KR20110118134A

KR20110118134A - Ｒｔｍ 성형 방법, 및 섬유 강화 수지 성형체의 제조 방법

Info

Publication number: KR20110118134A
Application number: KR1020117017723A
Authority: KR
Inventors: 세이지 츠지; 히데히로 다케모토; 마사아키 야마사키
Original assignee: 도레이 카부시키가이샤
Priority date: 2009-01-29
Filing date: 2010-01-27
Publication date: 2011-10-28
Also published as: US20110272853A1; CN102292201A; KR101582705B1; EP2383094A4; US8574484B2; EP2383094B1; JP5614282B2; WO2010087361A1; EP2383094A1; JPWO2010087361A1; CN102292201B

Abstract

본 발명은, 성형틀을 형성하고 있는 복수의 틀 중 적어도 1개의 틀에 설치된 틀의 온도를 조절하는 온도 제어 기구와, 성형틀의 캐비티로의 유동성을 가진 상태에 있는 수지의 공급의 개시 및 정지를 행하는 밸브 기구를 포함하는 성형틀이 사용되며, 상기 밸브 기구가 상기 성형틀에 복수 설치되고, 상기 복수의 밸브 기구 각각에 상기 밸브 기구의 온도를 조절하는 1개 내지 복수의 온도 제어 계통이 설치되고, 상기 복수의 밸브 기구로부터, 상기 유동성을 가진 상태에 있는 수지가 상기 캐비티로 공급되고, 상기 캐비티 내에 수용되어 있는 강화 섬유 기재에 함침되는 RTM 성형 방법을 제공한다.

Description

ＲＴＭ 성형 방법, 및 섬유 강화 수지 성형체의 제조 방법{RTM METHOD AND METHOD FOR MANUFACTURING FIBER-REINFORCED RESIN MOLDED BODY}

본 발명은, 섬유 강화 수지(FRP) 성형품의 RTM(Resin Transfer Molding; 수지 이송 성형) 성형 방법에 관한 것으로, 특히 성형틀 내에 수지를 주입하는 공정을 효율적으로 행하면서, 표면 품위가 우수한 성형품을 얻을 수 있는 RTM 성형 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이 RTM 성형 방법을 사용하여 섬유 강화 수지 성형체를 제조하는 섬유 강화 수지 성형체의 제조 방법에 관한 것이다.

FRP, 그 중에서 탄소 섬유 강화 수지(CFRP)는 경량이면서도, 또한 높은 기계적 특성을 갖는 복합 재료로서, 여러 분야에서의 이용이 이루어지고 있다. FRP를 성형하는 방법으로서는, 미리 강화 섬유 기재에 수지를 함침시킨 중간 재료인 프리프레그를, 성형틀 상에 적재하고, 오토클레이브 내에서 강화 섬유 기재에 함침되어 있는 수지를 고화시키는 방법이 알려져 있다. 많은 경우, 복수매의 프리프레그가 성형틀 상에 적층되어 적재된다.

그러나 최근에는 성형틀 상에 강화 섬유 직물 등으로 이루어지는 강화 섬유 기재를 적재하고, 성형틀을 폐쇄한 후, 성형틀 내를 감압하고, 유동성을 가진 상태에 있는 열경화성 수지, 또는 유동성을 가진 상태에 있는 열가소성 수지를 성형틀의 캐비티에 주입하고, 상기 수지를 강화 섬유 기재에 함침시켜, 상기 수지를 고화시키는 RTM 성형 방법이, 짧은 성형 싸이클로 고품질의 성형품을 얻을 수 있기 때문에 널리 사용되어 왔다(특허문헌 1). 수지가 열경화성 수지인 경우에는, 상기 용어 「고화」대신, 용어 「경화」가 사용되는 경우가 있다.

이러한 RTM 성형 방법에서는, 성형틀의 캐비티로의 수지 주입구 및 그 근방 부분에, 성형품을 형성하는 수지가 잔류되어 고화되기 때문에, 그 제거에 많은 시간을 필요로 한다는 문제가 있었다. 이 문제를 해결하기 위해, 성형틀에서의 복수의 틀의 맞댄면(registering surface)에서 수지 튜브를 사용하여 캐비티에 수지를 주입하고, 수지의 주입 후, 복수의 틀을 폐쇄할 때에 수지 튜브를 복수의 틀에 의해 협지 가압하는 방법이 제안되고 있다. 성형품을 성형한 후에, 성형품이 성형틀로부터 취출되는 동시에, 내부에 잔류된 수지가 고화되어 있는 수지 튜브가 취출되어 폐기 처분되고 있었다. 다음 성형에는 새로운 수지 튜브가 사용된다. 이 방법은, 성형틀의 청소 작업의 삭감에 의한 성형 싸이클의 시간 단축을 도모하는 방법으로서 제안되어 있다(특허문헌 2).

그러나 이 방법에 의해서도, 복수의 틀에 협지 가압된 수지 튜브는, 성형틀로부터의 수열에 의해 내부에 잔류된 수지가 고화되어 다음 수지 주입에는 사용할 수 없다. 그로 인해, 성형 싸이클마다 수지 튜브의 교환 작업이나 사용 완료 수지 튜브의 폐기 작업이 필요해진다는 문제가 있다. 또한, 캐비티에 수지를 주입하는 수지 튜브는, 성형틀의 복수의 틀의 맞댄면에만 배치시킬 수 있다. 따라서, 수지의 유동 거리가 길어지는 형상을 갖는 성형품, 예를 들어 넓은 표면적을 갖는 성형품을 성형하는 경우, 강화 섬유 기재로의 수지의 함침 시간의 단축화가 곤란하다는 문제가 있다.

일본 특허 공개 제2007-007910호 공보 일본 특허 공개 제2005-169786호 공보

상기한 종래 기술에서의 문제를 감안하여, 본 발명의 과제는, RTM 성형 방법에 있어서, 1회용의 수지 튜브를 이용하지 않고, 성형틀 내부(즉, 캐비티)로의 수지의 주입을 가능하게 하여, 다음 성형 공정의 개시시에 수지 튜브의 교환 작업이나 사용 완료 수지 튜브의 폐기 작업을 행하지 않고, 다음 수지 주입을 행하는 것을 가능하게 하는, 표면 품위가 우수한 섬유 강화 수지 성형체를 얻을 수 있는 RTM 성형 방법의 제공에 있다.

나아가, 성형틀의 복수의 틀의 맞댄면 이외의 위치에서, 복수의 틀 중 적어도 1개의 틀에 수지 주입구를 설치함으로써, 넓은 표면적을 갖는 성형품의 성형이어도 캐비티에 수용되어 있는 강화 섬유 기재로의 수지의 함침 시간을 단축할 수 있는 RTM 성형 방법의 제공에 있다.

또한, 본 발명의 과제는, 본 발명에 관한 RTM 성형 방법을 사용하여 섬유 강화 수지 성형체를 제조하는 섬유 강화 수지 성형체의 제조 방법의 제공에 있다.

본 발명에 관한 RTM 성형 방법은, 다음과 같다.

(a) 복수의 틀과, (b) 상기 복수의 틀 중 적어도 1개의 틀에 설치된 틀의 온도를 조절하는 온도 제어 기구와, (c) 상기 복수의 틀을 개폐하는 틀 개폐 기구와, (d) 상기 복수의 틀이 폐쇄되었을 때, 상기 복수의 틀의 내벽면 사이에 형성되는 캐비티와, (e) 상기 캐비티에 유동성을 가진 상태에 있는 수지를 공급하는 수지 도입로와, (f) 상기 수지 도입로에 설치되고, 상기 수지 도입로로부터 상기 캐비티로의 상기 수지의 공급의 개시 및 정지를 행하는 밸브 기구를 포함하는 성형틀이 사용되며, (g) 상기 캐비티 내에 강화 섬유 기재가 수용된 후, 상기 복수의 틀이 상기 틀 개폐 기구에 의해 폐쇄되고, (h) 상기 복수의 틀이 폐쇄된 후, 상기 수지가, 상기 수지 도입로로부터 상기 밸브 기구를 거쳐 상기 캐비티 내로 공급되고, (i) 상기 수지의 공급이 완료된 후, 상기 밸브 기구에 의해 상기 수지의 공급이 정지되도록 할 수 있고, (j) 상기 온도 제어 기구에 의해 상기 캐비티 내의 상기 강화 섬유 기재에 함침된 상기 수지가 굳어지도록 상기 캐비티 내의 온도가 조절되고, (k) 상기 수지의 고화가 완료된 후, 상기 틀 개폐 기구에 의해 상기 복수의 틀 사이를 개방하여, 상기 강화 섬유 기재와 상기 수지를 포함하는 섬유 강화 수지 성형체를 상기 성형틀로부터 취출하여 이루어지는 RTM 성형 방법에 있어서,

(l) 상기 밸브 기구가 상기 성형틀에 복수 설치되고,

(m) 상기 복수의 밸브 기구 각각에 상기 밸브 기구의 온도를 조절하는 1개 내지 복수의 온도 제어 계통이 설치되고,

(n) 상기 복수의 밸브 기구로부터, 상기 유동성을 가진 상태에 있는 수지가 상기 캐비티 내로 공급되는 RTM 성형 방법.

본 발명의 RTM 성형 방법에 있어서, 상기 밸브 기구에 설치된 1개 내지 복수의 온도 제어 계통 중 적어도 1개의 계통에, 온도 조절용 매체를 계속 유동시킴으로써, 상기 캐비티 내에서, 상기 유동성을 가진 상태에 있는 수지의 고화가 행해지고 있을 때에도 상기 수지 도입로에서의 수지의 유동이 정지되어 있는 상태에서, 상기 수지 도입로 중에 체류하고 있는 상기 유동성을 가진 상태에 있는 수지가, 유동성을 가진 상태로 유지되는 것이 바람직하다.

본 발명의 RTM 성형 방법에 있어서, 상기 밸브 기구가 그의 일부인 선단부에서 상기 틀에 매설되고, 상기 수지 도입로의 선단이 상기 밸브 기구를 거쳐 상기 캐비티를 형성하는 상기 틀의 내벽면에 개구되도록 상기 틀에 설치되고, 상기 밸브 기구에 설치된 1개 내지 복수의 온도 제어 계통 중 적어도 1개의 계통이, 상기 수지 도입로에서의 수지의 유동이 정지하고 있는 상태에서, 상기 수지 도입로 중에 상기 유동성을 가진 상태에 있는 수지가 체류하는 수지 체류부와 상기 밸브 기구의 상기 선단부 사이에 위치하는 계통인 것이 바람직하다.

본 발명의 RTM 성형 방법에 있어서, 상기 수지 체류부와 상기 밸브 기구의 선단부 사이에 위치하는 상기 계통이, 상기 밸브 기구의 내부에 설치된 온도 조절용 매체 유로에 온도 조절용 매체를 흐르게 하는 계통이며, 상기 온도 조절용 매체에 의해 상기 밸브 기구를 냉각하는 것이 바람직하다.

본 발명의 RTM 성형 방법에 있어서, 상기 밸브 기구의 상기 선단부에 다른 온도 제어 계통이 배치되고, 상기 다른 온도 제어 계통이 상기 밸브 기구를 가열하는 것이 바람직하다.

본 발명의 RTM 성형 방법에 있어서, 상기 밸브 기구의 상기 선단부의 직경(d)과 깊이(h)가 d≤h의 관계를 만족하는 것이 바람직하다.

본 발명의 RTM 성형 방법에 있어서, 상기 복수의 밸브 기구가 각각 독립하여 개폐되는 것이 바람직하다.

본 발명의 RTM 성형 방법을 있어서, 상기 성형틀에 설치된 온도 제어 기구가 상기 밸브 기구의 상기 선단부의 주변부와 그외 부분에서 상이한 계통의 온도 제어 기구로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명의 RTM 성형 방법에 있어서, 상기 성형틀에 설치된 온도 제어 기구 중 상기 밸브 기구의 상기 선단부의 주변부의 온도 제어 기구가 상기 밸브 기구의 상기 선단부를 둘러싸도록 성형틀에 배치되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 RTM 성형 방법에 있어서, 상기 성형틀에 설치된 온도 제어 기구가 상기 밸브 기구의 상기 선단부와 상기 틀의 계면으로부터의 거리(L)가 L≤30mm의 관계를 만족하는 위치에 배치되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 RTM 성형 방법에 있어서, 상기 복수의 밸브 기구를 포함하는 상기 수지 도입로의 복수가 동일한 수지 공급원에 결합되고, 상기 수지 공급원과 상기 밸브 기구를 잇는 상기 복수의 수지 도입로에 상기 캐비티 내에 도입될 때의 수지의 온도보다 높은 온도로 수지의 온도를 조절하는 공급 수지 온도 조절 기구가 설치되고, 상기 공급 수지 온도 조절 기구에 의해 상기 수지 도입로의 수지의 온도를 조절하는 것이 바람직하다.

본 발명의 RTM 성형 방법에 있어서, 상기 강화 섬유 기재가 시트 형상인 것이 바람직하다.

본 발명의 RTM 성형 방법에 있어서, 상기 강화 섬유 기재가 그의 내부에 코어재를 갖는 것이 바람직하다.

본 발명의 RTM 성형 방법에 있어서, 상기 캐비티 내에서, 상기 수지 도입로의 상기 틀의 내벽면에서의 개구 위치와 강화 섬유 기재 사이에, 상기 캐비티 내에서의 수지 유로 형성용의 미디어가 배치되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 RTM 성형 방법에 있어서, 상기 미디어의 두께가 0.2 내지 1mm인 것이 바람직하다.

본 발명에 관한 섬유 강화 수지 성형체의 제조 방법은 다음과 같다.

본 발명의 RTM 성형 방법을 사용하여 섬유 강화 수지 성형체를 제조하는 섬유 강화 수지 성형체의 제조 방법.

본 발명에 관한 RTM 성형 방법에 의하면, 성형틀 내에 액상 수지(유동성을 가진 상태에 있는 수지)를 주입하여, 성형틀 내에서, 상기 수지를 고화시킬 때에 수지 주입 경로에서의 액상 수지의 부적합한 고화를 방지할 수 있어, 바람직한 원활한 수지 주입 조작 및 원활한 수지 주입의 개시, 정지 동작이 가능하게 된다. 또한, 주입 수지의 고화를 방지할 수 있으므로, 1회용의 수지 튜브를 사용하지 않아도, 수지 유로의 개폐가 가능하게 된다. 따라서, 성형 싸이클 전체의 작업성을 향상시킬 수 있어, 성형품의 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 종래 발생되었던 수지 튜브 등의 폐기물을 삭감하는 것도 가능하게 된다.

또한, 이러한 RTM 성형 방법을 사용하면, 성형틀의 캐비티로의 수지 주입을 원활하게 행할 수 있어, 반복 성형을 행하는 경우에 택트 타임의 단축을 도모할 수 있어, FRP 성형품의 생산 효율을 대폭 높일 수 있다.

수지의 고화라는 용어에 대해서는, 수지가 열경화성 수지인 경우에는 경화라는 용어가 통상 사용되고, 수지가 열가소성 수지인 경우에는 응고 또는 고화라는 용어가 통상 사용되고 있다.

도 1은, 본 발명의 RTM 성형 방법을 실시하기 위한 성형틀의 일례의 개략 일부 단면의 정면도이다.
도 2는, 도 1에 도시되는 성형틀에 있어서의 밸브 기구의 수지 도입로에서의 수지가 유동하는 상태(도입로의 연통 상태)를 나타내는 개략 일부 단면의 확대 정면도이다.
도 3은, 도 2에 도시되는 밸브 기구의 수지 도입로에서의 수지가 유동하지 않는 상태(도입로의 폐지 상태)를 나타내는 개략 일부 단면의 확대 정면도이다.
도 4는, 도 1에 도시되는 성형틀에 있어서의 밸브 기구의 다른 형태의 일례의 수지 도입로에서의 수지가 유동하지 않는 상태(도입로의 폐지 상태)를 나타내는 개략 일부 단면의 정면도이다.
도 5는, 도 3에 도시되는 밸브 기구에, 바람직한 치수 관계를 추가 표시한 밸브 기구의 개략 일부 단면의 정면도이다.
도 6은, 도 2에 도시되는 밸브 기구의 선단부의 주변부의 2S-2S 화살표 단면의 개략 평면도로, 온도 제어 기구와 밸브 기구의 선단부의 위치 관계의 일례를 나타낸다.
도 7은, 도 6에 도시되는 온도 제어 기구의 다른 형태의 개략 평면도이다.
도 8은, 도 6에 도시되는 온도 제어 기구의 또 다른 형태의 개략 평면도이다.
도 9는, 도 1에 도시되는 성형틀의 다른 형태의 개략 일부 단면의 정면도이다.

본 발명의 RTM 성형 방법을 실시하기 위하여 사용되는 성형틀의 일 형태가, 도 1에 도시된다. 도 1에 있어서, 성형틀(1A)은, 복수의 틀, 예를 들어 상틀(1)과 하틀(2)을 갖는다. 복수의 틀(1, 2) 중 적어도 1개의 틀, 예를 들어 상틀(1)의 내부에는 틀의 온도를 조절하는 온도 제어 기구(5a)가 설치되어 있다. 이 형태에서는 하틀(2)의 내부에도 온도 제어 기구(5b)가 설치되어 있다. 이들 온도 제어 기구(5a, 5b)는, 예를 들어 상틀(1)에 매설된 온도 조절용 매체가 유동하는 매체 유로, 또는 온도 제어 가능한 전열체(예를 들어, 전기 히터)로 형성된다.

도 1에 도시된 온도 제어 기구(5a, 5b)는, 온도 조절용 매체가 유동하는 매체 유로로 이루어진다. 매체 유로에는, 성형틀(1A)의 외부에 설치된 매체 공급 장치로부터 공급되어 순환하는 매체가 유통된다. 매체는, 목적에 따라 가열, 또는 냉각되어 있다. 매체로서는, 예를 들어 물이나 오일이 사용된다.

성형틀(1A)은, 복수의 틀(1, 2)을 개폐하는 틀 개폐 기구(1B)를 갖고 있다. 틀 개폐 기구(1B)는, 하틀(2)에 설치된 승강 하반(23)과, 상틀(1)에 설치된 지주(22)와, 지주(22)의 상부에 설치된 승강 상반(21)과, 승강 상반(21)에 설치되어, 승강 상반(21)을 승강시키는 승강 기구(1Bd)로 이루어진다. 이 형태에 있어서는, 승강 하반(23)은 성형틀(1A)의 베이스(도시하지 않음)에 고정되어, 상하 방향으로 이동하지 않는다. 따라서, 하틀(2)도 그 위치가 고정되어 있다. 상틀(1)이, 하틀(2)에 대하여, 승강 기구(1Bd)에 의해 분리 접촉된다. 이에 의해 상틀(1)과 하틀(2) 사이에서 양쪽 틀의 개폐가 행해진다. 상틀(1)과 하틀(2)의 맞댄면에서, 하틀(2)의 상면에 시일용의 O-링(17)이 설치되어 있다.

성형틀(1A)에, 캐비티(3)에 공급되는 유동성을 가진 상태에 있는 수지(유동 수지)의 공급의 개시 및 정지를 행하는 복수의 밸브 기구가 설치되어 있다. 이 형태에 있어서는, 상틀(1)에, 캐비티(3)에 공급되는 유동성을 가진 상태에 있는 수지(유동 수지)의 공급의 개시 및 정지를 행하는 복수의 밸브 기구(6A, 6B)가 설치되어 있다. 도시는 되어 있지 않지만, 복수의 밸브 기구는 상틀(1)과 하틀(2)에 분산되어 설치되어 있어도 된다.

이 형태에 있어서는, 각각의 밸브 기구(6A, 6B)는, 원기둥으로 이루어지는 밸브 본체(6a)와, 밸브 본체(6a)의 내부에 설치된 수지 유로(6b)와, 수지 유로(6a)에서의 수지의 유통을 개시하거나 정지하거나 하는 밸브, 예를 들어 피스톤(10)으로 구성되어 있다.

도 2 및 도 3에, 도 1에 있어서의 밸브 기구(6A)를 확대한 도면이 도시된다. 도 2는, 도 1에 도시한 성형틀(1A)에 있어서의 밸브 기구(6A)의 수지 유로(6b)에서 수지가 유동하는 상태(유로의 연통 상태)를 나타내는 개략 일부 단면의 확대 정면도이다. 도 3은, 도 2에 도시하는 밸브 기구(6A)의 수지 유로(6b)에서 수지가 유동하지 않는 상태(유로의 폐지 상태)를 나타내는 개략 일부 단면의 확대 정면도이다.

밸브 본체(6a)에는, 그의 상면에서부터 하면으로 관통된 피스톤 이동 구멍(10a)이 설치되어 있다. 피스톤(10)은, 피스톤 이동 구멍(10a)에 감합된 상태에서 상하로 이동 가능하게 밸브 본체(6a)에 설치되어 있다. 피스톤(10)의 상부는, 피스톤 구동 장치(15)에 설치되어 있다. 피스톤 구동 장치(15)는, 승강 상반(21)의 하면에 설치되어 있다.

밸브 본체(6a)의 내부에 설치된 수지 유로(6b)의 입구(6c)는 밸브 본체(6a)의 측주면에 개구되고, 그의 출구(6d)는 밸브 본체(6a)의 하면에 개구되어 있다. 수지 유로(6b)는, 가로 방향을 향하는 수지 유로(6b-1)과 그것에 연통되어 상하 방향을 향하는 수지 유로(6b-2)로 이루어진다. 이 상하 방향을 향하는 수지 유로(6b-2)와 피스톤 이동 구멍(10a)의 일부는 일치되어 있다. 이에 따라, 피스톤(10)이 하강하여 가로 방향을 향하는 수지 유로(6b-1)를 막았을 때, 가로 방향을 향하는 수지 유로(6b-1)로부터 상하 방향을 향하는 수지 유로(6b-2)에의 수지의 캐비티(3)로의 공급이 정지된다. 이 수지의 공급이 정지되었을 때, 수지 유로(6b-1)가 수지가 체류하는 수지 체류부(11)로 된다.

밸브 본체(6a)의 선단부(6e)는, 상틀(1)의 상면에서부터 내벽면으로 관통하여 상틀(1)에 설치된 밸브 기구 설치 구멍(1a)에 삽입되어 상틀(1)에 매설되어 있다. 밸브 본체(6a)의 선단부(6e)보다 상측의 부분, 즉 밸브 본체(6a)의 후단부(6f)는, 상틀(1)의 상면보다 외측에 위치하고 있다. 후단부(6f)의 외경은 선단부(6e)의 외경보다 커서 양자간에 단차가 형성되어 있다. 후단부(6f)의 하면과 틀(1)의 상면 사이에 시일용의 O-링(14)이 설치되어 있다. 또한, 피스톤 이동 구멍(10a)의 상측 개구 주위에 시일용의 O-링(6g)이 설치되어 있다.

수지 유로(6b-1)(수지 체류부(11))는, 밸브 본체(6a)의 선단부(6e)보다 상측의 밸브 본체(6a)의 후단부(6f)에 위치하고 있지만, 선단부(6e)가 상틀(1)에 매설되어 있기 때문에, 상틀(1)의 온도의 영향을 받기 쉬운 상태에 있다. 즉, 수지가 열경화성 수지인 경우, 캐비티(3)에 있어서, 상기 열경화성 수지를 경화시키기 위해, 온도 제어 기구(5a, 5b)에 있어서 채용되는 온도는, 열경화성 수지가 경화되는 온도로 되기 때문에, 그 온도에 상당하는 열이, 밸브 본체(6a)의 선단부(6e)로부터 수지 체류부(11)로 전열되어, 수지 체류부(11)에 체류하고 있는 수지도 경화시킬 가능성이 커진다.

한편, 수지가 열가소성 수지인 경우, 캐비티(3)에서, 상기 열가소성 수지를 고화시키기 위해, 온도 제어 기구(5a, 5b)에서 채용되는 온도는, 열가소성 수지가 고화되는 온도로 되기 때문에, 그 온도에 상당하는 열이 밸브 본체(6a)의 선단부(6e)로부터 수지 체류부(11)로 전열되어, 수지 체류부(11)에 체류하고 있는 수지도 고화시킬 가능성이 커진다.

이들 가능성을 최대한 배제하고, 수지 체류부(11)에 있어서의 수지의 유동성을 유지하고, 다음 성형 공정의 개시시에 수지의 캐비티(3)로의 공급이 즉시 개시 가능하게 하기 위해, 성형틀(1A)의 복수의 밸브 기구(6A, 6B) 각각에는, 각각의 온도를 조절 가능하게 하는 1개 내지 복수의 온도 제어 계통(12a, 12b)이 설치되어 있다. 각 온도 제어 계통(12a, 12b)은, 예를 들어 밸브 본체(6a)에 매설된 온도 조절용 매체가 유동하는 매체 유로, 또는 온도 제어 가능한 전열체(예를 들어, 전기 히터)로 형성된다.

도 1에 도시된 온도 제어 계통(12a, 12b)은, 온도 조절용 매체가 유동하는 매체 유로로 이루어진다. 매체 유로에는, 밸브 기구(6A, 6b) 외부에 설치된 매체 공급 장치로부터 공급되어 순환하는 매체가 유통된다. 매체는, 목적에 따라 가열, 또는 냉각되어 있다. 매체로서는, 예를 들어 물이나 오일이 사용된다.

성형틀(1A)에 있어서, 밸브 기구(6A)에 있어서의 밸브 본체(6a)의 수지의 입구(6c)에는, 유동성을 갖는 상태에 있는 수지(Rm)의 수지 공급 지관(1Ca)이 접속되고, 밸브 기구(6A)와 마찬가지의 구조로 이루어지는 밸브 기구(6B)의 수지의 입구에는, 유동성을 갖는 상태에 있는 수지(Rm)의 수지 공급 지관(1Cb)이 접속되고, 이들 수지 공급 지관(1Ca, 1Cb)은, 그들의 상류측에 있어서 1개의 수지 공급 주관(1C)에 접속되어 있다. 수지 공급 주관(1C)은, 유동성을 갖는 상태에 있는 수지(Rm)의 공급원(도시하지 않음)에 결합되어 있다.

성형틀(1A)에 있어서, 캐비티(3) 내에 강화 섬유 기재(4)가 수용된 후, 복수의 틀(1, 2)이 틀 개폐 기구(1B)에 의해 폐쇄되고, 복수의 틀(1, 2)이 폐쇄된 후, 수지(Rm)가 수지 공급 지관(1Ca)으로부터 밸브 기구(6A)를 거쳐 캐비티(3) 내에 공급된다. 마찬가지로, 수지(Rm)가, 수지 공급 지관(1Cb)으로부터 밸브 기구(6B)를 거쳐 캐비티(3) 내에 공급된다. 캐비티(3) 내로의 수지(Rm)의 공급이 완료된 후, 밸브 기구(6A, 6B)에 의해 수지(Rm)의 공급이 정지되도록 할 수 있다. 이와 동시에, 또는 그 후 캐비티(3) 내의 강화 섬유 기재(4)에 함침된 수지(Rm)가 고화되도록 캐비티(3) 내의 온도가 온도 제어 기구(5a, 5b)에 의해 제어되고, 수지(Rm)의 고화가 완료된 후, 틀 개폐 기구(1B)에 의해 복수의 틀(1, 2) 사이가 개방되어, 강화 섬유 기재(4)와 고화된 수지로 이루어지는 섬유 강화 수지 성형체(FRP1)가 성형틀(1A)로부터 취출된다.

이 RTM 성형 방법에 사용되는 성형틀(1A)에 있어서, 밸브 기구가 성형틀(1A)에 복수 배치되어 있다. 성형틀의 크기에도 의하지만, 도 1의 성형틀(1A)에 있어서는, 상틀(1)의 중앙으로부터 좌우가 동등한 거리의 위치에 동일한 구성으로 이루어지는 밸브 기구(6A, 6B)가 배치되어 있다. 성형하는 성형품의 표면적이 큰 경우는 상틀(1)에 더 많은 밸브 기구가 배치된다. 또한, 성형하는 성형품의 두께가 두꺼운 경우에는 하틀(2)에도 밸브 기구가 배치된다.

이 RTM 성형 방법에 사용되는 성형틀(1A)에 있어서, 한쪽의 밸브 기구(6A)에, 밸브 기구(6A)의 온도를 조절하는 1개 내지 복수의 온도 제어 계통(12a)이 설치되어 있다. 또한, 다른 쪽의 밸브 기구(6B)에, 밸브 기구(6B)의 온도를 조절하는 1개 내지 복수의 온도 제어 계통(12b)이 설치되어 있다.

성형틀(1A)의 각 틀(1, 2)은, 필요한 캐비티(3)의 형상을 가공할 수 있는 재질이면, 어떤 것을 사용해도 되지만, 금속 재료를 사용하면, 온도 제어 기구(5a, 5b)에 의해 틀(1, 2)의 온도를 효율적으로 조절할 수 있으므로 바람직하다. 금속으로서는, 예를 들어 알루미늄, 철, 아연 합금을 적용할 수 있다.

밸브 기구의 밸브 본체(6a)의 재질은, 전열 등을 고려하여, 금속인 것이 바람직하다. 피스톤 이동 구멍(10a)의 벽면 및 피스톤(10)의 표면은 마모를 방지하거나 수지의 고착을 방지하기 위해, 표면 처리가 실시되어 있는 것이 바람직하다. 표면 처리로서는, 예를 들어 질화 처리가 있다.

피스톤(10)의 선단은, 유로 폐지시에는 피스톤 이동 구멍(10a)의 선단(수지 유로(6b-2)의 선단), 즉 상틀(1)의 내벽면에까지 도달하여, 피스톤(10)의 선단이 캐비티(3)를 형성하는 면과 연속된 형상으로 되도록 설계되어 있으면, 성형되는 섬유 강화 수지 성형체의 표면에, 피스톤 이동 구멍(10a)(수지 유로(6b-2))의 자국이 남지 않으므로 바람직하다.

밸브 기구에 설치되어 있는 적어도 1개의 온도 제어 계통은, 후단부(6f)에 있어서의 수지 체류부(11)와 선단부(6e) 사이에 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해 밸브 본체(6a)가 틀(1)에 매설되어 있는 부분(선단부(6e))의 온도의 영향이 수지 체류부(11)에 미치는 것이 효율적으로 억제된다. 즉, 성형틀로부터 수열하는 매설 부분(선단부(6e))은 성형틀과 동등한 온도이어도 매설 부분(선단부(6e))의 온도를 이 온도 제어 계통에 의해 차단할 수 있어, 수지 체류부(11)는 수지의 유동성이 유지되는 온도로 유지된다. 따라서, 수지 유로(6b-1) 내에서의 수지의 고화(경화)에 의한 유로의 폐색이 발생하지 않기 때문에, 고화된 수지의 제거 작업을 필요로 하지 않아, 다음 성형으로 즉시 이행할 수 있어, 생산성이 우수한 연속적인 성형품의 성형이 가능하게 된다.

특히, 수지가 열경화성 수지인 경우에는 성형틀, 공급된 수지의 경화를 촉진하기 위하여 가열되어 있기 때문에, 성형틀과 접촉하고 있는 밸브 기구의 매설 부분도 성형틀로부터의 수열에 의해 고온 상태로 된다. 매설 부분이 고온이기 때문에, 밸브 기구의 다른 부분에 전열이 진행되어, 밸브 기구 전체가 고온이 되는 경향이 있다. 이 문제는, 수지 체류부와 밸브 기구의 성형틀에 매설된 부분 사이에 위치하는 온도 제어 계통에 의해 밸브 기구를 냉각함으로써, 매설 부분으로부터의 전열이 차단되어, 수지 체류부는 저온으로 유지되어 수지의 경화 반응이 억제되므로 바람직하다.

한편, 온도 제어 계통에 의한 냉각 작용에 의해 밸브 기구의 성형틀에 매설된 부분도 냉각되고, 또 매설부와 접촉하고 있는 성형틀의 주변 부분의 온도가 저하되는 경우가 있다. 캐비티를 형성하는 틀의 내벽면의 온도가 저하된 경우에는 수지의 경화 시간이 길어지거나, 경화 상태의 악화에 의해 섬유 강화 수지 성형체의 표면 품위가 악화되거나 하는 경우가 있다.

이 문제의 해결이 필요한 경우는, 밸브 기구의 성형틀에 매설되어 있는 부분에, 다른 온도 제어 계통(13)을 배치하는 것이 바람직하다. 이밖의 온도 제어 계통(13)이 밸브 기구에 설치되어 있는 일 형태가 도 4에 도시된다. 도 4에 도시되는 밸브 기구(46A)는, 다른 온도 제어 계통(13)의 부분을 제외한 다른 부분은, 도 2에 도시하는 밸브 기구(6A)와 동일한 구조를 갖고 있다. 도 4에 있어서, 도 2에 도시되는 부품과 동일한 부품에는, 도 2에 도시되는 부품 번호와 동일한 번호가 부여되어 있다.

도 4에 도시하는 밸브 기구(46A)에 있어서, 온도 제어 계통(13)은, 밸브 기구(46A)의 선단부(6e)를 가열하는 타입이다. 성형틀에 매설되어 있는 부분(선단부(6e))을 가열함으로써, 캐비티(3)를 형성하고 있는 틀(1)의 내벽면의 온도 저하가 방지된다. 이에 따라, 수지의 경화 시간이 길어지거나, 성형품의 표면 품위가 악화되거나 하는 것이 방지된다.

도 4에는, 이 온도 제어 계통(13)이 선단부(6e)의 내측에 매설되어 있는 경우가 도시되어 있지만, 선단부(6e)의 외주벽 부분에 배치될 수도 있거나, 또는 피스톤(10)에 배치될 수도 있다. 온도 제어 계통(13)으로서는, 고온 매체 유통하는 매체 유로에 고온 매체, 예를 들어 물, 증기, 오일 등의 고온 매체를 흐르게 하는 타입을 사용할 수 있다. 또한, 가열하는 부분에 전기 히터를 배치하여 통전하는 타입일 수도 있다. 전기 히터를 사용하면, 작은 스페이스에서 온도 제어 계통(13)을 설치할 수 있어, 밸브 기구가 대형화되는 것을 막을 수 있으므로 바람직하다.

도 5에, 도 3에 도시되는 밸브 기구(6A)에 있어서의 선단부(6e)의 바람직한 치수 관계를 추가 표시한 밸브 기구 형상이 도시된다. 도 5에 있어서, 밸브 기구(6A)의 성형틀에 매설되어 있는 부분(선단부(6e))의 직경이 d(mm)로 나타나고, 틀(1)에 매설된 깊이가 h(mm)로 나타난다. 직경(d)과 깊이(h)는 d≤h로 되는 관계를 만족하는 것이 바람직하다.

선단부(6e)는, 수지 체류부(11)와 선단부(6e) 사이에 설치되어 있는 온도 제어 계통(12a)에 의한 온도 조절 작용 및 틀(1)로부터의 수열 작용을 받고 있다. 직경[d(mm)]이 큰 경우에는 온도 제어 계통(12a)에 의한 냉각 작용은, 선단부(6e)에까지 전해지기 쉬워지는 것에 반하여, 틀(1)로부터의 수열이 선단부(6e)의 중심 부분까지 충분히 전해지지 않아 중심 부분의 온도가 저하되기 쉽다. 그 외에, 틀(1)에서의 선단부(6e)의 주변 부분은, 온도 제어 계통(12a)으로부터의 냉각 작용을 받아 온도가 저하되기 쉽다. 그 결과, 수지의 경화 시간이 길어지거나, 경화 상태가 악화되어, 성형품의 표면 품위가 나빠지거나 한다.

상기한 관계(d≤h)가 만족되면, 직경[d(mm)]에 대하여 선단부(6e)와 틀(1)의 접촉면이 커지기 때문에, 온도 제어 계통(12a)에 의한 냉각 작용이 선단부(6e)까지 전해지기 어려워지는 것 외에, 틀(1)에 있어서의 선단부(6e)의 주변부가 온도 제어 계통(12a)에 의해 냉각되는 작용이 작아져, 캐비티(3)를 형성하는 틀(1)의 내벽면의 온도 저하가 발생하기 어려워지기 때문에, 수지의 경화 상태가 양호해져, 표면 품위가 우수한 성형품을 단시간에 얻을 수 있다. 밸브 기구의 틀에 매설된 부분(선단부)의 선단면이 캐비티를 형성하는 틀의 내벽면과 일치하는 것이 바람직하다.

복수의 밸브 기구는, 성형틀을 형성하는 복수의 틀 중 어느 틀에 설치되어 있어도 된다. 복수의 밸브 기구가 성형틀에 설치되어 있음으로써, 넓은 표면적을 갖는 캐비티라도 캐비티에 복수의 밸브 기구로부터 효율적으로 수지를 주입할 수 있기 때문에, 강화 섬유 기재로의 수지의 함침 시간의 대폭적인 단축이 가능하게 된다. 복수의 밸브 기구는 전체가 1개의 틀에 배치될 수도 있고, 복수의 틀에 나뉘어 배치될 수도 있다. 또한, 각 밸브 기구의 수지 유로는, 동시에 개폐될 수도 있고, 캐비티 내의 강화 섬유 기재로의 수지의 함침 상태에 맞추어, 상이한 시기에 개폐될 수도 있다.

성형틀에 설치된 온도 제어 기구가, 밸브 기구의 틀에 매설되어 있는 부분(밸브 기구의 선단부)의 주변부와 그외 부분에서 상이한 계통의 온도 제어 기구로 이루어지는 것이 바람직하다. 이 형태를, 도 1, 2의 성형틀을 사용하여 설명한다. 즉, 이 형태에서는, 틀(1)에서의 밸브 기구(6A)의 선단부(6e)의 주변부가, 온도 제어 기구(5a)와는 상이한 온도 제어 기구(5a-1)에 의해 온도 조절되고, 그외 부분이 온도 제어 기구(5a)에 의해 온도 조절되게 된다.

밸브 기구는, 수지 체류부에서의 수지의 경화를 방지하기 위해서, 온도 제어 계통에 의해 수지가 경화되지 않는 온도로 제어된다. 한편, 성형틀은 온도 제어 기구에 의해 수지가 신속하면서도 또한 충분히 경화되는 온도로 제어된다. 그러나 밸브 기구의 일부가 매설되어 있는 개소의 주변 부분에 있어서는, 해당 주변부가 밸브 기구의 온도의 영향을 받아서, 해당 주변부의 온도가 수지의 경화에 적합한 온도로부터 어긋나는 경우가 있다. 성형틀의 일반부와 밸브 기구가 매설된 주변부를, 별도 계통의 온도 제어 기구에 의해 온도 조절함으로써, 각각의 위치에서 수지의 경화에 적합한 온도를 실현할 수 있다. 성형틀의 일반부란, 밸브 기구의 존재에 의한 온도 분포의 영향을 받지 않는 부분이며, 캐비티를 형성하는 틀의 내벽면에서, 밸브 기구의 중심으로부터 약 50mm 이상 이격된 장소를 말한다.

성형틀의 밸브 기구의 일부가 매설된 주변 부분의 온도 제어 기구의 계통은, 밸브 기구의 일부가 매설된 부분을 둘러싸도록, 성형틀에 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이 형태의 3개의 예가 도 6, 도 7 및 도 8에 도시된다. 밸브 기구의 일부가 매설된 부분을 둘러싸도록 온도 제어 기구가 배치되어 있음으로써, 밸브 기구가 매설된 부분의 주변부의 틀(1)의 내벽면의 온도와 캐비티(3)의 온도를 거의 동일하게 유지할 수 있다.

도 6에 있어서, 밸브 기구의 선단부(6e)의 주변부에 있어서의 틀(1)에, 선단부(6e)를 사이에 두고, 2개의 서로 평행한 온도 제어 기구(5a-1)가 배치되어 있다. 온도 제어 기구(5a-1)는 선단부(6e)의 외주면에 대한 최단 거리(L)로 위치하고 있다. 도 7에 있어서, 밸브 기구의 선단부(6e)의 주변부에 있어서의 틀(1)에, 선단부(6e)를 중심으로 하여, 4개의 온도 제어 기구(5a-2)가 배치되어 있다. 온도 제어 기구(5a-2)는, 선단부(6e)의 외주면에 대한 최단 거리(L)로 위치하고 있다. 도 8에 있어서, 밸브 기구의 선단부(6e)의 주변부에 있어서의 틀(1)에, 선단부(6e)를 중심으로 하여, U자 형상으로 1개의 온도 제어 기구(5a-3)가 배치되어 있다. 온도 제어 기구(5a-3)는, 선단부(6e)의 외주면에 대한 최단 거리(L)로 위치하고 있다.

이들 최단 거리(L)는, L≤30mm의 관계를 만족하는 것이 바람직하다. 최단 거리(L)가 30mm를 초과하면, 성형틀의 온도 제어 기구에 의한 온도 제어 작용이 밸브 기구의 선단부(6e)까지 충분히 오지 않아, 캐비티에 있어서의 수지의 경화 상태가 나빠지는 경우가 있다. 최단 거리(L)가 30mm 이하이면 성형틀의 온도 제어 기구에 의한 온도 제어 작용이 밸브 기구의 선단부(6e)에까지 충분히 작용하여, 캐비티에 있어서의 수지가 신속하면서 또한 양호하게 경화되어, 표면 품위가 우수한 섬유 강화 수지 성형체가 얻어진다. 최단 거리(L)가 5mm 미만에서는, 온도 제어 기구를 틀(1) 내에 배치하기 위한 틀의 가공이 곤란해져, 설비 비용이 높아지거나, 또는 가공 시의 변형에 의해 틀(1)과 밸브 기구의 선단부(6e)의 계면에 간극이 발생하여, 캐비티로부터 수지가 누설되기 쉬워지거나 하므로 바람직하지 않다.

본 발명의 RTM 성형 방법의 실시시에 사용되는 강화 섬유 기재를 형성하는 강화 섬유로서는, 예를 들어 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유, 금속 섬유, 붕소 섬유, 알루미나 섬유, 탄화규소 섬유가 있다. 이들 섬유는 단독 또는 조합하여 사용할 수 있다. 이들 중에서 기계적 특성이 우수한 탄소 섬유가 바람직하게 사용된다. 강화 섬유 기재의 형태로서는, 예를 들어 강화 섬유가 일 방향으로 배열된 시트, 강화 섬유로 이루어지는 직물, 부직포가 있다.

강화 섬유 기재는, 강화 섬유 이외에, 수지의 유동을 촉진하는 수지 유동 미디어를 그의 내부 또는 외부에 따라 있을 수도 있다. 통상, 강화 섬유 기재의 복수매가, 틀의 내벽면에 캐비티의 형상을 따르도록 배치되거나, 또는 사전에 복수매의 강화 섬유 기재가 적층되어, 일정한 형상으로 부형된 프리폼이 작성되고, 이 프리폼이 틀의 내벽면에 캐비티의 형상을 따르도록 배치된다. 수지 유동 미디어로서는, 종래 알려져 있는 수지 유동 미디어가 사용된다.

본 발명에 관한 RTM 성형 방법은, 섬유 강화 수지와 코어재의 적층 구조를 갖는 섬유 강화 수지 성형체를 성형할 때에도 사용할 수 있다. 이러한 섬유 강화 수지 성형체로서는, 예를 들어 코어재 양측에 섬유 강화 수지층을 배치한 샌드위치 구조체가 있다. 코어재로서는, 예를 들어 탄성체, 발포재, 하니컴재가 있다. 경량화를 위해서는, 발포재나 하니컴재가 바람직하게 사용된다. 발포재로서는, 폴리우레탄, 아크릴, 폴리스티렌, 폴리이미드, 염화비닐, 페놀 등의 고분자 재료로 이루어지는 발포재가 있다. 하니컴재로서는, 예를 들어 알루미늄 합금, 종이, 아라미드 페이퍼로 형성된 하니컴 구조재가 있다.

본 발명에 관한 RTM 성형 방법의 실시시에 사용되는 수지로서는, 점도가 낮아 강화 섬유 기재에의 함침이 용이한 열경화성 수지 또는 열가소성 수지로 이루어지는 레진 인젝션 몰딩(RIM)용 단량체가 바람직하게 사용된다.

열경화성 수지로서는, 예를 들어 에폭시 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 비닐에스테르 수지, 페놀 수지, 구아나민 수지, 또한 비스말레이드·트리아진 수지 등의 폴리이미드 수지, 푸란 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리디알릴프탈레이트 수지, 또한 멜라민 수지, 우레아수지나 아미노 수지가 있다.

열가소성 수지로서는, 예를 들어 나일론6 수지, 나일론66 수지, 나일론11 수지 등의 폴리아미드 수지 또는 이들 폴리아미드 수지의 공중합 폴리아미드 수지, 또한, 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지, 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 등 폴리에스테르 수지 또는 이들 폴리에스테르 수지의 공중합 폴리에스테르 수지, 또한 폴리카르보네이트 수지, 폴리아미드이미드 수지, 폴리페닐렌술피드 수지, 폴리페닐렌옥시드 수지, 폴리술폰 수지, 폴리에테르술폰 수지, 폴리에테르에테르케톤 수지, 폴리에테르이미드 수지, 폴리올레핀 수지 등, 또한 폴리에스테르 엘라스토머 수지, 폴리아미드엘라스토머 수지 등으로 대표되는 열가소성 엘라스토머 수지가 있다.

수지로서, 상기한 열경화성 수지, 열가소성 수지, 고무로부터 선택된 복수가 블렌드되어 있는 수지를 사용할 수도 있다. 그 중에서도 바람직한 수지로서, 자동차용 외판 부재의 의장성에 영향을 주는 성형 시의 열수축을 억제하는 관점에서, 에폭시 수지가 있다.

일반적으로, 복합 재료용 에폭시 수지로서는, 주제로서 비스페놀 A형 에폭시 수지, 페놀노볼락형 에폭시 수지, 글리시딜아민형 에폭시 수지가 사용된다. 한편, 경화제로서는, 디시안디아미드에 디클로로페닐디메틸 요소를 조합한 경화제가 작업성, 물성 등의 밸런스가 우수한 점에서 적절하게 사용되고 있다. 그러나 특별히 한정되는 것이 아니라, 디아미노디페닐술폰, 방향족 디아민, 산 무수물 폴리아미드 등도 사용할 수 있다. 또한, 수지와 강화 섬유 기재의 비율은 체적 비율로, 30:70 내지 70:30의 범위가, 외판으로서 적당한 강성을 유지하는 점에서 바람직하고, 더욱 바람직하게는 체적 비율로 40:60 내지 60:40이, 수지의 강화 섬유 기재에의 함침성과 함침 속도의 관점에서 바람직하다. 또한, FRP 구조체의 열수축을 저감시켜, 균열의 발생을 억제한다는 점에서, 에폭시 수지 또는 열가소성 수지나 고무 성분 등을 배합한 변성 에폭시 수지, 나일론 수지, 디시클로펜타디엔 수지가, 바람직하게 사용된다.

실시예 1

도 9는, 도 1에 도시된 성형틀(1A)에 있어서, 틀(1)의 온도를 측정하는 온도 검출 장치와 밸브 기구의 온도를 측정하는 온도 검출 장치를 추가 표시한 성형틀(1A)을 나타낸다. 도 9의 성형틀(1A)에 있어서, 상틀(1)과 하틀(2)이 폐쇄되었을 때, 상틀(1)의 내벽면과 하틀(2)의 내벽면 사이에 캐비티(3)가 형성된다. 상틀(1)의 내벽면은, 평면 치수 800mm×800mm, 높이 50mm의 완만한 곡면 형상을 갖고, 형성되는 캐비티(3)의 두께는 1.4mm로 했다. 하틀(2)의 내벽면은, 캐비티(3)의 상기 두께가 형성되도록, 상틀(1)의 내벽면의 형상을 거의 따른 형상을 갖도록 했다. 상틀(1) 및 하틀(2)에 각각 복수의 관통 구멍을 설치하고, 이들 관통 구멍을 온도 제어 기구(5a, 5b)로서 사용했다.

상틀(1)에는, 5개의 밸브 기구(6A)를 대략 정규 간격(regular interval)이 되도록 설치했다. 도 9에는, 그 중 2개의 밸브 기구(6A)가 도시되어 있다. 각각의 밸브 기구(6A)의 측면에 설치된 수지 도입구는, 수지 공급용의 나일론 튜브로 수지 주입기(도시하지 않음)에 접속했다. 밸브 기구(6A)의 하부(선단부(6e))는 원통으로 형성하고, 선단부(6e)는 상틀(1)에 매설하고, 그의 선단면은, 캐비티면까지 도달하도록 했다. 선단부(6e)의 선단면에 수지 토출구를 설치했다. 매설되어 있는 부분(선단부(6e))의 직경(d)을 30mm, 매설되어 있는 깊이(h)를 40mm로 했다.

밸브 기구(6A)의 유로 개폐 기구는, 피스톤 밸브 방식으로 하고, 각각을 유압 실린더에 접속하여 개폐 구동할 수 있도록 했다. 피스톤 밸브 개방시에는 측면의 수지 도입구로부터 가로 방향으로 밸브 기구 내부에 들어가, 피스톤 밸브가 미끄럼 이동하는 공간으로부터 하방으로 신장되어 수지 토출구까지 도달하도록 수지 유로를 형성했다. 피스톤 밸브 폐지시에는, 피스톤은 수지 유로 내를 하강하여 캐비티와 동일면이 되는 위치까지 도달하여, 이 부분에서는 수지 유로가 되는 공간이 피스톤에 의해 점유되지만, 수지 도입구로부터 피스톤이 미끄럼 이동하는 부분까지 사이의 수지 유로는 공간인 상태로 남겨지는 구조로 했다.

이 공간의 하부에 관통 구멍을 2개 설치하고, 이들 관통 구멍을 온도 제어 계통(12a)으로서 사용했다. 이들 관통 구멍에, 외부에 설치한 칠러(chiller)로부터 공급한 냉각수를 순환시켰다. 밸브 기구(6A)는, 상틀(1)에 볼트로 고정되고, 상틀(1)과 밸브 기구(6A) 사이에는 O-링을 배치했다. 밸브 기구(6A)의 외부로부터 이 공간에 인접하는 위치까지 패임부를 형성하고, 패임부 내부에 열전대(18)를 배치하여, 해당 부분의 온도를 측정할 수 있도록 했다.

성형틀에 있어서, 온도 제어 기구(5a, 5b)의 관통 구멍의 내부에 온수를 순환시킴으로써, 캐비티의 표면 온도(캐비티면의 밸브 기구(6A)의 중심으로부터 100mm 이격된 틀 온도 측정 위치(19)에서의 온도)가 100℃로 되도록 했다. 이때, 밸브 기구(6A)가 캐비티(3)에 표출된 부분의 표면 온도는 95℃이고, 밸브 기구(6A)에 설치한 열전대(18)에 의한 온도 측정값은 35℃이었다.

성형틀은 승강 장치에 설치하고, 승강 장치 상반(21)을 상승시킴으로써, 성형틀을 개방하여, 캐비티(3)에 강화 섬유 기재(4)를 배치한 후, 승강 장치 상반(21)을 하강시켜 틀 체결했다. 강화 섬유 기재로서, 도레이(주)제 CK6252C(평직물, 단위 면적당 중량 315g/㎡, 강화 섬유 T700SC-12K)를 4매 적층한 것을 사용했다.

캐비티(3)의 내부를 도시하지 않은 진공 펌프에 의해 진공 상태로 유지하고, 도시하지 않은 수지 주입기를 사용하여 액상 수지를 액송했다. 이 액상 수지로서, 에폭시 수지(도레이(주)제의 에폭시 수지 TR-C35)를 사용했다. 이 에폭시 수지 TR-C35는, 주제(jER828(재팬 에폭시 레진(주)제, 에폭시 수지)와 경화제(도레이(주)제 블렌드 TR-C35H(이미다졸 유도체))로 이루어지고, 주제와 경화제의 혼합비를 10:1로 했다.

액상 수지가 튜브를 경유하여 분기되어, 각 밸브 기구(6A)의 측면의 수지 도입구로부터 수지 유로에 들어가, 유로 개폐 기구에 도달한 것을 확인하고, 피스톤 밸브를 상승시키고, 유로를 개방했다. 캐비티(3) 내에 액상 수지가 충만한 것을 확인하고, 피스톤 밸브를 하강시켜서 유로를 폐지했다. 수지 주입을 개시하고 나서 액상 수지가 캐비티(3) 내에 충만할 때까지 필요로 한 시간은 1분이었다.

이 상태에서 17분 유지한 후, 성형틀을 개방하여, 성형된 섬유 강화 수지 성형품을 성형틀로부터 취출했다. 제조된 섬유 강화 수지 성형품은, 강화 섬유 기재에 수지가 구석구석 함침되어 경화되어 있어, 표면 상태도 양호했다.

계속해서, 성형틀을 청소하고, 1회째와 동일한 적층 구성으로 한 강화 섬유 기재를 캐비티에 배치하고, 성형틀을 폐쇄하고, 1회째와 마찬가지의 수순으로 2회째의 성형을 행했다. 액상 수지의 주입에 필요로 하는 시간, 경화 시간은 1회째와 동일했다. 성형틀로부터 취출한 섬유 강화 수지 성형품은 1회째의 성형과 마찬가지의 양호한 표면을 갖고 있었다. 1회째의 섬유 강화 수지 성형품의 취출부터 2회째의 섬유 강화 수지 성형품의 취출까지 필요로 한 시간은 22분으로, 단시간이었다.

실시예 2

실시예 1에서 사용한 성형틀에, 5개의 밸브 기구 각각에 대하여, 밸브 기구의 하부가 매설되어 있는 구멍(1a)으로부터 20mm의 위치(도 7에 있어서, L=20mm로 되는 위치)로 되도록, 4개의 카트리지 히터(20)를 매설하고, 통전 가열했다. 그 결과, 캐비티(3)의 표면 온도 100℃를 유지했을 때, 밸브 기구(6A)가 캐비티(3)에 표출된 부분의 표면 온도는 98℃로 되었다. 밸브 기구(6A)에 설치한 열전대(18)에 의한 온도 측정값은 38℃이었다.

실시예 1과 마찬가지의 조건에서 액상 수지를 주입한 바, 액상 수지가 충만할 때까지 필요로 한 시간은 1분이었다. 이 상태에서 15분 유지한 후, 성형틀을 개방하여, 성형틀로부터 섬유 강화 수지 성형품을 취출했다. 수지는 강화 섬유 기재에 구석구석 함침되어 경화되어 있어, 성형품의 표면 상태도 양호하며, 실시예 1보다 2분 단축하여 마찬가지의 성형품을 얻을 수 있었다.

계속해서, 성형틀을 청소하고, 1회째와 마찬가지의 수순으로 성형을 행하여, 1회째의 성형과 마찬가지로 표면 상태가 우수한 섬유 강화 수지 성형품을 단시간에 얻을 수 있었다. 1회째의 섬유 강화 수지 성형품을 취출하고 나서, 2회째의 섬유 강화 수지 성형품을 취출할 때까지 필요로 한 시간은 20분으로, 단시간이었다.

비교예 1

실시예 1과 마찬가지의 캐비티 형상을 갖지만 밸브 기구가 설치되어 있지 않은 성형틀을 사용하고, 실시예 1의 성형틀과 마찬가지로 성형틀에 설치된 관통 구멍에 온수를 흐르게 함으로써, 캐비티 표면 온도가 100℃로 되도록 가온 유지했다. 수지 주입기로부터 연장되는 수지 공급용 나일론 튜브를, 성형틀의 복수의 틀의 맞댄면(JF)(도 9 참조)에 설치된 수지 도입구에 접속했다.

성형틀 내를 진공으로 유지하고, 실시예 1과 마찬가지의 강화 섬유 기재, 액상 수지를 사용하여 캐비티에 액상 수지를 주입하여 충만시켰다. 이 상태에서 15분 유지한 후, 성형틀을 개방하여 섬유 강화 수지 성형품을 얻었다. 섬유 강화 수지 성형품은, 강화 섬유 기재에 수지가 구석구석 함침되어 경화되어 있어, 표면 상태도 양호했다.

계속해서, 주입에 사용한 수지 튜브를 성형틀로부터 제거하여 폐기한 후에, 성형틀을 청소하고, 강화 섬유 기재를 동일한 적층으로 캐비티에 배치했다. 성형틀의 복수의 틀의 맞댄면(JF)에 수지 튜브를 설치하고 성형틀을 폐쇄하여 튜브를 파지시킨 후에, 수지 튜브의 타단부를 수지 주입기에 접속했다. 그 후, 1회째와 마찬가지의 수순으로 2회째의 성형을 행한 바, 액상 수지의 주입에 필요로 하는 시간, 경화 시간은 1회째와 동일했다. 성형틀로부터 취출한 섬유 강화 수지 성형품은 1회째의 성형과 마찬가지의 양호한 표면을 갖고 있었다. 1회째의 섬유 강화 수지 취출부터 2회째의 섬유 강화 수지 취출까지 필요로 한 시간은 30분이며, 수지 튜브의 제거, 폐기, 새로운 수지 튜브의 설치에 시간을 필요로 한만큼, 복수회의 성형에 오랜 시간을 필요로 했다. 또한, 수지 튜브의 폐기물이 발생했다.

<산업상 이용가능성>

1: 상틀
1A: 성형틀
1a: 밸브 기구 설치 구멍
1B: 틀 개폐 기구
1Bd: 승강 기구
1C: 수지 공급 주관
1Ca, 1Cb: 수지 공급 지관
2: 하틀
3: 캐비티
4: 강화 섬유 기재
5a, 5b: 온도 제어 기구
5a-1, 5a-2, 5a-3: 온도 제어 기구
6A, 6B: 밸브 기구
6a: 밸브 본체
6b: 수지 유로
6b-1: 가로 방향을 향하는 수지 유로
6b-2: 상하 방향을 향하는 수지 유로
6c: 수지 유로의 입구
6d: 수지 유로의 출구
6e: 밸브 본체의 선단부
6f: 밸브 본체의 후단부
6g: O-링
10: 피스톤
10a: 피스톤 이동 구멍
11: 수지 체류부
12a, 12b: 온도 제어 계통
13: 다른 온도 제어 계통
14: O-링
15: 피스톤 구동 장치
17: O-링
18: 열전대
19: 틀 온도 측정 위치
20: 카트리지 히터
21: 승강 상반
22: 지주
23: 승강 하반
46A: 밸브 기구
d: 밸브 기구의 선단부의 직경
FRP1: 섬유 강화 수지 성형체
h: 밸브 기구의 선단부의 틀로의 매설 깊이
JF: 성형틀의 복수의 틀의 맞댄면
L: 밸브 기구의 선단부와 온도 제어 기구 사이의 최단 거리
Rm: 유동성을 가진 상태에 있는 수지

Claims

(a) 복수의 틀과, (b) 상기 복수의 틀 중 적어도 1개의 틀에 설치된 틀의 온도를 조절하는 온도 제어 기구와, (c) 상기 복수의 틀을 개폐하는 틀 개폐 기구와, (d) 상기 복수의 틀이 폐쇄되었을 때, 상기 복수의 틀의 내벽면 사이에 형성되는 캐비티와, (e) 상기 캐비티에 유동성을 가진 상태에 있는 수지를 공급하는 수지 도입로와, (f) 상기 수지 도입로에 설치되고, 상기 수지 도입로로부터 상기 캐비티로의 상기 수지의 공급의 개시 및 정지를 행하는 밸브 기구를 포함하는 성형틀이 사용되며, (g) 상기 캐비티 내에 강화 섬유 기재가 수용된 후, 상기 복수의 틀이 상기 틀 개폐 기구에 의해 폐쇄되고, (h) 상기 복수의 틀이 폐쇄된 후, 상기 수지가, 상기 수지 도입로로부터 상기 밸브 기구를 거쳐 상기 캐비티 내로 공급되고, (i) 상기 수지의 공급이 완료된 후, 상기 밸브 기구에 의해 상기 수지의 공급이 정지되도록 할 수 있고, (j) 상기 온도 제어 기구에 의해 상기 캐비티 내의 상기 강화 섬유 기재에 함침된 상기 수지가 굳어지도록 상기 캐비티 내의 온도가 조절되고, (k) 상기 수지의 고화가 완료된 후, 상기 틀 개폐 기구에 의해 상기 복수의 틀 사이를 개방하여, 상기 강화 섬유 기재와 상기 수지를 포함하는 섬유 강화 수지 성형체를 상기 성형틀로부터 취출하여 이루어지는 RTM 성형 방법에 있어서,
(l) 상기 밸브 기구가 상기 성형틀에 복수 설치되고,
(m) 상기 복수의 밸브 기구 각각에 상기 밸브 기구의 온도를 조절하는 1개 내지 복수의 온도 제어 계통이 설치되고,
(n) 상기 복수의 밸브 기구로부터, 상기 유동성을 가진 상태에 있는 수지가 상기 캐비티 내로 공급되는, RTM 성형 방법.
제1항에 있어서, 상기 밸브 기구에 설치된 1개 내지 복수의 온도 제어 계통 중 적어도 1개의 계통에, 온도 조절용 매체를 계속 유동시킴으로써, 상기 캐비티 내에서, 상기 유동성을 가진 상태에 있는 수지의 고화가 행해지고 있을 때에도, 상기 수지 도입로에서의 수지의 유동이 정지되어 있는 상태에서, 상기 수지 도입로 중에 체류하고 있는 상기 유동성을 가진 상태에 있는 수지가, 유동성을 가진 상태로 유지되는, RTM 성형 방법.
제1항에 있어서, 상기 밸브 기구가 그의 일부인 선단부에서 상기 틀에 매설되고, 상기 수지 도입로의 선단이 상기 밸브 기구를 거쳐 상기 캐비티를 형성하는 상기 틀의 내벽면에 개구되도록 상기 틀에 설치되고, 상기 밸브 기구에 설치된 1개 내지 복수의 온도 제어 계통 중 적어도 1개의 계통이, 상기 수지 도입로에서의 수지의 유동이 정지하고 있는 상태에서, 상기 수지 도입로 중에 상기 유동성을 가진 상태에 있는 수지가 체류하는 수지 체류부와 상기 밸브 기구의 상기 선단부 사이에 위치하는 계통인 RTM 성형 방법.
제3항에 있어서, 상기 수지 체류부와 상기 밸브 기구의 선단부 사이에 위치하는 상기 계통이, 상기 밸브 기구의 내부에 설치된 온도 조절용 매체 유로에 온도 조절용 매체를 흐르게 하는 계통이며, 상기 온도 조절용 매체에 의해 상기 밸브 기구를 냉각하는, RTM 성형 방법.
제3항에 있어서, 상기 밸브 기구의 상기 선단부에 다른 온도 제어 계통이 배치되고, 상기 다른 온도 제어 계통이 상기 밸브 기구를 가열하는, RTM 성형 방법.
제3항에 있어서, 상기 밸브 기구의 상기 선단부의 직경(d)과 깊이(h)가 d≤h의 관계를 만족하는, RTM 성형 방법.
제1항에 있어서, 상기 복수의 밸브 기구가 각각 독립하여 개폐되는, RTM 성형 방법.
제3항에 있어서, 상기 성형틀에 설치된 온도 제어 기구가 상기 밸브 기구의 상기 선단부의 주변부와 그외 부분에서 상이한 계통의 온도 제어 기구로 이루어지는, RTM 성형 방법.
제8항에 있어서, 상기 성형틀에 설치된 온도 제어 기구 중 상기 밸브 기구의 상기 선단부의 주변부의 온도 제어 기구가, 상기 밸브 기구의 상기 선단부를 둘러싸도록 성형틀에 배치되어 있는, RTM 성형 방법.
제3항에 있어서, 상기 성형틀에 설치된 온도 제어 기구가 상기 밸브 기구의 상기 선단부와 상기 틀의 계면으로부터의 거리(L)가 L≤30mm의 관계를 만족하는 위치에 배치되어 있는, RTM 성형 방법.
제1항에 있어서, 상기 복수의 밸브 기구를 포함하는 상기 수지 도입로의 복수가 동일한 수지 공급원에 결합되고, 상기 수지 공급원과 상기 밸브 기구를 잇는 상기 복수의 수지 도입로에 상기 캐비티 내에 도입될 때의 수지의 온도보다 높은 온도로 수지의 온도를 조절하는 공급 수지 온도 조절 기구가 설치되고, 상기 공급 수지 온도 조절 기구에 의해 상기 수지 도입로의 수지의 온도를 조절하는, RTM 성형 방법.
제1항에 있어서, 상기 강화 섬유 기재가 시트 형상인 RTM 성형 방법.
제1항에 있어서, 상기 강화 섬유 기재가 그의 내부에 코어재를 갖는, RTM 성형 방법.
제1항에 있어서, 상기 캐비티 내에서, 상기 수지 도입로의 상기 틀의 내벽면에서의 개구 위치와 강화 섬유 기재 사이에, 상기 캐비티 내에서의 수지 유로 형성용의 미디어가 배치되어 있는, RTM 성형 방법.
제14항에 있어서, 상기 미디어의 두께가 0.2 내지 1mm인 RTM 성형 방법.
제1항의 RTM 성형 방법을 사용하여 섬유 강화 수지 성형체를 제조하는 섬유 강화 수지 성형체의 제조 방법.