专利名称：Rtm成型方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于成型比较大型的FRP(纤维增强树脂)的RTM(树脂传递成型(Resin Transfer Molding))成型方法和装置，特别涉及能高速成型及提高表面质量的RTM成型方法和装置。
背景技术：
FRP，特别是CFRP(碳纤维增强树脂)作为轻质、且具有高机械性质的复合材料被应用于各个领域。作为FRP成型方法的一种，已知有在模中载置由强化纤维织物的层积材料等构成的强化纤维基材，闭模后，降低模内压力，注入液体树脂，加热使之固化的RTM成型方法。另外也提议，在上述以往的成型中，通过用上下赋型模挟压，在配设在成型模之前预先赋予强化纤维基材一定程度的形状(如专利文献1)。
在以往的RTM成型方法中，通常从一个注入口加压注入树脂。然后，根据情况设置多个树脂排出口。但是，该方法由于难以较大地设定流动的树脂的量，且只有一个树脂注入口，所以存在大型制品RTM成型困难的问题。即，存在着下述问题在使树脂流动中，树脂的凝胶化加剧(树脂粘度增加)，树脂无法流入成型制品的整个区域。另外，如果向树脂中加入缓凝剂延长凝胶化时间，则虽消耗时间使树脂流入整个区域，但规定的树脂流动占用时间，从而生产速度、生产量降低。进而，当成型大型制品、特别是比较大的三维立体结构时，如果从一个注入口使树脂流动，则会出现因形状而产生树脂不能流到的区域的现象。即使设置多个树脂排出口控制树脂流动，对能良好成型的复杂结构也存在一定的局限性。
另一方面，作为从成型体的整个面同时注入树脂的方法，有RFI(树脂膜浸Resin Film Infusion)法。该方法为以在未含浸的强化纤维基材中粘合含浸半固化的树脂薄膜的状态进行加热，经热压机等加压使熔融树脂含浸的方法，但该方法存在难以成型复杂的形状、在强化纤维基材的一部分中容易生成未含浸部分等问题。
作为在具有一定复杂程度且大型的成型制品中也能含浸的方法，例如有专利文献2中所述的方法等。该方法为使用例如使熔融树脂含浸到海绵材料中的矩阵式树脂载体代替上述RFI法中的树脂薄膜含浸的方法，虽然是一种经改良的方法，但是作为通过便宜且简单的方法加压含浸大型制品的方法，采用在包装材料薄膜覆盖被成型体全体的状态下降低其中压力的方法且加压力最大只能达0.1Mpa，所以存在不能完全含浸至厚板或细微部分的问题。
由于上述方法均不是从最初开始边使熔融的矩阵式树脂流动边使之含浸到强化纤维基材中的方法，所以有生成未含浸部分的因素。
另外，作为以往的RTM成型方法，也已知有从一条注入管路加压注入树脂的方法。例如，当成型制品由多角形形状(多边)构成时，树脂注入从一边向对向的其他边注入(如专利文献3，专利文献4)。但是，该方法中，虽然树脂从一边向对边边依次含浸强化纤维基材边流动，但是如果成型制品变得比较大时，则存在下述问题树脂流动需要极多的时间，且随情况的变化，树脂在流动中到达凝胶化时间而在完全含浸前停止流动。因此，提出了如上述专利文献3所述的在成型制品的多处设置树脂注入管路并依次注入的方法，但由于该方法从成型制品的成型区域内注入树脂，所以对使用芯材且在该芯材两面配置有强化纤维基材的夹层成型制品而言，无法从成型模两侧注入而不适用。另外，即使不是夹层成型制品，也不适用于两面模且表面要求高图案性的成型制品的成型。故上述以往的RTM成型方法难以高效地成型较大型的成型制品。
通常，在由较多模构成的RTM成型模中，因成型中需要极多的时间所以存在生产率低的大问题。另一方面，成型模为上下膜的构成时，具有向模面安装所述强化纤维基材比较容易且安装时间也短的优点，相反，一般的树脂注入方法，即在用0.2～1.0Pa的压力加压，不特别控制流速注入树脂的情况下，树脂以与压力相应的流速流入模内，在较短的时间内向模内充填树脂，但强化纤维基材因树脂流而变得混乱，或流速快且生成不均匀树脂流，从而容易在成型制品的表面上产生空隙或针孔。
特别是，为了缩短成型时间、在短时间内成型大面积的成型制品，以树脂流出压力为0.5MPa或0.5MPa以上的高压(因此为高速)注入树脂时，由于强化纤维基材(特别是平织物)的编织结构容易混乱，且树脂高速流入模内，因模内的模腔尺寸不均(尤其是厚度不均)或基材的微小厚度不均或基材之间的相互叠加等所致的部分基材构成不同，使得流动阻力在流动区域内分散，不能保持均匀的树脂流，所以会产生局部“树脂流的抢先”等，从而生成较大的空隙。另外还存在下述情况实际上树脂已流入该基材部分中，但因流速快，例如织物网纹中的气体没有排出的时间而滞留，从而在表面生成针孔的缺陷。上述引起基材混乱或空隙、针孔等与图案性相关的外观质量降低的以往的成型条件或成型工序中，难以为了缩短成型时间而进行高速注入的同时确保高表面质量。成型制品的型号越大，无论怎样高速注入树脂，均易发生上述外观质量上的缺陷。
由于树脂的流动状态大大影响上述与图案性相关的空隙或针孔的产生，所以纤维增强基材的密度即单位面积重量也成为重要因素。也就是说，由于每层纤维增强树脂的单位面积重量影响树脂的流动阻力或气泡的排出难易，因此必须设定满足于树脂流动条件的合适的单位面积重量。不仅仅单独从表面质量方面考虑，还从预成型的操作性或强度利用率等观点考虑也需要适当地设定该单位面积重量。即，如果单位面积重量过大而基材刚性增强，则导致下述情况强化纤维基材难以沿模面对立体形状进行赋型或预成型化中需大量的操作时间，此时引发基材混乱，从而FRP成型制品的力学特性下降等。即，为了高效地进行生产，需要具有符合生产条件(成型型号·形状、成型条件等)的单位面积重量。
另外，成型条件中，特别是温度或树脂注入压力对表面质量的影响度较高。当所注入的树脂本身的温度、或金属模中加热的树脂温度较高时，树脂粘度下降流动性上升，对基材的含浸性良好，但粘度上升率升高时，流动性急剧变差，成型制品较大时存在树脂流动从中途减速，产生未含浸部分的情况。即使树脂流入整个区域，或即使在粘度升高的区域不产生未被含浸，也易产生空隙或针孔。另一方面，如果金属模温度不均，或成型中发生变化，则模内残留的极微小气泡之间相互接触从而长成发展成为空隙或针孔的大气泡。
另外，压力适度也很重要。即存在以下情况过高时树脂流速变快，使基材的编织结构混乱或模腔内体积膨胀生成气泡；过低时残留气泡不能压缩变小。
由于在固化过程中反应性树脂可产生反应气体，或已包含在树脂中的微小气体(气泡)随时间生长变大，从而长成空隙或针孔，所以树脂含浸进入基材后尽早尽快地固化较好。
该反应性树脂的材料特性对成型收率的影响度非常高，例如根据固化剂的种类不同，反应初期树脂的反应速度达到最大，经过一段时间，反应速度降低，因此存在着固化所需时间变长的情况。与之相对，也存在着下述情况欲使成型模的温度上升从而缩短固化时间，预先使初期粘度上升至过大，树脂注入·流动时粘度过度上升，结果发生凝胶化，成型在中途停止，生成未含浸部分。
如上所述，FRP成型(特别是RTM成型)中，如果存在满足于成型尺寸(面积)的适当的成型条件或材料特性、而在适当条件下不成型，则认为在质量方面，特别是表面质量方面容易产生问题。
还提出了下述方法以提高成型制品的表面质量作为目的之一，在RTM成型时预先用上下赋型模挟持，在成型模内配设前，预先赋予强化纤维基材一定程度的形状，直接将强化纤维基材配置在成型面(如上述的专利文献1)。
但如上所述的以往的成型方法中，如果被注入、固化的树脂不能充分含浸至强化纤维基材的各个角落时，则成为产生空隙或针孔的原因，或降低成型制品的机械特性，从而导致表面质量下降。特别是如果在表面，甚至在内部，图案面一侧出现空隙或针孔，则通常进行补充树脂等补修，但在该补修中需要花费时间，且降低制造工艺的整体效率。
作为防止生成上述损害图案面的表面质量的空隙或气泡的对策，有时在表层基材的上面设置无序毡片(random mat)层。由于该无序毡片层为最外层，所以也是被称为“表面毡片(surface mat)”的原因，有时适用于特别是半固化浸透物/热压固化法、RFI(树脂膜浸ResinFilm Infusion)和手工铺叠法(hand lay-up)等。但作为其结构，与后述本发明涉及的方案相比，表层基材和无序毡片层为全部改换的基材结构。
以上述基材构成进行如RTM成型或真空成型等，是向干燥的基材中注入树脂流体，使之流动含浸的成型方法，必须利用树脂流动排出气泡，但是在树脂流动性低的地方也容易产生空隙，或气泡残留直接变成针孔。
使用如上所述的无序毡片层作为表面毡片配置在最外层，按照RTM成型或真空成型方法进行FRP成型时，压合处于干燥基材状态的无序毡片至金属模面，由于低单位面积重量的无序毡片的膨松性低，所以金属模面和无序毡片之间的间隙非常小。因此，树脂向该间隙的流动性差，结果易在此处生成空隙或针孔。如上所述，尤其在RTM成型方法或真空成型方法中，即使在最外层(表层的图案面)上设置无序毡片层也不能防止空隙或针孔的产生。
专利文献1特开2003-305719号公报专利文献2特开2002-234078号公报专利文献3特开平8-58008号公报专利文献4特开2003-11136号公报发明内容鉴于如上所述的现状，本发明的第1个课题为提供一种RTM成型方法及装置，所述RTM成型方法即使是对于比较大的三维立体结构，也不会产生树脂流通不到的区域，从树脂注入到含浸·固化的成型工艺相对于以往的RTM成型方法或装置也能高速进行，从而能实现缩短成型时间；提高生产速度、生产量，特别是增加每个模的生产量；降低制造成本。
另外，本发明的第2个课题为提供一种RTM成型方法及装置，所述RTM成型方法为在成型比较大的模即实际投影面积为1m2或1m2以上的纤维增强树脂制品的RTM成型中，能在短时间内高效地成型无空隙等高质量的成型制品。
而且，本发明的第3个课题为提供一种RTM成型方法，所述RTM成型方法为在注入树脂的工序中使注入的树脂容易且良好地遍布所期望的整个范围，从而制造出特别是在表面甚至是内部的图案面一侧不生成空隙或针孔、实现表面质量提高的纤维增强树脂。
为解决上述课题，本发明涉及的RTM成型方法其特征为将强化纤维基材配置到由多个模构成的成型模的模腔内，闭模后注入树脂而成型的RTM成型方法，其特征为，在所述强化纤维基材的表面方向假定分割区域，并形成分别向假定的各分割区域导入注入树脂至该分割区域内部的树脂导入通路，所述各分割区域为注入树脂可在区域内的整个表面内进行扩展并且可以沿基材厚度方向实质上均匀地含浸的分割区域。在上述RTM成型方法中，至少能在从闭模后到开始注入树脂为止，在规定的时间内从树脂排出管路进行真空抽吸。
另外，本发明中的RTM成型装置为将强化纤维基材配置到由多个模构成的成型模的模腔内，闭模后注入树脂而成型的RTM成型装置，其特征为，在所述强化纤维基材的表面方向上假定分割区域，并形成分别向假定的各分割区域导入注入树脂至该分割区域内部的树脂导入通路，所述各分割区域为注入树脂可在区域内的整个表面内进行扩展并且可以沿基材厚度方向实质上均匀地含浸的分割区域。在该RTM成型装置中，具有至少能够在从闭模后到开始注入树脂为止，在规定的时间内真空抽吸树脂排出管路的设备。
如上所述，在本发明涉及的RTM成型方法和装置中，对于具有较大面积的强化纤维基材，将其假定成适当大小的分割区域，形成向各分割区域分别导入注入树脂至该分割区域内部的树脂导入通路，通过该树脂导入通路注入树脂，结果能使树脂迅速且均匀地含浸强化纤维基材的整个区域含浸。分割区域的分割数，可以为如下述第1、第2方案所示的多个可数的分割数，也可以为下述第3方案所示的实质上无数个分割区域数。
本发明为特别解决上述第1课题，提供下述RTM成型方法，即在构成所述成型模的各模之间，配设具有在厚度方向上贯通的树脂流路的中间构件，通过该中间构件，能够从多处几乎同时将树脂注入强化纤维基材(第1方案涉及的方法)。
另外，本发明提供下述RTM成型装置，所述RTM成型装置为在构成所述成型模的各模之间设有中间构件，所述中间构件具有在厚度方向上贯通的树脂流路，通过该树脂流路能够从多处几乎同时将树脂注入强化纤维基材(第1方案涉及的装置)。
上述第1方案涉及的RTM成型方法及装置中，在任一个模上形成可实质上延伸至强化纤维基材全周的树脂排出用槽。另外，在上述中间构件上也形成可实质上延伸至强化纤维基材全周的树脂排出用槽。
上述中间构件可以为设有树脂流路用槽与贯通孔的结构，其中，所述树脂流路用槽形成在所述中间构件的一面上，所述贯通孔为与该槽连通、贯穿所述面的反面即强化纤维基材配置侧的面的贯通孔。
作为上述中间构件，可以使用金属制或树脂制中的任一种。另外，可以为上述中间构件和与其相对的模挟压树脂注入用构件(如树脂注入用管)而密封的结构。也可为上述中间构件和通过强化纤维基材与上述中间构件相对的模挟压树脂排出用构件而密封(如树脂排出用管)的结构。
作为上述中间构件也可使用具有多个贯通孔的多孔板或树脂制薄膜。此时，可以为在与中间构件相对的模上设有树脂流路用槽的结构。另外，也可以为在上述中间构件和与其相对的模之间形成间隙的结构，其中，该间隙在1～10mm范围内。
在上述强化纤维基材中层叠芯材的结构，可以采用具有代表性的从两侧用纤维增强基材挟住芯材的夹层结构。
为提高成型模的模具对合面部的密封性，特别是树脂注入部或排出部的密封性，缩短RTM成型循环时间，可采用下述结构在模具对合面部挟压设置树脂的注入用管及/或排出用管，该管与模之间用弹性体(密封用弹性体)密封。
上述密封性提高的结构，可以为在密封用弹性体中内藏O-环的端部的结构，所述O-环在模具对合面部密封成型模的模腔。
另外，为了排出树脂注入时产生的树脂中的溶存气体蒸发所生成的气泡、或模的角落中滞留的微小气泡，可以为边向上述成型模中加压注入树脂边间断地排出成型模内的气体和剩余树脂的结构。
在上述情况下，当加压注入树脂的所述成型模内的树脂压力为Pm，注入树脂的注入口的树脂流出压力为Pi时，选择性地使Pm＝Pi、Pm＜Pi，能够控制流入成型模内的树脂的流量。另外，可通过调节排出树脂的排出口的口径控制流入成型模内的树脂流量。也可以存储上述排出口口径的调节和其调节的时间点，根据该存储信息，自动控制成型模内的树脂流量。
另外，可以为向成型模的模腔内加压注入树脂时，树脂的单位时间流量(Qcc/min)与模腔的投影面积(Sm2)之比(Q/Scc/min·m2)在50＜Q/S＜600范围内的结构。
该情况下，可以为上述比(Q/Scc/min·m2)与树脂的加压力(PMPa)的乘积((Q/S)×PccMPa/min·m2)在20≤(Q/S)×P≤400范围内的结构。
另外，可采用上述树脂加压力在0.2～0.8MPa的范围内的结构、上述树脂在加热温度为60～160℃范围内的一定温度下固化3～30分钟的结构。
如上所述的第1方案中涉及的RTM成型方法及装置为基于下述基本思想、解决所述课题的RTM成型方法及装置。即，增加树脂注入口，使每个注入口的树脂流通区域变小。然后，在树脂含浸入强化纤维基材之前，使树脂暂时流入基材表面后滞留，对该树脂施加压力，使树脂迅速充分地流入并含浸整个区域。此时，树脂的充分流动可进入材料厚度部分。也就是说，预先使树脂在表面方向充分流动至较广区域，然后迅速充分地向基材的厚度方向流动、含浸。因此能够从基材的整个区域(不是从周边)将树脂注入基材，并极其快速地含浸基材。树脂排出优选从周边(根据情况，全周)进行。
为进行上述树脂流动行为，在上述RTM成型方法及装置中的各模间，例如一个模(如上模)和另一个模(如下模)之间，配设形成树脂流路的中间构件(如树脂注入多槽用的中间板)，通过该中间构件，树脂能够几乎同时从多处注入强化纤维基材中。例如，从设置在中间构件上的多处注入口，树脂几乎同时流入强化纤维基材，几乎均等地流入基材的整个区域。
另外，在强化纤维基材与上模(一个模)之间，设置作为中间构件的注入开口面积小的中间板(树脂流动阻力大的多孔板或穿孔薄膜等)，保持该中间板和上模之间的微小缝隙(如上述的1～10mm范围内的缝隙)，树脂也能流入该缝隙中。由于流动阻力小，从中间板的孔中流入之前，树脂能够充分覆盖广阔区域后滞留，然后通过贯通孔向强化纤维基材方向迅速充分地注入基材。因此，在该情况下，树脂也能从多处几乎同时均等地注入。
特别为解决所述第2课题，本发明提供一种RTM成型方法，所述RTM成型方法为从配置在所述模腔外周的树脂注入管路向树脂排出管路注入树脂，在所述强化纤维基材内含浸树脂后，使之加热固化的RTM成型方法，其中，所述树脂注入管路被分割成形成多个(第2方案涉及的方法)。
另外，本发明提供一种RTM成型装置，所述RTM成型装置为从配置在所述模腔外周的树脂注入管路向树脂排出管路注入树脂，在所述强化纤维基材内含浸树脂后，使之加热固化的RTM成型装置，其中，所述树脂注入管路被分割成形成多个(第2方案涉及的装置)。
第2方案涉及的方法及装置中，上述树脂注入管路和树脂排出管路，优选在上述模腔外周的整个区域上充分形成。另外，关于上述树脂注入管路和树脂排出管路，优选树脂注入管路的长度为所述树脂排出管路长度的2倍或2倍以上。
上述树脂注入管路及/或树脂排出管路，可由加工在成型模上的槽(凹部状的槽)构成。当成型模由上模和下模构成时，上述槽优选全部加工在下模上。
另外，上述树脂排出管路也可为分割形成多个的结构。
从分割形成多个的树脂注入管路进行的树脂注入，优选从距离树脂排出管路实质上是远端的一侧的树脂注入管路开始依次进行。另外，树脂排出管路也可在规定的时间后切换成树脂注入管路，进行树脂注入。
另外，第2方案涉及的RTM成型方法及装置可以采用在上述强化纤维基材上层叠芯材的结构，代表性的为从两侧用纤维增强树脂挟住芯材的夹层结构。
为提高成型模的模具对合面的密封性，特别是树脂注入部或排出部的密封性，缩短RTM成型循环时间，可以采用在模具对合面部挟压设置上述树脂注入用管及/或排出用管，该管与模之间用弹性体(密封用弹性体)密封的构造。
上述密封性提高的构造中，可以为在密封用弹性体中内藏O-环的端部的结构，所述O-环在模具对合面密封成型模的模腔。
另外，为排出树脂注入时产生的树脂中的溶存气体蒸发所生成的气泡、或模的角落中滞留的微小气泡，可以为边向上述成型模中加压注入树脂边间断地排出成型模内的气体和剩余树脂的结构。
在上述情况下，当加压注入树脂的所述成型模内的树脂压力为Pm，注入树脂的注入口的树脂流出压力为Pi时，选择性地使Pm＝Pi、Pm＜Pi，能够控制流入成型模内的树脂流量。另外，也能通过调节排出树脂的排出口的口径控制流入成型模内的树脂的流量。存储上述排出口口径的调节和其调节的时间点，可根据该存储信息，自动控制成型模内的树脂流量。
可以为当向成型模的模腔内加压注入树脂时，树脂的单位时间流量(Qcc/min)与模腔投影面积(Sm2)之比(Q/Scc/min·m2)在50＜Q/S＜600的范围内的结构。
在该情况下，可以为上述比(Q/Scc/min·m2)与树脂的加压力(PMPa)的乘积((Q/S)×PccMPa/min·m2)在20≤(Q/S)×P≤400范围内的结构。
另外，可采用上述树脂的加压力在0.2～0.8MPa的范围内的结构、上述树脂在加热温度为60～160℃的范围内的一定温度下固化3～30分的结构。
另外，为特别解决所述第3课题，本发明提供一种RTM成型方法，其中，所述强化纤维基材的至少单侧表层由连续纤维层构成，该表层正下面的一层由无序毡片层构成(第3方案涉及的方法)。
由于无序毡片层的纤维的排列方向无序且单位面积重量低，使树脂流动阻力小，因此可通过设置该无序毡片层，形成树脂流动较为容易的树脂流路。然后通过在至少单侧表层为连续纤维基材的正下面配置该无序毡片层，树脂注入时，特别是在表层附近能形成良好的树脂流，其中，沿表层的表面方向也能形成良好的树脂流，从而防止成为空隙的树脂含浸不良部分产生，提高成型制品的表面质量。
在第3方案涉及的RTM成型方法中，上述表层优选由3层或3层以下的连续纤维层构成。由于如果连续纤维基材过厚，则可能出现树脂很难通过该基材到达无序毡片层，或无序毡片层中流动性较好的树脂难以含浸表层的连续纤维基材的情况，因此优选使表层的连续纤维基材的层积状态为3层或3层以下。
另外，构成表层的连续纤维层的总单位面积重量优选为700g/m2或700g/m2以下，从表面图案性的观点考虑优选由平纹织物、斜纹织物、缎纹织物等织物构成。另外，成为针孔的原因的气泡容易滞留在上述织物的编织网纹中，但可以如上所述的通过在表面基材的正下方配置无序毡片层使气泡排出，防止针孔产生。所述表层，可由例如碳纤维织物构成。但作为强化纤维，可以使用碳纤维、玻璃纤维、芳香族聚酰胺纤维、金属纤维、硼纤维、氧化铝纤维、碳化硅高强度合成纤维等，特别优选碳纤维或玻璃纤维。其中，上述表层的强化纤维优选由碳纤维组成。
因配置无序毡片层的主要目的是形成树脂流动、含浸时阻力小的树脂流路，所以作为上述无序毡片层的总单位面积重量，优选低于表层材料或强化纤维基材150g/m2或150g/m2以下。该无序毡片层通过使矩阵式树脂的流动阻力低于强化纤维层，从而实现大幅度改善该树脂流动性或含浸性含浸、防止空隙或针孔生成、提高表面质量的作用。因此，只要能达成上述目的，从维持FRP的强度或刚性等机械特性方面考虑，不希望无法构成强化纤维的无序毡片层过多，优选如上所述使总单位面积重量在150g/m2或150g/m2以下。
无序毡片层可以使用碳纤维或芳香族聚酰胺纤维，但更优选使用比较便宜的玻璃纤维。
另外，在该第3方案涉及的RTM成型方法中，优选采用在上述强化纤维基材上层叠芯材的结构，代表性的为从两侧用纤维增强基材挟住芯材的夹层结构。
根据上述第3方案涉及的RTM成型方法，注入树脂的工序能使注入树脂容易且确实地遍布所期望的整个范围，能够得到特别是表面、甚至是内部的图案面一侧不会生成空隙或针孔且表面质量提高的纤维增强树脂。第3方案涉及的RTM成型方法，可以与第2方案涉及的RTM成型方法结合使用，从而能够更好的发挥无序毡片层的效果。
根据本发明中涉及的RTM成型方法及成型装置，由于即使是使用面积较广的强化纤维基材的情况，假定适当的分割区域，注入树脂也能够充分地遍布且良好地含浸各分割区域，所以可以不产生树脂流不到的区域的高速地实施从树脂注入到含浸·固化的成型工序，从而实现缩短成型时间、提高生产速度、增加生产量、降低制造成本。另外，能以所希望的状态在整个区域含浸树脂含浸，实现成型制品的表面质量的提高。
特别根据上述第1方案涉及的RTM成型方法及成型装置，由于通过中间构件预先使树脂流动至十分广阔的区域后树脂能够从多处几乎同时均等地注入强化纤维基材，因此即使是比较大的三维立体结构，也不会产生树脂流不到的区域，能够快速地实施成型。结果，能够实现大幅度地缩短成型时间；增加生产速度和生产量；增加每个模的生产量；降低制造成本。另外，即使是大型的成型制品，也能容易地防止树脂未含浸部分的生成，实现成型制品的质量的提高。
另外，根据上述第2方案涉及的RTM成型方法及成型装置，可以使以往RTM成型困难的较为大型的FRP成型制品以不生成空隙等缺陷的状态在短时间内高效稳定地成型。即，高循环的大量生产成为可能。
根据上述第3方案涉及的RTM成型方法，通过在至少单侧表层为连续纤维基材的正下面配置单位面积重量低于该表层基材或强化纤维层基材的无序毡片层，树脂向强化纤维基材中注入、含浸时，形成流动阻力较小且易于树脂流动的树脂流路，并且，由于纤维排列方向无序可以使注入树脂良好地遍布各个角落，防止由于空隙或针孔等树脂含浸不良为起因的缺陷的发生。特别是通过在表层正下方处配置无序毡片层，可高效地防止在成型制品表面产生上述缺陷，显著提高成型制品的表面质量，尤其是图案表面的质量。
为本发明的第1实施方案涉及的RTM成型方法中所使用的装置的分解侧视图。
图2A为图1的装置的上模的平面图，图2B为其正面图。
图3A为图1的装置的中间构件的平面图，图3B为图3A的沿C-C线的剖面图。
图4A为图1的装置的下模的平面图，图4B为图4A的沿C-C线的剖面图。
为本发明的第1实施方案与其他实施方案涉及的RTM成型方法中所使用的装置的剖面图。
为图5的装置的上模的底面图。
为图5的装置的下模的平面图。
为本发明的第2实施方案涉及的RTM成型方法及装置中所用的成型模之一例的侧视图。
为图8的成型模的下模的平面图。
为图9的下模的纵向剖面图。
为本发明的第2实施方案涉及的RTM成型方法及装置中所用的成型系统的概略整体构成图。
为本发明实施例中所用的树脂的特性图。
表示根据本发明的第3实施方案涉及的RTM成型方法所成型的纤维增强树脂的预成型基材的构成的部分剖面图。
表示向13所示的基材注入、含浸树脂含浸时的情况的的部分剖面图。
表示根据本发明的第3实施方案与其他实施方案涉及的RTM成型方法所成型的纤维增强树脂的预成型基材结构的部分剖面图。
表示向图15所示的基材注入、含浸树脂含浸基材时的样子的部分剖面图。
图17A为图13的预成型基材的表层基材的部分剖面图，图17B为其正面图。
图18A～C表示本发明第3实施方案中可使用的成型方法的概略构成图。
图13表示其他实施方案涉及的纤维增强树脂的构成的部分剖面图。
表示本发明涉及的RTM成型方法及装置中密封性提高构造之一例的成型模的概略分解侧视图。
表示其他密封性提高的构造例的成型模的纵向剖面图。
为成型模的模具对合面中使用的树脂注入·排出用管的侧视图。
图23A～F表示配设在成型模的模具对合面上的树脂注入·排出用管部的各种密封方案例的构造结构图。
符号说明1、20成型模2、21上模3、24中间构件4、22下模5树脂注入流路用槽6、24a贯通孔8、26树脂注入构件9、23强化纤维基材11、27树脂排出构件25缝隙(间隙)41RTM成型模42上模43下模44预成型基材(强化纤维基材)45模密封材料46、47、48树脂注入管46a、47a、48a密封用橡胶部件46b、47b、48b树脂注入阀门46c、47c、48c树脂注入流道46d、47d、48d树脂注入膜状浇口(filmgate)49树脂排出管49a密封用橡胶部件49b树脂排出阀门49c树脂排出流道49d树脂排出膜状浇口50模腔
51销孔52栓销54RTM成型系统55金属模升降装置56金属模升降用油压装置57树脂注入装置58真空泵59树脂收集器(trap)60温度调节器61a主剂容器61b固化剂容器62加压装置63混合装置64支管65树脂注入流路66油压气缸67排出流路68油压泵71、76、100纤维增强树脂72、72a、72b表层基材73、73a、73b无序毡片层74、74a、74b构成强化层的强化纤维基材75a、75b、75c、75d树脂流动线路75、77a、77b树脂78、79、82气泡83上模84下模85树脂注入口86抽吸口
87预成型基材88树脂注入用流道89抽吸用流道90密封槽91树脂容器92、95阀门93树脂注入通路94真空泵96抽吸通路97成型制品101芯材111、131、151上模112、132、152下模113、133模腔114、138树脂注入用流道115、139树脂排出用流道116、134树脂注入用管117、135树脂排出用管118、119、136、137、153密封用弹性体121、154O-环122强化纤维基材123强化纤维预成型体124芯材125强化纤维基材126、127浇口具体实施方式
以下，参照
本发明所希望的实施方式。首先，作为本发明中的强化纤维基材，可以使用碳纤维、玻璃纤维、芳香族聚酰胺纤维、金属纤维、硼纤维、氧化铝纤维、碳化硅高强度合成纤维等，特别优选碳纤维。强化纤维基材的形态没有特别限定，可以采用单向薄板或织物，通常以将其层叠数层形成强化纤维基材，根据需要预先赋型的预成型的形态使用。
作为本发明涉及的RTM成型方法和装置中使用的树脂，优选RIM用(Resin Injection Molding)单体等，所述单体能够形成粘度低、容易含浸强化纤维的热固化性树脂或热可塑性树脂。作为热固化树脂，含浸例如可以举出环氧树脂、不饱和聚酯树脂、聚乙烯酯树脂、酚醛树脂、鸟粪胺树脂或双马来酰亚胺·三嗪树脂等聚酰亚胺树脂、呋喃树脂、聚氨基甲酸酯树脂、聚邻苯二酸二烯丙酯树脂、还有三聚氰酰胺树脂或尿素树脂或氨基树脂。
还可以举出聚酰胺纤维6、聚酰胺纤维66、聚酰胺纤维11等聚酰胺；或这些聚酰胺的共聚物；或聚对苯二甲酸乙烯酯、聚对苯二甲酸丁烯酯等聚酯；或这些聚酯的共聚酯；还有聚碳酸酯、聚酰胺亚胺树脂、聚苯硫醚、聚(二)苯醚、聚砜类、聚醚砜、聚醚醚酮、聚醚亚胺、聚烯烃等，另外还有聚酯橡胶、聚酰胺橡胶等代表性的热可塑性橡胶等。
另外，也可以使用掺合选自上述热固化性树脂、热可塑性树脂、橡胶中的多种的树脂。
其中，从抑制对汽车用外板构件的图案性带来影响的成型时热收缩的观点考虑，作为优选树脂，可举出环氧树脂。
通常，作为复合材料用环氧树脂，主剂可以使用双酚A型环氧树脂、苯酚基酚醛型环氧树脂、环氧丙胺型环氧树脂。另一方面，作为固化剂，考虑到在二氰二酰胺中组合二氯苯基二甲基尿素的固化剂类在操作性、物理性质等的平衡上优良，而优选使用。但是，没有特别限定，也可以使用二氨基二苯基砜、芳香族二胺、酸酐聚酰胺等。另外从保持外板适当的刚性的观点考虑，树脂与所述强化纤维的比率优选重量比率在20∶80～70∶30的范围内。其中，从降低FRP结构体的热收缩性，抑制裂纹生成的观点考虑，更优选配合了环氧树脂或热可塑性树脂或橡胶成分等的变性环氧化树脂、聚酰胺纤维树脂、双环戊二烯树脂。
另外，本发明也能适用于具有纤维增强树脂和芯材的层叠结构的纤维增强树脂结构体的成型。例如可以举出，在芯材两侧配置有纤维增强树脂的夹层结构。作为芯材，可以使用弹性体或发泡材料、蜂巢状材料，其中发泡材料或蜂巢状材料因轻质化而优选。作为发泡材料的材质没有特别限定，可以使用例如聚氨基甲酸酯或丙烯酸树脂、聚苯乙烯、聚亚胺、氯乙烯、酚等高分子材料的发泡材料等。作为蜂巢状材料的材质没有特别限定，可以使用例如，铝合金、纸、芳香族聚酰胺纸等。
图1～图4表示本发明的第1实施方案的RTM成型方法及装置。图1中，成型模1由多个模构成，在本实施方案中，包括作为一个模的钢制的上模2和作为另一个模的相同材质的下模4，中间含有作为中间构件的树脂制(如聚乙烯)中间板3。该上模2和中间板3，形成树脂注入流路和通向基材的注入槽。在中间板3上加工有与树脂注入构件8连通的树脂流路用槽5，各槽5的端部加工有(穿孔)注入槽用贯通孔6。树脂注入构件8由金属制导管或树脂制管构成，在构成上模2的金属模和中间板3上密封有经橡胶等弹性体构成的密封材料10a。上模2和中间板3的周边部用O-环7密封，O-环7与密封材料10a相结合。在上模2的四角中设置有用于连接中间板3或下模4的导槽13。
强化纤维基材9设置在下模4的模腔部位，在基材9的外周侧加工有树脂排出用槽12(流道)。剩余树脂可以从插入槽12的部分的树脂排出用管11排出模外。密封用O-环14设置在该槽12的周围，与用于管11和金属模4之间的密封的弹性体等构成的密封材料10b结合。
图2表示上模2，图2A为其平面图，图2B为正面图。在上模2中形成树脂注入流路15，树脂注入构件8的上半部分能伸入该入口中。
图3表示中间板3，图3A为其平面图，图3B为图3A的沿C-C线的剖面图。本例的中间板3的尺寸为宽度1800mm、长度2000mm、厚度12mm。在中间板3中，加工有呈放射状延伸的树脂流路用槽5，所述树脂流路用槽5与由金属导管或树脂管的树脂注入构件8连通，在其槽5中间或端部穿孔有直径5mm的注入槽用贯通孔6。本例中，槽尺寸为宽度5mm、深度4mm，呈放射状延伸的流路长度各自为540mm。周边用O-环7密封，并与上述弹性体10a结合。
图4表示下模4，图4A为其平面图，图4B为图4A的沿C-C线的剖面图。成型面的中央模腔部中铺放纤维增强基材9(例如，6层东丽(株)制toraycaT300平织物CO6644B(单位面积重量；300g/m2))。在该基材的外周侧加工有树脂含浸后的树脂排出用槽12(流道尺寸为宽度12mm、深度5mm)。剩余树脂可以从插入槽12的部分的外径12mm、内径10mm的树脂排出管11排出模外。
在采用上述构成的上下模2、4和中间板3的成型中，由于在中间板3上形成多个树脂流路，因此从树脂注入构件8注入的树脂，首先沿着中间板3的表面方向迅速流动，遍布广阔的区域。然后，由于通过适当设置的多个贯通孔6，从多处实质上几乎同时地充分地注入强化纤维基材9中，因此树脂能够良好且迅速地含浸强化纤维基材9的广阔的区域含浸。即，由于贯通孔6的流动阻力比树脂流路高，注入树脂暂时滞留在中间板3的表面，然后通过多处的贯通孔6实质上几乎同时地含浸到强化纤维基材9中。实际中使用环氧树脂，在金属模温度90℃下成型的结果为可以防止树脂未含浸部分的产生的同时，使树脂注入、含浸时间大幅度缩短至以往的1/10或1/10以下，达到快速成型。
图5～图7表示上述第1实施方案和其他实施方案涉及的RTM成型方法和装置。图5所示，在成型模20的上模21和下模22之间配备由多孔板或穿孔薄模构成的中间构件24(本实施方案下为多孔板)。在上模21中加工有树脂流路用槽36a、36b(图6)能遍布整个区域。多孔板24和上模21之间形成间隙25，本实施方案中仅形成(0.5～1mm左右)的间隙25。另外，如果多孔板或穿孔薄膜中孔的位置与加工在上模中的槽的位置相吻合，则能更高效地进行树脂流动·含浸。从用密封构件28(例如橡胶片)密封的树脂注入构件26流入的树脂，几乎全部流入上述间隙25中，充满该间隙25的空间。在多孔板24上的整个区域以3～8mm的间隔开有微小的贯通孔24a(直径为0.5～3.5mm左右)。因此，树脂的流动阻力也远远大于流入上述间隙25的阻力。模腔31中配备强化纤维基材23，闭合上模21后，利用经密封构件29密封的排出构件27进行真空抽吸。加压充填在上述间隙25中的树脂，从多孔板24的孔24a迅速充分地加压注入且覆盖至整个区域。含浸后的剩余树脂，流入设置在模腔31周边的膜状浇口/流道中，从排出管27排出到外部。如果树脂含浸至整个区域，则关闭排出管27，保持树脂压力同时加热固化。脱模时抬起上模21，将成型制品与多孔板24一起从下模中取出，再与多孔板24分离。在分离多孔板24时或在成型制品上粘附树脂突起后的加工费时的情况下，可以预先在多孔板24和强化纤维基材23之间配置脱模用织物(聚丙烯或聚乙烯制的织物也称可剥保护层(Peel ply))。另外，根据情况的不同，也可以不配置多孔板24，只配置脱模用织物。
图6表示上模21，在成型制品面的整个区域上加工有用于分配树脂的树脂流路用槽36a、36b。作为一例，在中央加工有主要流路(宽度8mm×深度5mm)，在其两侧以10mm的间隔加工有辅助流路(宽度3mm×深度3mm)几乎直至末端。另外，在金属模中加工有用于配置树脂注入管26或树脂排出管27和金属模之间的密封构件28、29的槽32、33。
图7表示下模22，在模的几乎整个面上加工有成模用模腔31。在树脂排出侧也加工有与模腔31相连的膜状浇口和流道30。在与上模21吻合的位置上，在金属模中，加工有用于配置树脂注入管26或树脂排出管27与金属模之间的密封构件28、29的槽34、35及密封用O-环槽37。
使用如上结构的上下模21、22和作为中间构件的多孔板24的成型中，树脂沿着多孔板24的表面方向迅速流入间隙25内，并充满广阔的区域。然后，通过设置在多孔板24中的多个贯通孔24a从多处实质上几乎同时地注入强化纤维基材23中，所以树脂能够良好且迅速地含浸强化纤维基材23的广阔的区域含浸。因此在本实施方案中也可以防止树脂不能遍布的区域的产生，同时能够大幅度地缩减树脂注入·含浸时间，实现快速成型。
实施例1在上述各实施方案中，在成型面(模腔面)中金属模的尺寸为1500mm×1200mm×深度3mm，作为强化纤维基材，使用层叠8层东丽(株)制的toraycaT700织物BT70-30(300g/m2)的层叠物，作为树脂，使用高速固化型环氧树脂(主剂“Epikoto”828(油化Shell Epoxy社制环氧树脂)；固化剂东丽(株)掺合(blend)TR-C35H(咪唑衍生物))成型时，即使是比较大型的成型制品，也能够良好且快速地成型。需要说明的是，在树脂注入压力为0.7MPa时，树脂完全含浸基材的时间都为5分钟或5分钟以下，能够缩短至以往方法的1/5～1/10或1/5～1/10以下。
如图8～图12表示本发明的第2实施方案涉及的RTM成型方法和装置。图11表示使用本发明涉及的RTM成型装置的成型系统54之一例的概略构成图。RTM成型金属模41由上模42和下模43组成，上模42安装在金属模升降装置55上，所述金属模升降装置55通过含有油压泵68、油压气缸66的金属模升降用油压装置56进行升降。下模43中设有直接强化纤维基材或预成型基材44(强化纤维基材)，该预成型基材44为了容易装入成型模而预先赋予制品形状，关闭上模42。作为成型模的材质可以举出FRP、铸钢、构造用碳钢、铝合金、锌合金、镍电铸、铜电铸。从刚性、耐热性、操作性方面考虑，优选构造用碳钢用于量产。
在成型金属模41上，配置有连接在与树脂注入流道相连的多个树脂注入管46、47、48上的一个排出管49。各个树脂注入管46、47、48和排出管49通过各个注入阀门46b、47b、48b和排出管阀门49b连接在树脂注入流路65、排出流路67上。树脂注入流路65连接在树脂注入装置57上。分别向树脂注入装置57的主剂容器61a、固化剂容器61b中装入主剂、固化剂，其中，各容器备有能加热、真空排气的装置。树脂注入时，通过加压装置62树脂从各个容器流向树脂注入流路65。该加压装置62，作为一例可使用注射泵62a、62b，通过同时挤压该注射泵确保定量性，优选用于通过2液混合固化的树脂。押出的主剂、固化剂经混合部件63混合后流入树脂注入流路65。为防止树脂流入真空泵58中，排出流路67与树脂收集器59相连。
另外，树脂注入管的数量或位置，根据成型模的形状或尺寸或在一个模内同时成型的成型制品数量的不同而变化，但为防止来自树脂注入装置57的注入用流路65与树脂注入管46、47、48的连接处增加，使注入操作变得杂，优选注入管尽可能少。但是，为了高速成型比较大的成型制品，通过使用多个树脂注入管同时或依次进行树脂注入，与用单个注入管进行树脂注入相比，能以数倍的速度高效地进行树脂流动、含浸。
图9为高速成型四角具有曲率的平板的RTM成型模的平面图，特别是下模43的平面图。如图8所示，上模42和下模43以下述状态闭模通过使上模42侧的栓销52插入下模43侧的销孔51中重合位置，之间用模密封材料45密封。图10表示图9所示的成型模的剖面图。参照图9说明，作为该平板的成型方法的以往的RTM成型方法，为如下所述的成型方法从连通树脂注入流道46c与树脂注入膜状浇口46d的注入管46处加压注入树脂，流向排出膜状浇口49d和排出流道49c，含浸强化纤维基材，其中，所述树脂注入流道46c与树脂注入膜状浇口46d构成成型模腔50的外周的一边上的树脂注入管路，所述排出膜状浇口49d构成与排出流道49c构成与对面所设的排出管含浸49连通的成型模腔50的外周的一边上具有的树脂排出管路。即，从由成型模腔50的外周的一边构成的单一树脂注入管路(由与树脂注入管46相连的树脂注入流道46c和树脂注入膜状浇口46d组成)，向由成型模腔50的外周的一边构成的单一树脂排出管路(由与树脂排出管49相连的树脂排出膜状浇口49d和树脂排出流道49c组成)，从树脂注入管路使加压的树脂流入成型模腔内的纤维增强基材中，并使之含浸。
该方法中，在形成比较小的成型制品即从树脂注入管路到排出管路的距离短的成型制品的情况下，可在较短时间内成型并量产，但是，在大型成型制品即从树脂注入管路到树脂排出管路的距离长的情况下，因树脂流动以高次函数递减，所以树脂流动时间也变长，根据情况的不同，存在着达到树脂凝胶化时间仍未完成含浸的情况。在该情况下，可采取使用低粘度的树脂、提高树脂的压力高速注入的方法，但该操作可使强化纤维在树脂流压力的作用下变得混乱，且因成型制品的尺寸或形状不同对成型制品的整个区域的含浸有一定的局限。
如上所述，根据以往的RTM成型方法当成型制品因大型而难以快速成型和量产时，可通过如图9所示的不只在成型模腔50的外周的一边设置、而在多处设置树脂注入管路而解决。即，除以往的树脂注入管路46外，通过对树脂排出管路49侧追加树脂注入管47、48，从由树脂注入流道46c和树脂注入膜状浇口46d组成的树脂注入管路、由树脂注入流道47c和树脂注入膜状浇口47d组成的树脂注入管路、由树脂注入流道48c和树脂注入膜状浇口48d组成的树脂注入管路同时或依次进行树脂注入，可消除以高次函数递减的树脂流动。总之，树脂注入管路和树脂排出管路可设置在成型制品(即，强化纤维基材的全体)的外周的全部区域。特别有效的方法是在该外周一半或一半以上设置树脂注入管路，更理想的情况为如果设置树脂注入管路为树脂排出管路的2倍或2倍以上，则能极高效高速地成型。另外，图9中的46a、47a、48a、49a分别表示密封用橡胶构件。
来自树脂注入管47、48的树脂注入是否填补来自树脂注入管46的树脂注入或注入时间必须根据成型制品的型号或形状决定。另外，在该情况下，由于来自填补的树脂注入管47、48的树脂容易从基材中央抢先进入侧边部分，所以必须进行下述修改使树脂排出管路的长度尽可能地短于1边，或改变树脂排出管49的位置等。
另外，在成型制品类似于如图8、图9所示的平板为左右比较对称的形状或L/D(长宽之比)较大例如2倍或2倍以上的情况下，除树脂排出管路49以外，以树脂注入管46为起点的树脂注入管路从最初就作为树脂排出管路，使从以树脂注入管47、48为起点的树脂注入管路的注入树脂流分为左右两部分高效含浸的方法也是有效的。
当树脂注入强化纤维基材的几乎全部区域时，或注入途中，将树脂排出管路改变成为树脂注入管路的方法也有效。即，在树脂流动差，无论怎样等待树脂流出，进入树脂排出管路，树脂也无法到达树脂排出管路的情况下，可以通过相反地从该树脂排出管路注入树脂，防止树脂未含浸部分的产生。
例如，预先在模内配置检测树脂流动的树脂检测传感器，在树脂到达树脂排出管路前开始凝胶化而滞留等情况下，从树脂排出管路注入树脂，可以有效地防止树脂未含浸部分的产生。
树脂注入流路65或树脂注入管46、47、48的材料必须考虑到确保充分的流量和与树脂的适合性(耐热温度或耐溶剂性、耐压力等)。该注入流路或注入管使用口径为5～30mm的材料，为能耐受树脂注入压力其耐压性必须在1.0MPa或1.0MPa以上，为能耐受树脂固化温度其耐热性必须在100℃或100℃以上。因此，优选如厚度为2mm左右的“Teflon”(注册商标)制管。但是，除“Teflon”(注册商标)以外，也可以为比较便宜的聚乙烯管或聚酰胺纤维管、钢、铝或铜等的金属管。
需要说明的是，树脂排出管9的数量或位置，根据成型模的形状或尺寸、一个膜内同时成型的成型制品数量的不同而有所变化，但考虑到树脂流动稳定及树脂流动控制操作简单，优选树脂排出口尽可能少。
树脂排出管或树脂排出流路的材料也和树脂注入流路65相同，必须考虑到确保充分的流量和与树脂的适合性(耐热温度或耐溶剂性、耐压力等)。作为树脂排出流路67可以举出钢、铝等的金属管，或聚乙烯、“Teflon”(注册商标)等的塑料制管，从操作性方面考虑更优选直径为5～10mm、厚度为1～2mm的“Teflon”(注册商标)制塑料管。
设置在树脂注入时的树脂注入流路46～48、树脂排出流路49中的注入阀门46b～48b或树脂排出阀门49b，可由直接操作者用大力钳(ViseGrip)等夹住流路使全部区域开闭或改变口径。另外，可在大力钳的手柄部分设置调节器使之自动化，或使用电磁阀门或空气控制(air operation)阀门等代替大力钳的阀门开闭装置。然后，也可通过连接该阀门开闭装置与预先输入阀门开闭信息的记忆装置，进行精确度更高地开闭。而且树脂排出阀门49b不只是单单的开闭两个值，也可改变流路口径(球型阀门的开度调节)。
根据利用注射泵等的加压方法，树脂加压也能得到定量性。树脂的注入压优选在0.1～1.0MPa的范围内使用。此处树脂注入压是指使用加压装置62加压能得到的最大压力。
最终，树脂完全含浸进入模内的强化纤维基材中，当到达树脂排出管49或树脂排出流路67时关闭排出阀门49b，然后在树脂加压装置62所施加的注入压力下暂时保持模内压力后，也关闭树脂注入阀门46b～48b，完成树脂注入。成型模通过载热体循环式温度调节器60加热使树脂固化。作为载热体可使用水、蒸汽或矿物油等。
通过如上所述的成型设备(成型系统)54进行RTM成型，为了得到不会产生空隙等缺陷、具有优良的外观质量、具有规定力学特性的高质量的FRP成型制品，强化纤维基材的裁断、层叠、预成型化、在模中铺放等预先适当地准备的同时，从树脂注入、含浸至固化的成型条件也非常重要。特别是，必须适当地设定考虑了生产性(生产的效率化)的制造条件。
因此，已经指出在充分地考虑反应性树脂特性的同时，必须将“树脂注入压力”、“成型温度”或“树脂流速”、“树脂的温度特性”等设定为与成型尺寸相适应的适当值。特别指出，由于本专利考虑到生产效率需流动性好，另一方面，以在短时间内凝胶化后立即固化的反应性树脂材料为对象，所以必须高速流动含浸。
但是，如果升高树脂压力、加快流速注入，则如上所述容易导致基层材料混乱或在表面生成空隙或麻点。由于单纯加快注入速度能够引起所述外观质量方面的问题，因此必须设定与被含浸材料相适应的树脂流速，即与该基材面积相适应的流量。
另外，本实施方案涉及的RTM成型方法和装置，并不仅仅是一般的RTM成型方法，也是模内空气由真空抽吸排出的同时或大部分排出后注入树脂，然后关闭抽吸口进行加压注入固化的RTM成型方法，还包括，成型模在一面用薄膜等包装材料封住膜腔部，真空抽吸模腔后，利用真空压加压，向模腔内注入树脂成型的真空RTM成型方法，其中，所述一般的方法为成型模由上下两个模构成，加压树脂边从树脂注入口流入边与模内的空气一起经树脂排出口排出，排完空气的时刻关闭排出口，边加压模内树脂边固化。
实施例2图11所示的本实施方案涉及的RTM成型系统54中，作为根据本发明的成型条件成型之一例，说明大型平板(长度1500mm×宽度700mm×高度(厚度)3mm)成型的例。本例中使用的RTM成型金属模1的整体图如图8、图9所示，成型中所用的树脂的温度和粘度的关系及在成型温度下的树脂固化度-时间特性如图12A和图12B所示。在含有树脂注入管46～48、排出管49的成型模41(与上模42、下模43相同的长2000mm、宽1000mm、高350mm)的下模43中所设的成型模腔部50中，层叠8层(0/90°定向基材，4层；45°定向基材，4层)东丽(株)制碳纤维“torayca”织物(CO6343BT300B-3K、目192g/m2)后，配置预先赋形为平板形状的预成型基材44，用金属模升降装置55闭合上模42，完全密闭。上模42通过金属模升降装置55被施加200吨的压力。另外，上模42与下模43同时利用温度调节器60(图12)几乎相同且保持稳定地升温到100℃。
如图10所示，设置在下模43中的树脂注入管路(例如树脂注入管46的位置)通过分支管64与树脂注入流路65相连，途中结构由通过注入阀门46b的树脂注入管46、使通过该树脂注入管加压注入的树脂呈线状暂时储存的树脂注入流道46c、与该树脂注入流道46c连通的向模腔内注入树脂的树脂注入膜状浇口46d(与上模的间隙；0.5mm)构成。如图9所示树脂注入管路的其他处也以相同的结构设置形成左右一对的树脂注入管47、48。另外，树脂排出管路与树脂排出流路67连通，途中结构由通过树脂排出阀门49b的树脂排出管49、与该树脂排出管相连且使排出的树脂呈线状暂时储存的树脂排出流道49c、与该树脂注入流道49c连通的从模腔内使树脂与气体等一起排出的树脂排出膜状浇口49d(与上模的间隙；0.5mm)构成，设置在1边。
结果，树脂注入管路和树脂排出管路几乎能够充分地包围在模腔的全周。另外，树脂注入管路为树脂排出管路的近5倍的长度。
图11所示的树脂注入流路65和树脂注入管46～48共同使用直径为12mm、厚度为1.5mm的“Teflon”(注册商标)制管。另一方面，排出流路67和排出管49共同使用直径为16mm、厚度为2mm的“Teflon”(注册商标)制管。为防止排出流路67中树脂流入真空泵58中，中途设有树脂收集器59。
另外，为进行树脂注入管46～48或排出管49和下模43之间密封，在腔面的外周分别设置密封用橡胶构件46a～49a，为确保上下模间的密封在腔面的外周配设模密封材料(O-环)45。
上述成型装置中，用真空泵58从树脂排出口49排出模内(模腔内)的空气，用真空压力计(记载略)确认模内压力在0.01MPa或0.01MPa以下后，开始注入经具有加压装置62的树脂注入装置57加压的环氧树脂。需要说明的是，加压装置62使用注射泵62a、62b，形成可防止树脂注入时树脂逆流到容器侧的结构。所用树脂为混合了主剂“Epikoto”828(油化Shell Epoxy社制环氧树脂)、固化剂东丽(株)掺合(blend)TR-C35H(咪唑衍生物)得到的液态环氧树脂。金属模温度即成型温度为100℃时该环氧树脂的粘度-时间特性，详述为以环氧树脂组合物的粘度变化作为树脂固化曲线的追踪指标所用的固化指数的值如图12A所示。由图可知，在约6分钟内该树脂固化指数上升90％，达到可脱模的状态。
树脂注入装置57中，预先边搅拌主剂61a、固化剂61b边在60℃下加热，使之降到规定的粘度，并用真空泵58进行排气。
树脂注入初期，被搅拌的树脂混合装置中的空气或树脂注入流路用管内的空气进入模内，所以为使其不流入模内将混有空气的树脂从图中未显示的支路中排弃，然后确认树脂内无空气混入后，向模内注入加压树脂。另外，加压装置注射泵62a、62b的流出条件设定在500cc/冲程。排弃最初混入气体的树脂后，利用树脂注入流路65中配备的注入压力计(图示略)确定注入树脂压力(0.6MPa)，打开注入阀门46b，向模内注入树脂。注入开始时，排出管49的排出阀门49b呈开放状态。
从树脂注入管46开始注入树脂经1分30秒后开放树脂注入管47的阀门47b，开始从树脂注入管47注入树脂。然后，再经1分钟后开放树脂注入管48的阀门48b，开始从树脂注入管48注入树脂。
其间，作为用于促进树脂向强化纤维基材含浸及高效地除去该基材中内藏的微量气泡的操作，可使用大力钳将排出阀门49b开闭4次。
从树脂注入管46开始注入树脂，经3分30秒后树脂可从排出管49中流出。然后，在此状态下使树脂流出约30秒后，关闭排出管49的阀门49b。从树脂注入开始约为4分钟。
在树脂完全注入含浸结束的上述状态下，以树脂压0.6MPa保持压力30秒后，保持加热12分钟，从金属模中取出成型制品。
评价成型制品的全部区域的外观，无空隙或针孔，是极富图案性的优质品。
比较例1作为比较例1，在上述成型装置和条件下，不从树脂注入管47、48注入任何树脂(封锁流道47c、48c和膜状浇口47d、48d)，仅从树脂注入管46注入成型时，树脂注入含浸需要约11分钟，而且在排出部位附近产生约有400cm2的未含浸部位。
实施例3另外，上述实施例2是强化纤维树脂基材的单板构造，作为其他的实施例，即使是内部含有模芯(厚10mm，表面比重0.1)的碳强化纤维夹层结构(在所述模芯的上下面上分别层叠3层上述碳纤维“torayca”织物)，也能得到表面质量几乎相同优良的成型制品。附带说明，含浸时间约4.5分钟，为上述同样短的时间。
然后，说明本发明的第3实施方案涉及的RTM成型方法。首先，参照图18说明根据该RTM成型方法的强化纤维基材的制造。如图18所示，两个模的上模83中设置树脂注入口85和抽吸口86。下模84中含有树脂注入用流道88和抽吸用流道89，模腔周围形成密封槽90。同时加热上述上下模83、84至规定的温度。在下模84的模腔表面上配置作为强化纤维基材的预成型材料87后，降下上模83，与下模84形成模腔。按本发明中规定作为该预成型材料的结构，如图13或图15所示预先在表层的连续纤维基材的正下方配置无序毡片层。
在该状态下，如图18B所示，利用阀门92封闭与树脂容器91连通的树脂注入经路93，利用阀门95开放与真空泵94连通的抽吸经路96，然后，通过与抽吸经路96相通的抽吸口86、抽吸用流道89真空抽吸模腔。抽吸经路的阀门95以开放状态，开放树脂注入经路93的阀门92，利用泵加压树脂容器91内的矩阵式树脂的同时通过树脂注入经路93注入注入口85中，从树脂注入用流道88加压注入模腔。树脂流动至模腔的全部区域，含浸入树脂增强材料87的全部区域，剩余的树脂与模腔内特别是强化纤维基材内残留的气泡一起通过抽吸口86流入抽吸经路96后，关闭抽吸经路96的阀门95，暂时向密封的模腔内施加树脂压(静压)，使之充分含浸。然后，关闭树脂注入经路93的阀门92，在规定的时间内，保持加热状态使树脂固化。
然后，如图18C所示，升高上模83，脱出留在下模84中的成型制品97。需要说明的是，本发明涉及的纤维增强树脂的制造方法，也能适用于其他的真空成型方法、预成型料/压热器固化法、RFI(Resin FilmInfusion)、半固化浸胶物/烘箱加热固化法等。
根据上述制造方法，按如下所示制造本发明涉及的纤维增强树脂。
实施例4如图13所示，在制造强化纤维基层树脂71时，在表层72(连续纤维基材)内配置1层作为图案用的东丽(株)制toraycaT300织物CO6343B(单位面积重量；200g/m2)后，配置作为其正下方的一层由玻璃纤维构成的无序毡片层73(单位面积重量；70g/m2)。在所述无序毡片层73下方，配置作为增强层的3层构成的强化纤维基材74(东丽(株)制toraycaT700织物BT70-30；单位面积重量；300g/m2)，构成预成型基材87。使用该预成型基材87，根据图18A～图18C所示的RTM成型方法形成CFRP(碳纤维增强树脂)。此时，金属模(由上模83和下模84构成)的温度为95℃，利用具有真空排气功能的树脂容器91将温度保持在60℃的环氧树脂75在树脂压为0.6MPa下加压注入成型。需要说明的是，树脂容器91由主剂环氧树脂用容器和固化剂用容器构成。
根据图18B的A部分的放大14说明上述RTM成型中树脂流动状况。从树脂容器91流出的环氧树脂75，通过注入口85填充到设置在下模的树脂注入用流道88中，然后从该流道88中流出，经过由模腔和流道88间形成的间隙(1mm前后)膜状浇口，流入模腔内。此时，树脂流入基材87的厚度方向的全部区域，与碳纤维织物构成的部位相比，由于玻璃纤维的无序毡片层73的区域比基材粗，流动阻力低，所以主动向无序毡片层73的层流动。由于作为图案用基材而配置的碳纤维织物72直接被押在上模83上，且该织物72和上模83之间几乎无间隙，所以被注入的树脂其中大部分的树脂从无序毡片层73流出，向上模83的方向流动，流进所述织物72和上模83之间的间隙。即使真空抽吸模腔，该织物72的网纹或该织物72和上模83之间的间隙中残留的气泡78也能沿流线75a至75b的树脂流流动，排出到腔膜之外。特别指出，如图17A、B所示，构成织物72的经线72c和纬线72b的交织点中未排出的残留气泡容易滞留。该气泡与上述树脂流一起排出模腔外，可防止空隙或针孔的产生。
实施例5上述实施例4是图案面为单面的情况，也形成图15所示的纤维增强树脂76。即，即使在要求多面(图15中上下面)为图案面且高表面质量的情况下，也可与上述相同地在成为图案面的表面的强化纤维基材(72a、72b)的正下方配置由单位面积重量为30g/m2的玻璃纤维毡片构成的无序毡片层(73a、73b)，以与上述相同的条件注入树脂。如表示图18B的A部分的图16所示，利用从流线75a向75b流动的树脂流、或从流线75c向75d流动的树脂流，流自无序毡片层73a或73b的树脂高效地流入表层用基材72a与上模83、相对面的表层用基材72b与下模84之间的各自的空隙处，使空隙消失，从而边排出滞留的气泡78、79边充满含浸含浸整个区域。因此，相对于正反两面，气泡与上述树脂流一起排出膜腔外，防止空隙或针孔的生成。
实施例6形成如图19所示所示的夹层结构中央具有聚氨基甲酸酯树脂制模芯101；在其两面层叠有多层东丽(株)制toraycaT300织物CO6644B(单位面积重量；300g/m2)作为增强层74a、74b；进一步在其上分别配置玻璃纤维的无序毡片73a、73b(单位面积重量；50g/m2)；在形成最外层的各表层内分别配置有东丽(株)制toraycaT300织物CO6343B(1股；3K系，单位面积重量；200g/m2)。按照图18A～图18C所示的RTM成型方法将该夹层结构成型纤维增强树脂100。金属模(上模83、下模84)的温度设定为85℃。图中77a、77b表示注入、含浸、固化的环氧树脂。结果，能够形成具有夹层结构的、特别是具有良好表面(两面)质量的FRP构造体。
比较例2作为上述实施例的对比，取出实施例4中的由配置在表层72的正下方的玻璃纤维构成的无序毡片层73，其他的表层和强化纤维层的纤维结构全部为相同结构。另外，FRP成型方法也以与实施例4完全相同的成型条件进行RTM成型。
成型结果为由于没有树脂流动阻力小的无序毡片层，所以与实施例4相比虽然树脂开始注入后直到剩余树脂从抽吸口86中流出的时间多消耗了1.38倍，但也得到了成型制品。但是，实施例4中未出现的针孔82在如图17B所示的网纹或经线和纬线的交织点中多处出现，以表面图案性判断为劣质品。
如上所述的本发明涉及的RTM成型方法和装置中，为提高树脂注入部及/或树脂排出部的密封性，可采用如下所示的构成。需要说明的是，虽然本发明是以假定所述的分割区域为前提，但以下参照图20～图23说明单纯的成型模型。参照该图20～图23说明的密封结构，能够适用于本发明涉及的RTM成型方法和装置，特别是所述第1和第2方案涉及的RTM成型方法和装置。
即，该结构为在模具对合面挟压设置树脂的注入用管及/或排出用管，该管与模之间用弹性体密封的结构，优选为，在密封用弹性体中内藏O-环的端部的结构，所述O-环在模具对合面密封成型模的模腔。由于挟持树脂注入用管及/或排出用管进行固定，所以不使用例如在成型模中穿孔的树脂注入用贯通孔或套筒(sleeve)等，也能容易地安装、清洗，结果能够缩短成型周期，达到更高效地成型。另外，该管使用便宜的树脂制管等，成型后可直接废弃处理，因此能够大大削减清洁工作，并由于工作量削减引起成本降低。进而，由于通过使用密封用弹性体，能更加确保模腔内的真空和保持成型中的真空，同时也能防止树脂渗漏，所以能够得到无空隙无针孔的高质量的制品。
图20为上下模111、112的侧视图，图21是其下模的放大剖面图，图22表示安装在图20的上下模间的树脂注入·排出用管30。如图20所示，将预先被赋予制品形状的强化纤维基材122配置在配设有O-环121的下模112的该成型模腔113中，所述O-环121配设在下模112的上面形成的成型模腔113的外周。然后，将金属制的管142插入图22中所示的与槽接触的管141的端部的同时，在槽内配设端部的外周缠绕有密封带的树脂注入构件140，其中，所述槽为与树脂注入用流道114和树脂排出用流道115连通的树脂注入用管116和树脂排出用管117的半剖面形状的槽120、和该槽120的中间设置的橡胶制(如NBR制)密封用弹性体118、119及与所述槽120连通的该密封用弹性体118中设置的槽。然后，闭合上模111，加压使上模111压向下模112，挟压上述树脂注入构件140。在此状态下，通过向成型模内设置的配管(图中未表示)中通入温水，使成型模整体升温。
然后，通过与连通真空泵的真空收集器(图中未表示)相连的树脂排出用管117，使模腔113真空化后，通过树脂注入用管116向该模腔113中加压注入树脂。树脂注入结束后，关闭树脂注入用管116和树脂排出用管117，在规定的时间内，利用成型模使加热的树脂固化后，打开成型模，脱模，得到FRP制品。
另外，其他的能够提高密封性的结构例如图21所示，将由在强化纤维基材125的外周被覆加工为制品形状的发泡体组成的芯材124的夹层结构的强化纤维预成型体123，配置在由设有密封用弹性体136、137的上模131、下模132构成的成型模腔133内，其中，所述密封用弹性体136、137与设置在模腔133外周的O-环(图中未表示)连通，使连通树脂注入用流道138和树脂排出用流道139的树脂注入用管134和树脂排出用管135接触所述密封用弹性体136、137而密封，夹压上下模。
上述树脂注入用管134和树脂排出用管135使用例如金属制管。通过在该状态下向设置在成型模内的配管(图中未表示)中通入温水，使成型模升温。之后，与图20所示的例相同，通过连接在与真空泵连通的真空收集器上的树脂排出用管135使模腔133内成为真空后，通过树脂注入用管134向该模腔133中加压注入树脂。加压的树脂充满树脂注入用流道138后，通过注入用膜状浇口126树脂流入设有所述强化纤维预成型体123的模腔133中，含浸到该强化纤维预成型体123的强化纤维中。在此期间，剩余树脂通过排出膜状浇口127充满树脂排出流道139后，通过排出用管135流入真空泵中。树脂注入结束后，关闭树脂注入用管134和树脂排出用管135，在该状态下，在规定的时间内加热使树脂固化后，打开成型模，得到帽形的高刚性的FRP夹层结构体。
图22表示所述例中所用的树脂注入用管116或树脂排出用管117的结构例。所述结构为将金属制管142插入到树脂制的树脂注入用管或树脂排出用管的前端的内部，外面是缠绕密封带143的构造。闭合上模111和下模112，用上下模挟压树脂注入用管(记为符号31)或树脂排出用管时，金属制管142不被在上模和下模及密封用弹性体118、119上加工成半圆状的槽(也比前述各管的曲率半径小的R)10、10′所破坏，保持树脂注入用管116或树脂排出用管117的圆形剖面形状，使模腔内的真空抽吸和树脂的顺利流动有效地实行。
另外，闭合上模111和下模112并用上下模挟压树脂注入用管或树脂排出用管时，可以通过使密封带143接触密封用弹性体，提高密封用弹性体的密封效果，稳定地提高模腔内的真空保持性。在上模和下模的两方处配置密封用弹性体时，也可省略密封带143。
树脂注入用管和树脂排出用管可以使用聚酰胺纤维、聚乙烯、聚丙烯、“Teflon”(注册商标)等氟树脂等的塑料制管，也可使用铁、铝、黄铜、铜、不锈钢等的金属制管。
另外，插入在树脂注入用管或树脂排出用管的端部内的金属制管142可以使用铁、铝、黄铜、铜、不锈钢。另外也可使用ABS、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺纤维、氯乙烯、丙烯等的塑料制管。任一种管的壁厚均优选0.5mm或0.5mm以上。
进而，在树脂注入用管或树脂排出用管的端部外所实施的密封带143，可以使用“Teflon”(注册商标)等的氟树脂、聚酰胺纤维、聚乙烯、聚丙烯树脂等构成的密封带。当在上下模两面上使用密封用弹性体时，也可以省略。
图23A～F以剖面图表示多种树脂注入用管和树脂排出用管和密封用弹性体的关系例。O-环154和密封用弹性体153，可以使用硅、NBR、“Teflon”(注册商标)等的氟树脂，也可以使用实心或中空的物质。另外，还可使用上述树脂构成的发泡体。
设置在上模151和下模152中的任一个、或两个上的密封用弹性体153，稍微突出于被设置的模表面，闭合上模151，在其模表面押入密封用弹性体153进行压缩时，通过密封用弹性体153和上模151和树脂注入用管150(或树脂排出用管)相互间产生反作用力，确保密封性。
另外，通过将O-环154的端部内藏在密封用弹性体153中，闭合上模151时，压缩的密封用弹性体153和O-环154中产生的反作用力使密封用弹性体153和O-环154压合在一起，能够保持密封(O-环)的连续性和模腔内的真空性。
以下，通过图23A～F说明树脂注入用管或树脂排出用管的密封方法。
如图23A所示的构造，在刻有密封用弹性体形状的上模151及/或下模152上配置密封用弹性体153和O-环154上的密封用弹性体153，所述密封用弹性体153形成槽且槽曲面形状的曲率与上述树脂注入用管150(或树脂排出用管)相同或比树脂注入用管150小，在O-环154的中心切断树脂注入用管或树脂排出用管150的配设部，将密封用弹性体153配设在刻有密封用弹性体形状的上模151及/或下模152上，以上述状态表示用上模151和下模152挟持树脂注入用管或树脂排出用管150的状态。此时通过在密封用弹性体153上内藏O-环154端部确保模腔内的真空保持性且防止树脂渗漏。
如图23B所示的构造，在刻有密封用弹性体153形状的下模152内配设密封用弹性体153、上模151及O-环154上的密封用弹性体153，所述密封用弹性体153形成槽，所述槽曲面形状的曲率与上述树脂注入用管150相同或小于该管，在O-环154的中心切断树脂注入用管或树脂排出用管150的配设部，将密封用弹性体153配设在刻有密封用弹性体形状的上模151和/或下模152上，在上述状态下用上模和下模挟持树脂注入用管或树脂排出用管150。此时通过在密封用弹性体153上内藏O-环154端部保持保模腔内的真空且防止树脂渗漏。
如图23C所示的构造，在上模151或下模152上配设有树脂注入用管和树脂排出用管150的部分的O-环154上切断O-环的闭合环路，所述上模151或下模152形成曲率与上述管150相同或小于上述管150的槽，使O-环154的切断部接触使用管从而确保模腔内的真空保持性且防止树脂渗漏。
如图23D所示的构造，设置形成槽且槽的曲率与上述管150相同或比其小的上模151及O-环154和连续体密封用弹性体153，用上模和下模挟持树脂注入用管或树脂排出用管150，确保模腔内的真空保持性且防止树脂渗漏。
如图23E所示的构造，跨过用于配设加工在形成槽且槽曲率与上述管150相同或比其小的上模151和下模152中的树脂注入用管或树脂排出用管150的槽，以与树脂注入用管或树脂排出用管150相同的曲率、或比树脂注入用管或树脂排出用管150小的曲率配置连续体O-环154，在该O-环154上配置树脂注入用管或树脂排出用管150，用上模和下模挟持，确保模腔内的真空保持性且防止树脂渗漏。
如图23F所示的构造为没有图23A或图23B的上模的状态，是从模具对合面上方可见的密封用弹性体153和O-环154的关系的平面图。
如上所述，对树脂注入用管或树脂排出用管部分可以采用各种密封性增强的结构。
另外，在所述的本发明涉及的RTM成型方法和装置中，为排除残留在材料间隙中的小气泡，或树脂注入中因减压而产生的树脂中的溶存气体蒸发时生成的气泡，或模的角落中滞留的微量气泡，可以采用以下所示的结构。即为边向成型模内加压注入树脂边间断地排出成型模内的气体和剩余树脂的结构。按照上述步骤，可以使树脂以适当的波动流动，促进树脂中气泡的排出。在该构成中，成型模内的树脂压力Pm，注入口的树脂流出压力Pi，选择性地使Pm＝Pi、Pm＜Pi，也能控制流入成型模内的树脂的流量，且可通过调节排出树脂的排出口的口径控制树脂流量。另外，也可以存储排出口的口径的调节与该调节的时间点，根据该存储信息，自动控制成型模内的树脂流量。
如果更加具体的说明，按照以往的方法在成型模内预先配设强化纤维基材后闭模，以关闭注入阀门的状态用真空泵从连通开放的排出阀门的排出通路对模内进行真空抽吸，使模内树脂压Pm在优选的0.01MPa或0.01MPa以下的减压状态，然后以关闭排出阀门的状态开放注入阀门，树脂从注入通路加压注入模内直至完全填充并成型。但是，在该方法中，由于树脂注入时排出阀门处于关闭状态，所以无法排出作为强化纤维基材的织物材料的网纹中残留的气泡、或强化纤维基材的积层间残留的气泡、及模内注入树脂中的溶存气体在加热成型工序的过程中蒸发而形成的气泡等，直接成型后小气泡残留在成型制品中，导致制品的质量严重劣化。特别当这些气泡作为空隙或针孔显露在表面时，在重视图案性的制品中视为劣质品。为解决导致这些制品质量劣化或劣质品的问题，即使在树脂注入的过程中，也必须适当地从模内排出残留在模内及蒸发产生的气体(气泡)。
所以，在上述方法中，可以从注入口注入加压树脂的同时，例如通过开闭设置在排出通路中的排出阀门或改变口径，间断高效地排出模内滞留的气泡和剩余树脂。例如，在打开注入阀门注入树脂并完全关闭排出阀门的情况下，使注入压Pi＝模内树脂压Pm，由于流入成型模内的树脂的压力高，所以树脂容易含浸强化纤维含浸，相反，滞留的气泡在与树脂压几乎相同的压力下被压缩混在树脂中。在该状态下打开排出阀门，使树脂注入压力Pi＞模内树脂压Pm，能同时从排出口排出模内滞留的气泡和剩余树脂。
此处，排出阀门的开闭速度优选在1秒或1秒以下，模内压力Pm随着开闭速度一气性降低，残留的气体急剧膨胀。然后，压力差及气体体积变化产生树脂流，由于该树脂流使滞留在强化纤维基材间或模的角落中等的气体无法滞留，从排出口排出。模内压力Pm的降低速度越快，气体体积的变化也越快，通过赋予气体周围树脂冲击性的树脂流，残留的气体越发容易从滞留处脱离。暂时脱离的气体，与流向排出路的树脂流一起排出。然后，关闭排出阀门从注入阀门供给树脂。
如上所述，通过反复间断性地开闭排出阀门(并不限于全开、全关)，缓缓排出模内滞留的气泡(气体)，在最终完全排出的状态下完全关闭排出阀门，暂时保持施加注入树脂压的状态后，完全关闭注入阀门，使充满于模内的树脂加热固化。在该状态下，对树脂加压，即使注入压力Pi为大气压，模内压力为负压也能得到相同的效果。
如上所述瞬间使模内压力从Pi或负压变化的方法如可以通过瞬间切换连接在树脂收集器上的真空泵和压空泵实现。另外，通过调节设置在排出通路上的排出阀门的开度，控制模内树脂压Pm的变化速度，能更高效地排出气泡。
另外，关于上述排出阀门，预先存储开闭的周期，例如预先输入电脑(使其储存)，以该信息为基础进行运作，不需增加工作量即能解决以往的成型问题。
通过预先将树脂注入条件或满足于树脂流动状况的最适当的排出阀门开闭条件输入电脑，能实现适应于环境(大气温度等)变化等的最适的树脂流动。
根据上述方法，能够得到以往方法难以得到的、不含或含有极少的与表面图案性相关的空隙或麻点的FRP成型制品。根据该方法，常常能够稳定地满足所期望的机械性质，并稳定地得到优质的表面质量，与以往的方法相比也能进行成品率更高的生产。
进而，在所述本发明涉及的RTM成型方法和装置中，为在短时间内高效地形成表面图案性高的成型制品，可以采用如下所示方法。即，RTM成型模中有纵向模和横向模，纵向模(射出成型用模中较多)存在下述问题由于在重力的影响下，树脂流易于一定化，模内气泡上升容易排出，所以具有不易于产生构成成型模表面质量问题的空隙或麻点的优点，相反，在成型模内配置纤维增强树脂，即难以在成型模的模腔面上有序的配置基材及固定在模面上，且需要耗费大量的时间，所以生产性低下。另一方面，横向模即成型模由上下模构成，虽然具有所述的易于在模内配置纤维增强树脂且耗时较短的优点，但相反却存在下述问题按照一般的树脂注入方法，即在0.2～1.0MPa的压力下加压，不特别控制流速注入树脂时，树脂以与压力相适应的流速流入模内，在较短的时间内树脂填充入模内，但强化纤维基材因树脂流变混乱，生成流速快且不均匀的树脂流，在成型制品表面生成大量的间隙或麻点。特别是，为了缩短成型时间或在短时间内使大面积的成型制品成型，当在树脂流出压力为0.5MPa或0.5MPa以上的高压下(因此在高速下)注入树脂时，基材(特别是平织物)的编织结构容易混乱，或因树脂以高速向模内流动，使材料中出现细微的厚度不均或结构变化而导致流动阻力在流动区域内分散混乱，不能保持均匀的树脂流，因此，产生部分的“树脂流的抢先”等，生成大的空隙。另外，实际上树脂流入基材部分中，但流速快，例如在织物网纹遇到的气体没有排出的时间而滞留，会作为麻点在表面产生缺陷。上述可引起与图案性相关的外观质量的下降的以往成型条件或成型过程中，为使成型时间缩短而采用高速注入，但不能确保高表面质量。成型制品的型号越大，因必定高速注入树脂，所以也越容易产生上述外观质量上的缺陷。
由于树脂的流动状态对产生与上述图案性相关的空隙或麻点具有很大的影响，所以强化纤维基材的密度、即单位面积重量也成为重要的因素。总之，作为每层强化纤维的单位面积重量，由于能够影响树脂流动阻力或使气泡易于排出，所以必须设定与树脂流动条件相适应的适当单位面积重量。不仅从单独的表面质量方面考虑，而且也从预成型的操作性或强度利用率等观点考虑，必须设当地设定单位面积重量。即，如果单位面积重量过大材料刚性升高，则强化纤维基材难以沿着模面对立体形状进行赋形或预成型化中耗费大量的时间，从而导致基材混乱及FRP成型制品的力学特性低下。即，为能高效的进行生产，需要有与生产条件(成型尺寸、成型条件等)相适应的单位面积重量。
另外，在成型条件中，特别是温度或树脂注入压力也对表面质量有很大影响。如果注入的树脂温度高，则粘度下降，流动性升高，树脂对基材的含浸性增强，但粘度上升率变高时流动性急剧变差，成型制品较大时树脂流动从中途起减速，产生未含浸的部分。即使树脂勉强流至全域，或即使在粘度增高的区域中没有未含浸的部分，也容易产生空隙或麻点。另一方面，如果成型模温度不均或在成型过程中发生变化，残留在模内的微小气泡之间相互接触，成为可发展为空隙或麻点的大气泡。另外，压力也必须适当。过高则在模腔内体积膨胀生成气泡，过低则残留的气泡不能压缩变小。
另外，由于在固化过程中可从反应性树脂中产生反应气体或树脂中含有的微小气体(气泡)随时间成长变大，也会长成空隙或麻点，所以树脂含浸进入材料后尽早尽快地固化较好。该反应性树脂的材料特性对成型率的影响度非常高，例如存在下述情况根据固化剂种类不同，在树脂反应初期反应速度增大，随时间经过反应速度降低，因此固化所需时间变长。相对于该情况，也存在这下述情况如果要升高成型模温度、缩短固化时间，先在初期粘度上升至过大，树脂注入·流动时粘度过度上升，结果发生凝胶化，成型在中途停止，生成未含浸部分。
如上所述，FRP成型(特别是RTM成型方法)中，如果存在与成型尺寸(面积)相适应的成型条件或材料特性，但没有在适当的条件下成型则可以认为质量特别是表面质量的方面容易产生问题。
因此，本发明涉及的RTM成型方法和装置中，特别是为在短时间内高效地成型几乎没有空隙或麻点的表面图案性高的成型制品，向成型模的模腔内加压注入树脂时，可以采用树脂单位时间流量(Qcc/min)与模腔投影面积(Sm2)之比(Q/Scc/min·m2)在50＜Q/S＜600范围内的方法。
在该方法中，上述比(Q/Scc/min·m2)与树脂的加压力(PMPa)的乘积((Q/S)×PccMPa/min·m2)优选在20≤(Q/S)×P≤400范围内。另外，树脂的加压力优选在0.2～0.8MPa的范围内，树脂优选在加热温度为60～160℃范围内的一定温度下，固化3～30分钟。
根据上述RTM成型条件，能够使以往的RTM成型条件中很难得到、在图案面表面上不会产生空隙或麻点等缺陷的成型制品，且能在短时间内高效稳定地成型，高循环大量生产表面质量高的成型制品。
本发明涉及的RTM成型条件和装置，能够适用于要求高速成型的所有RTM成型，特别是，能有效地使比较大型且形状比较复杂的成型制品在短时间内高效成型，且具有优质表面质量，特别是优质图案面。
更具体而言，本发明适用于制品尺寸为1m2或1m2以上比较大型的一般产业用FRP，特别是汽车用外板构件或结构材料，适用于作为图案性要求高的外板构件，使用的FRP构件的RTM成型。另外，汽车用外板构件为轿车或卡车中的门板或遮光板、车顶板、卡车盖、保护板、阻流板、侧裙板、正面裙板、挡泥板、门内侧板等所有的板材。特别是，适用于要求图案性且比较大型的板材。作为其他的FRP板材，适用于航空机械构件、铁道车辆用门、侧裙板、内装门等的各种板类，吊车等建筑机械的外壳类，建筑中的挡泥板、隔板、门板、遮蔽板等，另外运动中用的冲浪板、单腿滑行滑车的车板、自行车部件等的外表面板。
权利要求
1.一种RTM成型方法，所述RTM成型方法其特征为将强化纤维基材配置到由多个模构成的成型模的模腔内，闭模后注入树脂而成型的RTM成型方法，其特征为，在所述强化纤维基材的表面方向上假定分割区域，并形成分别向假定的各分割区域导入注入树脂至该分割区域内部的树脂导入通路，所述各个分割区域为注入树脂可在区域内的整个表面内进行扩展并且可以沿基材厚度方向上实质上均匀地含浸的分割区域。
2.如权利要求1所述的RTM成型方法，其中，至少在从闭模后到开始注入树脂为止，在规定的时间内从树脂排出管路进行真空抽吸。
3.如权利要求1所述的RTM成型方法，其中，在构成所述成型模的各模之间，配设具有在厚度方向上贯通的树脂流路的中间构件，通过该中间构件，树脂能够几乎同时从多处注入所述强化纤维基材。
4.如权利要求3所述的RTM成型方法，其中，在任一个模上形成可实质上延伸至强化纤维基材全周的树脂排出用槽。
5.如权利要求3所述的RTM成型方法，其中，在所述中间构件上形成可实质上延伸至强化纤维基材全周的树脂排出用槽。
6.如权利要求3所述的RTM成型方法，其中，在所述中间构件上设有树脂流路用槽和贯通孔，所述树脂流路用槽设置在所述中间构件的一面上，所述贯通孔为与该槽连通的、贯穿所述面的反面即强化纤维基材配置侧的面的贯通孔。
7.如权利要求3所述的RTM成型方法，其中，所述中间构件为金属制品或树脂制品。
8.如权利要求3所述的RTM成型方法，其中，所述中间构件和与其相对的模挟压树脂注入用构件而密封。
9.如权利要求3所述的RTM成型方法，其中，所述中间构件和通过强化纤维基材与所述中间构件相对的模挟压树脂排出用构件而密封。
10.如权利要求3所述的RTM成型方法，其中，所述中间构件由具有多个贯通孔的多孔板或树脂制薄膜构成。
11.如权利要求10所述的RTM成型方法，其中，在与所述中间构件相对的模上设有树脂流路用槽。
12.如权利要求10所述的RTM成型方法，其中，所述中间构件和与其相对的模之间形成间隙，该间隙设定在1～10mm的范围内。
13.如如权利要求3所述的RTM成型方法，其中，在所述强化纤维基材上层叠有芯材。
14.如权利要求3所述的RTM成型方法，其中，在模具对合面挟压设置所述树脂的注入用管及/或排出用管，该管与模之间用弹性体密封。
15.如权利要求14所述的RTM成型方法，其中，在密封用弹性体中内藏O-环的端部，所述O-环在模具对合面部密封成型模的模腔。
16.如权利要求3所述的RTM成型方法，其中，边向所述成型模中加压注入树脂边间断地排出成型模内的气体和剩余树脂。
17.如权利要求16所述的RTM成型方法，其中，当加压注入的树脂在所述成型模内的树脂压力为Pm，注入树脂的注入口的树脂流出压力为Pi时，选择性地使Pm＝Pi、Pm＜Pi，控制流入成型模内的树脂的流量。
18.如权利要求16所述的RTM成型方法，其中，通过调节排出树脂的排出口的口径控制流入所述成型模内的树脂的流量。
19.如权利要求18所述的RTM成型方法，其中，存储所述排出口口径的调节和其调节的时间点，根据该存储信息，自动控制成型模内的树脂流量。
20.如权利要求3所述的RTM成型方法，其中，向所述成型模的模腔内加压注入树脂时，树脂的单位时间流量(Qcc/min)与模腔投影面积(Sm2)之比(Q/Scc/min·m2)在50＜Q/S＜600的范围内。
21.如权利要求20所述的RTM成型方法，其中，所述比(Q/Scc/min·m2)与树脂的加压力(PMPa)的乘积((Q/S)×PccMPa/min·m2)在20≤(Q/S)×P≤400的范围内。
22.如权利要求20所述的RTM成型方法，其中，所述树脂的加压力在0.2～0.8MPa的范围内。
23.如权利要求20所述的RTM成型方法，其中，在加热温度为60～160℃范围内的一定温度下使所述树脂固化3～30分钟。
24.如权利要求1所述的RTM成型方法，是从配置在所述模腔外周的树脂注入管路向树脂排出管路注入树脂，在所述强化纤维基材内含浸树脂后，使之加热固化的RTM成型方法，其中，所述树脂注入管路被分割形成多个。
25.如权利要求24所述的RTM成型方法，其中，在所述模腔外周的整个区域上实质上形成所述树脂注入管路和树脂排出管路。
26.如权利要求24所述的RTM成型方法，其中，所述树脂注入管路的长度为所述树脂排出管路长度的2倍或2倍以上。
27.如权利要求24所述的RTM成型方法，其中，所述树脂注入管路及/或树脂排出管路是由加工在成型模中的槽组成。
28.如权利要求27所述的RTM成型方法，其中，所述成型模由上模和下模组成，所述槽全部加工在下模上。
29.如权利要求24所述的RTM成型方法，其中，所述树脂排出管路被分割形成多个。
30.如权利要求24所述的RTM成型方法，其中，从所述分割成多个的树脂注入管路开始的树脂注入，从离树脂排出管路实质上是远端的一侧的树脂注入管路开始依次进行。
31.如权利要求24所述的RTM成型方法，其中，所述树脂排出管路在规定的时间后切换成树脂注入管路进行树脂注入。
32.如权利要求24所述的RTM成型方法，其中，在所述强化纤维基材上层叠芯材。
33.如权利要求24所述的RTM成型方法，其中，在模具对合面挟压设置所述树脂注入用管及/或排出用管，该管与模之间用弹性体密封。
34.如权利要求33所述的RTM成型方法，其中，在所述密封用弹性体中内藏O-环的端部，所述O-环在模具对合面密封成型模的模腔。
35.如权利要求24所述的RTM成型方法，其中，边向所述成型模中加压注入树脂边间断地排出成型模内的气体和剩余树脂。
36.如权利要求35所述的RTM成型方法，其中，当加压注入的树脂在所述成型模内的树脂压力为Pm，注入树脂的注入口的树脂流出压力为Pi时，选择性地使Pm＝Pi、Pm＜Pi，控制流入成型模内的树脂的流量。
37.如权利要求35所述的RTM成型方法，其中，通过调节排出树脂的排出口的口径控制流入所述成型模内的树脂的流量。
38.如权利要求37所述的RTM成型方法，其中，存储所述排出口口径的调节和其调节的时间点，根据该存储信息，自动控制成型模内的树脂流量。
39.如权利要求24所述的RTM成型方法，其中，向所述成型模的模腔内加压注入树脂时，树脂的单位时间流量(Qcc/min)与模腔投影面积(Sm2)之比(Q/Scc/min·m2)在50＜Q/S＜600的范围内。
40.如权利要求39所述的RTM成型方法，其中，所述比(Q/Scc/min·m2)与树脂的加压力(PMPa)的乘积((Q/S)×PccMPa/min·m2)在20≤(Q/S)×P≤400的范围内。
41.如权利要求39所述的RTM成型方法，其中，所述树脂的加压力在0.2～0.8MPa的范围内。
42.如权利要求39所述的RTM成型方法，其中，在加热温度为60～160℃范围内的一定温度下使所述树脂固化3～30分钟。
43.如权利要求1所述的RTM成型方法，其中，所述强化纤维基材的至少单侧的表层由连续纤维层构成，该表层的正下面的一层由无序毡片层构成。
44.如权利要求43所述的RTM成型方法，其中，所述表层由3层或3层以下的连续纤维层构成。
45.如权利要求43所述的RTM成型方法，其中，形成所述表层的连续纤维层的总单位面积重量为700g/m2或700g/m2以下。
46.如权利要求43所述的RTM成型方法，其中，所述表层的强化纤维由碳纤维织物构成。
47.如权利要求43所述的RTM成型方法，其中，所述无序毡片层的总单位面积重量为150g/m2或150g/m2以下。
48.如权利要求43所述的RTM成型方法，其中，所述无序毡片层由玻璃纤维构成。
49.如权利要求43所述的RTM成型方法，其中，在所述强化纤维基材上层叠有芯材。
50.一种RTM成型装置，所述RTM成型装置为将强化纤维基材配置到多个模构成的成型模的模腔内，闭模后注入树脂而成型的RTM成型装置，其特征为，在所述强化纤维基材的表面方向上假定成分割区域，并形成分别向假定的各分割区域导入注入树脂至该分割区域内部的树脂导入通路，所述各个分割区域为注入树脂可在区域内的整个表面内进行扩展并且可以沿基材厚度方向上实质上均匀地含浸的分割区域。
51.如权利要求50所述的RTM成型装置，具有至少在从闭模后到开始注入树脂为止，在规定的时间内从树脂排出管路真空抽吸的设备。
52.如权利要求50所述的RTM成型装置，其中，在构成所述成型模的各模之间，配设具有在厚度方向上贯通的树脂流路的中间构件，通过该树脂流路，树脂能够几乎同时从多处注入强化纤维基材。
53.如权利要求52所述的RTM成型装置，其中，在任一个模上实质上形成延伸至强化纤维基材全周的树脂排出用槽。
54.如权利要求52所述的RTM成型装置，其中，在所述中间构件上实质上形成延伸至强化纤维基材全周的树脂排出用槽。
55.如权利要求52所述的RTM成型装置，其中，在所述中间构件上设有树脂流路用槽和贯通孔，所述树脂流路用槽设置在所述中间构件的一面上，所述贯通孔为与该槽连通的、贯穿所述面的反面即强化纤维基材配置侧的面的贯通孔。
56.如权利要求52所述的RTM成型装置，其中，所述中间构件为金属制品或树脂制品。
57.如权利要求52所述的RTM成型装置，其中，所述中间构件和与其相对的模挟压树脂注入用构件而密封。
58.如权利要求52所述的RTM成型装置，其中，所述中间构件和通过强化纤维基材与所述中间构件相对的模挟压树脂排出用构件而密封。
59.如权利要求52所述的RTM成型装置，其中，所述中间构件由具有多个贯通孔的多孔板或树脂制薄膜构成。
60.如权利要求59所述的RTM成型装置，其中，在与所述中间构件相对的模上设有树脂流路用槽。
61.如权利要求59所述的RTM成型装置，其中，所述中间构件和与其相对的模之间形成间隙，该间隙设定在1～10mm的范围内。
62.如权利要求52所述的RTM成型装置，其中，在所述强化纤维基材上层叠有芯材。
63.如权利要求52所述的RTM成型装置，其中，在模具对合面挟压设置所述树脂的注入用管及/或排出用管，该管与模之间用弹性体密封。
64.如权利要求63所述的RTM成型装置，其中，在所述密封用弹性体中内藏O-环的端部，所述O-环在模具对合面密封成型模的模腔。
65.如权利要求52所述的RTM成型装置，具有边向所述成型模中加压注入树脂边间断地排出成型模内的气体和剩余树脂的设备。
66.如权利要求65所述的RTM成型装置，具有下述设备当加压注入的树脂在所述成型模内的树脂压力为Pm，注入树脂的注入口的树脂流出压力为Pi时，所述设备能选择性地使Pm＝Pi、Pm＜Pi，控制流入成型模内的树脂的流量。
67.如权利要求65所述的RTM成型装置，具有通过调节树脂排出口的口径控制流入所述成型模内的树脂的流量的设备。
68.如权利要求67所述的RTM成型装置，具有存储所述排出口口径的调节和其调节的时间点，根据该存储信息，自动控制成型模内的树脂流量的设备。
69.如权利要求67所述的RTM成型装置，其中，所述排出口口径的调节设备由阀门的开关装置构成。
70.如权利要求50所述的RTM成型装置，是从配置在所述模腔外周的树脂注入管路向树脂排出管路注入树脂，在所述强化纤维基材内含浸树脂后，使之加热固化的RTM成型装置，其中，所述树脂注入管路被分割形成多个。
71.如权利要求70所述的RTM成型装置，其中，在所述模腔外周的整个区域上充分形成所述树脂注入管路和树脂排出管路。
72.如权利要求70所述的RTM成型装置，其中，所述树脂注入管路的长度为所述树脂排出管路长度的2倍或2倍以上。
73.如权利要求70所述的RTM成型装置，其中，所述树脂注入管路及/或树脂排出管路由加工在成型模中的槽构成。
74.如权利要求73所述的RTM成型装置，其中，所述成型模由上模和下模构成，所述槽全部加工在下模中。
75.如权利要求70所述的RTM成型装置，其中，所述树脂排出管路被分割成多个。
76.如权利要求70所述的RTM成型装置，其中，从所述分割成多个的树脂注入管路开始的树脂注入，从离树脂排出管路实质上是远端的一侧的树脂注入管路开始依次进行。
77.如权利要求70所述的RTM成型装置，其中，所述的树脂排出管路也在规定的时间后切换成树脂注入管路进行树脂注入。
78.如权利要求70所述的RTM成型装置，其中，在所述强化纤维基材上层叠芯材。
79.如权利要求70所述的RTM成型装置，其中，在模具对合面挟压设置所述树脂注入用管及/或排出用管，该管与模之间用弹性体密封。
80.如权利要求79所述的RTM成型装置，其中，在所述密封用弹性体中内藏O-环的端部，所述O-环在模具对合面密封成型模的模腔。
81.如权利要求70所述的RTM成型装置，具有边向所述成型模中加压注入树脂边间断地排出成型模内的气体和剩余树脂的设备。
82.如权利要求81所述的RTM成型装置，具有下述设备当加压注入的树脂在所述成型模内的树脂压力为Pm，注入树脂的注入口的树脂流出压力为Pi时，所述设备能选择性地使Pm＝Pi、Pm＜Pi，控制流入成型模内的树脂的流量。
83.如权利要求81所述的RTM成型装置，具有通过调节树脂排出口的口径控制流入所述成型模内的树脂的流量的设备。
84.如权利要求83所述的RTM成型装置，具有存储所述排出口口径的调节和其调节的时间点，根据该存储信息，自动控制成型模内的树脂流量的设备。
85.如权利要求83所述的RTM成型装置，其中，调节所述排出口口径的设备由阀门开关装置构成。
全文摘要
本发明涉及RTM成型方法及RTM成型装置，其特征为所述RTM成型方法为将强化纤维基材铺放到由多个模构成的成型模的模腔内，闭模后，注入树脂而成型的RTM成型方法，所述RTM成型方法及RTM成型装置的特征为，在强化纤维基材的表面方向假定成分割区域，并形成分别向假定的各分割区域导入注入树脂至该分割区域内部的树脂导入通路，各分割区域为注入树脂可在区域内的整个表面内进行扩展并且可以沿基材厚度方向上实质上均匀地含浸的分割区域。当成型比较大的成型制品时，从树脂的注入到含浸·固化的成型工艺能高速进行且不会产生树脂未流入的区域，使成型时间的缩短、生产速度及生产量的提高、无孔隙等的高质量成型制品的制造成为可能。
文档编号B29C39/24GK1921996SQ20058000521
公开日2007年2月28日 申请日期2005年2月16日 优先权日2004年2月17日
发明者关户俊英, 岩泽茂郎, 仙波龙也 申请人:东丽株式会社