JP2002534295A - ファイバ強化複合物 - Google Patents

ファイバ強化複合物

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Abstract

(57)【要約】 プルトルージョンによってファイバ強化した複合物を作るための方法の開示。この複合物はその長さに沿って強度特性が変るもので、この方法はプルトルージョンダイ（３８）を通して一連の強化用ファイバ（３２）を引き出してプルトルードしたファイバ複合物製品を形成するようにする。この方法の特徴はプルトルージョン段階に先立って、強化用ファイバ１４内に追加のファイバ（２０）を組み入れて、修正されたファイバ３２を作り、その特性として第１の前記強化用ファイバ１４の特性とは異なるテナシティもしくはモジュラスをもつようにして、その断面積を実質的には変更しないで最終複合物の強度特性を変えている。硬化もしくは凝固可能なプラスチック材料（４０）がプルトルージョン段階中にファイバの周りに加えられて、それが熱硬化されたり、部分硬化されたり、仕上がり複合物を作るために凝固されたりする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 発明の属する技術分野 この発明はファイバ強化複合物、とくに航空機構造といった高強度応用で使用
されるファイバ強化複合物（fibre reinforced composites）に関する。
【０００２】 従来の技術 プルトルージョン（pultrusion：最新の複合物用の連続するファイバの製造方
法）によって、例えば航空機翼や胴体外板用のスキンストリンガとして使用する
ための複合構造部材を製造することが知られている。こういったプルトルードし
た部材は、現在では強化用ファイバ（例えばカーボンファイバ）をダイを通して
抽き出して、ファイバに液状プラスチックマトリックス材料を加えて、全体を硬
化もしくは凝固させて、必要とされる断面積と不確定の長さをもつファイバ強化
複合構造部材を形成することによって製造されている。
【０００３】 発明が解決すべき課題 航空機翼とか胴体外板ストリンガのような構造用部材に強度特性を与え、この
特性がその長さに沿って変るようにすることが求められることがある。現在では
、このような部材には求められる強度の変化を達成するために可変断面積をもつ
部材のようなものを作ることが提案されている。不運にも、プルトルードした部
材に対して断面形状をこのように変えることは達成が容易でない。現状では可変
形状プルトルージョンダイは長さに沿って構造用部材の断面形状に変化を与えら
れるようにする観点から調査研究がされている。このような可変断面ダイは何か
しら複雑なもので、作るのがかなりむづかしくなるようである。加えて、その信
頼性とか長寿命とかについては限界があるところである。
【０００４】 課題を解決するための手段 この発明によると、プルトルージョンによってその長さに沿って変化する強度
特性をもつファイバ強化複合物を作る方法であって、プルトルージョンダイを通
って一連の強化用ファイバを抽き出してプルトルードしたファイバ複合物製品を
形成する段階を含み、このプルトルージョン段階に先立って強化用ファイバ内に
追加のファイバを組入れて最終製品の強度特性を、その断面積を実質的に変えず
に、変えるようにし、プラスチック材料をファイバの周囲に加えて凝固し、仕上
がった複合物を形成するようにすることを特徴とする方法が提供されている。
【０００５】 発明の実施の形態 この明細書でいう“テナシティ（tenacity）”はファイバの単位面積当りの抗
張力（張力強度）を意味する。したがって高テナシティファイバは低テナシティ
ファイバと比較して断面積が小さい。この明細書で“モジュラス（modulas）”
は関心のあるヤング率（Young’s modulas）を意味する。
【０００６】 追加のファイバは強化用ファイバの離散的な長さのものの間でスプライスされ
ているか、連続している前記強化用ファイバ間で織りまぜられているか（インタ
ーレースされているか）さもなければ分散されているかのどちらかであるとよい
。
【０００７】 ファイバはプルトルージョンダイを通って抽き出される前にプラスチック材料
で予め含浸されていてよい。もしファイバが予め含浸されていなければそのとき
はファイバがダイを通って抽き出されるときに、プラスチック材料がファイバ内
部に導入される。プラスチック材料が熱硬化性である場合には、プルトルージョ
ンダイが加熱されて、硬化もしくは部分硬化がプラスチック材料に対して行なわ
れる。
【０００８】 ファイバは個別のストランド（束）の形をしていても、あるいは編まれたある
いは織られた（woven）形態か及び／又は編まれていない網状の（un-woven）形
態のウェブ（織布）であってよい。
【０００９】 実施例 この発明を例をあげて添付の図面を参照して記述して行く。
【００１０】 図１はファイバプライス用装置を示し、その構成は実質的に水平のワークベン
チ１０と、強化用ファイバ１４のソースロール１２と、ロール１６を受入れる製
品とで成る。
【００１１】 強化用ファイバ１４はソースロール１２から抽き出されて、ワークベンチ１０
を通り、製品受入れ用ロール１６に巻取られる。
【００１２】 追加のファイバ２０が用意されていて、これが長さをもつ強化用ファイバ２６
，２８（図２（ａ））の間でスプライスされてファイバ１４とは異なるテナシテ
ィもしくはモジュラス特性を持つ面積１８を与えるようにするか、あるいは強化
用ファイバ１４の中でインターレースされるか、さもなければ分散されるかする
（図２（ｂ））ようでできる。
【００１３】 追加のファイバ２０が図２（ａ）に示したように強化用ファイバ１４の内にス
プライスされているときには、ファイバの端は一緒に結び目（ノット）を作るか
、あるいは空気で吹かれてファイバがジョイント２２を作るように一緒にからま
せる（matted）ようにされるかしてよい。ジョイント２２でこのように作られた
ものは主としてプルトルージョンプロセスの連続性を可能としている。
【００１４】 さらに注目したいことは、所定面積１８にわたってファイバ形式の変化が漸次
導入されることが好ましいことである。追加のファイバの導入を組み入れること
はファイバ間の個個のジョイントにかかる応力が広い面積にわたって拡げられて
、それにより応力集中が最小とされる。
【００１５】 図２（ａ）では、組入れられた導入が追加のファイバ２０を強化用ファイバ１
４と斜めの面２４上で合うようにしていることに気付くと思う。もっとも他の適
当な漸次導入、例えばジグザグ（千鳥形式）、も使用できることは理解できると
ころであろう。
【００１６】 製品受入れロール１６は次にプルトルージョン用装置３０に移送されることは
図３に示す通りである。プルトルージョン用装置３０は多数の製品受入れ用ロー
ル１６に対する支持体（図示せず）を含んでいる。この例では、４つのロール１
６がこの支持体により支持されている。変形を加えられたファイバ（３２で示す
）がロール１６から抽き出されて、ガイド（案内）ベーン３４，３６を通って整
列されて、所定のパターンの中での位置どりがされるようにする。
【００１７】 変形を加えられたファイバはそこでプルトルージョンダイ３８を通って引張さ
れる。供給源４１からの樹脂４０がファイバがダイ３８を通って抽かれるときに
ファイバ３２内に注入されて、実質的に一定の断面積をもっているファイバ強化
複合物４２を作る。ファイバ強化複合物４２は往復運動をするキャピラリィプラ
ー４４によりダイ３８を通って一部分抽き出される。
【００１８】 追加のファイバ２０が強化用ファイバ１４の中で分散している場合（図２（ｂ
）のような場合）には、最終複合物４２のファイバ３２対樹脂４０の成分比は図
２（ａ）に示したようにファイバがスプライスされている複合物と比較すると減
っていることになる。
【００１９】 ファイバ３２はプルトルージョンダイ３８を通って抽き出す前に樹脂で予め含
浸されていてもよい。これはダイ３８を通ってファイバが引張られるときにファ
イバ３２間に樹脂を注入するという必要性を緩和するか、全く避けるかできるよ
うにする。
【００２０】 ファイバ３２は織り物（ファブリック）の形をしていてもよく、これは編まれ
ている（woven）とか編まれていない（un-woven）とかあるいは両方であっても
よい。
【００２１】 もし樹脂が熱硬化性のものであれば、プルトルージョンダイ３８は加熱されて
、樹脂を硬化させるかあるいは部分硬化できる。
【００２２】 現在の例では、プラスチックマトリックス材料として使われたものは樹脂であ
るが、何らかの接着剤／マトリックス系であってもよい。
【００２３】 所定面積１８をファイバ１４に沿ってもつ長さは必要に応じて選択できる。
【００２４】 上述の方法はその長さに沿って変化する強度特性をもつファイバ強化複合物を
プルトルードした複合物の断面積を変えることなく生産可能としている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の方法で使用するためのファイバをスプライスするための装置を示す
図。
【図２】 （ａ）は図１のボックスＡに代る拡大図であり、（ｂ）は図１のボックスＡの
拡大図。
【図３】 この発明によるファイバ強化複合物を作るためのプルトルージョン装置の図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，Ｋ Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ， ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，Ｓ Ｋ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ Ｆターム(参考） 4F205 AA36 AD16 AH31 HA05 HA27 HA33 HA36 HA37 HA46 HC06 HC07 HF05 HK04 HK05 HK22

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 プルトルージョンによってその長さに沿って変化する強度特
    性をもつファイバ強化複合物を作る方法であって、プルトルージョンダイを通っ
    て一連の強化用ファイバを抽き出してプルトルードしたファイバ複合物製品を形
    成する段階を含み、このプルトルージョン段階に先立って強化用ファイバ内に追
    加のファイバを組入れて最終製品の強度特性を、その断面積を実質的に変えずに
    、変えるようにし、プラスチック材料をファイバの周囲に加えて凝固し、仕上が
    った複合物を形成するようにすることを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 前記追加のファイバは前記強化用ファイバの特性とは異なる
    特性をもつ請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記特性はグループファイバテナシティとファイバモジュラ
    スとから選ばれる請求項２記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記追加のファイバは強化用ファイバの離散的な長さ同志が
    スプライスされている請求項１ないし３のいずれか１項記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記追加のファイバは連続する前記強化用ファイバの中で織
    りまざっている請求項１ないし３のいずれか１項記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記ファイバにダイの中でプラスチックマトリックス材料が
    加えられる請求項１ないし５のいずれか１項記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記ファイバがダイを通って抽き出される前にプラスチック
    マトリックス材料で予め含浸されている請求項１ないし５のいずれか１項記載の
    方法。
  8. 【請求項８】 前記ファイバが編んで作られたウェブの形をしている請求項
    １ないし７のいずれか１項記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記ファイバが編まれていないウェブの形をしている請求項
    １ないし７のいずれか１項記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記請求項１ないし９のいずれか１項記載の方法により作
    られた複合構造部材。
  11. 【請求項１１】 航空機翼外板ストリンガを含む請求項１０記載の複合構造
    部材。
  12. 【請求項１２】 請求項１０もしくは１１記載の複合構造部材を組込んだ航
    空機翼。
  13. 【請求項１３】 請求項１ないし９のいずれか１項記載の方法により作られ
    た複合物を含む航空機。
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