TWI724236B - 纖維強化塑膠成形體之製造方法 - Google Patents
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Abstract
適於厚壁FRP成形體之製造之FRP成形體之製造方法包括：將強化纖維基材以纖維片之積層方向(片材積層方向)成為水平方向之方式配置於成形模具之模腔，自設置在配置於模腔之強化纖維基材之下方之注入埠向模腔沿反重力方向注入樹脂，而使上述樹脂含浸於上述強化纖維基材，對含浸有樹脂之強化纖維基材沿片材積層方向加壓，使強化纖維基材含浸之樹脂硬化。
Description
本發明係關於一種纖維強化塑膠(Fiber Reinforced Plastics；以下，稱為「FRP」)成形體之製造方法。
近年來，FRP之輕量性等受到關注，正推行將習知之金屬製零件替換為FRP零件。尤其是，於大型、厚壁之零件中，若將金屬製零件替換為FRP零件，則可獲得顯著之輕量化效果。再者，於本說明書中，將強化纖維基材之積層方向之厚度大致超過100mm之FRP成形體稱為「厚壁FRP成形體」。
FRP之成形方法之一有RTM(Resin Transfer Molding)法。RTM法係將強化纖維基材配置於成形模具之模穴，將液體狀之基質樹脂注入至該模穴，並使該樹脂硬化之方法。
根據RTM法，可一面使樹脂含浸於強化纖維基材，一面使由強化纖維及樹脂所構成之FRP成形。藉由此種RTM法使FRP成形之方法記載於專利文獻1中。
先前技術文獻
專利文獻
專利文獻1：日本特開2006-213059號公報
FRP成形體之強化纖維基材一般而言使用纖維束被拉齊或織入而成之纖維片之積層體。於此種強化纖維基材存在次微米級之纖維之空隙、微米級之纖維片之層間(或纖維片-金屬模具間之間隙)等樹脂之浸透通道。該等浸透通道之尺寸微小且不一致，因此，難以使樹脂均質地浸透於強化纖維基材。
尤其是，於利用RTM法獲得厚壁FRP成形體之情形時，由於構成強化纖維基材之纖維片之積層片數較多，故會因纖維片之排列混亂等在薄壁FRP成形體之成形時可忽視之因素，而更難以使樹脂均質地浸透於強化纖維基材。由於纖維片之排列混亂會牽涉到FRP成形體之性能降低，故而不理想。
於專利文獻1中記載有：於RTM法中，為了使樹脂均勻含浸於強化纖維基材，而於樹脂之注入前將強化纖維基材利用模具壓緊使纖維體積含有率(Vf=纖維之體積相對於總體積之比率)未達60%，或階段性地增大樹脂之注入壓力，或將纖維片以不與所注入之樹脂之流向垂直之方式配向。
但是，推測上述專利文獻1中記載之方法未假定厚壁FRP成形體之成形。其原因在於：若要使用專利文獻1中記載之方法進行厚壁 FRP成形體之成形，則有由於壓緊導致纖維片間之間隔變窄而樹脂之流動阻力過度地提高之虞。若樹脂之流動阻力提高，則伴隨樹脂之填充時間之增加而樹脂之黏度增大，結果，有產生浸透不良情況之虞。又，於上述專利文獻1中記載之方法中，於樹脂之注入開始時及注入壓階段性之增加時，有產生樹脂片之層間擴張等樹脂片之排列混亂之虞。
本發明係鑒於以上之情況而完成者，其目的在於提供一種適合用於製造樹脂均質地含浸於強化纖維基材之厚壁FRP成形體之、使用RTM法之FRP成形體之製造方法。
本發明之一態樣之纖維強化塑膠成形體之製造方法之特徵在於包含：將多個纖維片積層而成之強化纖維基材以積層上述多個纖維片之方向即片材積層方向成為水平方向之方式配置於成形模具之模腔之步驟；自設置在配置於上述模腔之上述強化纖維基材之下方的注入埠向上述模腔沿反重力方向注入樹脂，而使上述樹脂含浸於上述強化纖維基材之步驟；對含浸有上述樹脂之上述強化纖維基材沿上述片材積層方向加壓之步驟；及使上述強化纖維基材含浸之上述樹脂硬化之步驟。
於上述纖維強化塑膠成形體之製造方法中，強化纖維基材之片材積層方向為水平，且樹脂之注入方向為反重力方向。由此，樹脂容易浸透於強化纖維基材，且使浸透之樹脂之液面均勻，因此，樹脂容易均質 地含浸於強化纖維基材。另一方面，有纖維片之層間擴張或排列混亂之顧慮。因此，於上述製造方法中，將含浸有樹脂之強化纖維基材沿片材積層方向壓縮而使其硬化。藉此，可抑制纖維片之排列混亂或纖維片之層間擴張。
於上述含浸上述樹脂之步驟中，亦可以如下方式進行：上述注入埠係遍及於上述片材積層方向分散地設置多個，於上述樹脂向上述模腔之注入開始初期，使來自設置於上述強化纖維基材之上述片材積層方向之兩端部之下方之上述注入埠的上述樹脂之注入量，多於來自設置於上述強化纖維基材之上述片材積層方向之中央部之下方之上述注入埠的上述樹脂之注入量，而使浸透上述強化纖維基材之上述樹脂之液面水準呈上述片材積層方向之兩端部較中央部高，其後，以使上述樹脂之液面水準均勻之方式，改變上述注入埠中至少一個之注入量。
又，於上述含浸上述樹脂之步驟中，亦可以如下方式進行：上述注入埠係遍及於上述片材積層方向分散地設置多個，上述多個注入埠中，於自設置於上述強化纖維基材之上述片材積層方向之兩端部之下方的注入埠開始上述樹脂之注入後，自剩餘之注入埠開始上述樹脂之注入。
如上述般，操作多個注入埠，於樹脂向模腔之注入開始初期，使浸透強化纖維基材之樹脂之液面水準呈片材積層方向之兩端部較中央部高，藉此，可進一步抑制因向模腔注入之樹脂引起之纖維片之排列混亂或纖維片之層間擴張。
根據本發明，可提供一種適合用於製造樹脂均質地含浸於強化纖維基材之厚壁FRP成形體之FRP成形體之製造方法。
1:成形裝置
2:成形模具
3:加熱裝置
5:擠壓裝置
6:排氣裝置
7:供氣裝置
8:強化纖維基材
20:模腔
20a:模腔形成部
20b:模腔形成部
21:注入埠
22:排出埠
40:注入裝置
41:供給管
42:開閉裝置
43:排氣管
44:切換裝置
45:容器
80:纖維片
D:片材積層方向
圖1係本發明之一實施形態之FRP成形體之製造方法所使用之成形裝置之概略圖。
圖2係表示FRP成形體之製造方法之流程之圖。
圖3係說明於樹脂之注入開始初期樹脂浸透於強化纖維基材之狀況之圖。
圖4係說明於較圖3之晚之樹脂之注入開始初期，樹脂浸透於強化纖維基材之狀況之圖。
圖5係說明於較圖4之晚之樹脂之注入開始初期，樹脂浸透於強化纖維基材之狀況之圖。
其次，參照圖式對本發明之實施形態進行說明。
[FRP成形體之構成]
藉由本實施形態之FRP成形體之製造方法製造之FRP成形體係由強化纖維基材(預型件)及含浸於強化纖維基材並硬化之樹脂(基質)所構成。該FRP成形體之製造方法適於厚度(下述片材積層方向之尺寸)大致超過100mm之「厚壁」之FRP成形體之製造。作為此種厚壁FRP成形體，例如可列舉航空器之翼或機體零件、軌道車輛台車之板彈簧零件、風力發電裝置之葉片等。但是，該FRP成形體之製造方法之應用範圍並不特別限定
於厚壁FRP成形體，亦可應用於厚度較厚壁FRP成形體小之FRP成形體之製造。
強化纖維基材係將多個纖維片沿其厚度方向積層而成者。以下，將多個纖維片之積層方向稱為「片材積層方向」。強化纖維基材亦可為於所積層之多個纖維片之間配置有芯材者。於本實施形態中，將積層多個纖維片並藉由簡單接著或縫合等一體化而成者作為強化纖維基材使用。關於強化纖維之種類並無特別限定，可使用碳纖維、玻璃纖維、芳香族聚醯胺纖維等以往FRP所使用之各種纖維。關於纖維片之形態亦並不特別限定，可使用平紋織物、斜紋織物、緞紋織物等梭織物或將一方向或多個方向之纖維利用縫綴線集中於一起而成者或針織物等。
上述樹脂可使用於指定溫度(例如，60℃)下具有流動性之液狀之樹脂。具體而言，可列舉環氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、乙烯酯樹脂、酚樹脂、雙馬來醯亞胺樹脂等熱硬化性樹脂。
[FRP成形體之製造方法]
圖1係本發明之一實施形態之FRP成形體之製造方法所使用之成形裝置1之概略圖。於該圖中，示出將樹脂4注入至成形模具2之模腔20時成形模具2之與片材積層方向D平行之垂直剖面。
於本實施形態之FRP成形體之製造方法中，使用圖1中例示之成形裝置1。成形裝置1具備：成形模具2、將成形模具2鎖模之未圖示之鎖模裝置(例如，壓製裝置)、注入裝置40、加熱裝置3、排氣裝置6及供氣裝置7。
成形模具2由上模及下模所構成，於各者設置有模腔形成部
20a、20b。而且，藉由將上模及下模鎖模，且將雙方之模腔形成部20a、20b對接而形成模腔20。
於成形模具2之模腔形成部20b設置有多個注入埠21。各注入埠21以自模腔20之底部朝向反重力方向注入樹脂4之方式於模腔形成部20b之底部朝上開口。但是，來自注入埠21之樹脂之注入方向嚴格而言並不限定於反重力方向，容許自反重力方向略微傾斜(±10°左右)。多個注入埠21係遍及配置於模腔20之強化纖維基材8之片材積層方向D而分散。
各注入埠21與注入裝置40連接。注入裝置40具備：貯存有液體狀之樹脂4之容器45、將容器45與注入埠21連接之供給管41、及切換注入埠21之打開/關閉之開閉裝置42。開閉裝置42例如可為設置於供給管41之閥。再者，於圖1中，對應於各注入埠21而設置有開閉裝置42，但亦可針對多個注入埠21之組合而設置開閉裝置42，將多個注入埠21同時打開及關閉。
於成形模具2之模腔形成部20a設置有多個排出埠22。多個排出埠22亦與注入埠21相同地，較理想為遍及配置於模腔20之強化纖維基材8之片材積層方向D而分散。各排出埠22以可自模腔20之頂部排氣之方式於模腔形成部20a之頂壁開口。各排出埠22係經由排氣管43而與排氣裝置6及供氣裝置7連接。排出埠22可切換為與排氣裝置6連接之狀態、與供氣裝置7連接之狀態、及關閉之狀態。該切換係利用切換裝置44而進行。切換裝置44可由例如設置於排氣管43之1個或多個閥所構成。
於成形模具2設置有將模腔20中填充之樹脂4加熱之加熱
裝置3。加熱裝置3可具備例如將形成於成形模具2之熱介質通路及流經該熱介質通路之熱介質加熱的加熱器、電熱絲及對其供給電力之電源裝置等既知之結構。
於成形模具2，設置有對配置於模腔20之強化纖維基材8(其中亦包含含浸有樹脂4之強化纖維基材8)向片材積層方向D加壓之擠壓裝置5。藉由利用擠壓裝置5將強化纖維基材8向片材積層方向D擠壓，而將夾於擠壓裝置5與成形模具2之強化纖維基材8自片材積層方向D之兩側加壓。再者，擠壓裝置5可由例如露出於模腔20之推進器及使推進器沿水平方向進退移動之致動器所構成。
以下，使用圖2對FRP成形體之製造方法之流程進行詳細說明。圖2係FRP成形體之製造方法之流程圖。首先，於成形模具2內配置強化纖維基材8(步驟S1)。此處，於成形模具2之模腔形成部20b內，以片材積層方向D成為水平方向之方式配置強化纖維基材8。強化纖維基材8若使用預先將多個纖維片80於厚度方向上重疊並一體化而成者，則作業效率良好。但是，亦可藉由於成形模具2之模腔形成部20b內，以片材積層方向D成為水平方向之方式並排多個纖維片80，而將多個纖維片80積層而成之強化纖維基材8配置於成形模具2內。又，亦可於成形模具2之模腔形成部20b內，使將纖維片80於厚度方向上重疊並一體化而成者配置多個。再者，片材積層方向D嚴格而言並不限定於水平方向，容許自水平方向略微傾斜(±10°左右)。
其次，組裝成形模具2(步驟S2)。此處，將上模與成形模具2之下模組合並固定。進而，將組裝而成之成形模具2利用鎖模裝置鎖
模(步驟S3)。藉此，於成形模具2之內部形成模腔20。
繼而，對配置於模腔20之強化纖維基材8，利用擠壓裝置5沿片材積層方向D加壓(步驟S4)。此處，以獲得所需之注入時纖維體積含有率(Vf)之方式，對強化纖維基材8沿片材積層方向D加壓。再者，注入時纖維體積含有率(Vf)被抑制為不阻礙樹脂4向強化纖維基材8之浸透之程度(例如，50~55%)。
繼而，對模腔20排氣。此處，使模腔20大致成為真空(步驟S5)。此時，所有注入埠21關閉，並且，各排出埠22與排氣裝置6連接。藉由排氣裝置6之運轉而對模腔20抽真空(強制排氣)直至大致成為真空為止。如此藉由使模腔20成為真空，而可減少混入至樹脂4之空氣。
繼而，對模腔20抽真空，並且，向模腔20沿反重力方向注入樹脂4，藉此，使樹脂4含浸於強化纖維基材8(步驟S6)。此處，各排出埠22與排氣裝置6連接，模腔20繼續抽真空。又，將注入埠21打開，利用注入裝置40將容器45內之熔融之樹脂注入至模腔20。
自注入埠21向模腔20沿反重力方向注入樹脂4。即，樹脂4之注入方向與強化纖維基材8之各纖維片80之面內方向成為平行。因此，樹脂4之浸透不易被強化纖維基材8之纖維片80阻礙。藉此，相較於樹脂4之注入方向與纖維片80之面內方向交叉之情形，能夠以短時間進行樹脂4之注入。又，樹脂4之浸透不易被纖維片80阻礙，因此，樹脂4向強化纖維基材8之浸透方向成為反重力方向。進而，樹脂4之浸透方向為反重力方向，因此，上升之樹脂4之液面成為水平，於流動阻力不同之纖維片80之內部與纖維片80之層間之間，樹脂4之浸透被均衡化。
當進行樹脂4之注入時，於注入開始初期(即，自開始注入後很短之時間)，使浸透強化纖維基材8之樹脂4之液面水準4L呈片材積層方向D之兩端部較中央部高，其後，以使樹脂4之液面水準4L均勻之方式控制樹脂4之注入。再者，於該說明書及申請專利之範圍內，所謂強化纖維基材8之片材積層方向D之「端部」，係指距強化纖維基材8之片材積層方向D之端為強化纖維基材8之片材積層方向D之整體尺寸之20%以內之範圍。
具體而言，如圖3所示般，首先，將位於強化纖維基材8之片材積層方向D之兩端部之下方的注入埠21打開，然後，如圖4所示般，將較已打開之注入埠21更靠近片材積層方向D之中央側的注入埠21打開。此處，來自各注入埠21之樹脂4之注入量設為相等。
藉此，於圖3及圖4所示之注入開始初期，相較於強化纖維基材8之片材積層方向D之中央部，兩端部之浸透之樹脂4的液面水準4L變高。此處，浸透於強化纖維基材8之樹脂4之液面水準4L之高度，自強化纖維基材8之片材積層方向D之中央部朝向兩端部逐漸地變高。即，於強化纖維基材8中，相較於片材積層方向D之中央部之纖維片80，片材積層方向D之兩端部之纖維片80受到較大之壓力。由於此種強化纖維基材8內之壓力差，而朝向片材積層方向D之中央壓入般之力(即，將強化纖維基材8向片材積層方向D壓縮之力)作用於纖維片80。藉此，可抑制纖維片80之層間之擴張(即，纖維片80之排列混亂)。
如上述般於樹脂4之注入初始，使樹脂4之液面水準4L之高度於片材積層方向D之位置變化之後，以使樹脂4之液面水準4L均勻之
方式，改變來自注入埠21中之至少一個之注入量。此處，如圖5所示般，將位於強化纖維基材8之片材積層方向D之中央部之下方之注入埠21打開，使來自該注入埠21之注入量增加。藉此，可促進樹脂4向強化纖維基材8之浸透之均質化。於本實施形態中，如圖3~5中所階段性地表示般，藉由使打開注入埠21之時點偏移，而於強化纖維基材8產生片材積層方向D之壓力差，並使該壓力差逐漸地緩和。再者，自最初打開注入埠21直至打開所有注入埠21為止之時間亦受模腔20之容量或形狀、樹脂4之注入量等之影響，作為一例，為3~5分鐘左右。
再者，並不限定於使打開注入埠21之時點偏移，即便藉由於樹脂4之注入初始將所有注入埠21同時打開，並使位於強化纖維基材8之片材積層方向D之中央部之下方之注入埠21之注入量，少於位於強化纖維基材8之片材積層方向D之兩端部之下方的注入埠21之注入量，亦可使強化纖維基材8產生與上述相同之壓力差。
最終，當樹脂4自所有排出埠22溢出後，則看作於模腔20填充有樹脂4，結束樹脂4之注入(步驟S7)。具體而言，利用開閉裝置42將所有注入埠21關閉。
繼而，向排出埠22供給加壓氣體(步驟S8)。此處，利用切換裝置44，切換為各排出埠22與供氣裝置7連接之狀態。而且，自供氣裝置7向排出埠22供給較樹脂4之壓力大之壓力的氣體(空氣)。藉此，自注入埠21朝向排出埠22之樹脂4之流動停止，又，模腔20內填充之樹脂4被加壓，混入至樹脂4及強化纖維基材8之氣泡被縮小化。
繼而，對模腔20中填充之樹脂4及強化纖維基材8沿片材
積層方向D加壓(步驟S9)。此處，以成為對FRP成形體要求之纖維體積含有率(Vf)之方式，利用擠壓裝置5對樹脂4及強化纖維基材8自片材積層方向D之兩側加壓。即，藉由該步驟可調整FRP成形體之纖維體積含有率(Vf)。又，藉由樹脂4及強化纖維基材8被自片材積層方向D之兩側加壓，而可消除強化纖維基材8之纖維片80之排列混亂或層間之分離。
於樹脂4充分含浸於強化纖維基材8之後，一面對含浸有樹脂4之強化纖維基材8沿片材積層方向D加壓，一面於利用加熱裝置3進行之加熱下或常溫下，使樹脂4硬化(步驟S10)。再者，使含浸有樹脂4之強化纖維基材8之沿片材積層方向D加壓開始的時點可為使樹脂4之硬化處理開始之前、及使樹脂4之硬化處理開始之後直至樹脂4硬化為止之間之任一者。最後，當樹脂4硬化後，將由樹脂4及強化纖維基材8所構成之FRP成形體自成形模具2脫模(步驟S11)。藉由以上之步驟可製造FRP成形體。
如以上所說明般，於本實施形態之FRP成形體之製造方法中，包含：將多個纖維片80積層而成之強化纖維基材8以片材積層方向D成為水平方向之方式配置於成形模具2之模腔20之步驟(步驟S1)；向模腔20沿反重力方向注入樹脂，而使樹脂4含浸於強化纖維基材8之步驟(步驟S6)；對含浸有樹脂4之強化纖維基材8沿片材積層方向D加壓之步驟(步驟S9)；及一面維持該加壓一面使強化纖維基材8含浸之樹脂4硬化之步驟(步驟S10)。
於上述FRP成形體之製造方法中，由於強化纖維基材8之片材積層方向D為水平，且樹脂4之注入方向為反重力方向，故而樹脂4
容易浸透於強化纖維基材8，且使浸透之樹脂4之液面均勻，因此，容易使樹脂4均質地含浸於強化纖維基材8。另一方面，有纖維片80之層間之擴張或排列混亂之顧慮。
因此，於上述製造方法中，使用可於任意之時點擠壓模腔20內之強化纖維基材8之擠壓裝置5，於樹脂之注入結束後且硬化完成前，將含浸有樹脂4之強化纖維基材8沿片材積層方向D壓縮。藉此，可期待FRP成形體中之纖維片80之排列混亂或纖維片80之層間之擴張之矯正效果。
又，於本實施形態之FRP成形體之製造方法中，於使樹脂4含浸於強化纖維基材8之步驟(步驟S6)中，於樹脂4向模腔20之注入開始初期，使來自設置於強化纖維基材8之片材積層方向D之兩端部之下方的注入埠21之樹脂4之注入量，多於來自設置於強化纖維基材8之片材積層方向D之中央部之下方的注入埠21之樹脂4之注入量，使浸透強化纖維基材8之樹脂4之液面水準4L呈片材積層方向D之兩端部較中央部高，其後，以使樹脂4之液面水準4L均勻之方式改變注入埠21中至少一個之注入量。
作為一例，於上述實施形態中，於樹脂4之注入開始初期，多個注入埠21中，於自設置於強化纖維基材8之片材積層方向D之兩端部之下方的注入埠21開始樹脂4之注入後，自剩餘之注入埠21開始樹脂4之注入。
如上述般，於樹脂4之注入開始初期，使浸透強化纖維基材8之樹脂4之液面水準4L呈片材積層方向D之兩端部較中央部高，藉此，
浸透強化纖維基材8之樹脂4，使相較於強化纖維基材8之片材積層方向D之中央部，兩端部受到更大之壓力，因此，於強化纖維基材8產生自片材積層方向D之兩端部朝向中央部之力，而可期待對因樹脂4之注入引起之纖維片80之排列混亂或纖維片80之層間之擴張的抑制。進而，於樹脂4浸透於強化纖維基材8之過程中，纖維片80之排列混亂或纖維片80之層間之擴張受到抑制，藉此，不易阻礙樹脂4之浸透，且不易產生於強化纖維基材8之各部位樹脂4之浸透之差。藉此，可期待樹脂4之含浸(浸透)均質性之提昇。若樹脂4向強化纖維基材8之含浸均質性提昇，則可抑制伴隨樹脂4之先行到達等之空隙之形成。
由此，根據本實施形態之FRP成形體之製造方法，即便為片材積層方向D之厚度較大之厚壁FRP成形體，亦可使樹脂均質地含浸於強化纖維基材，且可抑制構成強化纖維基材之纖維片80之排列混亂或層間之擴張。由此，根據上述製造方法，能製造樹脂均質地含浸於強化纖維基材之厚壁FRP成形體。
[實施例及比較例]
以下，對用以證實本發明之FRP成形體之製造方法之有用性之實施例1、2及用以與該實施例1、2進行比較之比較例1~3進行說明。
(實施例1)
作為強化纖維基材，使用將由E玻璃纖維NCF(Non-Crimped Fibers)所構成之400mm×75mm之纖維片積層而成者。作為樹脂(基質)，使用環氧樹脂。環氧樹脂係使用將液狀之主劑成分與液狀之硬化劑成分預混合而成者。
實施以下之步驟S1~11(各步驟與上述實施形態中所說明之步驟S1~11對應)而獲得FRP成形體。
步驟S1：將強化纖維基材以其片材積層方向成為水平方向之方式配置於成形模具內。
步驟S2、S3：組裝成形模具並鎖模。
步驟S4：以注入時纖維體積含有率(Vf)成為55%之方式對強化纖維基材自片材積層方向之兩側加壓。
步驟S5：對模腔強制排氣直至成為真空為止。
步驟S6：一面對模腔抽真空一面自模腔之底部沿反重力方向注入樹脂。於樹脂之注入開始初期，藉由注入埠之開閉操作，首先將位於強化纖維基材之片材積層方向之兩端部之下方的注入埠打開，繼而，將較其更靠片材積層方向之中央側之注入埠打開，繼而，將剩餘之注入埠打開。來自首先打開之注入埠之注入量與來自所有注入埠之注入量之體積比為3：10。
步驟S7、S8：確認模腔中填充有樹脂，結束樹脂之注入，將強制排氣切換為加壓氣體之供給。
步驟S9：以纖維體積含有率(Vf)成為60%之方式對含浸有樹脂之強化纖維基材自片材積層方向兩側加壓。
步驟S10：一面對含浸有樹脂之強化纖維基材自片材積層方向兩側加壓，一面於成形模具內使樹脂加熱硬化。
步驟S11：於硬化完成後，將成形模具冷卻，將FRP成形體脫模。
將實施上述步驟S1~11而獲得之FRP成形體作為實施例1之FRP成形體。實施例1之FRP成形體之尺寸為400mm×75mm×T600mm
(片材積層方向厚度)。又，樹脂之含浸所需之時間為30分鐘左右。
(實施例2)
於實施例2中，於上述實施例1之步驟S6中，於樹脂向模腔之注入開始時將所有注入埠同時打開，除此以外，實施與上述實施例1相同之步驟，而獲得實施例2之FRP成形體。
(比較例1)
於比較例1中，省略上述實施例1之步驟S9，除此以外，實施與上述實施例1相同之步驟而獲得比較例1之FRP成形體。再者，比較例1之FRP成形體之尺寸由於省略步驟S9而為400mm×75mm×T650mm(片材積層方向厚度)，纖維體積含有率(Vf)為55%。
(比較例2)
於比較例2中，於上述實施例1之步驟S6中，於樹脂向模腔之注入開始時將所有注入埠同時打開及省略上述實施例1之步驟S9，除此以外，實施與上述實施例1相同之步驟，而獲得比較例2之FRP成形體。再者，比較例2之FRP成形體之尺寸由於省略步驟S9而為400mm×75mm×T650mm(片材積層方向厚度)，纖維體積含有率(Vf)為55%。
(比較例3)
於比較例3中，實施上述實施例1之步驟S1~5之後，於步驟S6中，於樹脂向模腔之注入開始時將所有注入埠同時打開，並將樹脂沿重力方向注入。於比較例3中，因強化纖維基材阻礙樹脂之浸透，因此，樹脂之注入需要過多之時間，於步驟S6之中途，因樹脂之硬化產生之注入壓力過度地上升，因此，中止成形。
針對實施例1、2及比較例1、2之FRP成形體，對樹脂之含浸均質性進行評價，目視觀察斷裂及片材排列之混亂。將實施例1、2及比較例1~3之FRP成形體之製造條件、樹脂之含浸均質性之評價結果、及斷裂及片材排列之混亂之觀察結果表示於表1。
如表1所示般，於實施例1、2及比較例1之FRP成形體中，未產生斷裂或纖維片之層間之分離。另一方面，於比較例2之FRP成形體
中，於片材積層方向之中央部分產生纖維片之層間之分離，產生以該分離為起點之斷裂。
又，於實施例1、2之FRP成形體中，未產生纖維片之蜿蜒(起伏)。另一方面，於比較例1之FRP成形體中，於片材積層方向之中央部分，產生有纖維片之蜿蜒。又，於比較例2之FRP成形體中，遍及片材積層方向之整體產生纖維片之蜿蜒。
樹脂之含浸均質性係基於使樹脂含浸於強化纖維基材之步驟(步驟S6)中之、各排出埠之注入時間相對於平均注入時間之偏差而進行評價。所謂「注入時間」係指針對各排出埠而言自將最初之注入埠打開之後直至樹脂到達該排出埠為止之時間。所謂「平均注入時間」係指所有排出埠之注入時間之平均值。針對各排出埠，按照下式算出「均質性評價值」。
均質性評價值=(平均注入時間-注入時間)/(平均注入時間)×100[%]
自所有排出埠之均質性評價值抽取絕對值最大者作為「均質性評價值之最大絕對值」，若均質性評價值之最大絕對值為0~10%以下，則設為「樹脂之含浸均質性極良好(AA)」，若均質性評價值之最大絕對值大於10%且為20%以下，則設為「樹脂之含浸均質性良好(A)」，均質性評價值之最大絕對值大於20%時，設為「樹脂之含浸均質性不良(B)」。
於實施例1及比較例1之FRP成形體中，樹脂之含浸均質性極良好(AA)。於實施例2之FRP成形體中，樹脂之含浸均質性良好(A)。另一方面，於比較例2之FRP成形體中，樹脂之含浸均質性不良(B)。根據該評價結果，於使樹脂含浸於強化纖維基材之步驟(步驟S6)中，即便
於樹脂向模腔之注入開始時將所有注入埠同時打開亦可獲得良好之樹脂之含浸均質性，但若藉由於樹脂向模腔之注入開始時，對應於強化纖維基材之片材積層方向而使注入埠之打開時點偏移，則可獲得更良好之樹脂之含浸均質性。但是，於使樹脂含浸於強化纖維基材之步驟(步驟S6)中，即便不使注入埠之注入開始時點偏移，亦可如實施例2般於可容許之範圍內獲得樹脂之含浸均質性。於不使注入埠之注入開始時點偏移之情形時，將注入埠遍及於片材積層方向分散地設置多個取代為遍及片材積層方向設置較長之狹縫狀之注入埠，認為即便自該狹縫狀之注入埠注入樹脂，亦可於容許之範圍內獲得樹脂之含浸均質性。
根據以上之評價及觀察結果，根據本發明之FRP成形體之製造方法，能製造利用習知之RTM法難以製造之、片材積層方向之尺寸大大超過100mm之600mm之厚壁FRP成形體。於該製造方法中，樹脂之含浸步驟(步驟S6)進行1次即可，又，若FRP成形體之體積為400×75×600mm左右，則樹脂之注入時間為30分鐘左右即可，因此，根據本發明之FRP成形體之製造方法，能夠提高FRP製品之量產性。
1‧‧‧成形裝置
2‧‧‧成形模具
3‧‧‧加熱裝置
4‧‧‧樹脂
5‧‧‧擠壓裝置
6‧‧‧排氣裝置
7‧‧‧供氣裝置
8‧‧‧強化纖維基材
20‧‧‧模腔
21‧‧‧注入埠
22‧‧‧排出埠
40‧‧‧注入裝置
41‧‧‧供給管
42‧‧‧開閉裝置
43‧‧‧排氣管
44‧‧‧切換裝置
45‧‧‧容器
80‧‧‧纖維片
D‧‧‧片材積層方向
Claims (2)
- 一種纖維強化塑膠成形體之製造方法，其包含：將多個纖維片積層而成之強化纖維基材以積層上述多個纖維片之方向即片材積層方向成為水平方向之方式配置於成形模具之模腔之步驟；自設置在配置於上述模腔之上述強化纖維基材之下方的注入埠向上述模腔沿反重力方向注入樹脂，而使上述樹脂含浸於上述強化纖維基材之步驟；對含浸有上述樹脂之上述強化纖維基材沿上述片材積層方向加壓之步驟；及使上述強化纖維基材含浸之上述樹脂硬化之步驟，於含浸上述樹脂之步驟中，上述注入埠係遍及於上述片材積層方向分散地設置多個，於上述樹脂向上述模腔之注入開始初期，使來自設置於上述強化纖維基材之上述片材積層方向之兩端部之下方的上述注入埠之上述樹脂之注入量，多於來自設置於上述強化纖維基材之上述片材積層方向之中央部之下方之上述注入埠的上述樹脂之注入量，而使浸透上述強化纖維基材之上述樹脂之液面水準呈上述片材積層方向之兩端部較中央部高，其後，以使上述樹脂之液面水準均勻之方式，改變上述注入埠中至少一個之注入量。
- 一種纖維強化塑膠成形體之製造方法，其包含：將多個纖維片積層而成之強化纖維基材以積層上述多個纖維片之 方向即片材積層方向成為水平方向之方式配置於成形模具之模腔之步驟；自設置在配置於上述模腔之上述強化纖維基材之下方的注入埠向上述模腔沿反重力方向注入樹脂，而使上述樹脂含浸於上述強化纖維基材之步驟；對含浸有上述樹脂之上述強化纖維基材沿上述片材積層方向加壓之步驟；及使上述強化纖維基材含浸之上述樹脂硬化之步驟，於含浸上述樹脂之步驟中，上述注入埠係遍及於上述片材積層方向分散地設置多個，上述多個注入埠中，於自設置於上述強化纖維基材之上述片材積層方向之兩端部之下方的注入埠開始上述樹脂之注入後，自剩餘之注入埠開始上述樹脂之注入。
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