專利名稱：樹脂傳遞模塑裝置和樹脂傳遞模塑方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種樹脂傳遞^^莫塑(以下簡稱RTM， resin transfer molding) 裝置和一種樹脂傳遞模塑方法，所述裝置和方法適于;^莫塑由纖維增強塑料 (以下簡稱FRP， fiber-reinforced plastics)制成的結構件。需要特別說明的 是，本發(fā)明中，通過使用CCP(鏈式固化樹脂組合物，resin composition of chain curing type)增加將要模塑的纖維增強塑料體中的纖維體積含量(以下簡稱 Vf， fiber volume content),使得纖維增強塑料具有強度高、重量輕等特點。
背景技術：
近年來，輻射固化樹脂，例如，紫外線(UV)固化樹脂在不同的領域得到 廣泛的應用。然而，這類樹脂僅僅是在一定劑量射線照射的位置處產(chǎn)生固化。 另一方面，射線，例如紫外線光，在進入樹脂體的過程中，強度逐漸衰減， 因此，射線很難達到樹脂體內(nèi)更深的位置。另外，照射過程中，射線逐漸被
漸衰減乃至^^皮吸收的。
由于上述原因，光固化樹脂僅僅是在幾微米至幾毫米的深度范圍內(nèi)能夠 被固化。即樹脂無法在更深的位置被固化，因此，無法使用這類樹脂做為厚 料。此外，如果這種樹脂含有能夠阻止射線傳導的填料，固化過程很容易被 阻擋甚至被破壞。因此，輻射固化樹脂僅被用在光阻材料、涂層、涂料、粘 結劑、清漆等領域。這就是這樣的樹脂目前所存在的問題。
為了解決輻射固化樹脂所存在的問題，開發(fā)了下列 一 系列的產(chǎn)品
易固型紫外線固化樹脂(三菱重工集團公司(Mitsubishi Rayon Co丄td.) 開發(fā)的活性輻射固化聚合物)見專利文件l (JP8-283388A));
紫外線-熱固化樹脂(由AsahiDenka公司開發(fā)的OptomerKS系列產(chǎn)品； Hitachi Kasei Kogyo有限公司開發(fā)的Radecure產(chǎn)品以及Toyo Boseki公司開 發(fā)的漆酚基環(huán)氧樹脂(UE resin))(見專利文件2 ( JP61-38023A,等)
然而，如果射線被填料等所阻擋，易固型紫外線固化樹脂的固化過程極易被破壞，這個問題仍有待解決。紫外線-熱固化型樹脂首先是被紫外線照 射，然后再被加熱。紫外線-熱固化型樹脂的固化能力只與光固化樹脂的固 化能力 一樣高。這意味著固化厚料或固化含填料樹脂所存在的問題仍沒有根 本解決。這些問題只能在光固化過程(在該過程中，僅僅表面層的樹脂被固 化)之后執(zhí)行的熱固化過程中被處理，這些問題沒有一皮從根本上解決。
如果能夠發(fā)明一種技術使含有輻射阻擋物質(zhì)且很大程度上能夠衰減和 吸收輻射的厚樹脂快速固化，就可以使該類樹脂的應用范圍從傳統(tǒng)領域擴展 到由于上述光敏樹脂存在的問題所導致的無法應用的其它領域之中。特別是
纖維增強塑料(FRP)樹脂，碳纖維增強材料(CFRP)樹脂的應用領域。
傳統(tǒng)上，可以采用不同的加工工藝或制造方法生產(chǎn)纖維增強塑料。然而， 多數(shù)情況下，基體樹脂是熱固型樹脂或熱塑型樹脂。當模塑纖維增強塑料， 特別是碳纖維增強材料時，存在至少下列問題。 一、溫度控制非常復雜，從 而導致固化時間延長，生產(chǎn)成本增加；二、大的纖維增強塑料的固化需要大 型加熱爐。三、在正常溫度下固化時間較短的樹脂無法被用于制造需要較長 的模塑時間的大的纖維增強塑料。四、由于溫度的變化導致樹脂粘度發(fā)生變 化，改變了樹脂浸潤(impregnation)的階段，進而使模塑過程變得困難。 同時，殘余的溶劑也會導致在樹脂固化過程中產(chǎn)生空洞，降低合成模壓產(chǎn)品 的質(zhì)量。
近來，使用光敏樹脂做為基體的解決方案引起廣泛的關注。由Loctite公 司開發(fā)的纖維纏繞方法是基體樹脂固化方法的典型代表，這種方法結合采用 紫外線固化過程和熱固化過程(Loctite公司的纖維/樹脂組合物及其制備方 法)(見專利文件3 (JP7-507836A))。然而，使用組合物的這種FRP模塑方 法在執(zhí)行過程中存在以下問題。首先，纖維增強塑料被樹脂浸潤，但仍未固 化。隨后，使用紫外線照射纖維增強塑料，從而導致纖維增強塑料的表層被 固化。而且，內(nèi)層很大程度上也成為凝膠狀。這使得可以在一定程度上保持 其形狀以及浸潤狀態(tài)。最終，通過加熱完成固化過程。
不可否認，在這種工藝中，溫度變化導致的樹脂粘度變化是十分輕微的。 除此以外，樹脂浸潤完成后的操作過程十分易于進行。然而，在整個固化過 程中，熱固過程是必不可少的。由此導致燃料和光成本支出增加，處理時間 延長。這些因素和其它因素結合在一起，使得生產(chǎn)成本增加。除此以外，還 存在完成固化時間延長，大的纖維增強塑料的固化需要大型加熱爐等問題。
6考慮到傳統(tǒng)輻射固化樹脂和纖維增強塑料，特別是，碳化纖維增強塑辨-的種種缺點，發(fā)明人研究了一種通過輻射含有輻射阻擋物質(zhì)的厚樹脂材料使 其固化的技術，以及一種纖維增強塑料，特別是碳纖維增強塑料的輻射固化 技術。因此，發(fā)明人開發(fā)了一種全新的有關鏈式固化樹脂組合物的技術。該 技術包括一種新的樹脂固化方法，使用這種方法可以固化具有相當大輻射阻 擋特性的材料。例如，碳、碳纖維(CF)、金屬、含無機填料的樹脂(例如 碳纖維增強塑料、含有樹脂的碳/金屬/無機物質(zhì)等)。這種技術也包括該方法 所使用的組合物，該方法所生產(chǎn)的模具制品，基于該方法的模塑方法。見專
利文獻4 ( JP11-193322A)和專利文獻4 (JP2001-89639A )。 下列是專利文獻列表 專利文獻1: JP8-283388A 專利文獻2: JP61-38023A 專利文獻3: JP7-507836A 專利文獻4: JP11-193322A 專利文獻5: JP2001-89639A

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題
本發(fā)明的目的是為了解決上述問題。然而，由于發(fā)現(xiàn)即使使用這樣的樹 脂時也存在一種情況，即纖維增強塑料體中纖維體積含量的增加抑制了鏈式 固化過程的進行。為此，在專利JP2005-216690A，發(fā)明人公開了一種有關樹 脂傳遞模塑方法的發(fā)明。值得注意的是，當該發(fā)明申請的時候，該發(fā)明并不 十分著名，因此，相對于目前的發(fā)明，該發(fā)明并沒有構成技術優(yōu)勢。
上述發(fā)明涉及下列方法。纖維增強材料預先放置在模具中。樹脂注入管、 抽吸管被提供。兩個管與模具的內(nèi)部相連通。通過抽吸，模具的內(nèi)部壓力降 低。同時，樹脂組合物被注入模具之中，從而，樹脂組合物浸潤纖維增強材 料。這種工藝具有下列特性1) 上述的樹脂組合物是鏈式固化樹脂組合 物。2)當CCP內(nèi)的固化反應開始以后，在從固化反應開始后的10秒鐘之內(nèi)， CCP內(nèi)的固化區(qū)域的前端的最高溫度從固化反應開始之前到樹脂填充過程 結束之后的樹脂組合物的溫度增加了 50攝氏度或者更多。3)樹脂組合物 是鏈式固化的，且纖維體積含量Vf不低于41%。上述發(fā)明涉及下列方法。纖維增強材料放置在模具中。樹脂注入管、抽 吸管被提供。兩管與模具的內(nèi)部相連通。經(jīng)抽吸，模具的內(nèi)部壓力降低。同 時，樹脂組合物被注入模具之中。從而，樹脂組合物浸潤纖維增強材料。這
種工藝具有下列特性1)上述的樹脂組合物是鏈式固化樹脂組合物。2)當CCP 中固化反應開始以后，在從固化反應開始后的IO秒鐘之內(nèi)，CCP內(nèi)的固化 區(qū)域的前端的最高溫度增加，以至于最高溫度不低于固化反應開始時的樹脂 組合物的溫度。3)樹脂組合物是鏈式固化的，且纖維體積含量不低于41%。 #4居對上述發(fā)明的描述，這種樹脂傳遞模塑裝置具有下列優(yōu)點
1) 在模具中具有用于儲存樹脂組合物的樹脂儲存池。在儲存池中對樹脂 組合物進行固化，可以使樹脂組合物的溫度在固化反應結束之后立即上升。
2) 在樹脂注入管或抽吸管上安裝有射線輻射窗口。通過輻射窗口，可以 使用射線對樹脂組合物進行照射，從而引發(fā)CCP中的固化反應。另外，樹 脂儲存池中的樹脂組合物被鏈式固化。這可以使樹脂組合物的溫度在固化反 應結束之后立即上升。另外，作為上述纖維增強材料，碳纖維也可以被用于 該方法。然后，電加熱碳纖維可以使樹脂組合物的溫度在固化反應結束以后 立即上升。
盡管具有十分獨特的優(yōu)勢，上述發(fā)明仍然存在一些問題有待解決。在上
述發(fā)明中，CCP被簡單且直接地應用于樹脂傳遞模塑裝置之中。因此，假如 被模塑的FRP很大，或者纖維增強塑料(FRP)體中纖維體積含量Vf很大， 可能存在碳纖維必須被電加熱或者很難保證樹脂處于良好的浸潤狀態(tài)的情 況。由此而知，該種方法要求很高的纖維體積含量不會限制鏈式固化過程， 此外還要求具有良好的樹脂浸透性能。
鑒于上述問題，該發(fā)明的目的是為了提供一種樹脂傳遞模塑裝置和一種 樹脂傳遞模塑方法，該樹脂傳遞模塑裝置和模塑方法可以被用來制造強度 高、重量輕且質(zhì)量穩(wěn)定的模具產(chǎn)品。
解決上述問題的方法
技術領域：
本發(fā)明的目的是通過一種樹脂傳遞模塑裝置來實現(xiàn)的。該裝置包括下列 部件
其中具有由增強纖維材料制成的模塑體的模具；
連通模具內(nèi)部的樹脂注入管；
構造用于降低模具內(nèi)部壓力的抽吸管；
8其中，樹脂組合物被注入模具內(nèi)以浸潤模塑體從而荻得FRP模塑體； 其中，樹脂組合物是CCP;
含有CCP的CCP容納層，布置成鄰近模塑體的外側； 布置于CCP容納層和模塑體之間的模塑體分離構件；
導熱抑制構件，布置于CCP容納層和模具之間且適于阻止熱量從CCP容 納層所在的一側傳導到;f莫具所在的另一側；以及
布置于CCP容納層和模塑體之間的模塑體分離構件，
CCP容納層和導熱抑制構件相組合，以具有由CCP的固化特性和CCP 的向外散熱特性所限定的Vf界限值。
樹脂傳遞模塑裝置裝置具有下列5個特性
1) 樹脂傳遞模塑裝置裝置包括模層體，模層體由用于模塑體分離構件、 CCP容納層、絕熱裝置這三種裝置相互疊加而組成；同時，還包括樹脂儲存 池，樹脂儲存池設置在模具中并結合到樹脂傳遞模塑裝置。
2) CCP容納層包括CCP套層，CCP套層中填充著由樹脂注入管注入的 CCP, CCP套層被設置在模塑體的一側或兩側均有。
3) 導熱抑制構件由導熱率為0.3W/(m * K)或低于此值的絕熱材料組成；
4) 面向模塑體的CCP套層的表面是多孔的。
5) CCP套層和模塑體具有結合有線網(wǎng)的多孔板。 另一方面，本發(fā)明中的樹脂傳遞模塑裝置裝置則是由 其中具有由增強纖維材料制成的模塑體的模具；
連通模具內(nèi)部的樹脂注入管；
構造用于降低^^莫具內(nèi)部壓力的抽吸管；
其中，樹脂組合物被注入模具內(nèi)以浸潤模塑體從而獲得FRP模塑體； 其中，樹脂組合物是CCP;
CCP套層，構造成結合到模塑體且設計成填充有由樹脂注入管引入的 CCP，其中，CCP套層布置在模塑體的一側或模塑體兩側的每一側；
導熱抑制構件，布置于CCP容納層和模具之間且用于阻止熱量從CCP容
納層所在的一側傳導到模具所在的另一側；以及
布置于ccp容納層和模塑體之間的模塑體分離構件；
其中，模層體由模塑體分離構件、CCP容納層和導熱抑制構件相互疊力口，
以組成沿模塑體的縱向方向延伸的模層體；
9其中，CCP注入口所在的模層體的一側與樹脂注入管相連； 其中，模層體的另一側與抽吸管相連；
其中，CCP容納層和導熱抑制構件相組合，以具有由CCP的固化特性 和CCP的向外散熱特性所限定的Vf界限值。
本發(fā)明提供了一種模塑方法，該方法利用樹脂傳遞模塑裝置模塑;f莫塑體。
本發(fā)明提供了一種利用樹脂傳遞模塑裝置模塑模塑體。
本發(fā)明的優(yōu)點在于
本發(fā)明提供一種樹脂傳遞模塑裝置和一種樹脂傳遞模塑方法。該樹脂傳 遞模塑裝置和模塑方法可以被用來制造具有強度高、重量輕且質(zhì)量穩(wěn)定等特 性的模具產(chǎn)品。
該發(fā)明能夠在模塑體浸潤CCP且使其固化時將纖維體積含量保持在一 個適當值。下列構造使該發(fā)明具有上述優(yōu)點。提供CCP容納層，該層含有 CCP。且CCP容層安裝在模塑體的一側或兩側的每一側旁邊。提供導熱抑 制構件，該裝置安裝在位于模塑體的一側或兩側的每一側旁邊的CCP容納 層和模具之間。該結構可以使纖維體積含量保持恒定值或更高。CCP容納層
和導熱抑制構件組合，以允許纖維體積容量保持在一定的界限值內(nèi)。該界限 值由CCP的固化特性和當熱量從CCP向模具外表面?zhèn)鲗н^程中熱量的耗散 特性所限定的。
根據(jù)本發(fā)明實施例，CCP以一種期望的供應方式通過樹脂注入管注入到 CCP容納層，該CCP容納層安裝在模塑體的一側或兩側旁邊。此外，在CCP 容納層的終端部分(遠離入口處)，抽吸管抽吸CCP容納層的內(nèi)部(CCP套 層)，這導致CCP容納層內(nèi)的CCP通過樹脂層或者多孔板浸潤模塑體。另一 方面，導熱抑制構件(絕熱材料，例如木材等)安裝在CCP容納層(CCP 套層)的兩側，該裝置確保將熱量由CCP容納層傳導到模具內(nèi)，防止模塑
體的溫度在其全長范圍內(nèi)降低。此外，鏈式固化樹脂組合物的注入量以及導 熱抑制構件的導熱能力可以被調(diào)整，防止纖維增強材料模塑體的溫度過快升
高。在這種條件下，含有形成CCP容納層的CCP的模塑體能夠被固化(鏈
式固化)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的RTM模塑裝置的總體示意圖，該圖 包括模塑體的縱截面圖。
圖2是沿圖1的A-A線的縱截面圖。
圖3(a)和圖3(b)分別代表平面圖和截面圖，描繪了 CCP套層(jacket )。 1:模具；la:上模；lb:下模；3:鏈式固化樹脂組合物(CCP)套 層；4:絕熱體(導熱抑制構件)；5:模塑體(增強纖維材料)；7:模具 隔板；8:樹脂注入管；8a, 11:開關雙位閥；9:抽吸管；12:輻射窗 口； 13:鋁塊；14:樹脂池；15:壓力容器；15a:吸入口； 16:樹脂 箱；17:溫度計；20:控制裝置；21:樹脂流量計；28:多孔板；30: 模層體；30a:模層體上部水平部分；30b:模層體垂直部分；30c:模層體 下部水平部分
具體實施例方式
結合附圖，在實施例的基礎上，對樹脂傳遞模塑(R丁M)模具以及樹脂 傳遞模塑(RTM)方法進行詳細說明。
圖l是總體示意圖，包括根據(jù)發(fā)明的一個實施例的樹脂傳遞模塑裝置中 模塑體的沿寬度方向的截面圖。即，纖維增強材料模塑體設置成沿著垂直于 圖l紙面的方向延伸。圖2是沿圖1的A-A線的截面圖。圖2是纖維增強材 料模塑體的部分截面圖。模塑體沿垂直于模塑體的縱向的方向被分開，模塑 體的上半部和下半部被移開。因此，在圖2中，垂直方向(在圖中用箭頭L 表示)是模塑體的縱向方向。
在圖1和圖2中，作為基礎使用的模具是由上模la和下模lb組成。在 上、下模之間夾有模層體30,隨后將詳細描述模層體30。圖中出現(xiàn)兩次的 標記6表示密封物。這種密封物用于密封模具的上模la和下模lb之間的接 合面。模塑體的縱向方向與圖2中L型箭頭所標識的垂直方向相對應。實際 上，上模la是指模具的右半部，類似的，下模lb是指模具的左半部。然而， 在模具領域，這些術語是不常用的。因此，全文使用了術語"上樣，和"下模"。
樹脂儲存池14 (圖中未顯示)位于模具1的上半部(即沿模塑體縱向方 向看到的上半部)。另外，樹脂儲存池14位于模層體30的上端部。另外， 樹脂儲存池14面向抽吸管9。樹脂^l存池^:吸入空間加倍。
樹脂注入口 14a位于模具的下端部。注入口 14a與樹脂注入管8相連。注入管8由銅管制成(也可以用其他材料制成)。另一個樹脂儲存池(圖中
未顯示)位于模層體30的下端部。另外，該樹脂儲存池面向樹脂注入管8。 樹脂儲存池可以使樹脂注入到模層體30的下端部。即，樹脂儲存池用于防 止上模la和下模lb阻止樹脂注入模層體30的下端部。
樹脂注入管8與樹脂箱16相連。樹脂箱16設置于壓力容器15內(nèi)。注 入管8配備有開關雙位閥8a，用于開、關注入管8。
該實施例構造成在注入樹脂時向壓力容器15加壓。然而，該裝置也可 被修改以便于使用樹脂注入泵從樹脂箱內(nèi)注入樹脂。
如上所述，標記9表示抽吸管。管9由銅管制成(也可以用其他材料制 成)。管9與真空泵(圖中未顯示)相連。管9通過吸入口 15a與樹脂存儲 池(吸入空間)連通，如上所述。標記11表示開-關雙位閥，用于開、關管 9。
抽吸管9配備有鋁塊13。鋁塊13安裝有輻射窗12。輻射窗12透射輻 射。鋁塊13呈大體立方體形狀。輻射窗12上安裝有玻璃。鋁塊13安裝有 另 一個樹脂存儲池。
除了鋁以外，塊13還可以用其他材^F制成。然而，這種材料必須滿足 兩個要求 一是塊所用材料必須是樹脂池形成材料；二是這種材料必須滿足 能夠安裝輻射窗12。
鋁塊13也可以被安裝到樹脂注入管8。
從壓力箱15到開、關雙位閥11，整個結構均被密封。
如圖l所示，模層體30由第一水平部分30a、第二水平部分30c和垂直 部分30b組成。模層體30從寬度方向上看呈大體Z型。
圖2是模層體30的縱截面圖。標記5表示模塑體。模塑體5呈管狀， 由例如增強纖維材料組成。而增強纖維材料則是由增強纖維材料制成的機織 織物層疊布置形成。增強纖維可以是例如玻璃纖維、碳纖維或芳香尼龍纖維 (aramid fiber)等。
圖中出現(xiàn)兩次的標記3表示鏈式固化聚合物套層(chain curing polymer jacket, CCP jacket)。鏈式固化組合物套層3安裝成相鄰于模塑體5的一個 外側，另一個鏈式固化組合物套層3則安裝成相鄰于模塑體5的另一個外側。 套層3中填充了 CCP。這種樹脂組合物是鏈式固化的，從樹脂注入管8中注 入。
12的方法構造。然而，如上所述，任 何結構必須能夠容納大量樹脂。
圖3顯示其中一種結構。圖3 (a)是套層3的平面圖。圖3(a)是概 念圖。圖3 (b)是套層3沿圖3 (a)中B-B方向的剖面圖。
套層3是由縱向套層壁301、上表面薄膜302和下表面薄膜303組成。 套層壁301沿被注入后的樹脂流動方向延伸。套層3包括多個緊鄰的凹槽。
CCP套層3可以由被稱之為波紋狀塑料纖維板、中空板(可用商品，例 如商標名為"twin plate"，由Ube-Ni加Kasei Co.,Ltd制造)的材料制成。這些 材料均由聚碳酸酯制成。此外，這些材料是板狀的。并且這些材料每一種均 具有與纖維板相同的剖面結構。很明顯，套層由高度剛性、耐熱材料制成， 例如木材、陶覺、金屬等。即套層3可以由不同種類的任一種材料制成，例 如，和纖維板有相同斷面的中空板材、蜂巢結構材料、網(wǎng)狀材料(例如樹脂 網(wǎng)、線網(wǎng)等)以及不同形狀的波紋板材料等。
圖3 (a)和圖3 (b)是概念性描述。CCP套層3應設計成凹槽根據(jù)形 狀與模塑體相對應。例如，如果模塑體5呈弓狀，則凹槽適合于沿曲線延伸。
套層3最好由與不同種波紋板材料、中空板材料中的任一種有相同剖面 的材料制成。如果是中空板材料，凹槽可以被用做一個通道，用于布置測量 裝置等，例如，熱電偶。
上表面膜302和下表面膜302中的一個面對模塑體5。該膜有限定其中 的細孔304，細孔304被構造穿透薄膜。細孔304每一個的直徑在大約1-2 毫米。細孔304沿凹槽布置。每一對相鄰的細孔304以大約l-2厘米的間隔 3巨離相互間隔。
CCP套層的厚度由纖維體積含量的最佳值確定。纖維體積含量值則是基 于CCP的固化特性以及向外傳導的熱輻射的特性。厚度通常大約在0.5毫米 到20毫米。1毫米到10毫米較好，2毫米到6毫米更佳。如果厚度小于0.5 毫米，這使得安裝套層困難。此外，很大程度上增加了散發(fā)到外界的熱量。 如果厚度大于20毫米，很大程度上增加了無用樹脂的數(shù)量。轉而，這可能 增加了成本。
如圖2所示，模塑體5與每一個套層3之間均夾有脫模隔板7。每一個 隔板7均放置在模塑體5上。隔板7由3TLL、脫離層(peel ply)等制成。 隔板的作用是將模塑體5與套層3相分離。隔板7的外側上布置有多孔板28，
13多孔板28由帶孔金屬板或線網(wǎng)制成。
一個套層3的外側對上才莫la，另一個套層3的外側對下模lb,兩外側 和上模la和下模lb之間有絕熱材料4分別插入其中，絕熱材料4構成導熱 抑制構件。構件適于阻止熱量由套層3分別傳導到上沖莫la和下模lb。此外， 兩外側與絕熱物質(zhì)4分別有Teflon板90插入其中，"Teflon"是注冊商標。
絕熱材料4適于增強樹脂中的鏈式固化反應。因此，材料4最好由木材 制成，原因是木材具有成本低、隔熱效果好的特點。然而，像下邊將要描述 的，模塑體5的溫度是被控制的。因此，可以采用具有變化導熱率的材料。
即，絕熱材料4的導熱率是0.3W/ (m*K)或更小。導熱率是0.2W/ (n^K)或更小較好。導熱率是0.1W/ (m*K)或更小更佳，該類絕熱材 料是，例如，木材、絕熱板等。
本發(fā)明中，使用套層3與絕熱材料4的導熱抑制構件被設計用于使鏈式 固化組合物以不超過界限值的一定纖維體積含量進行固化成為可能。纖維體 積含量是指由纖維增強塑料制成的模塑體中纖維的含量。纖維體積含量的界 限值是由CCP的固化特性(隨后描述)和熱量經(jīng)使用絕熱構件的導熱抑制 構件從CCP套層3向外傳導的特性所限定的。舉例說明，如果意欲使得CCP 以纖維體積含量不超過43%進行固化，則所述構件被設計使可以不低于43% 的任何值固化鏈式固化樹脂組合物。
如上所述，CCP是鏈式固化的樹脂組合物。根據(jù)本發(fā)明，CCP被用于 樹脂傳遞模塑裝置。CCP是一種被注入CCP套層3中的基體樹脂。當CCP 暴露在射線，例如紫外線，等，CCP開始固化。固化過程中，CCP使用固 化反應所產(chǎn)生的熱量引發(fā)鏈式固化反應。
即，在上述暴露在輻射下的CCP中，暴露于輻射的區(qū)域開始固化，隨 后，固化反應所產(chǎn)生的熱量在該區(qū)域引發(fā)了連鎖固化反應。因此，不管輻射 是否穿透除了 CCP表層以外的區(qū)域，射線是否^f皮障礙物所阻礙且無法進入 CCP表層以外的區(qū)域，固化過程均可以完成。因此，即使在較深的深度， CCP也被快速固化。例如，1厘米厚的碳纖維增強塑料(CFRP)可以在3 秒鐘內(nèi)被完全固化。
該CCP是JP11-193322A披露的樹脂組合物。這種組合物按特定的重量 配比包括陽離子催化聚合作用光/熱引發(fā)劑；和陽離子催化聚合作用光引發(fā) 劑。在這種樹脂組合物中，1厘米厚的CFRP可以在3秒鐘內(nèi)被固化。
14JP11-193322A披露的一種高級樹脂組合物按重量計算包括100份光聚 合樹脂；0.5-6份由至少兩種物質(zhì)組成的做為光聚合引發(fā)劑的組分。光聚樹 脂可以由下列各物組成的組中選取可光聚合環(huán)氧組合物，例如，脂環(huán)族環(huán) 氧樹脂、縮水甘油醚型環(huán)氧樹脂、環(huán)氧化聚烯烴等；和乙烯基醚組合物。一 種高級樹脂按l: 4的重量配比包括，做為陽離子催化聚合作用光/熱引發(fā)劑 的組分；和陽離子催化聚合作用光引發(fā)劑。
聚合作用光/熱引發(fā)劑可以通過光或熱中的一種、或者光、熱兩種共同引 發(fā)聚合作用(見JP7-300504A, 0002部分)。
做為選擇，可以使用JP2001-89639A披露的一種鏈式固化樹脂組合物。 這種鏈式固化的樹脂組合物使用 一種鐵-丙二烯組合物作為特定的光聚反應 引發(fā)劑。此外，這種樹脂組合物按一定比例包括l摩爾能夠與做為固化劑 的組分反應的光聚樹脂；和0.1-1.4摩爾做為固化劑的組分。兩種組分共同 作用能夠在樹脂組合物中引發(fā)固化反應；或者，使用一種特殊的锍鹽。此外， 這種樹脂組合物包括1摩爾能夠和做為固化劑的組分反應的光聚樹脂；和 0.1-1.4摩爾做為固化劑的組分。此外，這種樹脂組合物按重量計算包括，100 份除了做為光聚反應引發(fā)劑的組分以外的所有組分；和0.1-6份做為光聚反 應引發(fā)劑(photopolymerization initiator)的組分。當暴露在UV光(紫外線 光)，所有這些共同作用在樹脂組合物中引發(fā)固化反應。
做為選擇，美國專利號為6245827BU皮露的一種來自美國Elementis Co., Ltd的樹脂組合物可以被使用。作為一種光聚樹脂，這種樹脂組合物包括脂 環(huán)族環(huán)氧樹脂、乙烯基醚或者兩者中的一種與環(huán)氧聚烯烴組成的混合物。此 外，這種樹脂組合物至少包括一種有機過氧化物制成的熱聚合反應引發(fā)劑和 一種添加的陽離子催化聚合作用光/熱引發(fā)劑。此外，這種樹脂組合物還包括 一種a羥基酮(a-hydroxyketone)作為敏化劑。所有這些共同作用能夠在這 種樹脂組合物中引發(fā)固化反應。
另一種基體樹脂，例如，是由美國Elementis Co., Ltd公司制造的。這 種樹脂組合物能夠引發(fā)上述相同的固化反應。這種樹脂組合物，例如可以是 乙烯基醚樹脂組合物；含縮水甘油的樹脂組合物；氧雜環(huán)丁烷樹脂組合物； 或者基組合物(radical composition )。
在圖1中，多處地方標出的標記17表示由熱電偶等組成的溫度計。多 個溫度計17以預定距離(例如，大約4厘米)相互分隔。溫度計17布置在
15模塑體5上。另一種選擇是，溫度計17被布置在套層3上，鄰近模塑體5。 從與樹脂注入管8相連的入口側到入口側的對面?zhèn)?，溫度?7按順序排列， 并且與抽吸管9相連。因此，溫度計17適于測量模塑體5的溫度。
標記21表示樹脂流量計。流量計21布置在管8中。流量計適于測量注 入套層3中的CCP的流量。
標記20表示控制裝置，構件20接收由每個溫度計17測量的模塑體5 的溫度信號。構件20也接收流量計21所測量的注入CCP的流信號(flow signal )。這些操作對每一個模塑產(chǎn)品執(zhí)行。這使得保持產(chǎn)品質(zhì)量的一致性成 為可能。構件20在被測量的注入CCP的流的基礎上執(zhí)行控制操作，以確保 CCP以適當?shù)牧髯⑷胩讓? 。
在上述構造的樹脂傳遞模塑(RTM)裝置中，容納模塑體5的模層體 30位于上模la和下模lb之間，然后，密封材料6防滲漏地密封上模la和 下模lb之間的接合面。
隨后，CCP脫氣后^皮;改入壓力容器中的樹脂箱。樹脂注入管8中的開關 閥門8a被關閉。接著，從壓力容器15到閥門8a之間的管部分逐漸被抽空 (即管內(nèi)部壓力降低到足夠低)。隨后，開關閥ll打開。真空泵(圖中未顯 示)開始抽空抽吸管9。這引起模具1被抽空(即模具內(nèi)部壓力降低到足夠 低)，壓力容器的內(nèi)部被加壓到正常壓力或幾個大氣壓。隨后，管8中的閥 門8a和管9中的閥門11打開，儲存在壓力容器15中的樹脂箱16內(nèi)的CCP (鏈式固化樹脂組合物)通過管8被排出并進入CCP套層中，這使得套層3 中填充了 CCP。
注入到CCP套層3中的CCP流經(jīng)上述凹槽。隨后，CCP經(jīng)由覆蓋凹槽 表面的薄膜上限定的微孔304流出。隨后，CCP流經(jīng)脫模隔板7 (以及流經(jīng) 多孔板28)。緊接著，CCP滲透模塑體5。這導致模塑體5被CCP浸潤。
這也導致模層體30上端部的樹脂池儲存了樹脂。這也導致模層體30上 端部的鋁塊12內(nèi)儲存了樹脂。
當套層3內(nèi)完全充滿CCP時，這凈皮樹脂流測量所確定。 一經(jīng)確定，開 關閥ll被關閉。隨后，壓力容器內(nèi)部被加壓至，例如，6個大氣壓。隨后， 在壓力下，樹脂被注入。套層3因此被樹脂更好地浸潤，由此也導致無空隙 浸潤。然后，真空泵(圖中未顯示)停止工作。這結束了 CCP浸潤模塑體5 的操作。
16緊接著，射線通過配置在鋁塊13中的輻射窗口 12來照射CCP樹脂， 使其固化。紫外線固化樹脂組合物被紫外光照射。這引發(fā)CCP中的鏈式固 化。鏈式固化反應可以由不同類型的輻射引發(fā)。然而，只有在鋁塊13或銅 管(即管9)被部分加熱的情況下，固化反應才可能發(fā)生。
如上所述，鋁塊13具有其中形成的樹脂池。當固化被紫外線等引發(fā)時， 然后，這將導致鏈式固化。這引起抽吸管9中的樹脂被順序鏈式固化。鏈式 固化反應進行到樹脂池14。樹脂池14中僅容納CCP樹脂。因此，鏈式固化 反應快速通過了樹脂池14以及Z型模層體30中的Z型通道到達模層體30 的下端部。即，鏈式固化反應在從抽吸管9到注入管8的方向上通過了整個 Z型長度。
如上所述，另一個樹脂池配置在才莫層體30的下端部。該存儲池朝向抽 吸管8。該存儲池可配置有熱電偶。被設計成當熱電偶探測到固化反應產(chǎn)生 的熱量時，這引起朝向注入管8的閥門8a被關閉。這阻止了壓力容器15中 剩余的樹脂被鏈式固化。壓力容器內(nèi)部被加壓至大約6個大氣壓直至固化反 應終止。在該實施例中，樹脂的浸潤過程可以以熱電偶監(jiān)控朝向注入管8的 樹脂池以及加壓模層體30內(nèi)部至固化反應剛好結束的良好方式全程進行。
當CCP中的固化反應開始后，在固化反應開始后的10秒鐘(5秒鐘較 有利，3秒鐘更有利)內(nèi)，CCP內(nèi)的鏈式固化區(qū)域的前端部分的最高溫度從 超過浸潤過程結束后、固化反應開始前的樹脂組合物的溫度起增加50攝氏 度或更多。發(fā)明人證實50度或以上的溫度差可以引起固化反應進行。溫度 差為70攝氏度或更高較為有利。溫度差為IOO攝氏度或更高最為有利。當 溫度差保持穩(wěn)定，這使得能夠在執(zhí)行操作的整個過程中保持對模塑操作(例 如固化反應開始前的樹脂注入)有利的樹脂特性(例如樹脂粘度)。
鏈式固化過程中，CCP內(nèi)的固化區(qū)域的前端部分的正溫度變化率是每秒 鐘300攝氏度或更高，每秒鐘600攝氏度或更高較為有利，每秒鐘1000攝 氏度或更高時最佳。
上述有益的效果能夠通過下列可供選擇的方法獲得當CCP中的固化 反應開始后，在固化反應開始后10秒鐘(5秒鐘較為有利，3秒鐘更為有利) 內(nèi)，CCP中的鏈式固化區(qū)域的前端部分的最高溫度達到不低于熱固反應開始 時樹脂組合物中的溫度。除了熱固反應開始時的溫度，較為有利的是達到不 低于20攝氏度時的溫度。而且，更為有利的是達到不低于50攝氏度時的溫度。熱固反應開始時的溫度是被由不同的溫度掃描儀(DSC)(溫度增加值 是每秒鐘IO攝氏度)測定的熱固反應開始時的溫度(開始值)和熱固反應 結束時的溫度(結束值)限定的。
如果碳纖維被用作CCP的纖維增強材料，并且如果纖維體積含量達到 不低于41%的值，即使是鏈式固化樹脂組合物也難以被充分固化。在該實施 例中，樹脂存儲池14和樹脂套層3共同作用使鏈式固化反應不間斷地進行 成為可能。
在本發(fā)明中的模塑裝置，41%-70%的纖維體積含量足以確保鏈式固化反 應不間斷進行。
根據(jù)本發(fā)明實施例，樹脂傳遞模塑裝置如上所述被構造。該實施例包括 下列結構。上模la和下模lb之間有模塑體5布置在其中。模塑體5由增強 纖維材料制成。CCP套層沿模塑體5的縱向方向布置。套層3分別緊鄰模塑 體5的兩外側布置。套層3中填充CCP (鏈式固化樹脂組合物)，其中一個 套層3的外側面對上才莫la,另一套層3的外側則面對下才莫lb。兩外側以及 上模la和下模lb之間分別有絕熱物質(zhì)4插入其中。絕熱物質(zhì)4組成導熱抑 制構件。該構件適于阻止熱量由套層3傳導到上模la和下模lb。此外，外 套層3和模層體4分別有多孔板28布置其間。多孔板28由帶孔金屬板，線 網(wǎng)等制成。
上述結構使以一種預期的供應方式將CCP樹脂由注入管8注入套層3 中成為可能。套層3在模塑體5的兩外側分別沿模塑體5縱向方向布置。上 述結構可以使當抽吸管9由套層3中吸取CCP樹脂，CCP樹脂經(jīng)多孔板28 浸潤模塑體5成為可能。
上述結構也可以使鏈式固化模塑體5的正常進行成為可能，不會發(fā)生下 列兩種情況。第一種情況是在模塑體5的全長上溫度下降；第二種情況是溫 度過度上升。第一種情況可以通過利用導熱抑制構件阻止熱量由套層3傳導 至上模la和下模lb。如上所述，該構件例如是分別沿套層3的兩外側布置 的絕熱物質(zhì)4。第二種情況可以通過適當?shù)卣{(diào)整導熱抑制構件的導熱能力而
防止其發(fā)生。 工業(yè)應用性
本發(fā)明涉及一種樹脂傳遞模塑(RTM)方法和模塑纖維增強塑料(FRPs ) 時使用的樹脂傳遞模塑(RTM)裝置。特別是，該發(fā)明涉及使用鏈式固化樹
18脂(CCP)，這是一種鏈式固化類型樹脂組合物。該發(fā)明由此增強被模塑的纖 維增強塑料(FRPS)體中的纖維體積含量。此外，本發(fā)明使獲得質(zhì)量輕的模 塑體成為可能。
權利要求
1、一種樹脂傳遞模塑裝置，包括其中具有由增強纖維材料制成的模塑體的模具；連通模具內(nèi)部的樹脂注入管；構造用于降低模具內(nèi)部壓力的抽吸管；其中，樹脂組合物被注入模具內(nèi)以浸潤模塑體從而獲得纖維增強塑料模塑體；其中，樹脂組合物是鏈式固化樹脂組合物；含有鏈式固化樹脂組合物的鏈式固化樹脂組合物容納層，布置成鄰近模塑體的外側，且具有由鏈式固化樹脂組合物的固化特性和從鏈式固化樹脂組合物向外的散熱特性所限定的纖維體積含量界限值；以及布置于鏈式固化樹脂組合物容納層和模塑體之間的模塑體分離構件。
2、 一種樹脂傳遞模塑裝置，包括其中具有由增強纖維材料制成的模塑體的模具；連通模具內(nèi)部的樹脂注入管；構造用于降低模具內(nèi)部壓力的抽吸管；其中，樹脂組合物被注入模具內(nèi)以浸潤模塑體從而獲得纖維增強塑料模 塑體；其中，樹脂組合物是鏈式固化樹脂組合物；含有鏈式固化樹脂組合物的鏈式固化樹脂組合物容納層，布置成鄰近模 塑體的外側；導熱抑制構件，布置于鏈式固化樹脂組合物容納層和模具之間且適于阻止熱量從鏈式固化樹脂組合物容納層所在的一側傳導到模具所在的另 一側； 以及布置于鏈式固化樹脂組合物容納層和模塑體之間的模塑體分離構件， 其中，鏈式固化樹脂組合物容納層和導熱抑制構件相組合，以具有由鏈式固化樹脂組合物的固化特性和鏈式固化樹脂組合物的向外散熱特性所限定的纖維體積含量界限值。
3、 如權利要求1或2所述的裝置，包括由模塑體分離構件、鏈式固化樹脂組合物容納層和導熱抑制構件相互層疊而組成的模層體；樹脂池，配置在模具中，被構造成結合到模層體；
4、 如權利要求1或2所述的裝置，其中，鏈式固化樹脂組合物容納層包 括填充有由樹脂注入管中注入的鏈式固化樹脂組合物樹脂的鏈式固化樹脂 組合物套層，其中，鏈式固化樹脂組合物套層布置在模塑體的一側或模塑體 兩倆j的每一倆寸。
5、 如權利要求2所述的裝置，其中，導熱抑制構件包括導熱率是0.3W/m 承K或更小的絕熱材料。
6、 如權利要求4所迷的裝置，其中，模塑體所在的鏈式固化樹脂組合物 套層的表面是多孔的。
7、 如權利要求4所迷的裝置，其中，鏈式固化樹脂組合物套層和模塑體 之間具有結合有線網(wǎng)的多孔板。
8、 一種樹脂傳遞模塑裝置，包括其中具有由增強纖維材料制成的模塑體的模具；連通模具內(nèi)部的樹脂注入管；構造用于降低模具內(nèi)部壓力的抽吸管；其中，樹脂組合物被注入模具內(nèi)以浸潤模塑體從而獲得纖維增強塑料模 塑體；其中，樹脂組合物是鏈式固化樹脂組合物；鏈式固化樹脂組合物套層，構造成結合到模塑體且設計成填充有由樹脂 注入管引入的鏈式固化樹脂組合物，其中，鏈式固化樹脂組合物套層布置在 模塑體的 一側或模塑體兩側的每一側；導熱抑制構件，布置于鏈式固化樹脂組合物容納層和模具之間且用于阻 止熱量從鏈式固化樹脂組合物容納層所在的一側傳導到模具所在的另一側； 以及布置于鏈式固化樹脂組合物容納層和模塑體之間的模塑體分離構件； 其中，模塑體分離構件、鏈式固化樹脂組合物容納層和導熱抑制構件相 互疊加，以組成沿模塑體的縱向方向延伸的模層體；其中，^^式固化樹脂組合物注入口所在的模層體的一側與樹脂注入管相連；其中，才莫層體的另一側與抽吸管相連；其中，鏈式固化樹脂組合物容納層和導熱抑制構件相組合，以具有由鏈 式固化樹脂組合物的固化特性和鏈式固化樹脂組合物的向外散熱特性所限 定的纖維體積含量界限值。
9、 一種使用權利要求1到8中任一項所述的樹脂傳遞模塑裝置模塑模塑體的樹脂傳遞模塑方法。
10、 一種使用權利要求9所述的樹脂傳遞模塑方法模塑的模塑體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種被設計用于通過將樹脂組合物注入模具且浸潤模塑體來模塑纖維增強塑料模塑體的樹脂傳遞模塑裝置。樹脂組合物由鏈式固化樹脂組合物組成，并且包括鏈式固化樹脂組合物的鏈式固化樹脂組合物套層被布置成緊鄰模塑體的外側。鏈式固化樹脂組合物套層具有由鏈式固化樹脂組合物的固化特性和鏈式固化樹脂組合物的向外散熱特性所限定的纖維體積容量界限值。模塑體分離構件布置于鏈式固化樹脂組合物容納層和模塑體之間。
文檔編號B29C39/10GK101495285SQ20078002803
公開日2009年7月29日 申請日期2007年8月8日 優(yōu)先權日2006年8月8日
發(fā)明者太田和雄, 林宣也, 水野宏, 長谷川剛一 申請人:三菱重工業(yè)株式會社