JP2000280365A - 角断面繊維強化複合材側梁の製造方法 - Google Patents
角断面繊維強化複合材側梁の製造方法Info
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- JP2000280365A JP2000280365A JP11089028A JP8902899A JP2000280365A JP 2000280365 A JP2000280365 A JP 2000280365A JP 11089028 A JP11089028 A JP 11089028A JP 8902899 A JP8902899 A JP 8902899A JP 2000280365 A JP2000280365 A JP 2000280365A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- reinforced composite
- carbon fiber
- composite material
- fiber
- mandrel
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- Heating, Cooling, Or Curing Plastics Or The Like In General (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 複雑なリブをもった構造を有する角断面炭素
繊維強化複合材側梁を容易に提供する。 【解決手段】 複数個の角断面繊維強化複合材をマンド
レルとして、その外周に樹脂を含浸した炭素繊維をフィ
ラメントワインディング法で巻き付けた後、減圧バグお
よび／またはオートクレーブ硬化することを特徴とする
角断面繊維強化複合材側梁の製造方法。 【効果】 軽量で高強度、高弾性の要求が高まりつつあ
る建材構造材や高速鉄道車両等へ炭素繊維強化複合材を
適用するための角断面繊維強化複合材側梁の製造方法に
関するものである。
繊維強化複合材側梁を容易に提供する。 【解決手段】 複数個の角断面繊維強化複合材をマンド
レルとして、その外周に樹脂を含浸した炭素繊維をフィ
ラメントワインディング法で巻き付けた後、減圧バグお
よび／またはオートクレーブ硬化することを特徴とする
角断面繊維強化複合材側梁の製造方法。 【効果】 軽量で高強度、高弾性の要求が高まりつつあ
る建材構造材や高速鉄道車両等へ炭素繊維強化複合材を
適用するための角断面繊維強化複合材側梁の製造方法に
関するものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、軽量で高強度、高
弾性の要求が高まりつつある建材構造材や高速鉄道車両
等へ炭素繊維強化複合材を適用するための角断面繊維強
化複合材側梁の製造方法に関するものである。
弾性の要求が高まりつつある建材構造材や高速鉄道車両
等へ炭素繊維強化複合材を適用するための角断面繊維強
化複合材側梁の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】比強度、比剛性が優れた炭素繊維強化複
合材は、航空、宇宙用素材からスポーツ素材へ適用さ
れ、現在では一般用産業部材への適用が加速されつつあ
る。一般産業用では、炭素繊維と樹脂をマンドレル（金
属、セラミックスなど）に巻き取り円筒状の成形体を製
作するフィラメントワインディング（以下、ＦＷとも称
する）法において、成形の容易性や成形時間の速さに優
れるためロール分野を席捲しつつある。
合材は、航空、宇宙用素材からスポーツ素材へ適用さ
れ、現在では一般用産業部材への適用が加速されつつあ
る。一般産業用では、炭素繊維と樹脂をマンドレル（金
属、セラミックスなど）に巻き取り円筒状の成形体を製
作するフィラメントワインディング（以下、ＦＷとも称
する）法において、成形の容易性や成形時間の速さに優
れるためロール分野を席捲しつつある。
【０００３】現在、炭素繊維強化複合材成形体は、比較
的荷重を受け持つ割合の低い部材に用いられてきたが、
炭素繊維の強度、弾性率と重量低減を生かした建築構造
物や高速鉄道車両等への適用が望まれている。
的荷重を受け持つ割合の低い部材に用いられてきたが、
炭素繊維の強度、弾性率と重量低減を生かした建築構造
物や高速鉄道車両等への適用が望まれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の繊維強化複合材
では、連続繊維を有効に利用するマンドレルに巻き付け
る成形方法をとるため丸パイプ形状などの中空成形体で
あり、曲げ荷重の高い側バリへの適用が、なかなか進ま
ず、軽量が重要な航空宇宙や、中空断面の小さなスポー
ツ用途への適用ばかりであった。特開平３−２３１０６
３号公報では、ハニカムコア等の周りに人が炭素繊維中
間体を貼り付けるハンドレーアップ法で成形する方法が
示されているが、製品の品質安定性、大量生産に適さ
ず、重量が軽い炭素繊維複合材の特徴も無駄な空間をハ
ニカムで埋め、特性が生かしきれていない。
では、連続繊維を有効に利用するマンドレルに巻き付け
る成形方法をとるため丸パイプ形状などの中空成形体で
あり、曲げ荷重の高い側バリへの適用が、なかなか進ま
ず、軽量が重要な航空宇宙や、中空断面の小さなスポー
ツ用途への適用ばかりであった。特開平３−２３１０６
３号公報では、ハニカムコア等の周りに人が炭素繊維中
間体を貼り付けるハンドレーアップ法で成形する方法が
示されているが、製品の品質安定性、大量生産に適さ
ず、重量が軽い炭素繊維複合材の特徴も無駄な空間をハ
ニカムで埋め、特性が生かしきれていない。
【０００５】特開平７−８０９４８号公報において、中
リブを金属マンドレルに炭素繊維中間体を巻き付けた後
外周にＦＷすることにより、中リブを持った角断面繊維
強化複合材梁を提供したが、リブが多く必要なときに
は、金属マンドレル構造が複雑になるのに加え、マンド
レルの脱芯も困難になった。
リブを金属マンドレルに炭素繊維中間体を巻き付けた後
外周にＦＷすることにより、中リブを持った角断面繊維
強化複合材梁を提供したが、リブが多く必要なときに
は、金属マンドレル構造が複雑になるのに加え、マンド
レルの脱芯も困難になった。
【０００６】また、アルミ等で複雑なリブ構造を製作し
たものをマンドレルにして、その上に炭素繊維を巻き付
け一体に硬化する方法も容易に発想され製作されるが、
実際重量軽減を大きな目標におく炭素繊維複合材内部に
大きな重量をアルミ等の中部材が占めることになるのに
剛性アップ効果が非常に薄れることとなる。また、金属
と炭素繊維複合材の伸びの違いにより中のアルミ等と炭
素繊維複合材界面がはがれ、荷重がかかった場合、異な
った動きをして、中のアルミが重量が増えるだけで強度
寄与もせず無駄になる。
たものをマンドレルにして、その上に炭素繊維を巻き付
け一体に硬化する方法も容易に発想され製作されるが、
実際重量軽減を大きな目標におく炭素繊維複合材内部に
大きな重量をアルミ等の中部材が占めることになるのに
剛性アップ効果が非常に薄れることとなる。また、金属
と炭素繊維複合材の伸びの違いにより中のアルミ等と炭
素繊維複合材界面がはがれ、荷重がかかった場合、異な
った動きをして、中のアルミが重量が増えるだけで強度
寄与もせず無駄になる。
【０００７】本発明では、複雑なリブをもった構造を有
する角断面炭素繊維強化複合材側梁を容易に提供するこ
とを目的としている。
する角断面炭素繊維強化複合材側梁を容易に提供するこ
とを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の目的
は、（１） 角断面繊維強化複合材をマンドレルとし
て、その外周に樹脂を含浸した炭素繊維をフィラメント
ワインディング法で巻き付けた後、減圧バグおよび／ま
たはオートクレーブ硬化することを特徴とする角断面繊
維強化複合材側梁の製造方法により達成されるものであ
る。
は、（１） 角断面繊維強化複合材をマンドレルとし
て、その外周に樹脂を含浸した炭素繊維をフィラメント
ワインディング法で巻き付けた後、減圧バグおよび／ま
たはオートクレーブ硬化することを特徴とする角断面繊
維強化複合材側梁の製造方法により達成されるものであ
る。
【０００９】また、本発明の他の目的は、（２） 前記
角断面繊維強化複合材が、２本以上の角断面繊維強化複
合材を張り合わせて中リブを持つことを特徴とする上記
（１）に記載の角断面繊維強化複合材側梁の製造方法に
よっても達成されるものである。
角断面繊維強化複合材が、２本以上の角断面繊維強化複
合材を張り合わせて中リブを持つことを特徴とする上記
（１）に記載の角断面繊維強化複合材側梁の製造方法に
よっても達成されるものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
【００１１】本発明に使用される炭素繊維は、梁の設計
に合わせ、ピッチ系でもＰＡＮ系でも必要とされる弾性
率を持つものを使用すればよい。また、樹脂は、エポキ
シ樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性の樹脂であれば
よい。角断面繊維強化複合材のマンドレルは、ＦＷ方法
でも、炭素繊維に樹脂を含浸したプリプレグ（中間体）
を金属マンドレルに巻き付け硬化させるシートワインヂ
ィングでもよい。マンドレルとしての構造特性を持ち必
要最小限の肉厚みでよいことから、好ましくは１〜３ｍ
ｍの肉厚みで製作する。この角断面繊維強化複合材を接
着剤で２個以上を接着した後（図１）、端部に金属製の
軸を接着してマンドレルとする（図２）。図３、４は、
角断面が複数個集まった実施例を示している。
に合わせ、ピッチ系でもＰＡＮ系でも必要とされる弾性
率を持つものを使用すればよい。また、樹脂は、エポキ
シ樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性の樹脂であれば
よい。角断面繊維強化複合材のマンドレルは、ＦＷ方法
でも、炭素繊維に樹脂を含浸したプリプレグ（中間体）
を金属マンドレルに巻き付け硬化させるシートワインヂ
ィングでもよい。マンドレルとしての構造特性を持ち必
要最小限の肉厚みでよいことから、好ましくは１〜３ｍ
ｍの肉厚みで製作する。この角断面繊維強化複合材を接
着剤で２個以上を接着した後（図１）、端部に金属製の
軸を接着してマンドレルとする（図２）。図３、４は、
角断面が複数個集まった実施例を示している。
【００１２】その前記繊維強化製マンドレル外周に樹脂
を含浸した炭素繊維を必要に合わせた設計厚みでＦＷ法
で巻き付けた後、減圧バグおよび／またはオートクレー
ブ硬化することにより角断面炭素繊維強化複合材側梁を
製造する。
を含浸した炭素繊維を必要に合わせた設計厚みでＦＷ法
で巻き付けた後、減圧バグおよび／またはオートクレー
ブ硬化することにより角断面炭素繊維強化複合材側梁を
製造する。
【００１３】
【実施例】以下、本発明を実施例によって具体的に説明
する。
する。
【００１４】横８０ｍｍ×縦１５０ｍｍ、長さ３０００
ｍｍの金属マンドレルにエポキシ樹脂をあらかじめ含浸
した弾性率２３．５ｔｏｎｆ／ｍｍ2の炭素繊維プリプ
レグを使用して繊維方向を軸方向に対して０°に１ｍｍ
厚、９０°方向に１ｍｍ厚になるように積層、巻き付け
た。バグにくるみ常圧において１２０℃で硬化させた最
終肉厚２ｍｍの中間体を４本製作した。
ｍｍの金属マンドレルにエポキシ樹脂をあらかじめ含浸
した弾性率２３．５ｔｏｎｆ／ｍｍ2の炭素繊維プリプ
レグを使用して繊維方向を軸方向に対して０°に１ｍｍ
厚、９０°方向に１ｍｍ厚になるように積層、巻き付け
た。バグにくるみ常圧において１２０℃で硬化させた最
終肉厚２ｍｍの中間体を４本製作した。
【００１５】この中間体を金属マンドレルより脱芯して
全表面を研磨後、図５にあるように、合わせ面に室温硬
化型のエポキシ樹脂接着剤で接着した。角部の隙間には
エポキシ樹脂製のパテで埋め平面になるようにした後、
図２のように両端に金属製の軸を接着により取り付け
た。
全表面を研磨後、図５にあるように、合わせ面に室温硬
化型のエポキシ樹脂接着剤で接着した。角部の隙間には
エポキシ樹脂製のパテで埋め平面になるようにした後、
図２のように両端に金属製の軸を接着により取り付け
た。
【００１６】この中間炭素繊維複合材製マンドレル表面
にフィラメントワインディング方法によりエポキシ樹脂
を含浸した弾性率５０ｔｏｎｆ／ｍｍ2の炭素繊維を５
°方向４ｍｍ、４５°方向４ｍｍ、９０°方向２ｍｍに
なるよう巻き付け、これをバグに包んだ後、オートクレ
ーブにおいて１４０℃、圧力５ｋｇ／ｃｍ2で４時間硬
化を行った。
にフィラメントワインディング方法によりエポキシ樹脂
を含浸した弾性率５０ｔｏｎｆ／ｍｍ2の炭素繊維を５
°方向４ｍｍ、４５°方向４ｍｍ、９０°方向２ｍｍに
なるよう巻き付け、これをバグに包んだ後、オートクレ
ーブにおいて１４０℃、圧力５ｋｇ／ｃｍ2で４時間硬
化を行った。
【００１７】両端を１００ｍｍ切断し、全肉厚１２ｍ
ｍ、横１８８ｍｍ×縦３２８ｍｍ×長さ２８００ｍｍの
炭素繊維複合材料製角型断面梁ができあがった。
ｍ、横１８８ｍｍ×縦３２８ｍｍ×長さ２８００ｍｍの
炭素繊維複合材料製角型断面梁ができあがった。
【００１８】２５００ｍｍスパンにおいて３点曲げを実
施したが荷重１５トンにおいても破壊しない梁を製作す
ることができた。
施したが荷重１５トンにおいても破壊しない梁を製作す
ることができた。
【００１９】
【発明の効果】本発明により、複雑なリブをもった構造
を有する角断面炭素繊維強化複合材側梁を容易に提供す
ることができ、炭素繊維の強度、弾性率と重量低減を生
かした建築構造物や高速鉄道車両等への適用が飛躍的に
達成される。
を有する角断面炭素繊維強化複合材側梁を容易に提供す
ることができ、炭素繊維の強度、弾性率と重量低減を生
かした建築構造物や高速鉄道車両等への適用が飛躍的に
達成される。
【図１】 図１は、２個の炭素繊維複合材を組み合わせ
たリブ付きマンドレルを示す図である。
たリブ付きマンドレルを示す図である。
【図２】 図２は、図１の側面図で軸が取り付けてある
マンドレル形状を示す図である。
マンドレル形状を示す図である。
【図３】 図３は、図１の外周に樹脂を含浸した炭素繊
維を巻き付け硬化させた炭素繊維複合材断面を示す図で
ある。
維を巻き付け硬化させた炭素繊維複合材断面を示す図で
ある。
【図４】 図４は、３個の炭素繊維複合材を組み合わせ
たリブ付きマンドレルを示す図である。
たリブ付きマンドレルを示す図である。
【図５】 図５は、４個の炭素繊維複合材を組み合わせ
たリブ付きマンドレルを示す図である。
たリブ付きマンドレルを示す図である。
１１…炭素繊維複合材製リブ用角型材、 ２１…炭素繊維複合材製リブ用角型材、 ２２…金属マンドレル固定用軸、 ３１…炭素繊維複合材製リブ用角型材、 ３２…炭素繊維複合材本体部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２９Ｌ 31:10 (72)発明者 竹田 敏和 東京都千代田区大手町２−６−３ 新日本 製鐵株式会社内 (72)発明者 北川 洋一 東京都千代田区大手町２−６−３ 新日本 製鐵株式会社内 Ｆターム(参考） 4F203 AA39 AD12 AD16 AD18 AD19 AD35 AG06 AG28 AH30 AH47 AM28 DA02 DB01 DB18 DC01 DE06 DF15 DF23 DH06 DJ01 DN23 4F205 AA39 AD12 AD16 AD18 AD19 AD35 AG06 AG28 AH30 AH47 AM28 HA02 HA09 HA23 HA33 HA37 HA45 HB01 HC02 HC17 HG03 HK03 HK04 HK05 HK17 HK31 HL02 HL14 HT02 HT22 HT27
Claims (2)
- 【請求項１】 角断面繊維強化複合材をマンドレルとし
て、その外周に樹脂を含浸した炭素繊維をフィラメント
ワインディング法で巻き付けた後、減圧バグおよび／ま
たはオートクレーブ硬化することを特徴とする角断面繊
維強化複合材側梁の製造方法。 - 【請求項２】 前記角断面繊維強化複合材が、２本以上
の角断面繊維強化複合材を張り合わせて中リブを持つこ
とを特徴とする請求項１に記載の角断面繊維強化複合材
側梁の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11089028A JP2000280365A (ja) | 1999-03-30 | 1999-03-30 | 角断面繊維強化複合材側梁の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11089028A JP2000280365A (ja) | 1999-03-30 | 1999-03-30 | 角断面繊維強化複合材側梁の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000280365A true JP2000280365A (ja) | 2000-10-10 |
Family
ID=13959462
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11089028A Withdrawn JP2000280365A (ja) | 1999-03-30 | 1999-03-30 | 角断面繊維強化複合材側梁の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000280365A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007511678A (ja) * | 2003-11-21 | 2007-05-10 | メッツォ ペーパー インコーポレイテッド | ペーパーウェブの製造又は仕上装置の構造を強化する方法 |
| KR101484203B1 (ko) | 2012-12-27 | 2015-01-16 | 현대자동차 주식회사 | 섬유 강화 수지 차체 구조체 및 그 제조방법 |
| CN108583485A (zh) * | 2018-05-25 | 2018-09-28 | 大连理工大学 | 一种多胞金属基碳纤维复合薄壁吸能结构及其制备工艺 |
| CN110525366A (zh) * | 2019-07-19 | 2019-12-03 | 浙江大学滨海产业技术研究院 | 一种碳纤维复合材料防撞梁及制备方法 |
-
1999
- 1999-03-30 JP JP11089028A patent/JP2000280365A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007511678A (ja) * | 2003-11-21 | 2007-05-10 | メッツォ ペーパー インコーポレイテッド | ペーパーウェブの製造又は仕上装置の構造を強化する方法 |
| KR101484203B1 (ko) | 2012-12-27 | 2015-01-16 | 현대자동차 주식회사 | 섬유 강화 수지 차체 구조체 및 그 제조방법 |
| CN108583485A (zh) * | 2018-05-25 | 2018-09-28 | 大连理工大学 | 一种多胞金属基碳纤维复合薄壁吸能结构及其制备工艺 |
| CN108583485B (zh) * | 2018-05-25 | 2024-03-19 | 大连理工大学 | 一种多胞金属基碳纤维复合薄壁吸能结构及其制备工艺 |
| CN110525366A (zh) * | 2019-07-19 | 2019-12-03 | 浙江大学滨海产业技术研究院 | 一种碳纤维复合材料防撞梁及制备方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20060606 |