JPH05508362A - 複合材料の製造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、例えば、航空機の外面材料を形成するのに特に適した複合材料のよう な複合材料を製造するための装置および方法に関する。

用語「材料」は、本発明の応用に応じて、例えば、積層体継手のようないずれの 適当な構成要素または構造体を含む。

従来から提案されている複合材料は高い弾性率を有する高強度の繊維を均一なマ トリックス内に埋め込むことにより製造されていた。このような材料の一例にお いては、繊維は炭素、アラミドまたは硼素製であり、マトリックスはエポキシ、 ビスマレミド（ｂｉｓ＋ｎａｌｅ＋ｎ１ｄｅ　）またはポリイミド樹脂のような 材料で形成することができる。

これらの繊維を、わずかに硬化された樹脂を予め含浸した一方向性、織られた、 または繊維状マツ）　（ｍａｔ　）形態で供給して中間織物（ｆａｂｒｉｃ）材 を形成する。この中間織物材は可撓性且つ粘着性であり、その中の繊維フィラメ ントの位置は固定されない。これらの中間織物材の層をモールド内で重ねて組み 立て、次いで圧縮し、加熱する。加熱作用により、樹脂の硬化を促進し、加熱と 圧縮との組み合わせにより、中間織物材を互いに接合して複合材料を形成する。

本出願人の出願中のＧＢ２２３８９７７Ａ号には、複合材料を製造する方法が開 示されており、この方法においては、各層が粘着性の均一な樹脂マ）−ＩＪフッ クス中高い弾性率を有する高強度の繊維を含んでいる中間織物材を複数層、面と 面とを合わせて設け、上記複数層を間隔を隔てた位置で互いに留め、次いで層組 み立て体を圧縮し、加熱して樹脂を硬化する。

本発明は、特に、中間織物材の層を間隔を隔てた位置で互いに留めるための装置 および方法に関する。

本発明の一局面によれば、積層体中に位置決めされた中間織物材の複数の層を互 いに留める装置において、積層体を貫いて通路を形成する第１手段と、用意した 材料の輪を通路に引き通して積層体の両面から延在させる第２手段と、前記輪を 積層体の一方の面から所定の距離を隔てた位置で切断して用意した材料の２つの 独立片を形成する第３手段と、各月の端部分を積層体の両面上に折り返して他方 の片から離れる方向に延在させる手段とを備えていることを特徴とする装置が提 供される。

本発明の他の局面によれば、積層体中に位置決めされた中間織物材の複数の層を 互いに留める方法において、積層体を貫いて通路を形成し、用意した材料の輪を 通路に引き通して積層体の両面から延在させ、前記輪を積層体の一方の面から所 定の距離を隔てた位置で切断して用意した材料の２つの独立片を形成、し、各月 の端部分を積層体の両面上に折り返して他方の片から離れる方向に延在させるこ とを特徴とする方法が提供される。

次いで、中間織物材の留められた層の積層体を圧縮し、加熱して樹脂を硬化する ことができる。

本発明の一実施例においては、前方切断刃に隣接して長さ方向（ｌｏｎｇｉｔｕ ｄｉｎａｌ）のスロットを有する可動の平らな幅狭いブレードが本発明の第１お よび第２手段を構成する。操作にあたり、ブレードを前進させて積層体を貫いて 通路を形成する。次いで、ブレードが輪の中間点に位置決めされるように、用意 した材料の輪をブレードの長さ方向のスロットに通し、そして輪の中間部分およ び端部分が積層体の両面から延在した状態で輪が通路に位置決めされるように、 ブレードを積層体から引き抜く。第３の手段は、輪の中間部分が積層体の一方の 面から所定距離を隔てて位置決めされると、用意された材料の２つの独立片を形 成するように輪を切る静止ブレードを有している。輪を構成する材料の長さおよ び静止ブレードの位置は、２つの片が各々積層体の両面から等しい距離突出する ように定められる。

添付の説明に役立つ図面を参照して本発明の一実施例を以下−例として説明する 。

第１図乃至第７図はここで前述した中間織物材の層を互いに留める際の７つの段 階を示す略図であり、第８ａ図および第８ｂ図は、それぞれ、中間織物材の層を 互いに留めるための用意した材料のトウ（ｔｏｗ　）の１平面図および側面図で あり、 第９図および第１０図は修正された留め方法の図である。

第１図乃至第７図を参照すれば、中間織物材の積層体２を留め操作の開始前に除 去される剥離フィルム（図示せず）上に供給する。この積層体は室温、真空下で 圧縮または収縮済みである。この圧縮または収縮により、提案した複合材料の組 み立てを助成する程度の構造剛性が積層体に与えられる。積層体は面と面とを重 ね合わせた材料の複数の層よりなる。中間織物材の各層は、エポキシ、ビスマレ ミド（ｂｉｓｍａｌｅｍｉｄｅ　）　、またはポリイミド樹脂である均一なマト リックスに高い弾性率を有する高強度繊維を埋め込むことにより形成される。こ れらの繊維は一方向性でもよいし、織られてもよいし、あるいは繊維マットの形 態でもよく、これらの繊維は炭素、アラミドまたは硼素のような材料で製造され ていてもよい。各中間織物材層には、織物層が粘着性且つ可撓性であるように樹 脂マトリックスがわずかに硬化された状態で供給され、この段階では、繊維はマ トリックスに位置が固定されていない。積層体２は、形状が矩形であり、前方切 断刃６を有する可動のナイフブレード４の下で水平姿勢で位置決めされる。ブレ ードは、図面の平面内ではその小さい寸法を有し、図面の平面と直角な平面では その大きい寸法を有する。また、ブレード４は平らであり、「平ら」とは、ブレ ードが完全に図面の平面と直角な平面内にあることを意味している。ブレード４ には、細長い長さ方向のスロット８がブレード切断刃６に隣接して位置決めされ ている。

形態が第１ブレード４と同様な第２の平らな幅狭いブレード１０が第１ブレード ４と摺動接触して位置決めされている。このブレード１０は静止しており、その 前方切断刃１２は積層体２の上面１３の上方に所定の距離ｒｌＩＪを隔てて位置 決めされている。

操作においては、ブレード４を第１図に示すその休止位置から前進させて積層体 ２を切り込んでいき、それにより積層体２を貫いてスリット状通路１４を形成す る。スロット８が積層体２の下面１６を通り越すまで、ブレード４を前進させる 。用意した材料の予め切られた所定長さのトウ１８をブレード４の各側から等し い距離延在するようにスロット８に通す。第８ａ図および第８ｂ図を参照すると 、トウ１８は実質的に矩形の断面のものであることがわかるであろう。トウ１８ は予め含浸された（プレプレグ：　ｐｒｅｐｒｅｇ　）または乾燥（樹脂無し） 状態である織られたおよび／または無方向性（ｕｎｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ　） 材料の複数の層から形成されている。各層はケブラー（Ｋｅｖｌａｒ）　、炭素 または硼素製の補強材を含む熱硬化性および／または熱可塑性材料で作られてい る。用語「プレプレグ」とは、Ｂ段階樹脂系が含浸された補強材を指して言う。

用語「Ｂ段階」とは、プレプレグ織物の取り扱い性を向上させるように粘度およ び粘着性を増大させるために限られた硬化を受けた樹脂を指して言う。

これは、熱硬化プレプレグが、織られたものであっても無方向性（ｕｎｄｉｒｅ ｃｔｉｏｎａｌ　）であっても、加工業者により供給される状態であるが、この 特定の発明にとっては何ら独特ではない。

トウ材料の層（積層体）は圧縮状態にあり、この圧縮状態とは、室温のみで真空 下で固定された材料の積層体を指して言う。

次いで、第４図および第５図に示すようにブレード４を引き抜き、スロット８の 下縁部を積層体２の上面１３の上に距離ｒＪまで引き抜くと、静止ブレード１０ の切断刃１２がトウ１８の輪を切って第５図に示すようにトウの２つの独立片２ ０．２２を形成する。静止ブレード１０の位置およびトウ片２０．２２の長さは 、片２０．２２が互いに等しい長さのものであり、各々が積層体２の上面および 下面１３．１６から等しい距離延在するように定められている。

第６図を参照すると、トウ片２０．２２を、各々、それらの端部分が互いに離れ る方向に延在するように、積層体２の上面および下面１３．１６に折り返す。

複数の留めトウ１８を積層体２に互いに所望の間隔を隔てた位置に位置決めする ように上記の操作を繰り返し、次いで積層体２および位置決めされたトウ留め具 を硬化する。

第９図を参照すると、望むなら、折り返されたトウ片２０．２２を覆って追加の 中間織物材層を設置してもよい。これらの追加層はトウ片２０．２２のみ、ある いは積層体２の上面および下面１３．１６の全体を覆うように寸法法めされる。

第１０図を参照すると、次いで、積層体およびトウ留め具を硬化してトウ留め具 を封入する。

積層体２およびトウ留め具を硬化する１つの適当な装置および方法は本出願人の 出願中の特許出願公報ＧＢ２２３８９７７Ａ号に記載されている。

この実施例の変更例においては、単一の積層体２０代わりに、本出願人の出願中 の特許出願公報ＧＢ２２３８９７７Ａ号に開示されているように重ね合わせ関係 に置かれた２つの中間織物材の積層体を使用することができる。

本発明の上記の図示実施例は下記の有利な特徴を有している。

（ａ）亀裂伝播に対する増加した弾性とともに、向上した耐衝撃性、引張強度、 剥離強度および剪断強度。

（ｂ）先に知られていた機械的留め具の場合よりも、トウの構造要素を、留めら れた材料に付与される荷重と、より正確に整合するように位置決めすることがで きる。

（ｃ）公知の機械的継手と関連した下記の主な問題を解消することができる。

（１）積層耐の厚さの増大が公知の機械的留め具により生じる増大より少ない。

これは、切断ブレードが積層体の材料のきれいな切断を行い、次の硬化工程中に 積層体の厚さのいずれの増大も少なくとも部分的に除去されるからである。

（２）機械的留め操作の技術で使用される穴あけ、ジグ工作、皿座ぐり、および リベット留めと関連した代表的な問題が回避される。

（３）継手は自己シール性であり、従って、不利な環境で使用するのに理想的で ある。かかる用途の一例はあらゆる天候状態で使用される航空機の翼に燃料を収 容するための使用である。

（４）これらの留め具は機械的留め具より軽い。

（５）完成された継手は積層体の外面上において空気力学的に滑らかであり、そ の結果、充填、フェザリング、平滑化または皿座ぐり操作のいずれも行うことが 必要でない。

（ｄ）（１）中間織物層を剥離しないようにするための剥離防止留め具として作 用するように、 （２）硬化操作前および硬化操作中に積層体の中間織物層を適所に正確に固着す るように、 継手を使用して、例えば積層体の端部に、積層体の局部的補強を行うことができ る。

（ｅ）留め操作は、−回の自動化操作で完了することができるので、機械的留め 具の場合の操作より労力が効率的である。

（ｆ）留め具が非金属であるので、安全率がより高い。例えば、留め具を燃料容 器環境中で使用する場合、アーク発生の危険が回避される。

（ｇ）例えば、刃および補剛材ウェッブ（ｗｅｂ　）の場合のように、追加の留 めを必要とする領域、および留め具が通常使用されない領域に留め具を位置決め することができる。

（ｈ）進歩した複合材料の構造強度を増大させるために、すなわち、層の離層を 防ぐためにトウ留め具を使用することができる。

（ｉ）本発明の留め具では、金属留め具と関連した電蝕（ｇａｌｖａｎｉｃ　ｃ ｏｒｒｏｓｉｏｎ）問題が生じない。

（ｊ＞留められる材料の荷重付与要件に対処するために、トウ用に高強度または 高弾性率の材料を選択することができる。

要約 積層体（２）を形成すべく中間織物材の複数の水平層を互いに留めるための装置 は第１ナイフブレード（４）を有する。このブレード（４）は前方切断刃（６） を有しており、ブレード（４）には、長さ方向のスロット（８）が位置決めされ ている。

第２の平らなナイフブレード（１０）がブレード（４）と摺動接触している。こ のブレード（１０）は不動であり、その前方切断刃（１２）は積層体（２）の上 面（１３）の上方に所定の距離を隔てて位置決めされている。ブレード（４）を 前進させて、スロット（８）が積層体の下面（１６）を通り越すまで、積層体（ ２）を切っていく。所定長さのトウ（１８）をブレード（４）の各側で等しい距 離延在するようにスロット（８）に通す。次いで、ブレード（１０）の切断刃（ １２）がトウ輪を切って２つの独立片（２０，２２）を形成するまで、ブレード （４）を引き抜く。これらの片（２０，２２）を積層体（２）の上面および下面 （１３，１６）に折り返し、次いで積層体を硬化する。

国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．積層体（２）中に位置決めされた中間織物材の複数の層を互いに留める装置 において、積層体（２）を貫いて通路（１４）を形成する第１手段と、用意した 材料の輪（１８）を通路に引き通して積層体（２）の両面から延在させる第２手 段と、前記輪を積層体の一方の面から所定の距離を隔てた位置で切断して用意し た材料の２つの独立片（２０、２２）を形成する第３手段と、各片の端部分を積 層体（２）の両面（１３、１６）上に折り返して他方の片から離れる方向に延在 させる手段とを備えていることを特徴とする装置。 ２．請求項１記載の装置において、前記第１手段は第１ナイフブレード（４）で あることを特徴とする装置。 ３．請求項２記載の装置において、前記第２手段は前記第１ナイフブレード（４ ）であることを特徴とする装置。 ４．請求項３記載の装置において、前記第１ナイフブレード（４）は、前記輪（ １８）を受け入れるように、それを貫いた孔（８）を有していることを特徴とす る装置。 ５．請求項１乃至４のいずれかに記載の装置において、前記第３手段は積層体（ ２）の前記一方の面（１３）から前記所定の距離を隔てて位置決めされた切断刃 （１２）を有する第２ナイフブレード（１０）であることを特徴とする装置。 ６．請求項５記載の装置において、前記ブレード（４、１０）は互いに摺動接触 していることを特徴とする装置。 ７．積層体（２）中に位置決めされた中間織物材の複数の層を互いに留める方法 において、積層体を貫いて通路（１４）を形成し、用意した材料の輪（１８）を 通路に引き通して積層体（２）の両面（１３、１６）から延在させ、前記輪を積 層体の一方の面（１３）から所定の距離を隔てた位置で切断して用意した材料の ２つの独立片（２０、２２）を形成し、各片の端部分を積層体の両面上に折り返 して他方の片から離れる方向に延在させることを特徴とする方法。 ８．請求項７記載の方法において、輪（１８）の長さおよび前記所定の距離は、 ２つの独立片（２０、２２）が各々積層体（２）の両面から等しい距離突出する ように定められていることを特徴とする方法。 ９．請求項７または８記載の方法において、積層体（２）の各面上の折り返し端 部分を覆って少なくとも１つの追加の中間織物材層を設置することをさらに含む ことを特徴とする方法。 １０．請求項７乃至９のいずれかに記載の方法において、互いに所要の間隔を隔 てた位置で前記操作を繰り返すことをさらに含むことを特徴とする方法。 １１．請求項７乃至１０のいずれかに記載の方法において、留められた層を硬化 することをさらに含むことを特徴とする方法。