TW201304940A - 纖維強化樹脂與輕量化芯部之複合材料及製造其之方法與裝置 - Google Patents

纖維強化樹脂與輕量化芯部之複合材料及製造其之方法與裝置 Download PDF

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Abstract

本發明於製造包含纖維強化樹脂及與其相鄰接之輕量化芯部之複合材料時，可不增加複合材料之重量，且防止樹脂流入輕量化芯部之表面之孔內，並且高速率地生產成型精度較高之複合材料。為了製造包含輕量化芯部、及與該輕量化芯部之表面之至少一部分相鄰接的纖維強化樹脂之複合材料，而進行如下步驟：步驟100，其係首先於成形模內，配置中子、及與該中子相鄰接之纖維基材，該中子具有形狀和輕量化芯部與纖維強化樹脂相鄰接之部分實質上相同的部分；步驟110，其係向成形模內注入樹脂材料，使樹脂材料含浸於纖維基材；步驟120，其係使樹脂材料硬化；步驟130，其係自成形模中取出包含中子與纖維基材之硬化樹脂；及步驟150，其係使包含該纖維基材之硬化樹脂與輕量化芯部一體化。

Description

纖維強化樹脂與輕量化芯部之複合材料及製造其之方法與裝置
本發明係關於一種包含纖維強化樹脂及與其相鄰接之輕量化芯部的複合材料、及製造其之方法與裝置。
對於應用於航空器等中之結構構件而言，要求具有強度並且輕量化。例如於航空器之舵面或整流罩(fairing)等二次結構構件中，使用有蜂窩夾層板。所謂蜂窩夾層板係指使面板之表層為纖維強化樹脂，且為了謀求面板之輕量化而使面板之芯層為多孔材料者。
於日本專利特開2000-167950號公報中，作為製造蜂窩夾層板之方法，揭示有如下先前之方法：藉由手工塗佈法於預成形體與蜂窩狀芯部之間應用接著劑而積層預成形體與蜂窩狀芯部，使用真空袋覆蓋所積層之預成形體與蜂窩狀芯部，並將真空袋之內部空間抽成真空，使用熱壓機或高壓釜對其加壓加熱。
又，於日本專利特開2000-167950號公報中，作為改良上述先前法之蜂窩夾層板之製造方法，揭示有如下方法：藉由具有熱硬化型接著功能之密封材料，於蜂窩狀芯部之兩面上分別積層乾燥織物，並於密封材料之硬化溫度下加熱密封材料及乾燥織物，而使密封材料一次硬化，同時使乾燥織物乾燥，將熱硬化性樹脂含浸於經乾燥之乾燥織物中，並於特定條件下對該等整體加壓加熱，而使含浸於乾燥織物中之樹脂硬化。再者，將向預先配置於此種成形模 內中之纖維基材注入樹脂並使之含浸而形成纖維強化樹脂之方法稱為樹脂轉注成形(RTM，Resin Transfer Molding)法。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2000-167950號公報
作為用以使結構構件輕量化之輕量化芯部，除上述多孔材料以外，可使用發泡樹脂體等，且於此種輕量化芯部之表面及內部，形成有為謀求輕量化之多數之孔。RTM成形法中，於成形為包含與輕量化芯部之表面相鄰接之纖維強化樹脂的複合材料之情形時，必須防止注入至該表面之孔內之樹脂的流入。其原因在於：若樹脂流入至輕量化芯部之孔內，則存在欲成形之複合材料之重量增加，纖維基材發生蜿蜒，外觀面以及視情況強度亦會降低等問題。
因此，於日本專利特開2000-167950號公報所記載之RTM成形法中，於輕量化芯部之兩面上設置具有熱硬化型接著功能之密封材料，並將該密封材料加熱至樹脂含浸溫度而一次硬化之後，注入樹脂並使之含浸於纖維基材，藉此，利用經一次硬化之密封材料防止樹脂向輕量化芯部之孔內之流入。然而，該公報之方法中，利用複合材料本來不需要之密封材料將輕量化芯部之表面密封，因此，存在複合材料之重量增加了密封材料之分量之問題。又，於輕 量化芯部與密封材料之密接性不充分之情形時，樹脂會流入至輕量化芯部之一部分之孔內，且此種缺陷只能利用複合材料完成之後之檢查而檢測出，存在只能進行廢棄處理之問題。
另一方面，使用預成形體之複合材料之製造方法中，雖然難以發生如RTM成形法般樹脂流入至輕量化芯部之表面之孔內的問題，但存在如下問題：於與輕量化芯部接著同時硬化之預成形體的表面，產生微小之凹陷，外觀面及視情況強度亦降低。又，作為該代替方案使預成形體硬化之後，雖亦考慮到與輕量化芯部接著，但存在為了使經硬化之纖維強化樹脂較佳地配合於輕量化芯部，需要較高之技術的問題。又，存在纖維強化樹脂與輕量化芯部之接著力有時會變小之問題。
進而，使用預成形體之複合材料之製造方法中，因預成形體之硬化需要較長之時間，故而存在難以應對高速率生產之問題。又，因高壓釜之運轉成本(電或氮氣等之使用成本)較高，且高壓釜本身之價格亦較高，裝置之設置佔用空間，故而亦存在難以將多數之高壓釜引進工廠之問題。
因此，鑒於上述問題點，本發明之目的在於提供一種複合材料之製造方法，該製造方法係於製造包含纖維強化樹脂及與其相鄰接之輕量化芯部的複合材料時，不會增加複合材料之重量，且可防止樹脂流入至輕量化芯部之表面之孔內，並且可高速率地生產較高成型精度之複合材料。 又，本發明之目的亦在於提供一種使用此種製造方法之製造裝置或使用此種製造方法而製造之複合材料。
為達成上述目的，本發明之一態樣係製造包含輕量化芯部、及與上述輕量化芯部之表面之至少一部分相鄰接之纖維強化樹脂的複合材料之方法。該方法包括如下步驟：於成形模內，配置中子、及與該中子相鄰接之纖維基材，該中子具有形狀和上述輕量化芯部與上述纖維強化樹脂相鄰接之部分實質上相同的部分；向上述成形模內注入樹脂材料，並使該樹脂材料含浸於上述纖維基材；使上述樹脂材料硬化；將利用上述成形模所成型之包含上述纖維基材之硬化樹脂與上述中子分離；以及，使上述輕量化芯部與包含上述纖維基材之硬化樹脂一體化，從而形成上述複合材料。
作為上述樹脂材料，較佳為使用連鎖硬化型樹脂組合物。又，於上述硬化步驟中，較佳為藉由引起上述連鎖硬化型樹脂組合物之連鎖硬化反應，而使上述樹脂材料硬化至可進行操作之狀態。
於上述硬化步驟中，較佳為藉由熱、紫外線或該等兩者而使上述樹脂材料硬化。又，作為上述成形模，較佳為使用非隔熱性之成形模。
再者，本發明之複合材料中，上述輕量化芯部與上述纖維強化樹脂可直接相鄰接，亦可經由接著劑而相鄰接。於經由接著劑而相鄰接之情形時，可於上述複合材料之形成 步驟中，在上述輕量化芯部與包含上述纖維基材之硬化樹脂之間配置接著劑。
上述複合材料之形成步驟中，亦可使上述輕量化芯部於配置有上述中子之位置、即具有與上述輕量化芯部實質上相同之形狀之部分的位置，與包含上述纖維基材之硬化樹脂一體化。
作為上述複合材料之形成步驟，亦可將上述輕量化芯部與包含上述纖維基材之硬化樹脂配置於上述成形模內，從而使其等一體化。或者，作為上述複合材料之形成步驟，亦可將上述輕量化芯部與包含上述纖維基材之硬化樹脂封入袋內，並將該袋加熱，從而使其等一體化。
於上述複合材料之形成步驟中，較佳為藉由將包含上述纖維基材之硬化樹脂加熱至玻璃轉移溫度以上，而進行上述一體化。
作為另一態樣，本發明係製造包含輕量化芯部、及與上述輕量化芯部之表面之至少一部分相鄰接之纖維強化樹脂的複合材料之裝置。該裝置包括：成形模，其於模穴內配置纖維基材之後，注入樹脂材料，使該樹脂材料含浸於上述纖維基材並使其硬化，藉此形成上述纖維強化樹脂；以及中子，其具有形狀和上述輕量化芯部與上述纖維強化樹脂相鄰接之部分實質上相同的部分。
上述中子亦可於上述成形模內、在上述複合材料中之上述輕量化芯部之位置，配置有具有與上述輕量化芯部實質上相同之形狀的部分。
作為又一態樣，本發明係包含輕量化芯部、及與上述輕量化芯部之表面之至少一部分相鄰接之纖維強化樹脂的複合材料。上述纖維強化樹脂係包含纖維基材之硬化樹脂，且：於成形模內配置具有形狀和上述輕量化芯部與上述纖維強化樹脂相鄰接之部分實質上相同的部分之中子、及與該中子相鄰接之纖維基材，向上述成形模內注入樹脂材料，並將該樹脂材料含浸於上述纖維基材，使上述樹脂材料硬化之後，自具有上述中子與包含上述纖維基材之硬化樹脂的成形體分離出上述中子。該複合材料係使包含該纖維基材之硬化樹脂與上述輕量化芯部一體化者。上述樹脂材料較佳為連鎖硬化型樹脂組合物。
如此，根據本發明，於用以成型為複合材料之成形模內，配置具有形狀和輕量化芯部與上述纖維強化樹脂相鄰接之部分實質上相同的部分之中子，注入樹脂材料，使樹脂材料含浸於纖維基材，使其硬化並成型為纖維強化樹脂之後，將中子與纖維強化樹脂分離。其次，藉由使輕量化芯部與纖維強化樹脂一體化而形成複合材料，不會增加複合材料之重量，且可防止樹脂流入至輕量化芯部之表面之孔內，並且可高速率地生產較高成型精度之複合材料。
以下，參照隨附圖式說明本發明之一實施形態。如圖1所示，本實施形態中，首先，實施於成形模中配置中子與纖維基材之步驟100。如圖2所示，成形模10包含上模11、 下模12、框模13、及第1中子18a。利用該等模，於其內部形成有具有欲成形之複合材料的形狀之模穴14。又，成形模10包含將樹脂材料注入至該模穴14內之樹脂注入配管15、及用以使模穴14內成為真空狀態之真空配管16。於上模11、下模12、及框模13之間，分別配置用以將接合面密封之密封材料17。
第1中子18a與上模11相鄰接，具有欲成形之複合材料之成形面。第1中子18a較佳為固定於上模11上，或較佳為與上模11一體化。作為將第1中子18a固定於上模11之方法，例如圖3所示，可利用螺栓或銷19使第1中子18a與上模11之接合面之間直接接合。或如圖4所示，亦可於框模13之內側面之上端設置凹陷32，將與該凹陷32卡合之突出部11a設置於上模11之內側面，使用螺栓或銷19使第1中子18a之外緣與上模之突出部11a接合。進而，第1中子18a亦可固定於框模13上。例如圖5所示，將與設置於框模13之內側面上端之凹陷32卡合之突出部33設置於第1中子18a之外緣，藉此，第1中子18a相對於框模13固定。
又，成形模10具有形狀和欲成形之複合材料之輕量化芯部與纖維強化樹脂相鄰接之部分實質上相同的第2中子18b。該第2中子18b於模穴14內，配置在對應於欲成形之複合材料之輕量化芯部的位置。雖無特別圖示，但第2中子18b係藉由框模13之結構或夾具等而固定於特定之位置。
上模11、下模12、框模13及第1、第2中子18，可使用一 般作為模材而利用之材料，例如可為鋁、鋁合金、鐵、不鏽鋼或鎳鋼等合金鋼等之金屬製，亦可為纖維強化樹脂或玻璃製。又，其等亦可非由此種非隔熱性材料構成，而由隔熱性材料構成。作為隔熱性材料無特別限定，理想的是，熱導率較佳為0.3 W/(m‧K)以下，進而較佳為0.2 W/(m‧K)，最佳為0.1 W/(m‧K)以下之材料。又，作為材料，較佳為容積比熱較小者，例如較佳為容積比熱為鋁以下之材料。又，作為材料，較佳為熱容量較小者，例如較佳為熱容量為鋁以下之材料。例如可使用表面具有耐熱性之高分子膜而內部為發泡體者。
並且，於模穴14內，在欲成形之複合材料之纖維強化樹脂之位置，配置纖維基材21。作為纖維基材21，可廣泛使用玻璃纖維、碳纖維、芳香族聚醯胺纖維等纖維強化樹脂用纖維。於纖維基材21上，根據需要可安裝夾具或螺母等零件。亦可將用以將纖維基材21固定於特定之位置之結構，設置於與纖維基材21接觸之中子及成形模上。例如圖2中可設置於第1中子18a、第2中子18b、下模12或框模13上。
根據需要，可於第1及第2中子18與纖維基材21之間，配置脫模布31等脫模材料。或，亦可對第1及第2中子18之表面進行脫模處理。或，亦可利用脫模材料構成第1及第2中子18。於成形模10內一併配置第2中子18b及纖維基材21之後，關閉固定有第1中子18a之上模11、下模12及框模13。再者，關閉模之後，根據需要，藉由位於上模11及下模12 之外側的熱板壓機(省略圖示)等夾入成形模10，並自外側施加壓力。
其次，如圖1所示，實施向模穴內注入樹脂材料之步驟110。再者，於該樹脂注入步驟之前，根據需要實施對成形模內減壓之步驟102。該步驟中，如圖2所示，通過真空配管16，藉由真空泵(省略圖示)等對模穴14內減壓。尤佳為將模穴14內減壓至真空狀態。又，亦可根據需要對成形模10加溫。於加溫之情形時，加溫至含浸溫度或乾燥溫度等特定之溫度。
又，如圖1所示，根據需要實施使成形模內之纖維基材乾燥之步驟104。乾燥例如可藉由利用位於上模11及下模12之外側之熱板壓機(省略圖示)加熱成形模10而進行。亦可根據需要將成形模10加熱至樹脂材料之含浸溫度。再者，圖1中表示有於減壓步驟102之後實施乾燥步驟104之情形，亦可於乾燥步驟104之後實施減壓步驟102。
樹脂注入步驟110中，如圖2所示，經由樹脂注入配管15而自樹脂儲罐(省略圖示)等將樹脂材料注入至模穴14內。樹脂材料可根據需要於注入前進行預加熱。樹脂材料通過第1中子18a、下模12與纖維基材21之間之樹脂流路、或者第2中子18b與纖維基材21之間之樹脂流路而於成形模10內流動，並填滿模穴14內。再者，根據需要，可於上模11、下模12、或第1及第2中子18該等各部，設置供樹脂材料流入之樹脂流路。
注入至模穴14內之樹脂材料含浸於纖維基材21。此時， 根據需要對樹脂儲罐加壓。藉由對樹脂儲罐加壓，可促進樹脂材料之含浸。又，利用樹脂材料填滿模穴14內之後，根據需要，亦可關閉真空配管16，藉由來自樹脂注入配管15之壓力而對模穴14內之壓力加壓(圖1之步驟112)。作為加壓力，較佳為3氣壓以上，更佳為5氣壓以上，最佳為10氣壓以上。又，模穴14內之壓力之上限並無特別限定，較佳為100氣壓以下。使樹脂材料含浸於纖維基材21之後，根據需要可使用熱板壓機(省略圖示)等進一步鎖緊成形模10。
並且，樹脂注入步驟之後，實施使注入之樹脂材料硬化之步驟120。硬化係根據所使用之樹脂材料，藉由賦予熱、紫外線(UV，ultraviolet)或該等兩者而進行。賦予熱時，例如可藉由上述熱板壓機(省略圖示)等或針對成形模10而組裝之加熱器(省略圖示)等進行。又，UV之照射可藉由UV燈(省略圖示)進行。
作為樹脂材料，並無特別限定，較佳為使用連鎖硬化型樹脂組合物。所謂「連鎖硬化型樹脂組合物」，係指具有如下特性之樹脂：藉由熱或UV等能量線之照射而開始硬化，且硬化時產生硬化反應熱，並藉由該硬化反應熱而使硬化反應連鎖地進行，從而連續地產生硬化反應熱，不論組合物中有無能量線遮蔽性物質，均不照射能量線而藉由硬化反應之自發熱量，來連鎖地進行硬化反應(日本專利特開平11-193322號公報、日本專利第3950241號公報、日本專利第3944217號公報)。
作為此種連鎖硬化型樹脂組合物，例如可使用於光聚合性低聚物或光聚合性單體等光聚合性樹脂成分中調配有聚合起始劑成分的樹脂組合物，該聚合起始劑包含以光聚合起始劑及利用光與熱該兩者而開始聚合之光．熱聚合起始劑為成分的2元以上之體系。作為光聚合性樹脂成分，較佳為陽離子系樹脂，更佳為環氧樹脂，進而較佳為脂環式環氧樹脂、縮水甘油醚型環氧樹脂、環氧化聚烯烴樹脂。作為光聚合起始劑，較佳為重氮鎓鹽、錪鹽、吡錠鎓鹽、鏻鹽、鋶鹽、鐵-芳烴化合物及磺酸酯。作為光．熱聚合起始劑，較佳為芳基系鋶鹽。相對於光聚合性樹脂成分100重量份，較佳為含有聚合起始劑成分0.5~6.0重量份。光．熱聚合起始劑/光聚合起始劑之重量比較佳為1~4。
又，作為連鎖硬化型樹脂組合物，例如可使用於光聚合性樹脂成分中調配有光聚合起始劑成分、及用於使光聚合性樹脂成分常溫硬化或加熱硬化之硬化劑成分的樹脂組合物(日本專利特開2001-89639號公報、日本專利第4108094號公報、日本專利第4241721號公報)。該樹脂組合物中，作為光聚合性樹脂成分，較佳為分子結構中具有環狀醚結構之環氧樹脂。作為光聚合起始劑成分，較佳為鐵-芳烴系化合物或鋶鹽。作為硬化劑成分，較佳為酸酐。相對於光聚合性樹脂成分1 mol，較佳為硬化劑成分以0.1~1.4 mol之比率調配。又，相對於樹脂組合物中之光聚合起始劑成分以外之其他成分的總重量100重量份，較佳為光聚合起始劑成分以0.1~6.0重量份之比率調配。
進而，作為連鎖硬化型樹脂組合物，例如可使用：含有分子內包含2個環氧環己烷之脂環式環氧化合物及變性雙酚A型環氧樹脂，且脂環式環氧化合物之含量於上述2成分之合計為100質量%時為25~90質量%的樹脂組合物；或者含有分子內包含2個環氧環己烷之脂環式環氧化合物、變性雙酚A型環氧樹脂、及液狀雙酚型環氧樹脂，且脂環式環氧化合物之含量於上述3成分之合計為100質量%時為25~90質量%的樹脂組合物(日本專利特開2011-079989號公報)。
藉由使用此種連鎖硬化型樹脂組合物，並給予熱或UV等能量，藉此發生連鎖硬化反應，從而可使成形模10內之樹脂材料硬化。即便中子18為難以給予可用以使樹脂材料整體均勻地硬化之能量的形狀，連鎖硬化反應亦會藉由自發熱量而使硬化反應連鎖地進行，因此，可於短時間內完成樹脂材料整體之硬化。硬化時間雖視成形對象之大小、板厚、及樹脂之種類等而變化，但例如若於縱橫之長度為1 m且厚度為2 mm左右的一般之CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics，碳纖維強化塑膠)之情形時，則自連鎖硬化開始直至硬化結束為1~10分鐘左右。硬化只要能使樹脂材料硬化至可進行操作之狀態即可。例如只要為包含纖維基材之硬化樹脂材料於常溫下可維持其形狀之狀態，便可進行操作。若連鎖硬化反應結束，則連鎖硬化型樹脂組合物硬化至此種可進行操作之狀態。
於硬化步驟120中使用熱之情形時的溫度雖根據該樹脂 材料之組成或所使用之觸媒而有所不同，但例如較佳為80℃~250℃，其中更佳為110℃以上，進而較佳為150℃以上。又，藉由在成形模10(包含中子18)中使用非隔熱性材料，可較容易地對硬化中樹脂材料進行溫度控制。
作為樹脂材料，除連鎖硬化型樹脂組合物以外，亦可使用硬化型樹脂或熱塑性樹脂。作為硬化型樹脂，例如可使用環氧樹脂、酚系樹脂、雙馬來醯亞胺樹脂、聚醯亞胺樹脂、不飽和聚酯樹脂、或苯并樹脂等。於硬化步驟120中加熱硬化型樹脂之情形時，雖然根據其組成而有所不同，但較佳為設為100~350℃之範圍。作為熱塑性樹脂，例如可使用PPS(Polyphenylene Sulfide，聚苯硫醚)、PEEK(Polyether Ether Ketone，聚醚醚酮)、PEKK(Polyether Ketone Ketone，聚醚酮酮)、PEK(Polyether Ketone，聚醚酮)、PI(Polyimide，聚醯亞胺)、PEI(Polyetherimide，聚醚醯亞胺)、或PA(Polyamide，聚醯胺)等。
硬化步驟120中之硬化亦包含半硬化。於本說明書中，所謂「半硬化」係指樹脂材料呈固體化但交聯反應尚未全部結束之狀態下的硬化，且係硬化至可進行操作之狀態之狀態。當然，於該硬化步驟120中，亦可使樹脂材料完全硬化。
硬化步驟120之後，如圖1所示，實施自成形模取出中子與纖維強化樹脂之步驟130。如圖6所示，取下上模11及第1中子18a並打開成形模10，取出藉由成形模10而成形之包含纖維基材之硬化樹脂，即纖維強化樹脂22與第2中子 18b。並且，使該纖維強化樹脂22與第2中子18b分離。於在纖維強化樹脂22與第2中子18b之間配置有脫模布31之情形時，亦使脫模布31分離。
再者，於該取出步驟130之前，根據需要實施冷卻成形模10之步驟122。冷卻例如可使用水冷等冷卻設備(省略圖示)。藉由冷卻成形模10，可使成形模10之操作及自其中而取出第2中子18b及纖維強化樹脂22之操作安全且容易地進行。
分離纖維強化樹脂之後，實施於成形模內配置多孔材料與纖維強化樹脂之步驟140。如圖7所示，於成形模10內之配置有第2中子之位置，配置多孔材料23，於配置有纖維基材之位置，配置纖維強化樹脂22。因此，取出步驟130中，視情況亦可並不自下模12取出纖維強化樹脂22，而於其上配置多孔材料23。再者，不限定於多孔材料23，只要為可使欲成形之複合體之重量輕量化的輕量化芯部即可，例如亦可使用ROHACELL(註冊商標)等發泡樹脂體。再者，根據需要，亦可於多孔材料23與纖維強化樹脂22之間配置膜狀之接著劑24。作為接著劑24，亦可使用環氧樹脂系接著劑等。又，作為接著劑24，可使用與樹脂材料中使用者相同的樹脂組合物，例如可使用上述連鎖硬化型樹脂組合物。
於成形模10內配置多孔材料23與纖維強化樹脂22之後，關閉包含第1中子18a之上模11、下模12及框模13。關閉模之後，根據需要，藉由位於上模11及下模12之外側之熱板 壓機(省略圖示)等夾入成形模10，自外側施加壓力。
再者，如圖1所示，配置多孔材料與纖維強化樹脂之後，根據需要實施將成形模內抽成真空之步驟142。抽成真空係如減壓步驟102中所說明般，可藉由使用真空配管16將成形模10內減壓至真空狀態而進行。
其次，實施使多孔材料與纖維強化樹脂一體化之步驟150。如圖7所示，纖維強化樹脂22於硬化步驟120中已經硬化，因此，即便與多孔材料23直接接觸而一體化，亦可防止樹脂流入至多孔材料23之表面之孔內。
一體化例如可藉由如下方法而實施：利用位於成形模10之上模11及下模12之外側的熱板壓機(省略圖示)或針對成形模10而組裝的加熱器(省略圖示)來對成形模10加熱。於纖維強化樹脂22為半硬化狀態之情形時，藉由將纖維強化樹脂22加熱至完全硬化，可使多孔材料23與纖維強化樹脂22接著而一體化。例如，於使用接著劑24之情形時，若為熱硬化型之接著劑，則藉由加熱至接著劑之硬化溫度以上，可使多孔材料23與纖維強化樹脂22接著而一體化。又，該加熱亦可同時進行半硬化狀態之纖維強化樹脂22之後熱處理與接著劑之硬化，藉此，可謀求接著品質之提高與製造時間之縮短。再者，若接著劑24並非熱硬化型，則無需特別加熱，便可使多孔材料23與纖維強化樹脂22接著而一體化。
又，藉由在一體化步驟150中加熱成形模10，可進一步提高複合材料20之一體化精度。尤其是於半硬化狀態之纖 維強化樹脂22之情形時，可提高複合材料20之一體化精度。一體化步驟150中之加熱溫度較佳為設為纖維強化樹脂22之玻璃轉移溫度以上。藉由設為玻璃轉移溫度以上，而使纖維強化樹脂22之樹脂成分軟化，因此，可使纖維強化樹脂22之表面與多孔材料23之形狀一致地變形，從而提高複合材料之成型精度。就此觀點而言，作為半硬化狀態之纖維強化樹脂22，較佳為使用玻璃轉移溫度較佳為80~200℃，更佳為80~150℃之樹脂組合物。
並且，如圖1所示，實施自成形模取出複合材料之步驟160。如圖8所示，打開上模11及第1中子18a，自成形模10取出包含多孔材料23之芯層、及自兩側夾持其之2層纖維強化樹脂22之3層結構的複合材料20。如此，複合材料20中除纖維強化樹脂22與多孔材料23以外，僅包含根據需要之接著劑24，因此未增加複合材料之重量。又，纖維強化樹脂22於步驟100~130中係使用使複合材料成型之成形模10而成型，因此，可獲得尺寸穩定、易於符合於多孔材料23且成型精度較高的複合材料20。進而，藉由採用此種RTM成形法，與使用預成形體之成形法相比，可高速率地生產。
再者，圖1~圖8所示之本實施形態中，表示有製造對於多孔材料23，利用2片纖維強化樹脂22自兩側將其夾持的3層結構之複合材料20之情形，但本發明並不限定於此，例如根據本發明，亦可製造於多孔材料之一面上鄰接1片纖維強化樹脂之2層結構的複合材料。又，亦可製造利用纖 維強化樹脂將多孔材料之全周覆蓋的複數層結構之複合材料。
又，本實施形態中，表示有使用其整體形狀具有與多孔材料23實質上相同之形狀的第2中子18b而製造複合材料20之情形，但本發明並不限定於此，例如可使用具有形狀與多孔材料實質上相同的部分之中子來製造複合材料。此時，於配置有中子之位置中的、具有與多孔材料相同之形狀的部分之位置，配置多孔材料，並且於剩餘之中子之部分配置中空之構件或實心之構件。藉此，可獲得包含多孔材料、中空或實心之構件、及與其等相鄰接之纖維強化樹脂的複合材料。
又，例如亦可使用具有形狀和多孔材料與纖維強化樹脂相鄰接之部分實質上相同的部分之中子來製造複合材料。此時，如圖9及圖10所示，藉由成形模10b而形成之複合材料包含具有厚度之多孔材料23a，但於使該複合材料之纖維強化樹脂22a、22b成型的成形模10a中，第2中子18d之表面維持和多孔材料與纖維強化樹脂相鄰接之部分實質上相同的形狀，在此狀態下，使第2中子18d之厚度薄於多孔材料23a。再者，如圖9所示，為了使第2中子18d之厚度更薄，亦可將於成形模10a中成型之2片纖維強化樹脂間之角度變為複合材料中2層纖維強化樹脂間之角度。
以此方式，藉由將第2中子18d之大小減小至小於多孔材料23a，可降低成形模10a中使纖維強化樹脂成型時必需之能量，並且，使硬化步驟120等中成形模10a內之溫度控制 變得容易，進而使第2中子18b之取回變得容易。再者，於以此方式改變多孔材料23a與第2中子18d之大小之情形時，使纖維強化樹脂成型之一系列步驟100~130中所使用之成形模10a與一體化步驟150中所使用之成形模10b，在框模13a、13b之高度及第1中子18c、18g之形狀之方面不同。再者，此時，上模11及下模12之寬度亦不同，但於成形模10a、10b中，亦可與框模13a、13b相鄰接地配置第4中子，並調節該第4中子之大小，藉此將上模11及下模12之寬度設為相同。
再者，圖1~圖8之實施形態中，僅於上模11上配置有具有複合材料之成形面的中子，即第1中子18a，當然，如圖9及圖10所示，亦可於下模12上亦配置有具有複合材料之成形面的中子，即第3中子18e。又，於成形模10a中成型之2片纖維強化樹脂間之角度與複合材料不同之情形時，如圖9所示，因成形模10a中之一片纖維強化樹脂之長度變短，故而為了使較短之纖維強化樹脂成型為特定之形狀，亦可與框模13相鄰接地配置第4中子18f。
進而，圖1~圖8及圖9~圖10之各實施形態中表示，當製造包含夾持於2層纖維強化樹脂之間之多孔材料之芯層的複合材料時，於使該2層纖維強化樹脂成型之成形模10、10a中，僅位於該等之間之第2中子18b、18d具有和多孔材料與纖維強化樹脂相鄰接之部分實質上相同的形狀之情形，但本發明並非限定於此種情形。例如，作為圖9之改變，如圖11所示，成形模10c中，亦可將一片纖維強化樹 脂之成型形狀上下顛倒，而使與上模11相鄰接之第1中子18h具有和多孔材料23a與纖維強化樹脂22a相鄰之部分實質上相同的形狀。此時，夾持於所成型之2片纖維強化樹脂之間的第2中子18i具有和多孔材料23a與另一片纖維強化樹脂22b相鄰接之部分實質上相同的形狀，並且亦具有複合材料之成型面。
進而，上述實施形態中，於步驟140~160中，使用成形模使多孔材料與纖維強化樹脂一體化而製造複合材料，但本發明並不限定於此，作為圖10之改變，如圖12所示，將多孔材料23a與纖維強化樹脂22a、22b配置於特定之位置，封入至包含片狀或膜狀等材料之袋40中，藉由烘箱或高壓釜等(省略圖示)對該袋加熱，即便如此亦可製造多孔材料23a與纖維強化樹脂22a、22b一體化之複合材料。封入至袋40中之纖維強化樹脂22a、22b係使用具有形狀和多孔材料23a與該等纖維強化樹脂相鄰接之部分實質上相同的部分之中子並利用成形模而成型，因此，即便於進行與多孔材料23a之一體化時不使用成形模，亦可獲得具有特定之形狀之複合材料。再者，如圖12所示，可介隔密封材料42而使袋40與下模41密閉。又，根據需要，成形模中，亦可將具有所使用之複合材料之成形面的中子、此處為第3中子18e，配置於下模41上，亦可為中子18e與下模41一體化者。即便於利用此種袋而進行一體化之情形時，亦可與利用成形模進行一體化之情形時同樣地，獲得包含多孔材料與中空或實心之構件之複合材料。進而，並不限於中 子整體與多孔材料整體形狀相同之情形，只要中子具有形狀和多孔材料與纖維強化樹脂相鄰接之部分相同之形狀的部分即可。
又，作為成形模10之中子18之結構，例如可藉由對於中子設置加熱器等(省略圖示)而賦予其加熱功能。藉此，可促進乾燥步驟104中之成形模之加熱及硬化步驟120中之樹脂材料之加熱。又，例如可藉由對於中子設置水冷或珀耳帖元件等而賦予其冷卻功能。藉此，可促進冷卻步驟122中之成形模之冷卻。
成形模10之中子18亦可係於配置步驟110至硬化步驟120之間，藉由加熱等膨脹或收縮，從而具有與輕量化芯部實質上相同之形狀者。例如藉由使用鋁等高線膨脹率之金屬、橡膠或矽袋等形成中子，可賦予其此種膨脹功能或收縮功能。又，亦可為使中子之一部分溶解，從而具有與輕量化芯部實質上相同形狀者。作為發生此種溶解之部分的材料，例如可使用水溶性樹脂或利用膜封裝之蠟等。
10‧‧‧成形模
11‧‧‧上模
12‧‧‧下模
13‧‧‧框模
14‧‧‧模穴
15‧‧‧樹脂注入配管
16‧‧‧真空配管
17‧‧‧密封材料
18‧‧‧中子
20‧‧‧複合材料
21‧‧‧纖維基材
22‧‧‧纖維強化樹脂
23‧‧‧多孔材料
24‧‧‧接著劑
31‧‧‧脫模布
32‧‧‧凹陷
33‧‧‧突出部
40‧‧‧袋
41‧‧‧成形模
42‧‧‧密封材料
圖1係說明製造本發明之纖維強化樹脂與輕量化芯部之複合材料之方法的一實施形態的流程圖。
圖2係示意性地表示使用圖1所示之製造方法製造本發明之纖維強化樹脂與輕量化芯部之複合材料之裝置的一實施形態的剖面圖。
圖3係示意性地表示圖2所示之製造裝置之上模與第1中子之固定方法之一例的放大剖面圖。
圖4係示意性地表示圖2所示之製造裝置之上模與第1中子之固定方法之一例的放大剖面圖。
圖5係示意性地表示圖2所示之製造裝置之上模與第1中子之固定方法之一例的放大剖面圖。
圖6係示意性地表示圖1所示之製造方法之步驟130中的圖2所示之製造裝置之使用狀態的剖面圖。
圖7係示意性地表示圖1所示之製造方法之步驟140中的圖2所示之製造裝置之使用狀態的剖面圖。
圖8係示意性地表示圖1所示之製造方法之步驟160中的圖2所示之製造裝置之使用狀態的剖面圖。
圖9係示意性地表示使用圖1所示之製造方法製造本發明之纖維強化樹脂與輕量化芯部之複合材料之裝置的另一實施形態的剖面圖。
圖10係使用利用圖9所示之製造裝置而獲得之纖維強化樹脂而示意性地說明圖1所示之製造方法之步驟160的剖面圖。
圖11係示意性地表示使用圖1所示之製造方法製造本發明之纖維強化樹脂與輕量化芯部之複合材料之裝置的又一實施形態的剖面圖。
圖12係使用圖9或圖11所示之製造裝置而獲得之纖維強化樹脂而示意性地說明圖1所示之製造方法之步驟160的剖面圖。

Claims (14)

  1. 一種複合材料之製造方法，該複合材料包含：輕量化芯部、及與上述輕量化芯部之表面之至少一部分相鄰接之纖維強化樹脂；該複合材料之製造方法包括如下步驟：於成形模內，配置中子、及與該中子相鄰接之纖維基材，該中子具有形狀和上述輕量化芯部與上述纖維強化樹脂相鄰接之部分實質上相同的部分；向上述成形模內注入樹脂材料，並使該樹脂材料含浸於上述纖維基材；使上述樹脂材料硬化；將利用上述成形模所成型之包含上述纖維基材之硬化樹脂與上述中子分離；以及使上述輕量化芯部與包含上述纖維基材之硬化樹脂一體化，從而形成上述複合材料。
  2. 如請求項1之複合材料之製造方法，其中作為上述樹脂材料，使用連鎖硬化型樹脂組合物。
  3. 如請求項2之複合材料之製造方法，其中於上述硬化步驟中，藉由引起上述連鎖硬化型樹脂組合物之連鎖硬化反應，而使上述樹脂材料硬化至可進行操作之狀態。
  4. 如請求項1至3中任一項之複合材料之製造方法，其中於上述硬化步驟中，藉由熱、紫外線或該等兩者使上述樹脂材料硬化。
  5. 如請求項1至4中任一項之複合材料之製造方法，其中上 述成形模為非隔熱性成形模。
  6. 如請求項1至5中任一項之複合材料之製造方法，其中於上述複合材料之形成步驟中，包括於上述輕量化芯部與包含上述纖維基材之硬化樹脂之間配置接著劑。
  7. 如請求項1至6中任一項之複合材料之製造方法，其中上述複合材料之形成步驟包括使上述輕量化芯部於配置有上述中子之位置、即具有與上述輕量化芯部實質上相同之形狀的部分之位置，並與包含上述纖維基材之硬化樹脂一體化。
  8. 如請求項1至7中任一項之複合材料之製造方法，其中上述複合材料之形成步驟包括將上述輕量化芯部與包含上述纖維基材之硬化樹脂配置於上述成形模內，並使其等一體化。
  9. 如請求項1至7中任一項之複合材料之製造方法，其中上述複合材料之形成步驟包括將上述輕量化芯部與包含上述纖維基材之硬化樹脂封入至袋中，並加熱該袋，而使其等一體化。
  10. 如請求項1至9中任一項之複合材料之製造方法，其中於上述複合材料之形成步驟中，藉由將包含上述纖維基材之硬化樹脂加熱至玻璃轉移溫度以上，而進行上述一體化。
  11. 一種複合材料之製造裝置，該複合材料包含：輕量化芯部、及與上述輕量化芯部之表面之至少一部分相鄰接之纖維強化樹脂； 該複合材料之製造裝置包括：成形模，其於模穴內配置有纖維基材之後，注入樹脂材料，使該樹脂材料含浸於上述纖維基材並使其硬化，藉此形成上述纖維強化樹脂；及中子，其具有形狀和上述輕量化芯部與上述纖維強化樹脂相鄰接之部分實質上相同的部分。
  12. 如請求項11之複合材料之製造裝置，其中上述中子於上述成形模內、在上述複合材料中上述輕量化芯部之位置，配置有具有與上述輕量化芯部實質上相同之形狀的部分。
  13. 一種複合材料，其包含：輕量化芯部、及與上述輕量化芯部之表面之至少一部分相鄰接之纖維強化樹脂；上述纖維強化樹脂係包含纖維基材之硬化樹脂，且係於成形模內配置具有形狀和上述輕量化芯部與上述纖維強化樹脂相鄰接之部分實質上相同的部分之中子、及與該中子相鄰接之纖維基材，向上述成形模內注入樹脂材料，並將該樹脂材料含浸於上述纖維基材，使上述樹脂材料硬化之後，與上述中子分離；該複合材料係使包含該纖維基材之硬化樹脂與上述輕量化芯部一體化者。
  14. 如請求項13之複合材料，其中上述樹脂材料為連鎖硬化型樹脂組合物。
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