KR20060134105A

KR20060134105A - Ｒｔｍ 성형방법 및 장치

Info

Publication number: KR20060134105A
Application number: KR1020067019054A
Authority: KR
Inventors: 토시히데 세키도; 시게오 이와사와; 타츠야 센바
Original assignee: 도레이 가부시끼가이샤
Priority date: 2004-02-17
Filing date: 2005-02-16
Publication date: 2006-12-27
Also published as: EP1721719A4; EP2565019A1; EP1721719A1; US7943078B2; EP1721719B1; EP2565007A1; WO2005077632A1; KR101151966B1; US20070182071A1; US20110192531A1; AU2005213807A1

Abstract

복수의 형으로 이루어지는 성형 형의 캐비티 내에 강화 섬유 기재를 배치하고, 형 조임한 후, 수지를 주입해서 성형하는 RTM 성형방법에 있어서, 강화 섬유 기재의 면 방향에 관해서 분할 영역을 상정하고, 각각의 분할 영역은, 주입 수지가 영역 내의 전면에 걸쳐서 확장되는 동시에 기재 두께 방향으로 실질적으로 균일하게 함침 가능한 분할 영역이며, 상정된 각 분할 영역의 각각에 대해 해당 분할 여역 내까지 주입 수지를 도입하는 수지 도입로를 형성하는 것을 특징으로 하는 RTM 성형방법, 및 RTM 성형장치. 비교적 큰 성형품을 성형함에 있어서, 수지 주입으로부터 함침·경화까지의 성형공정을, 수지가 흐르지 않는 영역이 생기지 않도록 하고, 고속으로 실시할 수 있어, 성형 시간의 단축, 생산 속도, 생산량의 증가, 보이드 등이 없는 고품질의 성형품의 제조를 가능하게 한다.

강화 섬유 기재, RTM 성형방법, 수지 도입로, 수지 배출용 홈, 코어재, 중간 부재, 수지 주입 라인, 수지 배출 라인

Description

ＲＴＭ 성형방법 및 장치{RTM MOLDING METHOD AND DEVICE}

본 발명은, 비교적 대형의 FRP(섬유 강화 수지)를 성형하기 위한 RTM(Resin Transfer Molding) 성형방법 및 장치에 관한 것이고, 특히, 고속 성형 및 표면 품위의 향상을 가능하게 하는 RTM 성형방법 및 장치에 관한 것이다.

FRP, 특히 CFRP(탄소 섬유 강화 수지)는 경량이면서도 높은 기계적 성질을 가지는 복합재료로서 여러 가지 분야에서 이용되고 있다. FRP 성형방법의 하나로서, 형에 강화 섬유 직물의 적층기재 등으로 이루어지는 강화 섬유 기재를 얹어놓고, 형 닫음 후, 형 내를 감압해서 액상 수지를 주입하고, 가열 경화시키는 RTM 성형방법이 알려져 있다. 또, 이러한 종래의 성형에 있어서, 상하의 부형 형으로 끼워 넣음으로써, 성형 형에 배치하기 전에 사전에 강화 섬유 기재에 어느 정도의 형상 부형하는 것도 제안되어 있다(특허 문헌 1).

종래의 RTM 성형방법에 있어서는, 일반적으로는, 1개의 주입구로 수지를 가압 주입한다. 그리고, 경우에 따라서는, 복수의 수지 배출구를 설치하고 있다. 그러나, 이러한 종래 방법에서는, 유동하는 수지량을 크게 설정하는 것이 곤란한 점, 수지 주입구가 하나인 점에서, 대형품의 RTM 성형이 곤란하다고 하는 문제가 있다. 즉, 수지를 유동시키고 있는 동안에, 수지가 겔화가 진행되어(수지 점도가 높아져), 성형품의 전역에 수지가 흐르지 않는 경우가 있다. 또, 수지에 지연제를 첨가해서 겔화 시간을 연장시키면, 시간이 걸려도 전역에 수지를 유동시키는 것은 가능하지만, 소정의 수지 유동에 시간이 걸려, 생산 속도, 생산량이 저하한다. 또한 대형품, 특히 비교적 큰 삼차원 면상체를 성형함에 있어서 1개의 주입구로 수지 유동시키면, 형상에 따라서는 수지가 흐르지 않는 영역이 생기는 경우가 있다. 수지 배출구를 복수 설치해서 수지 유동을 제어해도, 양호하게 성형 가능한 복잡한 구조에는 한계가 있다.

한편, 수지 주입을 성형체의 전면에서 일제히 행하는 방법으로서, RFI(Resin Film Infusion)법이 있다. 이 방법은, 미 함침의 강화 섬유 기재에 반경화의 수지 필름을 접합한 상태로 가열하고, 용융된 수지를 핫 프레스 등으로 가압해서 함침시키는 방법인데, 복잡한 형상의 성형이 어렵고, 강화 섬유 기재의 일부분에 미 함침 부분이 생기기 쉬운 등의 문제가 있다.

어느 정도 복잡하면서도 대형 성형품에서도 함침시키는 방법으로서 예를 들면, 특허 문헌 2에 기재된 방법 등이 있다. 이 방법에서는, 상기 RFI법의 수지 필름 대신에 예를 들면, 스펀지재에 용융 수지를 함침시킨 매트릭스 수지의 담지체를 이용하는 방법이며, 개선된 방법이지만, 대형품을 염가로 간이적 수법으로 가압 함침시키는 방법으로서 피 성형체 전체를 배깅 필름으로 덮은 상태로 그 안을 감압하는 방법을 취하고 있기 때문에, 최대라도 0.1MPa의 가압력 밖에 발생하지 않기 때문에, 두꺼운 것이나 세부까지 완전하게 함침할 수 없는 등의 문제가 있다.

이들 방법은, 모두 최초부터 용융된 매트릭스 수지를 유동시키면서 강화 섬 유 기재에 함침시켜 가는 방법은 아니기 때문에, 미 함침부 발생의 원인이 남아 있다.

또, 종래의 RTM 성형방법으로서 1개의 주입 라인으로부터 수지를 가압 주입하는 방법도 알려져 있다. 예를 들면, 성형품이 다각형의 형상(복수 변)으로 이루어지는 경우, 수지 주입은 1변으로부터 대향하는 다른 변을 향해 주입된다(예를 들면, 특허 문헌 3, 특허 문헌 4). 그러나, 이러한 방법에서는 1변으로부터 대향 변을 향해 수지는 확실히 순차 강화 섬유 기재에 함침하면서 유동해 가지만, 성형품이 비교적 대형으로 되면 수지 유동에 막대한 시간을 필요로 하고, 경우에 따라서는 수지가 유동중에 겔화 시간에 이르러 버려 완전하게 함침하기 전에 유동이 정지한다고 하는 문제가 있다. 그래서, 상기 특허 문헌 3과 같이, 수지 주입 라인을 성형품의 복수 개소에 설치해서 순차 주입해서 나갈 방법이 제안되어 있지만, 이 방법은 성형품의 성형 영역 내로부터 수지 주입하기 때문에, 코어를 이용해서 해당 코어의 양면에 강화 섬유 기재를 배치하는 샌드위치 성형품에 대해서는 성형 형 면 측에서의 주입을 할 수 없어 적용할 수 없다. 또, 샌드위치 성형품이 아닌 경우에도, 양면 형인데다가 표면에 높은 의장성이 요구되는 성형품의 성형에는 적용할 수 없다. 이와 같이, 상기와 같은 종래의 RTM 성형방법에서는, 비교적 대형의 성형품을 효율적으로 성형하는 것이 곤란했다.

통상, 비교적 많은 형태로 이루어지는 RTM 성형 형에는, 성형에 막대한 시간을 필요로 하는 점에서 생산성이 낮다고 하는 큰 문제가 있다. 한편, 성형 형이 상하 형인 구성에서는, 상기의 강화 섬유 기재의 형 면에의 세트는 비교적 용이하 면서도 세트 시간도 단시간으로 할 수 있는 이점이 있는 반면, 일반적인 수지의 주입 방법, 즉 0.2 내지 1.OMPa의 압력으로 가압하고, 각별히 유속을 컨트롤하지 않고 수지 주입했을 경우는, 수지가 압력에 따른 유속으로 형 내에 유입되어 가서, 비교적 단시간에 형 내에 수지가 충전되지만, 강화 섬유 기재가 수지 흘러나와 흐트러지거나, 유속이 빨라서 불균일한 흐름이 생겨 성형품의 표면에 보이드나 핀 홀이 다수 발생하는 경우가 있다.

특히, 성형 시간을 단축하거나, 대면적의 성형품을 단시간에 성형하기 위해서, 수지의 토출 압력이 0.5MPa 이상의 고압으로(따라서, 고속으로) 수지 주입하는 경우는, 강화 섬유 기재(특히, 평직물)의 방직 조직의 흐트러짐이 생기고 쉽고, 또 고속으로 수지가 형 내를 유동하기 때문에, 형 내의 캐비티 치수 불균일(특히, 두께 불균일)이나 기재의 미묘한 두께 불균일이나 기재끼리의 오버랩 등에 의한 부분적인 기재 구성의 차이에 따라 유동 저항이 유동 영역 내에서 불규칙해지기 때문에, 균일한 흐름을 유지할 수 없는 점에서, 국소적으로 「흐름의 앞지름」등이 생겨 큰 보이드가 발생하는 경우가 있다. 또한, 실제로 해당 기재 부분에 수지는 흘러 오고는 있지만, 흐름이 빠른 점에서 예를 들면, 직물의 짜임새에 있던 기체가 빠질 틈이 없어 체류해 버려, 핀 홀로서 표면에 결함을 발생시키는 경우가 있다. 이러한 기재 흐트러짐이나 보이드, 핀 홀 등의 의장성에 관계되는 외관 품위의 저하를 가져오는 종래의 성형 조건이나 성형 프로세스에서는, 성형 시간의 단축화를 위한 고속 주입을 행하면서, 높은 표면 품위를 확보하는 것은 곤란하다. 성형품의 사이즈가 커지면 커질수록, 아무래도 고속 수지 주입하는 점에서, 이러한 외관 품 위 상의 결함은 발생하기 쉽다.

이러한 의장성에 관계되는 보이드나 핀 홀의 발생에는, 수지의 유동 상태가 크게 영향을 주는 점에서, 강화 섬유 기재의 밀도, 즉 단위면적당 실의 중량도 중요한 인자로 된다. 1층 당의 강화 섬유의 단위면적당 실의 중량은 수지의 유동 저항이나 기포의 제거 용이성에 영향을 주기 때문에, 수지 유동 조건에 따른 적정한 단위면적당 실의 중량으로 설정할 필요가 있다. 이 단위면적당 실의 중량의 적정화는 단순히 표면 품위의 면뿐만 아니라, 프리폼의 작업성이나 강도 이용률 등의 관점에서도 설정할 필요가 있다. 즉, 단위면적당 실의 중량이 너무 커서 기재의 강성이 커지면 형 면에 강화 섬유 기재가 따르기 어려워서 입체 형상에의 부형이 어려워져, 프리폼화에 막대한 작업시간이 걸리거나, 그때에 기재 흐트러짐을 일으켜 FRP 성형품의 역학 특성이 저하하는 사태를 초래하는 경우가 있다. 즉, 효율적인 생산을 행하기 위해서는, 생산 조건(성형 사이즈·형상, 성형 조건 등)에 맞는 단위면적당 실의 중량이 존재한다.

또, 성형 조건 중에서, 특히 온도나 수지 주입 압력이 표면 품위에 주는 영향도는 높다. 주입되는 수지 자체의 온도나, 금형으로 가열되는 수지 온도가 높은 경우, 수지 점도가 낮아져 유동성이 높아지고, 기재에의 수지 함침성은 좋지만, 점도 상승률이 높아져 급격하게 유동성이 악화되어, 성형품이 큰 경우는 수지의 유동이 도중부터 감속해서, 미 함침을 초래하는 경우가 있다. 겨우 전역에 수지가 유동해도, 점도가 높아진 영역에서는, 미 함침에는 이르지 않아도 보이드나 핀 홀이 다발하는 경우가 있다. 한편, 금형 온도에 불균일이 있거나, 성형중에 변화하거나 하면 형 내에 남아 있던 극미소한 기포끼리가 접촉하여, 보이드나 핀 홀로 발전하는 큰 기포로 성장하는 경우가 있다.

또, 압력도 적당한 것이 중요하다. 즉, 너무 높아 수지 유속이 빨라져, 기재의 방직 조직을 흩트리거나, 캐비티 내에서 체적 팽창해서 기포를 발생시키거나, 너무 낮아 잔존 기포를 작게 압축할 수 없는 경우가 있다.

또, 반응성 수지로부터 경화 과정에서 반응 가스가 생기거나, 이미 수지 중에 내포하고 있던 미세한 가스(기포)가 시간과 함께 성장해서 커져, 보이드나 핀 홀로 성장하는 경우도 있으므로, 수지가 기재에 함침한 후에는 가능한 한 빨리, 신속하게 경화하는 편이 좋다.

해당 반응성 수지의 재료 특성이 성형 수율에 주는 영향도는 매우 높고, 예를 들면, 경화제의 종류에 따라서는 수지의 반응의 초기에 반응속도가 최대로 되어, 시간이 경과한다. 따라서 반응속도가 저하하고, 그 때문에 경화에 필요로 하는 시간이 길어지는 경우가 있다. 이것에 대해서, 성형 형의 온도를 상승시켜 경화 시간을 단축하려고 하면, 이번에는 초기의 점도 상승이 과대로 되어, 수지 주입·유동시에 점도가 과도하게 상승하여, 결국에는 겔화 되어 버려, 성형이 도중에 정지하여 미 함침 부분을 생기게 하는 경우도 있다.

이와 같이, FRP 성형(특히, RTM 성형)에서는, 성형 사이즈(면적)에 따른 적정한 성형 조건이나 재료 특성이 존재하고, 적정한 조건으로 성형하지 않으면, 품질면, 특히 표면 품위의 점에서 문제를 일으키기 쉽다고 말할 수 있다.

또한, 성형품의 표면 품위를 향상시키는 것을 목적의 하나로 해서, RTM 성형 에 앞서, 상하의 부형 형으로 끼워 넣음으로써, 성형 형에 배치하기 전에 사전에 강화 섬유 기재에 어느 정도의 형상 부형하고, 그대로 강화 섬유 기재만을 성형 면에 직접 배치할 방법이 제안되어 있다(예를 들면, 전술의 특허 문헌 1).

그런데 상기와 같은 종래의 성형법에 있어서는, 주입, 경화되는 수지가, 충분히 고루 퍼져 강화 섬유 기재에 구석구석까지 함침되어 있지 않으면, 보이드나 핀 홀 발생의 원인으로 되어, 성형품의 기계적 특성을 저하시키거나, 표면 품위의 저하를 초래하게 된다. 특히 표면에, 그 중에서도 의장면측에 보이드나 핀 홀이 나타나면, 통상, 수지를 보충하는 등의 보수를 행하고 있지만, 이 보수에 시간이 걸려, 제조 공정 전체의 효율을 저하시키게 되어 있다.

이러한 의장면의 표면 품위를 해치는 보이드나 핀 홀의 발생을 방지하는 대책으로서 표층기재의 표면에 랜덤 매트층을 형성하는 경우가 있다. 이 랜덤 매트층이 최외층으로 되기 때문에 「서페이스 매트」라고 불리는 연유이기도 하고, 특히 프리프레그/오토클레이브 경화법, RFI(Risin Film Infusion) 및 핸드레이업법 등에서는, 가끔 적용되고 있다. 그런데 그 구성으로서는, 후술하는 본 발명에 따른 양태에 비해, 표층기재와 랜덤 매트층이 완전히 교체된 기재 구성으로 되어 있다.

이러한 기재 구성으로 RTM 성형이나 진공 성형 등과 같이, 드라이 기재에 수지 유체를 주입하고, 유동시켜 함침시켜 가는 성형방법에서는, 수지의 유동에 의해 기포도 유출시킬 필요가 있어, 아무래도 수지 유동성이 낮은 개소에는 보이드가 발생하거나, 기포가 잔류한 채로 핀 홀로 되기 쉽다.

전술과 같은 랜덤 매트를 표면 매트로서 이용하고, 최외층에 배치해서 RTM 성형이나 진공 성형방법으로 FRP 성형했을 경우, 드라이 기재 상태인 랜덤 매트가 금형 면에 밀어 붙여지고, 저 단위면적당 실의 중량의 랜덤 매트는, 숭고성이 낮기 때문에 금형 면과 랜덤 매트 간의 간극이 매우 작다. 그 때문에, 그 간극에의 수지 유동이 나쁘고, 결과적으로 그 개소에 보이드나 핀 홀이 발생하기 쉽다. 이와 같이, 특히 RTM 성형방법이나 진공 성형방법에 있어서는, 최외층(표층의 의장면)에 랜덤 매트층을 형성해도 보이드나 핀 홀의 발생을 방지할 수 없다.

특허 문헌 1:일본 특허 공개 2003 내지 305719호 공보

특허 문헌 2:일본 특허 공개 2002-234078호 공보

특허 문헌 3:일본 특허 공개 평 8-58008호 공보

특허 문헌 4:일본 특허 공개 2003-11136호 공보

<발명이 해결하고자 하는 과제>

그래서 본 발명의 제1의 과제는, 상기와 같은 현상을 감안하여, 비교적 큰 삼차원 면상체에 대해서도, 수지 주입으로부터 함침·경화까지의 성형 공정을, 수지가 흐르지 않는 영역이 생기게 하지 않고서, 종래의 RTM 성형방법이나 장치에 대해서 고속으로 실시할 수 있고, 그것에 따라, 성형 시간의 단축, 생산 속도, 생산량의 증가, 특히 1형 당의 생산량을 증가시켜, 제조 비용의 저감을 도모하는 것이 가능한 RTM 성형방법 및 장치를 제공하는 것에 있다.

또, 본 발명의 제2의 과제는, 비교적 대형, 즉, 실질적으로 투영 면적이 1㎡이상인 섬유 강화 수지제품을 성형하는 RTM 성형에 있어서, 보이드 등이 없는 고품질의 성형품을 효율적으로 단시간에 성형 가능한 RTM 성형방법 및 장치를 제공하는 것에 있다.

또한, 본 발명의 제3의 과제는, 수지를 주입하는 공정으로 용이하면서도 확실히 주입 수지를 원하는 범위 전체에 걸쳐서 양호하게 고루 퍼지게 하고, 특히 표면에, 그 중에서도 의장면측에, 보이드나 핀 홀이 생기지 않도록 해서 표면품위의 향상을 도모한 섬유 강화 수지를 제조할 수 있는 RTM 성형방법을 제공하는 것에 있다.

<과제를 해결하기 위한 수단>

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 RTM 성형방법은, 복수의 형으로 이루어지는 성형 형의 캐비티 내에 강화 섬유 기재를 배치하고, 형 조임한 후, 수지를 주입해서 성형하는 RTM 성형방법에 있어서, 상기 강화 섬유 기재의 면 방향에 관해서 분할 영역을 상정하고, 각각의 분할 영역은, 주입 수지가 영역 내의 전면에 걸쳐서 확산되는 동시에 기재 두께 방향으로 실질적으로 균일하게 함침 가능한 분할 영역이며, 상정된 각 분할 영역의 각각에 대해 해당 분할 영역 내까지 주입 수지를 도입하는 수지 도입로를 형성하는 것을 특징으로 하는 방법으로 이루어진다. 이 RTM 성형방법에 있어서는, 적어도 형 조임한 후부터 수지 주입 개시까지, 소정 시간 동안 수지 배출 라인으로부터 진공 흡인할 수도 있다.

또, 본 발명에 따른 RTM 성형장치는, 복수의 형으로 이루어지는 성형 형의 캐비티 내에 강화 섬유 기재를 배치하고, 형 조임한 후, 수지를 주입해서 성형하는 RTM 성형장치에 있어서, 상기 강화 섬유 기재의 면 방향에 관해서 분할 영역을 상정하고, 각각의 분할 영역은, 주입 수지가 영역 내의 전면에 걸쳐 확산되는 동시에 기재 두께 방향으로 실질적으로 균일하게 함침 가능한 분할 영역이며, 상정된 각 분할 영역의 각각에 대해 해당 분할 영역 내까지 주입 수지를 도입하는 수지 도입로를 형성하는 것을 특징으로 하는 점에서 된다. 이 RTM 성형장치에 있어서는, 적어도 형 조임한 후부터 수지 주입 개시까지, 소정 시간 동안 수지 배출 라인으로부터 진공 흡인하는 수단을 가지는 구성으로 할 수도 있다.

상기와 같은 본 발명에 따른 RTM 성형방법 및 장치에 있어서는, 비교적 넓은 면적을 가지는 강화 섬유 기재에 대해, 적절한 사이즈의 분할 영역을 상정하고, 각 분할 영역의 각각에 대해 해당 분할 영역 내까지 주입 수지를 도입하는 수지 도입로를 형성하고, 해당 수지 도입로를 통해 수지를 주입함으로써, 결과적으로, 강화 섬유 기재의 전역에 걸쳐서, 신속하면서도 균일하게 수지를 함침시키도록 하고 있다. 분할 영역의 분할수는, 후술의 제1, 제2의 양태에 나타내는 바와 같이, 복수의 셀 수 있는 수로 해도 되고, 후술의 제3의 양태에 나타내는 바와 같이, 실질적으로 무수의 분할 영역 수로 해도 된다.

그리고 본 발명은, 특히 상기 제1의 과제를 해결하기 위해서, 상기 성형 형을 구성하는 형 사이에, 두께 방향으로 관통하는 수지 유로를 가지는 중간 부재를 배치하고, 해당 중간 부재를 개재시켜, 수지를 상기 강화 섬유 기재에 대해서 복수의 개소로부터 거의 동시에 주입하는 RTM 성형방법을 제공한다(제1의 양태에 따른 방법).

또, 본 발명은, 상기 성형 형을 구성하는 형 사이에, 두께 방향으로 관통하는 수지 유로를 가지고, 해당 수지 유로를 통해 수지를 상기 강화 섬유 기재에 대해서 복수의 개소로부터 거의 동시에 주입 가능한 중간 부재가 설치되어 있는 RTM 성형장치를 제공한다(제1의 양태에 따른 장치).

이 제1의 양태에 따른 RTM 성형방법 및 장치에 있어서는, 어떤 형에, 강화 섬유 기재에 대해서 실질적으로 전체 둘레에 걸쳐서 연장되는 수지 배출용 홈이 형성되어 있는 구성으로 할 수 있다. 또, 상기 중간 부재에, 강화 섬유 기재에 대해서 실질적으로 전체 둘레에 걸쳐서 연장되는 수지 배출용 홈이 형성되어 있는 구성으로 할 수도 있다.

상기 중간 부재는, 그 일면 측에 형성된 수지 유로용 홈과, 해당 홈에 연통해서 상기 면과는 반대 면인 강화 섬유 기재 배치측의 면으로 관통하는 관통구멍이 설치되어 있는 구성으로 할 수 있다.

상기 중간 부재로서는, 금속제 또는 수지제 중 어느 것도 사용 가능하다. 또, 수지 주입용 부재(예를 들면, 수지 주입용 파이프)를 상기 중간 부재와 거기에 대향하는 형으로 밀어 넣해서 밀봉하는 구성으로 할 수 있다. 또, 수지 배출용 부재(예를 들면, 수지 배출용 파이프)를 상기 중간 부재와 강화 섬유 기재를 개재시켜 상기 중간 부재에 대향하는 형으로 밀어넣어서 밀봉하는 구성으로 할 수도 있다.

또, 상기 중간 부재로서 복수의 관통구멍을 설치한 다공판이나 수지제 필름을 사용할 수도 있다. 이 경우, 중간 부재에 대향하는 형에 수지 통로용의 홈이 설치되어 있는 구성으로 할 수 있다. 또, 상기 중간 부재와 거기에 대향하는 형의 사이에 간극을 형성하고, 해당 간극이 1 내지 10㎜의 범위 내로 설정되어 있는 구성으로 할 수도 있다.

또, 상기 강화 섬유 기재에 코어재가 적층되어 있는 구성, 대표적으로는, 코어재를 양측으로부터 강화 섬유 기재로 끼운 샌드위치 구조를 채용할 수 있다.

또, 성형 형의 형 맞춤면부에 있어서의 밀봉성, 특히, 수지 주입부나 배출부에 있어서의 밀봉성을 향상시키고, RTM 성형 사이클 타임을 짧게 하기 위해서, 수지의 주입용의 튜브 및(또는) 배출용의 튜브를 형 맞춤면부에 밀어넣어서 설치하고, 해당 튜브와 형의 사이를 탄성체(밀봉용 탄성체)를 개입시켜 밀봉하는 구조를 채용할 수도 있다.

상기 밀봉성 향상 구조에 있어서는, 밀봉용 탄성체에, 성형 형의 캐비티를 형 맞춤면부에서 밀봉하는 O-링의 단부가 내장되어 있는 구성으로 할 수 있다.

또, 수지 주입중에 발생하는 수지 중의 용존기체의 증발에 의한 기포나, 형의 각부에 체류하는 미소한 기포를 배출 가능하게 하기 위해서, 상기 성형 형 내에 수지를 가압 주입하면서 성형 형 내의 기체와 잉여 수지를 간헐적으로 배출하는 구성으로 할 수 있다.

이 경우, 가압 주입된 수지의 상기 성형 형 내에서의 수지 압력을 Pm, 수지를 주입하는 주입구에서의 수지 토출 압력을 Pi로 했을 때, 선택적으로 Pm=Pi, Pm<Pi로서, 성형 형 내에 유입되어 있는 수지의 유량을 제어할 수 있다. 또, 성형 형 내에 유입되어 있는 수지의 유량을, 수지를 배출하는 배출구 구경의 조절에 의해 제어할 수도 있다. 배출구 구경의 조절과, 그 조절 타이밍을 기억하고, 그 기억 정보에 기초해서 성형 형 내의 수지 유량을 자동적으로 제어하도록 할 수도 있다.

또, 성형 형의 캐비티 내에 수지를 가압 주입할 때, 수지의 단위시간 유량(Q:㏄/min)과 캐비티의 투영 면적(S:㎡)의 비(Q/S:㏄/min·㎡)가,

50<Q/S<600

의 범위 내인 구성으로 할 수 있다.

이 경우, 상기 비(Q/S:㏄/min·㎡)와 수지의 가압력(P:MPa)의 곱((Q/S)×P:㏄MPa/min·㎡)이,

20≤(Q/S)×P≤400

의 범위 내인 구성으로 할 수도 있다.

또, 상기 수지의 가압력이 0.2 내지 0.8MPa의 범위 내인 구성, 상기 수지가, 가열 온도가 60 내지 160℃의 범위의 일정 온도하에서, 3 내지 30분으로 경화되는 구성을 채용할 수 있다.

상기와 같은 제1의 양태에 따른 RTM 성형방법 및 장치는, 다음과 같은 기본사상에 기초해서, 전술의 과제의 해결을 도모한 것이다. 즉, 어쨌든 수지 주입구를 늘려, 하나의 주입구 당의 수지 유동 영역을 작게 한다. 그리고, 수지를 강화 섬유 기재에 함침하기 전에, 일단 기재 표면에 흘려서 수지를 모으도록 하고, 그 수지에 압력을 가해 단번에 전역에 수지 유동시켜 함침시킨다. 이때, 실질적인 수지 유동은, 기재의 두께 분으로 되도록 한다. 즉, 사전에 수지를 충분히 넓은 영역에 걸쳐서 면 방향으로 유동시켜 두고, 거기로부터 단번에 기재된 두께 방향으로 유동, 함침시키는 것이다. 따라서, 수지는 기재의 전역(주변으로부터는 아니고)으로부터 기재에 주입되게 되어, 지극히 신속히 기재에 함침된다. 수지 배출은, 주변(경우에 따라서는, 전체 둘레)으로부터 행하는 것이 바람직하다.

이러한 수지 유동 동작을 행하게 하기 위해서, 상기 RTM 성형방법 및 장치에서는, 형 사이에, 예를 들면, 한쪽 형(예를 들면, 상형)과 다른 쪽 형(예를 들면, 하형)의 사이에, 수지 유로를 형성하는 중간 부재(수지 주입 멀티 보트용의 중간 플레이트)를 배치하고, 해당 중간 부재를 개재시켜, 수지를 강화 섬유 기재에 대해서 복수의 개소로부터 거의 동시에 주입한다. 예를 들면, 중간 부재에 설치한 복수의 주입구로부터, 강화 섬유 기재에 대해서 동시에 수지를 흘려서, 기재의 전역에 거의 균등하게 수지를 흘린다.

또, 강화 섬유 기재와 상형(한쪽 형)의 사이에, 중간 부재로서, 주입 통로 면적이 작은 중간 플레이트(수지 유동 저항이 큰 다공판이나 구멍 뚫린 필름 등)를 설치하고, 해당 중간 플레이트와 상형의 사이에 미소 간극(예를 들면, 상기의 1 내지 10㎜의 범위의 간극)을 유지하고, 그 간극에 수지를 흘릴 수도 있다. 유동 저항이 낮기 때문에, 중간 플레이트의 구멍으로부터 흐르기 전에, 충분히 넓은 영역으로 퍼져, 수지가 고이고, 그 다음에 실질적으로 단번에 관통구멍을 통해 강화 섬유 기재 방향으로 주입된다. 따라서, 이 경우에도, 복수의 개소로부터 거의 동시에, 균등하게 수지 주입할 수 있다.

또, 본 발명은, 특히 상기 제2의 과제를 해결하기 위해서, 상기 캐비티의 외주에 배치된 수지 주입 라인으로부터 수지 배출 라인을 향해 수지를 주입해서 상기 강화 섬유 기재에 수지 함침 후, 가열 경화시키는 RTM 성형방법으로서, 상기 수지 주입 라인이 복수로 분할 형성되어 있는 RTM 성형방법을 제공한다(제2의 양태에 따른 방법).

또, 본 발명은, 상기 캐비티의 외주에 배치된 수지 주입 라인으로부터 수지 배출 라인을 향해 수지를 주입해서 상기 강화 섬유 기재에 수지 함침 후, 가열 경화시키는 RTM 성형장치로서, 상기 수지 주입 라인이 복수로 분할 형성되어 있는 RTM 성형장치를 제공한다(제2의 양태에 따른 장치).

이 제2의 양태에 따른 RTM 성형방법 및 장치에 있어서는, 상기 수지 주입 라인과 수지 배출 라인이, 상기 캐비티의 실질적으로 외주 전역에 걸쳐 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또, 상기 수지 주입 라인과 수지 배출 라인에 관해, 수지 주입 라인의 길이가 상기 수지 배출 라인 길이의 2배 이상인 것이 바람직하다.

이러한 수지 주입 라인 및(또는) 수지 배출 라인은, 성형 형에 가공된 홈(홈부상의 홈)으로 구성할 수 있다. 성형 형이 상형과 하형으로 이루어지는 경우, 상기 홈은 모두 하형에 가공되어 있는 것이 바람직하다.

또, 상기 수지 배출 라인도 복수로 분할 형성되어 있는 구성으로 할 수 있다.

복수로 분할 형성되는 수지 주입 라인으로부터의 수지 주입은, 수지 배출 라인으로부터 실질적으로 먼 쪽의 수지 주입 라인부터 순차 행하는 것이 바람직하다. 또, 수지 배출 라인으로부터도, 소정의 시간 후에 수지 주입 라인으로 전환하여 수지 주입을 행하도록 하는 것도 가능하다.

또, 이 제2의 양태에 따른 RTM 성형방법 및 장치에 있어서도, 상기 강화 섬유 기재에 코어재가 적층되어 있는 구성, 대표적으로는, 코어재를 양측으로부터 강화 섬유 기재로 끼운 샌드위치 구조를 채용할 수 있다.

이 경우, 가압 주입된 수지의 상기 성형 형 내에서의 수지 압력을 Pm, 수지를 주입하는 주입구에서의 수지 토출 압력을 Pi로 했을 때, 선택적으로 Pm=Pi, Pm<Pi로서, 성형 형 내에 유입되어 있는 수지의 유량을 제어할 수 있다. 또, 성형 형 내에 유입되어 있는 수지의 유량을, 수지를 배출하는 배출구 구경의 조절에 의해 제어할 수도 있다. 배출구 구경의 조절과, 그 조절 타이밍을 기억하고, 그 기억정보에 기초해서 성형 형 내의 수지 유량을 자동적으로 제어하도록 할 수도 있다.

50<Q/S<600

의 범위 내인 구성으로 할 수 있다.

이 경우, 상기 비(Q/S:㏄/min·㎡)와 수지의 가압력(P:MPa)의 곱((Q/S)×P:ccMPa/min·㎡)이,

20≤(Q/S)×P≤400

의 범위 내인 구성으로 할 수도 있다.

또, 본 발명은, 특히 상기 제3의 과제를 해결하기 위해서, 상기 강화 섬유 기재의 적어도 한쪽 편의 표층이 연속 섬유층으로 이루어지고, 해당 표층의 바로 밑의 층이 랜덤 매트층으로 이루어지는 RTM 성형방법을 제공한다(제3의 양태에 따른 방법).

랜덤 매트층은 섬유 배향이 랜덤이면서도 저 단위면적당 실의 중량인 점에서 수지의 유동저항이 낮기 때문에, 이 랜덤 매트층을 형성함으로써, 비교적 수지가 흐르기 쉬운 수지 유로를 형성하는 것이 가능해진다. 그리고, 이 랜덤 매트층을 적어도 한쪽 편의 표층의 연속 섬유기재의 바로 밑에 배치함으로써, 수지 주입 시에, 특히 그 표층 근방에서 양호한 수지 흐름, 그 중에서도 표층의 면을 따르는 방향의 양호한 수지 흐름을 형성할 수 있고, 보이드로 되는 수지 함침 불량 부분의 발생을 방지하여, 성형품의 표면을 향상시킬 수 있다.

이 제3의 양태에 따른 RTM 성형방법에 있어서는, 상기 표층은 3층 이하의 연속 섬유층으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 너무 두꺼운 연속 섬유기재로 하면, 해당 기재를 통해 랜덤 매트층에 수지가 도달하기 어려워지거나, 또, 랜덤 매트층 안을 양호하게 유동한 수지가 표층의 연속 섬유기재중에 함침 되기 어려워지거나 할 우려가 있으므로, 표층의 연속 섬유기재의 적층 형태를 3층 이하로 하는 것이 바람직하다.

또, 표층을 형성하는 연속 섬유층의 총 단위면적당 실의 중량이 700g/㎡이하인 것이 바람직하고, 표면 의장성의 점에서 평직이나 능직, 수자직 등의 직물로 이루어지는 것이 바람직하다. 또, 이들 직물의 짜임새에는 핀 홀의 원인으로 되는 기포가 체류하기 쉽지만, 상술한 바와 같이 표면기재의 바로 밑에 랜덤 매트층을 배치함으로써 기포를 유출시켜, 핀 홀의 발생을 막을 수 있다. 이 표층은, 예를 들면, 탄소 섬유 직물로 구성할 수 있다. 단, 강화 섬유로서는, 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유, 금속 섬유, 보론 섬유, 알루미나 섬유, 탄화 규소 고강도 합성 섬유 등을 이용할 수 있지만, 특히, 탄소 섬유나 유리 섬유가 바람직하다. 그 중에서도, 상기 표층의 강화 섬유가 탄소 섬유 직물로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 랜덤 매트층의 총 단위면적당 실의 중량으로서는, 랜덤 매트층이, 특히 수지 유동, 함침 시 저항이 작은 수지 유로를 형성하는 것을 주목적으로 배치되기 때문에, 표층기재나 강화 섬유층 기재보다 낮은 150g/㎡이하인 것이 바람직하다. 이 랜덤 매트층은, 강화 섬유층보다 매트릭스 수지의 유동 저항을 낮게 함으로써 해당 수지의 유동성이나 함침성을 큰 폭으로 개선시키고, 보이드나 핀 홀의 발생을 방지하여 표면 품위를 향상시키는 역할을 다하는 것이다. 따라서, 이 목적을 달성할 수 있는 한, FRP의 강도나 강성 등의 기계적 특성 유지의 면에서는, 거의 강화 섬유로는 되지 않는 랜덤 매트층이 너무 많은 것은 바람직하지 않고, 상기와 같이 총 단위면적당 실의 중량을 150g/㎡이하로 하는 것이 바람직하다.

또, 이 랜덤 매트층에는 탄소 섬유나 아라미드 섬유라도 되지만, 비교적 염가의 유리 섬유를 이용할 수 있어 보다 바람직하다.

또, 이 제3의 양태에 따른 RTM 성형방법에 있어서도, 상기 강화 섬유 기재에 코어재가 적층되어 있는 구성, 대표적으로는, 코어재를 양측으로부터 강화 섬유 기재로 끼운 샌드위치 구조를 채용할 수 있다.

이러한 제3의 양태에 따른 RTM 성형방법에 의해, 수지를 주입하는 공정으로 용이하면서도 확실히 주입 수지를 원하는 범위 전체에 걸쳐서 양호하게 고루 퍼지게 하고, 특히 표면에, 그 중에서도 의장면측에, 보이드나 핀 홀이 생기지 않도록 해서 표면 품위의 향상을 도모한 섬유 강화 수지를 얻을 수 있다. 이 제3의 양태에 따른 RTM 성형방법은, 특히 상기 제2의 양태에 따른 RTM 성형방법과 조합해 이용할 수 있고, 그 경우에 랜덤 매트층에 의한 효과를 보다 양호하게 발휘할 수 있다.

<발명의 효과>

본 발명에 따른 RTM 성형방법 및 장치에, 비교적 넓은 면적의 강화 섬유 기재를 이용하는 경우에 있어서도, 적절한 분할 영역을 상정하여 각 분할 영역에 대해 주입 수지가 충분히 고루 퍼지면서도 양호하게 함침할 수 있도록 했으므로, 수지 주입으로부터 함침·경화까지의 성형 공정을, 수지가 흐르지 않는 영역이 생기게 하지 않고서, 고속으로 실시할 수 있고, 성형 시간의 단축, 생산 속도, 생산량의 증가, 제조 비용의 저감을 도모할 수 있다. 또, 전역에 걸쳐서 수지를 바람직한 상태로 함침할 수 있게 되어, 성형품의 표면 품위의 향상을 도모할 수 있게 된다.

특히 상기 제1의 양태에 따른 RTM 성형방법 및 장치에 의하면, 중간 부재를 개재시켜 먼저 수지를 충분히 넓은 영역에 퍼지도록 유동시키고, 그런 후에, 강화 섬유 기재에 대해, 복수의 개소로부터 거의 동시에, 균등하게 수지 주입하도록 했으므로, 비교적 큰 삼차원 면상체에 대해서도, 수지가 흐르지 않는 영역이 생기게 하지 않고서, 고속으로 성형을 실시할 수 있게 된다. 그 결과, 성형 시간을 큰 폭으로 단축할 수 있어, 생산 속도, 생산량을 증가하는 것이 가능하게 되고, 1형 당의 생산량을 증가시켜 제조 비용의 저감을 도모하는 것이 가능하게 된다. 또, 대형 성형품에 대해서도, 용이하게 수지 미 함침부의 발생을 방지하는 것이 가능하게 되어, 성형품의 품질의 향상을 도모할 수도 있다.

또, 상기 제2의 양태에 따른 RTM 성형방법 및 장치에, 종래의 RTM 성형에서는 곤란했던 비교적 대형의 FRP 성형품을 보이드 등의 결함이 발생하지 않은 상태로, 효율적으로 단시간에 안정적으로 성형할 수 있다. 즉, 고 사이클로 양산이 가능해진다.

또, 상기 제3의 양태에 따른 RTM 성형방법에 따르면, 적어도 한쪽 편의 표층의 연속 섬유기재의 바로 밑에 해당 표층기재나 강화 섬유층 기재보다 저 단위면적당 실의 중량의 랜덤 매트층을 배치함으로써, 강화 섬유 기재에 수지를 주입, 함침할 때에, 유동 저항이 작은, 수지가 흐르기 쉬운 수지 유로가 형성되고, 또한, 섬유 배향이 랜덤인 점에서 주입 수지가 양호하게 구석구석까지 고루 퍼져, 보이드나 핀 홀 등의 수지 함침 불량에 기인하는 결함의 발생이 방지된다. 특히, 표층 직하에 랜덤 매트층이 배치됨으로써, 성형품의 표면에 이러한 결함이 발생하는 것이 효율적으로 방지되어, 성형품의 표면 품위, 특히 의장면의 품위가 효과적으로 향상된다.

도 1은 본 발명의 제1실시형태에 따른 RTM 성형방법에 이용하는 장치의 분해 사시도이다.

도 2A는 도 1의 장치의 상형의 평면도, 도 2B는 그 정면도이다.

도 3A는 도 1의 장치의 중간 부재의 평면도, 도 3B는 도 3A의 C-C선에 따른 단면도이다.

도 4A는, 도 1의 장치의 하형의 평면도, 도 4B는, 도 4A의 C-C선에 따른 단면도이다.

도 5는 본 발명의 제1실시형태와는 다른 실시형태에 따른 RTM 성형방법에 이용하는 장치의 단면도이다.

도 6은 도 5의 장치의 상형의 저면도이다.

도 7은 도 5의 장치의 하형의 평면도이다.

도 8은 본 발명의 제2실시형태에 따른 RTM 성형방법 및 장치에 이용하는 성형 형의 일례를 나타내는 사시도이다.

도 9는 도 8의 성형 형의 하형의 평면도이다.

도 10은 도 9의 하형의 종단면도이다.

도 11은 본 발명의 제2실시형태에 따른 RTM 성형방법 및 장치를 이용한 RTM 성형 시스템의 개략 전체 구성도이다.

도 12는 본 발명의 실시예에 이용한 수지의 특성도이다.

도 13은 본 발명에 제3실시형태에 따른 RTM 성형방법에 의해 성형되는 섬유 강화 수지의 프리폼 기재의 구성을 나타내는 부분 단면도이다.

도 14는 도 13의 기재에 수지를 주입, 함침할 때의 모습을 나타낸 부분 단면도이다.

도 15는 본 발명의 제3실시형태와는 다른 실시형태에 따른 RTM 성형방법에 의해 성형되는 섬유 강화 수지의 프리폼 기재의 구성을 나타내는 부분 단면도이다.

도 16은 도 15의 기재에 수지를 주입, 함침할 때의 모습을 나타낸 부분 단면도이다.

도 17A는 도 13의 프리폼 기재의 표층기재의 부분 단면도, 도 17B는 그 평면 도이다.

도 18A 내지 도 18C는 본 발명의 제3실시형태에서 사용 가능한 성형방법을 나타내는 개략 구성도이다.

도 19는 도 13과는 또 다른 실시형태에 따른 섬유 강화 수지의 구성을 나타내는 부분 단면도이다.

도 20은 본 발명에 따른 RTM 성형방법 및 장치에 있어서의 밀봉성 향상 구조의 일례를 나타내는 성형 형의 개략 분해 사시도이다.

도 21은 다른 밀봉성 향상 구조예를 나타내는 성형 형의 종단면도이다.

도 22는 성형 형의 맞춤면에 이용되는 수지 주입·배출용 튜브의 사시도이다.

도 23A 내지 23F는, 성형 형 맞춤면에 배치된 수지 주입·배출용 튜브부의 각종 밀봉 형태의 예를 나타내는 구조 구성도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1, 20:성형 형

2, 21:상형

3, 24:중간 부재

4, 22:하형

5:수지 주입 유로용 홈

6, 24a:관통구멍

8, 26:수지 주입 부재

9, 23:강화 섬유 기재

11, 27:수지 배출 부재

25:간극(클리어런스)

41:RTM 성형 형

42:상형

43:하형

44:프리폼 기재(강화 섬유 기재)

45:형 밀봉재

46, 47, 48:수지 주입관

46a, 47a, 48a:밀봉용 고무 부재

46b, 47b, 48b:수지 주입 밸브

46c, 47c, 48c:수지 주입 러너

46d, 47d, 48d:수지 주입 필름 게이트

49:수지 배출관

49a:밀봉용 고무 부재

49b:수지 배출 밸브

49c:수지 배출 러너

49d:수지 배출 필름 게이트

50:캐비티

51:핀 구멍

52:핀

54:RTM 성형 시스템

55:금형 승강 장치

56:금형 승강용 유압 장치

57:수지 주입 장치

58:진공 펌프

59:수지 트랩

60:온조기

61a:주제 탱크

61b:경화제 탱크

62:가압 장치

63:혼합 유닛

64:분기관

65:수지 주입 유로

66:유압 실린더

67:배출 유로

68:유압 펌프

71, 76, 100:섬유 강화 수지

72, 72a, 72b:표층기재

73, 73a, 73b:랜덤 매트층

74, 74a, 74b:강화층을 구성하는 강화 섬유 기재

75a, 75b, 75c, 75d:수지 흐름의 유선

75, 77a, 77b:수지

78, 79, 82:기포

83:상형

84:하형

85:수지 주입구

86:흡인구

87:프리폼 기재

88:수지 주입용 러너

89:흡인용 러너

90:밀봉 홈

91:수지 탱크

92, 95:밸브

93:수지 주입 경로

94:진공 펌프

96:흡인 경로

97:성형품

101:코어재

111, 131, 151:상형

112, 132, 152:하형

113, 133:캐비티

114, 138:수지 주입용 러너

115, 139:수지 배출용 러너

116, 134:수지 주입용 튜브

117, 135:수지 배출용 튜브

118, 119, 136, 137, 153:밀봉용 탄성체

121, 154:O-링

122:강화 섬유 기재

123:강화 섬유 프리폼체

124:코어재

125:강화 섬유 기재

126, 127:게이트

<발명을 실시하기 위한 최량의 형태>

이하에, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다. 우선, 본 발명에 있어서의 강화 섬유로서는, 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유, 금속 섬유, 보론 섬유, 알루미나 섬유, 탄화 규소 고강도 합성 섬유 등을 이용할 수 있고, 특히, 탄소 섬유가 바람직하다. 강화 섬유 기재의 형태는 특별히 한정되지 않고, 한 방향 시트나 직물 등을 채용할 수 있어, 통상, 이들을 복수매 적층해서 강화 섬유 기재를 형성하고, 필요에 따라 사전에 부형한 프리폼의 형태로 이용한다.

본 발명에 따른 RTM 성형방법 및 장치에서 사용하는 수지로서는, 점도가 낮고 강화 섬유에의 함침이 용이한 열경화성 수지 또는 열가소성 수지를 형성하는RIM용(Resin Injection Molding) 모노머 등이 매우 적합하다. 열경화성 수지로서는, 예를 들면, 에폭시 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 폴리비닐에스테르 수지, 페놀 수지, 구아나민 수지, 또, 비스말레이드·트리아진 수지 등의 폴리이미드 수지, 푸란 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리디알릴프탈레이트 수지, 또한 멜라민 수지나 우레아 수지나 아미노 수지 등을 들 수 있다.

또, 나일론6, 나일론66, 나일론11 등의 폴리아미드, 또는 이들 폴리아미드의 공중합 폴리아미드, 또, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 등의 폴리에스테르, 또는 이들 폴리에스테르의 공중합 폴리에스테르, 또한 폴리카르보네이트, 폴리아미드이미드, 폴리페닐렌술파이드, 폴리페닐렌옥시드, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르이미드, 폴리올레핀 등, 또한, 폴리에스테르엘라스토머, 폴리아미드엘라스토머 등으로 대표되는 열가소성 엘라스토머 등을 들 수 있다.

또, 상기의 열경화성 수지, 열가소성 수지, 고무로부터 선택된 복수를 블렌드한 수지를 이용할 수도 있다.

그 중에서도 바람직한 수지로서 자동차용 외판부재의 의장성에 영향을 주는 성형시의 열 수축을 억제하는 관점에서, 에폭시 수지를 들 수 있다.

일반적으로 복합재료용 에폭시 수지로서는, 주제로서 비스페놀A형 에폭시 수 지, 페놀 노볼락형 에폭시 수지, 글리시딜아민형 에폭시 수지가 이용된다. 한편, 경화제로서는, 디시안디아미드에 디클로로페닐디메틸 요소를 조합한 경화제계가 작업성, 물성 등의 밸런스가 뛰어난 점에서 매우 적합하게 사용되고 있다. 그러나, 특별히 한정되는 것은 아니고, 디아미노디페닐술폰, 방향족 디아민, 산 무수물 폴리아미드 등도 사용할 수 있다. 또, 수지와 전술의 강화 섬유의 비율은, 중량 비율로 20:80 내지 70:30의 범위 내가 외판으로서 적당한 강성을 유지하는 점에서 바람직하다. 그 중에서도, FRP 구조체의 열 수축을 저감시켜, 크랙의 발생을 억제한다고 하는 점에서, 에폭시 수지 또는 열가소성 수지나 고무 성분 등을 배합한 변성 에폭시 수지, 나일론 수지, 디시클로펜타디엔 수지가 보다 적합하다.

또, 본 발명에 있어서는, 섬유 강화 수지와 코어재의 적층 구조를 가지는 섬유 강화 수지 구조체를 성형할 때에도 적용할 수 있다. 예를 들면, 코어재의 양측에 섬유 강화 수지층을 배치한 샌드위치 구조를 들 수 있다. 코어재로서는, 탄성체나 발포재, 벌집재의 사용이 가능하고, 경량화를 위해서는 발포재나 벌집재가 바람직하다. 발포재의 재질로서는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 폴리우레탄이나 아크릴, 폴리스티렌, 폴리이미드, 염화 비닐, 페놀 등의 고분자 재료의 폼재 등을 사용할 수 있다. 벌집재의 재질로서는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 알루미늄 합금, 종이, 아라미드 페이퍼 등을 사용할 수 있다.

도 1 내지 도 4는, 본 발명의 제1실시형태에 따른 RTM 성형방법 및 장치에 대해서 나타낸 것이다. 도 1에 있어서, 성형 형(1)은, 복수의 형으로 이루어지고, 본 실시 양태에서는, 한쪽 형으로서의 스틸제 상형(2)과, 다른 쪽 형으로서의 같은 재질의 하형(4)을 가지고, 사이에, 중간 부재로서 수지제(예를 들면, 폴리에틸렌)의 중간 플레이트(3)를 가진다. 이 상형(2)과 중간 플레이트(3)에 의해, 수지 주입 유로와 기재에의 주입 보트를 형성한다. 중간 플레이트(3)에는, 수지 주입 부재(8)와 연통하는 수지 유로용 홈(5)이 가공되어 있고, 각 홈(5)의 단부에는 주입 보트용 관통구멍(6)이 가공(천공)되어 있다. 수지 주입 부재(8)는, 금속제 파이프 또는 수지제 튜브로 구성되어 있고, 상형(2)을 구성하는 금형 및 중간 플레이트(3)에 대해서, 고무 등의 탄성체로 이루어지는 밀봉재(10a)로 밀봉되어 있다. 상형(2) 및 중간 플레이트(3)의 주변부는 O-링(7)으로 밀봉되어 있고, O-링(7)은 밀봉재(10a)와 결합되어 있다. 상형(2)의 네 귀퉁이에는, 중간 플레이트(3)나 하형(4)과 연결하기 위한 안내 가이드(13)가 설치되어 있다.

하형(4)의 캐비티 부위에는 강화 섬유 기재(9)가 배치되고, 기재(9)의 외주 측에는 수지 배출용 홈(12)(러너)이 가공되어 있다. 그 홈(12)의 일부에 끼워진 수지 배출 튜브(11)로부터, 잉여 수지가 형 외로 배출된다. 해당 홈(12)의 주위에는 밀봉용 O-링(14)이 배치되고, 튜브(11)와 금형(4)의 밀봉을 행하는 탄성체 등으로 이루어지는 밀봉재(10b)와 결합되어 있다.

도 2는 상형(2)을 나타내고 있고, 도 2A는 그 평면도, 도 2B는 정면도이다. 상형(2)에는, 수지 주입 유로(15)가 형성되어 있고, 그 입구에는 수지 주입 부재(8)의 상반분이 들어가게 되어 있다.

도 3은 중간 플레이트(3)를 나타내고 있고, 도 3A는 그 평면도, 도 3B는 도 3A의 C-C선에 따른 단면도이다. 선반의 중간 플레이트(3)의 치수는, 폭 1800㎜, 길이 2000㎜, 두께 12㎜이다. 중간 플레이트(3)에는, 금속 파이프 또는 수지 튜브제의 수지 주입 부재(8)와 연통하는 수지 유로용 홈(5)이 방사상으로 연장되도록 가공되어 있고, 그 홈(5)의 중간이나 단부에는 직경 5㎜의 주입 보트용 관통구멍(6)이 천공되어 있다. 본 예에서는, 홈 치수가 폭 5㎜, 깊이 4㎜이고, 방사상으로 연장된 유로길이는 각각 540㎜이다. 주변은 O-링(7)으로 밀봉되어, 상기 탄성체(10a)와 결합되어 있다.

도 4는 하형(4)을 나타내고 있고, 도 4A는 그 평면도, 도 4B는 도 4A의 C-C에 따른 단면도이다. 성형 면의 중앙 캐비티부에는 강화 섬유 기재(9)(예를 들면, 토오레(주)제 트레카T300 평직물 C06644B(단위면적당 실의 중량;300g/㎡)를 6ply)가 레이업 되어 있다. 그 기재 외주 측에는, 수지 함침 후의 수지 배출용 홈(12)(러너:치수는 폭이 12㎜, 깊이가 5㎜)이 가공되어 있다. 그 홈(12)의 일부에 끼워진 외경 12㎜, 내경 10㎜의 수지 배출 튜브(11)로부터, 잉여 수지가 형 외로 배출된다.

이와 같이 구성된 상하 형(2, 4) 및 중간 플레이트(3)를 이용한 성형에서는, 중간 플레이트(3)에 의해 복수의 수지 유로가 형성되어 있으므로, 수지 주입 부재(8)로부터 주입된 수지는, 우선, 중간 플레이트(3)의 면을 따르는 방향으로 신속히 유동하여, 넓은 영역에 걸쳐서 고루 퍼진다. 그리고, 적당하게 복수 형성된 관통구멍(6)을 통해, 복수 개소로부터 실질적으로 거의 동시에 강화 섬유 기재(9)에 주입되므로, 강화 섬유 기재(9)의 넓은 영역에 걸쳐서 수지가 양호하면서도 신속하게 함침되어 간다. 즉, 관통구멍(6)의 유동 저항은 수지 유로보다 높기 때문에, 주입 수지는 일단 중간 플레이트(3)의 면상에 고이고, 거기로부터 복수의 관통구멍(6)을 통해 단번에 강화 섬유 기재(9)에 함침되어 간다. 실제로 에폭시 수지를 이용해서, 금형 온도 90℃로 성형한 결과, 수지가 고루 퍼지지 않은 부분의 발생이 방지됨과 함께, 수지 주입, 함침 시간이 종래의 1/10 이하로 큰 폭으로 단축되어, 고속 성형이 달성된다.

도 5 내지 도 7은, 상기 제1실시형태와는 다른 실시형태에 따른 RTM 성형방법 및 장치에 대해 나타낸 것이다. 도 5에 있어서는, 성형 형(20)의 상형(21)과 하형(22)의 사이에, 다공판 또는 구멍 뚫린 필름으로 이루어지는 중간 부재(24)(본 실시 양태에서는 다공판)가 세트 된다. 상형(21)에는 수지 유로용의 홈(36a, 36b)(도 6)이 전역으로 고루 퍼지도록 가공되어 있다. 다공판(24)과 상형(21)의 사이에는, 클리어런스(25)가, 본 실시 양태에서는 미소한(0.5 내지 1㎜정도) 클리어런스(25)가 형성되어 있다. 또, 다공판이나 구멍 뚫린 필름의 구멍의 위치와 상형에 가공된 홈의 위치를 합치시키면, 보다 효율적으로 수지 유동·함침이 가능해진다. 밀봉 부재(28)(예를 들면, 고무제 블록)로 밀봉된 수지 주입 부재(26)로부터 유입된 수지는 상기 클리어런스(25)로 대부분이 흘러, 그 클리어런스(25)의 스페이스에 충만한다. 다공판(24)에는 미소한 관통구멍(24a)(직경이 0.5 내지 3.5㎜정도)이 전역에 걸쳐서 3 내지 8㎜피치로 뚫려 있다. 그 때문에, 수지의 유동 저항은 상기 클리어런스(25)에 흐르는 것보다 훨씬 크다. 캐비티(31)에 강화 섬유 기재(23)를 세트하고, 상형(21)을 조이고, 밀봉 부재(29)로 밀봉된 배출 부재(27)로부터 진공 흡인한다. 상기 클리어런스(25)에 충전되어 있던 수지를 가압하고, 다공판(24)의 구멍(24a)으로부터 단번에, 또한 전역에 걸쳐서 가압 주입한다. 함침 후의 잉여 수지의 배출은, 캐비티(31)의 주변에 설치한 필름 게이트/러너로 흘러, 배출 튜브(27)로부터 외부로 배출된다. 전역에 함침하면, 배출 튜브(27)를 폐쇄하여, 수지압을 보압하면서 가열 경화한다. 탈형은 상형(21)을 상승시켜, 성형품을 다공판(24)과 함께 하형(22)으로 부터 취출하여, 다공판(24)과 분리한다. 다공판(24)과의 분리나, 성형품에 수지 돌기가 부착되어 후 가공에 시간이 걸리는 경우는, 미리 다공판(24)과 강화 섬유 기재(23)의 사이에, 이형용 크로스(폴리프로필렌이나 폴리에틸렌제의 직물:필 플라이라고도 부른다)를 배치해 두면 된다. 또, 경우에 따라서는, 다공판(24)은 배치하지 않고, 이형용 크로스 만을 배치해도 된다.

도 6은, 상형(21)을 나타내고 있고, 성형 면측의 전역에 수지를 분배하기 위한 수지 유로용 홈(36a, 36b)이 가공되어 있다. 일례로서 중앙에 메인 유로(폭 8㎜×깊이 5㎜)가 있고, 그 양측에 피치 10㎜의 간격으로 서브 유로(폭 3㎜×깊이 3㎜)가 거의 말단까지 가공되어 있다. 또, 수지 주입 튜브(26)나 수지 배출 튜브(27)와 금형의 밀봉 부재(28, 29) 배치용의 홈(32, 33)이 금형에 가공되어 있다.

도 7은, 하형(22)을 나타내고 있고, 형의 거의 전면에 성형용 캐비티(31)가 가공되어 있다. 수지 배출 측에는 캐비티(31)에 연결되는 필름 게이트와 러너(30)도 가공되어 있다. 상형(21)과 일치하는 위치에, 수지 주입 튜브(26)나 수지 배출 튜브(27)와 금형의 밀봉 부재(28, 29) 배치용의 홈(34, 35), 및 밀봉용 O-링 홈(37)이 금형에 가공되어 있다.

이와 같이 구성된 상하 형(21, 22) 및 중간 부재로서의 다공판(24)을 이용한 성형에서는, 클리어런스(25) 내를 다공판(24)의 면을 따르는 방향으로 신속히 수지 유동되고, 수지는 넓은 영역에 걸쳐서 충만한다. 그리고, 다수 설치된 다공판(24)의 관통구멍(24a)을 통해, 복수 개소로부터 실질적으로 거의 동시에 강화 섬유 기재(23)에 주입되므로, 강화 섬유 기재(23)의 넓은 영역에 걸쳐서 수지가 양호하면서도 신속하게 함침되어 간다. 따라서, 본 실시 양태에 있어서도, 수지가 고루 퍼지지 않은 부분의 발생이 방지됨과 함께, 수지 주입, 함침 시간이 큰 폭으로 단축되어 고속 성형이 달성된다.

실시예 1

상기의 각 실시형태에 있어서, 금형의 사이즈를 성형 면(캐비티면)에서 1500㎜×1200㎜×깊이 3㎜로 하고, 강화 섬유 기재로서 토오레(주)제 트레카 T700 크로스 BT70-30(300g/㎡)8ply를 적층한 것을 이용하고, 수지로서 고속 경화형 에폭시 수지(주제;"에피코트"828(유화 쉘 에폭시사제 에폭시 수지), 경화제;토오레(주) 블렌드TR-C35H(이미다졸 유도체))를 이용해서 성형한 바, 비교적 대형의 성형품이면서, 양호하면서도 신속하게 성형할 수 있었다. 또한, 기재에의 수지 함침 완료 시간은, 모두, 수지 주입 압력이 0.7MPa로, 5분 이하이며, 종래 방법이 1/5 내지 1/10 이하로 단축할 수 있었다.

도 8 내지 도 12는, 본 발명의 제2실시형태에 따른 RTM 성형방법 및 장치에 대해 나타낸 것이다. 도 11은, 본 발명에 따른 RTM 성형장치를 이용한 성형 시스 템(54)의 일례를 나타내는 개략 구성도이다. RTM 성형 금형(41)은 상형(42)과 하형(43)으로 이루어지고, 상형(42)이, 유압 펌프(68), 유압 실린더(66)를 가지는 금형 승강용 유압 장치(56)에 의해 승강되는 금형 승강 장치(55)에 부착된다. 하형(43)에 직접 강화 섬유 기재를, 또는 사전에 성형 형에 들어가기 쉽게 강화 섬유 기재를 제품 형상으로 부형한 프리폼 기재(44)(강화 섬유 기재)를 설치하고, 상형(42)을 닫는다. 성형 형의 재질로서는 FRP, 주강, 구조용 탄소강, 알루미늄 합금, 아연 합금, 니켈 전기 주조, 동 전기 주조를 들 수 있다. 양산에는, 강성, 내열성, 작업성의 면에서 구조용 탄소강이 매우 적합하다.

성형 금형(41)에는, 수지 주입 러너로 연결되는 복수의 수지 주입관(46, 47, 48), 배출 러너로 연결되는 하나의 배출관(49)이 설치되어 있다. 그리고, 각 수지 주입관(46, 47, 48) 및 배출관(49)은 각각 주입 밸브(46b, 47b, 48b), 배출 밸브(49b)를 통해 수지 주입 유로(65), 배출 유로(67)에 접속되어 있다. 수지 주입 유로(65)는 수지 주입 장치(57)에 접속되어 있다. 수지 주입 장치(57)는 주제 탱크(61a), 경화제 탱크(61b)에 각각 주제, 경화제를 수용하고, 각각의 탱크는 가온, 진공탈포 할 수 있는 기구를 갖추고 있다. 수지 주입시에는 각각의 탱크로부터 가압 장치(62)에 의해 수지를 수지 주입 유로(65)로 향해 흘러가게 한다. 해당 가압 장치(62)는, 일례로서 실린지 펌프(62a, 62b)를 이용하고 있고, 해당 실린지 펌프를 동시에 압출함으로써 정량성도 확보하는 것이 2액 혼합에 의해 경화하는 수지에는 바람직하다. 압출된 주제, 경화제는, 혼합 유닛(63)로 혼합되어 수지 주입 유로(65)에 이른다. 배출 유로(67)는 진공 펌프(58)에의 수지의 유입을 막기 위해 서, 수지 트랩(59)에 접속되어 있다.

또한, 수지 주입관의 수나 위치는, 성형 형의 형상이나 치수나 하나의 형 내에서 동시에 성형하는 성형품의 수량 등에 따라서 다르지만, 수지 주입 장치(57)로부터의 주입용 유로(65)를 수지 주입관(46, 47, 48)에 접속하는 개소가 증가해서 주입 작업이 번잡해지는 것을 막기 위해, 주입관은 가능한 한 적은 것이 바람직하다. 그러나, 비교적 대형의 성형품을 고속으로 성형하기 위해서는, 복수의 수지 주입관을 이용해서 동시 또는 순차 수지 주입을 행함으로써, 단일의 주입관에 의한 수지 주입의 경우보다, 수배의 속도로 효율적으로 수지 유동, 함침을 행할 수 있다.

도 9는, 네 귀퉁이에 곡률을 가지는 평판을 고속 성형하는 RTM 성형 형의 평면도, 특히 하형(43)의 평면도이다. 상형(42)과 하형(43)은, 도 8에 나타내는 바와 같이, 하형(43)측의 핀 구멍(51)에 상형(42)측의 핀(52)이 삽입됨으로써 위치 맞춤 되고, 사이에 형 밀봉(45)을 개재시켜 밀폐된 상태로 형이 닫힌다. 도 10은, 도 9에 나타낸 성형 형의 종단면을 나타내고 있다. 도 9를 참조해서 설명하는데, 해당 평판의 성형방법으로서의 종래의 RTM 성형방법은, 성형 캐비티(50)의 외변의 1변에 있는 수지 주입 라인을 구성하는 수지 주입 러너(46c)와 수지 주입 필름 게이트(46d)에 연통하는 주입관(46)으로부터 수지가 가압 주입되고, 대면에 설치된 배출관(49)에 연통하는 성형 캐비티(50)의 외변의 1변에 있는 수지 배출 라인을 구성하는 배출 필름 게이트(49d)와 배출 러너(49c)를 향해 수지가 유동하여, 강화 섬유 기재에 함침된다. 즉, 성형 캐비티(50)의 외변의 1변으로 이루어지는 단일의 수지 주입 라인(수지 주입관(46)에 연통한 수지 주입 러너(46c)와 수지 주입 필름 게이트(46d)로 구성)으로부터, 성형 캐비티의 외변의 1변으로 이루어지는 단일의 수지 배출 라인(수지 배출관(49)에 연통한 수지 배출 필름 게이트(49d)와 수지 배출 러너(49c)로 구성)을 향해, 수지 주입 라인으로부터 가압된 수지를 성형 캐비티 내의 강화 섬유 기재에 유동하여, 함침시키는 성형방법이다.

이 방법에서는, 비교적 소형의 성형품, 즉 수지 주입 라인으로부터 배출 라인까지의 거리가 짧은 성형품을 성형하는 경우는 비교적 단시간에 성형할 수 있어 양산 가능하지만, 대형 성형품, 즉 수지 주입 라인으로부터 배출 라인까지의 거리가 긴 경우, 수지 유동이 고차 함수적으로 감쇠해 가기 때문에, 수지 유동 시간도 길어지고, 경우에 따라서는 수지의 겔화 시간까지 함침이 종료하지 않는 경우가 있다. 이러한 경우는, 저 점도의 수지를 이용하거나, 수지의 압력을 높여 고속 주입할 방법이 채용되지만, 강화 섬유가 수지 유동 압력으로 흐트러지거나, 성형품의 사이즈나 형상에 따라서는 그럼에도 불구하고 성형품 전역의 함침에 한계가 있다.

전술과 같이, 성형품이 대형이기 때문에 종래의 RTM 성형방법에서는 고속 성형이 곤란하여 양산이 어려운 경우, 도 9에 나타내는 바와 같이, 수지 주입 라인을 성형 캐비티(50)의 외변의 1변뿐만 아니라, 복수 개소 설치함으로써 해결할 수 있다. 즉, 수지 주입 라인을 종래의 수지 주입 라인(46) 이외에, 수지 배출 라인(49)측을 향해 수지 주입관(47, 48)을 추가하고, 수지 주입 러너(46c)와 수지 주입 필름 게이트(46d)로 구성되는 수지 주입 라인, 수지 주입 러너(47c)와 수지 주입 필름 게이트(47d)로 구성되는 수지 주입 라인, 수지 주입 러너(48c)와 수지 주입 필름 게이트(48d)로 구성되는 수지 주입 라인으로부터 동시 또는 순차 수지 주입함으로써, 고차 함수적으로 감쇠하는 수지 유동을 해소할 수 있다. 즉, 수지 주입 라인과 수지 배출 라인이 성형품(즉, 섬유 강화기재 전체)의 외주의 실질적으로 전역에 걸치도록 설치하는 것이다. 특히 유효한 방법은, 수지 주입 라인을 해당 외주의 반 이상 설치하는 것, 더욱 바람직하게는 수지 주입 라인이 수지 배출 라인의 2배 이상으로 되도록 설치하면 지극히 효율적으로 고속 성형이 가능해진다. 또한, 도 9에 있어서의 46a, 47a, 48a, 49a는, 밀봉용 고무 부재를 각각 나타내고 있다.

수지 주입관(46)으로부터의 수지 주입을 보전하는 수지 주입관(47, 48)으로부터의 수지 주입의 가부나 주입 타이밍은, 성형품의 사이즈나 형상에 따라 결정될 필요가 있다. 또한, 그 경우, 보전되는 수지 주입구(47, 48)로부터의 수지가 기재 중앙보다 측변부 쪽으로 앞질러 가기 쉽기 때문에, 수지 배출 라인의 길이를 한 변보다 극단적으로 짧게 하거나, 수지 배출관(49)의 위치를 바꾸는 등의 수정을 필요로 하는 경우가 있다.

또한, 성형품이 도 8, 도 9에 나타내는 평판과 같은 비교적 좌우 대칭인 형상이나 L/D(길이와 폭의 비)이 비교적 큰 경우, 예를 들면 2배 이상과 같은 경우는, 수지 배출 라인(49) 이외에, 수지 주입관(46)으로부터의 수지 주입관을 최초부터 수지 배출 라인으로 하고, 수지 주입관(47, 48)으로부터의 수지 주입 라인으로부터의 주입 수지의 흐름을 좌우로 나눠서, 효율적으로 함침시키는 방법도 유효하다.

또한, 수지가 강화 수지 기재의 거의 전역에 주입될 무렵, 혹은 주입 도중 에, 수지 배출 라인을 전환해서 수지 주입 라인으로 하는 것도 유효하다. 즉, 수지 유동이 나빠, 수지 배출 라인으로 수지가 유출되어 가는 것을 기다리고 있어도, 아무리 해도 수지가 해당 배출 라인에 도달하지 않는 경우, 반대로 해당 수지 배출 라인으로부터 수지를 주입함으로써, 수지의 미 함침을 방지할 수 있다.

예를 들면, 수지의 유동 상황을 수지 점검 센서를 형 내에 배치해 두고, 수지 배출 라인에 배출하기 전에 수지의 겔화가 시작되어 흐름이 체류하는 경우 등에, 수지 배출 라인으로부터의 수지 주입을 행하면 미 함침 방지에 효과적이다.

수지 주입 유로(65)나 수지 주입관(46, 47, 48)의 재료는, 충분한 유량의 확보와 수지와의 적합성(내열 온도나 내용제성, 내압력 등)을 고려할 필요가 있다. 해당 주입 유로나 주입관에는 구경 5 내지 30㎜의 것을 이용하고, 수지의 주입 압력에 견디기 위해 1.0MPa이상의 내압성과 수지 경화 시의 온도에 견디기 위해 100℃ 이상의 내열성이 필요하다. 그러기 위해서는, 예를 들면, 두께가 2㎜정도의 "테플론"(등록상표)제 튜브가 매우 적합하다. 단, "테플론"(등록상표) 이외에도, 비교적 염가인 폴리에틸렌 튜브나 나일론 튜브, 또한 스틸, 알루미늄 및 동 등의 금속관이어도 된다.

또한, 수지 배출관(9)의 수나 위치는 성형 형의 형상이나 치수, 하나의 형 내에서 동시에 성형하는 성형품의 수량 등에 따라서 다르지만, 수지 배출구도 가능한 한 적은 쪽이, 수지 유동이 안정적이고 수지 유동 컨트롤 조작도 간단한 점에서 바람직하다.

수지 배출관이나 수지 배출 유로의 재료도, 수지 주입 유로(65) 등과 마찬가 지로, 충분한 유량의 확보와 수지와의 적합성(내열 온도나 내용제성, 내압력 등)을 고려할 필요가 있다. 수지 배출 유로(67)로서는 스틸, 알루미늄 등의 금속관, 혹은 폴리에틸렌, "테플론"(등록상표) 등의 플라스틱제의 튜브를 들 수 있는데, 직경 5 내지 10㎜, 두께 1 내지 2㎜의 "테플론"(등록상표)제 튜브가 작업성의 면에서 보다 적합하다.

수지 주입시의 수지 주입 유로(46 내지 48), 수지 배출로(49)의 도중에 설치하는 주입 밸브(46b 내지 48b)나 수지 배출 밸브(49b)는, 바이스 그립 등에 의해, 직접 작업자에 의해 유로를 사이에 둠으로써 전역 개폐나 구경을 변화시킬 수 있다. 또, 바이스 그립의 핸들 부분에 액튜에이터를 설치해서 자동화하는 것이나, 또 바이스 그립 대신에 전자 밸브나 에어 오퍼레이션 밸브를 이용하는 등 한 밸브 개폐 장치를 적용할 수 있다. 그리고, 이 밸브 개폐 장치와 사전에 밸브의 개방도 정보를 입력한 기억장치를 접속함으로써, 보다 정밀도 높은 개폐를 행하는 것도 매우 적합하다. 또한, 수지 배출 밸브(49b)는, 단순한 개폐의 2값이 아니고, 유로의 지름을 변화(볼 밸브의 개방도 조절)시키는 것도 가능하다.

수지의 가압은, 실린지 펌프 등에 의한 가압 방법에 의하면 정량성도 얻을 수 있다. 수지의 주입압은 0.1 내지 1.OMPa의 범위에서 이용하는 것이 바람직하다. 여기서 수지의 주입압이란, 가압 장치(62)에 의해 가압되는 최대압력을 나타내고 있다.

최종적으로 수지가 형 내의 강화 섬유 기재에 완전하게 함침되어, 수지 배출관(49)이나 수지 배출 유로(67)에까지 도달하면 배출 밸브(49b)를 닫고, 그 후 잠 시 수지 가압 장치(62)에 의해 가압된 주입압으로 형 내를 보압한 후, 수지 주입용 밸브(46b 내지 48b)도 닫아 수지 주입을 종료한다. 성형 형은 열매순환식의 온조기(60)에 의해 가열되어 있고, 이것에 의해 수지를 경화시킨다. 열매로서는, 물, 스팀이나 광물유 등이 이용된다.

전술과 같은 RTM 성형 설비(성형 시스템)(54)에 의해 RTM 성형을 행하여, 보이드 등의 결함이 없어 외관 품위가 뛰어나고, 소정의 역학 특성을 가지는 고품질의 FRP 성형품을 안정적으로 얻기 위해서는, 강화 섬유 기재의 재단, 적층, 프리폼화, 형태에의 레이업 등의 사전 준비의 적정화와 함께, 수지 주입, 함침, 경화까지의 성형 조건이 매우 중요하다. 특히, 생산성(생산의 효율화)을 고려한 제조 조건을 적정하게 설정할 필요가 있다.

그러기 위해서는, 이미 지적한 바와 같은 「수지 주입 압력」, 「성형 온도」나 「수지 유속」, 「수지의 온도 특성」등이, 반응성 수지의 특성을 충분히 고려한 다음에, 성형 치수에 상응한 적정한 값으로 설정될 필요가 있다. 특히, 본 특허에는 생산 효율을 고려해서 유동성이 좋은 반면, 단시간에 겔화하여, 즉시 경화하는 반응성 수지 재료를 대상으로 하고 있기 때문에, 고속 유동 함침이 필요하다.

그러나, 수지 압력을 높여, 유속을 빠르게 해서 주입하면, 앞서 기술한 바와 같이 기재의 흐트러짐이나 표층에 보이드나 피트가 생기기 쉽다. 따라서, 단순하게 유속을 빠르게 해서는 전술과 같은 외관 품위에 문제를 일으키기 때문에, 피 함침 기재에 대한 적정한 수지 유속, 즉 해당 기재의 면적에 상응한 유량을 설정할 필요가 있다.

또한, 본 실시 양태에 따른 RTM 성형방법 및 장치에는, 성형 형이 상하의 양면 형으로 이루어지고, 가압 수지를 수지 주입구로부터 유입하면서 수지 배출구에서 수지를 형 내의 공기와 함께 배출하여, 공기의 배기가 끝난 시점에서 배출구를 폐쇄하고 형 내의 수지를 가압하면서 경화하는 일반적인 RTM 성형방법뿐만 아니라, 형 내의 공기를 진공 흡인해서 배기하면서, 혹은 대부분 배기한 후에 수지 주입하고, 결국은 흡인구를 폐쇄하여 가압 주입 경화하는 RTM 성형방법, 나아가서는 성형 형이 한 면에서 캐비티부를 필름 등의 배깅재로 팩하여, 캐비티부를 진공 흡인한 후, 진공압에 의해 가압해서 캐비티부 내에 수지 주입해서 성형하는 진공RTM 성형방법도 포함한다.

실시예 2

도 11에 나타내는 본 실시 양태에 따른 RTM 성형 시스템(54)에 있어서, 본 발명의 성형 조건으로 성형하는 일례로서, 대형 평판(길이 1600㎜×폭 700㎜×높이(두께) 2㎜)을 성형한 예를 설명한다. 본 예에서 이용한 RTM 성형 금형(1)의 전체 도를 도 8, 도 9에, 성형에 이용한 수지의 온도와 점도의 관계 및 성형 온도에 있어서의 수지 경화도-시간 특성을 도 12A 및 도 12B에 나타낸다. 수지 주입관(46 내지 48), 배출관(49)을 가지는 성형 형(41)(상형(42), 하형(43) 모두 길이 2000㎜, 폭 1000㎜, 높이 350㎜) 하형(43)에 설치된 성형 캐비티(50)부에, 토오레(주)제 탄소 섬유 "트레카" 크로스(C06343B:T300B-3K, 단위면적당 실의 중량:192g/㎡)를 8ply(O/90°배향기재;4ply, ±45°배향기재;4ply) 적층하여, 미리 평판 형상에 부형 된 프리폼 기재(44)를 배치하고, 금형 승강 장치(55)에서 상형(42)을 닫아 완전 밀폐했다. 상형(42)은 금형 승강기(55)에 의해 200톤으로 가압되어 있다. 또, 상형(42), 하형(43) 모두 온조기(60)(도 12)에 의해 100℃로 거의 한결같으면서도 일정하게 가온되어 있다.

도 10에 나타내는 바와 같이, 하형(43)에 설치된 수지 주입 라인은(예를 들면 수지 주입관(46)의 위치에서는) 분기관(64)을 통해 수지 주입용 유로(65)에 연통하고, 도중에 주입 밸브(46b)를 개재시킨 수지 주입관(46)과 해당 수지 주입관에서 가압 주입된 수지를 라인상으로 일단 저류시키는 수지 주입 러너(46c) 및 해당 러너(46c)와 연통해서 캐비티 내에 수지를 주입하는 수지 주입 필름 게이트(46d)(상형과의 클리어런스;0.5㎜)로 구성된다. 마찬가지의 구성으로, 도 9에 나타내는 바와 같이 수지 주입 라인은 그 외에도 좌우에서 한 쌍으로 되는 수지 주입관(47, 48)이 설치되어 있다. 또, 수지 배출 라인은 수지 배출 유로(67)에 연통하여, 도중에 수지 배출 밸브(49b)를 개입시키는 수지 배출관(49)과 해당 수지 배출관에 연통하여, 배출 수지를 라인상으로 일단 저류시키는 수지 배출 러너(49c) 및 해당 러너(49c)와 연통해서 캐비티 내로부터 가스 등과 함께 수지 수지가 배출되는 수지 배출 필름 게이트(49d)(상형과의 클리어런스;0.5㎜)로 구성되어, 1변에 설치되어 있다.

결국, 수지 주입 라인과 수지 배출 라인에 의해, 실질적으로 캐비티의 거의 전체 둘레가 둘러싸여 있다. 또, 수지 주입 라인은 수지 배출 라인의 5배 가까운 길이이다.

도 11에 나타내는 수지 주입 유로(65) 및 수지 주입관(46 내지 48) 모두 직경 12㎜, 두께 1.5㎜의 "테플론"(등록상표)제 튜브를 사용했다. 한편, 배출 유로(67) 및 배출관(49) 모두 직경 16㎜, 두께 2㎜의 "테플론"(등록상표)제 튜브를 사용했다. 배출 유로(67)에는 수지가 진공 펌프(58)까지 유입하는 것을 막기 위해, 도중에 수지 트랩(59)을 설치했다.

또, 수지 주입관(46 내지 48)이나 배출관(49)과 하형(43)의 밀봉을 행하기 위해, 밀봉용 고무 부재(46a 내지 49a)가, 상, 하 형 간의 밀폐를 유지하기 위해서 형 밀봉재(O-링)(45)를 캐비티면의 외주에, 각각 배치되어 있다.

상기 성형장치에 있어서, 수지 배출구(49)로부터 진공 펌프(58)로 형 내(캐비티부)의 공기를 배출하여, 형 내 압력을 0.01MPa이하로 된 것을 진공 압력계(기재 생략)에 의해 확인한 후, 가압 장치(62)를 가지는 수지 주입 장치(57)에 의해 가압된 에폭시 수지의 주입을 개시한다. 또한, 가압 장치(62)는, 실린지 펌프(62a, 62b)를 이용하고 있고, 수지 주입시에는 탱크측으로의 수지의 역류를 막도록 구성되어 있다. 이용한 수지는, 주제로서 "에피코트"828(유화 쉘 에폭시사제 에폭시 수지), 경화제는 토오레(주) 블렌드의 TR-C35H(이미다졸 유도체)를 혼합해 얻은 액상 에폭시 수지이다. 금형 온도, 즉 성형 온도가 100℃에 있어서의 이 에폭시 수지의 점도-시간 특성, 자세하게는 에폭시 수지 조성물의 점도 변화를 수지의 경화 프로파일 추적의 지표로서 이용되는 큐어 인덱스 값을 도 12A에 나타낸다. 그래프로부터 이 수지는 약 6분으로 큐어 인덱스가 90%를 상회하고, 탈형이 가능한 상태에 이른다.

수지 주입 장치(57)에서는, 사전에 주제(61a), 경화제(61b)를 교반하면서 60℃로 가온하여, 소정의 점도까지 강하시키고, 또한 진공 펌프(58)로 탈포를 행하고 있다.

수지 주입의 초기는, 교반되는 수지 혼합 유닛 내의 공기나 수지 주입 유로용 호스 내의 공기가 형 내에 들어가기 때문에, 형 내에는 흘리지 않고 도시하지 않은 분기로로부터 공기를 혼입한 수지를 폐기하고, 그 후 수지 내에 공기가 혼입되어 있지 않은 것을 확인하고 나서, 가압 수지를 형 내에 주입했다. 또, 가압 장치의 실린지 펌프(62a, 62b)의 토출 조건은 500cc/스트로크로 설정했다. 최초의 가스를 혼입한 수지를 폐기한 후, 수지 주입 유로(65)에 설치한 주입 압력계(도시 생략)에 의해 주입 수지압(0.6MPa)을 확인해서 주입 밸브(46b)를 열고, 형 내에 수지를 주입한다. 주입 개시시에는, 배출관(49)의 배출밸브(49b)는 개구 상태로 했다.

수지 주입관(46)으로부터 수지 주입을 개시하고 나서 1분 30초 후에 수지 주입관(47)의 밸브(47b)를 개방하고, 수지 주입관(47)으로부터의 수지 주입을 개시했다. 그 후, 다시 1분 경과 후, 수지 주입관(48)의 밸브(48b)를 개방하여, 수지 주입관(48)으로부터의 수지 주입을 개시했다.

그 사이, 수지의 강화 섬유 기재에의 함침 촉진과, 해당 기재 내에 내장되어 있는 미량의 기포를 효율적으로 제거하기 위한 조작으로서 배출 밸브(49b)의 개폐를 4회, 바이스 그립을 이용해서 행했다.

수지 주입관(46)으로부터 수지 주입을 개시하고 나서, 3분 30초 후에 배출관 (49)에 수지가 유출되어 왔다. 그 후, 그대로 약 30초간 수지를 유출시킨 후, 배출관(49)의 밸브(49b)를 닫았다. 수지 주입 개시부터 약 4분이었다.

완전하게 수지 주입 함침이 종료한 상기 상태에서, 그 후 30초간 수지압 0.6MPa으로 보압한 후, 12분간 가열 유지하고, 금형으로부터 성형품을 취출했다.

성형품의 전역의 외관을 평가했지만, 보이드나 핀 홀이 전혀 없고, 지극히 의장성이 풍부한 우량품이었다.

비교예 1

비교예 1로서 상기 성형장치 및 조건하에서, 수지 주입관(47, 48)으로부터는 일절 수지 주입하지 않고(러너(47c, 48c) 및 필름 게이트(47d, 48d)를 봉쇄), 수지 주입관(46)으로부터만 성형했을 경우, 수지 주입 함침에 약 11분을 필요로 하고, 또한 배출부 부근에 약 400c㎡의 미 함침부가 발생했다.

실시예 3

또, 상기 실시예 2는 섬유 강화 수지의 단판구조였지만, 다른 실시예로서 내부에 폼 코어(두께 10㎜, 외관 비중 0.1)를 포함하는 탄소 섬유 강화 샌드위치 구조체(상기 폼 코어의 상하면에 전술의 탄소 섬유 "트레카" 크로스를 3ply씩 적층)에서도, 대부분 마찬가지로 표면 품위가 뛰어난 성형품을 얻을 수 있었다. 덧붙여서, 함침 시간은 약 4.5분으로, 전술과 같이 단시간이었다.

다음에, 본 발명의 제3실시형태에 따른 RTM 성형방법에 대해서 설명한다. 우선, 이RTM 성형방법에 따른, 섬유 강화 수지의 제조에 대해 도 18을 참조해서 설명한다. 도 18A에 나타내는 바와 같이, 양면 형의 상형(83)에는 수지 주입구(85) 와 흡인구(86)가 설치되어 있다. 하형(84)은, 수지 주입용 러너(88)와 흡인용 러너(89)를 가지고, 캐비티의 주위에는 밀봉 홈(90)이 형성되어 있다. 이들 상하 형(83, 84) 모두 소정의 온도까지 가열되어 있다. 하형(84)의 캐비티면에 섬유 강화기재로서의 프리폼 기재(87)를 배치한 후, 상형(83)을 강하시켜 하형(84)과 형성되는 캐비티에 세트한다. 이 프리폼 기재의 구성으로서, 본 발명에서 규정한 것처럼, 도 13이나 도 15에 나타내는 바와 같이 표층의 연속 섬유기재의 바로 밑에 랜덤 매트층을 배치해 둔다.

그 상태로, 도 18B에 나타내는 바와 같이, 수지 탱크(91)에 연통한 수지 주입 경로(93)를 밸브(92)로 폐쇄하고, 진공 펌프(94)에 연통하는 흡인 경로(96)를 밸브(95)로 개방한다. 그리고, 흡인 경로(96)에 통하는 흡인구(86), 흡인용 러너(89)를 통해 캐비티 내를 진공 흡인한다. 그 후, 흡인 경로의 밸브(95)는 개방한 상태로, 수지 주입 경로(93)의 밸브(92)를 개방하고, 수지 탱크(91) 내의 매트릭스 수지를 펌프로 가압하면서 수지 주입 경로(93)를 통해 주입구(85)에 주입하고, 수지 주입용 러너(88)로부터 캐비티 내로 가압 주입시킨다. 수지가 캐비티 전역에 유동하여, 강화 섬유 기재(87)의 전역에 함침하고, 잉여 수지가 캐비티 내, 특히 강화 섬유 기재 내에 잔존하고 있던 기포와 함께 흡인구(86)를 지나 흡인 경로(96)로 유출되어 오면, 흡인 경로(96)의 밸브(95)를 폐쇄하고, 수지압(정압)을 잠시 밀폐된 캐비티 내의 수지에 가해, 함침을 확실히 한다. 그리고, 수지 주입 경로(93)의 밸브(92)를 폐쇄하여 소정 시간 동안, 가열 상태를 유지하여 수지를 경화시킨다.

그 후, 도 18C에 나타내는 바와 같이, 상형(83)을 상승시켜, 하형(84) 상에 남겨진 성형품(97)을 탈형 한다. 또한, 본 발명에 따른 섬유 강화 수지의 제조 방법은, 그 밖에도 진공 성형법, 프리프레그/오토클레이브 경화법, RFI(Resin Film Infusion), 세미프레그/오븐 가열 경화법 등에도 적용 가능하다.

상기와 같은 제조 방법에 의해, 본 발명에 따른 섬유 강화 수지를 이하와 같이 제조했다.

실시예 4

도 13에 나타내는 바와 같이, 섬유 강화 수지(71)를 제조함에 있어서, 의장용으로서 이용하는 토오레(주)제 트레카 T300 직물 C06343B(단위면적당 실의 중량;200g/㎡)의 1ply을 표층(72)(연속 섬유기재)에 배치하고, 그 바로 밑의 층으로서 유리 섬유로 이루어지는 랜덤 매트층(73)(단위면적당 실의 중량;70g/㎡)을 배치했다. 그 아래에는, 강화층으로서의 3층 구성의 강화 섬유 기재(74)(토오레(주)제 트레카 T700 직물 BT70-30;단위면적당 실의 중량300g/㎡)를 배치하고, 프리폼 기재(87)를 구성했다. 이 프리폼 기재(87)를 이용해서, 도 18A 내지 도 18C에 나타낸 RTM 성형방법으로 CFRP(탄소 섬유 강화 수지)를 성형했다. 이때의, 금형(상형(83)과 하형(84)으로 구성)의 온도는 95℃이고, 60℃로 보온된 에폭시 수지(75)를 진공 탈포 기능을 가지는 수지 탱크(91)로부터 수지압 0.6MPa로 가압해서 주입해서 성형했다. 또한, 수지 탱크(91)는, 주제의 에폭시 수지용 탱크와 경화제용 탱크로 구성되어 있다.

상기 RTM 성형에 있어서의 수지 유동 상황을 도 18B의 A부를 확대한 도인 도 14에 기초해서 설명한다. 수지 탱크(91)보다 유출된 에폭시 수지(75)는, 수지 주입구(85)를 통해서 하형에 설치된 수지 주입용 러너(88)에 충전되고, 그 후 해당 러너(88)로부터 캐비티와 러너(88) 사이에 형성된 간극(1㎜전후)인 필름 게이트를 거쳐 캐비티 내에 유입되어 간다. 이때, 수지는 기재(87)의 두께 방향의 전역으로부터 흘러들어가는데, 탄소 섬유 직물로 구성되는 부위보다 유리 섬유의 랜덤 매트층(73)의 영역이 기재보다 거친 상태인 점에서 유동 저항이 낮기 때문에, 랜덤 매트층(73)의 층을 주체에 흐르기 시작한다. 그래서, 의장용 기재로서 배치한 탄소 섬유 직물(72)은 상형(83)에 직접 밀어 붙여지기 때문에, 해당 직물(72)과 상형(83)의 간극이 거의 없기 때문에, 주입된 수지는 그 간극보다 대부분이 랜덤 매트층(73)으로부터 유동해 온 수지가 상형(83) 방향으로 흘러들어, 상기 직물(72)과 상형(83)의 간극에 유입되어 간다. 그것에 따라, 캐비티 내를 진공 흡인해도 해당 직물(72)의 짜임새나 해당 직물(72)과 상형(83)의 간극에 잔존하고 있던 기포(78)가 유선(75a 내지 75b)에 이르는 흐름에 의해, 캐비티 밖으로 배출되었다. 특히, 도 17A, B에 나타내는 바와 같이, 직물(72)을 구성하는 날실(72c)과 씨실(72d)의 교직점에 완전히 없어지지 않았던 잔존 기포(82)가 체류하기 쉽다. 이러한 기포가 상기 수지 흐름과 함께 캐비티 외로 배출되어, 보이드나 핀 홀의 발생이 방지되었다.

실시예 5

전술의 실시예 4는 의장면이 한쪽 편만인 경우였지만, 도 15에 나타내는 것 같은 섬유 강화 수지(76)를 성형했다. 즉, 복수면(도 15에서는 상하면)이 의장면 이며 모두 높은 표면 품위가 요구되는 경우에도, 전술과 마찬가지로 의장면으로 되는 표면의 강화 섬유 기재(72a, 72b)의 바로 밑에 단위면적당 실의 중량이 30g/㎡의 유리 섬유 매트로 이루어지는 랜덤 매트층(73a, 73b)을 배치하고, 전술과 같은 조건으로 수지 주입하면 된다. 도 18B의 A부를 나타내는 도인 도 16과 같이, 유선(75a 내지 75b)에 이르는 흐름이나, 유선(75c 내지 75d)에 이르는 흐름에 의해, 표층용 기재(72a)와 상형(83), 반대 면의 표층용 기재(72b)와 하형(84)의 각각의 간극에 효율적으로 랜덤 매트층(73a나 73b)을 유동해 온 수지가 흘러들어가, 간극 없이 흘러서는 체류되어 있던 기포(78, 79)를 배출하면서 전체에 수지가 충만해서 함침해 있었다. 따라서, 표리 양면에 대해서, 기포가 상기 수지 흐름과 함께 캐비티 외로 배출되어, 보이드나 핀 홀의 발생이 방지된다.

실시예 6

도 19에 나타내는 바와 같이, 중앙에 폴리우레탄제 폼 코어(101)를 가지고, 그 양면에 토오레(주)제 트레카 T300 직물 C06644B(단위면적당 실의 중량;300g/㎡)를 복수층, 강화층(74a, 74b)으로서 적층하고, 다시 그 위에 유리 섬유의 랜덤 매트층(73a, 73b)(단위면적당 실의 중량;50g/㎡)을 각각 배치하고, 최외층으로 되는 각 표층에 토오레(주)제 트레카 T300 직물 C06343B(1스트랜드;3K계, 단위면적당 실의 중량;200g/㎡)를 각각 배치한 구성의 샌드위치 구조체를, 도 18A 내지 도 18C에 나타낸 RTM 성형방법에 의해 섬유 강화 수지(100)를 성형했다. 금형(상형(83), 하형(84))의 온도는 85℃로 설정했다. 도에 있어서의 77a, 77b는 주입, 함침, 경화된 에폭시 수지를 나타내고 있다. 그 결과, 샌드위치 구조를 가지는 FRP 구조체 가, 특히 양호한 표면(양면) 품위로 성형할 수 있었다.

비교예 2

상기 실시예와의 대비로서, 실시예 4에서 표층(72)의 바로 밑에 배치한 유리 섬유로 이루어지는 랜덤 매트층(73)을 빼내고, 그 외의 표층 및 강화 섬유층의 섬유 구성은 모두 동일 구성으로 했다. 또, FRP 성형방법도 실시예 4와 완전히 동일한 성형 조건으로 RTM 성형했다.

성형 결과는, 수지 유동 저항이 작은 랜덤 매트층이 없기 때문에, 수지 주입 개시 후, 잉여 수지가 흡인구(86)에 유출되어 올 때까지의 시간이, 실시예 4에 비해, 1.38배 길게 걸렸지만, 성형품은 얻을 수 있었다. 그러나, 실시예 4에서는 볼 수 없었던 핀 홀(82)이 도 17B에 나타내는 바와 같이 짜임새나 날실과 씨실의 교직점에 많이 발생하여, 표면 의장성으로서는 불량품이었다.

상기와 같은 본 발명에 따른 RTM 성형방법 및 장치에 있어서는, 수지 주입부 및(또는) 수지 배출부에 있어서의 밀봉성을 향상시키기 위해서, 이하와 같은 구성을 채용할 수 있다. 또한, 본 발명은 전술의 분할 영역을 상정하는 것을 전제로 하고 있지만, 이하의 설명은, 도 20 내지 도 23을 참조해서, 단순한 성형 모델에 대해서 설명한다. 이 도 20 내지 도 23을 참조해서 설명하는 밀봉 구조가, 본 발명에 따른 RTM 성형방법 및 장치에, 특히 전술의 제1및 제2의 양태에 따른 RTM 성형방법 및 장치에 적용할 수 있다.

즉, 수지 주입용의 튜브 및(또는) 배출용의 튜브를 형 맞춤면부에 밀어넣어서 설치하고, 해당 튜브와 형의 사이를 탄성체를 개재시켜 밀봉하는 구조이며, 바 람직하게는, 밀봉용 탄성체에, 성형 형의 캐비티를 형 맞춤면부에서 밀봉하는 O-링의 단부가 내장되어 있는 구조이다. 수지 주입용 튜브 및(또는) 수지 배출용 튜브를 끼워 고정함으로써, 예를 들면 성형 형에 천공된 수지 주입용 관통 구멍이나 슬리브 등을 이용하지 않고서, 수지 주입 부재나 수지 배출 부재를 용이하게 세팅하거나, 클리닝 하거나 할 수 있어, 결과적으로 성형 사이클의 단축을 도모할 수 있고, 보다 효율적인 성형이 가능해진다. 또, 해당 튜브에 염가의 수지제 튜브 등을 이용해서, 성형 후 해당 튜브를 그대로 폐기 처리함으로써, 클리닝 작업을 큰 폭으로 삭감할 수 있고, 작업량 삭감에 의한 비용 저감으로도 연결된다. 또한, 밀봉용 탄성체를 이용함으로써 캐비티 내의 진공 확보와 성형중의 진공 유지가 보다 확실해지고, 동시에 수지 누출도 방지할 수 있기 때문에, 보이드나 핀 홀이 없는 고품질의 제품을 얻을 수 있다.

도 20은, 상하 형(111, 112)의 사시도이고, 도 21은 그 하형의 확대 단면도이며, 도 22는 도 20의 상하 형 사이에 장착되는 수지 주입·배출용 튜브(30)를, 각각 나타내고 있다. 도 20에 나타내는 바와 같이, 미리 제품 형상에 부형 된 강화 섬유 기재(122)를, 하형(112)의 표면에 형성된 성형 캐비티(113)의 외주에 O-링(121)을 배치한 하형(112)의 해당 성형 캐비티(113) 내에 배치한다. 다음에 수지 주입용 라이너(114) 및 수지 배출용 러너(115)에 연통하는 수지 주입용 튜브(116) 및 수지 배출용 튜브(117)의 반 단면 형상의 홈(120)과 해당 홈(120)의 도중에 설치한 러버제(예를 들면, NBR제) 밀봉용 탄성체(118, 119) 및 상기 홈(120)에 연통하는 해당 밀봉용 탄성체(118)에 설치한 홈에, 도 22에 나타내는 것 같은 해당 홈 에 접촉하는 튜브(141)의 선단부에 금속제의 관(142)이 삽입됨과 함께, 선단 외주에 밀봉테이프(153)가 감겨진 수지 주입 부재(140)를 배치한다. 그리고, 상형(111)을 닫고 상형(111)을 하형(112)을 향해 가압하여, 상기 수지 주입 부재(140)를 밀어넣는다. 그 상태로 성형 형 내에 설치한 배관(도시하지 않음)에 온수를 흘림으로써 성형 형 전체를 승온시킨다.

그 후, 진공 펌프에 연통하는 진공 트랩(도시하지 않음)에 접속된 수지 배출용 튜브(117)를 통해 캐비티(113) 내를 진공으로 한 후, 해당 캐비티(113) 내에 수지 주입용 튜브(116)를 통해 수지를 가압 주입한다. 그리고, 수지 주입 완료 후, 수지 주입용 튜브(116) 및 수지 배출용 튜브(117)를 폐쇄하고, 그 후, 소정 시간 동안 성형 형에 의해 가열되어 수지가 경화한 후, 성형 형을 열고, 탈형하여 FRP제품을 얻는 것이다.

또, 다른 밀봉성 향상 구조예를 도 21에 나타내는 바와 같이, 강화 섬유 기재(125)의 외주에 제품 형상으로 가공된 발포체로 이루어지는 코어재(124)를 피복 하는 샌드위치 구조의 강화 섬유 프리폼체(123)를, 캐비티(133)의 외주에 배치된 O-링(도시하지 않음)에 연통하는 밀봉용 탄성체(136, 137)를 배치한 상형(131), 하형(132)으로 구성되는 성형 캐비티(133) 내에 배치하고, 수지 주입용 러너(138) 및 수지 배출용 러너(139)에 연통하는 수지 주입용 튜브(134), 및 수지 배출용 튜브(135)를, 상기 밀봉용 탄성체(136, 137)에 접촉시킴으로써 밀봉하기 위해서, 상하 형을 밀어넣는다.

상기 수지 주입용 튜브(134) 및 수지 배출용 튜브(135)에는, 예를 들면 금속 제의 튜브를 이용한다. 그 상태로 성형 형 내에 설치한 배관(도시하지 않음) 내에 온수를 흘림으로써 성형 형을 승온시킨다. 그 후, 도 20에 나타낸 예와 마찬가지로 진공 펌프에 연통하는 진공 트랩에 접속된 수지 배출용 튜브(135)를 통해 캐비티(133) 내를 진공으로 한 후, 해당 캐비티(133) 내에 수지 주입용 튜브(134)를 개입시켜 수지를 가압 주입한다. 가압된 수지는 수지 주입용 러너(138)에 충만한 후, 주입용 필름 게이트(126)를 통과해 수지는 상기 강화 섬유 프리폼체(123)가 배치되어 있는 캐비티(133) 내에 유동하여, 해당 강화 섬유 프리폼체(123)의 강화 섬유에 함침된다. 그 사이, 잉여 수지는 배출용 필름 게이트(127)를 통과해 수지 배출용 러너(139)에 충만한 후, 배출용 튜브(135)를 통과해 진공 트랩으로 유출된다. 그리고, 수지 주입이 완료된 후, 수지 주입용 튜브(134) 및 수지 배출용 튜브(135)를 폐쇄하고, 그 상태로 소정 시간 동안 가열해 수지를 경화시킨 후, 성형 형을 열어 하트상의 고 강성 FRP 샌드위치 구조체를 얻는 것이다.

도 22는 상기 예에 이용한 수지 주입용 튜브(116)나 수지 배출용 튜브(117)의 구조예를 나타내고 있다. 수지제의 수지 주입용 튜브나 수지 배출용 튜브의 선단 내부에 금속제의 관(142)을 삽입하고, 외면에 밀봉 테이프(143)를 붙인 구조이다. 금속제의 관(142)은, 상형(111)과 하형(112)을 닫고 수지 주입용 튜브(부호 31로서 기재)나 수지 배출용 튜브가 상형과 하형으로 밀어넣어졌을 때, 상형과 하형 및 밀봉용 탄성체(118, 119)에 반원 형상으로 가공된 홈(상기 각 튜브의 곡률 반경보다 작은 R)(10, 10')에 찌그러지지 않고, 수지 주입용 튜브(116)나 수지 배출용 튜브(117)의 원형 단면 형상을 유지하여 캐비티 내의 진공 흡인 및 수지의 원 활한 유동을 원활히 하는 효과를 가진다.

또, 밀봉 테이프(143)는, 상형과 하형을 닫고 수지 주입용 튜브나 수지 배출용 튜브가 상형과 하형에 끼워졌을 때, 밀봉 테이프(143)를 밀봉용 탄성체와 접촉시킴으로써 밀봉용 탄성체의 밀봉 효과를 높이고, 캐비티 내의 진공 유지성을 안정되게 높일 수 있다. 밀봉용 탄성체를 상형과 하형의 양쪽 모두에 배치했을 경우에는 생략하는 것도 가능하다.

수지 주입용 튜브 및 수지 배출용 튜브에는, 나일론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 「테플론」(등록상표) 등의 불소 수지 등의 플라스틱제 튜브를 사용할 수 있지만, 철, 알루미늄, 놋쇠, 강철, 스테인레스 등의 금속제 튜브를 이용할 수도 있다.

또, 수지 주입용 튜브나 수지 배출용 튜브의 선단 내부에 삽입되어 있는 금속제의 관(142)에는 철, 알루미늄, 놋쇠, 동, 스테인레스가 이용된다. 또한, ABS, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 나일론, 염화 비닐, 아크릴 등의 플라스틱제의 관을 사용하는 것도 가능하다. 어느 관에나 0.5㎜이상의 두께가 있는 것이 바람직하다.

또한, 수지 주입용 튜브나 수지 배출용 튜브의 선단 외면에 붙여진 밀봉 테이프(143)에는, 「테플론」(등록상표) 등의 불소 수지, 나일론, 폴리에스테르, 폴리프로필렌 수지 등으로 이루어지는 테이프가 적용 가능하다. 상하 형 양면에 밀봉용 탄성체를 이용했을 경우는, 생략하는 것도 가능하다.

도 23A 내지 23F는, 수지 주입용 튜브 및 수지 배출용 튜브와 밀봉용 탄성체의 관계예를 단면도로 여러 종류 나타낸 것이다. O-링(154) 및 밀봉용 탄성체 (153)에는, 실리콘, NBR, 「테플론」(등록상표) 등의 불소 수지 등을 사용할 수 있고, 속이 찬 것 또는 속이 빈 것이 사용된다. 또, 상기 수지로 구성되는 발포체를 사용할 수도 있다.

상형(151) 및 하형(152) 중 어느 하나, 또는 양쪽 모두에 배치되는 밀봉용 탄성체(153)는, 배치된 형 표면으로부터 조금 돌출되어 있고, 상형(151)을 닫고 상형(151)의 형 표면에서 밀봉용 탄성체(153)를 밀어붙여 압축했을 때에, 밀봉용 탄성체(153)와 상형(151) 및 수지 주입용 튜브(150)(또는 수지 배출용 튜브)가 서로 대해 반력이 발생함으로써 밀봉성을 확보하고 있다.

또한, O-링(154)의 단부를 밀봉용 탄성체(153)에 내장함으로써, 상형(151)을 닫았을 때에 압축된 밀봉용 탄성체(153) 및 O-링(154)에 발생하는 반력으로 밀봉용 탄성체(153)와 O-링(154)이 서로 밀어 붙여져, 밀봉(O-링)의 연속성을 유지하면서 캐비티 내의 진공성을 확보하고 있다.

이하, 도 23A 내지 23F를 이용해서 수지 주입용 튜브나 수지 배출용 튜브의 밀봉 방법을 설명한다.

도 23A에 나타낸 구조에서는, 상기 수지 주입용 튜브(150)(또는 수지 배출용 튜브)와 동일한 곡률, 또는 해당 수지 주입용 튜브(150)보다 작은 곡률로 곡면 형상을 이루는 홈을 형성한 밀봉용 탄성체(153)를, O-링(154) 상의 밀봉용 탄성체(153)를 밀봉용 탄성체의 형상으로 음각된 상형(151) 및(또는) 하형(152) 내에 배치하고, 수지 주입용 튜브 또는 수지 배출용 튜브(150)의 배치부를 O-링(154)의 중심에서 절단하고, 밀봉용 탄성체(153)를 밀봉용 탄성체의 형상으로 음각된 상형 (151) 및(또는) 하형(152) 내에 배치한 상태로 상형(151)과 하형(152)으로 수지 주입용 튜브 또는 수지 배출용 튜브(150)를 끼운 상태를 나타내고 있다. 이때 밀봉용 탄성체(153) 중에 O-링(154) 단부를 내장함으로써 캐비티 내의 진공 유지성을 확보하고, 또한 수지 누출을 방지하고 있다. 도 23B에 나타낸 구조에서는, 상기 튜브(150)와 동일한 곡률, 또는 해당 튜브보다 작은 곡률의 홈을 형성한 밀봉용 탄성체(153) 및 상형(151)을, O-링(154) 상의 밀봉용 탄성체(153)를 밀봉용 탄성체(153)의 형상으로 음각된 하형(152) 내에 배치하고, 수지 주입용 튜브 또는 수지 배출용 튜브(150)의 배치부의 O-링(154) 상에서 O-링의 폐 루프를 절단하고, 밀봉용 탄성체(153)를 밀봉용 탄성체의 형상으로 음각된 하형(152) 내에 배치한 상태로, 상형(151)과 하형(152)으로 수지 주입용 튜브 및 수지 배출용 튜브(150)를 끼운다. 이때 밀봉용 탄성체(153) 중에 O-링(154)의 단부를 내장함으로써 캐비티 내의 진공을 유지하고, 수지 누출을 방지한다.

도 23C에 나타낸 구조에서는, 상기 튜브(150)와 동일한 곡률, 또는 상기 튜브보다 작은 곡률의 홈을 형성한 상형(151) 또는 하형(152)에 수지 주입용 튜브 및 수지 배출용 튜브(150)도 배치한 부분의 O-링(154) 상에서 O-링의 폐 루프를 절단하고, O-링(154)의 절단부를 사용 튜브에 접촉시킴으로써 캐비티 내의 진공 유지성을 확보하여, 수지 누출을 방지한다.

도 23D에 나타낸 구조에서는, 상기 튜브(150)와 동일한 곡률, 또는 상기 튜브보다 작은 곡률의 홈을 형성한 상형(151) 및 O-링(154)과 연속체의 밀봉용 탄성체(153)를 배치하고, 수지 주입용 튜브 및(또는) 수지 배출용 튜브(150)를 상형 (151)과 하형(152)으로 밀어넣어서, 캐비티 내의 진공 유지성을 확보하여, 수지 누출을 방지한다.

도 23E에 나타낸 구조에서는, 상기 튜브(150)와 동일한 곡률, 또는 상기 튜브보다 작은 곡률의 홈을 형성한 상형(151)과 하형(152)에 가공한 수지 주입용 튜브 또는 수지 배출용 튜브(150)를 배치용 홈에 걸쳐서 연속체의 O-링(154)이 수지 주입용 튜브 또는 수지 배출용 튜브(150)와 동일한 곡률, 또는 수지 주입용 튜브 또는 수지 배출용 튜브(150)보다 작은 곡률에 따라 배치되고, 해당 O-링(154) 상에 수지 주입용 튜브 또는 수지 배출용 튜브(150)를 배치해서 상형(151)과 하형(152)으로 끼움으로써 캐비티 내의 진공 유지성을 확보하여, 수지 누출을 방지한다.

도 23F에 나타낸 구조에서는, 도 23A이나 도 23B의 상형이 없는 상태이며, 밀봉용 탄성체(153)와 O-링(154)의 관계를 형 맞춤면 상으로부터 본 평면도이다.

이와 같이, 수지 주입용 튜브나 수지 배출용 튜브 부분에 대해서, 각종의 밀봉성 향상 구조를 채용할 수 있다.

또, 전술한 본 발명에 따른 RTM 성형방법 및 장치에 있어서는, 기재의 간극 등의 존재하는 작은 기포나, 수지 주입중에 감압함으로써 발생하는 수지 중의 용존기체의 증발에 의한 기포나, 또 형의 각부에 체류하는 미소한 기포를 배출하는 것을 가능하게 하기 위해서, 이하와 같은 구성을 채용할 수 있다. 즉, 성형 형 내에 수지를 가압 주입하면서 성형 형 내의 기체와 잉여 수지를 간헐적으로 배출하도록 한 구성이며, 이것에 의해 수지의 유동을 적절히 맥동시켜 수지 중의 기포의 배출을 촉진하는 것이 가능해진다. 이 구성에 있어서는, 성형 형 내에서의 수지압력 (Pm), 주입구에서의 수지 토출 압력(Pi)에 대해서, 선택적으로 Pm=Pi, Pm<Pi로 해서, 성형 형 내에 유입되어 있는 수지의 유량을 제어할 수도 있고, 수지 유량은, 수지를 배출하는 배출구 구경의 조절에 의해 제어할 수 있다. 또, 배출구 구경의 조절과, 그 조절 타이밍을 기억해 두고, 그 기억 정보에 기초해서 수지 유량을 자동 제어할 수도 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 종래의 방법에서는, 성형 형 내에 미리 강화 섬유 기재를 배치해서 형을 닫고, 주입 밸브를 폐쇄한 상태로 개구한 배출 밸브에 통하는 배출로로부터 진공 펌프로 형 내를 진공 흡인하고, 형 내 수지압(Pm)을 바람직하게는 0.01MPa이하의 감압 상태로 하고, 계속해서 배출 밸브를 폐쇄한 상태로 주입 밸브를 개구하여 주입용 유로로부터 수지가 형 내에 완전하게 충전될 때까지 가압 주입해서 성형하고 있었다. 그러나, 이 방법에서는 수지 주입중에 배출 밸브를 폐쇄한 채이기 때문에, 강화 섬유 기재로서의 직물기재의 짜임새에 남아 있던 기포나, 강화 섬유 기재의 적층 사이에 남는 기포, 또한 형 내에 주입된 수지에 용존되어 있는 기체가 가열 성형 프로세스 과정에서 증발함으로써 생긴 기포 등이 배출되지 않고, 그대로 성형되어 작은 기포가 성형품에 남음으로써, 제품의 큰 품질 열화를 초래하는 경우가 있었다. 특히, 그러한 기포가 표면에 보이드나 피트로서 표면화했을 경우, 의장성이 중요시되는 제품에서는 불량품으로 되어 있었다. 이들 제품의 품질 열화나 불량품을 초래하는 문제를 해결하기 위해서는, 수지 주입 과정에서도 형 내에 잔존 및 증발 발생하는 기체(기포)를 형 내로부터 적당 배출할 필요가 있다.

그래서, 상기 방법에서는, 주입구로부터 가압된 수지를 주입하면서, 예를 들면, 배출로에 설치되는 배출 밸브를 개폐, 혹은 구경을 변화시킴으로써, 형 내의 체류 기포와 잉여 수지를 간헐적으로 효율적으로 배출하도록 하고 있다. 예를 들면, 주입 밸브를 열어 수지를 주입하면서 배출 밸브를 완전하게 닫았을 경우, 주입압(Pi)=형 내 수지압(Pm)으로 되어, 성형 형 내에 유입되어 있는 수지의 압력이 높기 때문에 강화 섬유에의 함침이 용이해지는 반면, 체류하고 있는 기포도 수지압과 거의 동 압력 상태까지 압축되어 수지 중에 혼재하고 있다. 이 상태로 배출 밸브를 열면, 수지 주입압(Pi)>형 내 수지압(Pm)의 관계로 되어, 배출구로부터 형 내의 체류 기포와 가압된 잉여 수지가 동시에 배출된다.

여기서, 배출 밸브의 개폐 속도를, 바람직하게는 1초 이내에서 실시함으로써, 형 내 압력(Pm)이 개폐 속도에 따라 단번에 강하하여, 잔류하고 있는 가스가 급격하게 팽창한다. 그리고, 압력차이에 의하는 것과 함께 그 가스의 체적의 변화에 아울러 수지의 흐름이 발생하여, 강화 섬유 기재간이나 형의 각부 등에 체류하고 있던 가스가 이 급격한 수지의 흐름에 의해 머물 수가 없게 되어, 배출구에서 배출된다. 형 내 압력(Pm)의 강하 속도가 빠를수록, 가스 체적의 변화가 빨라져, 그 가스의 주위의 수지에 충격적인 흐름을 줌으로써, 잔존하고 있는 가스가 체류 장소로부터 이탈하기 쉬워진다. 일단 이탈한 가스는, 배출로로 향하는 흐름과 일체로 되어 배출된다. 다음에, 배출 밸브를 닫아 주입 밸브로부터 수지를 공급한다.

이러한, 배출 밸브의 간헐적인 개폐(반드시 전개, 전폐인 것은 아니다)를 반 복함으로써, 형 내에 체류하는 기포(가스)를 서서히 배출하면서, 최종적으로는 완전하게 배출한 상태로 배출 밸브를 전폐하고, 잠시 주입 수지압을 가한 상태를 유지한 후, 주입 밸브도 전폐해서 형 내에 충만한 수지를 가열 경화시킨다. 여기서의 형태에서는, 수지를 가압하는 것으로 하고 있지만, 주입 압력(Pi)을 대기압으로 해서, 형 내를 부압으로 하는 것도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

이와 같이 순간적으로 형 내의 압력을 Pi 혹은 부압으로부터 변화시키는 방법은, 예를 들면, 수지 트랩에 접속되는 진공 펌프와 압공 펌프의 순간적인 변환에 의해서도 실현될 수 있다. 또, 배출로에 설치하는 배출 밸브의 개방도를 조절하는 것으로, 형 내 수지압(Pm)의 변화 속도를 제어함으로써, 보다 효율이 좋은 기포배출이 가능하다.

또한, 상기 배출 밸브에 대해서는, 미리 개폐의 주기를, 예를 들면 컴퓨터에 입력해 두고(기억시켜 두고), 그 정보를 기초로 동작시키는 것으로, 작업 공정수의 증가의 필요도 없이 종래의 성형의 문제를 해결할 수 있다.

또한, 컴퓨터에 미리 수지 주입 조건이나 수지 유동 상황에 따른 최적의 배출 밸브의 개폐 조건을 사전에 입력해 두는 것으로, 환경(대기 온도 등)의 변화 등에도 대응한 최적의 수지 유동을 실현할 수 있다.

이러한 방법에 의해, 종래 방법에서는 곤란했던 표면 의장성에 관계되는 보이드나 피트가 없는, 또는 지극히 적은 FRP 성형품을 얻을 수 있게 된다. 이것에 의해, 항상 안정되게 원하는 기계적 성질을 채울 수가 있고, 뛰어난 표면품위를 안정되게 얻을 수 있어, 종래 방법보다 수율 좋게 생산할 수 있다.

또한, 전술한 본 발명에 따른 RTM 성형방법 및 장치에 있어서는, 표면 의장성이 높은 성형품을 효율적으로 단시간에 성형하기 위해서, 이하와 같은 방법을 채용할 수 있다. 즉, RTM 성형 형에는 세로분할형과 가로분할형이 있지만, 세로분할형(사출 성형 형에 많다)은, 중력의 영향으로 수지의 흐름이 일정화하기 쉽고, 형 내의 기포는 상승해서 빠지기 쉬운 점에서, 성형품의 표면 품위 상 문제로 되는 보이드나 피트의 발생이 매우 적다고 하는 이점이 있는 반면, 성형 형 내에의 강화 섬유 기재의 세트, 즉 성형 형의 캐비티면에의 기재의 흐트러짐 없는 배치와 형 면에의 고정이 어렵고, 또한 막대한 시간을 필요로 하는 점에서 생산성이 낮다고 하는 큰 문제가 있다. 한편, 가로분할형, 즉 성형 형이 상하 형인 구성에서는, 상기의 강화 섬유 기재의 형 면에의 세트는 비교적 용이하면서도 세트 시간도 단시간으로 할 수 있는 이점이 있는 반면, 일반적인 수지의 주입 방법, 즉 0.2 내지 1.OMPa의 압력으로 가압하고, 각별히 유속을 컨트롤하지 않고 수지 주입했을 경우는, 수지가 압력에 따른 유속으로 형 내에 유입되어 가서, 비교적 단시간에 형 내에 수지가 충전되지만, 강화 섬유 기재가 수지 흘러나와 흐트러지거나, 유속이 빨라서 불균일한 흐름이 생겨 성형품의 표면에 보이드나 피트가 다수 발생하는 경우가 있다. 특히, 성형 시간을 단축하거나 대면적의 성형품을 단시간에 성형하기 위해서, 수지의 토출 압력이 0.5MPa 이상의 고압으로(따라서, 고속으로) 수지 주입하는 경우는, 기재(특히, 평직물)의 방직 조직의 흐트러짐이 생기고 쉽고, 또 고속으로 수지가 형 내를 유동하기 때문에 기재의 미묘한 두께 불균일이나 구성의 차이에 의해 유동 저항이 유동 영역 내에서 불규칙하기 때문에, 균일한 흐름을 유지할 수 없는 점에 서, 부분적으로 「흐름의 앞지름」등이 생겨 큰 보이드가 발생하는 경우가 있다. 또한, 실제로 기재 부분으로 수지가 흘러 나와 있기는 하지만, 흐름이 빠른 점에서 예를 들면 직물의 짜임새에 있던 기체가 빠질 틈이 없어 체류해 버려, 피트로서 표면에 결점을 발생시키는 경우가 있다. 이러한 의장성에 관련된 외관 품위의 저하를 가져오는 종래의 성형 조건이나 성형 프로세스에서는, 성형 시간의 단축화를 위한 고속 주입을 행하면서, 높은 표면 품위를 확보할 수 없다. 성형품의 사이즈가 커지면 커질수록, 아무래도 고속 수지 주입하는 점에서, 이러한 외관 품위 상의 결점은 발생하기 쉽다.

이러한 의장성에 관련된 보이드나 피트의 발생에는, 수지의 유동 상태가 크게 영향을 주는 점에서, 강화 섬유 기재의 밀도, 즉 단위면적당 실의 중량도 중요한 인자로 된다. 즉, 1층 당의 강화 섬유의 단위면적당 실의 중량으로서는, 수지의 유동 저항이나 기포의 제거 용이성에 영향을 주기 때문에, 수지 유동 조건에 따른 적정한 단위면적당 실의 중량을 설정할 필요가 있다. 이 단위면적당 실의 중량의 적정화에는 단순히 표면 품위의 면뿐만 아니라, 프리폼의 작업성이나 강도 이용률 등의 관점에서도 설정할 필요가 있다. 즉, 단위면적당 실의 중량이 너무 커서 기재의 강성이 커지면 형 면에 강화 섬유 기재가 따르기 어려워서 입체 형상에의 부형이 어려워져, 프리폼화에 막대한 작업시간이 걸리거나, 그때에 기재 흐트러짐을 일으켜 FRP 성형품의 역학 특성이 저하하는 사태를 초래하는 경우가 있다. 즉, 효율적인 생산을 행하기 위해서는, 생산 조건(성형 사이즈, 성형 조건 등)에 맞는 단위면적당 실의 중량이 있다.

또, 성형 조건 중에서, 특히 온도나 수지 주입 압력도 표면품위에 주는 영향도는 크다. 주입하는 수지 온도는 높으면 점도가 낮아져서 유동성이 높아지고, 기재에의 수지 함침성은 좋지만, 점도 상승률이 높아져서 급격하게 유동성이 악화되어, 성형품이 큰 경우는 수지의 유동이 도중부터 감속해서, 미 함침을 초래하는 경우가 있다. 겨우 전역에 수지가 유동해도, 점도가 높아진 영역에서는, 미 함침에는 이르지 않아도 보이드나 피트가 다발하는 경우가 있다. 한편, 성형 형의 온도에 불균일이 있거나, 성형중에 변화하거나 하면 형 내에 남아 있던 미소한 기포끼리가 접촉하여, 보이드나 피트로 발전하는 큰 기포로 성장하는 경우가 있다. 또, 압력도 적당하다고 하는 것이 필요하다. 너무 높아 캐비티 내에서 체적 팽창해서 기포를 발생시키거나, 너무 낮아 잔존 기포를 작게 압축할 수 없는 경우가 있다.

또, 반응성 수지로부터 경화 과정에서 반응 가스가 생기거나, 이미 수지 중에 내포하고 있던 미세한 가스(기포)가 시간과 함께 성장해서 커져, 보이드나 피트로 성장하는 경우도 있으므로, 수지가 기재에 함침한 후에는 가능한 한 빨리, 신속하게 경화하는 편이 좋다. 해당 반응성 수지의 재료 특성이 성형 효율에 주는 영향도는 매우 높고, 예를 들면 경화제의 종류에 따라서는 수지의 반응의 초기에 반응속도가 최대로 되어, 시간이 경과함에 따라 반응속도가 저하하고, 그 때문에 경화에 필요로 하는 시간이 길어지는 경우가 있다. 이것에 대해서, 성형 형의 온도를 상승시켜 경화 시간을 단축하려고 하면, 이번에는 초기의 점도 상승이 과대로 되어, 수지 주입·유동시에 점도가 과도하게 상승하여, 결국에는 겔화 되어 버려, 성형이 도중에 정지하여 미 함침 부분을 생기게 하는 경우도 있다.

이와 같이, FRP 성형(특히, RTM 성형방법)에서는, 성형 사이즈(면적)에 따른 성형 조건이나 재료 특성이 존재하고, 적정한 조건으로 성형하지 않으면, 품질면, 특히 표면 품위의 점에서 문제를 일으키기 쉽다고 말할 수 있다.

그래서, 본 발명에 따른 RTM 성형방법 및 장치에 있어서는, 특히, 보이드나 피트가 대부분 생기지 않은 표면 의장성이 높은 성형품을 효율적으로 단시간에 성형하기 위해서, 성형 형의 캐비티 내에 수지를 가압 주입할 때, 수지의 단위시간 유량(Q:㏄/min)과 캐비티의 투영 면적(S:㎡)의 비(Q/S:㏄/min·㎡)를,

50<Q/S<600

의 범위 내로 하는 방법을 채용할 수 있다.

이 방법에 있어서는, 상기 비(Q/S:㏄/min·㎡)와 수지의 가압력(P:MPa)의 곱((Q/S)×P:ccMPa/min·㎡)를,

20≤(Q/S)×P≤400

의 범위 내로 하는 것이 바람직하다. 또, 수지의 가압력을 0.2 내지 0.8MPa의 범위 내로 하는 것이 바람직하고, 수지는, 가열 온도가 60 내지 160℃의 범위의 일정 온도하에서, 3 내지 30분으로 경화되는 것이 바람직하다.

이러한 RTM 성형 조건으로 함으로써, 종래의 RTM 성형 조건에서는 곤란했던 의장면인 표면에 보이드나 피트 등의 결함이 발생하지 않은 성형품을, 효율적으로 단시간에 안정적으로 성형할 수 있게 되어, 표면 품위의 높은 성형품을 고 사이클 로 양산할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 RTM 성형방법 및 장치는, 고속 성형이 요망되는 모든 RTM 성형에 적용할 수 있고, 특히, 비교적 대형 또한 비교적 복잡한 형상의 성형품을 단시간 안에 효율적으로 뛰어난 표면 품위로써, 특별히 뛰어난 의장면에 성형하기 위해서 유용했다.

보다 구체적으로는, 본 발명은, 제품 사이즈가 1㎡이상의 비교적 대형인 일반 산업용 FRP 패널 부재, 특히, 자동차용 외판부재나 구조재에 매우 적합하고, 그 중에서도 의장성의 요구가 높은 외판부재로서 사용되는 FRP 부재의 RTM 성형에 매우 적합한 것이다. 또한, 자동차용 외판부재란, 승용차나 트럭에 있어서의 도어 패널이나 푸드, 루프, 트렁크 리드, 펜더, 스포일러, 사이드 스커트, 프런트 스커트, 매트 가드, 도어 이너 패널 등의 이른바 패널 부재이다. 특히, 의장성이 요구되는 비교적 대형의 패널 부재에 매우 적합하다. 그 외의 FRP 패널 부재로서는, 항공기 부재, 철도 차량에 있어서의 도어, 사이드 패널, 내장 패널 등의 각종 패널류, 크레인 등의 건설기계의 커버류, 건축에 있어서의 칸막이 판, 파티션, 도어 패널, 차폐판 등이며, 또 스포츠에 있어서의 서핑 보드, 스케이트 보드, 자전거 부품 등의 외표면 패널이 해당한다.

Claims

복수의 형을 포함하는 성형 형의 캐비티 내에 강화 섬유 기재를 배치하고, 형 조임한 후, 수지를 주입해서 성형하는 RTM 성형방법에 있어서, 상기 강화 섬유 기재의 면 방향에 관해서 분할 영역을 상정하고, 각각의 분할 영역은, 주입 수지가 영역 내의 전면에 걸쳐 확산되는 동시에 기재 두께 방향으로 실질적으로 균일하게 함침 가능한 분할 영역이며, 상정된 각 분할 영역의 각각에 대해 해당 분할 영역 내까지 주입 수지를 도입하는 수지 도입로를 형성하는 것을 특징으로 하는 RTM 성형방법.
제1항에 있어서,

적어도 형 조임한 후부터 수지 주입 개시까지, 소정 시간 동안 수지 배출 라인으로부터 진공 흡인하는 것을 특징으로 하는 RTM 성형방법.
제1항에 있어서,

상기 성형 형을 구성하는 형 사이에, 두께 방향으로 관통하는 수지 유로를 가지는 중간 부재를 배치하고, 해당 중간 부재를 개재시켜, 수지를 상기 강화 섬유 기재에 대해서 복수의 개소로부터 거의 동시에 주입하는 것을 특징으로 하는 RTM 성형방법.
제3항에 있어서,

어떤 형에, 강화 섬유 기재에 대해서 실질적으로 전체 둘레에 걸쳐서 연장되는 수지 배출용 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 RTM 성형방법.
제3항에 있어서,

상기 중간 부재에, 강화 섬유 기재에 대해서 실질적으로 전체 둘레에 걸쳐서 연장되는 수지 배출용 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 RTM 성형방법.
제3항에 있어서,

상기 중간 부재에, 그 일면 측에 형성된 수지 유로용 홈과, 해당 홈에 연통해서 상기 면과는 반대 면인 강화 섬유 기재 배치측의 면으로 관통하는 관통구멍이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 RTM 성형방법.
제3항에 있어서,

상기 중간 부재가 금속제 또는 수지제인 것을 특징으로 하는 RTM 성형방법.
제3항에 있어서,

수지 주입용 부재를 상기 중간 부재와 거기에 대향하는 형으로 밀어넣어서(挾壓) 밀봉하는 것을 특징으로 하는 RTM 성형방법.
제3항에 있어서,

수지 배출용 부재를 상기 중간 부재와 강화 섬유 기재를 개재시켜 상기 중간 부재에 대향하는 형으로 밀어넣어서 밀봉하는 것을 특징으로 하는 RTM 성형방법.
제3항에 있어서,

상기 중간 부재가 복수의 관통구멍을 설치한 다공판 또는 수지제 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 RTM 성형방법.
제10항에 있어서,

상기 중간 부재에 대향하는 형에 수지 통로용의 홈이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 RTM 성형방법.
제10항에 있어서,

상기 중간 부재와 거기에 대향하는 형의 사이에 간극을 형성하고, 해당 간극이 1 내지 10㎜의 범위 내로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 RTM 성형방법.
제3항에 있어서,

상기 강화 섬유 기재에 코어재가 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 RTM 성형방법.
제3항에 있어서,

상기 수지의 주입용의 튜브 및(또는) 배출용의 튜브를 형 맞춤면부에 협압해서 설치하고, 해당 튜브와 형의 사이를 탄성체를 개재시켜 밀봉하는 것을 특징으로 하는 RTM 성형방법.
제14항에 있어서,

상기 밀봉용 탄성체에, 성형 형의 캐비티를 형 맞춤면부에서 밀봉하는 O-링의 단부가 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 RTM 성형방법.
제3항에 있어서,

상기 성형 형 내에 수지를 가압 주입하면서 성형 형 내의 기체와 잉여 수지를 간헐적으로 배출하는 것을 특징으로 하는 RTM 성형방법.
제16항에 있어서,

가압 주입된 수지의 상기 성형 형 내에서의 수지압력을 Pm, 수지를 주입하는 주입구에서의 수지 토출 압력을 Pi로 했을 때, 선택적으로 Pm=Pi, Pm<Pi로서, 성형 형 내에 유입되어 있는 수지의 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 RTM 성형방법.
제16항에 있어서,

상기 성형 형 내에 유입되어 있는 수지의 유량을, 수지를 배출하는 배출구의 구경의 조절에 의해 제어하는 것을 특징으로 하는 RTM 성형방법.
제18항에 있어서,

상기 배출구 구경의 조절과, 그 조절 타이밍을 기억하고, 그 기억 정보에 기초해서 성형 형 내의 수지 유량을 자동적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 RTM 성형방법.
제3항에 있어서,

상기 성형 형의 캐비티 내에 수지를 가압 주입할 때, 수지의 단위시간 유량(Q:㏄/min)과 캐비티의 투영면적(S:㎡)의 비(Q/S:㏄/min·㎡)가,

50<Q/S<600

의 범위 내인 것을 특징으로 하는 RTM 성형방법.
제20항에 있어서,

상기 비(Q/S:㏄/min·㎡)와 수지의 가압력(P:MPa)의 곱((Q/S)×P:ccMPa/min·㎡)이,

20≤(Q/S)×P≤400

의 범위 내인 것을 특징으로 하는 RTM 성형방법.
제20항에 있어서,

상기 수지의 가압력이 0.2 내지 0.8MPa의 범위 내인 것을 특징으로 하는 RTM 성형방법.
제20항에 있어서,

상기 수지가, 가열 온도가 60 내지 160℃의 범위의 일정 온도하에서, 3 내지 30분으로 경화되는 것을 특징으로 하는 RTM 성형방법.
제1항에 있어서,

상기 캐비티의 외주에 배치된 수지 주입 라인으로부터 수지 배출 라인을 향해 수지를 주입해서 상기 강화 섬유 기재에 수지 함침 후, 가열 경화시키는 RTM 성형방법으로서, 상기 수지 주입 라인이 복수로 분할 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 RTM 성형방법.
제24항에 있어서,

상기 수지 주입 라인과 수지 배출 라인이, 상기 캐비티의 실질적으로 외주 전역에 걸쳐 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 RTM 성형방법.
제24항에 있어서,

상기 수지 주입 라인의 길이가 상기 수지 배출 라인 길이의 2배 이상인 것을 특징으로 하는 RTM 성형방법.
제24항에 있어서,

상기 수지 주입 라인 및(또는) 수지 배출 라인이 성형 형에 가공된 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 RTM 성형방법.
제27항에 있어서,

상기 성형 형이 상형과 하형을 포함하고, 상기 홈이 모두 하형에 가공되어 있는 것을 특징으로 하는 RTM 성형방법.
제24항에 있어서,

상기 수지 배출 라인도 복수로 분할 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 RTM 성형방법.
제24항에 있어서,

상기 복수로 분할 형성되는 수지 주입 라인으로부터의 수지 주입을, 수지 배출 라인으로부터 실질적으로 먼 쪽의 수지 주입 라인부터 순차 행하는 것을 특징으로 하는 RTM 성형방법.
제24항에 있어서,

상기 수지 배출 라인으로부터도, 소정의 시간 후에 수지 주입 라인으로 전환 하여 수지 주입을 행하는 것을 특징으로 하는 RTM 성형방법.
제24항에 있어서,

상기 강화 섬유 기재에 코어재가 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 RTM 성형방법.
제24항에 있어서,

상기 수지의 주입용의 튜브 및(또는) 배출용의 튜브를 형 맞춤면부에 밀어넣어서 설치하고, 해당 튜브와 형의 사이를 탄성체를 개재시켜 밀봉하는 것을 특징으로 하는 RTM 성형방법.
제33항에 있어서,

상기 밀봉용 탄성체에, 성형 형의 캐비티를 형 맞춤면부에서 밀봉하는 O-링의 단부가 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 RTM 성형방법.
제24항에 있어서,

상기 성형 형 내에 수지를 가압 주입하면서 성형 형 내의 기체와 잉여 수지를 간헐적으로 배출하는 것을 특징으로 하는 RTM 성형방법.
제35항에 있어서,

가압 주입된 수지의 상기 성형 형 내에서의 수지압력을 Pm, 수지를 주입하는 주입구에서의 수지 토출 압력을 Pi로 했을 때, 선택적으로 Pm=Pi, Pm<Pi로서, 성형 형 내에 유입되어 있는 수지의 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 RTM 성형방법.
제35항에 있어서,

상기 성형 형 내에 유입되어 있는 수지의 유량을, 수지를 배출하는 배출구 구경의 조절에 의해 제어하는 것을 특징으로 하는 RTM 성형방법.
제37항에 있어서,

상기 배출구 구경의 조절과, 그 조절 타이밍을 기억하고, 그 기억 정보에 기초해서 성형 형 내의 수지 유량을 자동적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 RTM 성형방법.
제24항에 있어서,

상기 성형 형의 캐비티 내에 수지를 가압 주입할 때, 수지의 단위시간 유량(Q:㏄/min)과 캐비티의 투영 면적(S:㎡)의 비(Q/S:㏄/min·㎡)가,

50<Q/S<600

의 범위 내인 것을 특징으로 하는 RTM 성형방법.
제39항에 있어서,

상기 비(Q/S:㏄/min·㎡)와 수지의 가압력(P:MPa)의 곱((Q/S)×P:ccMPa/min·㎡)이,

20≤(Q/S)×P≤400

의 범위 내인 것을 특징으로 하는 RTM 성형방법.
제39항에 있어서,

상기 수지의 가압력이 0.2 내지 0.8MPa의 범위 내인 것을 특징으로 하는 RTM 성형방법.
제39항에 있어서,

상기 수지가, 가열 온도가 60 내지 160℃의 범위의 일정 온도하에서, 3 내지 30분으로 경화되는 것을 특징으로 하는 RTM 성형방법.
제1항에 있어서,

상기 강화 섬유 기재의 적어도 한쪽 편의 표층이 연속 섬유층을 포함하고, 해당 표층의 바로 밑의 층이 랜덤 매트층을 포함하는 것을 특징으로 하는 RTM 성형방법.
제43항에 있어서,

상기 표층이 3층 이하의 연속 섬유층으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 RTM 성형방법.
제43항에 있어서,

상기 표층을 형성하는 연속 섬유층의 총 단위면적당 실의 중량이 700g/㎡이하인 것을 특징으로 하는 RTM 성형방법.
제43항에 있어서,

상기 표층의 강화 섬유가 탄소 섬유 직물를 포함하는 것을 특징으로 하는 RTM 성형방법.
제43항에 있어서,

상기 랜덤 매트층의 총 단위면적당 실의 중량이 150g/㎡이하인 것을 특징으로 하는 RTM 성형방법.
제43항에 있어서,

상기 랜덤 매트층이 유리 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 RTM 성형방법.
제43항에 있어서, 상기 강화 섬유 기재에 코어재가 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 RTM 성형방법.
복수의 형을 포함하는 성형 형의 캐비티 내에 강화 섬유 기재를 배치하고, 형 조임한 후, 수지를 주입해서 성형하는 RTM 성형장치에 있어서, 상기 강화 섬유 기재의 면 방향에 관해서 분할 영역을 상정하고, 각각의 분할 영역은, 주입 수지가 영역 내의 전면에 걸쳐 확산되는 동시에 기재 두께 방향으로 실질적으로 균일하게 함침 가능한 분할 영역이며, 상정된 각 분할 영역의 각각에 대해 해당 분할 영역 내까지 주입 수지를 도입하는 수지 도입로를 형성하는 것을 특징으로 하는 RTM 성형장치.
제50항에 있어서,

적어도 형 조임한 후부터 수지 주입 개시까지, 소정 시간 동안 수지 배출 라인으로부터 진공 흡인하는 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 RTM 성형장치.
제50항에 있어서,

상기 성형 형을 구성하는 형 사이에, 두께 방향으로 관통하는 수지 유로를 가지고, 해당 수지 유로를 통해 수지를 상기 강화 섬유 기재에 대해서 복수의 개소로부터 거의 동시에 주입 가능한 중간 부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 RTM 성형장치.
제52항에 있어서,

어떤 형에, 강화 섬유 기재에 대해서 실질적으로 전체 둘레에 걸쳐서 연장되는 수지 배출용 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 RTM 성형장치.
제52항에 있어서,

상기 중간 부재에, 강화 섬유 기재에 대해서 실질적으로 전체 둘레에 걸쳐서 연장되는 수지 배출용 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 RTM 성형장치.
제52항에 있어서,

상기 중간 부재에, 그 일면 측에 형성된 수지 유로용 홈과, 해당 홈에 연통해서 상기 면과는 반대 면인 강화 섬유 기재 배치측의 면으로 관통하는 관통구멍이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 RTM 성형장치.
제52항에 있어서,

상기 중간 부재가 금속제 또는 수지제인 것을 특징으로 하는 RTM 성형장치.
제52항에 있어서,

상기 중간 부재와 거기에 대향하는 형으로 협압해서 밀봉되는 수지 주입용 부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 RTM 성형장치.
제52항에 있어서,

상기 중간 부재와 강화 섬유 기재를 개재시켜 상기 중간 부재에 대향하는 형으로 밀어넣어서 밀봉되는 수지 배출용 부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 RTM 성형장치.
제52항에 있어서,

상기 중간 부재가 복수의 관통구멍을 설치한 다공판 또는 수지제 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 RTM 성형장치.
제59항에 있어서,

상기 중간 부재에 대향하는 형에 수지 통로용의 홈이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 RTM 성형장치.
제59항에 있어서,

상기 중간 부재와 거기에 대향하는 형의 사이에 간극이 형성되고, 해당 간극이 1 내지 10㎜의 범위 내로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 RTM 성형장치.
제52항에 있어서,

상기 강화 섬유 기재에 코어재가 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 RTM 성형장치.
제52항에 있어서,

상기 수지의 주입용의 튜브 및(또는) 배출용의 튜브가 형 맞춤면부에 밀어넣어져 설치되어 있고, 해당 튜브와 형의 사이에 밀봉용 탄성체가 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 RTM 성형장치.
제63항에 있어서,

상기 밀봉용 탄성체에, 성형 형의 캐비티를 형 맞춤면부에서 밀봉하는 O-링의 단부가 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 RTM 성형장치.
제52항에 있어서,

상기 성형 형 내에 수지를 가압 주입하면서 성형 형 내의 기체와 잉여 수지를 간헐적으로 배출하는 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 RTM 성형장치.
제65항에 있어서,

가압 주입된 수지의 상기 성형 형 내에서의 수지 압력을 Pm, 수지를 주입하는 주입구에서의 수지 토출 압력을 Pi로 했을 때, 선택적으로 Pm=Pi, Pm<Pi로서, 성형 형 내에 유입되어 있는 수지의 유량을 제어하는 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 RTM 성형장치.
제65항에 있어서,

상기 성형 형 내에 유입되어 있는 수지의 유량을 수지를 배출하는 배출구 구경의 조절에 의해 제어하는 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 RTM 성형장치.
제67항에 있어서,

상기 배출구 구경의 조절과 그 조절 타이밍을 기억하고, 그 기억 정보에 기초해서 성형 형 내의 수지 유량을 자동적으로 제어하는 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 RTM 성형장치.
제67항에 있어서,

상기 배출구의 구경을 조절하는 수단이 밸브 개폐 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 RTM 성형장치.
제50항에 있어서,

상기 캐비티의 외주에 배치된 수지 주입 라인으로부터 수지 배출 라인을 향해 수지를 주입해서 상기 강화 섬유 기재에 수지 함침 후, 가열 경화시키는 RTM 성형장치로서, 상기 수지 주입 라인이 복수로 분할 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 RTM 성형장치.
제70항에 있어서,

상기 수지 주입 라인과 수지 배출 라인이, 상기 캐비티의 실질적으로 외주 전역에 걸쳐 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 RTM 성형장치.
제70항에 있어서,

상기 수지 주입 라인의 길이가 상기 수지 배출 라인 길이의 2배 이상인 것을 특징으로 하는 RTM 성형장치.
제70항에 있어서,

상기 수지 주입 라인 및(또는) 수지 배출 라인이 성형 형에 가공된 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 RTM 성형장치.
제73항에 있어서,

상기 성형 형이 상형과 하형을 포함하고, 상기 홈이 모두 하형에 가공되어 있는 것을 특징으로 하는 RTM 성형장치.
제70항에 있어서,

상기 수지 배출 라인도 복수로 분할 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 RTM 성형장치.
제70항에 있어서,

상기 복수로 분할 형성되는 수지 주입 라인으로부터의 수지 주입이, 수지 배 출 라인으로부터 실질적으로 먼 쪽의 수지 주입 라인보다 순차 행해지는 것을 특징으로 하는 RTM 성형장치.
제70항에 있어서,

상기 수지 배출 라인으로부터도, 소정의 시간 후에 수지 주입 라인으로 전환하여 수지 주입을 하는 것을 특징으로 하는 RTM 성형장치.
제70항에 있어서,

상기 강화 섬유 기재에 코어재가 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 RTM 성형장치.
제70항에 있어서,

상기 수지의 주입용의 튜브 및(또는) 배출용의 튜브가 형 맞춤면부에 밀어넣어져 설치되어 있고, 해당 튜브와 형의 사이에 밀봉용 탄성체가 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 RTM 성형장치.
제79항에 있어서,

상기 밀봉용 탄성체에, 성형 형의 캐비티를 형 맞춤면부에서 밀봉하는 O-링의 단부가 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 RTM 성형장치.
제70항에 있어서,

상기 성형 형 내에 수지를 가압 주입하면서 성형 형 내의 기체와 잉여 수지를 간헐적으로 배출하는 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 RTM 성형장치.
제81항에 있어서,

가압 주입된 수지의 상기 성형 형 내에서의 수지압력을 Pm, 수지를 주입하는 주입구에서의 수지 토출 압력을 Pi로 했을 때, 선택적으로 Pm=Pi, Pm<Pi로서, 성형 형 내에 유입되어 있는 수지의 유량을 제어하는 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 RTM 성형장치.
제81항에 있어서,

상기 성형 형 내에 유입되어 있는 수지의 유량을 수지를 배출하는 배출구 구경의 조절에 의해 제어하는 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 RTM 성형장치.
제83항에 있어서,

상기 배출구 구경의 조절과 그 조절 타이밍을 기억하고, 그 기억 정보에 기초해서 성형 형 내의 수지 유량을 자동적으로 제어하는 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 RTM 성형장치.
제83항에 있어서,

상기 배출구의 구경을 조절하는 수단이 밸브 개폐 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 RTM 성형장치.