CN110545977A - 复合材料结构物的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种复合材料结构物的制造方法。所述复合材料结构物的制造方法包括：膜安装工序(S2)，在成型用部件上安装保护膜；成型工序(S3)，将成为加热对象的复合材料从所述保护膜的上方安装于所述成型用部件上，并容纳于压力容器中而进行成型体的成型；及成型体拆卸工序(S4)，从安装有所述保护膜的所述成型用部件上拆卸所述成型体。所述保护膜为氟成分的含量小于0.1％的耐热脱模膜。

Description

复合材料结构物的制造方法

技术领域

本发明涉及一种复合材料结构物的制造方法。

本申请对2017年6月22日在日本申请的日本专利申请2017-122372号主张优先权，并将其内容援用于此。

背景技术

以往已知有在制造飞机、工业用设备等的构成组件时在高压下对包含树脂的复合材料进行加热的高压釜成型。该高压釜成型是利用高压的高温气体在内部循环的高压釜来进行的。在作为压力容器的高压釜内配置模具或夹具以及复合材料来形成成型体。

在高压釜成型时，为了改善从模具或夹具拆卸成型后的成型体时的脱模性而使用脱模膜。例如，在专利文献1中记载有具有以二氧化硅为主成分的脱模层的脱模膜。二氧化硅是通过对作为有机硅烷的烷基硅烷中挥发性非常小的聚烷氧基硅氧烷进行水解而使其缩合反应来得到的。在专利文献1的脱模膜中，防止形成脱模层的低分子量的烷基硅烷或低分子量的环状硅氧烷转印到成型体的被脱模面上。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-91278号公报

发明内容

发明要解决的技术课题

在对成型后的成型体进行涂覆时，为了提高涂料的密合性，由工作人员对涂覆前的成型体的表面实施打磨(sanding)。然而，根据成型体的形状，有时难以将砂纸等与表面接触，打磨时的作业性有可能变差。并且，根据工作人员的熟练度，每个产品有可能产生品质偏差。因此，期望不进行打磨等后处理而提高成型体表面上的涂料的密合性。

本发明提供一种能够提高成型体表面上的涂料的密合性的复合材料结构物的制造方法。

用于解决技术课题的手段

本发明的第一方式所涉及的复合材料结构物的制造方法包括：膜安装工序，在成型用部件上安装保护膜；成型工序，将成为加热对象的复合材料从所述保护膜的上方安装于所述成型用部件上，并容纳于压力容器中而进行成型体的成型；及成型体拆卸工序，从安装有所述保护膜的所述成型用部件上拆卸所述成型体，所述保护膜为氟成分的含量小于0.1％的耐热脱模膜。

为了解决前述课题，本发明人等反复进行了各种实验、研究的结果，发现了氟成分转印到成型体的被脱模面而残留，从而涂料的密合性降低。相对于此，根据该制造方法，保护膜的氟成分的含量为0.1％以下。因此，能够抑制氟成分转印到成型体的被脱模面。通过抑制氟成分的转印，能够提高成型体表面上的涂料的密合性。

并且，在本发明的第二方式所涉及的复合材料结构物的制造方法中，在第一方式中，所述保护膜可以为含有95％以上的4-甲基-1-戊烯·α-烯烃共聚物的耐热脱模膜。

并且，在本发明的第三方式所涉及的复合材料结构物的制造方法中，在第一方式中，所述保护膜可以为通过等离子体处理而构筑有脱模层的含有热塑性弹性体的耐热脱模膜。

并且，在本发明的第四方式所涉及的复合材料结构物的制造方法中，在第一方式至第三方式中的任一方式中，所述成型用部件可以为在所述成型体的内部形成中空部的模具夹具，在所述成型工序中，可以以包围所述成型用部件的方式配置所述复合材料来进行成型。

通过设为这种结构，即使是如中空部那样难以通过后处理对表面进行加工的部位，也能够提高涂料的密合性。

发明效果

根据本发明，能够提高成型体表面上的涂料的密合性。

附图说明

图1是本发明的实施方式所涉及的复合材料结构物的剖视图。

图2是表示本发明的实施方式所涉及的复合材料结构物的制造方法的工序图。

图3是表示本发明的实施方式的确认试验中的基于XPS的表面元素分析结果的图表。

图4是本发明的实施方式的确认试验中的使用第一膜的试验片的胶布测试(tapetest)的结果。

图5是本发明的实施方式的确认试验中的使用第二膜的试验片的胶布测试的结果。

具体实施方式

以下，参考图1及图2对本发明的实施方式进行说明。

在复合材料结构物的制造方法S1中，使用复合材料来制造能够作为产品使用的复合材料结构物1。复合材料结构物1例如成为构成飞机的机身的结构体，适用于主翼、尾翼或躯干等。如图1所示，本实施方式中制造的复合材料结构物1为在内部具有中空部3的长形组件。在复合材料结构物1中，在一边形成有开口部4。本实施方式的复合材料结构物1为对成型体2的表面实施了涂覆的组件。

本实施方式的复合材料例如为具有碳纤维增强塑料(CFRP：Carbon FiberReinforced Plastic)的层叠材料。另外，复合材料并不限定于如本实施方式那样具有CFRP的结构，也可以为金属材料或树脂材料层叠而成的结构。

如图2所示，本实施方式的复合材料结构物的制造方法S1包括膜安装工序S2、成型工序S3、成型体拆卸工序S4及涂覆工序S5。

在膜安装工序S2中，在成型用部件上安装保护膜。在膜安装工序S2中，以完全覆盖成型用部件的方式卷绕保护膜。具体而言，将保护膜以在后述的成型工序S3中成型用部件与复合材料不直接接触的方式安装于成型用部件上。

成型用部件为成型时用于将成型体2成型为所期望的形状的高压釜成型用组件。本实施方式的成型用部件为用于在成型体2的内部形成中空部3的气囊(bladder)(模具夹具)。气囊能够支承成型体2的内表面，以便在成型时使中空部3成为所期望的形状。

保护膜为氟成分F的含量小于0.1％的耐热脱模膜。氟成分F的含量优选小于0.05％，更优选小于0.01％。因此，保护膜最优选不含有氟成分F。在此，将当通过XPS对使用保护膜来成型的成型体2的表面进行表面分析时为检测不出氟成分F的含量的情况方便地称为不含有氟成分F。并且，所谓含量为每单位量中所包含的成分的量，例如以元素比率来表示。所谓氟成分F为膜中所包含的氟树脂。

本实施方式中使用的保护膜为含有95％以上的4-甲基-1-戊烯·α-烯烃共聚物的耐热脱模膜。另外，保护膜更优选为含有99％以上的4-甲基-1-戊烯·α-烯烃共聚物的耐热脱模膜。并且，保护膜也可以为通过等离子体处理而构筑有脱模层的含有热塑性弹性体的耐热脱模膜。

在成型工序S3中，将成为加热对象的复合材料从保护膜的上方安装于成型用部件上。在成型工序S3中，将复合材料与成型用部件一同容纳于压力容器中而进行成型体2的成型。在成型工序S3中，以包围成型用部件的方式配置复合材料而在成型体2的内部形成中空部3。在本实施方式中，使用高压釜作为压力容器。因此，在本实施方式的成型工序S3中，在高压釜内对成型材料实施高压釜成型即加压加热处理。在实施高压釜成型时，向压力容器内供给气体，从而压力容器内成为高压状态。而且，向压力容器内送入经加热的高压气体，从而复合材料被加热。对复合材料不断地供给高温气体而逐渐进行该复合材料的高压加热处理。此时，层叠有多个的复合材料发生变形及固化，从而这些复合材料逐渐变性为成型体2。此时，在本实施方式中，利用成型用部件将所期望的形状的中空部3形成于成型体2的内部。因此，在成型工序S3中，在形成中空部3的内表面与保护膜接触的状态下实施高压加热处理。

在成型体拆卸工序S4中，从安装有保护膜的成型用部件上拆卸成型体2。在本实施方式的成型体拆卸工序S4中，在成型工序S3结束之后，从高压釜内将成型体2与成型用部件一同搬出。然后，从成型用部件上拆卸成型体2，由此得到从保护膜脱模的成型体2。

在涂覆工序S5中，在成型体2的表面上实施涂覆。在涂覆工序S5中，作为成型体2的表面，在形成中空部3的成型体2的内表面实施涂覆。此时，在本实施方式的涂覆工序S5中，无需对成型体2的内表面实施打磨等后处理而直接进行涂覆。由此，得到复合材料结构物1。

根据如上所述的复合材料结构物的制造方法S1，保护膜的氟成分F的含量为0.1％以下。因此，能够抑制氟成分F转印到成型时与脱模膜接触的成型体2的被脱模面。在此，本发明人等反复进行了各种实验、研究的结果，发现了氟成分F转印到被脱模面而残留，从而涂料的密合性降低。因此，通过使用氟成分F的含量为0.1％以下的保护膜，可抑制氟成分F转印到成型时与脱模膜接触的成型体2的被脱模面，能够提高涂料的密合性。因此，无需对成型体2的表面进行打磨等后处理便能够提高涂料的密合性。

并且，作为保护膜，使用含有95％以上的4-甲基-1-戊烯·α-烯烃共聚物的耐热脱模膜或通过等离子体处理而构筑有脱模层的含有热塑性弹性体的耐热脱模膜。由此，无需对成型体2的表面进行打磨便能够更可靠地提高涂料的密合性。

关于通过使用本实施方式的保护膜来提高涂料的密合性这一点，参考为了确认本发明的有效性而进行的确认试验来进行说明。

作为确认试验中使用的保护膜，使用了第一膜、第二膜及比较膜。在此，将本实施方式的含有95％以上的4-甲基-1-戊烯·α-烯烃共聚物的耐热脱模膜称为第一膜。并且，将本实施方式的通过等离子体处理而构筑有脱模层的含有热塑性弹性体的耐热脱模膜称为第二膜。另外，作为比较对象，将含有0.1％以上的氟成分F的耐热脱模膜称为比较膜。

为了模拟使用各膜而成型的成型体2，对贴附有各膜的试验片进行高压加热处理而使其固化。具体而言，试验片由呈平板状的CFRP形成。例如，以305mm×305mm×1.5mm的大小形成了试验片。关于试验片，通过将层叠结构为[0/90/90/0]的CFRP重叠两片而具有重叠为八层的结构。并且，固化条件设为185℃、0.58MPa～0.69MPa、升温速度0.5℃/分钟、4～4.5小时的保持。作为确认试验，对在这种条件下固化的试验片实施了表面分析及胶布测试。

首先，作为表面分析，实施了X射线光电子能谱法(XPS：X-ray PhotoelectronSpectroscopy)。将基于XPS的试验片的表面元素分析结果示于图3。如图3所示，在使用第一膜及第二膜的试验片中，从表面未检测出氟成分F。另一方面，在使用比较膜的试验片中，从表面检测出了氟成分F。由此能够确认到，在使用第一膜及第二膜的试验片的表面上未转印有氟成分F。

并且，根据基于XPS的表面元素分析结果能够确认到，各膜中的作为脱模性成分的烃成分CH或硅成分Si的转印量相较于比较膜观察不到很大的差异。另外，即使作为表面分析而实施飞行时间型二次离子质谱分析法(TOF-SIMS：Time-OF-Flight Secondary IonMass Spectrometry)，各膜中的作为脱模性成分的烃成分CH或硅成分Si的转印量相较于比较膜也观察不到很大的差异。根据这些能够确认到，当使用第一膜或第二膜时，烃成分CH或硅成分Si等脱模性成分相较于使用比较膜的情况也不会大量转印到试验片的表面。

并且，胶布测试例如根据划格法在涂布有底漆(涂料)的固化后的试验片的表面设置格子状的划痕来实施。将实施胶布测试的结果示于图4及图5。图4是使用第一膜时的胶布测试的结果。图5是使用第二膜时的胶布测试的结果。根据这些结果能够确认到，当使用第一膜或第二膜时，不会产生底漆从试验片的表面上剥离。

因此，根据这些确认试验的结果可知，当在成型体2的表面上使用了不会产生氟成分F的转印的第一膜或第二膜时，会提高成型体2表面上的涂料的密合性。

并且，使用卷有保护膜的气囊来形成中空部3。由此，能够对如中空部3的内表面那样难以进行打磨等后处理的部位提高涂料的密合性。

(实施方式的其他变形例)

以上，参考附图对本发明的实施方式进行了详细叙述，但各实施方式中的各构成及它们的组合等为一例，在不脱离本发明宗旨的范围内能够进行构成的附加、省略、替换及其他变更。并且，本发明并不受实施方式的限定，而仅受权利要求的限定。

另外，成型用部件并不限定于如本实施方式的气囊那样在成型时使用的夹具，也可以为容纳于压力容器内而形成成型体2的外径的模具本身。

产业上的可利用性

根据本发明，能够提高成型体表面上的涂料的密合性。

符号说明

S1-复合材料结构物的制造方法，1-复合材料结构物，2-成型体，3-中空部，4-开口部，S2-膜安装工序，S3-成型工序，S4-成型体拆卸工序，S5-涂覆工序，F-氟成分，CH-烃成分，Si-硅成分。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种复合材料结构物的制造方法，其包括：

膜安装工序，在成型用部件上安装保护膜；

成型工序，将成为加热对象的复合材料从所述保护膜的上方安装于所述成型用部件上，并容纳于压力容器中而进行成型体的成型；

成型体拆卸工序，从安装有所述保护膜的所述成型用部件上拆卸所述成型体；及

涂覆工序，不对从所述保护膜脱模的所述成型体的表面实施打磨而直接进行涂覆，

所述保护膜为氟成分的含量小于0.1％的耐热脱模膜。

2.根据权利要求1所述的复合材料结构物的制造方法，其中，

所述保护膜为含有95％以上的4-甲基-1-戊烯·α-烯烃共聚物的耐热脱模膜。

3.根据权利要求1所述的复合材料结构物的制造方法，其中，

所述保护膜为通过等离子体处理而构筑有脱模层的含有热塑性弹性体的耐热脱模膜。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的复合材料结构物的制造方法，其中，

所述成型用部件为在所述成型体的内部形成中空部的模具夹具，

在所述成型工序中，以包围所述成型用部件的方式配置所述复合材料来进行成型。

Claims (4)

1.一种复合材料结构物的制造方法，其包括：

膜安装工序，在成型用部件上安装保护膜；

成型工序，将成为加热对象的复合材料从所述保护膜的上方安装于所述成型用部件上，并容纳于压力容器中而进行成型体的成型；及

成型体拆卸工序，从安装有所述保护膜的所述成型用部件上拆卸所述成型体，

所述保护膜为氟成分的含量小于0.1％的耐热脱模膜。

2.根据权利要求1所述的复合材料结构物的制造方法，其中，

所述保护膜为含有95％以上的4-甲基-1-戊烯·α-烯烃共聚物的耐热脱模膜。

3.根据权利要求1所述的复合材料结构物的制造方法，其中，

所述保护膜为通过等离子体处理而构筑有脱模层的含有热塑性弹性体的耐热脱模膜。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的复合材料结构物的制造方法，其中，

所述成型用部件为在所述成型体的内部形成中空部的模具夹具，

在所述成型工序中，以包围所述成型用部件的方式配置所述复合材料来进行成型。