CN104640913A - 结构体用结构材料、燃油箱、主翼及航空机 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种减少制造工序中的工作时间与成本，且可防止重量的增加的结构体用结构材料、燃油箱、主翼及航空机。其特征在于，作为结构体用结构材料的翼肋(11)具有加强材料包含碳纤维且基体包含塑料的碳纤维增强塑料，在碳纤维增强塑料的表面涂布有被赋予了导电性的低粘度的表面保护材料(18)。

Description

结构体用结构材料、燃油箱、主翼及航空机
技术领域
本发明涉及一种使用碳纤维增强塑料的结构体用结构材料、燃油箱、主翼及航空机。
背景技术
航空机的主翼有时作为可以收容燃料的燃油箱而被使用。有一种被称为结构式燃油箱，其是与主翼一体化，且使翼结构成为不漏油的液体密封结构的燃油箱。整体油舱以减轻重量为目的，有适用复合材料，例如碳纤维增强塑料(CFRP)的倾向。CFRP作为加强材料使用碳纤维，且作为基体使用合成树脂。
专利文献1中公开了一种三维纤维增强树脂复合材料的技术，由于在不损坏生产性的情况下，向纤维增强树脂复合材料赋予导电性，因此，翼片系统由比面内方向系统导电性更高的导电性材料构成。另外，专利文献2中公开了一种预浸渍及碳纤维增强复合材料的技术，其以兼备优秀的耐冲击性和导电性为目的，使其含有导电性的粒子或纤维。并且，专利文献3中公开了一种改良型复合材料的技术，其具有导电性，且以与标准的复合材料比较几乎或完全不增加重量为目的，使其含有分散在高分子树脂中的导电性粒子。
[专利文献1]日本专利特开2007-301838号公报
[专利文献2]日本专利特开2010-280904号公报
[专利文献3]日本专利特开2011-168792号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，在航空机燃油箱中，在使用CFRP的情况下，在CFRP部件的表面，特别是通过切削加工形成的切削面上，碳纤维的端部虽然只有微量但暴露于燃油箱的内部。
在这种情况下，主翼被雷击时，雷电流将流动在CFRP部件的表面或切削面，在碳纤维的端部中，有可能发生碳纤维间的放电。作为上述放电的对策采用了CFRP部件的表面或切削面涂布密封胶等，将由于放电而发生的火花封锁在内部的方法。但是，为了将由于放电的火花封锁在内部，需要确保密封剂的厚度，将增加燃油箱的制造工序的工作时间和成本。另外，由于涂布有厚厚的密封胶，将增加主翼的重量。
并且，在涂布密封胶的方法中，由于在能够确保规定的密封胶厚度时，才能发挥火花封锁功能，因此在厚度的质量管理方面有严格的要求。因此，需要花费大量的质量检查时间，且增加成本等。
鉴于上述情况，本发明的目的在于：提供一种可以在制造工序中减少工作时间与成本，且防止重量的增加的结构体用结构材料、燃油箱、主翼及航空机。
解决课题的方法
为了解决这一课题，本发明的结构体用结构材料、燃油箱、主翼及航空机采用了以下的方法：
即，本发明的结构体用结构材料，其特征在于，具有加强材料包含碳纤维且基体包含塑料的碳纤维增强塑料，在所述的碳纤维增强塑料的表面涂布有被赋予了导电性的低粘度的表面保护材料。
据上述发明，碳纤维增强塑料，其加强材料包含碳纤维，基体包含塑料，且涂布在碳纤维增强塑料的表面的表面保护材料被赋予了导电性，而且，为低粘度。由于表面涂布有导电性的表面保护材料。因此，被雷击时即使有雷电流流动，可以确保存在于表面的碳纤维前端间的导通，可以防止于碳纤维前端间发生放电。另外，由于表面保护材料为低粘度，涂布性好，可以以高附着力涂布于表面。并且，表面保护材料不同于将火花封入的密封胶等，只要确保碳纤维前端间的导电性即可，所以与涂布密封胶相比可以将厚度变薄，且可以放宽涂布厚度的质量管理。
在上述发明中，所述基体可以被赋予导电性。
根据上述发明，由于碳纤维增强塑料的基体被赋予了导电性。因此，可以确保为碳纤维的加强材料间的导通，可以防止于结构部件的端部发生放电。
在上述发明中，体积电阻率可以为0.5Ω厘米以下。
根据上述发明，由于结构体用结构材料的体积电阻率为0.5Ω厘米以下，因此，与体积电阻率高的情况相比，火花产生电流值变高，难以形成火花。
另外，本发明的燃油箱具有上述的结构体用结构材料，所述表面涂布有所述表面保护材料的涂布面，面朝收容有燃料的内部。
根据上述发明，在燃油箱的结构体用结构材料中，即使表面保护材料的涂布面面朝收容有燃料的内部，由于表面保护材料被赋予了导电性，因此可以确保碳纤维前端间的导通，可以防止于碳纤维增强塑料的端部发生放电。
另外，本发明的主翼将上述的燃油箱作为结构体。
根据上述发明，主翼的结构体为燃油箱，燃油箱的结构体用结构材料为碳纤维增强塑料。而且，碳纤维增强塑料的表面涂布有导电性的表面保护材料，因此，被雷击时即使有雷电流流动，可以确保存在于表面的碳纤维前端间的导通，可以防止于碳纤维前端间发生放电。
另外，本发明的航空机具备上述的主翼。
根据上述发明，航空机主翼的结构体为燃油箱，燃油箱的结构体用结构材料为碳纤维增强塑料。而且，碳纤维增强塑料的表面涂布有导电性的表面保护材料，因此，被雷击时即使有雷电流流动，可以确保存在于表面的碳纤维前端间的导通，可以防止于碳纤维前端间发生放电。
发明效果
根据本发明，涂布在碳纤维增强塑料的表面上的表面保护材料被赋予了导电性，因此，在碳纤维增强塑料的表面上，可以确保为碳纤维的加强材料间的导通，可以防止于结构构件的端部的加强材料间发生放电，可以在制造工序中减少工作时间与成本，且防止重量的增加。
附图说明
[图1]表示本发明的一实施方式的主翼的透视图，将一部分断裂而表示。
[图2]表示同实施方式的主翼的纵剖面图。
[图3]表示同实施方式的翼肋的凸缘的端面图，是图5的III-III线矢向视图。
[图4]表示同实施方式的上侧蒙皮及翼肋的部分纵剖面图，是在图2的IV-IV线上切断的断面图。
[图5]表示同实施方式的翼肋的凸缘的俯视图。
[图6]表示以往的翼肋的凸缘的俯视图。
[图7]显示相对火花产生电流[％]与试件的体积电阻率[Ω厘米]的关系的图表。
具体实施方式
以下参照图，对于本发明的一个实施方式进行说明。
首先，对本实施方式的航空机的主翼1的构成进行说明。
如图1及图2所示，主翼1具备上侧蒙皮3、下侧蒙皮5、前梁7、后梁9、及多个翼肋11等。
上侧蒙皮3及下侧蒙皮5为兼备空气动力的薄板，其构成主翼1的外形。上侧蒙皮3及下侧蒙皮5，前梁7、后梁9、及纵梁(未图示)一同承担一部分作用于主翼1的拉伸负荷或压缩负荷。
如图1所示，前梁7及后梁9为延伸设置于主翼1的翼长方向的结构构件，配置于上侧蒙皮3及下侧蒙皮5之间。多个纵梁为在上侧蒙皮3及下侧蒙皮5的内侧面延伸设置于主翼1翼长方向的结构构件，配置于前梁7及后梁9之间。
如图1所示，翼肋11为设置在主翼1的翼宽方向的结构构件，配置于上侧蒙皮3及下侧蒙皮5之间。即，翼肋11为延伸设置于与前梁7及后梁9略正交的方向的结构构件，是形成为主翼1的纵断面形状的板状构件。如图1及图2所示，翼肋11在长边方向形成有多个开口部14。
主翼1中，被前梁7、后梁9、上侧蒙皮3、及下侧蒙皮5包围的部分被用作收容燃料的燃油箱13。燃油箱13的机体构造物本身被设为容器，被称为结构式燃油箱(integral tank)。而且，前梁7、后梁9、上侧蒙皮3、下侧蒙皮5、及翼肋11也是燃油箱13的结构构件。燃油箱13具有不会向外部泄漏燃料的液体密封结构。
燃油箱13的内侧设置有向燃油箱13提供燃料的燃料配管(未图示)，检测燃油量的多个燃油量计(未图示)，及燃油量计的管线(未图示)等。
其次，对燃油箱13的结构构件进行说明。
燃油箱13的结构构件，前梁7、后梁9、上侧蒙皮3、下侧蒙皮5、及翼肋11使用了碳纤维增强塑料(CFRP)。而且，适用于燃油箱13的本实施方式的CFRP，如图3所示，加强材料15包含碳纤维，基体17包含塑料。虽然图3中显示的是翼肋11，但对于其他的构件也是同样的。
另外，燃油箱13中，前梁7、后梁9、上侧蒙皮3、下侧蒙皮5、及翼肋11可以不完全由CFRP形成，局部可由铝合金等金属形成。
基体17包含例如不饱和聚酯、环氧树脂等热硬化性树脂等塑料。
燃油箱13的CFRP结构构件，在收容燃料的燃油箱13的内部中，形成有切削加工而形成的切削面等，该切削面等上涂布有表面保护材料18，参照图5。例如，如图4所示，在翼肋11由凸缘11A与腹板11B等组成的情况下，凸缘11A的端部的切削面11a中涂布有表面保护材料18。涂布有表面保护材料18的一面面朝燃油箱13的内部。表面保护材料18除了由切削加工形成的切削面以外，涂布于穿孔加工面，喷水加工面等的CFRP部件的表面。
表面保护材料18为具有导电性的密封胶、底漆或涂料等。向表面保护材料18赋予导电性的方法可以适用向密封胶、底漆或涂料等赋予导电性的各种技术，本说明书中省略详细的说明。作为向表面保护材料18赋予导电性的方法，例如，有对充填物使用镍的方法。
另外，表面保护材料18的粘度为低粘度。由此，表面保护材料18的涂布性好，可以以高附着力涂布于CFRP部件的表面。即，表面保护材料18可以防止CFRP部件从表面脱落。另外，为了防止发生表面保护材料18的未涂部分等，确保涂布完整，表面保护材料18的颜色可以选择与CFRP部件不同的颜色(比如橘色)。由此，可以目视确认有没有涂布表面保护材料18。表面保护材料18的涂布是通过向CFRP部件涂布后，在室温下放置一周左右，并干燥而完成的。
由于通过表面保护材料18向CFRP部件的表面赋予了导电性。因此，即使表面或切削面11a面朝燃油箱13的内部，可以确保加强材料15间的导通，可以防止于结构构件的切削面11a中加强材料15间发生放电。
另外，本实施方式不同于通过在由CFRP形成的结构构件的表面上作为底漆涂布防静电涂料，防止静电的同时防止电解作用所引起的腐蚀的技术，而是通过确保CFRP的结构构件的表面的导通，当CFRP流过大电流的时候，例如被雷击时，将产生在包含碳纤维的加强材料15的端部间的火花通过电气导通来控制的技术。
如图6所示，主翼1的翼肋11被雷击时，雷电流C从雷击地点P向CFRP部件的表面或切削面11a流动的时候，加强材料15的端部中，有可能发生加强材料15间的放电D。
以往，作为上述放电的对策，如图6所示采用了在CFRP部件的表面或切削面11a涂布密封胶12，将由于放电而发生的火花封锁在内部的方法。但是，为了将由于放电的火花封锁在内部，需要确保密封剂12的厚度，将增加燃油箱13的制造工序的工作时间和成本。另外，由于涂布有厚厚的密封胶12，将增加主翼1的重量。并且，在涂布密封胶12的方法中，由于在能够确保密封胶12的规定的厚度时，才能发挥火花封锁功能，因此在厚度的质量管理方面有严格的要求。因此，需要花费大量的质量检查时间，且增加成本等。
与此相反，根据本实施方式，涂布于CFRP部件的表面或切削面11a的表面保护材料18被赋予了导电性，并且为低粘度。因为表面或切削面11a涂布有导电性的表面保护材料18，所以即使雷电流C从雷击地点P向CFRP部件的表面或切削面11a流动，存在于CFRP部件的表面或切削面11a的加强材料15的端部间可以确保导通，可以防止加强材料15的端部间发生放电。另外，因为表面保护材料18为低粘度，涂布性好，可以以高附着力涂布于表面或切削面11a。并且，表面保护材料18不同于将火花封入的密封胶12，只要确保加强材料15的端部间的导电性即可，所以与涂布密封胶12相比可以将厚度变薄，且可以放宽涂布厚度的质量管理。其结果，实现了用于涂布作业的作业时间的缩短化和重量的减轻化，也大幅度削减了质量检验时间。另外，由此还可以削减成本。
关于表面保护材料18，发明者使用导电率为0.36Ωcm且硬化时间为5个小时的表面保护材料A，及虽然导电率不明但被赋予有导电性且硬化时间为36个小时的表面保护材料B，进行了边缘发光鉴定试验。边缘发光鉴定试验为对涂布有表面保护材料A、B的实验体施加电压，测定火花开始产生时的电流值(火花产生电流值)。可以说火花产生电流值越大，火花就越难以产生。另外，表面保护材料A、B的硬化时间越短，粘度就越低。表面保护材料A的火花产生电流值为5kA，表面保护材料B的火花产生电流值为30kA。两者都得到了火花产生电流值大，难以产生火花的结果。
其次，参照图7说明对本实施方式的试验体实施耐雷试验的结果。作为耐雷试验的试验方法采用的是，将以国际自动机工程师学会(SAEInternational)的航空机闪电环境和相关的测试波形(ARP5412A：AircraftLightning Environment and Related Test Waveforms)为依据的组件A波形的电流，通过以航空机雷电试验方法(ARP5416：Aircraft Lightning TestMethods)为依据的传导(ConductedEntry)方式来施加于试验体的方法。然后，依据ARP5416用相机确认火花。
图7表示相对火花产生电流[％]与试验体的体积电阻率[Ω厘米]的关系。对试验体的体积电阻率不同的多个试验体实施耐雷试验的结果，得到了如图7所示的结果。图7表示了当将多个试验体中体积电阻率最大的试验体的火花产生电流值设为100％的时候，其他试验体的火花产生电流的比例。
根据考试结果得知：如果体积电阻率为0.5Ω厘米以下的话，本实施方式中的试验体的火花产生电流约将成为体积电阻率约为3Ω厘米的试验体的2倍以上。
即，体积电阻率为0.5Ω厘米以下的本实施方式中的试验体，与体积电阻率高的试验体相比，更难产生火花。
在上述本实施方式中，CFRP的基体17的导电性低也可以，但也可以通过向基体17赋予导电性，使用于燃油箱13的结构构件的CFRP具有导电性。
向基体17赋予导电性的方法可以适用向热固性树脂等塑料赋予导电性的各种技术，本说明书中省略详细的说明。
作为向基体17赋予导电性的方法，例如使塑料内包含导电性的粒子或纤维的方法、或向塑料本身赋予导电性的方法等。基体1的电阻率，例如为数Ω厘米。
由于基体17被赋予了导电性，如图5所示，主翼1的翼肋11被雷击时，雷电流C从雷击地点P向CFRP部件的表面或切削面11a流动的时候，在加强材料15间进行电气导通。其结果，CFRP的切削面11a中，在加强材料15间难以发生放电。
燃油箱13的结构构件，其加强材料15为含有碳纤维的CFRP，基体17含有塑料，且被赋予了导电性。因为基体17被赋予了导电性，因此，即使万一上述表面保护材料18有未涂布的部分，切削面11a露出于燃油箱13的内部，也可确保加强材料15间的导通，且可防止结构构件的切削面11a中加强材料15间发生放电。
另外，在上述实施方式中，对结构体用结构材料适用于如航空机的情况进行了说明，本发明不限于此例，也可适用于海上风车、或者汽车·有轨车辆等的结构体。
符号说明
1  主翼
3  上侧蒙皮
5  下侧蒙皮
7  前梁
9  后梁
11  翼肋
11a  切削面
11A  凸缘
11B  腹板
12  密封剂
13  燃油箱
15  加强材料
17  基体
18  表面保护材料

Claims (6)

1.一种结构体用结构材料，其特征在于，
具有加强材料包含碳纤维且基体包含塑料的碳纤维增强塑料，
在所述碳纤维增强塑料的表面涂布有被赋予了导电性的低粘度的表面保护材料。
2.如权利要求1所述的结构体用结构材料，其中，所述基体被赋予了导电性。
3.如权利要求1所述的结构体用结构材料，其中，体积电阻率为0.5Ω厘米以下。
4.一种燃油箱，其具有如权利要求1至3中任一项所述的结构体用结构材料，在所述表面上涂布有所述表面保护材料的涂布面，面朝收容有燃料的内部。
5.一种主翼，其以如权利要求4所述的燃油箱作为结构体。
6.一种航空机，其具备如权利要求5所述的主翼。
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