Frp成型夾具和frp結(jié)構(gòu)體的成型方法
【專利摘要】本發(fā)明提供FRP成型夾具和FRP結(jié)構(gòu)體的成型方法。FRP成型夾具具有主結(jié)構(gòu)件保持夾具(22)和具有柔軟性的加強部件保持夾具(26A；26D)。FRP成型夾具在將主結(jié)構(gòu)件(12)和加強部件(14A；14B)接合并成型FRP結(jié)構(gòu)體(10)時使用。主結(jié)構(gòu)件保持夾具(22)定位保持由纖維組件構(gòu)成的主結(jié)構(gòu)件(12)。加強部件保持夾具(26A；26D)相對于主結(jié)構(gòu)件保持夾具(22)被定位，在按壓由纖維組件構(gòu)成的加強部件(14A；14B)的同時定位保持該加強部件(14A；14B)。
【專利說明】
FRP成型夾具和FRP結(jié)構(gòu)體的成型方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及在FRP(纖維增強塑料)結(jié)構(gòu)體的成型中使用的FRP成型夾具和FRP結(jié)構(gòu)體的成型方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，F(xiàn)RP結(jié)構(gòu)體對工業(yè)產(chǎn)品的應(yīng)用范圍擴大。作為FRP結(jié)構(gòu)體的優(yōu)點，列舉出通過一體成型能夠?qū)崿F(xiàn)部件數(shù)量和組裝工時的削減這一點。
[0003]在將多個部件成型為一體時，進行將外板等主結(jié)構(gòu)件和縱梁(Stringer)等加強部件接合并組合的成型。在該情況下，主結(jié)構(gòu)件和加強部件之間的定位精度成為問題。另外，在接合時，按壓主結(jié)構(gòu)件和加強部件的方法、夾具的配置等成為問題。
[0004]例如，在美國專利申請公開第2011/0315824(專利文獻I)的圖11和圖22中，公開了將主結(jié)構(gòu)件和加強部件接合并組合的FRP結(jié)構(gòu)體的成型方法。在專利文獻I記載的FRP結(jié)構(gòu)體的成型方法中，在FRP結(jié)構(gòu)體成型用的夾具上形成有用于定位加強筋預制件(加強部件)的槽，在該槽中配置加強筋預制件(加強部件)，并在其上覆蓋增強纖維(主結(jié)構(gòu)件的基件)。并且，配置脫模材料、基質(zhì)樹脂擴散用的片材，用真空袋覆蓋，并將真空袋的內(nèi)部抽成真空，注入基質(zhì)樹脂。之后進行加熱等使基質(zhì)樹脂硬化。
[0005]另外，作為關(guān)聯(lián)的技術(shù)，在專利文獻2中記載了，在將加強件應(yīng)用于作為航空器的主體的復合材料結(jié)構(gòu)物時，使用陽模夾具。另外，在專利文獻3中記載了，在將加強件或縱梁應(yīng)用于作為航空器的主體的復合材料結(jié)構(gòu)物時，使用具備支持體和多個面板的夾具。
[0006]在專利文獻I中記載的FRP結(jié)構(gòu)體的成型方法中，在開設(shè)于夾具的槽中直接配置加強部件，并相對于主結(jié)構(gòu)件進行定位。在使用該定位方法的情況下，需要估計加強部件側(cè)的形狀公差來決定夾具的槽寬尺寸。由于該公差的影響，存在加強部件相對于主結(jié)構(gòu)件的定位精度變差的問題。特別地，在采用共固化(Co-bonding)的情況下，存在難以保證已硬化的部件相對于未硬化部件的定位精度的問題。
[0007]在圖8中，表示了以往的加強部件14相對于主結(jié)構(gòu)件112的定位方法。FRP結(jié)構(gòu)體具有主結(jié)構(gòu)件112、加強部件14、將主結(jié)構(gòu)件112與加強部件14接合的接合部16。
[0008]主結(jié)構(gòu)件112例如是形成航空器的外板等的預成型件。加強部件14例如是縱梁，是具有T字形截面的預成型件。
[0009]參照圖8，對FRP結(jié)構(gòu)體的成型方法進行說明。在成型FRP結(jié)構(gòu)體的情況下，首先在具有規(guī)定的形狀的主結(jié)構(gòu)用夾具122的上部配置主結(jié)構(gòu)件112。
[0010]接下來，配置接合部16的粘接膜等，在定位夾具126的U字型的槽中插入加強部件14的垂直伸出部，進行加強部件14相對于主結(jié)構(gòu)件112的定位。并且，在施加相對于主結(jié)構(gòu)件112按壓加強部件14的力的狀態(tài)下進行接合部16的硬化。這樣，F(xiàn)RP結(jié)構(gòu)體完成。
[0011]然而，由于加強部件14具有形狀公差、尺寸公差，因此，需要預先在加強部件14與定位夾具126的卡合部之間形成間隙。由于該間隙的存在，具有加強部件14相對于主結(jié)構(gòu)件112的定位精度低這樣的問題。
[0012]另外，對于在主結(jié)構(gòu)件和加強部件之間存在封閉空間的FRP結(jié)構(gòu)體，或者在一體地進行成型時結(jié)構(gòu)部件的一部分彼此發(fā)生干涉等情況下，還具有使加強部件對主結(jié)構(gòu)件按壓的封裝(packing)困難的問題。
[0013]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0014]專利文獻
[0015]專利文獻1:美國專利申請公開第2011/0315824號說明書
[0016]專利文獻2:歐洲專利第2128017號說明書
[0017]專利文獻3:美國專利第7597772號說明書

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]本發(fā)明的目的在于提供FRP成型夾具及FRP結(jié)構(gòu)體的成型方法，其能夠精度良好地將主結(jié)構(gòu)件和加強部件成型為一體。
[0019]本發(fā)明的FRP成型夾具涉及在將主結(jié)構(gòu)件和加強部件接合并成型FRP結(jié)構(gòu)體時使用的FRP成型夾具。所述FRP成型夾具具有:主結(jié)構(gòu)件保持夾具;具有柔軟性的加強部件保持夾具。所述主結(jié)構(gòu)件保持夾具定位保持由纖維組件構(gòu)成的主結(jié)構(gòu)件。所述加強部件保持夾具相對于所述主結(jié)構(gòu)件保持夾具被定位，在按壓由纖維組件構(gòu)成的加強部件的同時定位保持該加強部件。
[0020]本發(fā)明的FRP結(jié)構(gòu)體的成型方法是使用FRP成型夾具將主結(jié)構(gòu)件和加強部件接合并成型FRP結(jié)構(gòu)體的方法。所述FRP成型夾具具有:主結(jié)構(gòu)件保持夾具;具有柔軟性的加強部件保持夾具。所述主結(jié)構(gòu)件保持夾具定位保持由纖維組件構(gòu)成的主結(jié)構(gòu)件。所述加強部件保持夾具相對于所述主結(jié)構(gòu)件保持夾具被定位，在按壓由纖維組件構(gòu)成的所述加強部件的同時定位保持該加強部件。所述成型方法是將所述主結(jié)構(gòu)件和所述加強部件接合并成型所述FRP結(jié)構(gòu)體的方法，具有:在所述主結(jié)構(gòu)件保持夾具上配置所述加強部件保持夾具的工序;使用所述加強部件保持夾具夾持所述加強部件的工序;在所述主結(jié)構(gòu)件保持夾具和所述加強部件上配置所述主結(jié)構(gòu)件的工序;將所述主結(jié)構(gòu)件和所述加強部件接合并形成所述FRP結(jié)構(gòu)體的工序;將所述FRP結(jié)構(gòu)體從所述主結(jié)構(gòu)件保持夾具和所述加強部件保持夾具卸下的工序。
[0021]通過使用本發(fā)明的FRP成型夾具和FRP結(jié)構(gòu)體的成型方法，能夠精度良好地將主結(jié)構(gòu)件和加強部件成型為一體。
【附圖說明】
[0022]附圖是為了有助于實施方式的說明而加入本說明書的。需要說明的是，附圖不應(yīng)被解釋為將本發(fā)明限定于圖示的例子以及所說明的例子。
[0023]圖1是使用實施方式的FRP成型夾具成型的FRP結(jié)構(gòu)體的外觀立體圖。
[0024]圖2是表示使用實施方式的FRP成型夾具成型FRP結(jié)構(gòu)體的狀態(tài)的圖，是圖1的X-Y平面的剖視圖。
[0025]圖3是對FRP成型夾具中的加強部件保持夾具的其他實施方式進行說明的圖。
[0026]圖4是對FRP成型夾具的其他實施方式進行說明的圖。
[0027]圖5是說明分離模的芯子的結(jié)構(gòu)的立體圖。
[0028]圖6是表示將加強部件接合于主結(jié)構(gòu)件的狀態(tài)的FRP結(jié)構(gòu)體的外觀立體圖。
[0029]圖7是表示將加強部件接合于主結(jié)構(gòu)件的樣子的立體圖。
[0030]圖8是說明以往的主結(jié)構(gòu)件與加強部件的定位方法的剖視圖。
【具體實施方式】
[0031]參照附圖，以下對FRP成型夾具和FRP結(jié)構(gòu)體的成型方法的實施方式進行說明。在以下的詳細說明中，為了提供實施方式的概括性的理解而出于說明的目的公開了諸多詳細的特定事項。但是顯然，一個或多個實施方式在沒有這些詳細的特定事項的情況下也能夠?qū)嵭小?br>[0032]圖1是使用實施方式的FRP成型夾具成型的FRP結(jié)構(gòu)體10的外觀立體圖。圖2是表示使用FRP成型夾具成型FRP結(jié)構(gòu)體10的狀態(tài)的圖，是圖1的X-Y平面的剖視圖。
[0033]參照圖1，F(xiàn)RP結(jié)構(gòu)體10具有主結(jié)構(gòu)件12、加強部件14A、將主結(jié)構(gòu)件12和加強部件14A接合的接合部16。圖1所示的FRP結(jié)構(gòu)體10具有將加強部件14A相對于主結(jié)構(gòu)件12定位并接合于主結(jié)構(gòu)件12而成的結(jié)構(gòu)。
[0034]主結(jié)構(gòu)件12(纖維組件)例如是具有C形的截面形狀的FRP的寬幅的溝道，加強部件14A(纖維組件)例如是具有T形的截面形狀的FRP的型材。圖1所示的FRP結(jié)構(gòu)體10表示在主結(jié)構(gòu)件12上配置一列加強部件14A的實施例，但也可以在主結(jié)構(gòu)件12上配置多列加強部件14A。另外，主結(jié)構(gòu)件12的大小也可以應(yīng)對小型到大型的結(jié)構(gòu)。需要說明的是，主結(jié)構(gòu)件12的形狀不限定于具有C型截面的形狀，也可以使用平板、曲面板、其他形狀。
[0035]接合部16是將主結(jié)構(gòu)件12和加強部件14A接合的部位，使用粘接膜、粘接劑、基質(zhì)樹脂等進行接合。
[0036]參照圖2，對將加強部件14A接合于主結(jié)構(gòu)件12并成型FRP結(jié)構(gòu)體10時的、加強部件14A的定位方法進行說明。這里，對下述實施例進行說明:將加強部件14A形成為具有T型的截面形狀的FRP的預成型件，在將該加強部件14A相對于未硬化的增強纖維基件(主結(jié)構(gòu)件12)定位的同時注入基質(zhì)樹脂使其硬化。
[0037]兩個主結(jié)構(gòu)件保持夾具22作為進行未硬化的增強纖維基件(主結(jié)構(gòu)件12)的成型的模具發(fā)揮功能，并且保持加強部件保持夾具26A。主結(jié)構(gòu)件保持夾具22定位保持主結(jié)構(gòu)件12。換言之，主結(jié)構(gòu)件保持夾具22相對于主結(jié)構(gòu)件12被定位。主結(jié)構(gòu)件保持夾具22與主結(jié)構(gòu)件12接觸，定位保持主結(jié)構(gòu)件12。在圖2記載的例子中，主結(jié)構(gòu)件保持夾具22與作為主結(jié)構(gòu)件12的壁面的上壁下表面接觸，并且與作為主結(jié)構(gòu)件12的壁面的側(cè)壁內(nèi)表面接觸。
[0038]主結(jié)構(gòu)件保持夾具22對加強部件保持夾具26A進行定位。在圖2記載的例子中，主結(jié)構(gòu)件保持夾具22與加強部件保持夾具26A接觸(更具體地，與加強部件保持夾具26A的第一側(cè)面和第二側(cè)面接觸。)。并且，主結(jié)構(gòu)件保持夾具22夾持加強部件保持夾具26A。
[0039]主結(jié)構(gòu)件保持夾具22對滑動型芯24進行定位。在圖2記載的例子中，主結(jié)構(gòu)件保持夾具22與滑動型芯24接觸(更具體地，與滑動型芯的第一側(cè)面和第二側(cè)面接觸。)。并且，主結(jié)構(gòu)件保持夾具22夾持滑動型芯24?；瑒有托?4也可以構(gòu)成為保持加強部件保持夾具26A。在圖2記載的例子中，滑動型芯24具有凹部。并且，加強部件保持夾具26A的一部分(例如，彈性保持后述的加強部件伸出部的保持夾具伸出部分)被配置在滑動型芯24的凹部內(nèi)。加強部件保持夾具26A的這一部分由滑動型芯24的凹部保持。
[0040]需要說明的是，也可以將主結(jié)構(gòu)保持夾具22和滑動型芯24形成為一體并省略滑動型芯。
[0041]當主結(jié)構(gòu)件保持夾具22和滑動型芯24為分體時，容易將主結(jié)構(gòu)件保持夾具22從主結(jié)構(gòu)件12卸下。這是因為，使滑動型芯24相對于主結(jié)構(gòu)件保持夾具22(朝向圖2中的下方)滑動，而能夠使滑動型芯24從主結(jié)構(gòu)件保持夾具22分離。在將滑動型芯24從主結(jié)構(gòu)件保持夾具22卸下后，能夠?qū)⒅鹘Y(jié)構(gòu)件保持夾具22和加強部件保持夾具26A從FRP結(jié)構(gòu)體10卸下。
[0042]加強部件保持夾具26A嵌合于主結(jié)構(gòu)件保持夾具22和滑動型芯24，并且進行加強部件14A在X軸方向上的定位(參照圖1)。加強部件保持夾具26A從側(cè)方按壓加強部件14A的伸出的部位并定位保持該部位。在圖2記載的例子中，加強部件14A具備:具有與主結(jié)構(gòu)件12的表面接觸的接觸面的基部、以及從基部伸出的部分(例如，沿相對于基部的該接觸面垂直的方向伸出的部分)即伸出部。在圖2所示的實施例中，加強部件保持夾具26A從兩側(cè)按壓(夾持)加強部件14A的T形截面中的垂直的伸出部，由此將加強部件14A定位保持于中央。在圖2記載的例子中，加強部件保持夾具26A具有能夠收納加強部件14A的伸出部的凹部。在凹部內(nèi)配置的伸出部借助于加強部件保持夾具26A的彈性而被加強部件保持夾具26A夾持。即，構(gòu)成凹部的第一側(cè)面與伸出部的第一側(cè)面接觸，構(gòu)成凹部的第二側(cè)面與伸出部的第二側(cè)面接觸，由此伸出部被加強部件保持夾具26A夾持。
[0043]加強部件保持夾具26A具備與加強部件14A的基部接觸的保持夾具基部。另外，加強部件保持夾具26A具備從保持夾具基部伸出的保持夾具伸出部分。保持夾具伸出部分具有能夠收納加強部件14A的伸出部的凹部。
[0044]加強部件14A的形狀、尺寸存在規(guī)定的尺寸公差的范圍。因此，對于各個加強部件14A，T形截面中的垂直的伸出部的寬度、長度具有彼此不同的尺寸。以往，使用硬質(zhì)的定位夾具，因此將定位夾具的槽的寬度較寬地設(shè)定為，即使在加強部件14A的伸出部的寬度具有公差范圍的最大值的情況下，加強部件14A的伸出部也會進入硬質(zhì)的定位夾具的U字型的槽中。因此，在加強部件14A的伸出部和定位夾具的槽之間必然產(chǎn)生間隙，因而與該間隙相對應(yīng)地，加強部件14A在X軸方向(參照圖1)上的定位精度惡化。
[0045]圖2所示的加強部件保持夾具26A從兩側(cè)夾持加強部件14A的垂直的伸出部，因此，能夠?qū)⒓訌姴考?4A定位保持在中央。作為加強部件保持夾具26A的原料，可以使用發(fā)泡橡膠等各種橡膠。若鑒于耐化學性，優(yōu)選使用硅系的橡膠材料。
[0046]并且，優(yōu)選在使用加強部件保持夾具26A朝向主結(jié)構(gòu)件12按壓加強部件14A的部位、以及加強部件保持夾具26A直接按壓主結(jié)構(gòu)件12的部位配置具備可彎曲性的硬質(zhì)部28。硬質(zhì)部28的硬度比加強部件保持夾具26A中的硬質(zhì)部28之外的部分的硬度高。由于加強部件保持夾具26A具有柔軟性，因此，在成型FRP結(jié)構(gòu)體10時，有可能在加強部件14A或主結(jié)構(gòu)件12上產(chǎn)生起伏(S卩，非直線部)。其結(jié)果是，有可能在加強部件14A或主結(jié)構(gòu)件12上產(chǎn)生形狀誤差。
[0047]通過在使用加強部件保持夾具26A朝向主結(jié)構(gòu)件12按壓加強部件14A的部位、或者加強部件保持夾具26A直接按壓主結(jié)構(gòu)件12的部位配置具備可彎曲性的硬質(zhì)部28，能夠提高FRP結(jié)構(gòu)體10中的加強部件14A或主結(jié)構(gòu)件12的規(guī)定部位(例如接合部16附近)的平面度、
真直度。
[0048]需要說明的是，通過使硬質(zhì)部28具備可彎曲性，能夠提高接合加強部件14A和主結(jié)構(gòu)件12時的緊貼性，能夠減少空隙等缺陷。作為具有可彎曲性的硬質(zhì)部28，期望具有基質(zhì)樹脂或粘接劑的硬化溫度以上的耐熱性。另外，期望具有能夠保證進行接合或成型的部位的平面度和真直度的程度的剛性，特別期望具有在按壓時保證成型時產(chǎn)品所要求的面精度的剛性。另外，期望不易留下殘渣。例如，可以使用不易留下殘渣的GFRP等輕量的復合材料(厚度0.1?5mm左右的板材)、金屬箔(厚度0.1?Imm左右的板材)?；蛘撸瑢⑺鼈兣渲迷诎磯翰勘砻?，成為與其他材料組合而成的硬質(zhì)部28。
[0049]在圖2所示的實施例中，使用由兩個主結(jié)構(gòu)件保持夾具22和滑動型芯24構(gòu)成的分型模結(jié)構(gòu)。因此，在成型FRP結(jié)構(gòu)體10的情況下，首先組裝分型模結(jié)構(gòu)的主結(jié)構(gòu)件保持夾具22和滑動型芯24。
[0050]接下來，相對于主結(jié)構(gòu)件保持夾具22和滑動型芯24配置加強部件保持夾具26A。并且，將加強部件14A的垂直的伸出部嵌入加強部件保持夾具26A的槽中，使T形截面的水平部下側(cè)與硬質(zhì)部28抵接。
[0051]接下來，將未硬化的增強纖維基件(主結(jié)構(gòu)件12)覆蓋地配置于主結(jié)構(gòu)件保持夾具
22、加強部件保持夾具26A和加強部件14A的上表面。然后，在未硬化的增強纖維基件(主結(jié)構(gòu)件12)的外周配置脫模劑或樹脂擴散介質(zhì)。然后，利用抽吸袋(封裝膜)覆蓋配置有主結(jié)構(gòu)件12、加強部件14A、主結(jié)構(gòu)件保持夾具22和加強部件保持夾具26A的外周。然后，將抽吸袋內(nèi)抽成真空，利用大氣壓對接合部16施加按壓力。同時，在未浸漬樹脂的增強纖維基件中注入并浸漬基質(zhì)樹脂。
[0052]作為基質(zhì)樹脂，在使用熱硬化型的基質(zhì)樹脂的情況下，在抽成真空并注入基質(zhì)樹脂之后進行加熱，使基質(zhì)樹脂硬化?；|(zhì)樹脂硬化而主結(jié)構(gòu)件12和加強部件14A接合后，卸下抽吸袋，卸下FRP結(jié)構(gòu)體10和FRP成型夾具。
[0053]接下來，將滑動型芯24、加強部件保持夾具26A和硬質(zhì)部28(向圖2的紙面的下方)拔出后，使各個主結(jié)構(gòu)件保持夾具22在中央方向上移動(更具體地，使各個主結(jié)構(gòu)件保持夾具22的下側(cè)部分在朝向加強部件14A的伸出部的方向上移動)，使兩個主結(jié)構(gòu)件保持夾具22從FRP結(jié)構(gòu)體1脫模。這樣，得到圖1所示的FRP結(jié)構(gòu)體1。
[0054]接下來，參照圖3，對加強部件保持夾具的其他實施方式進行說明。在圖2中，對使用實心結(jié)構(gòu)的加強部件保持夾具26A夾持加強部件14A進行定位保持的實施方式進行了說明。與此相對，圖3所示的實施方式是使用空心結(jié)構(gòu)的加強部件保持夾具26B夾持加強部件14A進行定位保持的實施方式。需要說明的是，對于具有與圖1和圖2所示的實施方式中的構(gòu)成部分相同的作用的部位，標注相同的標號并省略其說明。
[0055]圖3所示的加強部件保持夾具26B具有空心結(jié)構(gòu)，利用空心部的內(nèi)壓按壓加強部件14A并定位保持加強部件14A。通過使用該加強部件保持夾具26B，也能夠達成定位精度提高的目的。
[0056]接下來，參照圖4，對FRP成型夾具的其他實施方式進行說明。在圖2和圖3中，對將T形截面的加強部件14A定位保持于主結(jié)構(gòu)件12的平面部并進行成型的實施方式進行了說明。與此相對，圖4所示的實施方式是說明在加強部件14B和主結(jié)構(gòu)件12之間形成有封閉空間的FRP結(jié)構(gòu)體的成型方法的圖。需要說明的是，對于具有與圖2所示的實施方式的構(gòu)成部分相同的作用的部位，標注相同的標號并省略其說明。
[0057]參照圖4，主結(jié)構(gòu)件12(纖維組件)例如是具有C形的截面形狀的FRP的寬幅的溝道，加強部件14B(纖維組件)例如是具有梯形形狀的山形截面的FRP的型材。主結(jié)構(gòu)件12和加強部件14B在分離開的兩個部位的接合部16接合。因此，圖4所示的FRP結(jié)構(gòu)體10在加強部件14B和主結(jié)構(gòu)件12之間具有梯形截面的封閉空間。
[0058]參照圖4，對將加強部件14B接合于主結(jié)構(gòu)件12并成型FRP結(jié)構(gòu)體10時的、加強部件14B的定位方法進行說明。這里，對下述實施例進行說明:將加強部件14B形成為FRP的預成型件，使用FRP成型夾具將該加強部件14B定位于未硬化的增強纖維基件(主結(jié)構(gòu)件12)，并且注入基質(zhì)樹脂使其硬化。
[0059]圖4所示的FRP成型夾具具備:主結(jié)構(gòu)件保持夾具22、具有柔軟性的加強部件保持夾具26D、具有柔軟性的芯子26C、硬質(zhì)部28。
[0060]主結(jié)構(gòu)件保持夾具22作為進行未硬化的增強纖維基件(主結(jié)構(gòu)件12)的成型的模具發(fā)揮功能，并且保持加強部件保持夾具26D。在圖4記載的例子中，主結(jié)構(gòu)件保持夾具22與加強部件保持夾具26D接觸。并且，主結(jié)構(gòu)件保持夾具22夾持加強部件保持夾具26D。更具體地，加強部件保持夾具26D被主結(jié)構(gòu)件保持夾具22的第一內(nèi)側(cè)面和主結(jié)構(gòu)件保持夾具22的第二內(nèi)側(cè)面夾持。在圖4記載的例子中，主結(jié)構(gòu)件保持夾具22具備凹部。并且，加強部件保持夾具26D配置在主結(jié)構(gòu)件保持夾具22的凹部內(nèi)。
[0061]加強部件保持夾具26D嵌合于主結(jié)構(gòu)件保持夾具22，并且為了進行加強部件14B在橫向上的定位(圖4所示的紙面的左右方向)和在上下方向(圖4所示的紙面的上下方向)上的定位，加強部件保持夾具26D在從左右方向和下方按壓加強部件14B的凸條(伸出部)的同時定位保持加強部件14B的凸條。在圖4記載的例子中，加強部件14B具備:具有與主結(jié)構(gòu)件12的表面接觸的接觸面的基部、從基部伸出的部分(例如，向相對于基部的該接觸面垂直的方向伸出的部分)即伸出部。伸出部是梯形形狀的部分。在圖4記載的例子中，加強部件保持夾具26D從兩側(cè)按壓(夾持)加強部件14B的伸出部，由此，將加強部件14B定位保持在中央。在圖4記載的例子中，加強部件保持夾具26D具有能夠收納加強部件14B的伸出部的凹部。配置在凹部內(nèi)的伸出部借助于加強部件保持夾具26D的彈性而被加強部件保持夾具26D夾持。即，構(gòu)成凹部的第一側(cè)面(傾斜狀的側(cè)面)與伸出部的第一側(cè)面接觸，構(gòu)成凹部的第二側(cè)面(傾斜狀的側(cè)面)與伸出部的第二側(cè)面接觸，由此伸出部被加強部件保持夾具26D夾持。在圖4所示的實施例中，加強部件保持夾具26D從兩側(cè)夾持加強部件14B的凸條，由此將加強部件14B定位保持在中央。加強部件14B的形狀、尺寸也存在規(guī)定的公差范圍。但是，在圖4記載的例子中，通過使用具有柔軟性的加強部件保持夾具26D從兩側(cè)夾持加強部件14B的凸條的結(jié)構(gòu)，能夠?qū)⒓訌姴考?4B定位保持在中央。
[0062]加強部件保持夾具26D具備與加強部件14B的基部接觸的保持夾具基部。另外，加強部件保持夾具26D具備與保持夾具基部相連的加強部件收納部。加強部件收納部具有能夠收納加強部件14A的伸出部的凹部。
[0063]另外，在加強部件保持夾具26D中，在將加強部件14B朝向主結(jié)構(gòu)件12按壓的部位(接合部16的下方)配置具備可彎曲性的硬質(zhì)部28，由此，能夠提高FRP結(jié)構(gòu)體10中的加強部件14B或主結(jié)構(gòu)件12的接合部位的平面度和真直度。硬質(zhì)部28的硬度比加強部件保持夾具26D中的硬質(zhì)部28之外的部分的硬度高。
[0064]在FRP結(jié)構(gòu)體10的加強部件14B和主結(jié)構(gòu)件12之間形成的梯形截面的封閉空間中，配置梯形截面的芯子26C。例如，芯子26C由具有柔軟性的原料構(gòu)成。另外，可以在芯子26C的上表面的與主結(jié)構(gòu)件12接觸的部位配置具備可彎曲性的硬質(zhì)部28。硬質(zhì)部28的硬度比芯子26C中的硬質(zhì)部28之外的部分的硬度高。通過對芯子26C使用具有柔軟性的原料，無論加強部件14B的尺寸公差，都能夠提高芯子26C和加強部件14B的緊貼性。另外，能夠減少芯子26C和加強部件14B之間的間隙，提高定位精度。另外，由于芯子26C的柔軟性，能夠容易地進行芯子26C相對于加強部件14A的脫模。另外，也可以將芯子26C形成為分型模結(jié)構(gòu)。
[0065]另外，通過在具有柔軟性的芯子26C的上表面的與主結(jié)構(gòu)件12接觸的部位配置硬質(zhì)部28，能夠減少成型時的主結(jié)構(gòu)件12的塌軟和變形，提高平面度和真直度。
[0066]作為加強部件保持夾具26D和芯子26C的原料，可以使用發(fā)泡橡膠等各種橡膠。若鑒于耐化學性，則優(yōu)選使用硅系的橡膠材料。
[0067]接下來，參照圖4，對具有封閉空間的FRP結(jié)構(gòu)體10的成型方法進行說明。在成型FRP結(jié)構(gòu)體10的情況下，在主結(jié)構(gòu)件保持夾具22的規(guī)定的位置配置加強部件保持夾具26D。并且，將加強部件14B的梯形的凸條嵌入加強部件保持夾具26D的槽中，使加強部件14B的上部的兩側(cè)的伸出檐部(加強部件14B的基部)與加強部件保持夾具26D上表面的硬質(zhì)部28抵接。
[0068]接下來，使具有梯形截面的芯子26C的凸條嵌入加強部件14B的槽中。接下來，將未硬化的增強纖維基件(主結(jié)構(gòu)件12)覆蓋并配置于主結(jié)構(gòu)件保持夾具22和芯子26C的硬質(zhì)部28的上表面。然后，在未硬化的增強纖維基件(主結(jié)構(gòu)件12)的外周配置脫模劑、樹脂擴散介質(zhì)，利用抽吸袋(封裝膜)覆蓋主結(jié)構(gòu)件12、加強部件14B、主結(jié)構(gòu)件保持夾具22和加強部件保持夾具26D。然后，將抽吸袋內(nèi)抽成真空，利用大氣壓對主結(jié)構(gòu)件12和接合部16施加按壓力。同時，向未浸漬樹脂的增強纖維基件中注入并浸漬基質(zhì)樹脂。
[0069]在使用熱硬化型的基質(zhì)樹脂作為基質(zhì)樹脂的情況下，在抽成真空并注入基質(zhì)樹脂后進行加熱，使基質(zhì)樹脂硬化。在基質(zhì)樹脂硬化并且主結(jié)構(gòu)件12與加強部件14B接合后卸下抽吸袋。然后，使FRP結(jié)構(gòu)體10與FRP成型夾具的加強部件保持夾具26D及主結(jié)構(gòu)件保持夾具22分離，從加強部件保持夾具26D和主結(jié)構(gòu)件保持夾具22卸下FRP結(jié)構(gòu)體10。
[0070]接下來，將芯子26C從FRP結(jié)構(gòu)體10的封閉空間抽出。這樣，得到FRP結(jié)構(gòu)體10。
[0071]需要說明的是，作為圖4所示的具有封閉空間的FRP結(jié)構(gòu)體10的其他成型方法，也可以使用下述封裝方法:使用芯子用袋覆蓋芯子26C的外周，使芯子26C的部位為大氣壓的狀態(tài)，僅將該芯子用袋與覆蓋主結(jié)構(gòu)件12及主結(jié)構(gòu)件保持夾具22等的抽吸袋之間抽成真空，由此，對加強部件14B和主結(jié)構(gòu)件12之間的接合部16施加按壓力。在該情況下，芯子26C存在于大氣壓中而變形少，因此能夠精度更良好地成型FRP結(jié)構(gòu)體10。
[0072]另外，作為芯子26C的原料，可以使用通過加熱而收縮的原料(硬質(zhì)聚苯乙烯泡沫、硬質(zhì)聚氨酯泡沫等)，從而在加熱后容易脫模。在該情況下，作為芯子26C的原料，可以使用具有在粘接劑或基質(zhì)樹脂的硬化溫度以下收縮的特性的原料(硬質(zhì)聚苯乙烯泡沫、硬質(zhì)聚氨酯泡沫等)。在該情況下，優(yōu)選具有在例如50°C以上且硬化溫度以下的溫度區(qū)域的溫度下熱收縮的特性的材料，更優(yōu)選具有在粘接劑或基質(zhì)樹脂的流動性消失的溫度以上且硬化溫度以下的溫度區(qū)域內(nèi)收縮的特性的材料。另外，也可以使用通過加熱而熔融的釬焊材料。在該情況下，優(yōu)選具有在例如50°C以上且硬化溫度以下的溫度區(qū)域的溫度下熔融的特性的材料，更優(yōu)選具有在粘接劑或基質(zhì)樹脂的流動性消失的溫度以上且硬化溫度以下的溫度區(qū)域內(nèi)熔融的特性的材料。
[0073]接下來，使用圖5對芯子26C的其他實施方式進行說明。圖5是說明分離模的芯子26C的結(jié)構(gòu)的立體圖。如圖5所示，通過呈多關(guān)節(jié)狀對將芯子26C分割成多個部位后的結(jié)構(gòu)進行連結(jié)，而能夠容易脫模。特別地，通過對芯子26C使用具有柔軟性的材料，能夠應(yīng)對各種封閉空間的形狀。另外，也可以將芯子26C形成為分型模結(jié)構(gòu)。
[0074]作為主結(jié)構(gòu)件12、加強部件14A、14B的纖維組件的結(jié)構(gòu)，在使用增強纖維基件的情況下，可以使用將連續(xù)的增強纖維線彼此并行地拉齊整理而成的增強纖維線組。另外，可以根據(jù)需要使用基于增強纖維線的單方向性基件、雙方向性基件、多方向性基件。另外，作為增強纖維基件的其他組織形態(tài)，也可以使用例如梭織結(jié)構(gòu)(梭織物)、編織結(jié)構(gòu)(經(jīng)編、瑋編)、非梭織結(jié)構(gòu)、或者他們的組合。
[0075]另外，作為纖維組件的增強纖維，也可以使用碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、聚對苯撐苯并二噁唑纖維、酚纖維、聚乙烯纖維、聚乙烯醇纖維等有機纖維、金屬纖維、或者陶瓷纖維、它們的組合等。
[0076]另外，作為基質(zhì)樹脂，可以使用熱可塑性樹脂或熱硬化性樹脂。從成型性、力學特性方面來看，目前情況下優(yōu)選使用熱硬化性樹脂。作為熱硬化性樹脂，例如可以使用環(huán)氧樹月旨、酚醛樹脂、乙烯樹脂、不飽和聚酯樹脂、氰酸酯樹脂、雙馬來酰亞胺、苯并惡嗪、丙烯酸及其他樹脂。而且，可以使用添加了彈性體、橡膠、硬化劑、硬化促進劑、觸媒等的樹脂。需要說明的是，優(yōu)選在抽吸袋內(nèi)部的纖維組件側(cè)配置脫模劑、樹脂擴散介質(zhì)。
[0077]在上述的實施例中，對使用FRP的預成型件作為加強部件14A、14B，并使其與未硬化的增強纖維基件(主結(jié)構(gòu)件12)接合的實施方式進行了說明，但也可以使用FRP的預成型件作為主結(jié)構(gòu)件12。在該情況下，在主結(jié)構(gòu)件12和加強部件14A、14B的接合部16預先配置粘接膜等粘接劑。然后，在將加強部件14A、14B定位于主結(jié)構(gòu)件12并按壓后使粘接劑硬化。另夕卜，也可以使用未硬化的增強纖維基件作為加強部件14A、14B。
[0078]接下來，使用圖6和圖7對可以使用實施方式的FRP成型夾具和FRP結(jié)構(gòu)體的成型方法進行成型的FRP結(jié)構(gòu)體10的形狀例進行說明。
[0079]圖6所示的FRP結(jié)構(gòu)體10是如圖7所示地將具有T形截面的加強部件14A和具有梯形截面的加強部件14B定位接合于主結(jié)構(gòu)件12而成型為一體的復合件。通過使用實施方式的FRP成型夾具和FRP結(jié)構(gòu)體的成型方法，不使用復雜的定位夾具就能夠以低成本成型復雜形狀的FRP結(jié)構(gòu)體。
[0080]以上，參照實施方式對FRP成型夾具和FRP結(jié)構(gòu)體的制造方法進行了說明，但FRP成型夾具和FRP結(jié)構(gòu)體的制造方法不限定于上述實施方式?？梢詫ι鲜鰧嵤┓绞竭M行各種變更?？梢詫⑸鲜鰧嵤┓绞街杏涊d的事項和上述其他實施方式中記載的事項組合。
[0081 ]另外，使用FRP成型夾具和FRP結(jié)構(gòu)體的制造方法成型出的FRP結(jié)構(gòu)體可以應(yīng)用于車輛、船舶、航空器、或建筑部件等各種領(lǐng)域。FRP成型夾具和FRP結(jié)構(gòu)體的制造方法適宜應(yīng)用在通過將兩個以上的纖維組件成型為一體而成型具有封閉空間的復雜的最終形狀的情況。另外，F(xiàn)RP成型夾具和FRP結(jié)構(gòu)體的制造方法也能夠應(yīng)用于共固化、共膠接和二次膠接，并且可以在RFI(樹脂膜滲透成型法)、RTM(樹脂傳遞成型法)、VaRTM(真空浸漬法)及其他FRP結(jié)構(gòu)體的成型中使用。
[0082]本申請主張以2014年I月31日申請的日本國專利申請第2014-16998號為基礎(chǔ)的優(yōu)先權(quán)，并通過引用的方式將該基礎(chǔ)申請的公開的全部內(nèi)容加入本申請中。
【主權(quán)項】
1.一種FRP成型夾具，其特征在于，具有: 主結(jié)構(gòu)件保持夾具； 具有柔軟性的加強部件保持夾具； 所述主結(jié)構(gòu)件保持夾具定位保持由纖維組件構(gòu)成的主結(jié)構(gòu)件， 所述加強部件保持夾具相對于所述主結(jié)構(gòu)件保持夾具被定位，在按壓由纖維組件構(gòu)成的加強部件的同時定位保持該加強部件， 在將所述主結(jié)構(gòu)件和所述加強部件接合并成型FRP結(jié)構(gòu)體時使用所述FRP成型夾具。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的FRP成型夾具，其特征在于， 所述加強部件保持夾具在夾持所述加強部件的一部分的同時進行所述加強部件的定位保持。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的FRP成型夾具，其特征在于， 所述加強部件保持夾具通過具有空心結(jié)構(gòu)而具有柔軟性。4.根據(jù)權(quán)利要求1?3中的任一項所述的FRP成型夾具，其特征在于， 在所述加強部件保持夾具的表面上的按壓所述加強部件的部位具有具備可彎曲性的硬質(zhì)部。5.根據(jù)權(quán)利要求1?4中的任一項所述的FRP成型夾具，其特征在于， 所述FRP成型夾具具備成型用的芯子，該芯子配置在所述FRP結(jié)構(gòu)體中形成于所述加強部件和所述主結(jié)構(gòu)件之間的封閉空間中。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的FRP成型夾具，其特征在于， 在所述芯子的表面上的按壓所述主結(jié)構(gòu)件的部位具有具備可彎曲性的硬質(zhì)部。7.根據(jù)權(quán)利要求4或6所述的FRP成型夾具，其特征在于， 所述硬質(zhì)部由FRP的薄板或金屬箔構(gòu)成。8.根據(jù)權(quán)利要求4、6、7中任一項所述的FRP成型夾具，其特征在于， 所述硬質(zhì)部具有基質(zhì)樹脂或粘接劑的硬化溫度以上的耐熱性，由厚度0.1mm以上且5mm以下的板材構(gòu)成。9.根據(jù)權(quán)利要求1?8中的任一項所述的FRP成型夾具，其特征在于， 所述主結(jié)構(gòu)件保持夾具或所述芯子是分型模結(jié)構(gòu)。10.一種FRP結(jié)構(gòu)體的成型方法，其使用了 FRP成型夾具，該FRP成型夾具具有: 主結(jié)構(gòu)件保持夾具； 具有柔軟性的加強部件保持夾具； 所述FRP結(jié)構(gòu)體的成型方法的特征在于， 所述主結(jié)構(gòu)件保持夾具定位保持由纖維組件構(gòu)成的主結(jié)構(gòu)件， 所述加強部件保持夾具相對于所述主結(jié)構(gòu)件保持夾具被定位，在按壓由纖維組件構(gòu)成的加強部件的同時定位保持該加強部件， 所述成型方法是將所述主結(jié)構(gòu)件和所述加強部件接合并成型所述FRP結(jié)構(gòu)體的方法，具有: 在所述主結(jié)構(gòu)件保持夾具上配置所述加強部件保持夾具的工序； 使用所述加強部件保持夾具夾持所述加強部件的工序； 在所述主結(jié)構(gòu)件保持夾具和所述加強部件上配置所述主結(jié)構(gòu)件的工序； 將所述主結(jié)構(gòu)件和所述加強部件接合并形成所述FRP結(jié)構(gòu)體的工序； 將所述FRP結(jié)構(gòu)體從所述主結(jié)構(gòu)件保持夾具和所述加強部件保持夾具卸下的工序。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的FRP結(jié)構(gòu)體的成型方法，其特征在于， 所述FRP結(jié)構(gòu)體的成型方法還具有向在所述FRP結(jié)構(gòu)體中形成于所述加強部件和所述主結(jié)構(gòu)件之間的封閉空間中配置成型用的芯子的工序。12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的FRP結(jié)構(gòu)體的成型方法，其特征在于， 所述FRP結(jié)構(gòu)體的成型方法還具有在所述主結(jié)構(gòu)件和所述加強部件的接合部配置粘接劑的工序。13.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的FRP結(jié)構(gòu)體的成型方法，其特征在于， 所述加強部件是預成型件， 所述主結(jié)構(gòu)件是增強纖維基件， 所述FRP結(jié)構(gòu)體的成型方法還具有向所述主結(jié)構(gòu)件和所述加強部件的接合部注入基質(zhì)樹脂的工序。14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的FRP結(jié)構(gòu)體的成型方法，其特征在于， 所述FRP結(jié)構(gòu)體的成型方法還具有: 利用抽吸袋從外部覆蓋所述主結(jié)構(gòu)件和所述加強部件的工序； 通過將所述抽吸袋內(nèi)抽成真空來按壓所述主結(jié)構(gòu)件和所述加強部件并進行接合的工序; 卸下所述抽吸袋的工序。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的FRP結(jié)構(gòu)體的成型方法，其特征在于， 所述FRP結(jié)構(gòu)體的成型方法還具有在將所述抽吸袋內(nèi)抽成真空的工序之后，通過加熱而使所述粘接劑或所述基質(zhì)樹脂硬化的工序。
【文檔編號】B29C43/34GK105873738SQ201580003548
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2015年1月27日
【發(fā)明人】阿部俊夫, 加藤哲也, 高木清嘉, 小山貴之, 吉野雄哉, 岸本和昭, 斎藤浩, 斎藤浩一, 石田隆司
【申請人】三菱重工業(yè)株式會社