JPH11501880A - Ｒｔｍ・法により大面積の構成エレメントを製作する装置並びに方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ＲＴＭ・法により繊維複合材料から大面積の構成エレメントを製作する方法において、形状安定的な型部分（４）と弾性変形可能な型部分（６）を備えた型（２）が設けられている。型（２）は樹脂混合物注入用の接続部及び減圧部材用の接続部を有している。型内には繊維織物（１２）が設置されている。樹脂混合物を注入するために及び減圧部材に接続するために、形状不変な型部分（４）とは反対側の繊維織物表面に接触する導路エレメントが設けられていて、該導路エレメントが、大きな長手方向拡がり及び広幅面状の支持面（２２）を備えていて、該支持面の上側に導路エレメントの長手方向に延びる中空室（２４）を備えていてかつ前記支持面（２２）内にほぼ導路エレメントの全長に亘って延びる狭幅なスリット（２６）を備えており、該スリットがその全長に亘って中空室（２４）に接続されている。導路エレメントが少なくとも一端で、弾性変形可能な型部分（６）と形状安定的な型部分（４）との縁部の間を介して案内されていてかつ樹脂供給手段もしくは減圧部材に接続されている。型（２）が５０hPa以下の内圧に排気される。

Description

【発明の詳細な説明】 ＲＴＭ・法により大面積の構成エレメントを製作する 装置並びに方法 本発明は、予め成形された繊維織物を挟持する協働する型部分を有する型内に 樹脂混合物を注入することによって繊維複合材料から大面積の構成エレメントを 製作する装置及び方法であって、前記型部分の一方の型部分が弾性変形可能に構 成されかつ他方の型部分が形状不変に構成されており、両型部分が縁部で真空密 に結合可能であり、前記型が樹脂混合物を注入する手段用の接続部及び大気圧以 下に型空間の内圧を低下させる減圧部材用の接続部を備えており、この場合、圧 力容器内で閉じられた型の全面に大気圧以上の外圧がかけられるようになってお り、前記型内に樹脂混合物が圧力をかけて注入されかつ硬化するまで、構成エレ メントの繊維容積含量を規定する差だけ型に作用する外圧よりも低い圧力に維持 される形式のものに関する。 このような形式の方法はＲＴＭ（レジン・トランスファー成形＝Resin Transf er Molding）法とも呼ばれる。 雑誌“Kunststoff”第５４巻（１９６４年）第１２号、第７９７頁乃至８０３ 頁、Horst Wurtinger 著論 文“大面積のグラスファイバー／プラスチック・構成 ”で記述の型においては、形状安定的な型部分内で、形状安定的な型部分の互い に向かい合う縁部に、樹脂混合物を注入する手段用の接続部及び減圧部材用の接 続部が配置されており、この場合、前記型部分の内側にはそれぞれ縦長の溝が配 置されていて、この溝には接続部が連通していてかつ前記溝は接続部の両側に向 けて樹脂を均一に横方向に分配するのに用いられる。従って、樹脂は溝を介して 接続部の両側に分配されて、溝に対して平行な移動フロントで繊維層を貫流する 。前記溝は表面に線状の突起として生じ、これは加工されねばならない。 雑誌“Kunststoff・Rundschau”第９号（１９７０年９月）、第４７５頁乃至 ４７９頁、Horst Wurtinger 著論文“射出成型法での大面積のグラスファイバ／ プ iger Glasfaser/Kunststoff・Teile im Injektionsverfahren”では、低圧の場 合でも樹脂の発泡を生ぜしめかつラミネートにおける著しい気泡形成を生ぜしめ るという理由で、型内で負圧をかけて作業するために下限値として２００トル（ ２７０ｈＰａに相当）の圧力がかけられる。 本発明の課題は冒頭に述べた形式の装置及び方法を 改良して、極めて大きな構成エレメント、例えば２５ｍ及びこれ以上までの大き な長手方向拡がり及び大きな繊維容積を有し、しかも内面にリブ状の突起を備え た、例えばストリンガ及びリブ支持体を備えた飛行機の翼外皮のような極めて大 きな構成エレメントを製作できるようにすることある。 前記課題は本発明の装置によれば、樹脂混合物を注入するために及び減圧部材 に接続するために、形状安定的な型部分とは反対側の繊維織物表面に接触する導 路エレメントが設けられており、この導路エレメントは、大きな長手方向拡がり 及び広幅面状の支持面を備えていて、この支持面の上側に導路エレメントの長手 方向に延びる中空室を備えていてかつ支持面内にほぼ導路エレメントの全長に亘 って延びる狭幅なスリットを備えており、このスリットが全長に亘って中空室に 接続されていることによって、解決された。 前記課題は本発明の方法によれば、樹脂混合物を形状安定的な型部分とは反対 側の繊維織物表面に、導路エレメントに設けられた長手方向に延びるスリットか らライン注型部を介して注入しかつ別の導路エレメントに設けられた長手方向に 延びるスリットを介して減圧部材に対する接続を生ぜしめることによって、解決 された。 有利な構成及び方法は、その他の請求項に記載されている。 本発明による装置及び方法の利点は、外表面を規定する形状安定的な型部分を 一方では樹脂混合物を注入する手段用の接続部及び他方では減圧部材用の接続部 を省いて構成でき、従って注型部を形成せずに済み、更に、弾性変形可能な型部 分もこのような接続部を省いて構成できるということある。導路エレメントは樹 脂混合物が硬化した後で狭幅なウェブを介して構成エレメントに結合され、この ウェブは、導路エレメントを取り外す場合に構成エレメントの表面の極めて近く で裂断される。 次に図示の実施例につき本発明を説明する。 第１図は、オートクレーブとこれの内部に取り付けられた型とを横断面図で図 示して本発明の方法の原理を示した図、第２図は、注入時間に関連して注入圧力 を示したダイヤグラム、第３図は、導路エレメントの横断面図、第４図は、単純 な外皮の横断面図、第５図は、主翼の平面図、第６図は、第５図ＶＩ−ＶＩ線に 沿った横断面図、第７図は、ストリンガとリブ支持体との交差点の等大図である 。 第１図で図示の型２は、形状不変の型部分４と弾性変形可能に構成された型部 分６とを有している。型部分４は、製作すべき構成エレメントの外表面の輪郭に 適合して成形された薄板から形成されていて、この薄板の形状不変性は、支持体 又は支え部材８によって得られかつ薄板は形状安定性を高めるためにリブを備え ることもできる。このような形状を安定させるのに役立つ手段は接着されるか又 は互いに付着結合される。それというのも、この手段は僅かな力を吸収すればよ いからである。前記型部分４の表面質は構成エレメントの表面質を規定する。 弾性変形可能な型部分６と形状不変の型部分４とは縁部において互いに真空密 に結合可能である。この場合図示のように型部分６は型部分４に上方及び下方か ら係合している。縁部領域ではシールは密封又は接着条片によって行われる。型 部分６は極めて簡単には、弾性的な型部分６の外周面に相応して裁断されたシー トであってよく、このシートは、型部分の表面で密封又は接着条片によってシー ルするとができる（例えば第４図で図示）。 飛行機構成エレメントの外皮のような大面積の構造物のために並びに自動車車 体エレメント用の大面積の構造物のために、通常外表面において高い表面質が要 求される。この場合前記外表面には通常著しい突起は設けられない。背面が突起 なしに形成されたとしても、弾性変形可能な型部分６としては適当な強度の平滑 なシートで十分である。 構成エレメント９の要求された強度特性に応じて設計された織物層は、繊維織 物（Fasergelegegarnitur）１２として予め製作できる。繊維織物１２は、形状 不変の型部分４に載置されかつ次いで変形可能な型部 分６によって覆われ、この型部分６の縁部は真空密に形状不変の型部分４に結合 される。 実施例では、間隔をおいて並んで位置する補強リブ１０を備えた構成エレメン ト９が図示されている。図示のリブ１０のような突起の領域又はリブの交差点の 領域では、弾性変形可能な型部分６はこのようなリブ１０又はリブ交差点の輪郭 に相応して形成された凹部を備えて成形できる。型部分６のこのような予め成形 された型エレメントは、別個に製作し、次いで互いに又はシート区分又は別の中 間エレメントを介して結合、例えば接着又は加硫することができる。このような 型エレメントの構成の詳細は第５図乃至第７図に関連して以下に詳述する。 図示のリブ１０のような突起を備えた構成エレメント９の場合有利には、繊維 織物１２は変形可能な型部分６に置くことができ、型部分６内には突起のために 予め成形された凹部が形成されている。リブ１０のために設けられる繊維織物部 分を対応する型凹部内に挿入することは、容易である。次いで繊維織物１２に型 部分４が載設される。 第１図で図示の型２には３つの縦長の導路エレメント３，５，７が配置されて いて、この場合、導路エレメント３，５は真空導路１４にかつ導路エレメント７ は注入導路１６に接続可能である。準備された型は圧力容器１８内に取り付けら れ、この圧力容器はその壁 部に、樹脂用の注入導路１６及び真空導路１４のための接続部又は通路を備えて いる。真空導路１４を介して型部分４，６間の型空間が排気される。圧力容器１ ８内に閉じられた型を取り付ける前に行われる型の排気、場合によっては部分排 気によって、繊維織物１２及び型部分６は型部分４に固定的に接触する。 圧力容器１８内に型２を取り付けた後で圧力容器１８が閉じられ、型２内で５ ０hPaより小さい（有利には１０hPa乃至１hPa）最終真空、つまり技術的な真空 （technische Vakuum）に相応する最終真空が形成される。圧力室１９内では圧 力puが形成され、この圧力は０．３Ｍpa乃至１．０ＭPa、有利にはほぼ０．６Ｍ Paであり、従って、pu＝０．６ＭPa＝６．０００hPa＝６バールは航空産業にお いて使用されるような大型オートクレーブの許容内圧に相応する。最終圧力に達 した後で、つまり型内室が完全に排気された後で、注入導路１６を介して圧力容 器内の外圧puよりも低い圧力piで、型２を完全に充填する反応性の樹脂混合物が 注入される。型にかけられる真空によって型は完全に排気されるので、樹脂注入 時に空気巣の発生が回避される。この場合真空導路１４は有利には、最終的に真 空導路に樹脂の流れフロントが達するように、取り付けられねばならない。 真空中では、真空が樹脂・硬化剤混合物に作用する流れフロントの自由表面に おいて硬化剤がガス状に流 出するが、このことは、樹脂流れ領域において過圧と真空領域との間のプロセス に起因するシャープな制限によってほぼ回避される。発生する僅かな量は真空導 路を介して排出されかつ洗い流される。 本発明の方法では注入圧力plは、外圧又は周囲圧力puよりも小さく維持される 。つまり pu>pl が該当する。 繊維容積含量（Faservolumengehalt）は、圧力差dp=pu-pi の関数である。繊 維容積含量ＶFと圧力差dpとの間の関連性は、繊維織物１２の剛さから簡単に検 出される。このために、繊維織物１２は平行な２枚の加圧プレートの間に挿入さ れる。加圧プレートが押し合わされひいては繊維織物１２が圧縮された場合には 、層の厚さは加圧力の関数として検出される。つまり dp=F/(Ad) （この場合、dp(Pa),力F(N)及びAd(m²)）が該当する。 更に、圧縮量Dd、織物層の数n、繊維材料の面積当り重量ＦF及び繊維の密度p から公式 ＶF=ＦF・n/(PF・ｄd) （この場合、ＦF(kg/m²)、PF(kg/m³)及びｄd(m)）に従って、構成エレメントの 繊維容積含量ＶFが検出される。 これにより、繊維容積含量ＶFは内圧piと外圧puとの間の圧力差の関数として 生ずる。 従って、繊維複合構成エレメントを製作するために、それぞれ所望の繊維容積 含量を考慮して、樹脂硬化が開始される際に制御されねばならない所要の圧力差 dpが検出される。 所要の圧力差dpは外圧とは無関係に維持される。これにより、外圧の増大によ り注入圧力plが増大せしめられる。構成部材充填時間は注入圧力plに関連してい る。この充填時間は、公式 （この場合、Ｖ：容積流、Ａ：貫流面積、Ｋ：滲透性、η：粘性、Δｐ：圧力差 及びΔＩ：間隔） から明らかなように、注入圧力が増大するほど短くなる。 繊維層の滲透性は圧力損失測定により規定される。 注入中の圧力経過は第２図ダイヤグラムで図示され、横軸には注入時間ｔ及び 縦軸には圧力ｐが記入されている。周囲圧力puはコンスタントでありかつ実線で 示されているのに対して、実際注入圧力は鎖線曲線で示されている。 型には外圧puがかけられる。時点ｔoから、つまり樹脂注入開始から時点ｔ1ま で、型２内の圧力は、外圧puよりも低い注入圧力ｐi1にまで上昇する。これによ って、外圧puに対する内圧ｐi1の圧力差dp1が得られる。圧力差dp1は、内圧ｐi1 が周囲圧力puに達しないように 、選ばれている。この場合、小さな圧力差dp1に基づき所定の周囲圧力puの場合 に注入される樹脂の流れ速度が速められひいては型が迅速に充填される。従って 、流れ速度を速めるような粘性ηの低い樹脂混合物と関連して、高反応性の樹脂 混合物を使用することができる。 時点ｔ2には構成エレメントは完全に樹脂に含浸される。この場合注入圧力は 、先の記述から明らかなように、所望の繊維容積含量ＶFに相応する値ｐi2に下 げられる。これにより拡大する圧力差dp2によって、注入された樹脂は硬化する 。 圧力ｐi2がコンスタントに維持される場合、所望の繊維容積含量は外圧puの増 大によっても調節される。 更に方法は、型を充填した後で、樹脂混合物がまだ流動状態にある間に圧力差 dp2を維持して注入圧力ｐiと同時に外圧ｐuを下げるようにして、実施すること もできる。 型２及び構成エレメント９の第１図で図示の実施例では、繊維織物１２を大量 生産する場合にリブ１０の繊維複合材料用の繊維条片が平らな繊維層に載置され かつ平らな繊維層にニードリング、縫合等により固定される。これに相応して、 繊維織物１２を形成するために、重ね合わされた多数の繊維層を大量生産するこ ともできる。 リブ領域における繊維補強部材は、弾性変形可能な 型部分６の適当に予め成形された区分内に挿入される。補助的に繊維条片を有す る例えば金属製のアングル条片１７を、型を安定させる付加的な型エレメントと して作用する凹部内に差し込むことができる。このようなアングル条片１７はル ーズに挿入されるが、弾性的な型部分６の運動に追従できるようにアングル条片 １７をこの型部分に固定的に結合することもできる。 ほぼ平らな構成エレメント又は大きな曲率半径を有する構成エレメントに引込 み部、例えば車体ドアにおいて沈めグリップが設けられる場合には、形状不変の 型部分４の表面にこのような凹部の対応手段（Negativ）が付着、例えば接着さ れる。適当な壁厚さは、対置する型部分６の弾性変形性に基づき自動的にその他 の領域の厚さに調節される。 ほぼアイソスタティックな負荷に基づき、弾性変形可能な型部分６によって構 成エレメント９の平滑な表面が形成される。 構成エレメント９の繊維織物１２は型２内に挿入する前に大量生産されかつ乾 燥して型内に置かれる。繊維織物１２は、型を閉鎖した後で、真空によって生ぜ しめられる外圧により所定の位置で型内に保持される。注入を開始する前に繊維 は完全な外圧puによって加圧圧縮されるので、繊維は型内に固定されかつ樹脂混 合物を注入する場合に速い注入速度の場合でも及び時間間隔to乃至t1中に当初繊 維層の浸透性が僅かな場合 でもひいては高い流過抵抗の場合でも、型２内で繊維変位が生ずることはない。 圧力差dp1の調節によって、流れ速度と十分な繊維固定との間の最適条件が得ら れる。 圧力容器１８としてオートクレーブを使用する場合、樹脂混合物は型２内で温 度作用によって加速されて硬化する。更に、樹脂混合物を予熱して注入しひいて は同時に流れ速度を共に規定する樹脂混合物の粘性及び硬化のために必要な継続 時間を減少することもできる。 当然、本発明による方法を三次元的な構成エレメント９の製作のために使用す ることもでき、この場合繊維は成形される有利には独立気泡の発泡材料コアに配 置される。 形状不変の型部分４は、記述のように薄板から形成される。複雑な構造の場合 、型部分は繊維補強されたプラスチックからも形成され、このプラスチックは例 えば構成エレメント（工作物）のパターンで型取りされる。 大面積の構成エレメント、特に大きな長手方向拡がりを有する構成エレメント の場合、形状安定的な型部分４は多数の単個部材からも構成され、この単個部材 は支持フレームに並べて固定される。この場合結合部はほぼ型２及び構成エレメ ントの９の重量によってのみ負荷され、それ故、簡単な接着結合で十分である。 この場合形状安定的な型部分４の突合わせ部は簡単には密封又は接着バンドによ ってシールされる。 一般に構成エレメント９の複雑な構造を成形する弾性変形可能な型部分６は、 高分子量エラストマ材料、有利には樹脂混合物によって湿潤不能の材料、例えば シリコンゴムから形成される。この場合、複雑な構造の領域、例えばリブ及びス トリンガー並びに特に突起の交差点は、特別な型エレメントとして製作されかつ この場合適当なエラストマから成る弾性的なプレート又は平らなシートに結合、 特にこれに加硫される。これによって、複雑な構造の構成エレメントの製作のた めにも弾性的な型部分６の安価な製作が可能である。 本発明の方法にとって重要なことは、第１図で図示の導路エレメント３，５， ７の構成にある。この導路エレメント３，５，７は互いに類似して構成されてい る。このような導路エレメント（本実施例及び以下において符号２０で示す）は 第３図で横断面図で図示されている。導路エレメント２０は広幅面状の支持面２ ２を有していて、この支持面の上側には、導路エレメントの長手方向に延びる中 空室２４が形成されていて、この中空室は、狭幅なスリット２６を介して支持面 ２２に接続されている。前記スリットは有利には１ｍｍサイズの幅ｂを有してい る。中空室２４の直径Ｄは８ｍｍ乃至１０ｍｍのサイズである。導路エレメント ２０の背部には支持面２２に対して僅かな上昇角αを 有する２つの肩２８が設けられている。両肩２８は中空室２４の上方で丸め成形 された区分３０に移行している。 導路エレメント２０は、弾性的な材料、有利にはシリコンゴムから形成される 。従って、導路エレメントは圧力pu下で繊維織物１２の表面に適合されかつ長手 方向でもねじられる。導路エレメントは横方向でもたわむことができる。中空室 ２４の横断面を得るために、中空室内には有利には中空室の壁部にルーズに接触 するら線線材３１が支持エレメントとして設けられていて、この支持エレメント は、導路エレメント２０を簡単に曲げることによって中空室２４内に挿入されひ いては中空室から取り出される。 導路エレメント２０は大きな長手方向拡がりを有しかつ少なくとも２つの導路 エレメント２０は、同じ方向に延びかつ互いにできるだけ均一な間隔もしくは長 さに亘って著しくは変化しない間隔を有するように、型２内に挿入される。この 限りにおいて導路エレメントは型の最大の長手方向拡がりの方向に延びる。 第４図ではこのような配置形式が概略的に図示されている。最大の長手方向拡 がりが図平面に対して垂直方向方向であると仮定される形状不変の型部分４には 、実施例では平らな繊維層として図示されている繊維織物１２が載置される。繊 維織物１２の縁部、つまり有利には最大の長手方向拡がりを有する縁部では繊維 織物１２にそれぞれ１つの導路エレメント２０が載置されていて、この導路エレ メントは支持面２２によって繊維織物１２の表面に接触している。繊維織物１２ 及び導路エレメント２０は、弾性的な型部分６によって覆われている。導路エレ メント２０は有利には一端で形状不変の型部分４と弾性的な型部分６との間を貫 通してこれら部分に対してシールされて外部に案内されている。 第４図による型の場合、右側の導路エレメント２０は真空を発生する減圧部材 （真空導路１４）に接続されているのに対して、左側の導路エレメントは注入導 路１６に接続されている。 型２内で技術的な真空を形成した後で樹脂は、圧力差dp1だけ外圧puより低い 圧力p1下で注入される。この場合樹脂は記入の矢印に従って繊維織物１２を介し て流れかつこの際型２内で支配する技術的な真空に基づき、空気封入を生ぜしめ ることなく、型２全体を充填する。型内室の真空に基づき、第１図で図示のリブ 状の突起（リブ１０）を形成するために設けられる繊維層も、導路エレメント２ ０のスリット２６とこれに対して間隔をおいて位置する繊維織物縁部との間に位 置する繊維織物領域と同様に、問題なく含浸される。 互いに平行に又は同じ方向に延びる導路エレメントの数はその都度の要求に応 じて決められる。従って例えば広幅な構成エレメント９の場合、真空に接続され た導路エレメントの右側に左側の導路エレメントと同じ間隔をおいて、注入導管 １６に接続される別の導路エレメントを設けることができる。導路エレメント間 で横方向流を保証するために、それぞれ注入導路１６と真空導路１４とを交互に 配置することが重要である。注入導路１６と真空導路１４との間隔は特に型の充 填時間を規定する。 第５図では主翼構造３２が翼長手方向に延びるストリンガー３４とこれに対し て横方向に位置するリブ支持体３６と共に図示されている。このような主翼構造 は大きな長さを有することができ、この場合５０ｍまでの長さが可能である。こ のような主翼構造のサイズはほぼ使用可能なオートクレーブのサイズによっての み制限される。 前記サイズの構成エレメントの長手方向拡がりのためにも、第３図に関連して 記述したような、つまり８ｍｍ乃至１０ｍｍの中空室直径の導路エレメント２０ で十分である。それというのも、中空室２４内の流れ抵抗は繊維織物１２の流れ 抵抗よりも著しく僅かでありひいては隣接する繊維層に対して横方向の流れ抵抗 よりも著しく僅かであるからである。従って、大きな長さの場合でも構成エレメ ントの全長に亘って樹脂の均一な注入が保証される。 第５図で図示の主翼構造の場合、翼プロフィルの奥行きが翼先端に向けて連続 的に減少する場合にストリ ンガーが翼構造拡がりに亘って第５図で図示されているように収斂する場合、ス トリンガー３４はほぼ均一な間隔もしくは僅かに変化する間隔をおいて設けられ ている。ストリンガー３４の間には交互に、例えば翼基部において型から案内さ れている真空導路１４と注入導路１６とが配置されている。極めて長い構成エレ メントの場合には両端部を、つまりこの場合導路エレメントの翼先端においても 型から案内しかつ樹脂供給源もしくは減圧部材に接続することもできる。 第６図では、第５図による翼構造を製作するための型の断面図（第５図ＶＩ− ＶＩ線に沿った断面図）が図示されている。主翼エレメントの外表面及び形状を 規定する形状安定的な型部分４には、トーションシェル（Torsionsschale）を成 す繊維層４０が設けられていて、この繊維層には、翼の長手方向に延びる単方向 繊維から成る繊維束３８が載置していて、この繊維束は、繊維層４０とは反対側 に位置する繊維束３８の表面に接触する繊維層カバー４２を介して一方向剛さと して主翼エレメントの構造内に剪断剛性的に結合されている。 弾性的な型部分６は予め成形された型エレメント４４から構成されていて、こ の型エレメントは、翼外皮の内表面、ストリンガー３４及びリブ支持体３６の面 を形成するように、成形されている。図面ではストリンガー３４の折り曲げられ た脚部３５の端面で始まっ て脚部３５の表面を越えて隣接するストリンガー３４における脚部３５の端面に までのびる構成が図示されている。 繊維層に面した面のほぼ中央で型エレメント４４は凹所４６を備えていて、こ の凹所は長手方向に延びかつ凹所によって横断面の適合する導路エレメントに上 方から係合している。型エレメント４４はそれぞれ縁部４８で真空密に互いに接 続されている。確実なシールを達成するために型エレメント４４を前記縁部でオ ーバーラップさせかつキー溝４９形式で互いに結合することができる（例えば中 央のストリンガーで図示）。この結合部は有利には、離型のために個々の型エレ メントを順次取り出すことができるようにするために、解離可能に構成されてい る。型エレメント４４を取り出した後で導路エレメントが取り出され、この場合 導路エレメントは曲げることによって構成エレメント９の表面から引き出され、 この際、硬化した樹脂は支持面２２におけるスリット２６の開口部の領域で折り 取られる。 第６図では、輪郭線によって個々の型エレメントにおける横壁５０が図示され ている。この横壁５０によってリブ支持体３６が形成される（第７図で概略的に 図示）。リブ支持体はそれぞれ、記述の型エレメントと一体に形成できる、隣接 する型エレメントに成形された２つの横壁５０の間に形成される。横壁の、繊維 層３８、４０、４２に面した表面には同様に導路エレメントの輪郭に適合する切 欠きが備えられているので、導路エレメントは前記横壁を介して案内することが できる。このようにして導路エレメントを取り外した後でリブ支持体を介した接 続部が得られる（例えばタンク領域で湿潤主翼が必要であるように）。付加的に ストリンガー３４の脚部に通路５２が設けられる。第６図で図示の導路エレメン トはそれぞれ交互に真空を発生する減圧部材（真空導路１４）及び樹脂用の注入 導路１６に接続されている。従って、樹脂流はストリンガーに対して横方向に流 れる。この場合、一方向剛さ（繊維束３８）の配置形式の場合に与えられるよう な厚さの大きい繊維層の場合にもストリンガー３４及び横壁５０を含めた完全な 含浸が保証される。 弾性的な型部分６において大きなシール長さを生ぜしめる前述の形式の多数の 型エレメントの場合には、極希に不気密性が生ずるという危険がある。この不気 密性に基づき構成エレメントを不良品にする外気が吸い込まれる。このことは、 弾性的な型部分６を弾性的にカバーすることによって及び弾性的な型部分６の表 面と付加的に設けられる弾性的なカバーの表面との間の中間室を排気することに よって回避される。空気案内のために中間室内には空気を案内する材料、例えば 繊維布又は繊維積層又は繊維材料から成る芯が設けられている。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年１１月２７日 【補正内容】 明細書 ＲＴＭ・法により大面積の構成エレメントを製作する 装置並びに方法 本発明は、予め成形された繊維織物を挟持する協働する型部分を有する型内に 樹脂混合物を注入することによって繊維複合材料から大面積の構成エレメントを 製作する装置及び方法であって、前記型部分の一方の型部分が弾性変形可能に構 成されかつ他方の型部分が形状不変に構成されており、両型部分が縁部で真空密 に結合可能であり、前記型が樹脂混合物を注入する手段用の接続部及び大気圧以 下に型空間の内圧を低下させる減圧部材用の接続部を備えており、この場合、圧 力容器内で閉じられた型の全面に大気圧以上の外圧がかけられるようになってお り、前記型内に樹脂混合物が圧力をかけて注入されかつ硬化するまで、構成エレ メントの繊維容積含量を規定する差だけ型に作用する外圧よりも低い圧力に維持 される形式のものに関する。 このような形式の方法は特別な修正されたＲＴＭ（レジン・トランスファー成 形＝Resin Transfer Molding）法である。 雑誌“Kunststoff”第５４巻（１９６４年）第１２号、第７９７頁乃至８０３ 頁、Horst Wurtinger 著論 文“大面積のグラスファイバー／プラスチック・構成 ”で記述の型においては、形状安定的な型部分内で、形状安定的な型部分の互い に向かい合う縁部に、樹脂混合物を注入する手段用の接続部及び減圧部材用の接 続部が配置されており、この場合、前記型部分の内側にはそれぞれ縦長の溝が配 置されていて、この溝には接続部が連通していてかつ前記溝は接続部の両側に向 けて樹脂を均一に横方向に分配するのに用いられる。従って、樹脂は溝を介して 接続部の両側に分配されて、溝に対して平行な移動フロントで繊維層を貫流する 。前記溝は表面に線状の突起として生じ、これは加工されねばならない。 雑誌“Kunststoff・Rundschau”第９号（１９７０年９月）、第４７５頁乃至 ４７９頁、Horst Wurtinger 著論文“射出成型法での大面積のグラスファイバ／ プ iger Glasfaser/Kunststoff・Teile im Injektionsverfahren”では、低圧の場 合でも樹脂の発泡を生ぜしめかつラミネートにおける著しい気泡形成を生ぜしめ るという理由で、型内で負圧をかけて作業するために下限値として２００トル（ ２７０ｈＰａに相当）の圧力がかけられる。 アメリカ合衆国特許第５３１６４６２号及び第５４ ３９６３５号明細書では、通常の別の修正されたＲＴＭ・法が開示されている。 この場合、繊維で補強された複合材料を製作するために、別個に外圧をかけるこ となしに、大気圧に比して低圧で作業する装置が開示されている。この装置は、 供給導路エレメント及び著しく構造化された装置内面を有していて、この内面は 形成される複合材料に隣接している。交差する通路を形成する前記構造は樹脂を 最良に分配するのに用いられる。このようなＲＴＭ・法では、樹脂は垂直に繊維 層を貫流する。このために必要でありかつ重要ことは、樹脂をまず与えられた面 積全体に亘ってできるだけ均一に第１の繊維層の前に分配し、これにより全ての 区域への同時の流れを達成することにある。これによって複雑な形状は製作でき ずしかも常時空気封入、空洞形成及び樹脂の流れ方向を制御できないという危険 が生ずる。樹脂の流れフロントはシャープではなくかつ負圧もしくは真空領域に 対する樹脂の極めて広幅な接触面を生ぜしめる。樹脂は最後の繊維層を介しても 制御不能に流過する。第１及び最後の繊維層は極めて粗くかつ通常研磨及び／又 は平滑化加工されねばならない。 冒頭に述べた形式の最新の修正されたＲＴＭ・法は、Wurtinger によって理論 的に提案されているように圧力差をもって作業する。これによって樹脂は繊維層 に対して垂直に流れるのではなく、繊維層に対して平 行に流れることができる。これによって流れフロントは小さくかつシャープに規 定される。流入前の樹脂の分配は不要であり、むしろこのことは所望されない。 いずれにせよ問題点は、Wurtinger の理論的な考察によれば極めて低い負圧の場 合にあり（この場合このような負圧は大きくしかも複雑に分割された形状の場合 に所望されるが、接触区域で気泡形成及び樹脂の発泡を生ぜしめる）しかも流入 領域は小さいが、障害個所が生ずるということにある。 本発明の課題は冒頭に述べた形式の装置及び方法を改良して、極めて大きな構 成エレメント、例えば２５ｍ及びこれ以上までの大きな長手方向拡がり及び大き な繊維容積を有し、しかも内面にリブ状の突起を備えた、例えばストリンガ及び リブ支持体を備えた飛行機の翼外皮のような極めて大きな構成エレメントを製作 できるようにすることある。 前記課題は本発明の装置によれば、樹脂混合物を注入するために及び減圧部材 に接続するために、形状不変な型部分とは反対側の繊維織物表面に接触する導路 エレメントが設けられており、この導路エレメントは、大面積の構成エレメンの 長さ又は幅サイズの長手方向拡がり及び広幅面状の支持面を備えていて、この支 持面の上側に導路エレメントの長手方向に延びる中空室を備えていてかつ支持面 内にほぼ導路エレメントの全長に亘って延びる狭幅なスリットを備えており、こ のスリットが全長に亘って中空室に接続されていてかつスリットの幅が中空室の 直径よりも狭幅であることによって、解決された。 前記課題は本発明の方法によれば、樹脂混合物を形状安定的な型部分とは反対 側の繊維織物表面に、大面積の構成エレメンの長さ又は幅サイズの長さを有する 導路エレメントに設けられた長手方向に延びるスリットからライン注型部を介し て注入しかつ別の導路エレメントに設けられた長手方向に延びるスリットを介し て減圧部材に対する接続を生ぜしめ、この際スリットが、導路エレメント内の中 空室の直径よりも狭幅である幅を有していることによって、解決された。 請求の範囲 １．予め成形された繊維織物（１２）を挟持する協働する型部分を有する型内に 樹脂混合物を注入することによって繊維複合材料から大面積の構成エレメントを 製作する装置であって、前記型部分の一方の型部分（４）が弾性変形可能に構成 されかつ他方の型部分（６）が形状不変に構成されており、両型部分（４，６） が縁部で真空密に結合可能であり、前記型が樹脂混合物を注入する手段用の接続 部及び大気圧以下に型空間の内圧を低下させる減圧部材用の接続部を備えており 、この場合、圧力容器（１８）内で閉じられた型（２）の全面に大気圧以上の外 圧（pu）がかけられるようになっており、前記型（２）内に樹脂混合物が圧力を かけて注入されかつ硬化するまで、構成エレメント（９）の繊維容積含量（Ｖｒ ）を規定する差だけ型（２）に作用する外圧（pu）よりも低い圧力に維持される 形式のものにおいて、樹脂混合物を注入するために及び減圧部材に接続するため に、形状不変な型部分（４）とは反対側の繊維織物（１２）表面に接触する導路 エレメント（３，５，７，１４，１６，２０）が設けられており、該導路エレメ ントは、大面積の構成エレメンの長さ又は幅サイズの長手方向拡がり及び広幅面 状の支持面（２２）を備えていて、該支持面の上側に導路エ レメントの長手方向に延びる中空室（２４）を備えていてかつ前記支持面（２２ ）内にほぼ導路エレメントの全長に亘って延びる狭幅なスリット（２６）を備え ており、該スリットがその全長に亘って中空室（２４）に接続されていてかつス リットの幅（ｂ）が中空室（２４）の直径よりも狭幅であることを特徴とする、 大面積の構成エレメントを製作する装置。 12．予め成形された繊維織物（１２）を挟持する協働する型部分を有する型内に 樹脂混合物を注入することによって繊維複合材料から大面積の構成エレメントを 製作する方法であって、前記型部分の一方の型部分（４）が弾性変形可能に構成 されかつ他方の型部分（６）が形状不変に構成されており、両型部分（４，６） が縁部で真空密に結合可能であり、前記型が樹脂混合物を注入する手段用の接続 部及び大気圧以下に型空間の内圧を低下させる減圧部材用の接続部を備えており 、この場合、圧力容器（１８）内で閉じられた型（２）の全面に大気圧以上の外 圧（pu）がかけられるようになっており、前記型（２）内に樹脂混合物が圧力を かけて注入されかつ硬化するまで、構成エレメント（９）の繊維容積含量（Ｖｒ ）を規定する差だけ型（２）に作用する外圧（pu）よりも低い圧力に維持される 形式のものにおいて、樹脂混合物を、形状不変な型部分（４）とは反対側 の繊維織物表面に、大面積の構成エレメンの長さ又は幅サイズの長さを有する導 路エレメントに設けられた長手方向に延びるスリット（２６）からライン注型部 を介して注入しかつ別の導路エレメントに設けられた長手方向に延びるスリット （２６）を介して減圧部材に対する接続を生ぜしめ、この際スリット（２６）が 、導路エレメント内の中空室（２４）の直径よりも狭幅である幅（ｂ）を有して いることを特徴とする、大面積の構成エレメントを製作する方法。 13．型（２）の内圧（pi）を５０hPaよりも低い圧力に下げかつ樹脂混合物の注 入中に維持する、請求項１２記載の方法。 14．内圧（pi）を１hPaよりも低い圧力に下げる、請求項１３記載の方法。 15．注入圧を、第１の時間区分中に構成エレメント（９）の繊維容積含量を規定 する内圧（pi）よりも大きく選び、注入された樹脂混合物で繊維織物（１２）を 完仝に含浸した後で外圧（pu）及び／又は内圧（pi）の調節により繊維容積含量 （Ｖｒ）を規定する内圧を調節して、樹脂混合物が硬化するまで維持する、請求 項１２から１４までのいずれか１項記載の方法。 16．外圧がほぼ０．６ＭPaである、請求項１２から１５までのいずれか１項記載 の方法。 17．弾性的な型部分（６）に空気を案内する層を設けて、該型部分を気密にカバ ーしかつ空気を案内する層を含む中間室を排気する、請求項１２から１６までの いずれか１項記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マティアス ピーニング ドイツ連邦共和国 ブラウンシュヴァイク アム クライ 14ベー 【要約の続き】 される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．予め成形された繊維織物（１２）を挟持する協働する型部分を有する型内に 樹脂混合物を注入することによって繊維複合材料から大面積の構成エレメントを 製作する装置であって、前記型部分の一方の型部分（４）が弾性変形可能に構成 されかつ他方の型部分（６）が形状不変に構成されており、両型部分（４，６） が縁部で真空密に結合可能であり、前記型（２）が樹脂混合物を注入する手段用 の接続部及び大気圧以下に型空間の内圧を低下させる減圧部材用の接続部を備え ており、この場合、圧力容器（１８）内で閉じられた型（２）の全面に大気圧以 上の外圧（pu）がかけられるようになっており、前記型（２）内に樹脂混合物が 圧力をかけて注入されかつ硬化するまで、構成エレメント（９）の繊維容積含量 （Ｖr）を規定する差だけ型（２）に作用する外圧（pu）よりも低い圧力に維持 される形式のものにおいて、樹脂混合物を注入するために及び減圧部材に接続す るために、形状不変な型部分（４）とは反対側の繊維織物（１２）表面に接触す る導路エレメント（３，５，７，１４，１６，２０）が設けられており、該導路 エレメントは、大きな長手方向拡がり及び広幅面状の支持面（２２）を備えてい て、該支持面の上側に導路エレメントの長手方向に延びる中 空室（２４）を備えていてかつ前記支持面（２２）内にほぼ導路エレメントの全 長に亘って延びる狭幅なスリット（２６）を備えており、該スリットがその全長 に亘って中空室（２４）に接続されていることを特徴とする、大面積の構成エレ メントを製作する装置。 ２．導路エレメントの中空室（２４）内に、中空室（２４）の壁部に接触するら 線線材（３１）が支持エレメントとしてルーズに配置されている、請求項１記載 の装置。 ３．導路エレメントが少なくとも一端で、弾性変形可能な型部分（６）と形状安 定的な型部分（４）との縁部の間を介して案内されていてかつ樹脂供給手段もし くは減圧部材に接続されている、請求項１又は２記載の装置。 ４．交互に樹脂混合物注入手段及び減圧部材に接続される多数の導路エレメント が相互間隔をおいて配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の 装置。 ５．表面に亘って配置されかつ構成エレメントの長手方向に延びるリブ状の突起 （リブ１０）を備えた長い構成エレメント（９）を製作するための型において、 導路エレメントがリブ（１０）に対してほぼ平行に配置されている、請求項１か ら４までのいずれか１項記載の装置。 ６．弾性変形可能な型部分（６）において構成エレメント（９）のリブ（１０） が成形された型凹所として形成されており、繊維織物（１２）がリブ（１０）の ために補強条片を備えていて、該補強条片が、型凹所内に係合しかつ繊維織物（ １２）に結合されている、請求項５記載の装置。 ７．弾性変形可能な型部分（６）が、型凹所内に係合するアングル条片（１７） を備えていて、該アングル条片の形状不変性が弾性変形可能な型部分（６）の形 状不変性よりも大である、請求項６記載の装置。 ８．長手方向に延びるリブ（１０）に対して横方向に、該リブと交差する別のリ ブ状の突起が設けられており、導路エレメントが、前記別の突起の脚部において 該突起を介して案内されている、請求項５又は６記載の装置。 ９．導路エレメントが、弾性変形可能な型部分（６）の下に配置されている、請 求項１から８までのいずれか１項記載の装置。 10．導路エレメントに接続される減圧接続導路内に、減圧のために閉鎖されるフ ロート弁が設けられている、請求項１から９までのいずれか１項記載の装置。 11．圧力容器（１８）として加熱可能なオートクレーブが使用される、請求項１ から１０までのいずれか １項記載の装置。 12．予め成形された繊維織物（１２）を挟持する協働する型部分を有する型（２ ）内に樹脂混合物を注入することによって繊維複合材料から大面積の構成エレメ ント（９）を製作する方法であって、前記型部分の一方の型部分（４）が弾性変 形可能に構成されかつ他方の型部分（６）が形状不変に構成されており、両型部 分（４，６）が縁部で真空密に結合可能であり、前記型（２）が樹脂混合物を注 入する手段用の接続部及び大気圧以下に型空間の内圧を低下させる減圧部材用の 接続部を備えており、この場合、圧力容器（１８）内で閉じられた型（２）の全 面に大気圧以上の外圧（pu）がかけられるようになっており、前記型（２）内に 樹脂混合物が圧力をかけて注入されかつ硬化するまで、構成エレメント（９）の 繊維容積含量（Ｖr）を規定する差だけ型（２）に作用する外圧（pu）よりも低 い圧力に維持される形式のものにおいて、樹脂混合物を形状安定的な型部分（４ ）とは反対側の繊維織物表面に、導路エレメントに設けられた長手方向に延びる スリット（２６）からライン注型部を介して注入しかつ別の導路エレメントに設 けられた長手方向に延びるスリット（２６）を介して減圧部材に対する接続を生 ぜしめることを特徴とする、大面積の構成エレメントを製作する方法。 13．型（２）の内圧（pi）を５０hPaよりも低い圧力に下げかつ樹脂混合物の注 入中に維持する、請求項１２記載の方法。 14．内圧（pi）を１hPaよりも低い圧力に下げる、請求項１３記載の方法。 15．注入圧を、第１の時間区分中に構成エレメント（９）の繊維容積含量を規定 する内圧（pi）よりも大きく選び、注入された樹脂混合物で繊維織物（１２）を 完全に含浸した後で外圧（pu）及び／又は内圧（pi）の調節により繊維容積含量 （Ｖr）を規定する内圧を調節して、樹脂混合物が硬化するまで維持する、請求 項１２から１４までのいずれか１項記載の方法。 16．外圧がほぼ０．６ＭPaである、請求項１２から１５までのいずれか１項記載 の方法。 17．弾性的な型部分（６）に空気を案内する層を設けて、該型部分を気密にカバ ーしかつ空気を案内する層を含む中間室を排気する、請求項１２から１６までの いずれか１項記載の方法。