JP6092238B2 - 樹脂注入によって複合材部品を製造するための圧力保持装置および関連する方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＲＴＭ（樹脂トランスファー成形）注入によって製造される複合材部品を製造するための圧力保持装置、およびＲＴＭ注入によって複合材料から部品を製造する方法に関する。

本発明は、航空技術の分野に特に適用できる。

ＲＴＭ法は、高い強度質量比を有する複合材料（繊維／樹脂）から部品を製造するための知られている方法である。ＲＴＭ法は、従来、次のベーシックな手順、すなわち、
−製織により繊維のプリフォームを準備すること、
−射出成形金型にプリフォームを配置すること、
−液体状態で樹脂を注入すること、
−注入された樹脂に保持圧力を加え、加熱によって部品を重合すること
を含む。

使用される樹脂は、たとえそれらが減圧圧力で注入されるとしても、プリフォームの異なる繊維の間に容易に入り込むように非常に流動性である。熱の影響の下で重合中に、注入された樹脂は、液体状態からゲル化状態に連続して変化して最後に固体状態になる。

特に重合中に樹脂の脱気に起因する、欠陥がなく多孔性のない良質の部品を確保するために、部品の完全な重合に至るまで保持圧力を維持することが必要である。

知られているＲＴＭ注入システムにおいては、加圧は、樹脂注入器によって確保される。したがって、樹脂が完全に固化してしまうまで、注入器を然るべき所に保持し、圧力を維持することが必要である。したがって、これらのＲＴＭ注入システムは、注入器の固定化時間が樹脂の重合のそれに結び付けられるので、高い生産速度で部品の製造ができない。したがって、生産手段の実施時間がかなり大きく、低減され得ない。

そのうえ、部品の完全な重合に至るまで注入装置を然るべき所に保持すると、注入装置の中でおよび注入装置と金型との間に配置されたチャネリングの中で樹脂が重合する危険が増大し、それにより注入装置の清掃が複雑になる。

最後に、加熱手段として加熱室を使用すると、注入装置と金型との間に形成されるチャネリングに含まれる樹脂は、金型に含まれる樹脂よりも前に重合される場合があり、その樹脂の厚さはより大きい。したがって、チャネリング内のこの固化により、もはや金型への保持圧力の伝達は確保されず、それにより、部品に多孔性が存在することになる。

仏国特許出願公開第１１５４６６２号明細書に説明されている圧力保持装置が開発されており、これにより、プリフォームの加圧が維持される段階中に注入器の中での樹脂の重合を回避することができる。本文献は、注入装置に組み入れられ、または、注入器の代わりに注入システムの加圧を確保するように特定モジュールにおいて装置の外側に配置される、可撓性膜を用いることを提案している。

しかしながら、この特許出願に提案された解決策は、注入装置と別個の特定の装置の製造、または圧力保持装置の一体化のために注入装置の改造を必要とする。そのうえ、提案された解決策は、その後の注入チャネリングネットワークを準備する時間を必要とし、それにより、提案された解決策はあまり経済的にならない。

仏国特許出願公開第１１５４６６２号明細書

これに基づいて、本発明は、ＲＴＭ注入によって複合材料から部品を製造するための圧力保持装置を提案することを目的とし、前記装置により、ＲＴＭ注入によって経済的かつ迅速に、多孔性のない複合材部品を製造することができる。

この目的を達成するために、本発明は、射出成形金型に接続される注入ネットワークを備える樹脂注入システムのための圧力保持装置であって、
−加圧ガスをチャネリングの中に注入するのに適応している加圧手段と、
−前記樹脂注入ネットワークに接続されるのに適応しており、前記チャネリングに接続されるのに適応している第１の接続手段と、
−前記注入システムの前記射出成形金型に接続されるのに適応している第２の接続手段と
を備え、
前記第１の接続手段が、圧力下で注入される前記ガスを受け入れるのに適応している圧力保持チャネリングによって前記第２の接続手段に接続されることを特徴とする圧力保持装置、を提案する。

本発明による装置により、注入器を介して樹脂注入システムに保持圧力を加えることはもはや必要ではない。したがって、注入器は、注入プロセスの末端から解放され、それにより、圧力保持段階中に前記注入器の中での樹脂の重合を回避することができる。また、注入器の実施時間が低減され、それにより、この種の注入器の生産速度を増加させることができる。

また、本発明による圧力保持装置は、個々に考慮され、または技術的に実行可能な任意の組み合わせで、下記の特徴のうちの１つまたは複数を有することができる。すなわち
−前記第１の接続手段および前記第２の接続手段は、前記圧力保持チャネリングの長手方向軸が垂直であるように配置され、
−前記圧力保持チャネリングの直径は、前記樹脂注入ネットワークのチャネリングの直径の少なくとも２倍の大きさであり、
−前記圧力保持装置は、圧力センサを備える。

また、本発明は、複合材料から部品を製造することができる樹脂注入システムであって、
−樹脂注入器と、
−織りプリフォームを受け入れることができるキャビティを備える射出成形金型と、
−樹脂注入器および前記射出成形金型を接続する樹脂入口チャネリングによって形成される樹脂注入ネットワーク、ならびに前記キャビティの中に注入される余分の樹脂を排出することができる樹脂出口チャネリングと、
−本発明による圧力保持装置と、
−前記注入システムに真空を作るための手段と
を備える樹脂注入システム、に関する。

本発明の特定の実施形態によれば、前記圧力保持装置は、前記射出成形金型の前記樹脂入口チャネリングまたは前記樹脂出口チャネリングに配置される。

本発明の特定の実施形態によれば、注入システムは、前記樹脂入口チャネリングに配置される第１の圧力保持装置と、前記樹脂出口チャネリングに配置される第２の圧力保持装置とを備える。

本発明の特定の実施形態によれば、前記圧力保持装置および／または前記樹脂入口チャネリングおよび／または前記樹脂出口チャネリングは、断熱されている。

また、本発明は、本発明による注入システムを使って実施されるＲＴＭによって樹脂を注入する方法であって、
−注入システムに真空を作ることができる前記手段を介して、前記射出成形金型の前記樹脂入口チャネリング、前記樹脂出口チャネリング、および前記キャビティによって少なくとも形成される前記樹脂注入ネットワークを真空下に配置するステップと、
−前記射出成形金型の内部に設定圧力に達するように前記注入器を使って注入ネットワークの中に液体状態で樹脂を注入するステップと、
−前記樹脂の重合に至るまで前記圧力保持装置を使って注入ネットワークに保持圧力を加えるステップと
を含むことを特徴とする方法、に関する。

本発明のさらなる特徴および利点は、例示として与えられ、決して限定するものではない、添付の図面を参照して与えられる下記の説明からより明らかになるであろう。

本発明による圧力保持装置を組み込んだＲＴＭ注入システムの実施形態を示す概略図である。 図１に示される本発明による圧力保持装置の実施形態の概略図である。

特に指示のない限り、同じ要素は、すべての図において同じ符号で示されている。

一般的に言えば、実線矢印は、注入システム１００の中の樹脂の移動の方向を示し、破線矢印は、ガスの循環の方向を示している。

図１は、本発明による２つの圧力保持装置１０ａおよび１０ｂを組み込んだＲＴＭ注入システム１００の実施形態を示す概略図である。

システム１００は、ＲＴＭ注入によって複合材料から部品を製造することができる従来の要素を備える。この目的を達成するために、システム１００は、
−樹脂注入器６０と、
−接合面２４で分離され、製造されるべき部品の形をしたキャビティ２３を備え、織りプリフォーム２５が挿入される、上側部分２１および下側部分２２によって形成される２つの部分の射出成形金型２０と、
−樹脂トラップ５０と、
−注入器６０を射出成形金型２０に接続する注入チャネリング６１と、
−射出成形金型２０を樹脂トラップ５０に接続する樹脂出口チャネリング６２と、
−注入システム１００に真空を作るための手段３１と、
−システム１００の異なるチャネリング６１、６２の開放または閉鎖を制御することができる開閉弁６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄと、
−樹脂を重合させるように加熱室またはホットプレス（図示せず）などの射出成形金型２０を加熱するための手段３０と
を備える。

したがって、ＲＴＭによって複合材料から部品を製造することは、従来、複数のその後のステップに分解され、次の通りである。すなわち、
−離型剤を使用することによって射出成形金型２０を準備するステップと、
−製織によって先に製造される繊維のプリフォーム２５を準備するステップと、
−射出成形金型２０のキャビティ２３に織りプリフォーム２５を配置するステップと、
−射出成形金型２０を閉鎖し、注入チャネリング６１および樹脂出口チャネリング６２を準備するステップと、
−加熱室またはホットプレスで射出成形金型２０を加熱するステップと、
−注入システム１００に真空を作ることができる手段３１によって、チャネリング６１、６２のネットワークならびに射出成形金型２０のキャビティ２３を真空下に配置するステップと、
−射出成形金型２０のキャビティ２３に向かって、かつ次いでキャビティ２３が充填されている場合には樹脂出口チャネリング６２に向かって、樹脂が注入チャネリング６１の中に移動するように、注入器６０を使って注入チャネリング６１の中に液体状態で樹脂を注入するステップであり、注入された樹脂の余分が樹脂トラップ５０に回収され、次いで織りプリフォームが樹脂で含浸されるステップと、
−織りプリフォーム２５の含浸を続け、部品の多孔性を低減するように、いったんキャビティ２３が充填されると樹脂の重合に至るまで注入された樹脂に保持圧力を加えるステップと、
−製造された部品を金型から取り外すステップと
である。

また、図１に示される注入システム１００は、射出成形金型２０のどちらの側にも配置される２つの圧力保持装置１０ａおよび１０ｂを備える。本発明による装置１０ａ、１０ｂにより、樹脂に保持圧力を加えることができ、これは、良質の部品を製造するのに必要である。

もう１つの実施形態（図示せず）によれば、注入システムは、射出成形金型２０の上流または下流に配置される本発明による単一の圧力保持装置を備えることができる。図１に示される実施形態によれば、圧力保持装置１０ａおよび１０ｂは、射出成形金型２０の上流の注入チャネリング６１、および射出成形金型２０の下流の樹脂出口チャネリング６２にそれぞれ配置される。

図１に示される実施形態によれば、圧力保持装置１０ａおよび１０ｂは、加熱室３０に配置されることが有利であり、射出成形金型２０に接近して配置されるが、装置１０ａおよび１０ｂはまた、加熱手段がホットプレスによって構成される場合には射出成形金型を加熱するための手段３０の外側に配置されることもできる。

圧力保持装置１０ａおよび１０ｂは、射出成形金型２０の入口および出口にできるだけ接近して配置されることが有利である。

また、圧力保持装置１０ａおよび１０ｂは、チャネリング６４を使って、加圧ガス（空気または中性ガスであることが有利である）をチャネリング６４の中に注入することができる手段に接続される。

本発明による圧力保持装置１０ａは、図２でより詳細に示されている。

圧力保持装置１０ａは、第１のＴ接続部１１および第２のＴ接続部１２によって形成され、２つのＴ接続部は、加圧されるのに適応しているチャネリング１３によって接続される。

装置１０の第１のＴ接続部１１は、注入器６０に接続される注入チャネリング６１の一部に、およびチャネリング６４を介して加圧ガスを注入することができる手段に接続される。

装置１０の第２のＴ接続部１２は、射出成形金型２０に接続される注入チャネリング６１の一部に接続され、射出成形金型２０において重合の開始を特に検出することができる圧力センサ１４を備える。

Ｔ接続部１１および１２は、２つのＴ接続部１１、１２を接続するチャネリング１３の長手方向軸が垂直に（すなわち、重力の方向に平行な軸に沿って）配置されるように、注入システム１００に配置されることが有利である。ガスをチャネリング６４の中に注入することができる手段によって注入ネットワーク（すなわち、注入チャネリング６１によって、装置１０ａ、１０ｂ、射出成形金型２０のキャビティ２３、および樹脂出口チャネリング６２によって形成されるアセンブリ）の加圧中に、加圧ガスは、Ｔ接続部１１の上側部分を経由して到達し、圧力をプリフォーム２５に伝達するようにチャネリング１３に含まれる樹脂を加圧する。結果として、チャネリング１３に含まれる樹脂は、射出成形金型２０に向かって加圧ガスによって垂直に押される。チャネリング１３の垂直部分により、複合材部品に多孔性を生じることになる樹脂を通る加圧ガスの移動を回避することができる。

チャネリング１３の体積は、樹脂の加圧を維持するステップ中に万一プリフォームの残余の充填の場合には、複合材部品に多孔性を生じることになるチャネリング１３が空になることを防止するようにプリフォーム２５の体積に適応している。

チャネリング１３の直径Ｄ１は、注入チャネリング６１（射出成形金型２０の中への樹脂入口）の直径Ｄ２の少なくとも２倍の大きさであることが有利である。

装置１０ｂは、上記で説明した装置１０ａと同一である。装置１０ｂは、上側Ｔ接続部が樹脂トラップ５０に接続される樹脂出口チャネリング６２の一部に接続されるという点、および下側Ｔ接続部１２が射出成形金型２０の出口に接続される注入チャネリング６２の一部に接続されるという点で装置１０ａと異なる。

図１に示される実施形態によれば、この場合、射出成形金型２０の中への樹脂の入口点および射出成形金型２０からの樹脂の出口点において、注入ネットワークの加圧により、重合が開始するまでプリフォームの最適化された加圧維持をもたらすことができる。この実施形態により、（射出成形金型２０の上流または下流の）注入ネットワークの一部での重合の開始に起因する注入ネットワークの加圧維持のいかなる損失も回避することができる。

しかしながら、また、注入システム１００を加圧するように本発明による単一の圧力保持装置を使用することも考えられる。

Ｔ接続部１１、１２は、チャネリング６１、６２、６４を迅速に接続し、切り離すことができる手段を備えることが有利である。

本発明による圧力保持装置を使用すると、上記で説明した知られているＲＴＭ注入法のステップのうちのいくつかが変更される。

したがって、注入ネットワークの中に樹脂を注入するステップの終わりに、注入器による加圧維持期間が、プリフォーム２５の残余の充填を確保するように観察されなければならない。いったん注入器による加圧維持期間（これはキャビティ２３の、およびプリフォーム２５の体積に応じて変動する）が経過すると、ネットワークは、加圧チャネリング１３を介してネットワークの中へ加圧ガスを注入することによって加圧される。

注入ネットワークがチャネリング１３によって加圧されてしまうとすぐに、注入器６０は、弁６３ａ、６３ｂを閉鎖することによってネットワークから切り離されることができ、したがって、樹脂がまだ重合していないので容易に清掃され得る。したがって、第２の注入システムに樹脂を注入するのに同じ注入器を使用することができ、第１のシステムからの一部の重合がまだ不完全である間に、このことは第１の注入システムと同時に行われる。

樹脂の固化を遅らせるように、またできるだけ長く射出成形金型の中へ圧力を伝達することができるように、圧力保持装置１０および／または注入ネットワークのチャネリング６１、６２は、完全に断熱されている。

加熱室で加熱する場合には、これにより、圧力保持装置１０ａ、１０ｂにおいて、および温度の上昇中に射出成形金型に接続されるチャネリング６１、６２の一部において樹脂が重合することを回避できるようになっている。

プレスでの注入の場合には、これにより、装置１０においておよびチャネリング６１、６２において空気と接触すると同時に、冷却で樹脂が凝固しまたは厚くなることを回避することができる。

本発明の他の利点は特に次のようである。すなわち、
−本発明による圧力保持装置の迅速な実施、
−生産コストの低減、それにより、加圧機能を利用して試作部品を製作することができる。

Claims (8)

1. 射出成形金型（２０）に接続される注入ネットワークを備える樹脂注入システム（１００）のための圧力保持装置（１０ａ、１０ｂ）であって、
   加圧ガスをチャネリング（６４）の中に注入するのに適応している加圧手段と、
   前記樹脂注入ネットワークに接続されるのに適応しており、前記チャネリング（６４）に接続されるのに適応している第１の接続手段（１１）と、
   前記注入システム（１００）の前記射出成形金型（２０）に接続されるのに適応している第２の接続手段（１２）と
   を備え、
   前記第１の接続手段（１１）が、圧力下で注入される前記ガスを受け入れるのに適応している圧力保持チャネリング（１３）によって前記第２の接続手段（１２）に接続され、前記第１の接続手段（１１）および前記第２の接続手段（１２）が、前記圧力保持チャネリング（１３）の長手方向軸が垂直であるように配置されることを特徴とする、圧力保持装置（１０ａ、１０ｂ）。
2. 前記圧力保持チャネリング（１３）の直径（Ｄ１）が、前記樹脂注入ネットワークのチャネリング（６１、６２）の直径（Ｄ２）の少なくとも２倍の大きさであることを特徴とする、請求項１に記載の樹脂注入システム（１００）のための圧力保持装置（１０ａ、１０ｂ）。
3. 前記圧力保持装置（１０ａ、１０ｂ）が、圧力センサ（１４）を備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の樹脂注入システム（１００）のための圧力保持装置（１０ａ、１０ｂ）。
4. 複合材料から部品を製造することができる樹脂注入システム（１００）であって、
   樹脂注入器（６０）と、
   織りプリフォーム（２５）を受け入れることができるキャビティ（２３）を備える射出成形金型（２０）と、
   樹脂注入器（６０）および前記射出成形金型（２０）を接続する樹脂入口チャネリング（６１）によって形成される樹脂注入ネットワーク、ならびに前記キャビティ（２３）の中に注入される余分の樹脂を排出することができる樹脂出口チャネリング（６２）と、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の圧力保持装置（１０ａ、１０ｂ）と、
   前記注入システム（１００）に真空を作るための手段（３１）と
   を備える樹脂注入システム（１００）。
5. 前記圧力保持装置（１０ａ、１０ｂ）が、前記射出成形金型（２０）の前記樹脂入口チャネリング（６１）または前記樹脂出口チャネリング（６２）に配置されることを特徴とする、請求項４に記載の樹脂注入システム（１００）。
6. 前記注入システム（１００）が、前記樹脂入口チャネリング（６１）に配置される第１の圧力保持装置（１０ａ）と、前記樹脂出口チャネリング（６２）に配置される第２の圧力保持装置（１０ｂ）とを備えることを特徴とする、請求項４または請求項５のいずれかに記載の樹脂注入システム（１００）。
7. 前記圧力保持装置（１０ａ、１０ｂ）および／または前記樹脂入口チャネリング（６１）および／または前記樹脂出口チャネリング（６２）が、断熱されていることを特徴とする、請求項４に記載の樹脂注入システム（１００）。
8. 請求項４から７のいずれか一項に記載の注入システムを使って実施されるＲＴＭによって樹脂を注入する方法であって、
   注入システム（１００）に真空を作ることができる前記手段（３１）を介して、前記射出成形金型（２０）の前記樹脂入口チャネリング（６１）、前記樹脂出口チャネリング（６２）、および前記キャビティ（２３）によって少なくとも形成される前記樹脂注入ネットワークを真空下に配置するステップと、
   前記射出成形金型（２０）の内部に設定圧力に達するように前記注入器（６０）を使って注入ネットワークの中に液体状態で樹脂を注入するステップと、
   前記樹脂の重合に至るまで前記圧力保持装置（１０ａ、１０ｂ）を使って注入ネットワークに保持圧力を加えるステップと
   を含むことを特徴とする、方法。

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