(57)【要約】  成形品の形成における使用のためのツール(１０)であって、該ツール(１０)は、発泡材料から形成されたツールボディ(１２)、該ツールボディ(１２)上の樹脂状材料(１４)及び該ツールボディ(１２)と樹脂状材料(１４)の間の、樹脂材料からツールボディ(１２)への樹脂の移動を阻止するためのエラストマー材料(１６)を含む。この発明は又、ツールを製造する方法、かかるツールを利用して製品を成形する方法、及びツールの形成に使用するためのエラストマー材料をも提供する。本発明のツールの一つの特定の適用は、硬化可能な樹脂状複合材料を利用した成形品の形成又は製造にある。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形品の形成に使用するためのツールであって、該ツールが、発泡材料から形成されたツールボディ、該ツールボディ上の樹脂状材料及び該ツールボディと樹脂状材料との間に位置されて、樹脂の樹脂状材料からツールボディへの移動を阻止するエラストマー材料からなる当該ツール。
【請求項２】
エラストマー材料が、直接、ツールボディと樹脂状材料との間に配置されて、層の形態である、請求項１に記載のツール。
【請求項３】
エラストマー層が連続層である、請求項２に記載のツール。
【請求項４】
エラストマー材料が、実質的に、樹脂状材料からツールボディの泡構造への樹脂の吸収を阻止する、請求項１〜３の何れかに記載のツール。
【請求項５】
エラストマー材料がフルオロエラストマーを含む、請求項１〜４の何れかに記載のツール。
【請求項６】
エラストマー材料が、低温硬化性シリコーンエラストマー、ブチルエラストマー及び／又はポリウレタンエラストマーの少なくとも一つを含む、請求項１〜５の何れかに記載のツール。
【請求項７】
エラストマー材料が、ツールボディ上に、硬化可能な条件にて配置されて、該ツールボディ上で硬化された、請求項１〜６の何れかに記載のツール。
【請求項８】
樹脂状材料が、エラストマー材料上に、硬化可能な条件にて配置されて、該ツールボディ上でその場で硬化された、請求項１〜７の何れかに記載のツール。
【請求項９】
エラストマー材料が、樹脂状材料が硬化可能な条件にあるときに、特に該樹脂状材料の硬化中に、樹脂状材料からの樹脂の移動を阻止する、請求項８に記載のツール。
【請求項１０】
樹脂状材料が層の形態である、請求項１〜９の何れかに記載のツール。
【請求項１１】
ツールボディが発泡炭素材料を含む、請求項１〜１０の何れかに記載のツール。
【請求項１２】
ツールボディが、発泡熱可塑性物質、発泡ガラス及び発泡セラミックの少なくとも一つを含む、請求項１〜１１の何れかに記載のツール。
【請求項１３】
樹脂状材料が、繊維強化した樹脂状材料を含む、請求項１〜１２の何れかに記載のツール。
【請求項１４】
樹脂状材料が、プレプレグの形態である、請求項１〜１３の何れかに記載のツール。
【請求項１５】
該材料が、炭素繊維強化した樹脂状材料を含む、請求項１３又は１４に記載のツール。
【請求項１６】
樹脂状材料が、樹脂のブレンドを含み、その幾つかは比較的低温で硬化され、幾つかは比較的高温(２００℃より高温)で硬化される、請求項１〜１５の何れかに記載のツール。
【請求項１７】
樹脂層が、複数のプライを含む積層構造を含む、請求項１〜１６の何れかに記載のツール。
【請求項１８】
樹脂層が、複数のプライ中に異なるプライを含む、請求項１７に記載のツール。
【請求項１９】
樹脂材料が、製品及び構造を形成することのできるツールの表面を与える、請求項１〜１８の何れかに記載のツール。
【請求項２０】
成形品の形成に使用するためのツールを製造する方法であって、該方法は、発泡材料のツールボディを形成すること、ツールボディとその樹脂状材料との間に位置させるべきエラストマー材料を塗布することを含み、それで、該エラストマー材料は、樹脂の樹脂状材料からツールボディへの吸収を阻止するように作用する当該方法。
【請求項２１】
エラストマー材料を、直接、ツールボディに塗布する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
エラストマー材料を、連続層として塗布する、請求項２０又は２１に記載の方法。
【請求項２３】
エラストマー層を、比較的薄いフィルムとして塗布する、請求項２０〜２２の何れかに記載の方法。
【請求項２４】
エラストマー材料を、硬化可能な条件で塗布し、ツールボディ上でその場で硬化させる、請求項２０〜２３の何れかに記載の方法。
【請求項２５】
使用されるエラストマー材料が、フルオロエラストマーを含む、請求項２０〜２４の何れかに記載の方法。
【請求項２６】
樹脂状材料を、直接、エラストマー材料に塗布し、それで、エラストマー材料の層が、ツールボディと樹脂層との間に直接配置されて、樹脂の樹脂層からツールボディの間隙への移動を阻止する、請求項２０〜２５の何れかに記載の方法。
【請求項２７】
樹脂状材料を層として塗布する、請求項２０〜２６の何れかに記載の方法。
【請求項２８】
樹脂状材料をプレプレグの形態で塗布する、請求項２０〜２７の何れかに記載の方法。
【請求項２９】
樹脂状材料を硬化可能な条件で塗布する、請求項２０〜２８の何れかに記載の方法。
【請求項３０】
エラストマー及び樹脂状材料を、ツールボディ上で、その場で硬化させる、請求項２０〜２９の何れかに記載の方法。
【請求項３１】
エラストマー及び樹脂状材料を、単一硬化工程にて硬化させる、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
ツールボディが、発泡炭素材料を含む、請求項２０〜３１の何れかに記載の方法。
【請求項３３】
ツールボディが、発泡熱可塑性物質、発泡ガラス及び発泡セラミックの少なくとも一つを含む、請求項２０〜３２の何れかに記載の方法。
【請求項３４】
ツールボディが、所望のツールの適当な幾何学的外形に形成され又は形つくられた後に、エラストマー及び樹脂状材料を塗布する、請求項２０〜３３の何れかに記載の方法。
【請求項３５】
硬化した樹脂材料を、その外表面の少なくとも一つにおいて仕上げ処理して、ツールの成形用表面を与える、請求項２０〜３４の何れかに記載の方法。
【請求項３６】
樹脂状材料が、一つより多くのプライの積層物を含み、該積層物は、一つ以上の樹脂状プライ、非樹脂状プライ、プレプラグのプライ、乾燥繊維のプライ、シンタクチックプライの任意の組合せを含むことができる、請求項２０〜３５の何れかに記載の方法。
【請求項３７】
発泡ボディを有するツールを製造する際に使用するエラストマー材料であって、該エラストマー材料は、使用時にツールの発泡ボディと樹脂状材料との間に配置させて、該ボディが樹脂層から樹脂を吸収するのを阻止するように作用させることができる当該エラストマー材料。
【請求項３８】
材料が、請求項１〜３６の何れかに記載のものである、請求項３７に記載のエラストマー材料。
【請求項３９】
成形品の形成に使用するためのツールであって、該ツールは、発泡ガラス材料のツールボディを含む当該ツール。
【請求項４０】
発泡ガラス材料が、２．８〜５．５の熱膨張係数を有する、請求項３９に記載のツール。
【請求項４１】
発泡ガラス材料が、ホウ珪酸塩ガラスである、請求項３９又は４０に記載のツール。
【請求項４２】
発泡ガラス材料が、０．１〜１０重量％のホウ素含有量を有する、請求項４１に記載のツール。
【請求項４３】
発泡ガラス材料が、５０〜５００ｋｇ／ｍ3の密度を有する、請求項３９〜４２の何れかに記載のツール。
【請求項４４】
発泡ガラス材料が、１８０〜２００ｋｇ／ｍ3の密度を有する、請求項３９〜４３の何れかに記載のツール。
【請求項４５】
発泡ガラス材料が、０〜１２×１０-6ｍ／ｍ／℃の線膨張率を有する、請求項３９〜４４の何れかに記載のツール。
【請求項４６】
発泡ガラス材料が、約２．８〜１０-6／℃〜５．５×１０-6／℃(１．６×１０-6／°Ｆ〜３．２×１０-6／°Ｆ)の線膨張率を有する、請求項３９〜４５の何れかに記載のツール。
【請求項４７】
発泡ガラス材料が、約１２，６００ｋｇ／ｃｍ2(１８０，０００ｐｓｉ)の弾性率を有する、請求項３９〜４７の何れかに記載のツール。
【請求項４８】
発泡ガラス材料が、約０．６２ＭＰａ(９０ｐｓｉ)の曲げ強さを有する、請求項３９〜４７の何れかに記載のツール。
【請求項４９】
発泡ガラス材料が、１．３８ＭＰａ〜８２７ＫＰａ(２００ｐｓｉ)の圧縮強さを有する、請求項３９〜４８の何れかに記載のツール。
【請求項５０】
発泡ガラス材料が、約０．１９ｇｒ／ｃｍ3(１２ｌｂ／ｆｔ3)の密度を有する、請求項３９〜４９の何れかに記載のツール。
【請求項５１】
発泡ガラス材料が、約０．２Ｋｃａｌ／ｋｇ／℃(０．２ＢＴＵ／ｌｂ／°Ｆ)の比熱を有する、請求項３９〜５０の何れかに記載のツール。
【請求項５２】
発泡ガラス材料が、３８℃(平均)で約０．０８７Ｗ／ｍ°Ｋの、９３℃(平均)で約０．０９８Ｗ／ｍ°Ｋ及び１４９℃(平均)で約０．１１Ｗ／ｍ°Ｋの熱伝導率を有する、請求項３９〜５１の何れかに記載のツール。
【請求項５３】
発泡ガラス材料が、３８℃(平均)で約０．０８４Ｗ／ｍ°Ｋの、９３℃(平均)で約０．０９５Ｗ／ｍ°Ｋの、１４９℃(平均)で約０．１０５Ｗ／ｍ°Ｋの、２０４℃(平均)で約０．１１７Ｗ／ｍ°Ｋの熱伝導率を有する、請求項３９〜５１の何れかに記載のツール。
【請求項５４】
請求項３９〜５３の何れかに記載のツールであって、請求項１〜１９の何れかに記載のツールの特徴を有する当該ツール。
【請求項５５】
成形品の形成に使用するためのツールを製造する方法であって、発泡ガラス材料のツールボディを形成することを含む当該方法。
【請求項５６】
使用する発泡ガラス材料が、請求項３９〜５４の何れかに記載の発泡材料である、請求項５５に記載の方法。
【請求項５７】
成形品のためのツールの製造に使用するための発泡ガラス材料。
【請求項５８】
発泡ガラス材料が、請求項１〜３６の何れかに記載の発泡材料を含む、請求項５７に記載の発泡ガラス材料。
【請求項５９】
請求項１〜１９の何れかに記載のツールの上で物品を成形する方法であって、成形すべき材料をツールの上に置くこと及びその材料をそこで成形する条件にかけることを含む当該方法。
【請求項６０】
材料が、複合材料例えば繊維強化した樹脂状複合材料を含む、請求項５９に記載の方法。
【請求項６１】
材料を、真空条件などの非大気圧及び／又は温度の条件にかけて成形を促進する、請求項５９又は６０に記載の方法。
【請求項６２】
実質的に、添付の図面を参照して前記したようなツール。
【請求項６３】
実質的に、添付の図面を参照して前記したような方法。
【請求項６４】
実質的に、添付の図面を参照して前記したようなエラストマー材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発泡ツール特に、発泡炭素及び／又はガラス材料を含むツール(但し、これらに限られない)並びに発泡ツールを利用する複合材料を成形する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
硬化可能な複合材料(例えば、繊維で強化した樹脂材料)から複合構造を形成するために利用される慣用の炭素繊維成形型(tooling)は、メインツールボディ又はマスターモールドを機械処理することにより、シンタクチック(syntactic)エポキシ材料、インバー、又は鋼からから製造され、次いで、この上に、エポキシベースの低温硬化性炭素繊維プレプレグを積層して硬化させ、このツールに、複合構造を成形することのできる表面を形成するであろう炭素スキンを与える。このスキンを硬化させる前に、それは、通常、マスターモデルからはずされてから、ツールスキンに所望のガラス転移温度(Ｔｇ)を与えるために、メインボディから離れて、後硬化される。
【０００３】
それは、主に、このメインボディ又はマスターモデルのこれらの材料の異なる特性のためであり、後硬化のためにスキンをはずすことを必要とするスキンのためである。例えば、マスターモデルがシンタクチックエポキシである場合には、炭素スキンの後硬化に必要な温度(約２００℃)に持ちこたえないであろう。
【０００４】
一度、このスキンが後硬化されたならば、それは、マスターモデル上に再度置かれる。炭素繊維裏打ち構造が、しばしば、ツールスキンの裏面に結合されて、それを支持し、全構造を硬くする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
かかる工程は、時間浪費的であり且つ高価であり、そして、その結果生成したツールは、それらの適用が制限されうる。例えば、シンタクチックエポキシのツールは、高い最終硬化温度の複合材料(約２００℃以上の硬化温度を必要とする)例えばビスマレイミド(ＢＭＩ)、シアネートエステル、ポリイミド及び熱可塑性材料を成形するために利用することができない。
【０００６】
最近の成形型の技術の進歩は、発泡炭素又は発泡アルミニウム材料を含むツールを開発した。
【０００７】
特に発泡炭素ツールについては、その炭素繊維スキンは、発泡炭素ボディ上に、その場での硬化のために、直接積層することができ、その発泡炭素ボディは、容易に、炭素繊維スキンの硬化のための比較的高い温度に耐性である。この単純化された工程は、明らかに、上記の一層慣用的な技術を超える利点を有している。
【０００８】
しかしながら、この発泡炭素及び発泡アルミニウムツールの複合材料の成形への応用は、高度の多孔性を与える泡の開放気泡構造のために、有意に、損傷を受ける。
【０００９】
かかる発泡ツールは、炭素繊維スキンからの樹脂、及び泡表面の他の樹脂ベースの硬化可能な材料を吸収するということが見出されており、それ故、潜在的に、そのスキン又は満足すべき硬化及び性能に必要な樹脂含量の材料は、材料切れである。幾つかの高温硬化樹脂例えばＢＭＩは、非常に低い粘度を特に硬化中に有し、それ故、特に泡構造中への吸収の傾向がある。
【００１０】
更に、固有の特性も又、非大気圧条件例えば真空条件の成形された材料への適用において、困難を提供し、これは再び適用限界を与える。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、成形品の成形に用いるためのツールであって、該ツールは、発泡材料から形成されたツールボディ、ツールボディ上の樹脂状材料及び該ツールボディと樹脂状材料の間に位置されたエラストマー材料を含み、該エラストマー材料が、樹脂の樹脂状材料からツールボディへの動きを阻止する当該ツールが提供される。
【００１２】
好ましくは、このエラストマー材料は、直接、ツールボディと樹脂状材料との間に位置され、一層の形態である。
【００１３】
好ましくは、このエラストマー層は、連続的であり、好ましくは、連続的フィルムをツールボディと樹脂状材料との間に与える。好ましくは、このエラストマー材料は、実質的に、樹脂状材料からの樹脂のツールボディの泡構造への吸収を妨げる。
【００１４】
このエラストマー材料は、好ましくは、フルオロエラストマーを包含する。一つのかかるフルオロエラストマーは、Advanced Composites Group in Derbyshire (英国)から、参照番号HTE18-75Eで入手可能である。別法として又はこのエラストマー材料に加えて、一種以上の低温硬化性シリコーンエラストマー、ブチルエラストマー及び／又はポリウレタンエラストマーを含むことができる。
【００１５】
好ましくは、このエラストマー材料は、ツールボディ上に硬化可能な条件にて位置されそして該ツールボディ上で、好ましくは、その場で、該ツールボディと樹脂状材料の間で硬化される。
【００１６】
好ましくは、この樹脂状材料は、このエラストマー材料上に硬化可能な条件で位置される、そして該ツールボディ上でその場で硬化される。好ましくは、このエラストマー材料は、樹脂の樹脂状材料からの動きを、その樹脂状材料が硬化可能な条件にある場合に特にその樹脂状材料の硬化中に阻止する。この樹脂状材料は、好ましくは、層の形態である。
【００１７】
このツールボディは、好ましくは、発泡炭素材料を含む。別法として又はこのツールボディに加えて、一以上の形成された熱可塑性材料、発泡ガラス及び発泡セラミックを含むことができる。
【００１８】
好ましくは、この樹脂状材料は、繊維強化樹脂状材料を含み、プレプレグの形態であってよい。この材料は、炭素繊維強化された樹脂材料であってよい。この樹脂状材料は、比較的低温で硬化されえて、それは、２００℃(約)未満であってよく、望ましくは、４０〜２００℃である。
【００１９】
別法として、この樹脂状材料は、比較的高温例えば２００℃(約)より高温で硬化され、ビスマレイミド、シアネートエステル、ポリイミド、熱可塑性材料の少なくとも一つを含むことができる。この樹脂状材料は、２００〜４００℃(約)の温度で硬化することができる。
【００２０】
この樹脂状材料は、樹脂のブレンドを含むことができ、その幾つかは、比較的低温で硬化させることができ、その幾つかは、比較的高温(２００℃より高温)で硬化させることができる。
【００２１】
この樹脂層は、複数のプライを含む積層構造を含むことができる。各プライは、樹脂含浸した繊維状プライ、樹脂プライ、乾燥繊維プライ、プレプレグ、シンタクチックプライ、又は複合構造又はツールスキンの形成で用いられる任意の他の公知の種類のプライを含むことができる。この樹脂層は、種々のプライを複数含むことができる。
【００２２】
この樹脂材料は、製品及び構造が形成されうるツールの表面を与える。該表面の少なくとも一つは、機械加工、サンダー仕上げなどによって完成することができる。
【００２３】
本発明の第二の面によれば、成形品の形成において使用するためのツールを製造する方法が提供され、その方法は、発泡材料のツールボディを形成すること、エラストマー材料をツールボディとツールの樹脂材料との間に適用し、それで、エラストマー材料は、樹脂材料からの樹脂のツールボディへの吸収を阻止するように作用することを含む。
【００２４】
好ましくは、このエラストマー材料は、ツールボディに直接適用され、好ましくは、表面上の連続層として適用され、そして比較的薄いフィルムとして適用されうる。このエラストマー材料は、好ましくは、硬化可能な条件において適用され、ツールボディ上で、その場で硬化される。
【００２５】
好ましくは、用いられるエラストマー材料は、フルオロエラストマーを含む。このフルオロエラストマーは、Advanced Composites Group Limited, of Heanor, Derbyshire, 英国から、製品参照番号HTE18-75で入手可能な生成物を含むことができる。
【００２６】
好ましくは、この樹脂材料は、エラストマー材料に直接適用され、それで、エラストマー材料の層は、直接、ツールボディと樹脂層との間に位置されて、樹脂層からの樹脂のツールボディの隙間への移動を阻止するように作用する。
【００２７】
この樹脂状材料は、層として塗布することができ、又、繊維強化した樹脂状材料を含むことができ、そしてプレプレグの形態で塗布することができる。好ましくは、この樹脂状材料を、硬化可能な条件で塗布する。この樹脂層は、比較的低温例えば２００℃未満で、望ましくは４０〜２００℃で硬化させることができる。別法として、この樹脂層は、比較的高温例えば２００℃より高温で硬化させることができる。この樹脂層は、一種以上のビスマレイミド、シアネートエステル、ポリイミド、熱可塑性樹脂を含むことができる。この樹脂状材料は、炭素繊維を含むことができ、好ましくは、少なくとも部分的には樹脂に含浸させて含むことができる。
【００２８】
好ましくは、これらのエラストマー及び樹脂状材料は、ツールボディ上で、その場で、硬化される。好ましくは、これらのエラストマー及び樹脂状材料は、単一の硬化工程で硬化される。この同時硬化(co-cure)工程は、効率を与えるだけでなく、ボディ、エラストマー材料及び樹脂状材料の間で示される結合を増進するとも考えられる。
【００２９】
好ましくは、ツールボディは、発泡炭素材料を含む。別法として又は更に、このツールは、一種以上の発泡熱可塑性樹脂、発泡ガラス及び発泡セラミックを含むことができる。
【００３０】
好ましくは、このツールボディが、ほぼ所望のツールの形状寸法に形成され又は形作られてから、エラストマー及び樹脂状材料を塗布し、それは、表面を形作ることを含みえて、これは、機械加工、サンダー仕上げ又は他の公知の技術によってよい。
【００３１】
硬化した樹脂状材料は又、少なくとも一つの外面において完成して、ツールの成形表面を与えることができる。この(これらの)表面は、機械加工、サンダー仕上げ又は他の公知の技術によって完成することができる。
【００３２】
この樹脂状材料は、ひとつより多くのプライの積層物を含有することができ、この積層物は、少なくとも一つの樹脂のプライ、樹脂でないプライ、プレプレグのプライ、乾燥繊維のプライ、シンタクチックプライ及び、複合製品及びツールスキンの製造において公知の他の任意のプライ又は層の任意の組合せを含むことができる。
【００３３】
本発明の第三の面によれば、発泡ボディを有するツールの製造における利用のためのエラストマー材料が提供され、このエラストマー材料は、使用において、樹脂層からの樹脂のボディによる吸収を阻止するように、ツールの発泡ボディと樹脂状材料との間に配置することができる。
【００３４】
このエラストマー材料は、上記の２３の段落のいずれかに記したようなものであってよい。
【００３５】
本発明の第四の面によれば、成形品の形成に使用するためのツールが提供され、このツールは、発泡ガラス材料のツールボディを含む。
【００３６】
好ましくは、この発泡ガラス材料は、２．８〜５．５の熱膨張率を有する。
【００３７】
好ましくは、この発泡ガラス材料は、珪硼酸ガラスであり、好ましくは、０．１〜１０重量％のホウ素含量を有する。
【００３８】
好ましくは、この発泡ガラス材料は、５０〜５００ｋｇ／ｍ3の、最も好ましくは、１８０〜２００ｋｇ／ｍ3の密度を有する。
【００３９】
この発泡ガラス材料は、０〜１２×１０-6ｍ／ｍ／℃の、好ましくは、約２．８〜１０-6／℃〜５．５×１０-6／℃(１．６×１０-6／°Ｆ〜３．２×１０-6／°Ｆ)の線膨張率及び約１２，６００ｋｇ／ｃｍ2(１８０，０００ｐｓｉ)の弾性率を有することができる。
【００４０】
この発泡ガラス材料は、約０．６２ＭＰａ(９０ｐｓｉ)の曲げ強さを与えることができ且つ１．３８ＭＰａ〜８２７ＫＰａ(２００ｐｓｉ)の圧縮強さを有することができる。
【００４１】
この発泡ガラス材料は、約０．１９ｇｒ／ｃｍ3(１２ｌｂ／ｆｔ3)の密度を有することができ且つ約０．２Ｋｃａｌ／ｋｇ／℃(０．２ＢＴＵ／ｌｂ／°Ｆ)の比熱を有することができる。
【００４２】
この発泡ガラス材料は、３８℃(平均)で約０．０８７Ｗ／ｍ°Ｋの、９３℃(平均)で約０．０９８Ｗ／ｍ°Ｋ及び１４９℃(平均)で約０．１１Ｗ／ｍ°Ｋの熱伝導率を有することができる。
【００４３】
或は、この発泡ガラス材料は、３８℃(平均)で約０．０８４Ｗ／ｍ°Ｋの、９３℃(平均)で約０．０９５Ｗ／ｍ°Ｋの、１４９℃(平均)で約０．１０５Ｗ／ｍ°Ｋの、２０４℃(平均)で約０．１１７Ｗ／ｍ°Ｋの熱伝導率を有することができる。
【００４４】
適当な発泡ガラス材料は、Pittsburgh Corning (United Kingdom) Limited of Reading, Berkshire, 英国から、商標FOAMGLAS(商標)LCE 28及びFOAMGLAS(商標)LCE 55にて入手可能である。
【００４５】
かかる発泡ガラス材料は、Pittsburgh Corningによって、特別の中性子吸収特性を有するように製造されて、煙突の内張りの特殊な用途のために販売されている。
【００４６】
本発明の第五の面によれば、成形品の形成に使用するためのツールを製造する方法が提供され、この方法は、発泡ガラス材料のツールボディを形成することを含む。
【００４７】
この使用される発泡ガラス材料は、上記の１１〜４５段落の何れかに記載された発泡材料であってよい。
【００４８】
本発明の第六の具体例によれば、成形品のためのツールの製造に使用するための発泡ガラス材料が提供される。
【００４９】
この発泡ガラス材料は、上記の段落１１〜４５の何れかに記載した発泡材料を含むことができる。
【００５０】
本発明の第七の面によれば、段落１１〜４５の何れかに記載したツール上で製品を成形する方法が提供され、この方法は、材料をツール上に成形されるように重ねて塗ること及びその材料を成形する条件にかけることを含む。
【００５１】
この材料は、好ましくは、複合材料例えば繊維強化した樹脂複合材料を含む。この材料は、非大気圧及び／又は温度条件例えば真空条件にかけて成形を促進させることができる。
本発明の好適具体例を、今から、添付の図面を参照して、例示のためにのみ記載する。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明によるツールの断面図である。
【図２】本発明による成形品の形成における使用中の図１のツールの断面図である。
【図３】本発明による成形品の形成における使用中の更なるツールの断面図である。
【図４】本発明による尚更なるツールの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
本発明は、成形品の形成に使用するためのツール１０を提供し、このツール１０は、発泡材料から形成されたツールボディ１２、ツールボディ１２上の樹脂状材料１４及び該ツールボディ１２と樹脂状材料１４との間の、樹脂の樹脂状材料からツールボディ１２への移動を阻止するためのエラストマー材料１６を含んでいる。
【００５４】
この発明は又、ツールの製造方法、かかるツールを利用した製品の成形方法、及び、ここに記載のツールの形成において使用するためのエラストマー材料をも提供する。
【００５５】
本発明のツールの一つの特別の適用は、硬化可能な、樹脂複合材料から形成された成形品の形成又は製造におけるものである。かかる材料は、一般に、比較的軽量であって、それらを、航空学、モータースポーツ、土木工学及び自動車工業などの多くの産業並びに殆どのスポーツ領域に使用するための製品及び部品の製造において有用なものとしている高強度という周知の有利な特性を有する。かかる硬化可能な複合材料は、当業者には周知である。
【００５６】
本発明の成形型及び関連する方法論は、比較的低温で硬化する材料及び高い最終温度で硬化する材料の両方を含む多くの異なる種類の複合材料への適用を見出す。それは、おそらく、後者に関係しており、そこでは、後述のように、本発明は、最大の利点を見出す。
【００５７】
一層詳細には、ツールボディ１２は、任意の適当な発泡材料であってよいが、特に関心のある材料は、発泡炭素材料及び発泡ガラスである。この発泡ボディ１２の構成は、必要とされるツールの規模に依存しうる。このボディ１２は、発泡材料の単一ブロックから形成することができ、又は、大規模なツールが必要な場合には、幾つかのブロックを一緒に結合して基礎的ツール構造を形成することができる。次いで、このブロック又は構造を、通常、機械加工し、又は別法としては、必要とされる幾何学外形に形づくる。図面に断面図で示したボディ１２は、説明を容易にするために単純な矩形であるが、かかる発泡ボディは、例えばＣＮＣ機械装置を用いて非常に複雑に形づくることができるということは認められよう。炭素ベースの泡及びガラスベースの泡は、この方法によって、非常に正確に且つ複雑に形づくることができる。
【００５８】
ツール１０の最終成形表面は、ボディ１２の上に位置された樹脂状材料１４により与えられ、それ故、ボディ１２を所望の幾何学的外形に機械加工する場合、それは、必要とされるツールサイズより僅かに小さくして、この樹脂層及びエラストマー材料の層１６の厚みをも与える。
【００５９】
この樹脂状材料の上に更なる層を塗布してこの樹脂状材料がツールの成形表面を与えない別の具体例においては、ボディ１２は、更なる層を考慮して機械加工されて、適当なサイズ及び形状を与え、それで、ツール表面は、所望の形状及びサイズとなる。
【００６０】
一度ボディ１２が所望の幾何学的外形に機械加工されたならば、エラストマー材料１６を、ボディ１２の適当な面に塗布する。この具体例において、エラストマー材料１６は、層１６をボディ１２の上に形成する。
【００６１】
このエラストマー材料は、フルオロエラストマーを包含し、これは、この具体例において、ボディ１２に、硬化可能なフィルムの形態で塗布される。しかしながら、このエラストマーを、液体形態などの他の形態で与えることは、本発明の範囲内にあり、噴霧、ペンキ塗り又は別法による適用でもよい。
【００６２】
フルオロエラストマー材料の一例は、Advanced Composites Group, (Heanor, 英国)から、参照番号HTE18-75Eで入手することができる。
【００６３】
このエラストマーの製品データは、下記の通りである：
HTE18-75Eは、硬化しないフルオロエラストマーフィルムである。HTE18−75Eは、最低温度１２０℃(２４８°Ｆ)で予備硬化させて成形品取出し条件にすることができるが、完全な重合には、最低温度１５５℃(３１０°Ｆ)が必要とされる。２３０℃(４５０°Ｆ)より高温の最大使用温度を達成するために、HTE18-75Eは、一層高温の後硬化を必要とする。
【００６４】
典型的特性
【表１】
2010509094.tif 000003
【００６５】
【表２】
2010509094.tif 000004
【００６６】
厚みは、一般に、１．５ｍｍ(０．０６３インチ)〜０．７６ｍｍ(０．０３１インチ)であるが、これは、適合させることができる。
【００６７】
樹脂状材料１４は、次いで、エラストマーフィルム１６表面上に直接積層され、それで、このエラストマーフィルム１６は、直接、ボディ１２と樹脂状材料１４の間に位置される。このエラストマーフィルム１６は、実質的に、この樹脂状材料１４中の樹脂に対して不透過性であり、従って、樹脂のボディ１２中への移動を阻止するように作用する。
【００６８】
この樹脂状材料１４は、任意の硬化性物質であってよく、それは、層として塗布される。
【００６９】
一例は、繊維強化材例えば炭素繊維又はガラス繊維を有するエポキシ樹脂マトリクス材料の層又はプレプレグであり、これは、比較的低い硬化温度(４０〜２００℃)を必要とする。
【００７０】
他の例は、繊維補強材を有するビスマレイミドマトリクスであり、この具体例においては、やはり炭素繊維である。これは、比較的高い硬化温度(２００℃)を必要とする。
【００７１】
当業者に公知の他の硬化可能なマトリクス材料例えば、シンナメートエステル、ポリイミド及び熱可塑性物質のような他の低温硬化樹脂及び他の高温硬化樹脂も使用できるということは認められよう。公知物質のブレンド及び混合物も利用することができる。
【００７２】
一度このエラストマーフィルム及び樹脂層１４が積層されたならば、それら両者は、発泡ボディ１２上でその場で硬化される。このボディ１２、エラストマー１６及び樹脂層１４は、一緒に結合して、樹脂の樹脂層１４から発泡ボディ１２への移動は、殆ど又は全くない。それ故、このエラストマー１６は、樹脂の発泡ボディ１２への移動を、硬化の前及び硬化中の両方で阻止するように作用する。
【００７３】
これは、低温効果樹脂層及び高温硬化樹脂層の両方につき作用することが示されてきており、特に、後者に対して、これは、ある種のかかる樹脂例えばＢＭＩが硬化中に示す非常に低い粘度の故に、有意に有利である。このエラストマーは、発泡ボディ１２と樹脂状材料１４によく結合することが示されている。
【００７４】
本願のツールは、それが、エラストマー層１６、高温硬化樹脂状材料及び炭素又はガラス発泡ボディ１２がすべて高い硬化温度に耐えられるので、低温硬化材料と高温硬化材料の両方の成形において利用することができるという点に、特別な利点を見出す。これは、このツールを、高温硬化樹脂系を利用する製品及び構造物の成形において利用することを可能にする。
【００７５】
このエラストマー層１６は又、ボディ１２と樹脂層１４との間に伝搬する脆性破壊の防止をも助成する。このエラストマーは、ボディ１２と樹脂層１４との間のコンプライアント層又はインターフェースを提供し、これは、小さい動きをダメージを伴わずに可能にし、かかる動きは、ボディ１２と層１４の熱膨張係数の差異の結果としてありうるものであり、ツールスキン(樹脂層１４)の収縮の結果としてもありうるものである。
【００７６】
更なる利点は、このエラストマーフィルム１６の不透過性が、ツール上での製品の成形中の真空集結度の困難性を解決することである。
【００７７】
上記の樹脂層１４は、このツールの所望の適用により、一種以上の樹脂状材料又はそれらのブレンドを含むことができる。層１４は又、層１４内に多数のプライが与えられた積層物を含むこともできる。これらのプライは、公知の技術に従って、同じ又は異なる材料を含むことができる。
【００７８】
例えば、層１４は、繊維状材料が、完全に、部分的に、又は一般に繊維中に含浸されない一層の繊維強化プレプレグを含むことができる。この繊維は、この具体例では、炭素繊維であり、それで、上記と類似の特性が、炭素発泡ツールに適している。しかしながら、ガラス繊維などの他の繊維は、使用することができ、この場合は、ガラスの泡がボディ１２に対して好適材料でありうる。しかしながら、本発明の特徴は、２．８〜５．５の範囲内の熱膨張係数を有するガラスの泡の利用であり、これは、炭素強化した材料を成形することのできるツールボディとしての使用にも特に適したガラスの泡を与える。
【００７９】
この積層物は、少なくとも一つの乾燥繊維層、シンタクチック層又は当業者に公知の任意の他の層と積層された少なくとも一つの樹脂状プライを含むことができる。
【００８０】
一度この樹脂状材料及びエラストマーがツールボディ１２上で硬化されたならば、成形用に材料を載せるべき樹脂層１４の外表面１８が完成されて、所望の幾何学的外形及び表面仕上を例えば更なる機械加工、サンダー仕上げなどにより与えることができる。
【００８１】
本発明は又、製品を上記のツール上で成形する方法をも提供する。
【００８２】
図２を参照して、成形されるべき材料２０をツール１０の表面１８上に置く。材料２０は、任意の公知の組成物及び構造であってよいが、本発明の特別の利点は、やはり、ツール１０が比較的高温に耐えることができるので、比較的高い硬化温度を必要とする硬化可能な樹脂状材料からの成形品の製造に有効に使用することができることである。
【００８３】
一度材料２０が表面１８上に置かれたならば、それは、材料２０を硬化させるための適当な条件にかけられる。図２においては、慣用の真空バッグシステムを例示してあり、真空膜２２を、材料２０の周りに配置し、慣用の密封手段２４によってボディ１２に対して密封する。真空バッグ技術の詳細及び利点は、当業者の知るところとなるであろう。
【００８４】
硬化中、空気を、密封膜２２の下から図２の矢印の向きに引き抜いて、硬化を促進し、材料２０中の間隙の形成を減じる(やはり、当業者に理解されよう)。
【００８５】
重要なことには、実質的に不透過性のエラストマー層１６が、真空バッグ配置が密封されることを可能にし、そうして、真空完全性を与え、こうして、発泡ボディ１２の固有の多孔性の困難性を回避することである。
【００８６】
図３は、別のツール１１０を示しており、エラストマー層１６は、樹脂状材料１４よりもボディ１２の一層大きい領域をカバーしており、この場合、ボディ１２の側面２６の途中まで及んでいる。これは、エラストマー層１６に真空膜２２が粘着テープ２４又は他の慣用の手段によって密封されうる表面領域２８を与える。これは、良好な真空完全性を与え、そうして、成形を容易にする。
【００８７】
図４は、本発明による尚更なるツール１００の断面図である。このツール１００は、発泡材料及びボディ１１２上の樹脂状材料１１４よりなるツールボディ１１２を含む。この特別の具体例において、発泡ボディ１１２のために好適な材料は、発泡ガラスである。発泡ガラスボディ１１２は、一般的に、上記のように、所望の形状に形成することができる。
【００８８】
この発明で用いられる発泡ガラスの重要な特徴は、それが、０〜１２×１０-6ｍ／ｍ／℃の、最も好ましくは、２．８〜５．５ｍ／ｍ／℃の熱膨張係数を有することである。特に、後者の範囲は、ツールボディ１１２に、炭素繊維強化した樹脂状材料の熱膨張係数の範囲内か又はそれに十分近い熱膨張係数を与え、これは、ツール１００を、炭素繊維強化した樹脂状材料の成形のために、成形される材料とツール１００の間の熱膨張の差異による如何なる有意の又は有害な歪をも伴わずに有効に使用することを可能にする。
【００８９】
発泡ガラスは又、一般に、入手して加工処理するのに一層安価であり、このことは、それに、炭素の泡を超える利点を与えている。
【００９０】
この発泡ガラス材料は、０．１〜１０重量％のホウ素含有量を有するホウ珪酸塩ガラスである。
【００９１】
この発泡ガラス材料は、５０〜５００ｋｇ／ｍ3の、最も好ましくは、１８０〜２００ｋｇ／ｍ3の密度を有する。
【００９２】
特に適当な発泡ガラス材料は、Pittsburgh Corning (United Kingdom) Limited of Reading, Berkshire, 英国から、商標 FOAMGLAS 28にて入手できる。
【００９３】
この特別のガラスの泡は、高いホウ素含有量を有し、無機質であって、結合剤を含まない。
【００９４】
それは、次のような熱伝導率特性を有する。３８℃(平均)で、その熱伝導率は、０．０８４Ｗ／ｍ°Ｋ、９３℃(平均)で、０．０９５Ｗ／ｍ°Ｋ、１４９℃(平均)で、０．１０５Ｗ／ｍ°Ｋ、２０４℃(平均)で、０．１１７Ｗ／ｍ°Ｋ。
【００９５】
FOAMGLAS(商標)LCE 28は、比熱０．２ｋｃａｌ／ｋｇ／℃及び密度約１９０ｋｇ／ｍ3(０．１９ｇ／ｃｍ3)を有する。それは、１．３８ＭＰａの圧縮強さ及び０．６２ＭＰａの曲げ強さを有する。１２，６００ｋｇ／ｃｍ2の弾性率及び２．８×１０-6／℃(１．６×１０-6／°Ｆ)の線膨張率を有する。
【００９６】
Pittsburgh Corning から入手できる更なる適当な材料は、商標FOAMGLAS LCE 55にて入手することができる。
【００９７】
このガラスの泡は又、高ホウ素含有ガラスでもある。
【００９８】
それは、３８℃(平均)で、０．０８７Ｗ／ｍ°Ｋの、９３℃(平均)で、０．０９８Ｗ／ｍ°Ｋの、そして１４９℃(平均)で０．１１Ｗ／ｍ°Ｋの熱伝導率特性を有する。
【００９９】
それは、比熱０．２ｋｃａｌ／ｋｇ／℃及び密度０．１９ｇ／ｃｍ3(１９０ｋｇ／ｍ3)を有する。
【０１００】
FOAMGLAS(商標)LCE 55は、圧縮強さ８２７ｋＰａ及び曲げ強さ６２１ｋＰａを有する。それは、弾性率１２，６００ｋｇ／ｃｍ2及び線膨張率５．５×１０-6／℃(３．２×１０-6／°Ｆ)を有する。
【０１０１】
これらの特別なガラスの泡は、Pittsburgh Corning によって、非常に特別の且つ専門的に中性子を吸収する性質を有するように製造されており、煙突の内張りの特殊な用途のために使用するものと考えられている。この産業及びこれらのガラスの泡の用途は、非常に明確であり且つ本技術のコンテキストにおける使用のための材料の同定及び選択は、新規であり且つ進歩性を有している。
【０１０２】
ツール１００は、その材料を成形するために、一般に、図２及び３に関して論じたように使用される。
【０１０３】
ツール１００は、一般に、前記の具体例の中間のエラストマー層を供給せずに、上記のようにして形成される。
【０１０４】
発泡ガラスに対する別法として、ボディ１１２は、発泡炭素又は発泡アルミニウム、又は任意の他の適当な発泡材料を含むことができる。
【０１０５】
様々な具体例は、本発明の精神及び範囲から離れることなく行なうことができる。例えば、樹脂状材料又は層は、製品を成形する完成表面を与えるとして記載されているが、そのような成形用表面は、別の層によって与えることができ、それとツールボディの間に該樹脂状材料とエラストマーが配置される。
【０１０６】
エラストマー材料は、ツールボディ上の複数の別々の表面又は表面領域に適用することができ、樹脂の吸収は、阻止されるべきである。
【０１０７】
エラストマー材料は、上記に加えて又は別法として、一種以上の低温硬化シリコーンエラストマー、ブチルエラストマー及び／又はポリウレタンエラストマーを含むことができる。
【０１０８】
このツールの発泡ボディは、発泡アルミニウム、発泡熱可塑性物質、発泡ガラス及び／又は発泡セラミックの一種以上を含むことができる。
【０１０９】
樹脂状材料は、熱硬化性及び／又は熱可塑性樹脂を含むことができる。
【０１１０】
前記の明細書においては、特に重要と考えられるこの発明の特徴に注意を引くように努力してきたが、出願人は、上で言及し且つ／又は図面に示した任意の特許可能な特徴又はそれらの組合せに関して、特別の強調があってもなくても、保護を請求しているということは理解されるべきである。
【符号の説明】
【０１１１】
１０  ツール
１２  ツールボディ
１４  樹脂状材料
１６  エラストマー材料
１８  外表面
２０  成形されるべき材料
２２  真空膜
２４  密封手段
２６  側面
２８  表面領域
１００  ツール
１１２  発泡ボディ
１１４  樹脂状材料
【図１】
2010509094.tif 000005
【図２】
2010509094.tif 000006
【図３】
2010509094.tif 000007
【図４】
2010509094.tif 000008
【国際調査報告】
2010509094.tif 000009
2010509094.tif 000010
2010509094.tif 000011
2010509094.tif 000012
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