ФОРМОВОЧНО-ЛИТЬЕВОЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ПРЕФОРМ И АРМИРОВАННЫХ ВОЛОКНОМ ПЛАСТМАСС С ПОМОЩЬЮ ФОРМОВОЧНО-ЛИТЬЕВОГО УСТРОЙСТВА
MOULDING-CASTING DEVICE AND METHOD OF PRODUCING PREFORMS AND PLASTIC ARTICLES REINFORCED BY FIBERS BY MEANS OF SAID DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к формовочно-литьевому устройству, которое применяется в производстве армированных волокном пластмасс способом трансферного формования пластмасс (в дальнейшем может быть сокращенно обозначен как RTM-способ), а также к способу производства преформы и армированных волокном пластмасс с помощью формовочно-литьевого устройства. Более конкретно, настоящее изобретение относится к такому формовочно-литьевому устройству для трансферного формования, при помощи которого может быть изготовлена преформа и армированные волокном пластмассы путем пропускания теплоносителя в систему труб, размещенную и встроенную в формовочно-литьевое устройство, для нагрева формовочно-литьевого устройства и, таким образом, нагрева армирующей волокнистой основы и связующей смолы в качестве материала для армированных волокном пластмасс, без использования печи, а также к способу производства преформы и армированных волокном пластмасс при помощи формовочно-литьевого устройства.
Уровень техники
В настоящее время существует потребность в конструкционных материалах, необходимых для строительства транспортных средств, таких как самолеты, которые обладают определенными механическими свойствами и являются не только более легкими, но и более дешевыми. В частности, конструкционные материалы для авиации, как ожидается, будут становиться легче, и переключение на пластмассы, армированные волокном (в дальнейшем могут быть сокращенно обозначены как ПАВ), в качестве основных конструкционных материалов таких элементов, как крылья, хвостовая часть и фюзеляж, исследуется в целях достижения механических свойств и сниженного веса.
Способ автоклавного формования известен как стандартный способ производства подобных ПАВ. В автоклавном формовании в качестве материала для ПАВ используется препрег, который представляет собой армирующие волокна, предварительно пропитанные связующей смолой. ПАВ получают, помещая препрег в приспособление для литьевого формования, имеющее форму детали, а затем собирают ламинат, после чего выполняют нагревание и приложение давления при определенной температуре и давлении в автоклаве. С помощью используемого при этом препрега в высокой степени можно регулировать объемное содержание Vf армирующего волокна. Это дает преимущество, состоящее в возможности получения ПАВ с превосходными механическими свойствами. Однако сам препрег является дорогим материалом, а оборудование автоклава очень дорого. Таким образом, применение препрега также проблематично из-за высокой стоимости формования. В частности, конструкционные материалы для элементов конструкции самолетов настолько велики, вследствие чего размер используемого автоклава увеличивается, и стоимость оборудования становится чрезмерно высокой.
В то же время способы литьевого прессования пластмасс, такие как способ трансферного формования пластмасс (в дальнейшем может быть сокращенно обозначен как RTM: трансферное формование пластмасс (Resin Transfer Molding)), как известно, представляют собой способы формования, которые могут снизить стоимость формования.
Способ трансферного формования пластмасс является способом формования ПАВ, который отличается тем, что слоистому материалу (в дальнейшем сокращенно обозначаемый как преформа), например армирующей волокнистой основе, не пропитанной связующей смолой, придают форму детали, которую предстоит отформовать, и помещают в приспособление для литьевого формования, а затем под давлением вводят связующую смолу и пропитывают преформу с последующим отверждением связующей смолы с помощью печи.
Таким образом, способ трансферного формования пластмасс обеспечивает преимущество, состоящее в том, что стоимость материала может быть снижена благодаря использованию сухой армирующей волокнистой основы, которая не была пропитана связующей смолой, а также дополнительное преимущество, состоящее в том, что стоимость формования может быть снижена благодаря тому, что не используется автоклав.
Прежде всего, способ трансферного формования пластмасс с введением связующей смолы посредством вакуума (VaRTM: трансферное формование пластмасс с помощью вакуума) известен как способ формования, который позволяет значительно снизить стоимость формования благодаря применению в процессе формования простого оборудования.
В данном способе VaRTM, так как создание давления помимо вакуума не производится, такие характеристики, как толщина и форма формованного изделия, в значительной мере зависят от качества преформы. Таким образом, чрезвычайно важно производить высокосортную преформу.
В качестве способа производства преформы для трансферного формования пластмасс предлагается способ производства преформы, согласно которому слоистый лист, изготовленный из ряда слоев армирующих волокнистых материалов, в которые подается связующий материал для адгезии между слоями, помещают на формовочную пластину нижней части приспособления, имеющую формовочную поверхность, а затем верхнюю формовочную пластину, имеющую формовочную поверхность, соответствующую формовочной пластине нижней части приспособления, последовательно прижимают к каждому участку слоистого листа, и, таким образом, слоистый лист приобретает определенную форму, после чего слоистый лист нагревают горячим воздухом или силиконовым нагревательным элементом, вызывая межслойную адгезию ламината (например, см. Патентный Документ 1).
Однако согласно предложенному выше способу для нагревания слоистого листа горячим воздухом необходима печь. Печь по сравнению с автоклавом недорога, и все же применение печи приводит к повышению стоимости формования по причине того, что в случае формования конструкционных материалов для самолетов требуется печь, имеющая большой размер для того, чтобы в нее помещались подобные материалы, при этом приспособление для формования требуется помещать в печь в процессе нагревания. Кроме того, некоторые формы формованного изделия имеют участки, которые горячий воздух в печи обдувает хорошо и которые горячий воздух обдувает хуже, вследствие чего возникает сложность, вызванная неравномерным нагревом. В то же время также описан способ нагревания с помощью силиконового нагревательного элемента, но при этом абсолютно не описан способ размещения силиконового нагревательного элемента. В случае нагревания деталей больших размеров, таких как конструкционные материалы для самолетов, существует сложность, так как силиконовый кабель должен быть распределен на очень большой площади, при этом между участками, в которых силиконовый кабель контактирует с металлической формой и участками, в которых силиконовый кабель не контактирует с ней, возникает неравномерность нагрева, что приводит к дефекту в формованном изделии.
Способ сохранения формы, придаваемой армированному волокну, согласно которому армирующий волокнистый материал-основа со смолой, нанесенной на поверхность, собирают в ламинат, помещают на приспособление для формования и накрывают листом, а затем прикладывают давление, придавая армирующему волокну определенную форму, с последующим плавлением и отверждением смолы с помощью нагревательного устройства, которым оборудовано приспособление для формования, также предлагается в качестве способа производства преформы для трансферного формования пластмасс (например, см. Патентный Документ 2).
Однако в вышеуказанном способе описан только нагреватель нагревательного устройства, при этом, как описано выше, также существует сложность, связанная с возникновением неравномерного нагрева, особенно в случае нагревания деталей больших размеров, таких как конструкционные материалы для самолетов. На фиг.1 Патентного Документа 2 показан источник тепла, расположенный в приспособлении для формования, и, таким образом, размещение источника тепла внутри структуры приспособления для формования приводит к поглощению большего количества тепла, производимого источником тепла, приспособлением для формования непосредственно. Таким образом, существует трудность, связанная с возникновением неравномерности распределения температуры, при этом армирующий волокнистый материал-основа нагревается неэффективно, а приспособление для формования становится тяжелым. Такой недостаток при нагревании влияет на стабильность формы и физические свойства, такие как толщину преформы. В частности, как описано в Патентных Документах 1 и 2, когда слоистый лист, размягченный в результате нагрева клейкого вещества, находящегося между слоями ламината, прессуют посредством давления металлической формы или воздействия атмосферного давления с помощью вакуумного мешка для того, чтобы связать армирующее волокно материала-основы клейким материалом, затрагивается устойчивость профиля преформы. Так как воздействие давлением (приложение давления) проводят в таком состоянии, когда клейкий материал размягчен в результате нагревания, слой клейкого материала становится настолько тонким, что при этом также затрагивается толщина преформы.
Таким образом, в способе трансферного формования пластмасс толщина преформы является чрезвычайно важным регулируемым параметром, поскольку влияет не только на геометрию, но также и на пропитывающую способность связующей смолы. Таким образом, когда нагревание и давление являются избыточными, а толщина преформы становится слишком маленькой, существует возможность возникновения проблемы, связанной с тем, что плотность армирующего волокна в преформе становится слишком высокой, при этом сопротивление на линии потока связующей смолы возрастает, вследствие чего связующая смола не пропитывает волокно. С другой стороны, когда нагревание и давление являются недостаточными, а толщина преформы становится слишком большой, существует возможность возникновения проблемы, связанной с тем, что плотность армирующего волокна в преформе становится низкой, при этом объемное содержание (в дальнейшем может быть сокращенно обозначено как Vf) армирующего волокна становится низким, вследствие чего не достигаются заданные механические свойства.
Таким образом, неравномерное нагревание вызывает локальные отклонения качества в преформе, и, таким образом, способ нагревания слоистого листа армирующего волокнистого материала-основы чрезвычайно важен в производстве преформы, используемой в трансферном формовании пластмасс.
Затем преформу, изготовленную таким образом, помещают в приспособление для литьевого формования, отличное от приспособления для формования, при этом вспомогательные материалы для введения и выпуска связующей смолы размещают, как необходимо, после чего вводят связующую смолу и пропитывают преформу в таком состоянии, в котором преформу уплотняют формованием или с помощью вакуумного мешка, с последующим нагреванием и отверждением связующей смолы с помощью печи.
При введении и пропитке связующей смолой преформа, расположенная в приспособлении для литьевого формования, и связующая смола нагреваются в таком температурном диапазоне, в котором увеличение вязкости связующей смолы в результате отверждения не вызывает каких-либо затруднений, причем вязкость связующей смолы снижается, а пропитывающая способность повышается. После того, как связующая смола полностью пропитала преформу, связующую смолу необходимо отвердить путем нагревания до температуры отверждения связующей смолы.
Таким образом, необходимо, чтобы приспособление для литьевого формования подготавливали отдельно от приспособления для формования, после чего приспособление для литьевого формования с расположенной на нем преформой помещают в нагревательное оборудование, такое как печь; поэтому существует сложность, связанная с тем, что для формования требуется много времени.
В частности, относительно элементов конструкции самолетов существует сложность, связанная с тем, что размер элементов конструкции настолько велик, что приспособление для формования является очень тяжелым, поэтому требуются большие усилия и время, чтобы переместить приспособление в нагревательное оборудование, такое как печь, или необходимо такое оборудование, как трактор, вследствие чего стоимость оборудования становится очень высокой.
Патентный Документ 1: нерассмотренная заявка на патент Японии 2004-322422
Патентный Документ 2: нерассмотренная заявка на патент Японии 2006-123404
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Цель изобретения
Ввиду вышеописанных сложностей предыдущего уровня техники цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить формовочно-литьевое устройство для однородного и эффективного нагревания ламината армирующего волокнистого материала-основы с высокой точностью, а также способ производства преформы для трансферного формования и пластмасс, армированных волокном, с помощью формовочно-литьевого устройства.
Способы решения задач
Настоящее изобретение обеспечивает одно из следующих средств для решения вышеописанных сложностей:
(1) формовочно-литьевое устройство для трансферного формования пластмасс, армированных волокном, полученное путем объединения рабочей пластинчатой части и плоской пластинчатой части с формированием полой выпуклой части, в которой система металлических труб в качестве пути потока теплоносителя присоединена к обратной поверхности рабочей пластинчатой части теплопроводящим материалом, и резиновый шнур объединен с внешней частью зоны, используемой для формования или литьевого формования, в плоской пластинчатой части;
(2) формовочно-литьевое устройство по п.(1), в котором толщина рабочей пластинчатой части составляет 1 мм или больше и 15 мм или меньше;
(3) формовочно-литьевое устройство по п.(1) или (2), в котором диаметр резинового шнура составляет 10 мм или больше и 100 мм или меньше;
(4) формовочно-литьевое устройство по любому из п.п.(1)-(3), в котором впускной канал для смолы и выпускной канал для связующей смолы для трансферного формования помещены в плоской пластинчатой части между выпуклой частью и резиновым шнуром;
(5) формовочно-литьевое устройство по любому из п.п.(1)-(4), в котором рабочую пластинчатую часть изготавливают путем штампования;
(6) способ производства преформы, отличающийся тем, что преформу для трансферного формования изготавливают при помощи формовочно-литьевого устройства по любому из п.п.(1)-(5) посредством следующих этапов:
A) этапа размещения, в котором на формовочно-литьевом устройстве размещают ламинат, в котором на поверхность слоев армирующей волокнистой ткани нанесена термопластичная и/или термоотверждаемая смола;
B) этапа формования, в котором ламинат формуют путем вакуумирования внутреннего герметизированного пространства формы после полного накрывания ламината резиновым листом с целью герметизации формовочно-литьевого устройства; и
C) этапа нагревания и воздействия давлением, на котором армирующие волокнистые ткани связываются термопластичной и/или термоотверждаемой смолой, нанесенной на поверхности армирующих волокнистых тканей, посредством прохождения теплоносителя в системе труб для нагревания и воздействия давлением на ламинат после его формования;
(7) способ производства преформы по п.(6), в котором вспомогательный материал в качестве пути потока связующей смолы в трансферном формовании размещается вместе с ламинатом в этапе размещения (A);
(8) способ производства преформы по п.п.(6) или (7), в котором скорость повышения температуры формовочно-литьевого устройства составляет 0,5°C/мин или больше и 3°C/мин или меньше в диапазоне температур нагрева от 40°C или больше и до 130°C или меньше в этапе нагревания и воздействия давлением (C);
(9) способ производства пластмасс, армированных волокном, отличающийся тем, что преформа, полученная способом по любому из п.п.(6)-(8), помещается в приспособление для литьевого формования, отличное от формовочно-литьевого устройства, с целью введения, пропитки и отверждения связующей смолы;
(10) способ производства пластмасс, армированных волокном, отличающийся тем, что трансферное формование выполняют при помощи формовочно-литьевого устройства по любому из п.п.(1)-(5) посредством следующих этапов:
(A) этапа размещения, в котором на формовочно-литьевом устройстве размещают ламинат, в котором на поверхность слоев армирующей волокнистой ткани нанесена термопластичная и/или термоотверждаемая смола;
B) этапа формования, в котором ламинат формуют путем вакуумирования внутреннего герметизированного пространства формы после полного накрывания ламината резиновым листом с целью герметизации формовочно-литьевого устройства;
C) этапа нагревания и воздействия давлением, на котором армирующие волокнистые ткани связываются термопластичной и/или термоотверждаемой смолой, нанесенной на поверхности армирующих волокнистых тканей, посредством прохождения теплоносителя в системе труб для нагревания и воздействия давлением на ламинат после его формования;
D) этапа размещения вспомогательного материала, в котором дополнительно размещают материал для распределения смолы и внешний слой для введения и пропитки связующей смолой, при этом герметизирующий резиновый лист удаляют и сохраняют полученную преформу в формовочно-литьевом устройстве без извлечения из него;
E) этапа изолирования, в котором внутреннее герметизированное пространство вакуумируют после накрывания преформы, материала для распределения смолы и внешнего слоя изолирующей пленкой с целью герметизации формовочно-литьевого устройства;
F) этапа введения и пропитки смолой, в котором связующую смолу вводят при вакуумировании внутреннего герметизированного пространства с целью пропитки преформы связующей смолой с помощью материала для распределения смолы;
G) этапа отверждения смолы, в котором связующую смолу нагревают и отверждают путем прохождения теплоносителя в системе труб; и
H) этапа извлечения из формы, в котором формованное изделие извлекают из формовочно-литьевого устройства;
(11) способ производства армированных волокном пластмасс по п.(10), в котором промежуточный лист помещают на материал для распределения смолы и внешний слой в этапе размещения вспомогательного материала (D);
(12) способ производства армированных волокном пластмасс, отличающийся тем, что трансферное формование выполняют при помощи формовочно-литьевого устройства по любому из п.п.(1)-(5) посредством следующих этапов:
A) этапа размещения, в котором на формовочно-литьевом устройстве размещают материал для распределения смолы и внешний слой в качестве пути потока связующей смолы в процессе трансферного формования вместе с ламинатом, в котором на поверхность слоев армирующей волокнистой ткани нанесена термопластичная и/или термоотверждаемая смола;
B) этапа формования ламината, в котором ламинат формуют путем вакуумирования внутреннего герметизированного пространства формы после полного накрывания ламината резиновым листом с целью герметизации формовочно-литьевого устройства;
C) этапа нагревания и воздействия давлением, на котором армирующие волокнистые ткани связываются термопластичной и/или термоотверждаемой смолой, нанесенной на поверхности армирующих волокнистых тканей, посредством прохождения теплоносителя в системе труб для нагревания и воздействия давлением на ламинат после его формования;
D) этапа изолирования, в котором внутреннее герметизированное пространство вакуумируют после накрывания преформы, материала для распределения смолы и внешнего слоя изолирующей пленкой с целью герметизации формовочно-литьевого устройства, причем при удалении герметизирующего резинового листа полученная преформа, материал для распределения смолы и внешний слой оставляют в формовочно-литьевом устройстве без извлечения из него;
E) этапа введения и пропитки смолой, в котором связующую смолу вводят при вакуумировании внутреннего герметизированного пространства с целью пропитки преформы связующей смолой с помощью материала для распределения смолы;
F) этапа отверждения смолы, в котором связующую смолу нагревают и отверждают путем прохождения теплоносителя в системе труб; и
G) этапа извлечения из формы, в котором формованное изделие извлекают из формовочно-литьевого устройства;
(13) способ производства армированных волокном пластмасс по п.(12), в котором промежуточный лист помещают на материал для распределения смолы и внешний слой в этапе изолирования (D), после чего формовочно-литьевое устройство герметизируют изолирующей пленкой; и
(14) способ производства армированных волокном пластмасс по любому из п.п.(10)-(13), в котором скорость повышения температуры формовочно-литьевого устройства составляет 0,5°C/мин или больше и 3°C/мин или меньше в диапазоне температур нагревания от 40°C или больше и до 130°C или меньше в этапе нагревания и воздействия давлением (С).
Технический результат изобретения
Формовочно-литьевое устройство настоящего изобретения снабжено нагревательным устройством, которое обеспечивает однородное и эффективное нагревание с высокой точностью, таким образом, применение указанного формовочно-литьевого устройства может обеспечить преформу для трансферного формования, при котором не требуется нагревательное оборудование, такое как печь, а также обеспечивает изготовление дешевых и высококачественных армированных волокном пластмасс.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - схематический вид в поперечном сечении формовочно-литьевого устройства согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.
Фиг.2 - схематический вид сверху формовочно-литьевого устройства, показанного на фиг.1.
Фиг.3 - схематический вид в поперечном сечении формовочно-литьевого устройства, на котором изображен способ производства преформы для трансферного формования согласно настоящему изобретению.
Фиг.4 - схематический вид в поперечном сечении формовочно-литьевого устройства, имеющего цельную выпуклую часть, изготовленную в Сравнительном Примере 2.
Фиг.5 - схематический вид в поперечном сечении формовочно-литьевого устройства, на котором изображен способ производства армированных волокном пластмасс согласно настоящему изобретению.
Фиг.6 - схематический вид в поперечном сечении формовочно-литьевого устройства, на котором изображен способ производства преформы для трансферного формования согласно настоящему изобретению.
Фиг.7 - вид, на котором изображено пространственное расположение формовочно-литьевого устройства, изготовленного в Сравнительном Примере 1, и горячего воздуха.
Позиционные обозначения
1: формовочно-литьевое устройство
2: рабочая пластинчатая часть
3: плоская пластинчатая часть
4: система труб в качестве пути потока теплоносителя (для нагрева выпуклой части)
5: система труб в качестве пути потока теплоносителя (для нагрева плоской пластинчатой части)
6: теплопроводящий материал
7: резиновый шнур
8: впускной канал для связующей смолы
9: выпускной канал для связующей смолы
10: теплоизоляционный материал
11: отверстие
12: соединительный патрубок терморегулятора системы труб
13: ламинат
14: резиновый лист
15: рама резинового листа
16: формовочно-литьевое устройство, имеющее цельную выпуклую часть
17: цельная выпуклая часть
18: система труб в качестве пути потока теплоносителя
19: преформа
20: материал для распределения смолы
21: пластина
22: изолирующая пленка
23: уплотнительный материал
26: соединительный патрубок для наполнения
27: соединительный патрубок для вакуумирования
50: финишная линия изделия
60: боковая поверхность 60, по которой горячий воздух обдувает выпуклую часть
70: горячий воздух
Предпочтительный способ осуществления изобретения
Способ трансферного формования пластмасс разделен на этап преимущественно изготовления преформы (в дальнейшем сокращаемый как этап (I)) и этап введения и пропитки смолой преформы с получением пластмасс, армированных волокном, при последующем отверждении (в дальнейшем сокращаемый как этап (II)). В указанных этапах армирующий волокнистый материал-основу и связующую смолу, в качестве материалов для формуемых пластмасс, армированных волокном, требуется нагреть и охладить до определенной температуры.
Таким образом, в этапе (I), когда на поверхность армирующего волокнистого материала-основы нанесены смолы, в частности, такие как термопластичные или термоотверждаемые смолы, то при нагревании и прессовании армирующего волокнистого материала-основы смолы размягчаются и связывают между собой слои армирующего волокнистого материала-основы, улучшая устойчивость формы преформы, при этом дополнительное регулирование температуры нагревания позволяет регулировать толщину преформы.
В этапе (II) связующая смола, пропитывающая преформу, нагревается при введении смолы, чтобы снизить вязкость смолы в целях улучшения пропитывающей способности, а затем нагревается до температуры отверждения после пропитки преформы с отверждением связующей смолы.
Формовочно-литьевое устройство настоящего изобретения снабжено нагревательным устройством для создания условий нагрева, требуемых для таких этапов, вследствие чего преформу или армированные волокном пластмассы можно производить без использования для нагрева печи.
Формовочно-литьевое устройство настоящего изобретения в данном документе описывается ниже.
Формовочно-литьевое устройство настоящего изобретения представляет собой формовочно-литьевое устройство, полученное путем соединения рабочей пластинчатой части и плоской пластинчатой части с формированием полой выпуклой части, в которой система металлических труб в качестве пути потока теплоносителя присоединена к обратной поверхности рабочей пластинчатой части теплопроводящим материалом, при этом резиновый шнур присоединен с внешней стороны зоны, используемой для формования или литьевого формования, на плоской пластинчатой части.
Формовочно-литьевое устройство в настоящем изобретении используется не только в качестве приспособления для формования преформы, используемого при получении армированных волокном пластмасс способом трансферного формования, но также и в качестве приспособления для литьевого формования, используемого при производстве армированных волокном пластмасс из преформы, которая подробно описана ниже. Обычно, как и указано, формовочно-литьевое устройство, имеющее конструкцию согласно настоящему изобретению, применяется в качестве приспособления для формования, используемого для изготовления преформы, после чего преформу можно также формовать с помощью другого приспособления для литьевого формования.
Далее настоящее изобретение описано более подробно со ссылкой на сопровождающие чертежи.
Фиг.1 является схематическим видом в поперечном сечении формовочно-литьевого устройства 1 согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, при этом C-образная рабочая пластинчатая часть 2 объединена с плоской пластинчатой частью 3, формируя полую выпуклую часть, которая составляет формовочную часть для формования преформы с получением заданной формы.
Выпуклая часть в качестве формовочной плоскости для формования преформы состоит из C-образной рабочей пластинчатой части 2 и плоской пластинчатой части 3 и при этом изготовлена полой с тем, чтобы теплоемкость выпуклой части 2 могла быть снижена в максимально возможной степени. В результате, такое снижение теплоемкости позволяет нагревать или охлаждать формовочно-литьевое устройство до определенной температуры за короткое время. В частности, формовочно-литьевое устройство для формования и литьевого формования элементов большого размера, таких как конструкционные материалы для самолетов, является настолько большим, что технология быстрого нагрева или охлаждения всего формовочно-литьевого устройства до определенной температуры является весьма полезной с точки зрения сокращения времени формования.
Рабочая пластинчатая часть 2 и плоская пластинчатая часть 3 объединены. Объединение относится к такой структуре, в которой герметичность поддерживается уплотнительным швом. Если рабочая пластинчатая часть 2 для формования преформы и плоская пластинчатая часть 3, снабженная герметизирующими элементами из резинового листа, используемая в формовании, не соединены с сохранением герметичности, то в случае, когда из внутренней части, накрытой резиновым листом, откачивают воздух и понижают давление, происходит поступление воздуха, вследствие чего невозможно приложить достаточное давление к ламинату слоев армирующей волокнистой ткани. Кроме того, в случае введения смолы в преформу подобным образом происходит поступление воздуха, что приводит к образованию пустот и недостатку смолы. Таким образом, рабочая пластинчатая часть 2 и плоская пластинчатая часть 3 должны быть объединены в такую структуру, в которой герметичность поддерживается с помощью уплотнительного шва.
Кроме того, система металлических труб 4, служащая в качестве пути потока теплоносителя, расположена на нижней поверхности (внутренней части) C-образной рабочей пластинчатой части 2, которая является полой выпуклой частью. В формовочно-литьевом устройстве настоящего изобретения, показанном на фиг.1, система труб 5, служащая в качестве пути потока теплоносителя, также помещена на нижнюю поверхность плоской пластинчатой части 3. Система труб 4 и 5 связана с регулятором температуры для нагрева и подачи среды, такой как вода или масло, при этом нагретая среда поступает от регулятора температуры в систему труб 4 и 5, нагревая, таким образом, рабочую пластинчатая часть 2 и плоскую пластинчатая часть 3. Нижняя поверхность рабочей пластинчатой части 2 и плоской пластинчатой части 3, формирующие полую выпуклую часть, относятся к поверхности, обращенной к поверхности, контактирующей с армирующими волокнистыми тканями в процессе формования и литьевого формования, или обращенной к поверхности, расположенной внутри герметизируемого пространства.
В настоящем изобретении рабочая пластинчатая часть 2 и плоская пластинчатая часть 3, таким образом, нагреваются нагретой водой или нагретым маслом с высокой скоростью теплопередачи в отличие от горячего воздуха, нагреваемого с помощью печи. Таким образом, регулировку температуры формовочно-литьевого устройства можно выполнить чрезвычайно быстро и с высокой точностью. В случае горячего воздуха, нагреваемого с помощью печи, неравномерное нагревание возникает между зонами, которые горячий воздух обдувает хорошо, и зонами, которые горячий воздух обдувает хуже; однако согласно настоящему изобретению формовочно-литьевое устройство нагревается напрямую путем прохождения теплоносителя в системе труб, расположенной в формовочно-литьевом устройстве, в результате чего неравномерное нагревание настолько незначительно, что может быть выполнено равномерное нагревание.
В случае, когда формовочно-литьевое устройство настоящего изобретения применяется только для изготовления преформы, используемой в способе трансферного формования, система труб 5, которая служит в качестве пути потока теплоносителя, не должна обязательно быть помещена на нижнюю поверхность плоской пластинчатой части 3; однако в случае применения также в качестве приспособления для литьевого формования, используемого для производства армированных волокном пластмасс при введении и отверждении связующей смолы в преформе, связующая смола прилипает также к плоской пластинчатой части, вследствие чего связующая смола, прилипшая к плоской пластинчатой части, должна быть отверждена и извлечена из формовочно-литьевого устройства. Таким образом, система труб 5, которая служит в качестве пути потока теплоносителя, предпочтительно расположена также на нижней поверхности плоской пластинчатой части 3.
На фиг.2 изображен схематический вид сверху формовочно-литьевого устройства 1, на котором показано расположение системы труб 4 и 5 в качестве пути потока теплоносителя.
Технические параметры, такие как количество и положение системы труб 4 и системы труб 5 отдельно не ограничены, и все же система труб 4 и 5 должна быть помещена в количестве и с техническими параметрами, обеспечивающими подвод достаточного количества тепла для нагрева формовочно-литьевого устройства до определенной температуры. В формовочно-литьевом устройстве, изображенном на фиг.2, показаны шесть труб и четыре трубы, которые входят в систему труб 4 и систему труб 5 соответственно, при этом каждая пара труб соединена с формированием U-образной конфигурации. На фиг.2 стрелки, показанные в системе труб 4 и системе труб 5, показывают направление потока теплоносителя от регулятора температуры.
Как показано на фиг.2, соединительный патрубок 12 системы труб 4 и системы труб 5 для соединения с регулятором температуры предпочтительно соединены вместе на одной стороне формовочно-литьевого устройства для возможности легкого соединения с линией теплоносителя регулятора температуры. Кроме того, как показано на фиг.2, система труб 4 предпочтительно расположена за пределами финишной линии 50 изделия. Преформа в форме изделия может быть нагрета в достаточной степени при расположении системы труб 4 за пределами финишной линии изделия. Способ соединения системы труб 4 и системы труб 5 с регулятором температуры отдельно не ограничен, и все же должен соответствовать количеству линий теплоносителя, устанавливаемых на регулятор температуры.
В настоящем изобретении система труб 4 соединена теплопроводящим материалом с нижней поверхностью рабочей пластинчатой части 2, формирующей выпуклую часть. На фиг.1 показано такое состояние, когда система труб 4 и система труб 5 в качестве пути потока теплоносителя покрыты теплопроводящим материалом 6 и соединены с нижней поверхностью рабочей пластинчатой части 2 и плоской пластинчатой части 3, формирующих полую выпуклую часть. Таким образом, соединение с помощью теплопроводящего материала обеспечивает такой эффективный теплоперенос от теплоносителя, циркулирующего в системе труб, в результате чего формовочно-литьевое устройство может нагреваться равномерно. Соединение с помощью теплопроводящего материала, описанное в настоящем документе, означает, что поверхность системы труб 4, расположенной на нижней поверхности рабочей пластинчатой части 2, закреплена на рабочей пластинчатой части и покрыта теплопроводящим материалом, и что, другими словами, система труб 4 расположена на нижней поверхности рабочей пластинчатой части 2 под слоем теплопроводящего материала.
Таким образом, система труб 5 предпочтительно также присоединена к нижней поверхности плоской пластинчатой части 3 теплопроводящим материалом с подобной точки зрения.
Теплопроводящий материал, описанный в настоящем изобретении, предпочтительно представляет собой материал на основе эпоксидной смолы, содержащий металлическую пудру, высокоэффективный при теплообмене, а также вяжущий материал, содержащий графит. Из вышеперечисленного более предпочтителен вяжущий материал, содержащий графит. Вяжущий материал, содержащий графит, является предпочтительным, так как обладает достаточной скоростью теплопереноса и превосходной рабочей эффективностью. Вяжущий материал предпочтительно наносят, сушат и отверждают, используя для его нанесения на систему труб шпатель, соединяя, таким образом, систему труб с формовочно-литьевым устройством (рабочей пластинчатой частью 2 и плоской пластинчатой частью 3), как показано на фиг.1.
Нежелательно, чтобы система труб соединялась с формовочно-литьевым устройством путем сварки по всей длине из-за возможности сварочной деформации формовочно-литьевого устройства. Так как выпуклая часть формовочно-литьевого устройства настоящего изобретения сформирована в виде полой выпуклой части посредством рабочей пластинчатой части, нежелательно, чтобы система труб соединялась с нижней поверхностью рабочей пластинчатой части, сформированной в виде полой выпуклой части, при помощи сварки из-за возможности искажения формы выпуклой части в результате сварочной деформации. В частности, так как конструкционные материалы для самолетов требуют высокий уровень размерной точности формы, искажение формовочно-литьевого устройства в результате сварочной деформации нежелательно из-за возможности возникновения брака, связанного с нарушением размерной точности формованного изделия. Однако точечная сварка может быть выполнена для временного присоединения системы труб к выпуклой части и плоской пластинчатой части. Таким образом, для временного присоединения требуется производить точечную сварку, при которой сварочная деформация сведена к минимуму или же возникновение сварочной деформации вызывает меньше затруднений.
В настоящем изобретении система труб 4 представляет собой систему металлических труб. В качестве материала, используемого для системы труб 4, могут использоваться различные виды металлов, такие как нержавеющая сталь, сталь, алюминиевый сплав, титановый сплав и медный сплав, при этом более предпочтительно, чтобы система труб была изготовлена из медного сплава, так как из вышеперечисленных материалов медному сплаву благодаря его превосходным технологическим характеристикам можно более легко придать оптимальную форму при размещении системы труб в полой выпуклой части. Относительно системы труб 5 система труб, изготовленная из медного сплава, является предпочтительной по той же причине.
Кроме того, в формовочно-литьевом устройстве настоящего изобретения резиновый шнур диаметром 10 мм или больше и 100 мм или меньше присоединен к формовочно-литьевому устройству, что позволяет герметично закрыть зону, окружающую выпуклую часть формовочно-литьевого устройства 1. Таким образом, резиновый шнур присоединяется с внешней стороны зоны, используемой для формования или литьевого формования, в плоской пластинчатой части 3. Присоединение, описанное в настоящем документе, означает, что резиновый шнур и плоская пластинчатая часть 3 соединены таким образом, чтобы сохранять герметичность. В частности, резиновый шнур и плоская пластинчатая часть 3 предпочтительно связаны и соединены посредством клея для резины с целью сохранения герметичности.
На фиг.1 показано такое состояние, когда круглый резиновый шнур 7, имеющий круглое сечение, соединен с плоской пластинчатой частью 3 формовочно-литьевого устройства 1. На фиг.3 (A) и (B) показано такое состояние, когда ламинат 13 армирующего волокнистого материала-основы помещен на полую выпуклую часть формовочно-литьевого устройства 1 и накрыт резиновым листом 14 с целью откачивания воздуха из герметизированного пространства между резиновым листом 14 и резиновым шнуром 7, при этом из-за создания вакуума атмосферное давление прижимает ламинат 13 армирующего волокнистого материала-основы через резиновый лист 14, вследствие чего ламинат 13 принимает форму выпуклой части формовочно-литьевого устройства 1.
Так как резиновый шнур 7 присоединен к плоской пластинчатой части 3 формовочно-литьевого устройства 1 в целях герметизации зоны, окружающей выпуклую часть, резиновый лист 14 может изолировать формовочно-литьевое устройство при контакте с резиновым шнуром 7, в результате чего резиновый лист 14 может изолировать формовочно-литьевое устройство без использования вспомогательного материала, такого как клейкая лента.
Таким образом, нежелательно, чтобы диаметр резинового шнура 7 составлял менее чем 10 мм, так как область контакта резинового листа 14 с резиновым шнуром является настолько небольшой, что между резиновым листом 14 и резиновым шнуром герметизация создается с трудом. При этом нежелательно, чтобы диаметр резинового шнура 7 составлял более чем 100 мм, так как происходит ухудшение технологических свойств, поскольку формовочно-литьевое устройство настоящего изобретения становится тяжелым.
Также в одном из предпочтительных вариантов осуществления резиновый лист 14, накрывающий формовочно-литьевое устройство, соединяется с резиновым шнуром 7 с помощью зажима 28, при необходимости, который облегчает герметичное соединение резинового листа 14 с резиновым шнуром 7. Также в одном из предпочтительных вариантов осуществления резиновый лист 14 закреплен на формовочно-литьевом устройстве с помощью петель, что позволяет открывать и закрывать формовочно-литьевое устройство, благодаря чему улучшаются технологические свойства.
Материалы для резинового шнура и резинового листа отдельно не ограничены, и все же формовочно-литьевое устройство настоящего изобретения нагревается в этапе (I) или этапе (II), при этом резиновый шнур и резиновый лист должны обладать термостойкостью при температуре нагрева. Материалом для резинового шнура и резинового листа предпочтительно является силиконовый каучук, имеющий сравнительно высокую термостойкость среди резиновых материалов с точки зрения сопротивления высокой температуре.
Кроме того, в формовочно-литьевом устройстве 1, показанном на фиг.1, в плоской пластинчатой части 3 расположено отверстие 11. Указанное отверстие 11 сделано в участке плоской пластинчатой части 3, которая окружена рабочей пластинчатой частью 2, формирующей полую выпуклую часть. Так как рабочая пластинчатая часть 2 и плоская пластинчатая часть 3 соединены герметично, то если не сделать отверстие 11 в плоской пластинчатой части 3, возникнет вероятность того, что выпуклая часть деформируется в процессе приложения атмосферного давления к выпуклой части, в случае когда плоская пластинчатая часть 3 накрыта силиконовым каучуком или изолирующей пленкой с целью формования или литьевого формования, путем вакуумирования внутреннего пространства между ними. В предшествующем уровне техники, в случае применения приспособления для формования или приспособления для литьевого формования, выпуклая часть которых была изготовлена в виде цельного элемента, какой-либо возможности деформации нет даже в том случае, когда к выпуклой части приложено атмосферное давление, поэтому вышеуказанная проблема не столь важна, однако в настоящем изобретении, как подробно описано ниже, формирование полой выпуклой части из рабочей пластинчатой части 2 и плоской пластинчатой части 3 позволяет нагревать и охлаждать их до определенной температуры с высокой точностью за короткое время, при этом существует возможность деформации, когда атмосферное давление приложено к полой выпуклой части.
Наличие отверстия 11 позволяет ремонтировать и осматривать систему труб 4, расположенную в формовочно-литьевом устройстве, из отверстия 11 после изготовления формовочно-литьевого устройства. Таким образом, отверстие 11 является предпочтительным, так как служит в качестве технологического отверстия.
Кроме того, наличие отверстия 11 позволяет наносить теплопроводящий материал из отверстия 11 в случае, когда система труб 4 присоединяется к рабочей пластинчатой части 2, формирующей полую выпуклую часть, с помощью теплопроводящего материала, как описано ниже, и позволяет наносить теплоизоляционный материал 10 из отверстия 11 в случае, когда теплоизоляционный материал 10 расположен внутри полой выпуклой части.
Материалы для изготовления рабочей пластинчатой части 2 и плоской пластинчатой части 3 отдельно не ограничены, при этом предпочтительными являются металлические материалы, такие как нержавеющая сталь, сталь, алюминиевый сплав, титановый сплав и инвар благодаря их высокой теплопроводности. В частности, инвар предпочтителен по причине того, что его коэффициент теплового расширения составляет приблизительно 1/100-1/10 коэффициента теплового расширения стали и позволяет ограничить деформацию формовочно-литьевого устройства в процессе нагрева. CFRP (пластик, армированный углеродным волокном (Carbon Fiber Reinforced Plastic)) также является одним из предпочтительных материалов с подобной точки зрения.
Кроме того, относительно формовочно-литьевого устройства, по меньшей мере, толщина рабочей пластинчатой части 2, формирующей формовочную поверхность, составляет предпочтительно 1 мм или больше и 15 мм или меньше. Толщина рабочей пластинчатой части 2 предпочтительно является более тонкой с точки зрения уменьшения теплоемкости формовочно-литьевого устройства. Таким образом, если толщина рабочей пластинчатой части 2 составляет более 15 мм, теплоемкость настолько высока, что нагрев и охлаждение до определенной температуры занимает много времени. Толщина более предпочтительно составляет 10 мм или меньше. При этом если толщина составляет менее 1 мм, то при такой толщине полую выпуклую часть, имеющую заданную форму, сложно изготовить.
В случае, когда формовочно-литьевое устройство настоящего изобретения также применяется в качестве приспособления для литьевого формования, используемого для производства армированных волокном пластмасс из преформы, толщина плоской пластинчатой части 3 предпочтительно составляет 1 мм или больше и 15 мм или меньше, с подобной точки зрения, и более предпочтительно 10 мм или меньше.
Таким образом, если толщина пластины меньше 1 мм, существует вероятность, что рабочая пластинчатая часть 2 и плоская пластинчатая часть 3, составляющие формовочно-литьевое устройство, легко деформируются под воздействием внезапно приложенной внешней силы в процессе формования или литьевого формования. В частности, формовочно-литьевое устройство большого размера, используемое для изготовления конструкционных материалов для самолетов, иногда перемещают, поднимая с помощью подъемного крана, и при этом существует вероятность того, что формовочно-литьевое устройство может деформироваться при изгибе под собственным весом. В связи с этим рабочая пластинчатая часть 2 и плоская пластинчатая часть 3 предпочтительно имеют толщину 1 мм или больше.
Так как толщину рабочей пластинчатой части 2 и плоской пластинчатой части 3 устанавливают с целью эффективного нагрева, как описано выше, расчет толщины не проводят в участках, в которых нагрев не нужен.
Кроме того, в формовочно-литьевом устройстве настоящего изобретения предпочтительно, чтобы впускной канал 8 для смолы и выпускной канал 9 для связующей смолы для трансферного формования были расположены на плоской пластинчатой части 3 между выпуклой частью и резиновым шнуром 7, как показано на фиг.1.
Что касается взаимного расположения резинового шнура 7 с впускным каналом 8 и выпускным каналом 9, то резиновый шнур 7 предпочтительно расположен снаружи от впускного канала 8 для смолы и выпускного канала 9 для связующей смолы в случае применения формовочно-литьевого устройства 1 настоящего изобретения также для литьевого формования. Нежелательно, чтобы резиновый шнур 7 был присоединен внутри между впускным каналом 8 для смолы и выпускным каналом 9, так как связующая смола прилипает к резиновому шнуру при введении связующей смолы.
В случае, когда впускной канал 8 для смолы и выпускной канал 9 расположены в формовочно-литьевом устройстве 1, впускной канал 8 для смолы и выпускной канал 9 необходимо перекрывать для герметизации внутреннего пространства, закрываемого резиновым листом в процессе формования.
Как показано на фиг.1, впускной канал 8 для смолы и выпускной канал 9 для связующей смолы являются сквозными отверстиями и предпочтительно снабжены соединительными патрубками 26 и 27, на которые устанавливается труба для введения и труба для удаления. Предпочтительно устанавливать соединительные патрубки 26 и 27, так как это позволяет легко установить каждую из труб на впускной канал для смолы и выпускной канал без использования вспомогательного материала, такого как уплотнительный материал, при этом надежность герметичного соединения также высока.
На фиг.5(C) показан пример случая введения связующей смолы при помощи формовочно-литьевого устройства 1 настоящего изобретения. Впускной канал 8 для смолы и выпускной канал 9 для связующей смолы установлены на формовочно-литьевом устройстве 1, показанном на фиг.5(C). Преформа 19 и вспомогательный материал 20 для введения и удаления связующей смолы расположены на формовочно-литьевом устройстве 1 и накрыты изолирующей пленкой 22, при этом изолирующая пленка 22 и формовочно-литьевое устройство 1 герметизированы при помощи уплотнительного материала 23 с целью откачивания воздуха из изолированного внутреннего пространства. Впускной канал для смолы и выпускной канал не нужно отдельно размещать при литьевом формовании, предварительно размещая впускной канал 8 для смолы и выпускной канал 9 для связующей смолы на формовочно-литьевом устройстве 1, в результате чего время подготовки к литьевому формованию можно сократить.
Впускной канал для смолы и выпускной канал можно отдельно разместить на формовочно-литьевом устройстве. Например, в целях обеспечения пути потока при введении и удалении связующей смолы, изготовленный из металла канал C-образного сечения может быть расположен на рабочей пластинчатой части 2. Однако в данном случае становится необходимым этап установки канала, при этом также необходимо, чтобы изолирующая пленка не поднималась над каналом при последующей герметизации с помощью изолирующей пленки.
Что касается формовочно-литьевого устройства настоящего изобретения, то рабочую пластинчатую часть 2, формирующую выпуклую часть, предпочтительно также изготавливают путем штампования. Обычно формовочно-литьевое устройство изготавливают путем резки в области техники настоящего изобретения. Однако в случае резки сложность состоит в том, что выпуклая часть имеет ограничение по утончению, причем стоимость обработки становится высокой по сравнению со штамповкой. Штамповка обеспечивает недорогое утончение рабочей пластинчатой части, формирующей полую выпуклую часть. Также в одном из вариантов осуществления полую выпуклую часть изготавливают штамповкой для того, чтобы уменьшить теплоемкость выпуклой части формовочно-литьевого устройства, после чего выполняют резку с целью улучшения размерной точности.
Формовочно-литьевое устройство настоящего изобретения, описанное выше, представляет собой приспособление, которое можно применять и в качестве приспособления для формования, и в качестве приспособления для литьевого формования. Таким образом, ламинат из слоев армирующей волокнистой ткани формуют с помощью формовочно-литьевого устройства настоящего изобретения с получением преформы, после чего армированные волокном пластмассы можно формовать при необходимости без извлечения преформы из формовочно-литьевого устройства. Таким образом, время, требуемое для формования, может быть дополнительно сокращено. Так как преформу, имеющую низкую устойчивость формы без пропитки связующей смолой, не нужно извлекать из формовочно-литьевого устройства, перемещать и укладывать в приспособление для литьевого формования, то при этом вероятность повреждения преформы становится настолько низкой, что в результате могут быть изготовлены армированные волокном пластмассы превосходного качества.
Предпочтительно на поверхность армирующих волокнистых тканей, используемых для производства преформы, нанесены материалы на основе смол, таких как термопластичные или термоотверждаемые смолы. Армирующее волокно предпочтительно состоит из углеродного волокна, арамидного волокна или стекловолокна, при этом форма армирующих волокнистых тканей предпочтительно представляет собой неизвитое, миткалевое переплетение, атласное переплетение или саржевое переплетение. Среди перечисленного неизвитое плетение более предпочтительно по причине того, что изгиб армирующего волокна настолько мал, что увеличивается распределение прочности.
Материал на основе смол предпочтительно является смолой, обладающей высокими адгезивными свойствами по отношению к связующей смоле после отверждения. Соответствующие примеры включают полиамидные, полиимидные, полиамидимидные, полиэфиримидные, полиэфирсульфоновые, полисульфон полифениленэфирные, полиэфир эфиркетоновые и модифицированные смолы, а также сополимеры на их основе.
В частности, способ производства преформы для трансферного формования при помощи формовочно-литьевого устройства описан ниже.
В производстве преформы для трансферного формования применяют формовочно-литьевое устройство и используют следующие этапы:
(A) этап размещения, в котором на формовочно-литьевом устройстве размещают ламинат, в котором на поверхность слоев армирующей волокнистой ткани нанесена термопластичная и/или термоотверждаемая смола;
B) этап формования, в котором ламинат формуют путем вакуумирования внутреннего герметизированного пространства формы после полного накрывания ламината резиновым листом с целью герметизации формовочно-литьевого устройства; и
C) этап нагревания и воздействия давлением, на котором армирующие волокнистые ткани связываются термопластичной и/или термоотверждаемой смолой, нанесенной на поверхности армирующих волокнистых тканей, посредством прохождения теплоносителя в системе труб для нагревания и воздействия давлением на ламинат после его формования.
На фиг.3(A) и 3(B) показан способ производства преформы для трансферного формования при помощи формовочно-литьевого устройства настоящего изобретения.
На фиг.3 (A) показано такое состояние, когда ламинат 13, собранный из слоев армирующей волокнистой ткани, на поверхность которой нанесены материалы на основе смол, таких как термопластичная и/или термоотверждаемая смола, расположен на выпуклой части формовочно-литьевого устройства 1, накрытой резиновым листом 14 и изолированной между резиновым листом 14 и резиновым шнуром 7.
Таким образом, в одном из предпочтительных вариантов осуществления ламинат 13 объединяют, предварительно связывая слои между собой, частично с целью улучшения технологических свойств. В данном случае такой ламинат, в котором межслойная связь предварительно выполнена по всей площади, нежелателен по причине того, что формуемость является чрезвычайно плохой.
Рама 15 предпочтительно расположена по краям резинового листа, как показано на фиг.3(A), в целях улучшения технологических свойств резинового листа 14. Размещение рамы 15 указанным способом дает такое преимущество, что в результате установка резинового листа 14 на формовочно-литьевое устройство 1 может быть облегчена. В целях более легкого выполнения установки, что также является одним из предпочтительных вариантов осуществления, на формовочно-литьевом устройстве 1 расположены направляющие штифты, при этом отверстия для штифтов расположены на раме резинового листа таким образом, что точно определяется положение резинового листа.
После герметизации пространства между резиновым листом 14 и резиновым шнуром 7, как показано на фиг.3(B), в изолированном внутреннем пространстве вакуумным насосом или чем-либо подобным выполняют откачивание воздуха, вследствие чего атмосферное давление прикладывают к собранному ламинату 13. Откачивание в настоящем изобретении относится к созданию отрицательного давления путем вакуумирования, а приложение атмосферного давления означает приложение давления атмосферы в результате вакуумирования, а не приложение того же давления, как абсолютного значения стандартного атмосферного давления или чего-либо подобного.
После формования ламината 13 через резиновый лист проверяют на предмет того, присутствуют ли в ламинате дефекты, такие как складки, при этом атмосферное давление все еще приложено к ламинату 13 путем продолжения откачивания воздуха. Таким образом, в качестве резинового листа предпочтительно применяется прозрачный или светопроницаемый резиновый лист. Качество формования предпочтительно также подтверждают, выполняя определение размеров через резиновый лист, при необходимости.
После этого теплоноситель, нагретый регулятором температуры формовочно-литьевого устройства, подают в систему труб 4 для нагрева формовочно-литьевого устройства 1 и нагрева формованного ламината 13. В результате термопластичная или термоотверждаемая смола, находящаяся между слоями армирующей волокнистой ткани, размягчается и плавится, связывая слои, а затем нагревание дополнительно продолжают в течение установленного времени при необходимости, после чего ламинат 13 прекращают нагревать и охлаждают таким образом, чтобы могла быть изготовлена преформа 19, в которой слои армирующей волокнистой ткани связаны, сохраняя полученную форму.
В то же время формовочно-литьевое устройство может быть также нагрето при необходимости путем подачи теплоносителя в систему труб 5.
Таким образом, скорость повышения температуры формовочно-литьевого устройства предпочтительно составляет 0,5°C/мин или больше и 3°C/мин или меньше в диапазоне температур нагрева от 40°C или больше и до 130°C или меньше. Если скорость повышения температуры составляет менее 0,5°C/мин, то на нагревание до определенной температуры уходит так много времени, что время производства преформы возрастает. В то же время, если скорость повышения температуры составляет более 3°C/мин, повышение температуры армирующего волокнистого материала-основы может происходить с меньшей скоростью, чем повышение температуры формовочно-литьевого устройства, вследствие чего может легко произойти неравномерный нагрев.
Ламинат 13 может находиться при комнатной температуре в процессе укладки на формовочно-литьевое устройство, при этом термопластичная или термоотверждаемая смола между слоями армирующего волокнистого материала-основы размягчается и плавится при нагревании, улучшая скольжение между слоями армирующего волокнистого материала-основы. В результате предпочтительно, чтобы улучшалась формуемость и предотвращалось образование складок.
Температура нагрева ламината 13 предпочтительно равна или превышает температуру стеклования (в дальнейшем может быть сокращенно обозначена как Тс) термопластичной и/или термоотверждаемой смолы, нанесенной на поверхность армирующей волокнистой ткани, и равна 200°C или меньше. В данном случае метод определения Тс смолы основан на промышленном стандарте Японии JIS К 7121 2006, при этом измерение выполняется при скорости повышения температуры 10°C/мин.
Материал на основе смол, расположенный между слоями ламината 13, размягчается при нагревании ламината 13 выше Тс, после чего производится откачивание воздуха с целью приложения давления к ламинату для изготовления преформы, и, таким образом, слои ламината могут быть связаны материалом на основе смол настолько прочно, что может быть повышена устойчивость формы преформы.
При этом температура литьевого формования конструкционных материалов для самолетов, изготовленных из армированных волокном пластмасс, имеющих сравнительно высокую температуру литьевого формования, обычно составляет приблизительно 180°C-200°C, причем верхний предел температуры нагревания в этапе формования предпочтительно ниже, чем верхний предел температуры нагревания в этапе литьевого формования. Вспомогательный материал, такой как резиновый лист и регулятор температуры формовочно-литьевого устройства, часто определяются при температуре литьевого формования конструкционных материалов для самолетов, при этом вспомогательный материал и регулятор температуры формовочно-литьевого устройства, обладающие термостойкостью или способные выдерживать нагрев выше чем до 200°C, иногда могут приводить к тому, что стоимость материала и стоимость оборудования становятся высокими. Таким образом, температура нагрева в настоящем описании предпочтительно определена на уровне 200°C или меньше.
Кроме того, толщину преформы можно регулировать посредством изменения температуры нагрева ламината 13. Таким образом, изменяя температуру нагрева ламината 13, можно регулировать степень размягчения материала на основе смол и деформации (усадки) материала на основе смол, откачивая при этом воздух, чтобы регулировать толщину преформы.
Объемная доля волокна (в дальнейшем может быть сокращенно обозначена как Vf), влияющая на весовые и динамические характеристики армированных волокном пластмасс, также может быть повышена таким образом, что связующую смолу вводят и пропитывают ей преформу с последующим удалением избыточного количества связующей смолы, пропитавшей преформу, в этапе удаления, при этом регулирование толщины преформы чрезвычайно важно по причине того, что объемная доля волокна сильно зависит от толщины преформы.
Таким образом, так как повышение устойчивости формы преформы, а также толщина преформы регулируются посредством регулировки нагрева ламината 13, чрезвычайно важно регулировать нагревание с высокой точностью и быстро производить нагрев и охлаждение до заданной температуры с помощью формовочно-литьевого устройства 1 настоящего изобретения.
Давление, приложенное к ламинату 13, можно также регулировать при необходимости. Что касается регулировки такого давления, то давление (манометрическое давление) в изолированном пространстве предпочтительно составляет 10 кПа или больше и 1000 кПа или меньше при регулировке степени вакуума, более предпочтительно 10 кПа или больше и 101,3 кПа или меньше. Указанный диапазон является предпочтительным по причине того, что давление можно регулировать только снижением давления в атмосфере вакуумным насосом или чем-либо подобным, причем это позволяет упрощать оборудование. Если давление составляет менее 10 кПа, то это является нежелательным, поскольку такое давление является настолько низким, что в результате может легко возникнуть неравномерность толщины преформы.
Одна из целей настоящего изобретения заключается в производстве преформы, а также армированных волокном пластмасс при помощи нагреваемого формовочно-литьевого устройства без применения дорогостоящих нагревательных аппаратов, таких как автоклав и печь, однако при необходимости одновременно может использоваться устройство, работающее под давлением, такое как автоклав. Таким образом, преформа может быть произведена таким образом, что ламинат 13 размещают на формовочно-литьевом устройстве 1 настоящего изобретения и формуют под атмосферным давлением путем вакуумирования с последующим приложением при необходимости более высокого давления, чем атмосферное давление, с помощью устройства, работающего под давлением, такого как автоклав. К ламинату прикладывают более высокое давление, чем атмосферное давление, чтобы толщина преформы утончалась больше, в результате чего может быть произведена преформа для литьевого формования армированных волокном пластмасс, имеющая высокое значение Vf.
Кроме того, что касается производства преформы, как показано на фиг.6, предпочтительно, чтобы вспомогательный материал, например материал для распределения смолы 20, служащий в качестве пути потока связующей смолы, вводимой в процессе трансферного формования, размещался и формовался подобным образом, как размещают ламинат 13 на полой выпуклой части формовочно-литьевого устройства 1. Таким образом, этап отдельного размещения вспомогательного материала на преформе может быть исключен при изготовлении армированных волокном пластмасс при помощи полученной преформы. Так как материал для распределения смолы 20 обычно изготовлен из термопластичной смолы, такой как нейлон, то материал для распределения смолы 20 формуют в форме полой выпуклой части формовочно-литьевого устройства 1 в этапе нагревания и приложения давления в процессе изготовления преформы, при этом он соответствует форме формованного ламината 13. Таким образом, обеспечивается такое преимущество, что при трансферном формовании легко выполняют изолирование.
Далее будет описан способ производства армированных волокном пластмасс согласно настоящему изобретению. Армированные волокном пластмассы могут быть получены трансферным формованием с помощью формовочно-литьевого устройства посредством следующих этапов:
A) этапа размещения, в котором на формовочно-литьевом устройстве размещают ламинат, в котором на поверхность слоев армирующей волокнистой ткани нанесена термопластичная и/или термоотверждаемая смола;
B) этапа формования, в котором ламинат формуют путем вакуумирования внутреннего герметизированного пространства формы после полного накрывания ламината резиновым листом с целью герметизации формовочно-литьевого устройства;
C) этапа нагревания и воздействия давлением, на котором армирующие волокнистые ткани связываются термопластичной и/или термоотверждаемой смолой, нанесенной на поверхности армирующих волокнистых тканей, посредством прохождения теплоносителя в системе труб для нагревания и воздействия давлением на ламинат после его формования;
D) этапа размещения вспомогательного материала, в котором дополнительно размещают материал для распределения смолы и внешний слой для введения и пропитки связующей смолой, при этом герметизирующий резиновый лист удаляют и сохраняют полученную преформу в формовочно-литьевом устройстве без извлечения из него;
E) этапа изолирования, в котором внутреннее герметизированное пространство вакуумируют после накрывания преформы, материала для распределения смолы и внешнего слоя изолирующей пленкой с целью герметизации формовочно-литьевого устройства;
F) этапа введения и пропитки смолой, в котором связующую смолу вводят при вакуумировании внутреннего герметизированного пространства с целью пропитки преформы связующей смолой с помощью материала для распределения смолы;
G) этапа отверждения смолы, в котором связующую смолу нагревают и отверждают путем прохождения теплоносителя в системе труб; и
H) этапа извлечения из формы, в котором формованное изделие извлекают из формовочно-литьевого устройства.
Способ производства армированных волокном пластмасс настоящего изобретения будет подробно описан ниже со ссылкой на фиг.5. На фиг.5(A) изображено поперечное сечение, показывающее пример состояния производства преформы 19 при помощи формовочно-литьевого устройства 1 настоящего изобретения. На фиг.5(B) показано состояние нагрева ламината до заданной температуры в течение заданного времени с получением преформы 19 и последующим удалением резинового листа 14. На фиг.5(C) показано состояние откачивания воздуха из внутреннего герметизированного пространства вакуумным насосом с целью осуществления изолирования.
Этапы (A)-(C) в целом соответствуют этапам вышеуказанного способа производства преформы. Далее этап (D) или последующие этапы выполняют следующим образом. А именно после изготовления преформы (фиг.5(A)) резиновый лист 14, обеспечивавший герметичность, снимают, а полученную преформу не вынимают и оставляют в формовочно-литьевом устройстве (фиг.5(B)), после чего на преформу 19 укладывают вспомогательные материалы, такие как материал для распределения смолы 20 и внешний слой, которые служат для введения и пропитки связующей смолой. При этом в случае, когда вспомогательные материалы, такие как материал для распределения смолы 20 и внешний слой, укладывают в процессе изготовления преформы, вспомогательные материалы не требуется снова укладывать после формования.
После этого всю преформу 19 и вспомогательные материалы, такие как материал для распределения смолы 20 и внешний слой, накрывают изолирующей пленкой 22 и герметизируют (фиг.5(C)). В данном случае предпочтительно используется уплотнительный материал 23. Пластину 21 предпочтительно устанавливают на впускной канал для смолы 8 и выпускной канал 9 таким образом, чтобы впускной канал для смолы 8 и выпускной канал 9 для связующей смолы, расположенные на формовочно-литьевом устройстве 1, не блокировались атмосферным давлением при последующем выполнении вакуумирования.
Далее связующая смола поступает из впускного канала для смолы 8, пропитывает преформу и проходит через материал для распределения смолы 20, при этом из внутреннего изолированного пространства откачивают воздух.
После того, как связующая смола пропитывает преформу 19, предпочтительно, чтобы введение связующей смолы прекращалось, чтобы перекрыть впускной канал 8 для смолы и удалить избыток связующей смолы, пропитавшей преформу, из выпускного канала 9. Таким образом, избыток смолы, пропитавшей преформу, удаляется, чтобы можно было улучшить весовые и динамические характеристики путем улучшения показателя объемной доли армирующего волокна Vf формованного изделия. Избыток связующей смолы, пропитавшей преформу, предпочтительно также удаляют при необходимости из закрытого впускного канала для смолы 8. При удалении связующей смолы из впускного канала для смолы 8 таким образом также можно ожидать эффект равномерного распределения показателя Vf.
Теплоноситель подают в систему труб 4 после введения таким путем связующей смолы, при этом полимерная матрица нагревается и отверждается с последующим извлечением формованного изделия с отвержденной связующей смолой из формовочно-литьевого устройства, в результате чего могут быть получены армированные волокном пластмассы.
Таким образом, армированные волокном пластмассы производят с помощью формовочно-литьевого устройства настоящего изобретения, а этап литьевого формования можно подготовить без извлечения преформы, вследствие чего время, требуемое для литьевого формования, может быть предпочтительно сокращено. Так как преформу, имеющую низкую устойчивость формы и не пропитанную связующей смолой, не нужно извлекать из формы, перемещать и укладывать в приспособление для литьевого формования, то возможность повреждения преформы становится настолько низкой, что в результате предпочтительно можно получить армированные волокном пластмассы превосходного качества.
Что касается производства армированных волокном пластмасс, преформа, произведенная вышеуказанным способом, может быть также помещена в приспособление для литьевого формования, отдельно подготовлена к введению, пропитке и отверждению связующей смолы. В частности, в случае, когда требуется размерная точность внешней формы с чрезвычайно высокой точностью, преформу предпочтительно помещают и формуют в негативной форме с определенной внешней формой. В частности, в случае, когда размерная точность требуется с точностью ±1 мм или больше, преформа, произведенная вышеуказанным способом, предпочтительно формуется в негативной форме, подготовленной отдельно.
В этапе (D) промежуточный лист предпочтительно помещают на материал для распределения смолы и внешний слой. Материал для распределения смолы 20 обычно имеет неровности для распределения смолы. Таким образом, шероховатость поверхности формованного изделия из пластмассы, армированной волокном, на стороне, которая покрыта материалом для распределения смолы, становится более грубой по сравнению со стороной, контактирующей с формовочно-литьевым устройством. Таким образом, в случае улучшения шероховатости поверхности предпочтительно, чтобы на вспомогательные материалы, такие как материал для распределения смолы и внешний слой, был помещен промежуточный лист с целью выполнения указанного ниже вакуумирования, введения смолы и отверждения в указанном состоянии. Укладка промежуточного листа позволяет приложить атмосферное давление к армированным волокном пластмассам через промежуточный лист, благодаря чему также может быть уменьшена шероховатость поверхности на стороне, покрытой материалом для распределения, с улучшением гладкости поверхности.
Примеры
Настоящее изобретение будет описано ниже более конкретно со ссылкой на примеры и сравнительные примеры.
Пример 1
Формовочно-литьевое устройство 1, показанное на фиг.1 и 2, подвергали испытаниям на нагрев и охлаждение.
Формовочно-литьевое устройство
На фиг.1 показано поперечное сечение формовочно-литьевого устройства 1, а на фиг.2 показан соответствующий вид сверху. Здесь, на фиг.2 показана только система труб 4 и система труб 5, расположенные на нижней поверхности рабочей пластинчатой части 2 и плоской пластинчатой части 3 за исключением рабочей пластинчатой части 2 и плоской пластинчатой части 3, формирующих полую выпуклую часть.
Рабочая пластинчатая часть 2, формирующая полую выпуклую часть, была получена путем штампования из нержавеющей стали SUS304 толщиной 3 мм в C-образную форму. Выпуклая часть имела сужение, в результате чего ширина составляла 300 мм на одном конце (правый конец на фиг.2) и 150 мм на другом конце (левый конец на фиг.2). Выпуклая часть имела равную длину 5000 мм (в направлении справа налево на фиг.2) и высоту 100 мм (в направлении сверху вниз на фиг.1). Размер изделия составлял 4800 мм при длине выпуклой части 5000 мм, при этом финишная линия 50 изделия была проведена на 100 мм внутрь от каждого из обоих краев.
При этом плоская пластинчатая часть 3 была изготовлена из SUS304 толщиной 10 мм и имела ширину 1300 мм (в направлении сверху вниз на фиг.2) и длину 6000 мм (в направлении справа налево на фиг.2). Двенадцать отверстий 11 с диаметром 100 мм были расположены в продольном направлении по центру плоской пластинчатой части 3, при этом в конце более широкой стороны полой выпуклой части было расположено отверстие (не показано) для последующей закладки теплоизоляционного материала 10. Канал в виде впускного канала 8 (⌀ 22 мм) и выпускного канала 9 (⌀ 14 мм) для связующей смолы был расположен вблизи обоих концов плоской пластинчатой части 3 (концы в направлениях справа и слева на фиг.1). Резьбовая канавка была расположена в качестве сквозного отверстия для канала и снабжена соединительными патрубками 26 и 27, к которым подводятся трубы (внешним диаметром 12 мм) для подачи смолы и вакуумирования. Указанные соединительные патрубки обматывали изолирующей лентой для обеспечения герметичности.
Медную трубу диаметром 18 мм (внутренним диаметром 16 мм) устанавливали на нижней поверхности рабочей пластинчатой части 2 в качестве системы труб 4 из шести труб, как показано на фиг.1. Четыре трубы из них были расположены на нижней поверхности верхней стенки в полой выпуклой части, а две другие трубы были расположены на обратной поверхности боковой стенки. Четыре трубы из указанных шести труб были расположены таким образом, что выступали за пределы финишной линии 50 на 50 мм, как показано на фиг.2. Так как полая выпуклая часть имела сужение и сужалась до 150 мм на конце, две трубы, расположенные в середине между четырьмя трубами системы труб 4, на нижней поверхности верхней стенки, не доходили до конца выпуклой части и отступали на 3000 мм от конца, располагаясь на более широкой стороне выпуклой части.
Систему труб 4 покрывали замазкой 6, содержащей графит (теплопроводящей замазкой), и присоединяли к рабочей пластинчатой части 2.
Рабочую пластинчатую часть 2 с присоединенной таким образом системой труб 4 соединяли с плоской пластинчатой частью 3 посредством сварки.
Систему труб 5 устанавливали на плоскую пластинчатая часть 3 тем же способом, как и систему труб 4, установленную на нижнюю поверхность рабочей пластинчатой части 2. Теплоизоляционный материал 10, изготовленный из стекловаты, помещали в полую выпуклую часть из отверстия, предусмотренного в плоской пластинчатой части 3.
Кроме того, силиконовый резиновый шнур 7 диаметром 30 мм приклеивали и присоединяли к плоской пластинчатой части 3 снаружи от впускного канала для смолы 8 и выпускного канала 9 силиконовым клеем. Силиконовый резиновый шнур 7 и плоскую пластинчатую часть 3 замазывали силиконовым клеем.
Линию теплоносителя регулятора температуры формовочно-литьевого устройства (NCN-200, изготовленного Matsui Manufacturing, Co., Ltd.) присоединяли к системе труб 4 и системе труб 5 формовочно-литьевого устройства 1, изготовленной таким образом. Масло-теплоноситель (BARRELTHERM 400, изготовленное MATSUMURA OIL CO., LTD.) использовали в качестве теплоносителя, который можно нагревать до температуры 200°C регулятором температуры формовочно-литьевого устройства.
Испытание формовочно-литьевого устройства на нагрев и охлаждение
В формовочно-литьевом устройстве описанной выше конструкции термопару типа К устанавливали на центральной линии по направлению ширины (направления вправо и влево на фиг.1) верхней части стенки полой выпуклой части с промежутками в 50 мм. Кроме того, термопару типа К устанавливали на центральной линии в направлении высоты боковой части стенки выпуклой части с промежутками в 50 мм. Все термопары типа К соединяли с регистрирующим устройством для контроля температуры участков, оборудованных термопарами. После этого теплоизоляционный материал, представляющий матерчатый мешок, заполненный стекловатой, размещали таким образом, чтобы полностью закрыть формовочно-литьевое устройство 1.
Заданную температуру регулятора температуры формовочно-литьевого устройства устанавливали на температуру 92°C для нагрева формовочно-литьевого устройства, начиная с комнатной температуры. В результате формовочно-литьевое устройство находилось при температуре в пределах 90±1°C на всех участках в течение 90 минут после начала нагревания регулятором температуры формовочно-литьевого устройства, при этом было подтверждено, что нагревание может быть выполнено очень быстро с высокой точностью.
Затем заданную температуру регулятора температуры формовочно-литьевого устройства устанавливали на температуру 40°C для охлаждения формовочно-литьевого устройства с 90°C до 40°C. В результате формовочно-литьевое устройство было охлаждено до 40°C или меньше на всех участках в течение 25 минут после начала охлаждения регулятором температуры формовочно-литьевого устройства, при этом было подтверждено, что охлаждение может быть выполнено очень быстро.
Пример 2
Армирующий волокнистый материал-основа
2
2
Однонаправленную ткань из углеродного волокна (масса углеродного волокна на единицу площади 190 г/см), изготовленную из углеродного волокна (T800S, изготовленного Toray Industries Inc.), использовали в качестве армирующего волокнистого материала-основы. Гранулированный материал на основе смолы (температура стеклования Тс=70°C), содержащий термопластичную смолу в качестве основного компонента, наносили при расходе 27 г/см на одну из поверхностей армирующего волокнистого материала-основы.
Ламинат
4
s
Армирующий волокнистый материал-основу нарезали и собирали с целью изготовления ламината. Слоистая структура состояла из 32 слоев, при этом углеродное волокно было ориентировано в направлении [(45/0/-45/90)], а форма была трапециевидной, с длиной 4900 мм, 440 мм у нижнего основания и 290 мм у верхнего основания. Каждое числовое значение в круглых скобках указывает значение угла сдвига (°) углеродного волокна в каждом из слоев, цифра 4 после круглых скобок указывает сборку ламината с повторением (45/0/-45/90) четыре раза, а S после квадратных скобок указывает, что ламинат в квадратных скобках собирается дальше с зеркальной симметрией (S).
Изготовление преформы
Как показано на фиг.3 (A), ламинат 13 укладывали на выпуклую часть формовочно-литьевого устройства 1. Силиконовый резиновый лист 14 подготавливали, после чего четыре части листа устанавливали с помощью направляющей рамы 15, состоящей из Г-образного уголка и плоского каркаса, изготовленных из алюминия (оба толщиной 3 мм). Силиконовый резиновый лист 14 размещали на ламинате 13 для того, чтобы накрывать ламинат 13, при этом ламинат 13 был изолирован между силиконовым резиновым листом 14 и силиконовым резиновым шнуром 7. После герметизации из пространства между формовочно-литьевым устройством 1 и силиконовым резиновым листом 14 вакуумным насосом откачивали воздух, чтобы отформовать ламинат 13 по форме полой выпуклой части 2 формовочно-литьевого устройства 1, как показано на фиг.3 (B).
После формования на силиконовый резиновый лист 14, накрывающий ламинат 13, устанавливали термопару, служащую для контроля температуры ламината 13. Термопару устанавливали на том же месте, как и в Примере 1, а именно на участке, соответствующем верхней части стенки, и участке, соответствующем боковой части стенки полой выпуклой части, с промежутками в 50 мм.
Затем, после того как выполнение формования было проверено через силиконовый резиновый лист 14, чтобы подтвердить отсутствие каких-либо дефектов, например складок и значительного изгиба волокна, формовочно-литьевое устройство 1 полностью накрывали теплоизолятором, используемым в Примере 1, после чего устанавливали заданную температуру регулятора температуры формовочно-литьевого устройства на температуру 92°C и нагревали ламинат 13, формованный так же, как и в Примере 1. Через 90 минут подтверждали, что все участки находились в пределах температуры 90±1°C, а после этого, при выдерживании в том же состоянии в течение 2 часов, была изготовлена преформа 19.
Далее заданную температуру регулятора температуры формовочно-литьевого устройства устанавливали на температуру 40°C для охлаждения преформы 19 так же, как и в Примере 2. После подтверждения того, что вся преформа 19 была охлаждена до температуры 40°C или меньше, откачивание воздуха вакуумным насосом останавливали, чтобы перевести преформу 19 под атмосферное давление, после чего преформу 19 осматривали после удаления силиконового резинового листа 14.
В результате было подтверждено, что преформа являлась подходящей преформой по причине отсутствия каких-либо дефектов, например складок и изгиба волокна. Толщину преформы 19 в участках, соответствующих боковой части стенки полой выпуклой части, измеряли в продольном направлении с промежутками в 30 мм, и в результате было подтверждено, что толщина во всех участках находилась в пределах намеченной толщины около 6,24±0,1 мм, при этом размерная точность преформы была чрезвычайно высокой.
Пример 3
Материал для распределения смолы 20 в качестве вспомогательных материалов для введения и пропитки связующей смолой укладывали на преформу 19, как показано на фиг.5(C), при этом преформа 19, полученная в Примере 2, оставалась в формовочно-литьевом устройстве. Материал для распределения смолы 20 был изготовлен из двух частей, которые были уложены так, чтобы соединяться с впускным каналом для смолы 8 в качестве материала для распределения смолы при введении связующей смолы, а также выпускным каналом 9 в качестве материала для распределения смолы при удалении избытка связующей смолы соответственно, как показано на фиг.5(C). Пластину 21 размещали на впускном канале для смолы 8 и выпускном канале 9, при этом материал для распределения смолы 20 находился между ними. Внешний слой, не показанный на фиг.5(C), помещали между преформой 19 и материалом для распределения смолы 20. Внешний слой являлся вспомогательным материалом, уложенным для того, чтобы материал для распределения смолы 20 не склеился и не соединился с формованным изделием после отверждения связующей смолы.
Каждый соединительный патрубок 26 впускного канала для смолы и соединительный патрубок 27 выпускного канала соединяли с трубой, изготовленной из нейлона, с внешним диаметром 12 мм.
После этого преформу 19, материал для распределения смолы 20 и т.п. накрывали изолирующей пленкой 22 с целью герметизации формовочно-литьевого устройства 1 путем размещения уплотнительного материала 23 на конце изолирующей пленки 22. Термопару устанавливали на изолирующей пленке 22, покрывающей преформу, с целью контроля температуры преформы 19. Термопару устанавливали в том же месте, как и в Примере 1, а именно на участке, соответствующем верхней части стенки, и на участке, соответствующем боковой части стенки полой выпуклой части, с промежутками в 50 мм.
Далее трубу для откачивания воздуха подсоединяли к вакуумному насосу, затем внутреннее пространство, герметично закрытое изолирующей пленкой 22, вакуумировали с подтверждением отсутствия какой-либо утечки, после чего преформу 19 нагревали, при этом заданную температуру регулятора температуры формовочно-литьевого устройства устанавливали на температуру 72°C.
Было подтверждено, что преформа 19 была нагрета до температуры 70°C, после чего связующую смолу вводили из трубы для наполнения. Связующая смола поступала из трубы, оставшейся во впускном канале для смолы 8, расположенном в формовочно-литьевом устройстве 1, а затем нагнеталась и пропитывала преформу 19 через материал для распределения смолы 20, расположенный так, чтобы соединяться с впускным каналом для смолы 8.
Было подтверждено, что связующая смола пропитала всю преформу 19, после чего трубу для наполнения закрывали, и введение связующей смолы прекращалось.
После прекращения введения связующей смолы из выпускного канала 9 провели откачивание с целью удаления излишка связующей смолы, пропитавшей преформу 19 в течение 1 часа. Было подтверждено, что избыток связующей смолы достиг выпускного канала 9 через материал для распределения смолы, расположенный таким образом, чтобы соединяться с выпускным каналом, и вышел из трубы для откачивания.
После завершения удаления избытка связующей смолы, формовочно-литьевое устройство 1 полностью накрывали теплоизоляционным материалом так же, как и в Примере 1, а заданную температуру регулятора температуры формовочно-литьевого устройства устанавливали на температуру 132°C для нагрева связующей смолы, пропитавшей преформу 19, до температуры 130°C.
После того, как было подтверждено, что все участки преформы 19 были нагреты до температуры 130±1°C так же, как и в Примере 3, связующую смолу выдерживали в течение 2 часов и отверждали, получив в результате формованное изделие.
После завершения отверждения заданную температуру регулятора температуры формовочно-литьевого устройства устанавливали на температуру 40°C для выполнения охлаждения, после того, как было подтверждено, что все участки формованного изделия имели температуру 40°C или меньше, формованное изделие из пластмассы, армированной волокном, извлекли из формовочно-литьевого устройства.
Отверждали не только формованное изделие, но также и связующую смолу, оставшуюся во впускном канале для смолы 8 и выпускном канале 9, расположенных на формовочно-литьевом устройстве 1, чтобы изделие можно было легко извлечь из формовочно-литьевого устройства.
Было подтверждено, что полученное формованное изделие не имело никаких дефектов, например складок и изгибов волокна, при этом объемная доля углеродного волокна Vf формованного изделия находилась в намеченных пределах 57,5±2,5%. Объемная доля углеродного волокна была определена на основе (4) метода растворения непрерывной фазы с использованием серной кислоты согласно JIS К 7075 (2006).
Сравнительный Пример 1
Формовочно-литьевое устройство
Изготавливали такое же формовочно-литьевое устройство, как и в Примере 1, за исключением отсутствия системы труб 4 и системы труб 5, изготовленных из медных трубок, а также теплопроводящего материала 6 и теплоизоляционного материала 10, изготовленного из стекловаты.
Испытание формовочно-литьевого устройства на нагрев и охлаждение
Термопару устанавливали на формовочно-литьевое устройство так же, как и в Примере 1, с целью контроля нагрева и охлаждения формовочно-литьевого устройства с помощью регистрирующего устройства.
Формовочно-литьевое устройство помещали в канальную печь в описанном состоянии, а затем печь устанавливали на температуру 92°C. Используемая в данном случае канальная печь была такой, что горячий воздух 70 обдувал в одном перпендикулярном направлении боковую сторону формовочно-литьевого устройства, нагревая при этом внутреннюю часть печи, как показано на фиг.7.
Когда нагретое состояние формовочно-литьевого устройства подтверждали через 90 минут, боковая часть стенки 60 выпуклой части, которую обдувал горячий воздух, была нагрета с точностью 90±5°C, но другие участки имели температуру меньше 85°C; было подтверждено, что нагретое состояние изменялось при изменении положения формовочно-литьевого устройства.
Таким образом, нагревание продолжали, пока все участки не нагревались до температуры 90±5°С, причем все участки были нагреты до указанного температурного диапазона через 180 минут после начала нагревания канальной печи.
Сравнительный Пример 2
Твердая выпуклая часть, изготовленная из SUS304, имеет такую же внешнюю форму, как и полая выпуклая часть формовочно-литьевого устройства, используемого в Примере 1. При этом система труб 18 в качестве пути потока теплоносителя была расположена на нижней части выпуклой части и состояла всего из 6 труб, причем использовали такие же медные трубы, какие использовали в Примере 1, как показано на фиг.4. Выпуклую часть 17 сваривали и присоединяли к плоской пластинчатой части 3, получив в результате формовочно-литьевое устройство 16.
Термопару на указанном формовочно-литьевом устройстве устанавливали так же, как и в Примере 1, с целью контроля нагрева и охлаждения формовочно-литьевого устройства с помощью регистрирующего устройства. Так же, как и в Примере 1, систему труб 18 соединяли с линией теплоносителя регулятора температуры формовочно-литьевого устройства, причем заданную температуру регулятора температуры формовочно-литьевого устройства устанавливали на температуру 92°C для нагрева формовочно-литьевого устройства.
Когда нагретое состояние формовочно-литьевого устройства подтверждали через 90 минут, было подтверждено, что все участки имели температуру меньше 90°C, причем перепад температур составил 10°C или больше, в зависимости от участка. Затем нагревание продолжали, и когда нагретое состояние было снова подтверждено через 180 минут после начала нагрева, все участки имели температуру меньше 90°C.