JPH06206263A - カーボンファイバ構造およびその製造方法 - Google Patents

カーボンファイバ構造およびその製造方法

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JPH06206263A
JPH06206263A JP5191244A JP19124493A JPH06206263A JP H06206263 A JPH06206263 A JP H06206263A JP 5191244 A JP5191244 A JP 5191244A JP 19124493 A JP19124493 A JP 19124493A JP H06206263 A JPH06206263 A JP H06206263A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱硬化性樹脂で含浸された強化ファイバ層を
採用して一体的なモノリシック構造を製造するための器
具および方法を提供する。 【構成】 この器具は構造の形を決定する器具ベース
（４）、前記器具のカバー（８）、ナイロンまたは類似
の材料によって作られた外袋（１６）および必要とされ
るベイの数と同じだけの支持要素によって囲まれた２つ
の側面サポート（６）、通気材料（１７）、１枚の仕切
りフィルム（１８）、シーリングマスチック（１５）、
真空バルブ（１４）、管形仕切りフィルム（１０）およ
び管形袋（１１）からなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】この発明は熱硬化性樹脂で予め含浸された
繊維の強化層を利用して一体的なモノリシック構造を製
造するための器具および方法に関し、ナイロンまたは類
似材料で作られた外袋、製造されるべきキャビティの数
に必要とされるのと同じ数の支持要素（サポートとは構
造の予備成形されたコアに支持および位置付けを与える
要素である）、通気材料、１枚の仕切りフィルム、マス
ティック、真空が形成され得るバルブ、管形仕切りフィ
ルムおよび管形袋によって繋ぎ合わされる２つの半体シ
ェルからなる。
【０００２】この発明はこの製造プロセスに簡略化を導
入し、特に航空、海軍関係および鉄道建設分野、スタン
ド構造、軍用分野器具（橋、道路）、医療器具構造、自
動車産業ならびに低重量、高構造効率および高品質規格
を必要とする場合いずれにおいても有利である。
【０００３】航空機は同時に軽重量かつ強力でなければ
ならない材料および構造を採用するということは公知の
事実である。
【０００４】そのような構造を製造するために、熱硬化
性マトリックスとの複合材料を使用することは広く一般
的になった。
【０００５】特に、一体的な複合構造は大変効率がよい
と立証された。この型の構造の製造にはかなりの不便を
伴う器具および手順が必要であったため、発明者は器具
およびプロセスに関して根源である解決策を研究し、そ
して見つけるに至った。
【０００６】近年、熱硬化性複合構造部品の製造のため
の技術が一般的に採用されてきた。この製造方法は、熱
硬化性樹脂で予め含浸されたカーボンファイバ、グラス
ファイバなどの層をフォーミングツール上へ形成するこ
とに存する。
【０００７】層を互いにしっかりと固定し所望の形を与
えるために、層は成形ツールの表面と真空袋として公知
の外部柔軟性容器との間で閉じられた。
【０００８】航空分野および他の応用のための複合構造
部品の採用は、構造の２つの面を結合する強化要素、柱
を備えようとも、ワンショットで一体的な箱型構造を製
造することが可能であるため、製造コストの節約および
品質改善に関して十分な利益をもたらす（図１２）。
【０００９】この製造プロセスは今日まで複合層形成器
具を採用することによって予備形成されたが、それはし
ばしば製造するのに高価であり、かつ重合プロセスの間
全体の表面にわたって均一な圧力分布を確保しないけれ
ども重合のために長い加熱時間を必要とした。
【００１０】圧力を均一に加えることは、したがって先
の技術のもっとも困難な局面であり、したがってこの特
許明細書が関連する主題である。
【００１１】実際この発明は、箱型構造にわたって分布
された圧力を与え得、一方でカーボンファイバまたは同
等の材料でこれらの要素の予測可能でかつ均一な製造を
行なうための上部および低部プレートならびに横方向の
サポート（図３）からなるシステムに関する。先の技術
によって取入れられかつプロセスの間カーボンファイバ
の層に対する圧力の均一な適用を確保し得なかった硬質
または半硬質の除去のために設備製造の点で簡略化され
たシステムが得られる。
【００１２】発明をよりよく理解するために、図面の詳
細を説明する。図１は予備成形された柱を示し、充填剤
１と、予備成形された半柱２と、下部プリプライスキン
３と、ツールベースプレート４とを含む。
【００１３】図２はツール補助プレート上の支持要素を
示し、固定要素５と、側面プレート６と、支持要素７と
を含む。
【００１４】図３は支持要素を備えるフォーミングツー
ルを示し、固定要素５と、フォーミングツールベースプ
レート４と、横方向サポート６と、支持要素７とツール
の上部閉鎖カバー８とを含む。
【００１５】図４は管形袋を備える支持要素を示し、支
持要素７と、管形袋１１とを含み、Ｂ−Ｂは図６に示さ
れるアセンブリの部分を示す。
【００１６】図５は管形袋を表わし、真空バルブ１４
と、袋のシーリング１５とを含む。図６は管形袋および
支持要素の部分を示し、支持要素７と、フィルム１０
（内部セパレータ）と、管形袋１１と、通気材料１２
と、外部仕切りフィルム１３と真空バルブ１４とを含
む。
【００１７】図７は半柱の位置を示し、予備成形された
半柱２と、図６に従って層によって覆われる支持要素７
とを含む。
【００１８】図８は半柱を適所に有する補助支持要素の
部分を示し、予備成形された半柱２と、支持要素７と、
仕切りフィルム１０と、管形袋１１と、通気材料１２
と、仕切りフィルム１３とを含む。
【００１９】図９はフォーミングツールの閉鎖プレート
を示し、一体的な構造の下部閉鎖スキン３と、一体的な
構造の上部閉鎖スキン１９と、フォーミングツールの下
部プレート４と、フォーミングツールの上部プレート８
とを含む。
【００２０】図１０は最終袋アセンブリを示し、上部プ
レート８および下部プレート４と、肩６と、支持要素７
と、外部袋の要素１６、１７、１８とを含む。外部袋の
要素は、仕切りフィルム１８と、通気材料１７と、フィ
ルム袋材料１６と、真空バルブ１４と、シーリング剤１
５とを含む。
【００２１】この発明は例示的非限定的目的のために添
付の図面を参照して説明される。強化要素を備える箱型
構造を単一サイクルで製造することは、以下の材料、ツ
ール、および設備が利用可能であることを必要とする。
【００２２】− カーボン、アラミド、ガラスおよび類
似のもののような種々の性質のファイバで強化された予
め含浸された高分子マトリックス材料のロール − 真空袋を形成する補助材料 − 温度、湿度、塵含有量の点で制御された環境 − 温度および圧力サイクルが実行され得る閉鎖容器か
らなるオートクレーブ著者にとって現在好ましい変形を
示すために、例示的非限定的目的のために再度手順につ
いて説明する。
【００２３】実際、システムおよび手順はある動作およ
び／または材料をそれらの初期特徴を失うことなく逆に
することによって実現されてもよい。
【００２４】材料を約−２０度Ｃの低い温度で保存され
ている冷蔵庫から取出して準備し、それから外部保護外
皮上にもはや露ができなくなるまで、つまり周囲の温度
に達するときまで開放して放置する。
【００２５】設計に必要とされる方向および量に従って
含浸された材料を切断する。ツールはフィルムまたはス
プレーフィルムまたはテフロンまたは他のもののような
仕切り剤を付与することによって準備される。
【００２６】興味ある手順は以下の動作からなる。 （ａ） 各補助サポート７に、後日取除くのを容易にす
るためにセパレータの層１０を、それから、また続くシ
ーリング動作のために各側で約２分の１メートルの余剰
を残す管形袋１１を施す。
【００２７】（ｂ） 通気材料１２で管形袋１１の上か
ら各支持要素７を包み、それからその端部を適切な密閉
剤で固定する。
【００２８】（ｃ） 各支持要素７に、セパレータ１
０、管形袋１１、通気材料１２の上から、次のシーリン
グ動作のために各側で少なくとも２分の１メートルの余
剰を残して仕切り管形フィルム１３を施す。
【００２９】（ｄ） シーリング剤１５を用いて各管形
フィルムの端部を密閉し真空を作り出すためのバルブ１
４を各端部に付ける。
【００３０】（ｅ） 真空にし、管形セパレータフィル
ム１３が支持要素７の周りを締め付けるのを待つ。
【００３１】（ｆ） ステップ（ａ）ないし（ｅ）に従
って準備された支持要素の各々の上から、全体構造の予
備成形された半柱を重ねる（図１２）。
【００３２】予備成形は予め含浸された材料が重合プロ
セスを経ることなく予め定められた形を帯びるように、
真空および温度を与えることに存する。
【００３３】（ｇ） 成形ツールを閉じる各プレート４
および８上へ上部スキン３および下部スキン１９の予め
含浸された材料の層を重ねる。
【００３４】（ｈ） 関連する予備成形された柱を備え
る支持要素を下部プレート４へセットする。
【００３５】（ｉ） 充填材１を適所に載せる。 （ｊ） アセンブリの頂部に予め含浸された材料１９の
層を有する上部半体シェル８をセットする。
【００３６】（ｋ） 上記のもののすべての頂部に、シ
ート分離剤１８および通気材料１７を重ねる。
【００３７】（ｌ） 上記のすべての上に、袋フィルム
１６を載せ密閉剤１５でツールのベースプレート上へ袋
を密閉する。
【００３８】（ｍ） 管形セパレータ１３の各フィルム
の端部を開け、支持要素７に関して余剰の長さを切断す
る。
【００３９】（ｎ） 管形袋１１のチューブの各々の端
部を開き、それらの端部で密閉剤１５を用いて密閉す
る。
【００４０】（ｏ） 外袋フィルム１６の端縁をベース
プレート４上へ、同じく１６によって示される袋フィル
ムの端縁を内部管形袋１１の端部と、管形袋の端部を互
いに近くにシーリングすることによって外皮袋を準備す
る。
【００４１】（ｐ） 必要数の真空バルブ１４を与え
る。 （ｑ） 外部袋フィルム１６が要素４、６、８からなる
フォーミングツールの外側表面を締め付けるまで真空に
する。
【００４２】（ｒ） 管形サック１１の各々の端部を開
く。 （ｓ） 真空にし続ける。管形サック１１は外皮袋に閉
込められる容積を最小限にして支持要素７から分離する
であろう。
【００４３】（ｔ） 支持要素７を取出す。 （ｕ） アセンブリをオートクレーブもしくはオーブン
または他のものに移動し重合プロセスを行なう。
【００４４】これまでに説明されたこの手順およびそれ
に関連する装置は以下のことに役立つ。
【００４５】− 予備成形されたバーを正しく位置決め
し、それらをツールの閉鎖および外皮袋の準備の間中こ
の位置に留めること。
【００４６】− 重合プロセスの間、図１１に示される
ように構成要素の表面にわたって均一に圧縮圧力を与え
ること。
【図面の簡単な説明】
【図１】予備成形された柱を示す図である。
【図２】フォーミングツールベースプレート上の補助的
サポートの概略図である。
【図３】支持要素を備えるフォーミングツールの概略図
である。
【図４】管形袋を備える支持要素の図である。
【図５】管形袋の図である。
【図６】管形袋および支持要素の部分の図である。
【図７】半柱の位置を示す図である。
【図８】半柱を適所に備える支持要素の部分の図であ
る。
【図９】ツールの上部閉鎖蓋（８）および下部閉鎖蓋
（４）を示す図である。
【図１０】最終袋アセンブリの図である。
【図１１】圧力分布の概略図である。
【図１２】強化要素（柱）を備える箱型構造の図であ
る。
【符号の説明】
７ 支持要素 １０ 仕切りフィルム １１ 管形袋 １２ 通気材料 １３ 管形仕切りフィルム １４ 真空形成バルブ １５ 密閉剤
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２９Ｌ 31:30

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 航空学的目的に特によく適し、実現され
    るべき以下のツールおよび設備を必要とする、カーボン
    ファイバ構造であって、 カーボン、アラミド、ガラスなどの異なった性質のファ
    イバによって強化される高分子マトリックス材料のロー
    ルと、 真空袋を実現するための補助材料と、 温度、湿度、塵含有量などの制御を有する部屋と、 圧力温度サイクルが実行され得る閉鎖容器またはオート
    クレーブとを含む、カーボンファイバ構造。
  2. 【請求項２】 冷蔵庫から材料を取出すステップと、 設計に必要とされる方向および量に従って材料を切断す
    るステップと、 フィルム、スプレー、テフロンなどの形式で分離剤をあ
    てがうことによってツールを準備するステップと、それ
    から （ａ） 支持要素（７）の各々に仕切りフィルム層（１
    ０）を施し、それから各側に余剰を残して、管形袋（１
    １）を施すステップと、 （ｂ） 各支持要素（７）を管形袋（１１）の上から通
    気材料（１２）で包みその端縁を適当な接着テープで固
    定するステップと、 （ｃ） 各支持要素（７）に各端部に余剰を残して管形
    仕切りフィルムを施すステップと、 （ｄ） 密閉剤（１５）を用いて各管形フィルムの端部
    を密閉し各端部に真空形成バルブ（１４）を与えるステ
    ップと、 （ｅ） 真空にし、管形仕切りフィルム（１３）が前記
    のものすべてを支持要素（７）へ締め付けるまで待つス
    テップと、 （ｆ） 前記ステップ（ａ）ないし（ｅ）に従って準備
    された各支持要素上に全体構造（１２）の強化要素とし
    て作用する予備成形された柱（２）を位置決めするステ
    ップと、 （ｇ） フォーミングツールを閉じる各プレート（４）
    および（８）上に上部スキン（１９）および下部スキン
    （３）の予め含浸された材料の層を位置決めするステッ
    プと、 （ｈ） 下部プレート（４）上へ関連の予備成形された
    半柱（２）を備えた支持要素（７）を位置決めするステ
    ップと、 （ｉ） 充填材（１）を位置決めするステップと、 （ｊ） 予め含浸された材料（１９）の関連の層を備え
    たアセンブリの頂部に上部半体シェル（８）を位置決め
    するステップと、 （ｋ） アセンブリ全体を仕切りィフィルムシート（１
    ８）でかつ通気材料（１７）で覆うステップと、 （ｌ） アセンブリ全体を袋フィルム（１６）で覆い、
    その袋を密閉剤（１５）でツールのベースプレートに密
    閉するステップと、 （ｍ） 仕切りフィルムチューブ（１３）の各々の端部
    を開け、支持要素（７）の長さの余剰を切断するステッ
    プと、 （ｎ） 管形サック（１１）の端部を開け、密閉剤（１
    ５）でそれらの端部を密閉するステップと、 （ｏ） 外袋（１６）の端縁をベースプレート（４）
    に、袋フィルム（１６）の端縁を内部管形サック（１
    １）の端部と、管形袋端部を互いの近くに密閉して外皮
    袋を形成するステップと、 （ｐ） 十分な個数の真空形成バルブ（１４）を与える
    ステップと、 （ｑ） 外部袋材料（１６）がフォーミングツール
    （４）、（６）、（８）の外部表面上を締め付けるまで
    真空にするステップと、 （ｒ） 管形サック（１１）の各々の端部を開くステッ
    プと、 （ｓ） アセンブリをオートクレーブまたはオーブンに
    移動し、重合サイクルを行なうステップとを含むことに
    よって特徴付けられる、請求項１に記載の特に航空分野
    の応用によく適したカーボンファイバ構造を製造するた
    めの方法。
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