JPS62187017A - 物品の成形方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、成形方法及び装置、特に圧力容器内で圧力下
に物品を成形する方法及び装置に係る。

背景技術 複合材料は高い強度及び低い密度の好ましい組み合わせ
を生ずるので、現在大きな関心を呼んでいる。典型的に
は、複合材料はエポキシ、フェノ−ル又は他のポリマー
樹脂マトリックスのなかに埋め込まれている黒鉛、ホウ
素、ガラスなどの繊維から成っている。特に高い強度対
密度比特性を有する一層進歩した複合物は特に宇宙航空
用に魅力的である。しかし他の進歩した宇宙航空用の材
料の典型的なものは処理が比較的困難である。それらは
繊維及び樹脂の簡単な禎みｍね及びそれに続く室温での
硬化により製造され得ない、宇宙航空用の複合材料は一
石製造困難な樹脂を含んでいるだけでなく、しばしば本
質的に無欠陥に仕上げられた部品が製造されなければな
らない、その結果として、宇宙航空用の複合物は典型的
に相当な圧力のもとで高められた温度で成形され且つ硬
化される。

所望の成形サイクルが圧縮成形により得られる。それに
より複合プレプレソゲ材料が一方向作用プレスの加熱さ
れたプラテンの間に置かれる。しかし、金属圧縮成形型
は複雑な形状に対しては高価である。低コストのゴム圧
縮型は厚く且つ絶縁性であり、硬化時間が遅い傾向があ
る。−雇重要なこととして、いずれの形式の型によって
も、複雑な表面ば均等な圧力に曝されない。

これらの制限を克服するため、部品はアイソスタティッ
クな圧力に曝されながら成形される。広く用いられてい
る手順では、物品に対するプレプレソゲが排気された不
透過性の可撓性の袋のなかに置かれ、また気体又は液体
から同時の加熱及びアイソスタティックな圧力に曝され
る。複合物品に形状を与えるため、プレプレソゲはしば
しば金属片のような剛固な構造に接着される。問題はこ
のプロセスと結び付けられている。排気された袋のなか
の漏洩は物品への必要な圧力を下げ、もしくは加圧媒体
と部分的に硬化されたポリマーとの間の相互作用を許す
。実際、このような漏洩は稀れではなく、その結果とし
ての不良率が特により高い成形温度及び圧力では著しい
。

前記の制限のいくつかを克服するため、圧力成形バット
が使用されてきた。これについては論文“高品質複合積
み重ねのためのスクイーズへのシリコンゴムの着装（Ｓ
ｊｌｉｃｏｎｅ　Ｒｕｂｂｅｒ　Ｐｕｔｓ　ｏｎ　ｔｈ
ｅ　５ｑｕｅｅｚｅ　ｆｏｒ　ｌｌｔｇｈ　Ｑｕａｌｉ
ｔｙ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　Ｌａｙｕｐｓ）”、プラス
チックス・ワールド（Ｐｌａｓｔｉｃｓ　Ｗｏｒｌｄ）
、１９７５年６月１６日（Ｃａｈｎｅｒｓ　Ｐｕｂｌｉ
ｓｈｉｎｇ　Ｃｏ、、Ｉｎｃ、　、ボストン、マサチュ
セッッ州）を参照されたい。このプロセスでは、ダウ・
コーニング・コーポレイション、ミツドランド、ミシガ
ン州、ＵＳへのシラスティックＪ型ツーリング・ゴムの
ような熱膨張の大きいシリコン・ゴムの整形されたパッ
ドが使用される。未硬化のプレプレソゲは当接する隣接
パッドの間の空間内に入れられており、また組立体は密
に一致する閉じられた金属容器のなかに捕らえられてい
る。容器及び入れられた組立体は次いで物品を硬化させ
且つゴムを膨張させるべく高められた温度に加熱される
。典型的なシリコン・ゴムは典型的な鋼容器及び典型的
な複合物品材料の熱膨張係数よりも約１８倍高い熱膨張
係数を有するので、加熱により、膨張する捕らえられた
ゴムは複合材料に実質的な圧力を与え、所望のように部
品を成形する。

圧力パッド成形技術は、アイソスタティックな加圧の漏
洩問題を克服し得る点で有利である。袋の漏洩は成形圧
力に不利に影響せず、また相互作用を惹起しない。しか
し、圧力パッド法の問題は温度及び圧力の相互依存性で
ある。多くの所望の温度−圧力サイクルが得られない（
例えば冷却時に圧力を保つ）。他の問題は温度−圧力サ
イクルが種々の構成要素の間の機械的一致の関数である
ことである。選定されたサイクルが、いくつかの構成要
素の寸法に小さい変化が存在する時に、変化する０例え
ば、過度のピーク圧力を避けるべく、室温ではパ・ノド
は通常は金属容器内部よりも体積が６％〜８％小さい。

しかし、ピーク温度では、典型的な状況での約７％から
８．２％までのこの寸法の変化は最大圧力を約７．２　
Ｍ　Ｐ　ａから１．７　ＭＰａまで変化させる。その結
果、圧力パッドが正確に同一の寸法を有していない新し
いパッドと置換される時、又は使用されているゴムのい
くらかの永久的なセットが存在する時、異なる温度−圧
力サイクルが望ましくなく生ずる。一層進歩した複合シ
ステムの多くでは、前記のことは圧カバンド法の重要な
欠点である。

成形のためのアイソスタティックな容器も広く使用され
ている。典型的には、容器は米国特許第３．４１９，９
３５号明細書などに示されているように、強固に製造さ
れている。一般的な提案として、外部源からの種々の気
体が、排気された袋のなかに入れられている物品に成形
圧力を与えるのに使用される。気体状媒体は典型的に比
較的低い熱伝導率により特徴イ」けられるが、対流熱伝
達が通常上記米国特許明細書に示されているように温度
変化を生じさせる。液体によるアイソスタティックな加
圧法では、水のような液体媒体が気体の場合と同一の仕
方で物品に圧力を与えるのに使用される。熱伝達現象は
類似である。

アイソスタティックな加圧は粉末金属の分野でもセラミ
ックスの分野でも広く使用されている。

例えば米国特許第３，４６２，７９７号及び第３．２７
９．９１号明細書を参照されたい。加熱技術として、一
般的な提案として、より高い作動温度の壁の加熱が避け
られるかぎり、アイソスタティックな加圧装置の設計に
はさまざまな変形が存在する。

上記の圧力パッド技術は、流体アイソスタティック加圧
にくらべて改善が得られるので、特にポリマーを成形す
るのに使用されている。圧力バンド成形は圧力容器を使
用するが、圧力容器は気体又は液体に対して密である必
要はない。容器は、成形されるべき物品が置かれるキャ
ビティを内部に有するシリコン・ツーリング・ゴムでほ
ぼ満たされている。キャビティは部品を整形し、またツ
ーリング・ゴムが使用されるのはこの理由である。ツー
リング・ゴムは磨滅及び変形に対して・比較的良好な強
度及び耐性を有する充填されたエラストマーである。容
器、ゴム及びそのなかに入れられている物品の加熱によ
り、高い膨張係数を有するゴムと低い膨張係数を有する
鋼との間の膨張の差がゴムを容器の境界を越えて膨張し
ようとさせ、それによりそのなかに入れられている物品
への圧力を増す。しかし、ツーリング・ゴムの強度特性
のゆえに、この方法は物品にアイソスタティックな力を
与える傾向を有していない。むしろ、不均等な力が容器
、ゴム片及び物品前駆物質の間の一致及び形状の局部的
変化により生ずる。

“熱的アイソスタティックちゅう密化方法及び装置”と
いう名称の米国特許第４，２６４．５５号明細書に記載
されている特別なアイソスタティック加圧容器及びプロ
セスでは、水又は液体ビスマスのような媒体が物品前駆
物質を囲む容器のなかに置かれ、またその体積及び固体
からのその状態を変更するべく流体媒体に熱エネルギー
を加え、又はそれから熱エネルギーを奪うことにより圧
力が変更される。

上記のように、気体及び液体が物品に圧力を与えるのに
使用される時、物品前駆物質が入れられている袋又は入
れ物の漏洩が存在する時に明らかな問題が生ずる。袋に
漏洩が存在すれば、物品前駆物質に与えられる圧力が失
われる。また、もし非常に小さい漏洩が物品前駆物質の
連続的な排気により補償されるとしても、圧力勾配又は
被成形材料との化学的相互作用が存在し得る。圧力パッ
ド成形法では、容器及び内容物の全体的な加熱が行われ
ており、これはしばしば不都合である。圧力パッド成形
方法及び装置は、上記のように、均等又はアイソスタテ
ィックな力を物品前駆物質に与える傾向を有していない
。容器内のゴムの一致はピーク圧力の制限に臨界的であ
る。また最も重要なこととして、ゴムの平均温度による
ほか、圧力を独立的に制御する可能性が存在しない。こ
のことはサイクル、特に冷却サイクルの選定の制限に通
ずる。

従って、この分野で必要とされることは、公知技術のこ
れらの問題を克服する方法及び装置を提供することであ
る。

発明の開示 本発明は、物品前駆物質から物品を成形する方法であっ
て、物品前駆物質を圧力容器のなかに置く過程と、前記
容器を固体の流動可能なポリマー媒体で実質的に満たす
過程と、前記媒体により実質的に均等な予め定められた
媒体圧力を前記物品前駆物質の表面に生ぜしめる過程と
を含んでいる物品成形方法を指向している。ポリマー媒
体は典型的に低いヤング率、低いせん断強さ及び正の熱
膨張係数を有する。物品前駆物質への均等な予め定めら
れた媒体圧力は例えば機械的手段、物品前駆物質の付近
の媒体を付随的に加熱し得る物品の加熱および（または
）例えば物品前駆物質から離れた領域内の媒体自体の加
熱により生ぜしめられる。媒体圧力は追加的に、媒体を
少なくとも一つの選定さた領域内で冷却することにより
制御され得る。

本発明の他の局面は、充填材又は繊維により強化された
樹脂物品を成形する方法であって、物品前駆物質を圧力
容器のなかに置く過程と、前記容器を固体の流動可能な
ポリマー媒体で実質的に満たす過程と、前記物品前駆物
質を予め定められた温度に加熱する過程と、前記媒体に
より実質的に均等な予め定められた媒体圧力を前記物品
前駆物質の表面に生ぜしめる過程とを含んでいる物品成
形方法である。

本発明の他の局面は、物品前駆物質から物品を成形する
装置であって、物品及びポリマー圧力媒体を内蔵するた
めの実質的に閉じられた圧力容器を含んでおり、前記容
器が固体の流動可能なポリマー媒体により実質的に満た
され、前記媒体がさもなければ物品前駆物質により満た
されない容器内の空所を実質的に満たす物品成形装置で
ある。

前記媒体は熱又は圧力に応答して物品前駆物質の表面に
実質的に均等な予め定められた媒体圧力を生じ得る。

本発明の前記及び他の目的、特徴及び利点は以下の説明
及び添付図面から一層明らかになろう。

発明を実施するための最良の形態 図面を参照すると、第１図は本発明による方法及び装置
の概要を示し、物品１は例えばステンレス鋼から成る圧
力容器２のなかに置かれ、また圧力を与えられるべき物
品前駆物質の側面をポリマー媒体３で囲まれている。こ
の特定の実施例では、圧力チャンバの内部にも外部にも
加熱源を含む必要はない。この実施例は接着剤（例えば
積層又はボンディングの場合）、ポリマー又は金属結合
剤が室温で簡単に圧力下に能動化される成形又はＴＲＮ
などに有用である。プランジャー４が成形されるべき物
品に必要な均等に分布した媒体圧力を与える０通常の圧
カドランスデューサが必要な圧力を検出するべくチャン
バ内の種々の場所に挿入され得る。任意の圧力が本発明
で使用され得るが、典型的には２０００ｐｓ　ｉ　　（
１３，７８ＭＰａ）までの圧力が複合材料のような物品
を成形するために必要とされる。

第２図では、成形されるべき物品１は同じく圧力容器２
のなかに置かれ、また固体の流動可能なポリマー媒体３
で囲まれている。しかし、この実施例では、加熱手段４
が成形されるべき物品へのポリマー媒体の圧力を増すた
めに使用される。媒体の温度を高めることにより、物品
への圧力が増される。オプションとして、もし必要な予
め定められた圧力が望まれるならば、−路オーバーフロ
ー弁もしくはポリマー材料を主成形チャンバに与え又は
オーバーフローさせる二路弁であってよい弁６を有する
追加的な供給容器５が示されている、加熱手段は抵抗加
熱、蒸気加熱又はガス又は油のような他の通常の流体伝
達媒体による加熱をされる任意の通常のプラテン又はコ
イルであってよい。

第３図は、媒体の温度、従ってまた成形されるべき物品
ｌの圧力を一層良好に制御するべく追加的に使用され得
る冷却管が追加されていることを除けば、第２図と類似
している。もし温度があまりに高くもしくは物品への均
等な圧力を保つのにあまりに速く上昇していれば、冷却
管の温度が温度、従ってまた媒体により発生される圧力
を修正するべく調節され得る。これらの冷却管は通常の
金泥又はプラスチック構造から成っていてよ（、また水
、フレオン溶媒（デュポン）、窒素のような種々のガス
などのような通常の冷却材が冷却管を通して流され得る
。

第４図は、概要を示されている加熱コイル又はプラテン
４が成形されるべき物品に密接して２かれていることを
除けば、第２図と類似している。

この装置では、例えば、エポキシ樹脂のような熱硬化性
樹脂が成形されるべき物品の構造に使用され、また硬化
が必要とされる場合に、物品が直接に加熱される。追加
的に、これらのプラテン又はコイルからの熱は成形され
るべき物品への圧力を調節するのに使用され得る。補助
的なチャンバ５及び弁６の使用は第２図の場合と同様で
ある。

第５図には、第４図の装置と類似しているが、成形ザイ
クルを通じて媒体への圧力を一層良好に制御するべく、
成形されるべき物品の内部及び周囲の温度及び媒体の温
度を制御するための冷却手段７が追加されている装置が
示されている。

第６図は内部加熱手段を含んでいない本発明の実施例を
示す、この実施例では、成形されるべき物品ｌは圧力容
器２のなかに亘かれ、またポリマー媒体３で満たされる
。媒体３を通じて物品１への正しい圧力を保証するべ（
、媒体３の追加的な供給又は補助チャンバ５内の利用可
能な空間が弁６を通じてアクセス可能に設けられている
。補助チャンバ及び弁配置が図面を通じて示されている
が、当業者は媒体により与えられる正しい圧力を保証す
るための他の通常の手段、例えばばね付き弁又は第１図
に示されているもののようなプランジャー配置を使用す
ることができよう。これは、第６図に示されているよう
な外部加熱手段８を通じての硬化のために、組立体全体
が板又はトレイに載せられてオーブンのなかに置かれる
ことを可能にする。

第７図には、第５図の配置と類似の配置が示されている
が、相違点は加熱手段が物品１から離れており、従って
主に加熱する物品■と向かい合っている物品１への圧力
を増すべくポリマー媒体を加熱し且つ膨張させるのに主
に有用である点である。冷却手段７は、媒体により与え
られる圧力を低減させるべくポリマー媒体を冷却する点
で第５図の装置中に示されているものと類似の機能を有
する。

上記のシステムにより行われ得る制御の度合、特に加熱
、冷却及び体積膨張又は追加的媒体供給能力（例えば第
７図中に示されている）による制御の度合はさらに第８
図を参照することにより明らかにされる。この図は実際
運転からのデータにより、本発明の方法及び装置により
時間にわたり制御され得る鋭い圧力ステップ及び温度変
化を示す。

上記のように、本発明で有用な特定の媒体は装置の臨界
的な構成要素である。その流動性及び固体の性質と結び
付けられる温度及び圧力へのその非常に大きい応答性は
この媒体を本発明に於いて有用なものとし得る。これら
の特性により、媒体が物品前駆物質の表面へ実質的に均
等で制御可能な圧力を与え得るという非常に大きい利点
が得られる。また、この材料がポリマー材料に関して説
明されているが、上記特性のすべてを有し類似の結果を
生ずる他の材料も使用され得る０本発明の典型的な実施
例では、媒体は、５９ｋＰａ　　（１０ｐｓｉ）のオー
ダーの圧力に於いて本質的に空隙のない媒体として合体
するのに十分にセルフ・コンブライアントである一４＋
３０Ｕ、Ｓ、メツシュふるいサイズ（４，７〜０．４２
ｍｍ）の充填されていないシリコン・ゴム粒子である。

他の好ましい材料は３５０ｋＰａよりも低い圧力に於い
て合体する。本発明は典型的に、機械的手段により、又
は容器に対して相対的に媒体を熱膨張させることにより
、物品前駆物質から離れた点に於いて媒体内に圧力を発
生することにより実行される。

媒体の前記の挙動は、均等な圧力及び温度を制御された
仕方で且つ互いに独立した仕方で与えるので、複雑に整
形された均等な特性を有する複合ポリマ一部品の製造を
可能にする。本発明の一つの実施例では、ポリマーは約
１５よりも小さい、典型的には約８よりも小さい、また
望ましくは１よりも小さいショアＡ硬度を有する。圧縮
強度は３ＭＰａよりも小さく、典型的にはＩＭＰａより
も小さく、また望ましくは０．２　Ｍ　Ｐ　ａよりも小
さい。

媒体流動特性は本発明にとって非常に重要であり、また
特別な試験により特性を表されている。

詳細には、媒体は１０．３４ＭＰａ　　（１５００ｐｓ
ｉ）の印加圧力のちとに直径１．１　ｃ　ｍ、長さ７．
５ａｍのパイプを通じて少なくとも０．６ｇ／ｓの公称
流量率を有する１頃向があり１、典型的には流量率は６
　ｇ　／　ｓよりも大きい。前記の特性は、物品前駆物
質が入れられている容器へ、又はその容器から、又はそ
の容器のなかを流れる媒体を特徴とする特性であると思
われる。

本発明は、媒体が熱絶縁性であり、実質的に均等な圧力
を与え且つ冷却中に圧力の保持を可能にするので、物品
前駆物質の温度及び物品への印加圧力の特に良好且つ独
立的な制御を可能にする。

媒体が固体であるので、成形される物品は気体又は液体
に対して不透過性にシールされる必要がなく、バソギン
グのような公知の方法に伴う問題を大幅に緩和する。製
造される物品は、例えば公知の圧カバノド法に比較して
、特に形状が複雑な場合に、特性がはるかに均等である
。媒体が流動可能であり且つ成形中に圧力容器内に含ま
れる質量の変化を許すので、本方法は圧力パッド法の場
合のように使用されるゴムの永久的なセントに結び付け
られる問題を克服する。

本発明の一般的な実施にあたっては、成形されるべき物
品は、特別な特性を有する固体媒体から圧力を受ける圧
力容器のなかに置かれる。典型的には、物品が加熱され
、また工具などが物品の表面に形状を与える。工具が圧
力容器の中央部分の物品前駆物質を載せる表面であり、
能動的圧力媒体が工具に向けられていてもよいし、工具
表面が容器自体の壁であり、能動的圧力媒体が容器の壁
に向けられていてもよいし、又は任意の組合わせであっ
てもよい。実際、ポリマー圧力媒体の長所の一つは、そ
の固体の性質及び流動可能性のゆえに、圧力が任意の方
向に均等に与えられ得ることである。上記のように、こ
のことは、本発明のシステムよりもはるかに複雑なシス
テムによってのみ困難を伴って成形され得る複雑な形状
の物品に対して特に重要である。最初に、複合物が成形
される時、物品はプレプレラグ、充填材又は繊維及び樹
脂の硬化されていない組合わせである。容器が媒体によ
り物品を囲むように媒体で満たされ、また容器がシール
される。次いで、所望の温度−圧力サイクルに従って、
物品前駆物質が加熱され、また媒体が加圧される。使用
される媒体及び装置の特性により、もちろん利用され得
る容器、媒体、物品及び他の装置の材料の熱的安定性及
び能力により制限はされるが、温度及び圧力の任意の所
望の組合わせが可能にされる。

典型的には、シリコン・ゴムが成形装置の部分として使
用されており、加圧媒体又は媒体と呼ばれている。最も
好ましくはゴムは米国特許第３，４８３．６０１号明細
書に記載されている形式の改良である。米国特許第４．
０１１，９２９号明細書も参照されたい。両特許の開示
を参照によりここに組み入れたものとする。。一般に、
好ましい材料はビニル族ををするジメチルシリコンであ
る。それらは種々の加硫技術を使用するポリシリコンか
らの製造を含む通常の商業的な手順により製造され得る
。使用されている好ましい材料はダウ・コーニング・コ
ーポレイション、ミツドランド、ミシガン州、ＵＳＡに
よりＮｏ、６３６０３１　　（以後では一層簡単に６３
６０）と呼ばれる実験的な充填されていないシリコン・
ゴム材料である。６０６３シリコン・ゴムは低い強度及
び高い脆さにより特徴付けられている。６３６０材料は
１よりも小さいショアＡ硬度（５０〜５５のショア００
硬度）を有し、また２、　５　ｃ　ｍ　２の面禎、１．
２７ｃｍの厚みの試料で測定される時に７０ｋＰａのオ
ーダーの圧縮強度を有し、また約４０％の圧縮変形によ
り一層小さい粒子に剪断される。この挙動は、強度がよ
り高く、耐変形性がより大きく且つ損傷までの伸びがよ
り大きい一層通常のゴムの挙動と対照される。例えば、
ダウ・コーニング・シラスティックＥゴムは充填されて
おり、また２　００　Ｍ　Ｐ　ａよりも大きい圧縮強度
を有し、また約８０％圧縮でＴＢ傷し始める。小さいオ
リフィスを通じて、又は下記のように１．１ｍｍ直径の
パイプを通じて強制的に送られる本発明で有用な好まし
いポリマー媒体はより小さい粒子に砕ける傾向を有する
ことが観察されている。例として、２０メソシユよりも
大きいわ）末を約１００％（ｆｆ２ｆ！百分率）有する
公称３０メツシユ・サイズの粉末が２０メソシユよりも
大きい粉末を約４０％（重量百分率）しをしていない１
５）末に変化することが見出されている。

“高い脆さ°とは、中程度のサイズの固体がｔ旨の間で
こするような穏やかな機械的な力を受ける時により小さ
い粒子に砕ける（頃向がある低い強度が存在することを
意味する。媒体のこのような特別な特性が望ましいと考
えられる理由は、その使用について説明するなかで明ら
かになろう。

以下には、いかにして物品が成形され得るかを説明する
。例えばフェノール樹脂５Ｅ１００８　　（ボーデン・
ゲミカル・カンパニー、コロンブス、オハイオ州、ＵＳ
Ａ）及びＯＣＡカーボン（ＨＩＴＣＯ、ガーデナ、カリ
フォルニア州、ＵＳＡ）から製造される複合物品がプレ
プレラグとして鋼製圧力容器のなかに置かれる。物品は
０．１５ｍｍの厚みの不透過性のナイロン袋により囲ま
れており、また内部ヒーターを有する型に載せられる。

袋は、必須ではないが好ましくは漏洩に対して密であり
、また容器の壁を貫通しているコンジットに接続されて
いる。コンジフトの端は大気圧にベントされていてもよ
いし、真空ポンプに接続されていてもよい。容器は、好
ましくは粒子の形態で、−４＋３５Ｕ、Ｓ、ふるいサイ
ズ（４，７〜０．４２ｍｍ平均粒子サイズ）の範囲内の
粒子サイズ及び鋼製容器の熱膨張係数よりも約１８倍大
きい熱膨張係数を有する６３６０エラストマーで満たさ
れている。

物品を成形するためには、物品は１夕１１えば第８図に
示されているような所望の典型的な温度サイクル及び圧
力サイクルに曝される。これらのサイクルは周囲温度及
び大気圧で開始し、また終了する。第一のステ・ノブは
、プレブレノブを強化するべく７０〜３５０ｋＰａの範
囲内の比較的低い圧力を与えながら、熱を徐々に与える
ことによりプレプレラグの成形配合物をあまねく加熱し
軟化させるステップである。最小の圧力はより高くてよ
いが、典型的な複合材料の強化繊維を押しつぶさないよ
うに注意しなければならない。部品が８２℃に到達し且
つ保持される時、圧力は、典型的に７〜１４　ｋ　Ｐ　
ａ　／　ｍ　ｉ　ｎの制御された速さで、約１０、３　
Ｍ　Ｐ　ａのピーク圧力が到達されるまで増される。こ
のステ・ノブは時によっては“デバルキング”と呼ばれ
る。次いで、樹脂のゲル化を成就するべく温度が１１６
℃に高められ且つ保持される。

このステップでは、樹脂の粘性は比較的低く、また樹脂
は密な物品を作るべく流動する。同時に、揮発性材料が
例えばコンジットによりプレブレツブから除去される。

ゲル化ステップの完了後に、圧力は一定に保たれつつ、
温度が約１〜１．５℃／゛ｍｉｎの速さで高められる。

部品は次いで、樹脂をポリマー化するべく、１〜６時間
にわたり１６０℃の最終硬化温度に保たれる。所望のポ
リマー化及び橋かけ結合が達成される時、サイクルの冷
却部分が開始される。先ず、全圧力が保たれつつ、温度
が制御された速さで８２℃に下げられる。

次いで、圧力が２１〜３５ｋＰａのオーダーの比較的徐
々に制御された速さで大気圧に下げられ、この時点で物
品が容器から取り出され得る。容器内及び物品表面での
測定により、容器内の温度勾配にもかかわらず３５０ｋ
Ｐａよりも小さい、典型的には２１０ｋＰａよりも小さ
い圧力勾配が存在することが示されている。

第４図及び第５図を参照すると、前記のサイクルを達成
するため、物品前駆物質を保持する工具が物品を加熱す
るべく加熱され得ることが理解されよう、充填されてい
ないゴムの熱伝達は比較的低いが、代替的に容器全体が
加熱され得る。他の代替的な方法は、第４図及び第５図
のように物品を熱伝導により加熱するべく物品の付近に
媒体内にヒーターを置く方法である。上記及び他の変形
の組合わせが利用され得る。代表的なゴムは比較的高い
膨張係数を有するので、ゴムの加熱は容器内の材料を相
対的に膨張させる傾向を有し、またそれにより圧力を増
す。圧力が過大に高くなるのを避けるため、媒体は物品
前駆物質から離れて冷却され得るし、もしくは補助チャ
ンバ内へ逃げることを許され得る。もし圧力が不十分で
あることが見出されれば、媒体はより高い温度に物品前
駆物質の近くで且つ（又は）それから離れて加熱され得
るし、又は追加的な媒体が容器内へ押し込まれ得る。こ
のｉ後のステップは冷却時に所望の圧力を得るのに特に
有用である。図面を参照。図面には、成形チャンバへの
又はそれからのポリマー媒体の流れを制御するために弁
が示されているが、当業者は通常のプランジャー又はポ
ンプのような他の通常の転送機構を使用し得るであろう
。

容器内の媒体の量は図示されている特定の装置以外の手
段によっても制御され得る。例えば、チャンバ内の圧力
は、チャンバの加熱及び冷却を含めて、ピストン以外の
手段によっても制御され得る。本発明の典型的な実施に
あたっては、シリコンゴムの熱により生ずる膨張が圧力
を制御するのに有利に利用されている。これはフレキシ
ブルな仕方でプロセスの実行を可能にする媒体の特質で
ある。媒体は固体であり、しかも実質的に均等又はアイ
ソスタティックに圧力を伝達し得る。実質的な均等性は
、本発明のポリマー媒体による方法と、従来のゴム材料
、例えばこれまで典型的に使用されてきたシラスティッ
クＥ又はＪツーリング・ゴムによる方法とを比較したも
のである０本発明のポリマー媒体によれば、６．９　Ｍ
　Ｐ　ａの容器内の物品前駆物質への圧力変化は約０．
７　Ｍ　Ｐ　ａよりも小、典型的には約０．２５ＭＰａ
よりも小であり得る。

粒子エラス１−マーが典型的に本発明の実施にあたり使
用される。６０６３媒体が粒子固体として使用される時
、圧力印加に先立って粒子は物品前駆物質表面に間隔を
おいて置かれる。しかし、圧力が与えられる時、粒子は
セルフ・コンプライし、また連続的な空隙のないボディ
に合体する。このために、またそれらの固有の弾性のた
めに、均等な流体圧伏の圧力が物品前駆物質表面に与え
られる。試験の結果、６０６３材料は７０ｋＰａのオー
ダーの中程度の圧力の印加により合体する傾向を有する
ことが示されており、この点で粒子の間の面間境界は、
圧縮されたゴムが不透明ではなく透明になるように本質
的に合わされている。６０６３材料は０．９７ｇ／ｃｃ
の真の密度、−３０メツシユ・サイズの粉末として０．
５ｇ／ｃｃの見掛けのかさ密度を有し、また約７０ｋＰ
ａの圧力印加により０．９４〜０．９７　ｇ　／　ｃ　
ｃの密度を有する合体された透明な材料に圧縮されてい
る。（捕らえられた材料をさらに７０ｋＰａないし１３
．８ＭＰａの範囲に圧縮すると、１０ＭＰａあたり約０
．４％の体積変化を生ずることが示されている。

）　上記の合体された条件のもとに、粒子間の隙間に小
さい空隙又は気体（吸着された気体を除く）が存在する
と信ぜられる。

従って、ここでセルフ・コンブライアント又は合体特性
とは、粒子の形態にある時に、成形中に使用される圧力
のもとに上記の挙動を呈する材料の特性を意味する。こ
の特性は本発明で使用される材料を、しばしば準アイソ
スタティック・プレフシングと呼ばれる粒子として使用
される剛固な全屈及びセラミックス材料から区別する（
例えば米国特許第４，０４１，１２３号明細書参照）。

作動条件下でも、このような粒子は力の点を生じ、また
均等な圧力を生じない。

種々の成形試験及び材料特性測定に基づいて、所望の結
果が、低い強度、成形レベル圧力下でセルフ・コンプラ
イする能力及び流動し且つ流体圧伏の挙動をする能力を
有する媒体と結び付けられている。シラスティック・ツ
ーリング・ゴムと比′較して、脆い傾向が観察されてお
り、これは流動可能な挙動と結び付けられていると信ぜ
られている。６０６３以外のシリコン・ゴムが本願の出
願日付までに使用されてきた。また、本発明の本質的な
特徴を成就する既知の又は開発され得るさらに他の有機
ポリマー及び他の材料が存在することは企図内にある。

良好な成形結果と結び付けられる望ましい特性を特徴付
けるため、比較試験が種々のゴムで、実際の複合物品の
成形試行で、説明される流動試験装置で、また標準装置
で行われてきた。

シラスティック・ツーリング・ゴムの固体圧力パッドが
使用される時、たとい所望の平均温度及び圧力が得られ
るとしても、物品上及びゴム内の種々の点に於ける圧力
に実質的な差が存在した。

このことは不規則な物品前駆物質で際立っている、粒状
の６０６３材料での比較試験の結果、約６゜９ＭＰａの
公称圧力に於いて圧力の最大変動は２％という低い値で
あることが示された。他の有用な材料は１０％以内の圧
力均等性を生じた。

本発明の媒体が成形圧力のもとに流動する能力は良好な
媒体の特性の本質的な反映であると信ぜられている。こ
の特性は容器内部及び容器へ及び容器からの媒体の再分
布を許す。それは圧力の絶対レベル及び可変性の制御を
可能にする。また試験の結果、本発明の媒体の材料を圧
カバフド成形技術でこれまでに使用されてきた媒体の材
料から区別する結果が示されている。流動可能性は粘性
に類似していると推定され得る。しかし、本発明にとっ
て重要なこの流動可能性を測定するための既知の明らか
な標準試験は存在しない。従って、上記のように、下方
に運動可能なピストンを存するシリンダから成る試験装
Ｗが作られた。シリンダは試験されるゴム又は他の媒体
により満たされる。交換可能なパイプがシリンダの側面
から延びており、またゴムを秤量スケール上に吐出し、
重量が時間とトランスデユーサにより測定されたゴムへ
の印加圧力との関数として記録される。パイプは１゜１
ｃｍの内径及び公称３２〜６４ＲＭＳ（二乗平均平方根
）の表面仕上げの滑らかなステンレス鋼管である。パイ
プの長さは所望に従って選定されており、また７、　５
　ｃ　ｒｎ及び１５．２　ｃ　ｍが好ましい。

他のダウ・コーニングのシリコン・ゴム、Ｎ。

、９３−１０４が、その通常の充填材なしに（それにも
かかわらず、ここで９３−１０４”と呼ばれる）、有用
である。本質的に米国特許第３，８４３．６０１号明細
書に記載されている材料であると信ぜられるポリゲルＣ
−１２００シリコン・ゴム（スタウファー・ケミカル・
カンパニー、ウェストボート、コネクティカット州、Ｌ
ＪＳＡ）も本発明に於いて有用である。

材料のを用性は成形された仕上がり製品の完全さに従っ
て評価され、加熱もしくは冷却サイクルの間に圧力及び
温度の適正な印加が達成されていない低密度又はひび割
れの領域を示す検査方法が良好に確立されている。

こうして、一般的に、媒体が流動可能性ををする、すな
わち成形圧力が印加される時に質量輸送が生じ得ると言
うことができる。好ましい媒体は、１０．３ＭＰａの圧
力及び１５ｃｍのパイプを使用して上記の装置内で試験
される時、少なくとも０．６ｇ／ｓ、典型的には６ｇ／
ｓ、また望ましくは２５ｇ／ｓの流量率を有する。材料
は一般に約１５又はそれよりも小さい、典型的には８よ
りも小さい、また望ましくは１よりも小さいショアＡ硬
度を有する。好ましくは、材料は３　Ｍ　Ｐ　ａよりも
小さい、一層好ましくは約ＩＭＰａよりも小さい、また
最も好ましくは約０．２　Ｍ　Ｐ　ａよりも小さい圧縮
強度を有する。

上記のように、好ましいゴムが脆いという傾向は望まし
いと思われる。′脆い“とは、材料がシラスティックＥ
又はＪゴムよりも破砕し易い傾向を有することを意味す
る。

さらに、上記のように、好ましい材料は、粒子形態で使
用される時、セルフ・コンブライアントであり、また３
５０ｋＰａ、好ましくは２４０ｋＰａ、一層好ましくは
約６９ｋＰａの圧力の下で見掛けの空隙なしのボディと
して合体する傾向を有する。

本発明は単に、いくつかの現在利用可能な材料の特性に
従って特徴付けられている。データは組合わせの測定さ
れた特性のすべてが必要であることを確証するには不十
分である。それどころか、かなりの範囲で、冗長さが存
在し、またそれらが独立に本発明を特徴付けると信ぜら
れている。

粒子がを限なサイズの固体であるので、また気体又は液
体が存在する必要がないので、実質的にアイソスタティ
クな条件が達成されている間にも真空袋に気密シールが
存在することはもはや本質的でない。その代わりに、小
さい粒子がすべての小さい開口を閉塞し、また複合物に
侵入しない。

一般に、粒子の存在及び圧力は袋のシーリングを助ける
。また、高い圧力を含むサイクルの後にシリコン・ゴム
の粒子がその周囲の大気圧にもどされる時、粒子は実質
的に互いに接着していることが見出されている。それら
は例えば通常の真空手段により容器から容易に取り除か
れる。

粒子のような一層好ましいポリマーを成形装置に導入し
且つ再使用することが望ましいが、部分的に又は全体的
に大きい単一の固体として材料を導入することもできる
。成形の間、容器及び（場合によっては使用される）補
助装置のなかで媒体の運動が生じ得る。このような流動
は、媒体の他のすべての繰り返される実質的な変形とな
らんで、媒体を粒子として破壊する傾向を有する。こう
して、好ましい形感での粒子の使用と結び付けられる現
象は単一の固体の塊を使用する場合にも観察され得る。

容器が主に望まれるポリマー媒体及び成形される部を含
んでいることは望ましい。しかし、他の対象物、粒子及
び材料が媒体のなかに含まれていることが許されること
は理解されよう。材料は成形の間に本質的に空隙なしで
あるものとして説明されているが、“空隙なし”とは、
個々の媒体片の間に空間が存在しないことを意味し、鋳
造又は成形されたポリマー片のなかにその製造の性質に
起因して場合によっては空隙が存在し得ることを除外す
るものではない。

好ましい材料は充虜されていないシリコン・ゴムである
が、所望の特性を有する他のポリマー材料も使用され得
る。たいていのシリコン・ゴム長時間使用中の温度を例
えば約４００℃までに制限されている。しかし、ビニル
メチルシロキサン及びシルフェニレン形式のシリコン樹
脂は約８００℃までの温度で成功裡に試験されている。

本質的な挙動が保たれるかぎり、充瞑材及び他の混和物
が媒体と共に又は媒体内に含まれていてよい。

本発明は、複合ポリマー材料（通常のガラス繊維、黒鉛
繊維などにより充瞑されている例えば通常のポリアミド
、ポリイミド、エポキシ樹脂、さらにはポリエーテルケ
トン及びポリスルホン樹脂など）の成形に関して説明さ
れてきたが、本発明が他のポリマー材料、積層物、を成
形するために、また金Ｂ（例えば通常の粉末金属予生成
物、例えばアルミニウム）及びセラミックスを含む他の
材料から製造される物品を処理するために同様に応用可
能であることは明らかである。ここに使用されている成
形という用語は、圧力が材料の表面に与えられるすべて
の材料処理を包含するものとする。

本発明は、閉じられた容器に関して説明されてきたが、
本発明の方法の原理が他の場合にも応用され得ることは
明らかである。例えば、物品は、ライニングがロケット
モータケース内に成形される場合のように、本来の場所
で成形され得る。また本発明は、閉じられた容器が存在
しない他の場合、例えば媒体が圧縮成形の間に型又は工
具キャビティのなかに捕らえられている場合にも応用さ
れ得る。例えば、上側の雌型が、物品前駆物質を受は入
れ且つそれに形状を付与するキャビティを存する下側の
雄型を包む。シリコン・ゴム媒体が雌型のなかの物品前
駆物質の上の空間を満たす。

対向するピストンが型を一緒に動かす時、媒体の体積が
変えられて加圧され、また物品が成形される。こうして
一般に本発明は種々の成形の場合に応用可能である。

以上に於ては本発明を特定の好ましい実施例について説
明してきたが、本発明はこれらの実施例に限定されるも
のではなく、本発明の範囲内にて種々の実施例が可能で
あることは当業者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ピストンのような機械的手段により成形され
るべき物品への圧力を制御することにより本発明の方法
を実施するための装置の概要図である。 第２図は、加熱により物品への圧力を制御することによ
り本発明の方法を実施するための装置であって、主成形
チャンバに追加的な媒体を与えるため、もしくは主成形
チャンバから媒体を受は入れるオーバーフローとしての
役割をするためにオプションとして追加的なチャンバを
含んでいる装置の概要図である。 第３図は、本発明の方法を実施するための装置であって
、成形されるべき物品への圧力を制御するため、媒体を
加熱する手段と媒体を冷却する手段とを利用する装置の
概要図である。 第４図は、本発明の方法を実施するための装置であって
、成形されるべき物品に熱を与え、また成形されるべき
物品の付近のポリマー媒体に熱を与えるため、成形され
るべき物品の付近に加熱手段を含んでいる装置の概要図
である。 第５図は、第４図の装置と類似の装置であって、成形さ
れるべき物品へのポリマー媒体の圧力を制御するため冷
却手段を含んでいる装置の概要図である。 第６図は、本発明の方法を実施するための装置であ４て
、成形されるべき物品への成形チャンバ内のポリマー媒
体の圧力を制御するため成形チャンバの外部に加熱手段
を含んでいる装置の概要図である。 第７図は、本発明の方法を実施するための装置であって
、成形されるべき物品への圧力を制御するため、成形さ
れるべき物品から離れた位置に加熱手段及び冷却手段を
含んでいる装置の概要図である。 第８図は、本発明に従って成形される物品に対する典型
的な圧力及び温度の時間的サイクルを示ずグラフである
。 第９図は本発明の方法を実施するための他の装置の概要
図である。 ｌ・・・成形されるべき物品、２・・・圧力容器、３・
・・媒体、４・・・加熱手段、５・・・追加的供給容器
、６・・・弁、７・・・冷却管 特許出願人　　ユナイテッド・チクノロシーズ・コーポ
レイション

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）物品前駆物質から物品を成形する方法に於いて、
   物品前駆物質を圧力容器のなかに置く過程と、前記容器
   を固体の流動可能なポリマー媒体で実質的に満たす過程
   と、前記媒体により実質的に均等な予め定められた媒体
   圧力を前記物品前駆物質の表面に生ぜしめる過程とを含
   んでいることを特徴とする物品成形方法。
2. （２）充填材又は繊維により強化された樹脂物品前駆物
   質から充填材又は繊維により強化された樹脂物品を成形
   する方法に於いて、物品前駆物質を圧力容器のなかに置
   く過程と、前記容器を低いヤング率、正の温度膨張係数
   及び低いせん断強さを有する固体の流動可能なポリマー
   媒体で実質的に満たす過程と、前記物品前駆物質を予め
   定められた温度に加熱する過程と、前記媒体により実質
   的に均等な予め定められた媒体圧力、前記加熱により生
   ぜしめられた前記媒体圧力の少なくとも一部分、を前記
   物品前駆物質の表面に生ぜしめる過程とを含んでいるこ
   とを特徴とする物品成形方法。
3. （３）物品前駆物質から物品を成形する装置に於いて、
   物品及び加圧された固体の媒体を内蔵するための実質的
   に閉じられた圧力容器を含んでおり、前記容器が固体の
   流動可能なポリマー媒体により実質的に満たされ、前記
   媒体がさもなければ物品前駆物質により満たされない容
   器内の空所を実質的に満たし、前記媒体が物品前駆物質
   の表面に実質的に均等な予め定められた媒体圧力を生ぜ
   しめ得ることを特徴とする物品成形装置。