复合材料的成形方法
阅读：85发布：2021-06-09
专利汇可以提供复合材料的成形方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且提供一种能够抑制 树脂 的浸渗偏差的 复合材料 的成形方法。在复合材料(130)的成形方法中，在将 纤维 基材(100)配置到在模具(110)内形成的空腔的状态下注入树脂(120)，使树脂硬化而成形复合材料。在复合材料的成形方法中，在纤维基材的局部(101)使 润湿性 提高，在构成模具的空腔的间隙比其他部位小的狭窄部(115)配置纤维基材的润湿性提高了的局部。，下面是复合材料的成形方法专利的具体信息内容。
1.一种复合材料的成形方法，在该成形方法中，在将纤维基材配置到在模具内形成的空腔的状态下注入树脂，使所述树脂硬化而成形复合材料，其中，在所述纤维基材的局部使润湿性提高，
将所述纤维基材的所述局部配置于构成所述空腔的间隙比其他部位小的狭窄部。
2.根据权利要求1所述的复合材料的成形方法，其中，
将所述纤维基材的所述局部配置于位于比所述其他部位靠所述树脂的流动方向下游侧的位置的所述狭窄部。
3.根据权利要求1或2所述的复合材料的成形方法，其中，
通过照射等离子体或紫外线，在所述纤维基材的所述局部使润湿性提高。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的复合材料的成形方法，其中，将所述狭窄部相对于所述其他部位设为负压并注入所述树脂。
复合材料的成形方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种复合材料的成形方法。
背景技术
[0002] 以往，作为使树脂浸渗到纤维基材而成的复合材料的成形方法，公知有RTM(树脂传递模塑，Resin Transfer Molding)成形法、CRTM(压缩树脂传递模塑，Compression Resin Transfer Molding)成形法。
[0003] 在这些成形方法中，纤维基材被配置于模具内的空腔内，树脂被注入该空腔内，但纤维基材成为流动阻力。因此，进行抑制流动阻力的尝试，在例如专利文献1中公开有在水平的成形面彼此之间形成比成形品的厚度大的空腔。
[0004] 现有技术文献
[0005] 专利文献
[0006] 专利文献1：日本特开2010-221642号公报
发明内容
[0007] 发明要解决的问题
[0008] 然而，模具的成形面不是在上述现有技术中所公开那样的单纯的水平面，实际上具有与车身等的形状相对应的复杂的形状。
[0009] 因此，即使以在例如水平的成形面彼此之间形成有预定的间隔的间隙的方式对模具进行了控制，在除此之外的例如倾斜的成形面彼此之间有时产生间隙较窄的部位。并且，在这样的部位中，与其他部位相比，流动阻力较高，树脂难以流动，因此，有可能树脂的浸渗产生偏差。树脂的浸渗偏差有时成为强度、刚性的降低进而外观不良的主要原因，并不优选。
[0010] 因此，本发明的目的在于提供一种能够抑制树脂的浸渗偏差的复合材料的成形方法。
[0011] 用于解决问题的方案
[0012] 在用于达成上述目的的本发明的复合材料的成形方法中，在将纤维基材配置到在模具内形成的空腔的状态下注入树脂，使所述树脂硬化而成形复合材料。在本发明的复合材料的成形方法中，在所述纤维基材的局部使润湿性提高，将所述纤维基材的所述局部配置于构成所述空腔的间隙比其他部位小的狭窄部。
[0013] 发明的效果
[0015] 图1是表示实施方式的成形方法的概要的流程图。
[0016] 图2是示意性地表示在纤维基材的局部使润湿性提高的处理的图。
[0017] 图3是示意性地表示纤维基材向模具的配置的图。
[0018] 图4是示意性地表示配置纤维基材而使模具闭合了的状态的图。
[0019] 图5是示意性地表示树脂向模具的注入的图。
[0020] 图6是示意性地表示在树脂注入后使模具进一步合模后的状态的图。
[0021] 图7是示意性地表示成形品的脱模的图。
[0022] 图8是用于说明毛细管现象的图。
[0024] 图10是用于说明液滴的接触角与润湿性之间的关系的图。
[0025] 图11是示意性地表示伴随着抽真空的树脂的注入的图。
具体实施方式
[0026] 以下，一边参照所附的附图，一边对本发明的实施方式进行说明。此外，出于方便说明，附图的尺寸比率被夸张，与实际的比率不同。
[0027] ＜第1实施方式＞
[0028] 如图1所示，在本实施方式的复合材料的成形方法中，在预制件(纤维基材)的局部使润湿性提高(工序S1)，将预制件配置于模具(工序S2)。之后，使模具闭合(工序S3)，向模具内注入树脂(工序S4)。在树脂注入后，模具被进一步合模(工序S5)。之后，树脂被硬化(工序S6)，复合材料被脱模(工序S7)。以下，对各工序进行叙述。
[0029] 如图2所示，在工序S1中，通过向预制件100的局部的倾斜的部位照射等离子体或紫外线，形成润湿性提高了的润湿性提高部101。作为润湿性提高的主要原因，例如，可列举出赋予亲水性官能团、使基材粗面化等。
[0030] 预制件100具有多个纤维基材102借助粘接剂103层叠而成的结构，但并不限定于此，也可以是仅由1个纤维基材102构成的形态。预制件100通过事先的预制预先赋予形状，在本实施方式中，具有大致梯形形状。润湿性提高部101是构成该梯形形状的腰的部分。
[0031] 在本实施方式中，在赋予了形状的预制件100的状态下使纤维基材102局部地提高了润湿性，但并不限定于该形态，也可以在预制前局部地使润湿性提高。也可以是，例如，在通过预制赋予形状之前的大致平坦的状态的纤维基材102被裁断成预定的大小之前或被裁断了之后，在该大致平坦的纤维基材102的预定的部位使润湿性局部地提高。
[0033] 粘接剂103只要能够将纤维基材102彼此粘接，就没有特别限定，作为其材料，可列举出例如聚烯烃树脂、苯乙烯系树脂、尼龙树脂、聚氨酯树脂等热塑性树脂，另外，可列举出例如环氧树脂、苯酚树脂、不饱和聚酯树脂等热硬化性树脂等。
[0034] 如图3所示，在工序S2中，在打开的模具110配置预制件100。模具110具有可动模111和固定模112。预制件100以沿着可动模111和固定模112的成形面的形状的方式预先赋予形状，在工序S2中沿着固定模112的成形面配置。
[0035] 可动模111与具备例如液压缸等未图示的驱动装置连接，相对于固定模112接近、远离自由。在可动模111形成有树脂的注入口113。
[0036] 固定模112具有与可动模111的凹状的成形面相对且凸状的成形面。与此不同，也可以在可动模111设置有凸状的成形面，在固定模112设置有凹状的成形面。在固定模112的外周设置有例如垫片等密封构件114。密封构件114也可以不是设置于固定模112，而是设置于可动模111的外周。
[0037] 如图4所示，在工序S3中，可动模111以接近固定模112的方式移动，成为在闭合后的模具110内配置有预制件100的状态。此时，在可动模111与固定模112之间形成的空腔比最终要制作的复合材料的厚度大。
[0038] 另外，构成该空腔的间隙中的倾斜的成形面彼此之间的间隙t1比水平的成形面彼此之间的间隙t2小(t1＜t2)，倾斜的成形面彼此之间形成了由该较小的间隙t1构成的狭窄部115。在该狭窄部115配置有润湿性提高部101。以间隙t2中的间隙相对较大的部位116(其他部位)与树脂的注入口113连通。
[0039] 如图5所示，在工序S4中，树脂120被从注入口113向模具110内注入。树脂120从间隙相对较大的部位116向狭窄部115流动，同时向预制件100浸渗。
[0040] 树脂120是例如作为热硬化性树脂的环氧树脂、苯酚树脂等。对于环氧树脂，二液型是主流，混合使用主剂和硬化剂。主剂普遍使用双酚A型的环氧树脂，硬化剂普遍使用胺系的硬化剂，但并不限定于这些。另外，树脂120并不限定于热硬化性树脂，也可以是热塑性树脂。另外，树脂120也可以含有离型剂。
[0041] 如图6所示，在工序S5中，进行模具110的进一步的合模。此时，模具110被合模到最终要制作的复合材料的厚度与空腔大致相等为止。
[0042] 随着工序S5中的进一步的合模，模具110内的压力增加，因此，树脂120更可靠地遍布到预制件100的整体。
[0043] 在工序S6中，浸渗于预制件100的树脂120被硬化。在树脂120是热硬化性树脂的情况下，例如通过使用加热器等加热装置对模具110进行加热，能够使浸渗于预制件100的树脂120硬化。
[0044] 如图7所示，在工序S7中，可动模111以远离固定模112的方式移动而模具110打开，作为成形品的复合材料130被脱模。
[0045] 在本实施方式中，复合材料130具有比较单纯的形状，但并不限定于此。在复合材料130制作为例如汽车的车身所使用的前纵梁、支柱等骨架零部件、顶板等外板零部件的情况下，具有与这些零部件相对应的更复杂的形状。
[0046] 接着，对本实施方式的作用效果进行说明。
[0047] 狭窄部115比间隙相对较大的部位116窄，因此，流动阻力较高，树脂120难以流动。
[0048] 不过，在本实施方式中，在狭窄部115配置有润湿性提高部101(纤维基材的润湿性提高了的局部)，由此，狭窄部115处的毛细管现象增强，因此，树脂120易于向狭窄部115引入。因而，树脂120易于遍及到整体，能够抑制浸渗偏差。
[0049] 参照图8，一般而言，由于毛细管现象而液体1000向细管1100引入的高度h能够由下面的数学式1表示，若润湿性提高而数学式1的接触角θ(90°＞θ＞0)变小，则右边的cosθ变大，液体1000所引入的高度h增加。也就是说，润湿性越提高，液体1000越易于向细管1100引入。以与此同样的原理，通过在狭窄部115配置润湿性提高部101，树脂120易于引入。
[0050] [数学式1]
[0051]
[0052] 在数学式1中，θ：接触角，σ：表面张力，r：细管的半径，γ：液体的比重。
[0053] 狭窄部115相对于间隙相对较大的部位116位于树脂120的流动方向下游侧，在下游侧，由于由上游侧的流动阻力等导致的能量损失而树脂120的流动减弱，因此，树脂120特别难以流动。
[0054] 不过，在本实施方式中，在下游侧的狭窄部115配置有润湿性提高部101，基于毛细管现象的树脂120的引入增加，因此，即使是下游侧，树脂120也易于遍及，能够特别有效地抑制浸渗偏差。
[0055] 只要能够在预制件100(纤维基材)的局部使润湿性提高，就并不限定于本实施方式这样的等离子体或紫外线的部分的照射，也可以局部地涂敷例如上浆剂。
[0056] 然而，若要利用例如上浆剂局部地提升润湿性，则必须掩蔽预制件100，花费劳力和时间。
[0057] 相对于此，采用等离子体或紫外线仅部分地照射就足够，能够在预定的范围内简单地提升润湿性。
[0058] 在本实施方式中，在形成预制件100后使润湿性提高，与在预制前预先提升纤维基材102的润湿性的情况相比，从使润湿性提高到注入树脂120的(工序S4)为止的期间较短。
[0059] 因此，能够在润湿性持续着的期间内注入树脂120，难以有损由润湿性提高部101带来的效果。
[0060] 如图9和图10所示，润湿性的大小能够根据滴到基材上的液滴1001的接触角θ的大小判别，接触角θ越大，润湿性越小，接触角θ越小，润湿性越大。
[0061] ＜第2实施方式＞
[0062] 如图11所示，在第2实施方式中，使用与第1实施方式不同的模具210。另外，在注入树脂120的工序S4中，狭窄部115被抽真空，在这点本实施方式与第1实施方式不同。对于其他装置结构和工序，本实施方式与第1实施方式大致相同，因此，省略此处的重复的说明。
[0063] 模具210具有与第1实施方式不同的可动模211。在可动模211的成形面形成有与狭窄部115连通的真空口217。并不限定于这样的形态，真空口217形成于可动模211和固定模112中的至少一者的成形面即可。
[0064] 真空口217与真空泵218连通。另外，相对于真空口217接近、远离自由地设置有销状的开闭构件219。真空泵218经由真空口217对狭窄部115进行抽真空。此时，开闭构件219远离真空口217，真空口217是打开的状态。
[0065] 在本实施方式的树脂注入工序S4中，狭窄部115被抽真空，在相对于其他部位116成为负压了的状态下注入树脂120。
[0066] 在树脂120流动而到达真空口217之前，开闭构件219以被压入的方式接近真空口217，使真空口217关闭。因此，树脂120不流入真空口217。
[0067] 在本实施方式中，将狭窄部115相对于其他部位116设为负压而注入树脂120，因此，树脂120被向狭窄部115引入而更易于遍布到整体，能够更可靠地防止浸渗偏差。
[0068] 另外，利用开闭构件219防止树脂120向真空口217的流入，因此，脱模较容易，也能够省略去除不需要的毛刺。
[0070] 例如，本发明并不限定于在上述实施方式的图1中所示那样的被称为CRTM(压缩树脂传递模塑，Compression Resin Transfer Molding)成形法的成形方法，在图1的工序S3中也包括完全地进行合模那样的RTM(树脂传递模塑，Resin Transfer Molding)成形法。
[0071] 在该情况下，在工序S3中，合模到模具110的空腔与复合材料130的厚度大致相等为止，不在树脂注入工序S4的后进一步进行合模工序S5，就进行树脂的硬化工序S6。
[0072] 附图标记说明
[0073] 100、预制件；101、润湿性提高部(纤维基材的润湿性提高了的局部)；102、纤维基材；103、粘接剂；110、模具；111、可动模；112、固定模；113、树脂的注入口；114、密封构件；115、狭窄部；116、间隙相对较大的部位(其他部位)；120、树脂；130、复合材料；210、模具；
211、可动模；217、真空口；218、真空泵；219、开闭构件。
211、可动模；217、真空口；218、真空泵；219、开闭构件。
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