JPS6357225A - ハニカムコア構造体及びその製造方法 - 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】 技術分野 本発明は、多孔質のセル状材料のコアを有する繊維強化
複合材料物品の製造方法に係り、更に詳細にはハニカム
コアを有する繊維強化複合材料製のサンドイッチ構造の
物品を製造するに特に有用な方法に係る。

背景技術 繊維強化複合材料物品に於て軽量の構造部材として作用
するようハニカムコア構造体を使用することはよく知ら
れている。かかる構造体は繊維強化樹脂マトリックス材
料の層の間にサンドイッチ状に挾まれたアルミニウム、
フェノール樹脂、ノーメックス（Ｎｏｆｌｌｅｘ（登録
商標））、又は他のオープンセル状の材料よりなるハニ
カムコアを含んでいる。これらの構造体は、樹脂を硬化
させた完成した複合材料物品を形成するためには典型的
には真空下及び加圧下にて加熱されなければならない未
硬化状態又はＢ段階状態の樹脂マトリックスと共に積層
される。

発明が解決しようとする問題点 現在のところかかる複合材料に於ては厚さ約１ｉｎｃｈ
　（２５，４ａ＋ｍ）又はそれ以下のハニカムコアが使
用されている。かかる大きさのコアに関しては、複合材
料物品に対し硬化処理を行う際に必要な圧力及び真空に
よる問題は殆ど発生していない。

しかし１ｉｎｃｈ　（２５，４ｍｍ）以上の厚さを有す
るハニカムコアを使用することが望ましいことが近年解
っている。しかしながらかかる厚さのハニカムコアが使
用される場合には、複合材料物品が所要の真空及び加圧
下にもたらされると硬化処理サイクル中に種々の問題が
生じる。かかる構造体に適用される５　０　　ｐｓｉ　
（３，５ｋｇ／ａ％）もの圧力によりハニカムコアの側
部が崩壊せしめられ、かかる崩壊時にハニカムコアが寸
法的に変形された状態になることが解っている。このこ
とが第１図及び第２図に明瞭に示されており、第１図は
プリプレグが積層された複合材料１であって、安定化さ
れていないハニカムコア１０が使用され、ハニカムコア
の上面及び下面に黒鉛繊維層２０が配置された複合材料
１をそれが硬化処理される以前の状態にて示している。

また第１図は硬化処理された複合材料を示しており、特
に硬化処理により生じた変形を示している。この変形は
一般に［レモンシーディング（ｌｅｍｏｎ　ｓｅｅｄｌ
ｎｇ　）　Ｊとして知られており、構造体の側部３０が
硬化条件下に於て崩壊せしめられる。

ハニカムを安定化させてハニカムコアが硬化プロセス中
に崩壊することを防止する多数の試みが従来より行われ
ている。かかる試みの一つはハニカムコアの外方部をエ
ポキャスト（Ｅ　ｐｏｃａｓｔ　（登録商標））のエポ
キシ樹脂接着剤の如き剛固な接着剤にて充填することで
あったが、かかる方法に於ても積層体が硬化処理される
際にハニカムコアが崩壊され、構造体の重量が増大され
るので、かかる方法は良好には機能しなかった。他の一
つの試みは何れの材料が安定化された物品となるかを見
極めるべく、幾つかの種々の材料の層を適用することで
あった。試みられた幾つかの材料は金属ボンド、ガラス
繊維、ケブラー（Ｋ　ｅｖｌａｒ　　（登録商標））繊
維であった。しかしこれらの何れもハニカムが崩壊する
ので満足し得る解決手段とはならなかった。更に試みら
れた多数の材料は、それらが有害なものであり、特定の
複合材料物品の製造には必然的に使用し得ないものであ
り、物品の材料コスト及び重量を増大させるという点か
ら望ましくないものであった。

従って当技術分野に於て必要とされているものは、硬化
プロセス中に厚いハニカムコアを安定化させる単純にし
て低廉な方法である。

発明の概要 本発明によれば、複合材料の積層体の最終硬化処理時に
も実質的にレモンシーディングが発生せず、従って正味
の形状の硬化した複合材料を得ることができるよう、ハ
ニカムコア構造体を安定化させる方法が開示される。

本発明の方法は、オープンセルのハニカムのコアに対し
樹脂にて含浸された織られた黒鉛連続繊維の層を接合す
る過程と、樹脂を硬化させて安定化されたハニカムコア
を形成する過程と、安定化されたハニカムコアを正味の
形状に成形する過程と、正味の形状のハニカムコアに追
加の複合材料の所要の層を適用することにより所望の複
合材料物品を形成する過程と、樹脂を硬化させて最終の
複合材料物品を形成する過程とを含んでいる。

また本発明によれば、樹脂にて含浸された織られた黒鉛
連続繊維の層が接合されたオープンセルのハニカムコア
を含む安定化されたハニカムコアが開示される。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。

発明を実施するための最良の形態 安定化されるべきハニカムコアは、繊維強化ハニカムコ
ア複合材料構造体の製造に有用な従来より使用されてい
るオープンセルのハニカムの何れであってもよい。一般
にハニカムコアの構成材料はアルミニウム、ノーメック
ス、フェノール樹脂等、又は従来よりハニカム構造体の
製造に使用されている材料の何れであってもよい。一般
にハニカムコアの壁の厚さは０．００２〜０．００８ｉ
ｎｃｈ（０，０５１〜０．２０ｍｍ）の範囲である。好
ましいハニカム材料はノーメックス又はフェノール樹脂
である。本発明の方法は高さが１ｉｎｃｈ　（２５，４
ｎ＋＋ｎ）以上であるハニカム構造体との関連で使用さ
れることが最も有用なものである（この場合高さはオー
プンセルの壁の方向である）。

硬化処理サイクル中にハニカムコアを安定化させるため
に使用されてよい黒鉛繊維層は従来の黒鉛繊維層の何れ
であってもよい。黒鉛繊維層の繊維は、繊維の最大圧縮
強さの方向がハニカムコアに与えられる圧縮力が最大に
なる方向になるよう配向されなければならない。かかる
ハニカムコアの一つの典型的な例は、形状が正方形又は
長方形であり、圧縮力が主として四つの側部に作用する
ハニカムコアである。かかる状況下に於ては、黒鉛繊維
は互いに他に対し±９０°にて織られなければならず、
黒鉛繊維層はその繊維がハニカムコアの壁の側面に対し
±９０°をなすようハニカムコアに取付けられなければ
ならない。円形のハニカム構造体に於ては、できるだけ
等方向な条件に近くなるよう黒鉛繊維を配向することが
好ましい。

一般に織られた黒鉛繊維にて強化されたポリマーの圧縮
強さは、ポリマーの硬化後に於ては約１０００００〜１
５００００　　ｐｓＩ（７０３０〜１０５００ｋｇ／ａ
＋＋”）の範囲である。一般に織られた黒鉛繊維の厚さ
は約０．００５〜０．０１４　　ｍ１ｌ（０゜１３〜０
．３６μ）であり、好ましい厚さは約０゜０１４　　ｍ
ｊｌ（０，３６μ）である。

本明細書に於ては織られた黒鉛繊維よりなる布を用いて
本発明が説明されるが、所要の圧縮強さを与えてハニカ
ムを安定化させる強化系を構成すべく、互いに他に対し
適当な角度にて積層された一方向に配向された黒鉛繊維
の二つ又はそれ以上のプライが使用されてもよい。

黒鉛繊維層は樹脂にて含浸される。一般に黒鉛繊維層を
含浸させるために使用される樹脂は、複合材料構造体の
残りの部分に使用される樹脂と同一であるが、必ずしも
同一の樹脂に限定されるものではない。一般にかかる樹
脂系は熱硬化性材料（例えばエポキシ樹脂）であるが、
最終の正味の形状の複合材料物品の硬化処理プロセス中
にも十分な剛性を保持するものであれば、熱可塑性樹脂
が使用されてもよい。かかる樹脂系は従来より使用され
ているものであり、当業者に知られているものである。

黒鉛繊維層に含浸される樹脂の量は典型的には約４０〜
６０ｖｏ１％の範囲である。しかし硬化した樹脂及び黒
鉛繊維層が複合材料の最終硬化処理中に黒鉛繊維層の圧
縮強さを保持し得る限り、樹脂の量はそれほど重要では
ない。従来の樹脂系に加えて、接着剤として作用し黒鉛
繊維層をハニカムコアに接合する接着剤又は樹脂を含有
する接着剤プリプレグ系が使用されても′よい。

かかる接着剤プリプレグ系によれば、後に説明す　　、
る如く黒鉛繊維層をハニカムコアに取付けることを補助
するための独立の接合層の必要性が排除される。

まずハニカムコアが特定の所要の寸法に切断される。次
いで黒鉛繊維層が最大の表面積を有するハニカムコアの
オープンセル面に取付けられる（効率が低くてもよい場
合には、より小さい面に黒鉛繊維層が取付けられてよい
）。黒鉛繊維層の取付部は黒鉛繊維層とハニカムコアと
を密に接触させるものでなければならない。このことは
典型的には黒鉛繊維層を適用する前にハニカムコアの面
に膜状接着剤の薄い層を適用することにより達成される
。メタルボンド（Ｍ　ｅｔａｌｂｏｎｄ　（登録商標）
１１１３、ＡＦ１６３、ＦＭｌｏｏＯのエポキシ樹脂を
ベースとする接着剤の如く大抵の任意の両−１０＝ 立可能な膜状接着剤が使用されてよいが、チームコ９コ
ーポレイシヨン（Ｎ　ａｒｍｃｏ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉ
ｏｎ）より販売されているメタルボンド１］〕３が好ま
しい材料である。膜状接着剤層の厚さは一般に約０．０
０３〜０．００８１ｎｃｈ（０，０７６〜０゜２０　ｍ
ｍ）であり、約０．００３ｉｎｃｈ（０，０７６ｍｍ）
が好ましい厚さである。接着剤の厚さはそれほど重要で
はないが、接着剤の層が薄すぎる場合には黒鉛繊維層が
ハニカムコアより剥離してしまい、接着剤の層が厚すぎ
る場合には接着剤の層の圧縮強さが小さいことに起因し
て黒鉛繊維層がハニカムコアに対し相対的に変位してし
まう。前述の如く、他の一つの方法は黒鉛繊維層の含浸
祠として接着剤プリプレグ祠料を使用し、これにより別
個の接着剤層を適用する必要性を排除することである。

黒鉛繊維層が適用された後、従来の真空バッグ法及び適
正な圧力を使用して接着剤が硬化され、これにより安定
化されたハニカムコアが形成される。一般に硬化処理プ
ロセスには真空バッグに装入された物品をオートクレー
ブ内に配置し、これにより約３５０下（１７７°Ｃ）の
温度及び約５０　　ｐｓｉ　（３，５ｋｇ／ａｎ’）ま
での圧力下にもたらすことが含まれている。接着剤は硬
化して黒鉛繊維層をハニカムコアに接合する。

上述の安定化プロセスの結果として、ハニカムコアは成
る程度（ハニカムコアの高さに応じて約２０％〜１００
％）崩壊した状態又はレモンシーディングの状態になる
。次いで安定化されたコアは崩壊した部分を除去するこ
とにより所要の正味の形状に切断され、これにより開い
たハニカムのに１面４０及び下面に配置された黒鉛繊維
の安定化層（図示せず）を有する第３図の安定化された
ハニカム構造体が形成される。

次いで安定化された正味の形状のハニカムコアはその上
面及び下面に予め含浸された繊維層の多数の層を配置し
て積層するが如き従来の方法により最終の複合材料構造
体に形成される。この積層体を型内に配置し、積層体を
バッグ内に装入して真空下、成る圧力及び温度下にもた
らして樹脂を硬化させ、かくして複合材料物品が形成さ
れる。

＝　１２　− かかる複合材料の硬化処理プロセスに関連する全てのパ
ラメータは一般的なパラメータであり、当業者に知られ
ている。典型的にはかかる構造体を硬化処理するために
与えられる圧力は約５０ｐｓｌ（３、５ｋｇ／　ａｎＱ
）までの圧力であり、温度は約３５０下（１７７℃）で
ある。

ハニカムコアの全面を覆う他の一つの方法は、第４図に
示されている如く、安定化されるべき面の縁部の周りに
黒鉛繊維のリングを配置することである。この場合黒鉛
繊維層５０は７＼ニカムの面６０のエツジの周りにのみ
積層され、これによりそれらのエツジが安定化されてノ
１ニカムコアの崩壊を阻止するに十分な圧縮強さが与え
られる。

例 本発明を用いてハニカムコアを内部に含む複合材料物品
が以下の如く形成された。一つのノーメックスハニカム
コアが高さ２１ｎｅｂ　（５１１＋１１１１）　、長さ
６　ｆｅｅｔ　（１８３ｃａ＋）　、幅６　ｆａｃｔ　
（１８３ｃｍ）の寸法に切断された。この材料はへキセ
ル・コーポレイション（Ｈｅｘｃｅｌ　Ｉ　　Ｃｏｒｐ
ｏｒａｔｌｏｎ）より販売−１３＝ されている。次いでこのシートが型上に配置され、ナー
ムコ・コーポレイションより販売されているメタルボン
ド１１１３接着剤の層が／％ニカムコアの一方の面に適
用された。この膜状接着剤の厚さは０．００３ｉｎｃｈ
（０，０７６ｎｕ＋＋）であった。膜状接着剤の層上に
厚さ０．０１４ｉｎｃｈ（０，３６１のナームコ５２２
５の層が２８５本の織られた黒鉛繊維よりなる布と共に
配置された。黒鉛繊維層の厚さは０．０１４１ｎｃｈ（
０，３６ｍｍ）であり、黒鉛繊維層は温度３５０下（１
７７℃）、圧力５０　ｐｓｌ　（３，５ｋｇ／ａｍ’）
にて２時間に亘り硬化処理されることによりハニカムコ
アの下面に接合された。

黒鉛繊維層がハニカムコアに接合された後、上述の膜状
接着剤と同一の膜状接着剤の層がノーニカムコアの両面
に適用された。次いでナームコ・コーポレイションより
販売されている５２２５本の黒鉛繊維を含むエポキシ樹
脂プリプレグの四つのプライが膜状接着剤の各層」二に
積層され、これにより積層体が形成された。次いでこの
積層体が真空バッグ内に配置され、真空バッグ及び積層
体がオートクレーブ内に配置され、真空バッグ内が真空
化され、しかる後５０　ｐｓｉ　（３，５ｋｇ／ａｎ’
）の圧力及び３５０下（１７７°Ｃ）の温度にて２時間
の亘り硬化処理裡が行われた。その結果得られた複合材
料物品に於てはハニカムの崩壊は認められなかった。

試験によって確認された訳ではないが、上述の如く得ら
れた構造体はサンドイッチ構造体に於ける主要な荷重伝
達経路である外周部に於て低いノックダウン係数（低減
されたラミネート特性、即ち引張り強さ及び圧縮強さで
あって、これらの特性が７０％はど低減されている）を
有している。

このことはセルの間に圧力を与え、これによりノックダ
ウン効果を低減する薄膜を構成する安定化された黒鉛繊
維層によるものである。

以上に於ては本発明を特定の実施例について詳細に説明
したが、本発明はかかる実施例に限定されるものではな
く、本発明の範囲内にて他の種々の実施例が可能である
ことは当業者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は樹脂マトリックスの硬化処理前及び硬化処理後
に於けるハニカムコア複合材料積層体を示す平面図であ
る。 第２図は樹脂マトリックスの硬化処理前に於けるハニカ
ムコア複合材料積層体を示す側面図である。 第３図は樹脂マトリックスの硬化処理後に於ける安定化
用黒鉛材料の層を有するハニカムパネルを示している。 第４図はハニカムの周縁部の周りに黒鉛のリングを配置
することによりハニカムを安定化させる他の一つの方法
を示している。 １・・・複合材料、１０・・・ハニカムコア、２０・・
・黒鉛繊維層、３０・・・側部、４０・・・上面、５０
・・・黒鉛繊維層、６０・・・ハニカム面 特許出願人　　ユナイテッド・チクノロシーズ・コーポ
レイション 代　　理　　人　　　弁理士　　　明　　石　　昌　　
毅（方式）（自　発） 手続補正書 昭和６１年１０月２７臼 １、事件の表示　昭和６１年特許願第２０２６２２号２
、発明の名称 繊維強化複合材料物品の製造方法 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　所　　アメリカ合衆国コネチカット州、ハートフォ
ード、フィナンシャル・プラザ　１ 名　称　　ユナイテッド・チクノロシース・コーポレイ
ンヨン４、代理人 居　所　　〒１０４東京都中央区新川１丁目５番１９号
６、補正の内容　別紙の通り

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ハニカムコアを有し、前記ハニカムコアは１ｉｎ
   ｃｈ（２５．４ｍｍ）以上の厚さを有する繊維強化複合
   材料物品を製造する方法にして、 樹脂にて含浸された織られた黒鉛連続繊維の層を前記ハ
   ニカムコアのオープンセルの面の少なくとも一方に接合
   する過程と、 前記樹脂を硬化させ、これにより前記ハニカムコアを安
   定化させる過程と、 前記安定化されたハニカムコアを正味の形状に切断する
   過程と、 前記安定化され正味の形状に切断されたハニカムコア上
   に繊維にて強化されたマトリックス材料の一つ又はそれ
   以上の層を積層する過程と、真空及び圧力下にて加熱し
   て前記樹脂マトリックスを硬化させ、これにより実質的
   に予め接合された段階の形状を有するハニカムコアを内
   部に有する複合材料とする過程と、 を含む方法。
2. （２）１．０ｉｎｃｈ（２５．４ｍｍ）以上の壁高さを
   有し、ハニカムコアを内部に有する複合材料を製造する
   ことに特に有用な構造的に安定なオープンセルのハニカ
   ムコア構造体にして、ハニカムコアのオープンセルの面
   の少なくとも一方に接合された硬化した樹脂にて含浸さ
   れた黒鉛繊維層を有するオープンセルのハニカムコアを
   有し、前記接合されたハニカムコアの壁は加熱下及び加
   圧若しくは真空下に於て実質的に非圧縮性を有する構造
   的に安定なオープンセルのハニカムコア構造体。