曲面狀?yuàn)A層結(jié)構(gòu)體的制造方法以及曲面狀?yuàn)A層結(jié)構(gòu)體的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及以纖維強(qiáng)化塑料材料為表皮材料的曲面狀?yuàn)A層結(jié)構(gòu)體的制造方法以及曲面狀?yuàn)A層結(jié)構(gòu)體。
【背景技術(shù)】
[0002]近些年，在大范圍的領(lǐng)域中應(yīng)用纖維強(qiáng)化塑料材料(Fiber ReinforcedPlastics,以下稱為FRP)，活用其輕量、高強(qiáng)度且高剛性的特性。其中，以FRP為表皮材料并以該表皮材料夾著輕量的芯材一體化而成的夾層結(jié)構(gòu)體，也作為有效地使用FRP并提高剛性的方法而被廣泛知曉。
[0003]作為這樣的夾層結(jié)構(gòu)體的用途，例如像衛(wèi)星用框體結(jié)構(gòu)、天線用反射器、天線罩中示例的那樣，特別是在追求輕量性和高剛性的宇宙和通信用途中使用。另一方面，近些年，以航空器、汽車為中心的移動(dòng)體的結(jié)構(gòu)中也正在使用這樣的夾層結(jié)構(gòu)體。而且，在上述以夕卜，也可以應(yīng)用于鐵路車輛、電梯等移動(dòng)體的結(jié)構(gòu)中。
[0004]而且，對(duì)于原料和成形方法，在宇宙和通信用途下，將以蜂窩材料為芯材的FRP夾層結(jié)構(gòu)用被稱為高壓釜的壓力釜成形(高壓釜成形法)。然而，在高壓釜成形法中，存在著材料成本和成形成本高的問(wèn)題，尋求FRP夾層結(jié)構(gòu)體的用途擴(kuò)大以及材料成本和成形成本的降低。
[0005]因此，作為取代高壓釜成形法的FRP的低成本成形方法，提出有真空含浸成形法。該真空含浸成形法為利用大氣壓力使液狀的樹脂含浸在使纖維呈織物狀的纖維布中的成形方法。
[0006]作為具體的步驟，首先，在成形模具上層疊纖維布，并在其上按照剝離層、流動(dòng)介質(zhì)(flow media)的順序?qū)盈B具有脫模能力的剝離層和用于使樹脂在面內(nèi)方向擴(kuò)散的流動(dòng)介質(zhì)。
[0007]接下來(lái)，在層疊了纖維布、剝離層和流動(dòng)介質(zhì)的成形模具的周圍配置保持氣密的密封劑，設(shè)置注入口和抽吸口，用袋膜覆蓋整體并密閉。接下來(lái)，在將抽吸口與真空栗連接而對(duì)袋膜內(nèi)部進(jìn)行真空抽吸后，將注入口與樹脂槽連接而利用大氣壓力使樹脂含浸，使樹脂硬化來(lái)得到表皮材料的成形體。
[0008]真空含浸成形法是無(wú)需高壓釜等大型的設(shè)備或牢固的成形模具、因而能夠以低成本成形的方法。而且，對(duì)于材料，作為取代蜂窩材料的芯材，能夠使用低成本且輕量的樹脂制的發(fā)泡材料。由此，F(xiàn)RP夾層結(jié)構(gòu)的低成本的成形成為可能。
[0009]在此，在宇宙和通信用途中，以作為衛(wèi)星用框體結(jié)構(gòu)的中心的承力筒、拋物線形狀的天線反射器、天線罩為代表，均需要曲面狀的部件。對(duì)于這些部件，為了滿足安裝于框體結(jié)構(gòu)的設(shè)備間的位置精度和電波的指向精度等的要求規(guī)格值，需要耐受外部的載荷以及溫度差的形狀穩(wěn)定性和尺寸精度。在應(yīng)用于移動(dòng)體的情況下，由于部件的尺寸精度影響移動(dòng)體的空氣動(dòng)力學(xué)特性和耐受外部的載荷的強(qiáng)度，因此需要滿足尺寸精度的要求值。
[0010]在平面形狀的情況下，認(rèn)為通過(guò)提高成形模具的平面度也能夠比較容易地提高成形體的平面度。然而，在曲面狀的情況下，形狀因樹脂的硬化收縮而三維地變化，存在著無(wú)法得到預(yù)期的尺寸精度的課題。
[0011]因此，存在下述方法:在以發(fā)泡材料作為芯材來(lái)成形FRP夾層結(jié)構(gòu)的情況下，將預(yù)先加工成預(yù)期的曲面形狀的發(fā)泡芯材作為成形模具使用，在成形的同時(shí)將表皮材料與芯材粘接而一體化(例如，參照專利文獻(xiàn)I)。采用該方法的話，通過(guò)表皮材料與芯材一體化，從而增加了剛性，抑制由表皮材料中的樹脂的硬化收縮導(dǎo)致的變形，由此能夠得到預(yù)期的尺寸精度的曲面狀?yuàn)A層結(jié)構(gòu)。
[0012]在專利文獻(xiàn)I公開的曲面夾層結(jié)構(gòu)的制造方法中，將聚醚酰亞胺制樹脂發(fā)泡體通過(guò)機(jī)械加工而加工成曲面狀，在一方的面層疊預(yù)浸材料，進(jìn)行成形和粘接。此后，以使芯材成為一定的厚度的方式加工另一方的面，層疊預(yù)浸材料，進(jìn)行成形和粘接。
[0013]根據(jù)該方法，以加工成預(yù)期的形狀的聚醚酰亞胺制樹脂發(fā)泡體作為成形模具，在該成形模具上層疊預(yù)浸材料，進(jìn)行成形和粘接，由此能夠得到預(yù)期的尺寸精度的曲面狀?yuàn)A層結(jié)構(gòu)體。
[0014]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0015]專利文獻(xiàn)
[0016]專利文獻(xiàn)1:日本特開2002-292772號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]發(fā)明要解決的課題
[0018]然而，現(xiàn)有技術(shù)中存在以下的課題。
[0019]在專利文獻(xiàn)I公開的曲面狀?yuàn)A層結(jié)構(gòu)的制造方法中，預(yù)浸材料需要以高壓釜加熱和加壓來(lái)成形。而且，預(yù)浸材料即使是在常溫下加工成預(yù)期的尺寸精度，由于預(yù)浸材料的成形溫度和成形壓力，夾層結(jié)構(gòu)也會(huì)變形。其結(jié)果是，存在著無(wú)法在成形后得到預(yù)期的尺寸的問(wèn)題。
[0020]而且，在將夾層結(jié)構(gòu)使用在天線反射器等要求鏡面精度的部件中的情況下，在使發(fā)泡材料作為成形模具成形后，在發(fā)泡材料表面存在凹凸，因此還存在著該凹凸浮現(xiàn)而無(wú)法得到預(yù)期的鏡面精度的問(wèn)題。
[0021]在專利文獻(xiàn)I中，還公開了預(yù)先使表皮材料成形后粘接的方法。然而，將預(yù)先成形為預(yù)期的尺寸精度的表皮材料以常溫硬化型的粘接劑粘接的話，雖然不會(huì)發(fā)生熱變形，但是需要預(yù)先使表皮材料單體成形。由于表皮材料單體厚度薄，因此剛性小，會(huì)因成形溫度與常溫的溫度差和樹脂的硬化收縮而變形。因此，以表皮材料單體成形成預(yù)期的尺寸精度是非常困難的。
[0022]在此，為了降低成形成本，也考慮應(yīng)用真空含浸成形法的情況。在真空含浸成形法中，通過(guò)使用常溫硬化型的樹脂成形，能夠防止伴隨著高壓釜成形法的溫度差導(dǎo)致的熱變形。
[0023]然而，在將發(fā)泡材料作為成形模具使用的情況下，無(wú)法解決因發(fā)泡材料的表面凹凸而無(wú)法得到鏡面精度的問(wèn)題。特別是，真空含浸成形法由于是在纖維布上層疊剝離層和流動(dòng)介質(zhì)，因此相對(duì)于高壓釜成形法更難以達(dá)成發(fā)泡材料的鏡面精度。
[0024]而且，由于常溫硬化型的樹脂也發(fā)生由硬化收縮導(dǎo)致的變形，因此難以用表皮材料單體滿足尺寸精度。
[0025]本發(fā)明正是為了解決上述的課題而完成的，其提供曲面狀?yuàn)A層結(jié)構(gòu)體的制造方法和曲面狀?yuàn)A層結(jié)構(gòu)體，不使用高壓釜成形法就能夠得到預(yù)期的鏡面精度并且能夠降低成形成本。
[0026]用于解決課題的方案
[0027]本發(fā)明的曲面狀?yuàn)A層結(jié)構(gòu)體的制造方法，該曲面狀?yuàn)A層結(jié)構(gòu)體使用凸型成形模具利用纖維強(qiáng)化塑料的表皮材料覆蓋發(fā)泡芯材的周圍來(lái)一體化成形，凸型成形模具具有:凸型曲面部，具有預(yù)期的鏡面精度；以及側(cè)面部，在使凸型曲面部朝向豎直上方時(shí)，從凸型曲面部的外周部向下方伸出，所述曲面狀?yuàn)A層結(jié)構(gòu)體的制造方法具備:第一表皮材料成形工序，當(dāng)在凸型成形模具上層疊第一纖維布時(shí)，在通過(guò)將第一纖維布的端部固定于側(cè)面部而使第一纖維布展開并緊貼在凸型曲面部的前工序之后，通過(guò)使樹脂含浸在第一纖維布內(nèi)并硬化，從而成形第一表皮材料，該第一表皮材料具有在凸型曲面部上成形的第一曲面表皮部和在側(cè)面部成形的第一棱部；芯材粘接工序，使發(fā)泡芯材粘接到第一曲面表皮部上，該發(fā)泡芯材被預(yù)先加工成沿著在凸型曲面部上成形了的第一曲面表皮部的上表面形狀的曲面狀且外周部到達(dá)第一棱部的形狀；第二表皮材料成形工序，在以覆蓋發(fā)泡芯材的與除了與第一曲面表皮部接觸的面以外的面相當(dāng)?shù)纳媳砻娌亢屯庵懿康姆绞綄盈B第二纖維布時(shí)，通過(guò)將第二纖維布的端部固定于第一棱部，從而使第二纖維布在發(fā)泡芯材的上表面部和外周部展開并緊貼，然后，使樹脂含浸在第二纖維布內(nèi)并硬化，從而成形第二表皮材料，該第二表皮材料具有在發(fā)泡芯材的上表面部上成形的第二曲面表皮部和從發(fā)泡芯材的外周部一直成形到第一棱部上的第二棱部；以及突出部除去工序，將在凸型成形模具的側(cè)面部層疊第一棱部和第二棱部形成的部分且向第一曲面表皮部的豎直下方突出的部分，沿第一曲面表皮部中的與凸型曲面部相接的曲面除去。
[0028]而且，本發(fā)明涉及的曲面狀?yuàn)A層結(jié)構(gòu)體具備:第一表皮材料，使樹脂含浸于緊貼在凸型成形模具上的第一纖維布內(nèi)并硬化而成形，具有預(yù)期的鏡面精度，凸型成形模具具有有著預(yù)期的鏡面精度的凸型曲面部和從凸型曲面部的外周部向豎直下方延伸的側(cè)面部；發(fā)泡芯材，被預(yù)先加工成沿著第一表皮材料的上表面形狀的曲面狀，粘接在第一表皮材料上；以及第二表皮材料，使樹脂含浸在第二纖維布內(nèi)并硬化而成形，第二纖維布覆蓋發(fā)泡芯材的與除了與第一表皮材料接觸的面以外的面相當(dāng)?shù)纳媳砻娌亢屯庵懿?、以及第一表皮部的外周部?br>[0029]發(fā)明效果
[0030]根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)在使第一纖維布緊貼在具備有著預(yù)期的鏡面精度的凸型曲面部的凸型成形模具的狀態(tài)下，使樹脂含浸硬化，從而成形具有預(yù)期的鏡面精度的第一表皮材料。而且，在將預(yù)先實(shí)施沿著第一表皮材料的曲面的加工了的發(fā)泡芯材粘接在第一表皮材料上后，在以覆蓋發(fā)泡芯材的上表面部和外周部以及第一表皮材料的外周部的方式使第二纖維布緊貼的狀態(tài)下，通過(guò)使樹脂含浸硬化而成形第二表皮材料，完成曲面狀?yuàn)A層結(jié)構(gòu)體。這樣，通過(guò)在具有預(yù)期的鏡面精度的凸型成形模具上依次層