、減圧エリアがエンベロープ２０内に形成される。エンベロープ２０の外に存在する全ての雰囲気圧力は、バギングフィルム３８を、エンベロープ２０内の構成要素に対しプレスさせるように働く。弾性およびプリフォーム１４、注入媒体３４内のすきま空間は、この圧縮力に抗する傾向がある。樹脂１６の粘性の十分な減少、およびプリフォーム１４を横切るデルタ圧力により、樹脂１６は注入媒体３４に押入り、分離フィルム３２Ａを越え、プリフォーム１４に押入る。

図３は、図１によるＢＲＩシステム１０での使用に好適なマンドレル１８の断面図である。図３のマンドレル１８は、図２のマンドレル１８と類似であり、したがって図２に記載した略号については図３に再び記載されないであろう。図３に示すように、マンドレル１８は物品３０に対応するプリフォームゾーン５０を含む。より具体的には、物品３０は「Ｃ」チャネルであり、プリフォームゾーン５０は「Ｃ」チャネル形状に対応する雌型を含む。さらに、マンドレル１８は、プリフォーム１４の注入に先立って、および／またはその間に、樹脂１６の保持を容易にする陥凹部またはへこみを含んだ樹脂ゾーン５２を含む。

図４は、図１によるＢＲＩシステム１０での使用に好適なマンドレル１８の上面図である。図４のマンドレル１８は、図２および３のマンドレルと類似であり、したがって、簡略化のために図２および３に記載された部材については図４に再び記載されないであろう。図３に示すように、マンドレル１８は、物品３０に対応するプリフォームゾーン５０を含む。より具体的には、プリフォームゾーン５０は、物品３０の製造を容易にするために比較的長い。さらに、プリフォームゾーン５０と隣接する樹脂ゾーン５２は、樹脂１６のプリフォーム１４への注入を容易にするための同じような長さを含む。さらに、出口吸排気管４４は、任意でエンベロープ２０から空気および／またはガスの比較的均一な引抜きを容易にし、したがって、さらに、樹脂１６のプリフォーム１４を通る、およびそこに入る比較的均一な流れを容易にするためにプリフォームゾーン５０と同じような長さを含む。

図５は、物品３０を製造するためにプリフォーム１４に樹脂を注入する方法６０に含まれる工程を示す。方法６０の開始に先立って、物品３０が設計され、その複合製品の特性を指定する一連のコンピューターが読取り可能な命令が発っせられる。これらの命令は、マンドレル１８を作るために利用される。さらに、ＢＲＩシステム１０の種々の構成要素が集約され、注入プロセスのために提供される。以下の工程６２ないし８８はここで示すように行われる必要がなく、むしろいずれかの適当な順序で行ってもよい。この点で、ＢＲＩシステム１０に機能を伝えるのは構成要素の相対的な並びであり、配置の順序ではない。

工程６２にて、ＢＲＩシステム１０が調製される。例えば、マンドレル１８は注入プロセスのために、樹脂１６と接触することとなり得るいずれかの表面にリリースコート（ｒｅｌｅａｓｅ ｃｏａｔｉｎｇ）を適用することによって調製することができる。さらに、真空ラインは出口ポート４２および真空発生器２２と接続することができる。

工程６４にて、レイアップが配置される。一般に、レイアップの配置はプリフォーム１４およびその他種々の層を、指定されたマンドレル１８の表面の上、またはその中に配置することを含む。さらに、樹脂１６を工程６４またはその他の工程で配置することができる。より具体的には、工程６６ないし７８はレイアップ配置の間に行われる手順を記述する。

工程６６にて、プリフォーム１４が配置される。例えば、繊維材料の１つ以上のプライまたは層をプリフォームゾーンに配置する。プライは、織物状、一方向性、および／または不織の繊維材料を含み得る。繊維の材料はガラス、カーボン、Ｋｅｖｌａｒ（登録商標）、ポリマー、アラミド、および／またはその他そのような繊維を含み得る。さらに、プライは、マンドレル１８上への配置に先立って、またはその間に、織られるストリップ自体を含んでいてもよい。

工程６８にて、分離フィルム３２が配置される。例えば、分離フィルム３２をプリフォーム１４上、かつ出口吸排気管４４の少なくとも一部の上に配列する。分離フィルム３２は、さらに、樹脂ゾーンのいくらかの部分および／またはプリフォームゾーン５０と樹脂ゾーン５２との間に介在するマンドレル１８のいくらかの部分の上に配置されてもよい。

工程７０にて、注入媒体３４が配置される。例えば、注入媒体３４はプリフォーム１４のいくらかの部分を覆うように配置することができる。１つの具体例において、デッドゾーン４８は、注入媒体３４に覆われていないプリフォーム１４の比較的狭い部分を残すことによって作られる。このようにして、注入媒体３４を通る樹脂１６の流れはプリフォーム１４に導かれるであろう。注入媒体３４はさらにいくらかの部分上に、または樹脂ゾーン５２に隣接して配置されてもよい。このようにして、注入媒体３４は、樹脂ゾーン５２から、プリフォーム１４を通って、出口吸排気管４４に向かう樹脂１６の輸送を容易にするであろう。

工程７２にて、樹脂１６が配置される。例えば、樹脂１６を樹脂ゾーン５２に配置する。プリフォーム１４に近接した樹脂１６の配置が、通常の真空バギングシステムでの使用のためにはあまりに粘性が高いものを含む、広範囲の樹脂の使用を容易にすることは、本発明の種々の実施態様の利点である。プリフォーム１４の下、上および／またはその内部に配置するのではなく、プリフォーム１４に近接して樹脂を配置することにより、樹脂１６の溶融がプリフォーム１４の再配列および／または皺をもたらさないことは、種々の実施態様のその他の利点である。

工程７４にて、当て板３６が任意で配置される。用いる場合は、当て板３６は相対的にプリフォーム１４の上に配置され、表面の凹凸を減じる傾向がある。他の例においては、当板３６は明らかには表面の凹凸を減じないので、除外されてもよい。

工程７６にて、シーラント４０が配置される。例えば、粘着性、べとついた、または接着性のリボンまたはコード状の材料をマンドレル１８の外周辺に配列されてもよい。

工程７８にて、バギングフィルム３８が配置される。例えば、バギングフィルム３８はシーラント４０に及ぶまで、またはそれを超えて配置されてもよい。

工程８０にて、シールが形成される。例えば、バギングフィルムに適当な力が及ぼされ、バギングフィルム３８とシーラント４０との間、および／またはシーラント４０とマンドレル１８のシーラントゾーン５４との間にシールを形成する。

工程８２にて、レイアップが注入される。一般に、注入は、バギングフィルム３８によって及ぼされる圧力がレイアップの種々の層を通って流れることに対する樹脂１６の抵抗に打ち勝つことに応答して起こる。より具体的には、注入は以下の工程に応答して起こる。

工程８４にて、圧力差が発生する。例えば、エンベロープ２０内の空気および／またはガスのいくらかの部分を除去する、および／またはエンベロープ２０の外部の周囲圧力を増大させることができる。より具体的には、真空ポート４２と流体連通している真空発生器２２は、エンベロープ２０内の空気および／またはガスのいくらかの部分を除去するために利用することができる。種々の態様において、出口吸排気管４４は、空気および／またはガスの除去のために高度に増大した表面積および／または延ばされた導管を提供する。さらに、ＢＲＩデバイス１２は、任意で、例えば周囲圧力の増大を容易にするオートクレーブのような圧力容器内に配置される。この点で、ヒーター２６は、樹脂１６を加熱し、かつ増大した雰囲気圧を提供するためのオートクレーブを含んでいてもよい。

工程８６にて、樹脂１６が液化される。例えば、十分な加熱が樹脂１６に適用され、樹脂１６の粘性を減じる。種々の態様において、例えばＢＲＩデバイス１２を、発熱体などを活性化させるヒーター２６の中に配置２４することによって樹脂１６および／またはＢＲＩデバイス１２に熱を適用することができる。存在する場合は、発熱体は、マンドレル１８のいくらかの部分の内または下に配列される抵抗発熱体、樹脂１６および／またはマンドレル１８のいくらかの部分に向けられる赤外ヒーターなどを含んでいてもよい。その他の実施態様においては、樹脂１６は加熱を省いてもよいほど十分に液状である。例えば、液状樹脂は、図３に示した樹脂ゾーン５２のようなボウル（ｂｏｗｌ）またはトラフ（ｔｒｏｕｇｈ）形状の樹脂ゾーンに注ぐことができる。

工程８８にて、物品３０が硬化される。種々の樹脂配合は、化学硬化または重合のために種々の方法を用いる。例えば、サーモ樹脂（ｔｈｅｒｍｏｒｅｓｉｎ）または熱硬化性樹脂として広く分類される一群の樹脂は、加熱によって重合される。この点で、十分な加熱および／または圧力を、注入された樹脂１６に適用して、樹脂１６の化学反応または重合を容易にする。その他の例において、樹脂１６は、硬化剤または触媒の添加によって重合されてもよい。一旦触媒と混合されると、樹脂は十分な時があれば重合するであろう。したがって、その他の例において、重合を容易にするために十分な時間が生じるようにされる。

方法６０によると、物品３０はＢＲＩデバイス１２から除去され、レイアップから分離される。任意で、物品３０が仕上げられるであろう。仕上げは、研磨、磨き、ミリング（ｍｉｌｌｉｎｇ）、洗浄などを含んでもよい。

本発明の多くの特徴および利点は、明細書の詳述から明らかであり、それは添付の請求項によって意図され、本発明の真の精神および範囲内にあるこのようなすべての本発明の特徴および利点をカバーする。さらに、多くの変更や変化が当業者によって容易になされるので、図示され、記載されたままの構成および操作に限定されることは望まれず、したがって、全ての適切な変形および均等物が、本発明の範囲内で使われてもよい。

図１は、本発明の実施態様によるバルク樹脂注入システムのブロック図である。 図２は、図１によるバルク樹脂注入システムでの使用に好適なバルク樹脂注入デバイスの分解組立図である。 図３は、図１によるバルク樹脂注入システムでの使用に好適なマンドレルの断面図である。 図４は、図１によるＢＲＩシステム１０での使用に好適なマンドレル１８の上面図である。 図５は、方法またはプロセスの実施態様のとおりになされるであろう工程を示すフローチャートである。 図６は、本発明の実施態様によるラミネート重量（縦座標）の変化に関係する繊維体積分率（横座標）のグラフの例である。 図７は、本発明の実施態様による部材重量の増加および減少百分率ならびに負荷重量（縦座標）に関係する繊維体積分率（横座標）のグラフの例である。 図８は、図１によるバルク樹脂注入システムでの使用に好適な樹脂計量デバイスの詳細図である。

Claims (12)

1. マンドレル（１８）であって、
   プリフォーム受けゾーン（５０）と、
   前記プリフォーム受けゾーン（５０）に近接した樹脂受けゾーン（５２）と、
   を含み、
   前記プリフォーム受けゾーン（５０）は、マンドレル表面内に窪みとして形成され、
   前記樹脂受けゾーン（５２）も、前記マンドレル表面内に窪みとして形成された、
   マンドレル。
2. シーラント（４０）を受けるシールゾーン（５４）をさらに含む請求項１に記載のマンドレル。
3. 真空源（２２）と流体連通するための出口ポート（４２）をさらに含む請求項１または２に記載のマンドレル。
4. 前記樹脂が前記出口ポート（４２）に引込まれる可能性を減じるためのチョークゾーン（４６）をさらに含む請求項３に記載のマンドレル。
5. レイアップを注入するためのデバイスであって、
   前記レイアップを受ける、請求項１に記載のマンドレル（１８）、及び
   前記プリフォーム受けゾーン（５０）と前記樹脂受けゾーン（５２）とを囲むエンベロープ（２０）を作るためのバギングフィルム（３８）、
   を含むレイアップを注入するためのデバイス。
6. 前記マンドレル（１８）に対して前記バギングフィルム（３８）をシールするシーラント（４０）をさらに含む請求項５に記載のデバイス。
7. 前記シーラント（４０）を受けるシールゾーン（５４）をさらに含む請求項６に記載のデバイス。
8. 真空源（２２）と流体連通するための出口ポート（４２）をさらに含む請求項５から７のいずれか一項に記載のデバイス。
9. 前記樹脂が前記出口ポート（４２）に引込まれる可能性を減じるためのチョークゾーン（４６）をさらに含む請求項８に記載のデバイス。
10. 物品を製造するために繊維層（１４）に液状樹脂を注入する方法であって、
    前記繊維層に近接したマンドレル（１８）上の樹脂受けゾーン（５２）に、前記繊維相（１４）に注入するに足る量の樹脂（１６）を配置し、前記樹脂受けゾーン（５２）は前記プリフォーム受けゾーン（５０）に近接しており、
    一の量の圧縮力を前記樹脂（１６）上に発生させ、
    前記樹脂（１６）の粘性を減じ、前記粘性を減じられた樹脂を、前記樹脂の抵抗を超える前記圧縮力に応答して前記繊維層（１４）中に注入する
    ことを含み、
    前記樹脂を配置するステップにおいて、
    前記プリフォーム受けゾーン（５０）は、マンドレル表面内に窪みとして形成し、
    前記樹脂受けゾーン（５２）も、前記マンドレル表面内に窪みとして形成する、
    方法。
11. 前記樹脂（１６）の粘性を減じるために前記樹脂（１６）を加熱する
    ことをさらに含む請求項１０に記載の方法。
12. 前記物品を製造するために、注入された前記樹脂を硬化させることをさらに含む請求項１０または１１に記載の方法。

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