JP2007007910A - Rtm (resin transfer molding) method and resin injection device therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、弾性体の中子の周囲に強化繊維を巻き付けたプリフォームを用いてRTM成形するための、方法および樹脂注入装置に関する。 The present invention relates to a method and a resin injection device for RTM molding using a preform in which reinforcing fibers are wound around the core of an elastic body.
RTMの樹脂注入方法には、図1に示すような、型内を真空にして樹脂を吸い上げる方法や、図2に示すような樹脂を空気圧により押し込む方法が用いられる。一方、2液以上の混合による硬化を促進する樹脂では、図3のようにそれぞれの樹脂を加圧した後ミキサーにより混合することが一般的である。しかしながら、これらの方法では、機構が単純であるために樹脂を型内に注入する量を制御したり、最大の樹脂注入圧力を制御したりすることは、個別に実施可能であるが、注入速度を含めて、すべてを複合的連動的に制御しつつ樹脂を注入することは困難であった。(例えば特許文献1)さらに、FRP(CFRP)に代表される軽量化を目的とした繊維などによる強化プラスティックの場合、軽量高剛性を確保するために、荷重が加わる厚さ方向に軽量中子などを用いて断面2次モーメントを大きくする手法が取られるが、軽量中子は一般的に弾性率が小さいため高圧の樹脂注入時に圧縮される欠点がある。軽量中子を用いた成形では、樹脂の注入される入り口付近の樹脂注入圧が最も高くなるため、成形サイクルを早くして生産性のも向上を狙う場合には、有る程度の軽量中子の圧縮代を見込んで成形するなどの苦肉の策を講じられており、高度なノウハウを要するために、型の設計や成型条件の設定には、試行錯誤が必要であったため、軽量中子の弾性率のばらつきや、成形型内の樹脂圧力の変動によっては、予想以上の中子の収縮により成形品質の劣化を招き、ひいては成形歩留まりを低下させることにつながるケースが多かった。このようなケースを回避するには、結局樹脂の注入圧力を低くして圧縮量を小さく設定するため、単位時間当たりの注入量が低くなることから、成形サイクルのが長くならざるを得ず、RTM成形法の本来の特長である生産性の良さが享受できないという問題があった。
As a resin injection method of RTM, a method of sucking up a resin by evacuating the mold as shown in FIG. 1 or a method of pushing in a resin by air pressure as shown in FIG. 2 is used. On the other hand, in the case of a resin that promotes curing by mixing two or more liquids, it is common to press the respective resins as shown in FIG. However, in these methods, since the mechanism is simple, it is possible to individually control the amount of resin to be injected into the mold or to control the maximum resin injection pressure. It was difficult to inject the resin while controlling everything in a complex and interlocking manner. (For example, Patent Document 1) Further, in the case of a reinforced plastic made of fiber or the like for the purpose of weight reduction represented by FRP (CFRP), a lightweight core in the thickness direction in which a load is applied in order to ensure lightweight and high rigidity. Although the method of increasing the moment of inertia of the cross section by using the squeezing method, the lightweight core generally has a drawback that it is compressed at the time of high-pressure resin injection because of its low elastic modulus. In molding using a lightweight core, the resin injection pressure near the entrance where the resin is injected becomes the highest, so when aiming to improve productivity by speeding up the molding cycle, Since it is difficult to take measures such as molding in anticipation of the compression allowance and requires advanced know-how, the design of the mold and the setting of molding conditions required trial and error. Depending on the variation and the fluctuation of the resin pressure in the mold, there are many cases where the core shrinks more than expected and the molding quality is deteriorated, which leads to a decrease in the molding yield. In order to avoid such a case, the resin injection pressure is lowered and the compression amount is set to be small, so that the injection amount per unit time is low, so the molding cycle must be long, There was a problem that the good productivity that is the original feature of the RTM molding method cannot be enjoyed.
そこで本発明の課題は、型内に注入する樹脂の短時間当たり量を制御することにより、従来より型内の樹脂の流動を安定させて、成形品質を向上させることにある。従来の樹脂の注入方法では、たとえば図2の設備の場合、樹脂の型内への注入時間を短縮しようとすると、空気圧を高く設定することで実現できるが、型内への圧力は当然空気圧力と同等に加圧される。このことは、成形型の昇降装置の能力アップが必要になったり、あるいは軽量中子(たとえば発泡材)を用いる場合には軽量中子の圧縮による体積変化やひいては破壊などを引き起こす。そこでこれらの問題に対して、型内に注入する樹脂の短時間当たり量を制御することで、成型サイクルタイムの短縮と、注入最大圧力の抑制(中子の破壊防止と成型品位の両立)を同時にはかり、安定した成形工程を実現する設備と方法を提供する。 Accordingly, an object of the present invention is to stabilize the flow of the resin in the mold and improve the molding quality by controlling the amount of resin injected into the mold per short time. In the conventional resin injection method, for example, in the case of the equipment shown in FIG. 2, if the injection time of the resin into the mold is to be shortened, it can be realized by setting the air pressure high, but the pressure in the mold is naturally the air pressure. Pressurized equally. This makes it necessary to increase the capacity of the lifting device of the mold, or when a lightweight core (for example, a foam material) is used, it causes a volume change due to compression of the lightweight core and eventually breaks down. Therefore, by controlling the amount of resin injected into the mold for a short time, the molding cycle time is shortened and the maximum injection pressure is suppressed (coexistence of core breakage and molding quality). At the same time, we will provide equipment and method that can achieve the stable molding process.
上記課題を達成するために本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、
(1)弾性体の中子の周囲に繊維を巻き付けたプリフォームを成形型内に配置し、樹脂注入圧力を経時的に昇圧させる昇圧注入工程および、最大樹脂注入圧力到達後、あらかじめ入力された樹脂の注入量に達するまでの間、注入圧力が一定となるように樹脂を注入する保圧注入工程の2段階の注入工程を経て樹脂を注入し、硬化するRTM成形であって、キャビティ内の圧力を検知し、下記式を満たす様に昇圧注入工程での単位時間当たりの樹脂の送液量または圧力を連続的に制御することを特徴とするRTM成形方法。
To achieve the above object, the present invention adopts the following configuration. That is,
(1) A preform in which fibers are wound around the core of an elastic body is placed in a molding die, and a pressure injection step for increasing the resin injection pressure with time, and after reaching the maximum resin injection pressure, are input in advance In the RTM molding in which the resin is injected and cured through a two-stage injection process of a pressure-holding injection process in which the resin is injected so that the injection pressure is constant until the injection amount of the resin is reached. An RTM molding method characterized by detecting the pressure and continuously controlling the amount of resin delivered or the pressure per unit time in the pressurizing injection step so as to satisfy the following formula.
0≦t≦Tgel/12のとき
[Plim/{(1/3)*Tgel}]*t≦P(t)≦{0.9*Plim/(Tgel/12)}*t (1)
Tgel/12<t≦Tgel/3のとき
[Plim/{(1/3)*Tgel}]*t≦P(t)≦0.9*Plim+[{0.1*Plim/(Tgel/4)}]*(t―Tgel/12) (2)
式中、
P(t):時間t経過後のキャビティ内の圧力
Plim:中子の許容圧力
Tgel:成形温度での樹脂のゲル化時間
(2)前記保圧注入工程において、キャビティ内の圧力が中子の許容圧力の0.80〜1.0倍の範囲となる様に単位時間当たりの樹脂の送液量または圧力を連続的に制御し、樹脂注入開始からの樹脂の送液量の積算値が、キャビティ容積の1.2〜3倍になったら、送液を停止する前記(1)に記載のRTM成形方法。
When 0 ≦ t ≦ T gel / 12
[P lim / {(1/3) * T gel }] * t ≦ P (t) ≦ {0.9 * P lim / (T gel / 12)} * t (1)
When T gel / 12 <t ≦ T gel / 3
[P lim / {(1/3) * T gel }] * t ≦ P (t) ≦ 0.9 * P lim + [{0.1 * P lim / (T gel / 4)}] * (t−T gel / 12) (2)
Where
P (t): pressure in the cavity after the elapse of time t P lim : allowable pressure of the core T gel : gelation time of the resin at the molding temperature (2) In the pressure-holding injection step, the pressure in the cavity is medium The amount of resin delivered or the pressure per unit time is continuously controlled so that the allowable pressure of the child is in the range of 0.80 to 1.0 times, and the integrated value of the amount of resin delivered from the start of resin injection However, when the volume of the cavity becomes 1.2 to 3 times, the RTM molding method according to (1), wherein the liquid feeding is stopped.
(3)弾性体の中子の周囲に繊維を巻き付けたプリフォームを型内に配置し、樹脂を注入・硬化するRTM成形に適用する樹脂注入装置であって、樹脂注入圧力を検出する手段、樹脂の注入の開始からの経過時間を検出する手段、樹脂注入量を検出する手段、および圧力・時間・注入量を記憶する手段、および、前記検出手段により得たデータと前記記憶手段に予め登録したデータから特定の計算式で算出される条件を比較して単位時間当たりの樹脂送液量または圧力を設定し、この設定値に基づき樹脂の送液ポンプを連続的に制御する手段(プログラム)を有することを特徴とする樹脂注入装置。 (3) A resin injection device that is applied to RTM molding in which a preform in which fibers are wound around the core of an elastic body is placed in a mold, and the resin is injected and cured, and means for detecting the resin injection pressure; Means for detecting elapsed time from start of resin injection, means for detecting resin injection amount, means for storing pressure / time / injection amount, and data obtained by the detection means and pre-registered in the storage means A means (program) that compares the conditions calculated by specific calculation formulas from the measured data, sets the resin feed volume or pressure per unit time, and continuously controls the resin feed pump based on this set value A resin injecting device comprising:
本発明によれば、弾性体の中子の周囲に繊維を巻き付けたプリフォームを用いてRTM成形する樹脂注入装置において、従来の樹脂注入装置では困難であった、成型サイクルタイムの短縮と高品質・高歩留まりの両立をはかることができる。 According to the present invention, in a resin injection apparatus that performs RTM molding using a preform in which fibers are wound around the core of an elastic body, a reduction in molding cycle time and high quality, which has been difficult with a conventional resin injection apparatus, are achieved.・ High yield can be achieved at the same time.
本発明における成型体は弾性体の中子の周囲に繊維を巻き付けたプリフォームを強化繊維とする繊維強化樹脂(以降FRPと略す)構造体を対象とする。FRPとは、強化繊維により強化されている樹脂を指し、強化繊維としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維等の無機繊維、あるいはケブラー繊維、ポリエチレン繊維、ポリアミド繊維などの有機繊維からなる補強繊維が挙げられる。また、強化繊維の形態としては、例えば樹脂の含浸されていない強化繊維の織物や、マット、ニット材料、さらにこれらとインサート部品との組み合わせ等が挙げられ、その用途により使い分けられる。FRPのマトリックス樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられ、さらには、ポリアミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、ジシクロペンタジエン樹脂、ポリウレタン樹脂等の熱可塑性樹脂も使用可能である。また、中子は弾性体であれば特に限定されるものではなく、ウレタン樹脂やアクリル樹脂、ポリメタクリルイミド樹脂、フェノール樹脂などの発泡材や、バルサなどの木質コア剤、ポリプロピレンやポリエチレン、フッ素系の薄肉成型品の内部に空気圧を加えた中空体などが挙げられる。 The molded body in the present invention is intended for a fiber reinforced resin (hereinafter abbreviated as FRP) structure in which a preform in which fibers are wound around an elastic core is used as a reinforcing fiber. FRP refers to a resin reinforced with reinforcing fibers. Examples of reinforcing fibers include inorganic fibers such as carbon fibers and glass fibers, or reinforcing fibers made of organic fibers such as Kevlar fibers, polyethylene fibers, and polyamide fibers. Can be mentioned. Examples of the form of the reinforcing fiber include a woven fabric of reinforcing fiber that is not impregnated with resin, a mat, a knit material, and a combination of these with an insert part. Examples of the FRP matrix resin include thermosetting resins such as epoxy resins, unsaturated polyester resins, vinyl ester resins, and phenol resins, and further polyamide resins, polyolefin resins, dicyclopentadiene resins, polyurethane resins, and the like. These thermoplastic resins can also be used. In addition, the core is not particularly limited as long as it is an elastic body. Foam materials such as urethane resin, acrylic resin, polymethacrylimide resin, and phenol resin, wood core agents such as balsa, polypropylene, polyethylene, fluorine-based materials And a hollow body in which air pressure is applied to the inside of the thin molded product.
以下、本発明であるRTM(Resin Transfer Molding)成型装置の構成、およびそれを用いた製造方法について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a configuration of an RTM (Resin Transfer Molding) molding apparatus according to the present invention and a manufacturing method using the same will be described with reference to the drawings.
第4図は、本発明の装置一例を表す図である。本図において、左右の樹脂タンク1では、エポキシ樹脂の主剤と硬化剤を室温を超えた温度で保温し、同時に真空状態を保ち出来るだけ溶存気体を除去する。シリンジポンプ15は、それぞれの樹脂を、成型型へ注入するためのポンプである。ここで、今回はシリンジポンプを採用したが、ギアポンプなど定量性の高いポンプでも好ましく使用できる。油圧シリンダ16は、このシリンジポンプ15に連結しており、シリンジポンプ15の駆動源である。シリンジポンプ15で加圧・送液された樹脂は、ミキサー21で混合される。
FIG. 4 is a diagram showing an example of the apparatus of the present invention. In this figure, in the left and right resin tanks 1, the epoxy resin main agent and the curing agent are kept at a temperature exceeding room temperature, and at the same time, dissolved gas is removed as much as possible while maintaining a vacuum state. The
ミキサー21で混合された樹脂は、樹脂注入配管3を通って成形型に注入される。成形型に注入された樹脂は、成形型キャビティー内の強化繊維基材に含浸した後余剰分は樹脂排出タンク7に導かれる。
The resin mixed by the
また、前記装置には、後述する様に樹脂注入圧力を経時的に制御するために、以下の手段を有する。すなわち、検出手段として、樹脂注入圧力を検出する手段、樹脂の注入の開始からの経過時間を検出する手段、樹脂注入量を検出する手段、制御すべき条件を求めるための基礎データとなる圧力・時間・注入量についての情報を記憶する手段、および、前記検出手段により得たデータと前記記憶手段に予め登録したデータから特定の計算式で算出される条件を比較して単位時間当たりの樹脂送液量または圧力を設定し、この設定値に基づき樹脂の送液ポンプを連続的に制御する手段(プログラム)を有することが必要である。これらの手段を兼ね備えることにより、後述する樹脂注入圧力を経時的に制御し、弾性体の中子の周囲に繊維を巻き付けたプリフォームを強化繊維とする繊維強化樹脂を効率良くRTM成形方法で得ることが可能となる。 Further, the apparatus has the following means in order to control the resin injection pressure over time as will be described later. That is, as the detection means, means for detecting the resin injection pressure, means for detecting the elapsed time from the start of resin injection, means for detecting the resin injection amount, pressure / basic data for obtaining the conditions to be controlled Means for storing information about time and injection amount, and comparing the condition obtained by a specific calculation formula from the data obtained by the detection means and the data registered in advance in the storage means, It is necessary to set a liquid amount or a pressure and to have means (program) for continuously controlling the resin liquid feed pump based on the set value. By combining these means, the resin injection pressure, which will be described later, is controlled over time, and a fiber reinforced resin using a preform in which fibers are wound around the core of an elastic body as a reinforcing fiber is efficiently obtained by the RTM molding method. It becomes possible.
上記装置を用いて行う樹脂注入工程において、該工程は樹脂注入圧力を経時的に昇圧させる昇圧注入工程と最大樹脂圧力到達後圧力が実質的に一定となるよう樹脂を注入する保圧注入工程の2段階から構成する必要がある。該昇圧注入工程においては、樹脂圧力Pを時間tに対して(1)式および(2)式の関係を満たすように制御することが必要である。 In the resin injection process performed using the above apparatus, the process includes a pressure injection process for increasing the resin injection pressure over time and a pressure holding injection process for injecting resin so that the pressure after reaching the maximum resin pressure is substantially constant. It is necessary to compose from two stages. In the boost injection process, it is necessary to control the resin pressure P so as to satisfy the relationship of the expressions (1) and (2) with respect to the time t.
0≦t≦Tgel/12のとき
[Plim / {(1 / 3)*Tgel}]*t≦P(t)≦{0.9*Plim/(Tgel / 12)}*t (1)
Tgel/12<t≦Tgel/3のとき
[Plim/{(1 / 3)*Tgel}]*t≦P(t)≦0.9*Plim+[{0.1*Plim / (Tgel / 4)}]*(t―Tgel/ 12) (2)
式中、の各記号は以下のものを表す(測定法等は後述する)。
When 0 ≦ t ≦ T gel / 12
[P lim / {(1/3) * T gel }] * t ≦ P (t) ≦ {0.9 * P lim / (T gel / 12)} * t (1)
When T gel / 12 <t ≦ T gel / 3
[P lim / {(1/3) * T gel }] * t ≦ P (t) ≦ 0.9 * P lim + [{0.1 * P lim / (T gel / 4)}] * (t―T gel / 12) (2)
Each symbol in the formula represents the following (measurement method and the like will be described later).
P(t):時間t経過後のキャビティ内の圧力
Plim:中子の許容圧力
Tgel:成形温度での樹脂のゲル化時間
時間tにおける樹脂圧力が [Plim / {(1 / 3)*Tgel}]*t を下まわると、樹脂注入速度が遅くなり効率的な成形ができなくなったり、あるいは保圧注入工程で充分な時間をとることが出来ずに樹脂のゲル化が始まるために、成型品の中に気泡が残るなどして良好な品質の製品を得ることができないという問題がある。
P (t): pressure in cavity after time t P lim : allowable pressure of core T gel : gelation time of resin at molding temperature Resin pressure at time t is [P lim / {(1/3) If below * T gel }] * t, the resin injection rate will slow down and efficient molding will not be possible, or sufficient time will not be allowed in the pressure-holding injection process, and resin gelation will begin. In addition, there is a problem that a good quality product cannot be obtained due to bubbles remaining in the molded product.
時間tが0≦t≦Tgel/12のとき、樹脂圧力が{0.9*Plim/(Tgel / 12)}*t を、および、時間tがTgel/12<t≦Tgel/3のとき樹脂圧力が0.9*Plim+[{0.1*Plim/ (Tgel / 4)}]*(t―Tgel / 12) を上回ると樹脂の流速が速くなりすぎて、強化繊維の方向を乱したり、圧力がコントロールの範囲を超えてオーバーシュートしてしまい中子を押しつぶしてしまうなどの不具合が発生するという問題がある。 When the time t is 0 ≦ t ≦ T gel / 12, the resin pressure is {0.9 * P lim / (T gel / 12)} * t, and the time t is T gel / 12 <t ≦ T gel / 3 When the resin pressure exceeds 0.9 * P lim + [{0.1 * P lim / (T gel / 4)}] * (t-T gel / 12), the flow rate of the resin becomes too fast and the direction of the reinforcing fiber Problems such as disturbing the pressure, overshooting the pressure exceeding the control range, and crushing the core.
(1)式および(2)式は樹脂注入温度での樹脂のゲル化時間を基準とし、ゲル化時間の1/3までの時間に概ね樹脂注入時の最大樹脂注入圧力に達するところまで樹脂注入圧力の昇圧を完了させることを示している。これは樹脂のゲル化が始まるまでに、保圧注入時間を充分とっておく必要があるためである。ここで、弾性体の中子を有するFRPのRTM成形時の最大樹脂注入圧力とは、中子の許容圧力に制約を受けるため、中子の許容圧力Plimを基準に設定する。 Equations (1) and (2) are based on the resin gelation time at the resin injection temperature, and the resin is injected until it reaches the maximum resin injection pressure at the time of resin injection until 1/3 of the gelation time. It shows that the pressure increase is completed. This is because it is necessary to allow a sufficient pressure holding injection time before the resin gelation begins. Here, the maximum resin injection pressure at the time of RTM molding of an FRP having an elastic core is limited by the allowable pressure of the core, and is therefore set based on the allowable pressure P lim of the core.
キャビティ内の圧力P(t)を検出する手段としては、樹脂流入経路の成形型直近付近に圧力センサーを取り付ける方法が一般的である。実際には圧力勾配が存在するためキャビティ内の圧力は一定ではないが、樹脂流入経路の成形型直近付近に圧力センサーを取り付けることにより最大圧力を検出することができ、キャビティ内の圧力を代表する数値として用いることに実質上問題ない。また、事前に成形型出口の圧力も測定しておけば、キャビティ内の概略圧力分布を想定することも可能である。 As a means for detecting the pressure P (t) in the cavity, a method of attaching a pressure sensor in the vicinity of the mold in the resin inflow path is generally used. In reality, the pressure in the cavity is not constant because there is a pressure gradient, but the maximum pressure can be detected by attaching a pressure sensor in the vicinity of the mold in the resin inflow path, representing the pressure in the cavity. There is virtually no problem in using it as a numerical value. If the pressure at the mold outlet is also measured in advance, a rough pressure distribution in the cavity can be assumed.
ここで、成形温度での樹脂のゲル化時間Tgel測定方法としては、一般的な動的粘弾性測定装置(回転粘度計)を適用し測定することができる。測定条件としては、半径20mmの平行平板を用い、平行平板間の距離を0.5mmとし、温度80℃、周波数0.5Hzで
複素粘性率η*を測定し、急激な粘度上昇が始まる時間をゲル化時間Tgelとして求める。
Here, as a method for measuring the gel time T gel of the resin at the molding temperature, a general dynamic viscoelasticity measuring device (rotary viscometer) can be applied and measured. As measurement conditions, a parallel plate with a radius of 20 mm was used, the distance between the parallel plates was set to 0.5 mm, the complex viscosity η * was measured at a temperature of 80 ° C. and a frequency of 0.5 Hz, and the time for a sudden increase in viscosity to occur. The gelation time is determined as T gel .
また、保圧注入工程においては、キャビティ内の圧力が中子の許容圧力の0.80〜1.0倍の範囲となる様に単位時間当たりの樹脂の送液量または圧力を連続的に制御することが好ましい。最大樹脂注入圧力付近の圧力に保つことにより、ゲル化前に可能な限り早く樹脂注入が完了できるためである。この工程において、樹脂注入開始からの樹脂の送液量の積算値が、キャビティ容積に一定の係数を乗じて求める樹脂の送液量に達したら、送液を停止する。前記一定の係数は予備成型実験等を通じ予め求めておけば、効率良く注入修了時が判断できるため、時間や余剰樹脂等の無駄が防げるためである。前記係数は、成形物のサイズ成形型キャビティの容量や形状により影響を受けるが、通常成形型キャビティの1.2〜3倍を設定することが好ましい。 Also, in the pressure holding injection process, the amount of resin delivered or the pressure per unit time is continuously controlled so that the pressure in the cavity is in the range of 0.80 to 1.0 times the allowable pressure of the core. It is preferable to do. This is because by maintaining the pressure around the maximum resin injection pressure, the resin injection can be completed as soon as possible before gelation. In this step, when the integrated value of the resin liquid supply amount from the start of resin injection reaches the resin liquid supply amount obtained by multiplying the cavity volume by a certain coefficient, the liquid supply is stopped. This is because if the predetermined coefficient is obtained in advance through a pre-molding experiment or the like, it is possible to efficiently determine when the injection is completed, so that waste of time, excess resin, and the like can be prevented. The coefficient is influenced by the capacity and shape of the size mold cavity of the molded product, but is preferably set to 1.2 to 3 times the normal mold cavity.
図5、図6には、樹脂の注入システムのフローを示す。 5 and 6 show the flow of the resin injection system.
最初に、中子の許容圧力(Plim)から決まる最大樹脂注入圧力(Tmax=Plim)と、樹脂のゲル化時間(Tgel)から求められる昇圧注入工程に要する時間(Tmax=Tgel/3)を入力する。さらに保圧注入工程の終了を決めるために成形型キャビティの容積に一定の係数を乗じて求める樹脂の送液量の最大値を入力する(前記一定の係数は予備成型実験等を通じ予め求めておく)。それぞれの入力情報は、構成される樹脂注入システム(成形物のサイズ成形型キャビティの容量や形状、適用する樹脂の粘度や硬化反応性)によって具体的な制御量は変化するが、ここでは図4の装置を基にして具体的な制御量を示すこととする。 First, the maximum resin injection pressure (Tmax = Plim) determined from the allowable pressure (Plim) of the core and the time (Tmax = Tgel / 3) required for the pressure injection process obtained from the gel time (Tgel) of the resin are input. To do. Further, in order to determine the end of the pressure holding injection process, the maximum value of the resin flow rate obtained by multiplying the volume of the mold cavity by a certain coefficient is inputted (the certain coefficient is obtained in advance through a preliminary molding experiment or the like. ). The specific control amount of each input information varies depending on the resin injection system (the size and shape of the molding mold cavity, the viscosity of the applied resin and the curing reactivity). A specific control amount will be shown based on this device.
図4の樹脂注入装置は具体的にはシリンジポンプ15を用いる。このため、入力された情報を制御量に置き換えると、
最大樹脂注入圧力: 樹脂注入圧力検出手段である圧力計18で示される圧力の上限。通常中子の許容圧力(中子が破壊したり製品を使用する上で問題となる様な変形を生じる圧力)より若干低い圧力を設定する。さらに成型上のバラツキなどを考慮して、中子の許容圧力の0.8〜1.0倍の範囲で設定することが好ましい。
The resin injection device in FIG. 4 specifically uses a
Maximum resin injection pressure: The upper limit of the pressure indicated by the
樹脂のゲル化時間: 成形温度における樹脂のゲル化が始まる時間で事前に実験や樹脂データを調べておく(または、樹脂のゲル化時間から計算した時間を昇圧注入工程の完了時間として直接入力しても良い)
樹脂の注入量 : シリンジポンプ15のストローク繰り返し回数
を制御することとなる。具体的な値としては、製品内に気泡を残さないために気泡と共に捨てる樹脂の量を考慮して、樹脂の充填されるキャビティの容積に対して1.2〜3倍の量を算出し、この容積をシリンジポンプの容積で割り返すことにより求めることができる。このとき気泡と共に捨てる樹脂の設定量が少ないと製品内に気泡が残り易くなり、捨てる樹脂の設定量が多すぎると、樹脂を無駄に捨てることになりコストが高くなってしまう。
Resin gelation time: The time at which the resin gelation begins at the molding temperature. Check the experiment and resin data in advance (or enter the time calculated from the resin gelation time directly as the completion time of the pressure injection process. May be)
Resin injection amount: The number of repeated strokes of the
図6のフローに従い、以下のような段階を経て樹脂注入を行う。 According to the flow of FIG. 6, resin injection is performed through the following steps.
樹脂注入スタート202により、シリンダ16に圧力を加える。この圧力は最大樹脂注入圧力と昇圧注入工程の完了時間から算出するが、スタート時点では成形サイクルを短縮することから加圧源14の最大圧力となるように外部信号により制御可能な圧力調整式レギュレータ17bに制御信号を送信する。
Pressure is applied to the
樹脂注入バルブ4を開き、成形型に樹脂を注入する。このとき、成形型内を事前に真空状態に近づけるなどの処置をすることで、より気泡の少ない成形品を得ることも可能である。
The
樹脂を注入する初期の段階には、樹脂排出バルブ6を閉じておき、成形型内に樹脂を充填する。このとき、逐次その時点の樹脂の充填量に応じて樹脂注入圧力の上昇が、圧力計18で確認できる(図5参照)。この検出情報から、経過時間に対して、(1)式および(2)式で規定された範囲に適合しているか207どうかを制御部20は判定・調整して圧力調整式レギュレータ17bに制御信号を送信する。ここで制御方式は、(1)式および(2)式で規定される範囲内であればさらに綿密な関数であっても何ら問題はない。
In the initial stage of injecting the resin, the resin discharge valve 6 is closed and the mold is filled with the resin. At this time, an increase in the resin injection pressure can be confirmed with the
別途指示された所定の樹脂注入圧入力値に樹脂注入圧力検出手段である圧力計18の値が達すると、排出バルブ6を開き、成形型内の圧縮された空気を排出する。排出バルブ6は、この後事前に設定された間隔で開閉を繰り返す。
When the value of the
前述の作業を実施することにより、成形型の気泡が排出される。 By performing the above-described operation, the bubbles in the mold are discharged.
ここで、判断(最大圧力)204に達したかどうかを、制御部は常時監視し、圧力計18の値が、最大注入圧力を越えた場合、圧力調整式レギュレータ17bを制御してシリンダ16の圧力を減じる。ここで、他の方法として、排出バルブ6を開くことで圧力の上昇を抑える方法も効果的である。
Here, the control unit constantly monitors whether the determination (maximum pressure) 204 has been reached. If the value of the
前記した作業を継続し、判断(注入量)206で目標を満たしたら、その時点で樹脂注入を終了して、排出バルブ6および注入バルブ4を閉じ、樹脂が硬化する間待つこととする。
If the above-described operation is continued and the target is satisfied in the judgment (injection amount) 206, the resin injection is terminated at that point, the discharge valve 6 and the
次に 図4を用いてさらに具体的な実施例について説明する。
Next, a more specific embodiment will be described with reference to FIG.
成形体はここでは自動車用部材のリアスポイラの水平翼を成形する。水平翼の構成は、ウレタンの発泡体中子30を芯にして、その周囲に炭素繊維クロス31を巻き付ける構造とする。ウレタンの発泡体中子30に、クロスを巻き付けることで、連続した強化繊維で構成できる。また、いわゆるフィラメントワインディグの要領で繊維を巻き付けることでも可能である。ここで用いるウレタン発泡体の物性は、80℃(成形温度)で、0.3MPaの圧力に対して2%圧縮するとして0.3MPaを最大樹脂注入圧力(コアの許容圧力)とする。
Here, the molded body forms a horizontal wing of a rear spoiler of an automobile member. The structure of the horizontal blade is a structure in which a
ウレタン発泡体中子30に炭素繊維クロス31を巻いたプリフォーム32を、成形型(下)9bに載置する。
A
成形型(上)9aを下降させて、成形型(下)9bと重ね合わせて型を閉じる。 The molding die (upper) 9a is lowered and overlapped with the molding die (lower) 9b to close the die.
なお、成形型の材質としてはFRP、鋳物、構造用炭素鋼、アルミニウム合金、亜鉛合金、ニッケル電鋳、銅電鋳があげられる。型剛性、耐熱性、作業性の面から構造用炭素鋼が好適である。 Examples of the material of the mold include FRP, casting, structural carbon steel, aluminum alloy, zinc alloy, nickel electroforming, and copper electroforming. Structural carbon steel is preferred in terms of mold rigidity, heat resistance, and workability.
次に、樹脂の注入についてさらに詳細を説明する。 Next, the details of the resin injection will be described.
成形型(上)9a、成形型(下)9bには任意に複数個の樹脂注入口(図示しない)につながる樹脂注入配管3a、排出口(図示しない)につながる樹脂排出配管3bを設けた。
樹脂注入配管3aには樹脂注入部100が接続されている。樹脂注入部100は主剤・硬化剤を樹脂タンク1(主剤タンク、硬化剤タンク)にそれぞれ収容し、それぞれのタンクは加温、真空脱泡できる機構を備えている。樹脂は主剤としてエピコート828(油化シェルエポキシ社製、エポキシ樹脂)、硬化剤は東レブレンドのTR−C35H(イミダゾール誘導体)を混合して得た液状エポキシ樹脂を使用した。樹脂注入装置100では事前に主剤、硬化剤を攪拌しながら40℃で加温し、所定の粘度まで降下させ、かつ真空ポンプ8で脱泡を行った。
The mold (upper) 9a and the mold (lower) 9b were provided with
A
樹脂注入時にはそれぞれのタンクからシリンジポンプ15により加圧注入する。樹脂の加圧には、シリンジポンプを用いており、シリンジを同時に押し出すことで定量性も確保することが2液混合により硬化する樹脂には好ましい。ミキサー21で混合され樹脂注入配管3に至る。
At the time of resin injection, pressure is injected from each tank by the
樹脂排出配管3bは真空ポンプ8への樹脂の流入を防ぐために、樹脂排出タンク7に接続される。
The
樹脂注入時の樹脂注入配管3a、樹脂排出配管3bの開閉をコントロールするため樹脂注入バルブ4、樹脂排出バルブ6を設置する。樹脂注入バルブ4、樹脂排出バルブ6は電磁バルブやエアーオペレーションバルブを用い、たとえば流路の径を変化(ボールバルブの開度調節のような)させるバルブを用いてを事前にバルブの開度情報を入力した記憶装置を接続することで、より精度の高い開閉を行うことも好適である。
A
樹脂注入配管3aの材料は十分な流量の確保と樹脂との適合性(温度や耐溶剤性、耐圧)を考慮する必要がある。チューブには直径5〜30mmのものを用い、樹脂の注入圧力に耐えるために1.0MPa以上の耐圧性、樹脂硬化時の温度に耐えるために100℃以上の耐熱性が必要となり、厚みが3mm程度の“テフロン(登録商標)”チューブを用いる。材質は“テフロン(登録商標)”以外にも、“テフロン(登録商標)”に比べて安価なポリエチレンやスチール、アルミであっても問題ない。
For the material of the
樹脂排出配管3bの材料は、同様に十分な流量の確保と樹脂との適合性(温度や耐溶剤性、耐圧)を考慮する必要があるが基本的には樹脂注入配管3aと同じでよい。
Similarly, the material of the
型内の密閉を保つため、シール材を型の外周に配置している。成形型(上)9aを閉じることで、型の内部が樹脂の流路以外に連通していないことが理想的である。しかし、実質的には完全な密閉は困難であり、たとえば、樹脂注入配管3aに配置される樹脂注入バルブ4を閉じた状態で圧力計18の圧力をモニターし、ここでは真空ポンプ8停止後10秒間0.01MPaを保持できた状態であれば成形上問題ないとして密閉の状態を確認することとした。
In order to keep the inside of the mold sealed, a sealing material is arranged on the outer periphery of the mold. Ideally, by closing the mold (upper) 9a, the interior of the mold is not communicated with other than the resin flow path. However, substantially complete sealing is difficult. For example, the pressure of the
次に樹脂注入バルブ4を開して樹脂注入配管3aから樹脂を加圧注入する。ここで型内圧力とは図4型内の圧力計18にて表示される。
Next, the
ただし、樹脂注入の初期はミキサー21内の空気、ホース内の空気が入るため型内には流さずに図示しない分岐路から廃棄した。樹脂の注入圧は本装置では0.1〜1MPaの範囲で制御できる。樹脂が型内の基材に含浸し、樹脂排出配管3bまで到達したら、樹脂排出バルブ6を閉じる。ほぼ同時に樹脂注入バルブ4も閉じ注入を終了する。成形型は温水源13によって加温されており、これにより樹脂を硬化させる。
However, since the air in the
さらに、本発明にかかるRTM成形法では、成型成形型へ樹脂を注入している途中に、シンリンジポンプ15に連結しているシリンダ16の圧力を、制御部104からの情報により調整する。ここで言う調整とは、樹脂を注入する前の情報として、
樹脂最大圧力 : 圧力計18で示される圧力の上限
ウレタン発泡体中子の許容圧力。
Furthermore, in the RTM molding method according to the present invention, the pressure of the
Resin maximum pressure: Upper limit of pressure indicated by
Allowable pressure of urethane foam core.
ここで用いるウレタン発泡体の物性は、80℃(成形温度)における許容圧力を0.3MPaと設定している。 Regarding the physical properties of the urethane foam used here, the allowable pressure at 80 ° C. (molding temperature) is set to 0.3 MPa.
昇圧注入工程の完了時間
: 樹脂のゲル化時間が約3分であることから60秒を設定した。
Completion time of boost injection process
: Since the gelation time of the resin was about 3 minutes, 60 seconds was set.
なお、ここで樹脂組成物のゲルタイム は、回転粘度 計を用いて測定した。 回転粘度 計としては、レオメトリック・サイエンティフィック・エフ・イー社製粘弾性測定装置ARESを使用した。 半径20mmの平行平板を用い、平行平板間の距離を0.5mmとし、温度80℃、周波数0.5Hzで複素粘性率η*を測定し、急激な粘度上昇が始まる時間をゲルタイムとした。 Here, the gel time of the resin composition was measured using a rotational viscometer. As the rotational viscometer, a viscoelasticity measuring device ARES manufactured by Rheometric Scientific F.E. A parallel plate having a radius of 20 mm was used, the distance between the parallel plates was set to 0.5 mm, the complex viscosity η * was measured at a temperature of 80 ° C. and a frequency of 0.5 Hz, and the time when the sudden viscosity increase started was defined as the gel time.
樹脂の注入量 : シリンジポンプ15のストローク繰り返し回数を指す。
Resin injection amount: Refers to the number of repeated strokes of the
本実施例で使用するシリンジポンプは、主剤用硬化剤用合わせて250cc/ストロークであり、キャビティ容積670ccに対して必要な廃棄樹脂量が50%であることからその全体必要注入量1000ccを250ccで除算し、ストローク繰り返し回数4回を入力する。
の3種類を入力しておく。
The syringe pump used in this example is 250 cc / stroke for the main agent curing agent. Since the amount of waste resin required for the cavity volume of 670 cc is 50%, the total required injection amount of 1000 cc is 250 cc. Divide and enter 4 strokes.
Enter the three types.
樹脂注入スタートにより、シリンダ16に圧力を加える。この圧力はスタート時点では成形サイクルを短縮することから加圧源14の最大圧力1MPaなるように圧力調整式レギュレータ17bに制御信号を送信する。
Pressure is applied to the
次に、樹脂注入バルブ4を開き、成形型に樹脂を注入する。このとき、成形型内を事前に真空状態に近づけるなどの処置をすることで、より気泡の少ない成形品を得ることも可能である。
Next, the
樹脂を注入する初期の段階には、樹脂排出バルブ6を閉じておき、成形型内に樹脂を充填する。このとき、逐次その時点の樹脂の充填量に応じて樹脂注入圧力の上昇が、圧力計18で確認できる(図5参照)。この検出情報から、昇圧注入工程に要する時間60秒に対して、適合しているか207どうかを制御部20は判定して、適当な圧力を設定するように圧力調整式レギュレータ17bに制御信号を送信する。実施例では、最初1MPaの設備上最大圧力を設定したため、開始直後には圧力調整制御が行われた。
In the initial stage of injecting the resin, the resin discharge valve 6 is closed and the mold is filled with the resin. At this time, an increase in the resin injection pressure can be confirmed with the
別の目的として、成形型内の気泡除去を促進し、より高品位な成形品質を得るために、別途指示しておいた樹脂注入圧入力値に樹脂注入圧力検出手段である圧力計18の値が達した時点で、排出バルブ6を開き、成形型内の圧縮された空気を排出した。型内に残留している気体が急激に膨張・収縮し、さらにその気体の体積の変化に併せて急激な樹脂の流れが発生し、強化基材の間や型の表面などに残存していた気体がこの急激な樹脂の流れにより留まることができなくなり樹脂排出配管3bに排出される。このような、複雑な樹脂排出バルブ6の制御を実施し、樹脂の圧力が一時的に低下した場合でも、すぐに樹脂圧力が制御すべき範囲に戻るよう圧力調整式レギュレータに信号を送ることことは言うまでもない。樹脂排出バルブ6を樹脂注入過程の途中で閉状態から開状態、閉状態から開状態へは1秒以内で実施した。
As another object, in order to promote the removal of bubbles in the mold and to obtain a higher quality molding quality, the value of the
このあと、判断(最大圧力)0.3MPaに達したかどうかを、制御部は常時監視し、圧力計18の値が、最大注入圧力に達した時点で、圧力調整式レギュレータ17bをさらに制御してシリンダ16の圧力を減じる。
Thereafter, the control unit constantly monitors whether the judgment (maximum pressure) has reached 0.3 MPa, and further controls the pressure-regulating
前記した作業を継続し、判断(注入量)シリンジのストローク回数4回を満たしたら、5回目の開始時点で、排出バルブ6を閉じてから注入バルブ4を閉じ、さらに樹脂注入を終了して樹脂が硬化する間待つこととした。
の通り工程を進める。
When the above operation is continued and the determination (injection amount) satisfies the number of
Proceed with the process.
この状態で30分間放置し、硬化させる。この結果、ウレタン発泡体中子の形状を損なうことなく、良好な成型品品質を同時に得ることが出来る。 This is left for 30 minutes to cure. As a result, good molded product quality can be obtained at the same time without impairing the shape of the urethane foam core.
樹脂の強化繊維基材への含浸促進と、気泡を除去するための操作として樹脂注入バルブ4樹脂排出バルブ6の開閉には2値制御とし、開閉作業はバイスグリップを用い手作業とした。
As an operation for promoting impregnation of the resin into the reinforcing fiber base and removing bubbles, the
硬化したら、成形型(上)を上昇させて型を開ける。成形型(下)9bからRTM成型物を取り外す(いわゆる脱型)。 Once cured, the mold (top) is raised and the mold is opened. The RTM molding is removed from the molding die (lower) 9b (so-called demolding).
他の実施例として、排出バルブ6にはボールバルブなどを用いて、ボールの回転角度をサーボモータでコントロールすることでバルブ開度を精度良く決めることができる。また、その回転の角度やタイミングをコンピュータに事前に登録することで、自動でバルブの制御を実行することが可能であり、作業者を増やすことなく容易に実現が可能であった。 As another embodiment, a ball valve or the like is used as the discharge valve 6, and the valve opening degree can be accurately determined by controlling the rotation angle of the ball with a servo motor. In addition, by previously registering the rotation angle and timing in the computer, it is possible to automatically control the valve, which can be easily realized without increasing the number of workers.
本発明は、RTM成型用の樹脂供給装置および供給方法に適用できる。 The present invention can be applied to a resin supply apparatus and a supply method for RTM molding.
1:樹脂タンク
2:樹脂
3:樹脂注入配管
4:樹脂注入バルブ
5:樹脂バルブコントローラ
6:樹脂排出バルブ
7:樹脂排出タンク
8:真空ポンプ
9a:成形型(上)
9b:成形型(下)
10:成形型昇降軸
11:油圧シリンダ
12:逆止弁
13:温水源
14:加圧源
15:シリンジポンプ
16:シリンジポンプ用油圧シリンダ
17a:レギュレータ
17b:外部信号による圧力調整式レギュレータ
18:圧力計
19:入力部
20:制御部
21:ミキサー
30:ウレタン発泡体中子
31:炭素繊維のクロス
32:プリフォーム
100:樹脂注入部
101:成形型昇降部
102:樹脂排出部
103:成形型部
104:制御部
201:制御情報の入力
202:樹脂注入スタート
203:ポンプ駆動
204:判断(最大圧力)
205:圧力制御
206:判断(樹脂量)
207:樹脂注入調整
208:終了
1: Resin tank 2: Resin 3: Resin injection pipe 4: Resin injection valve 5: Resin valve controller 6: Resin discharge valve 7: Resin discharge tank 8:
9b: Mold (bottom)
10: Mold lifting shaft 11: Hydraulic cylinder 12: Check valve 13: Hot water source 14: Pressurization source 15: Syringe pump 16: Hydraulic cylinder for
205: Pressure control 206: Determination (resin amount)
207: Resin injection adjustment 208: End
Claims (3)
0≦t≦Tgel/12のとき
[Plim/{(1/3)*Tgel}]*t≦P(t)≦{0.9*Plim/(Tgel/12)}*t (1)
Tgel/12<t≦Tgel/3のとき
[Plim/{(1/3)*Tgel}]*t≦P(t)≦0.9*Plim+[{0.1*Plim/(Tgel/4)}]*(t―Tgel/12) (2)
式中、
P(t):時間t経過後のキャビティ内の圧力
Plim:中子の許容圧力
Tgel:成形温度での樹脂のゲル化時間 A preform with fibers wrapped around the core of the elastic body is placed in the mold, and a pressure injection process for increasing the resin injection pressure over time, and injection of resin that has been input in advance after reaching the maximum resin injection pressure RTM molding that injects and cures the resin through a two-stage injection process in which the resin is injected so that the injection pressure remains constant until the amount reaches a certain level, and detects the pressure in the cavity. The RTM molding method is characterized by continuously controlling the amount or pressure of resin delivered per unit time in the pressurizing injection process so as to satisfy the following formula.
When 0 ≦ t ≦ T gel / 12
[P lim / {(1/3) * T gel }] * t ≦ P (t) ≦ {0.9 * P lim / (T gel / 12)} * t (1)
When T gel / 12 <t ≦ T gel / 3
[P lim / {(1/3) * T gel }] * t ≦ P (t) ≦ 0.9 * P lim + [{0.1 * P lim / (T gel / 4)}] * (t−T gel / 12) (2)
Where
P (t): pressure in the cavity after the elapse of time t Plim : allowable core pressure Tgel : resin gelation time at molding temperature
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