JP2004249592A - Method for manufacturing fiber composite material and hollow structure equipped with the fiber composite material - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、繊維複合材料の製造方法及び繊維複合材料を備えた中空構造物に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、樹脂の内部に繊維強化材が設けられてなる繊維複合材料は、様々な分野で利用されている。この種の繊維複合材料を製造する方法として、所定の形状に成形された繊維物(プリフォーム)に樹脂を含浸させる方法、すなわちRTM(Resin Transfer Molding)成形法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
プリフォームの製造にも様々な方法があり、例えば、繊維織物の一部を切り出し、これらを重ねていく方法(ハンドレイアップ法)や、織機などを使用して所定の形状に織り上げていく方法(ブレーディング法)などが知られている。
【0004】
【特許文献1】
特開2002−337244号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、一般に樹脂は粘度が高いため、プリフォームに樹脂を注入する際に、繊維の一部が樹脂によって押し流されやすかった。そのため、樹脂注入時にプリフォームの型くずれが起こりやすく、その結果、繊維複合材料の品質の低下を招くおそれがあった。
【0006】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、樹脂注入時におけるプリフォームの型くずれを防止し、形状の整った繊維複合材料を製造することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る第1の製造方法は、成形された繊維体に樹脂を含浸させることによって繊維複合材料を製造する方法であって、少なくとも1つ以上の突起が形成された押さえ面を有する治具を、前記突起で前記繊維体を押さえつけるようにして前記繊維体の表面に押しつける工程と、前記治具で前記繊維体の表面を押さえつけたまま、前記繊維体に樹脂を含浸させる工程と、前記治具で前記繊維体の表面を押さえつけたまま、前記樹脂を硬化させる工程と、を備えた方法である。
【0008】
上記第1の製造方法によれば、樹脂の含浸時に繊維体は治具によって固定され、特に、治具の突起によって強い押圧力でしっかりと固定されるので、注入された樹脂によって繊維体の繊維が押し流されることは防止される。そのため、繊維体の型くずれは起こりにくい。したがって、形状の整った品質の高い繊維複合材料を得ることができる。
【0009】
第2の製造方法は、成形された繊維体に樹脂を含浸させることによって繊維複合材料を製造する方法であって、両側に突起が形成された押さえ面を有する治具を、前記突起で前記繊維体の表面の両側部分を押さえつけるようにして前記繊維体の表面に押しつける工程と、前記繊維体の表面の張力を保つように前記治具で前記繊維体の表面を押さえつけたまま、前記繊維体に樹脂を含浸させる工程と、前記繊維体の表面の張力を保つように前記治具で前記繊維体の表面を押さえつけたまま、前記樹脂を硬化させる工程と、を備えた方法である。
【0010】
上記第2の製造方法においても、樹脂の含浸時に繊維体は治具によって固定され、特に、治具の突起によって強い押圧力でしっかりと固定されるので、注入された樹脂によって繊維体の繊維が押し流されることは防止される。そのため、繊維体の型くずれは起こりにくく、形状の整った品質の高い繊維複合材料を得ることができる。
【0011】
ところで、プリフォームの繊維に縮れが存在していると、その後に樹脂を含浸させて硬化させたときに、複合材料の内部で繊維が縮れた状態のまま残ることになる。しかし、複合材料内の繊維が縮れた状態にあると、繊維本来の引張強度を発揮することができなくなる。
【0012】
しかし、上記第2の製造方法によれば、治具の突起によって繊維体の表面の両側部分が押さえつけられることにより、繊維体がわずかに裏面側に撓み、表面に張力が発生する。そのため、繊維体の繊維の縮みは抑制される。繊維体に対する樹脂の含浸及び樹脂の硬化は、治具によって繊維体を押さえつけたまま行われる。そのため、繊維体が引っ張られた状態で樹脂の含浸及び硬化が行われることになる。したがって、樹脂内部の繊維は縮みのない状態又は縮みの少ない状態に維持されるので、強度の高い繊維複合材料を得ることができる。
【0013】
第3の製造方法は、張力を加えながら繊維を第1及び第2のマンドレルにそれぞれ巻き付ける工程と、前記繊維が巻き付けられた両マンドレルを平行に重ね合わせる工程と、重なり合った前記両マンドレルにおける重ね合わせ部分と交差する側面に、該側面上の繊維の少なくとも一部を覆う繊維体を配置する工程と、前記各マンドレルに巻き付けられた繊維を、前記両マンドレルの重ね合わせ部分において互いに押しつけ合うと共に、両側に突起が形成された押さえ面を有する治具を、前記突起で前記繊維体の表面の両側部分を押さえつけるようにして前記繊維体の表面側から前記マンドレル側に押しつける工程と、前記治具で前記繊維体及び前記各繊維を押しつけながら、前記各繊維における前記重ね合わせ部分及び押しつけ部分を含まない一部分を除去する工程と、前記治具で前記繊維体及び前記各繊維を押しつけながら、前記繊維体及び前記各繊維に樹脂を含浸させる工程と、前記治具で前記繊維体及び前記各繊維を押しつけながら、前記樹脂を硬化させる工程と、を備えた繊維複合材料の製造方法である。
【0014】
上記第3の製造方法においても、前記第2の製造方法と同様に繊維体の型くずれが防止されるので、形状の整った繊維複合材料を得ることができる。
【0015】
さらに、上記第3の製造方法によれば、治具の突起によって繊維体の両側部分が押さえつけられることにより、繊維体の表面に張力が発生すると共に、マンドレルに巻き付けられた繊維の張力が保たれる。また、治具によって繊維体を押さえつけたまま繊維の一部分を除去するので、繊維体及び繊維の張力を保った状態のまま、繊維の形状を所定形状に加工することができる。したがって、複雑な形状のプリフォームをプリテンションがかかった状態で得ることができる。さらに、治具によって繊維体を押さえつけたまま樹脂の含浸及び硬化が行われるので、樹脂の内部の繊維は縮みのない状態又は少ない状態に維持され、強度の高い繊維複合材料が得られる。
【0016】
第4の製造方法は、断面I型の長尺の繊維複合材料を製造する方法であって、断面が矩形状又は略矩形状の第1及び第2マンドレルのそれぞれに、張力を加えながら繊維を巻き付ける工程と、前記繊維が巻き付けられた両マンドレルの側面同士を平行に重ね合わせる工程と、重なり合った前記両マンドレルにおける重ね合わせ面と交差する両側面に、該各側面上の繊維の少なくとも一部を覆う平板状の繊維体をそれぞれ配置する工程と、両側に突起が形成された押さえ面を有する治具を、前記突起で前記繊維体の表面の両側部分を押さえつけるようにして前記繊維体の表面側から前記マンドレル側に押しつける工程と、前記治具で前記各繊維体及び前記各繊維を押しつけながら、前記各繊維における押しつけられていない一部分をそれぞれ除去する工程と、前記治具で前記各繊維体及び前記各繊維を押しつけながら、前記各繊維体及び前記各繊維に樹脂を含浸させる工程と、前記治具で前記各繊維体及び前記各繊維を押しつけながら、前記樹脂を硬化させる工程と、を備えた方法である。
【0017】
上記第4の製造方法によれば、前記第3の製造方法と同様にして、強度が高く形状の整った断面I型の長尺の繊維複合材料を得ることができる。
【0018】
第5の製造方法は、前記第1〜第4のいずれかの製造方法において、樹脂を含浸させる工程が、前記繊維体における前記治具の突起によって押さえつけられた部分の近傍から樹脂を注入する工程からなっている方法である。
【0019】
第6の製造方法は、前記第2〜第4のいずれかの製造方法において、樹脂を含浸させる工程が、前記繊維体の両側から樹脂を注入する工程からなっている方法である。なお、ここでいう両側とは、繊維体の表面又は裏面の両側部分、あるいは繊維体の両側面を意味する。
【0020】
上記第5及び第6の各製造方法によれば、繊維体のうちで最もしっかりと固定された部分から樹脂が注入されることになるので、繊維体の型くずれをより効果的に防止することができる。
【0021】
本発明に係る中空構造物は、外板と該外板を補強する補強部材とからなる中空構造物であって、前記補強部材が前記第1〜第6のいずれかの製造方法により製造された繊維複合材料で形成されているものである。
【0022】
このことにより、強度の高い中空構造物を得ることができる。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0024】
本発明に係る複合材料は、いわゆるRTM(Resin Transfer Molding)法によって製造されるものである。すなわち、本発明に係る複合材料は、所定の形状に形成された繊維体からなるプリフォームに樹脂を含侵させて構成されるものである。まず、一実施形態として、断面I型の補強部材の製造方法について説明する。
【0025】
始めに、図1に示すように、略矩形状の断面を有する第1及び第2のマンドレル2A,2Bに、繊維強化材としての繊維1を巻き付ける。この際、繊維1の縮れがないように、繊維1には十分な張力を与える。すなわち、張力を加えながら繊維1をマンドレル2A,2Bに巻き付ける。ここでは、比較的容易に張力をかけることのできる方法として、繊維1を連続的に巻き付けていくいわゆるフィラメントワインディング法を用いることとした。ただし、張力をかけながら巻き付けることができる限り、繊維1の巻き付け方法は特に限定されるものではない。例えば、織機等を用いることにより、複数の繊維1を所定のパターンでマンドレル2A,2Bに巻き付けるようにしてもよい(ブレーディング法)。なお、本実施形態では、繊維1は炭素繊維からなっている。
【0026】
次に、図2に示すように、2本のマンドレル2A,2Bを平行に並べ、互いの側面同士を重ね合わせる。この際、各マンドレル2A,2Bの繊維1の張力を保つよう、両マンドレル2A,2Bを互いに押しつけることが好ましい。なお、本実施形態では、各マンドレル2A,2Bの重ね合わされた面(以下、接触面という)における角部には、アール(丸み)2cが形成されている(ただし、図5及び図7においては、アールの図示は省略している)。これは、マンドレル2A,2Bの角部で繊維1を傷めることを防止すると共に、フランジ部(マンドレル2A,2Bに巻いた繊維1の水平部分及び平板状の繊維織物3)1b,1cとウェブ部(同垂直部分)1aにおける応力集中を避けるためである(図7参照)。ただし、マンドレル2A,2Bのアール2cは、繊維1の強度等に応じて適宜設定すればよく、必ずしも必要なものではない。
【0027】
次に、マンドレル2A,2Bの軸方向に延びる平板状の繊維織物3を2枚用意し、これら繊維織物3をマンドレル2A,2Bの上側及び下側の側面に配置する。この繊維織物3は、炭素繊維からなっている。なお、本実施形態では、マンドレル2A,2Bの角部にアール2cが形成されている分だけ、両マンドレル2A,2Bの重ね合わせ部分(厳密には、接触面の両側部分)に窪み5が形成される。そこで、繊維織物3をマンドレル2A,2Bの繊維1に重ねる前に、窪み5にフィラー4を予め挿入しておく。ただし、図示は省略するが、マンドレル2A,2Bの形状によっては、両マンドレル2A,2Bの重ね合わせ部分に窪みが生じない場合もある。そのような場合には、フィラー4の挿入は不要である。一方、マンドレル2A,2Bの角部にアール2cが形成されていなくても、両マンドレル2A,2Bの重ね合わせ部分に窪みが形成される場合もあり得る。そのような場合には、窪みにフィラーを挿入することが好ましい。なお、フィラー4の材料は特に限定されないが、ここではフィラー4は炭素繊維で形成されている。
【0028】
次に、マンドレル2A,2Bに巻き付けられた繊維1の張力を保つように、上面側の繊維織物3の上方から押さえ板11を押し当てると共に、下面側の繊維織物3の下方から押さえ板11を押し当てる。つまり、繊維1が巻かれた両マンドレル2A,2Bと繊維織物3とを押さえ板11で上下方向から押さえつけることにより、繊維1及び繊維織物3を押さえ板11とマンドレル2A,2Bとで挟み込む。
【0029】
本実施形態では、押さえ板11の押さえ面には、幅方向(図2の左右方向)の両側に爪状の突起11aが設けられている。一方、押さえ板11の裏面(押さえ面と反対の面)の両側には、段差部が形成されている。爪状突起11aは、押さえ板11の長手方向(図2の表裏方向)に延びており、長手方向の全体にわたって繊維織物3の両側部を押しつけるように構成されている。これにより、押さえ板11は、押さえ面の全体で繊維1及び繊維織物3を押さえつけると共に、爪状突起11aによって、局所的に繊維織物3の両側部をより大きな押圧力で押しつける。その結果、図3に示すように、繊維織物3は外側に湾曲するような力を受ける。したがって、繊維織物3の外側の表面には、張力が与えられる。
【0030】
その後、繊維1及び繊維織物3の張力を保つように押さえ板11で繊維1及び繊維織物3を押さえつけながら、繊維1及び繊維織物3の断面がI型形状になるように繊維1の一部分を切断する。ここでは、繊維1における押さえつけていない部分、すなわち、図2における両マンドレル2A,2Bの外側部分の繊維1を除去する。その結果、図4に示すように、繊維1とフィラー4と繊維織物3とからなる断面I型のプリフォーム10が得られる。
【0031】
次に、図5に示すように、プリフォーム10の繊維の張力を保ちつつ、プリフォーム10、マンドレル2A,2B及び押さえ板11の周りに成形治具25を組み立てる。具体的には、押さえ板11の裏面の段差部に金具12を配置し、金具12とマンドレル2A,2Bとをボルト等の締結具(図示せず)で連結する。この連結により、金具12がマンドレル2A,2B側に押しつけられるので、押さえ板11の押しつけ力が維持され、プリフォーム10の繊維1及び繊維織物3の張力が保たれる。その後、ブロック体からなるヒータ13,14A,14B,15でその全体を囲み、密閉する。なお、下面側のヒータ14Bには樹脂注入口18が形成され、上面側のヒータ14Aには樹脂排出口17が形成されている。本実施形態では、樹脂注入口18及び樹脂排出口17は、それぞれ2個ずつ設けられている。ただし、樹脂注入口18及び樹脂排出口17の個数は何ら限定されるものではない。
【0032】
次に、成形治具25を製造装置に組み込む。図6は、複合材料の製造装置の一例を示す構成図である。この製造装置30は、樹脂20を貯留するタンク31と、タンク31内の樹脂20を搬送するポンプ32と、樹脂トラップ35と、真空ポンプ36とを備えている。
【0033】
ポンプ32の吐出側は、樹脂を導く樹脂注入通路38に接続されている。この樹脂注入通路38は途中で分岐しており、分岐後の各通路は成形治具25の樹脂注入口18にそれぞれ接続されている。分岐後の各通路には、注入バルブ33が設けられている。
【0034】
成形治具25の樹脂排出口17には樹脂排出通路39が接続され、樹脂排出通路39の下流側は樹脂トラップ35に接続されている。また、樹脂排出通路39には、排出バルブ34が設けられている。真空ポンプ36は樹脂トラップ35の下流側に設けられ、真空ポンプ36と樹脂トラップ35とは管路を介して接続されている。
【0035】
なお、成形治具25には、温度制御盤40が設けられている。温度制御盤40は、ヒータ13,14A,14B,15への供給電流を調節することにより、成形治具25内の温度を制御する。
【0036】
プリフォーム10に樹脂を含浸させる際には、注入バルブ33及び排出バルブ34が開放され、成形治具25の樹脂注入口18から樹脂が注入される。図7に示すように、樹脂注入口18から注入された樹脂は、下側の押さえ板11とヒータ14Bとの間の隙間を流通し、押さえ板11の両側を回り込むようにしてプリフォーム10の下側フランジ部1cに流入する。すなわち、樹脂は下側フランジ部1cの両側から注入される。
【0037】
図8に示すように、プリフォーム10の下側フランジ部1cの両端部は、押さえ板11の爪状突起11aとマンドレル2A,2Bとに挟まれ、他の部分よりも強い押圧力で固定されている。そのため、プリフォーム10の繊維が樹脂20によって押し流されることは防止される。したがって、樹脂注入時におけるプリフォーム10の型くずれが防止される。特に、本実施形態では、プリフォーム10における爪状突起11aの近傍部分から樹脂が注入されるので、樹脂の注入部分は最もしっかりと固定されている。したがって、プリフォーム10の型くずれをより効果的に防止することができる。
【0038】
下側フランジ部1cから流入した樹脂は、ウェブ部1a、上側フランジ部1bの順にプリフォーム10内を流れた後、上側の押さえ板11とヒータ14Aとの隙間を流通し、樹脂排出口17から排出される。
【0039】
プリフォーム10の全体が樹脂20に含侵された後は、注入バルブ33及び排出バルブ34を閉鎖し、注入ポンプ32及び真空ポンプ36の運転を停止する。そして、ヒータ13,14A,14B,15による加熱を開始し、樹脂を硬化させる。樹脂の硬化が終了すると、成形治具25を分解する。その結果、断面I型の長尺物からなる補強部材が得られる。
【0040】
以上のように、本実施形態によれば、張力をかけながらマンドレル2A,2Bに巻き付けた繊維1を、その張力を保ったまま所定形状(断面I型)に加工し、さらに、張力を保ったまま樹脂に含浸させ、硬化させることができる。そのため、樹脂内の繊維の縮れを防止又は抑制することができ、繊維本来の強度を発揮させることができる。したがって、強度の高い繊維複合材料を製造することができる。
【0041】
両マンドレル2A,2Bの側面に補強材として繊維織物3を被せ、両マンドレル2A,2Bに巻き付けた繊維1と上記繊維織物3とを共に樹脂に含浸させることとしたので、より高い強度の繊維複合材料を得ることができる。
【0042】
また、爪状突起11aを有する押さえ板11で繊維織物3の両側部分を押さえつけることとしたので、マンドレル2A,2Bに巻き付けた繊維1だけでなく、繊維織物3にも張力を与えることができる。したがって、繊維複合材料の強度をさらに高めることができる。
【0043】
また、爪状突起11aを有する押さえ板11で繊維織物3の両側部分を押さえつけることとしたので、樹脂注入時にプリフォーム10の繊維が樹脂によって押し流されることを防止することができ、プリフォーム10の型くずれを防止することができる。特に、爪状突起11aによって押さえつけられている部分の近傍から樹脂を注入することとしたので、プリフォーム10の型くずれを効果的に防止することができる。
【0044】
また、両マンドレル2A,2Bの重ね合わせ部分の窪み5にフィラー4を挿入することとしたので、より高い強度の繊維複合材料を得ることができる。
【0045】
フィラメントワインディング法を用いて繊維1をマンドレル2A,2Bに巻き付けることとしたので、繊維1に対して容易かつ確実に張力を与えることができる。
【0046】
このように、従来は、I型断面の長尺物のような複雑な形状を有するプリフォームに対してプリテンションをかけることは困難であったが、本製造方法によれば、そのような複雑な形状を有するプリフォームに対してもプリテンションをかけることが可能となる。
【0047】
なお、上記実施形態では、押さえ板11の爪状突起11aは、外側に向かって広がった形状に形成されていたが、押さえ板11の突起の形状は特に限定されるものではない。また、押さえ板11の突起は、両側の突起11aだけに限らず、両側の突起11aに加えて他の部分にも突起を設けるようにしてもよい。例えば、押さえ板11の押さえ面の外周部全体にわたって突起を設けるようにしてもよい。つまり、押さえ板11を蓋状に形成してもよい。また、両側の突起に加えて、押さえ面の中央部分等に突起を設けることも可能である。
【0048】
また、特にプリテンションをかける必要のない場合には、押さえ板11の爪状突起11aは1つだけであってもよい(ただし、2つ以上あってもよいことは勿論である)。1つの爪状突起11aであっても、プリフォームの型くずれを防止することができる。なお、この場合でも、樹脂の注入は爪状突起11aの近傍から行うことが好ましい。
【0049】
本発明に係る治具は、押さえ板11のような平板状の治具に限らず、他の形状の治具であってもよい。
【0050】
上記実施形態では、マンドレル2A,2Bは断面形状が略矩形状のものであったが、マンドレル2A,2Bの形状は何ら限定されるものではない。
【0051】
繊維織物3の形状は平板状に限定されず、マンドレル2A,2Bの側面形状に応じた種々の形状を採用することができる。また、本発明に係る繊維体は、織物に限られない。
【0052】
上記実施形態では、2枚の押さえ板11を用いてマンドレル2A,2Bを挟み込むように押さえつけていたが、両マンドレル2A,2B同士を押さえつけることにより、1枚の押さえ板11のみでマンドレル2A,2Bの繊維1の張力を維持することも可能である。すなわち、両マンドレル2A,2Bを重ね合わせ部分において互いに押しつけ合うと共に、この重ね合わせ部分から各マンドレル2A,2Bの周方向に離隔した部分を押さえ板11で押しつけるようにしてもよい。このことにより、断面J型の補強部材や断面T型の補強部材等を製造することができる。
【0053】
また、上記実施形態では、2つのマンドレル2A,2Bを用いていたが、1つのマンドレルを用いて繊維複合材料を製造することも可能である。例えば、1つのマンドレルを用いて断面C型の補強部材を製造することも可能である。また、3つ以上のマンドレルを用いて、前記実施形態と同様に繊維複合材料を製造することも可能である。
【0054】
繊維1、繊維織物3及びフィラー4の材料は、炭素繊維に限らず、他の材料を用いてもよい。互いに異なる材料を用いることも可能である。
【0055】
前記補強部材は、中空構造物の補強をはじめとして、種々の用途に利用することができる。例えば、図9に示すように、桁52と外板53とからなる航空機の翼51において、桁52を前記補強部材で形成するようにしてもよい。また、風車のブレード等、他の翼構造物に上記補強部材を利用してもよい。
【0056】
さらに、他の中空構造物(例えば、航空機や車両の胴体など)や建築物等に対して、前記補強部材を利用してもよい。また、本発明に係る繊維複合材料は、補強部材としての用途だけでなく、他の用途に利用することも勿論可能である。その形状も桁構造に限定されるものでもない。本発明に係る繊維複合材料の形状、寸法、用途等は、何ら限定されるものではない。
【0057】
【発明の効果】
本発明によれば、樹脂を含浸させる際に、治具の突起によって繊維体をしっかりと固定することができるので、繊維体の繊維が樹脂に押し流されることを防止することができ、繊維体の型くずれを防止することができる。したがって、形状の整った繊維複合材料を得ることができる。
【0058】
また、本発明によれば、繊維体に張力を与えながら樹脂の含浸及び硬化を行うことができるので、樹脂内部の繊維の縮みを抑制することができる。したがって、繊維本来の強度を発揮させることができ、繊維複合材料の強度を高めることができる。
【0059】
前記繊維体における前記治具の突起によって押さえつけられた部分の近傍から、あるいは、前記繊維体の両側から樹脂を注入することとすれば、繊維体の型くずれを効果的に防止することができる。
【0060】
また、本発明によれば、強度の高い中空構造物を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】繊維が巻き付けられたマンドレルの平面図である。
【図2】繊維が巻き付けられたマンドレルと繊維織物と押さえ板との分解図である。
【図3】繊維織物に張力が与えられた状態を示す概念図である。
【図4】繊維が巻き付けられたマンドレルと繊維織物と押さえ板との組立図である。
【図5】成形治具の分解斜視図である。
【図6】繊維複合材料の製造装置の構成図である。
【図7】成形治具の内部断面図である。
【図8】成形治具の内部の部分拡大断面図である。
【図9】翼の断面図である。
【符号の説明】
1 繊維
2A 第1マンドレル
2B 第2マンドレル
2c アール
3 繊維織物(繊維体)
4 フィラー
5 重ね合わせ部分の窪み
10 プリフォーム
11 押さえ板(治具)
11a 爪状突起(突起)
12 金具
13 ヒータ
14A,14B ヒータ
15 ヒータ
17 樹脂排出口
18 樹脂注入口
20 樹脂
25 成形治具
30 製造装置
51 翼(中空構造物)
52 桁
53 外板[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a fiber composite material and a hollow structure provided with the fiber composite material.
[0002]
[Prior art]
BACKGROUND ART Conventionally, a fiber composite material in which a fiber reinforcing material is provided inside a resin has been used in various fields. As a method for producing this kind of fiber composite material, a method of impregnating a resin into a fibrous material (preform) formed into a predetermined shape, that is, a RTM (Resin Transfer Molding) molding method is known (for example, Patent Reference 1).
[0003]
There are various methods for producing a preform, for example, a method of cutting out a part of a fiber woven fabric and stacking them (hand lay-up method), or a method of weaving into a predetermined shape using a loom or the like. (Blading method) and the like are known.
[0004]
[Patent Document 1]
JP, 2002-337244, A
[Problems to be solved by the invention]
However, since the resin generally has a high viscosity, a part of the fiber is easily washed away by the resin when the resin is injected into the preform. Therefore, the preform may be easily deformed during resin injection, and as a result, the quality of the fiber composite material may be deteriorated.
[0006]
The present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to prevent a preform from being deformed at the time of injecting a resin, and to produce a fiber composite material having a uniform shape.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
A first manufacturing method according to the present invention is a method for manufacturing a fiber composite material by impregnating a molded fibrous body with a resin, and includes a jig having a holding surface on which at least one or more projections are formed. Pressing the fibrous body against the surface of the fibrous body by pressing the fibrous body with the protrusions; and impregnating the fibrous body with a resin while holding down the surface of the fibrous body with the jig. Curing the resin while holding down the surface of the fibrous body with a tool.
[0008]
According to the first manufacturing method, the fibrous body is fixed by the jig when the resin is impregnated. In particular, the fibrous body of the fibrous body is firmly fixed by a strong pressing force by the protrusion of the jig. Is prevented from being swept away. Therefore, the shape of the fibrous body is hardly lost. Therefore, a high-quality fiber composite material having a uniform shape can be obtained.
[0009]
A second manufacturing method is a method of manufacturing a fiber composite material by impregnating a resin into a formed fibrous body, and a jig having a holding surface having projections formed on both sides is formed by using the jigs with the fibers. Pressing both sides of the surface of the body against the surface of the fibrous body, and pressing the surface of the fibrous body with the jig so as to maintain the tension of the surface of the fibrous body, A method comprising: impregnating a resin; and curing the resin while holding down the surface of the fibrous body with the jig so as to maintain the surface tension of the fibrous body.
[0010]
Also in the second manufacturing method, the fibrous body is fixed by the jig when the resin is impregnated. In particular, since the fibrous body is firmly fixed by the strong pressing force by the projection of the jig, the fibers of the fibrous body are fixed by the injected resin. It is prevented from being swept away. Therefore, the fibrous body hardly loses its shape, and a high-quality fiber composite material having a uniform shape can be obtained.
[0011]
By the way, if the fibers of the preform are crimped, the fibers will remain in a crimped state inside the composite material when the resin is subsequently impregnated and cured. However, if the fiber in the composite material is in a crimped state, the fiber cannot exhibit its original tensile strength.
[0012]
However, according to the second manufacturing method, the fiber body slightly bends to the back side, and tension is generated on the front side because the projections of the jig press down the both sides of the surface of the fiber body. Therefore, the shrinkage of the fibers of the fibrous body is suppressed. The impregnation of the fibrous body with the resin and the curing of the resin are performed while the fibrous body is pressed by the jig. Therefore, the impregnation and curing of the resin are performed in a state where the fibrous body is pulled. Therefore, the fibers inside the resin are maintained in a state without shrinkage or in a state with little shrinkage, so that a fiber composite material with high strength can be obtained.
[0013]
The third manufacturing method includes a step of winding the fibers around the first and second mandrels while applying tension, a step of superposing the two mandrels on which the fibers are wound in parallel, and a step of superposing the two mandrels in an overlapping manner. Arranging a fibrous body covering at least a part of the fiber on the side surface on the side surface intersecting the portion, and pressing the fiber wound around each of the mandrels against each other at an overlapping portion of the two mandrels; Pressing a jig having a pressing surface on which projections are formed on the mandrel side from the surface side of the fibrous body by pressing both side portions of the surface of the fibrous body with the protrusions; and While pressing the fibrous body and each of the fibers, the overlapping portion and the pressing portion of each of the fibers are not included. A step of removing a part, a step of impregnating the fibrous body and each of the fibers with a resin while pressing the fibrous body and each of the fibers with the jig, and pressing the fibrous body and each of the fibers with the jig While curing the resin.
[0014]
In the third manufacturing method as well, the fibrous body is prevented from being deformed similarly to the second manufacturing method, so that a fiber composite material having a uniform shape can be obtained.
[0015]
Further, according to the third manufacturing method, since the both sides of the fibrous body are pressed by the projections of the jig, tension is generated on the surface of the fibrous body, and the tension of the fiber wound around the mandrel is maintained. It is. Moreover, since a part of the fiber is removed while the fiber body is pressed by the jig, the fiber shape can be processed into a predetermined shape while maintaining the tension of the fiber body and the fiber. Therefore, it is possible to obtain a preform having a complicated shape in a pretensioned state. Further, since the resin is impregnated and cured while the fiber body is pressed by the jig, the fibers inside the resin are maintained in a state of no shrinkage or in a small state, and a fiber composite material having high strength is obtained.
[0016]
The fourth manufacturing method is a method of manufacturing a long fiber composite material having an I-shaped cross section, and applying a tension to each of the first and second mandrels having a rectangular or substantially rectangular cross section while applying tension. Winding, the step of superimposing the side surfaces of both mandrels around which the fibers are wound in parallel, and on both side surfaces intersecting the superimposed surface of the two superposed mandrels, at least a part of the fiber on each side surface. A step of arranging the planar fiber bodies to be covered, and a jig having a pressing surface with projections formed on both sides thereof, and pressing the projections on both sides of the surface of the fiber bodies with the projections, thereby observing the surface side of the fiber bodies. And pressing the respective fibrous bodies and the respective fibers with the jig while removing unpressed portions of the respective fibers. Performing a step of impregnating the fibrous body and the fibers with a resin while pressing the fibrous bodies and the fibers with the jig, and pressing the fibrous bodies and the fibers with the jig While curing the resin.
[0017]
According to the fourth manufacturing method, similarly to the third manufacturing method, it is possible to obtain a long fiber composite material having a high strength and a well-shaped I-shaped cross section.
[0018]
In a fifth manufacturing method, in any one of the first to fourth manufacturing methods, the step of impregnating the resin may include the step of injecting the resin from the vicinity of a portion of the fibrous body pressed by the protrusion of the jig. It is a method that consists of.
[0019]
A sixth manufacturing method is a method according to any one of the second to fourth manufacturing methods, wherein the step of impregnating the resin includes the step of injecting the resin from both sides of the fibrous body. In addition, both sides here mean the both sides of the front surface or the back surface of the fibrous body, or both sides of the fibrous body.
[0020]
According to each of the fifth and sixth manufacturing methods, since the resin is injected from the most firmly fixed portion of the fibrous body, it is possible to more effectively prevent the fibrous body from being deformed. it can.
[0021]
The hollow structure according to the present invention is a hollow structure including an outer plate and a reinforcing member for reinforcing the outer plate, wherein the reinforcing member is manufactured by any one of the first to sixth manufacturing methods. It is formed of a fiber composite material.
[0022]
Thereby, a hollow structure having high strength can be obtained.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0024]
The composite material according to the present invention is manufactured by a so-called RTM (Resin Transfer Molding) method. That is, the composite material according to the present invention is configured by impregnating a resin into a preform made of a fibrous body formed in a predetermined shape. First, as one embodiment, a method for manufacturing a reinforcing member having an I-shaped cross section will be described.
[0025]
First, as shown in FIG. 1, a
[0026]
Next, as shown in FIG. 2, the two
[0027]
Next, two
[0028]
Next, the
[0029]
In the present embodiment, the pressing surface of the
[0030]
Thereafter, a part of the
[0031]
Next, as shown in FIG. 5, a
[0032]
Next, the
[0033]
The discharge side of the
[0034]
A
[0035]
The
[0036]
When impregnating the
[0037]
As shown in FIG. 8, both ends of the lower flange portion 1c of the
[0038]
The resin flowing from the lower flange portion 1c flows through the
[0039]
After the
[0040]
As described above, according to this embodiment, the
[0041]
A
[0042]
In addition, since both sides of the
[0043]
Also, since the
[0044]
In addition, since the
[0045]
Since the
[0046]
As described above, conventionally, it has been difficult to apply pretension to a preform having a complicated shape such as a long object having an I-shaped cross section. Pretension can be applied to preforms having various shapes.
[0047]
In the above-described embodiment, the claw-shaped
[0048]
When it is not particularly necessary to apply pretension, the
[0049]
The jig according to the present invention is not limited to a flat jig such as the holding
[0050]
In the above embodiment, the
[0051]
The shape of the
[0052]
In the above-described embodiment, the
[0053]
In the above embodiment, two
[0054]
The materials of the
[0055]
The reinforcing member can be used for various uses, including reinforcing a hollow structure. For example, as shown in FIG. 9, in an
[0056]
Further, the reinforcing member may be used for other hollow structures (for example, the fuselage of an aircraft or a vehicle) or a building. In addition, the fiber composite material according to the present invention can be used not only as a reinforcing member but also for other uses. The shape is not limited to the girder structure. The shape, size, application, and the like of the fiber composite material according to the present invention are not limited at all.
[0057]
【The invention's effect】
According to the present invention, when impregnating the resin, the fibrous body can be firmly fixed by the projection of the jig, so that the fibers of the fibrous body can be prevented from being washed away by the resin, and the Shape collapse can be prevented. Therefore, a fiber composite material having a regular shape can be obtained.
[0058]
Further, according to the present invention, the resin can be impregnated and cured while applying tension to the fibrous body, so that the shrinkage of the fiber inside the resin can be suppressed. Therefore, the original strength of the fiber can be exhibited, and the strength of the fiber composite material can be increased.
[0059]
If the resin is injected from the vicinity of the portion of the fibrous body pressed by the projection of the jig or from both sides of the fibrous body, the fibrous body can be effectively prevented from being deformed.
[0060]
Further, according to the present invention, a hollow structure having high strength can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a mandrel around which fibers are wound.
FIG. 2 is an exploded view of a mandrel around which fibers are wound, a fiber fabric, and a holding plate.
FIG. 3 is a conceptual diagram showing a state in which tension is applied to a fiber fabric.
FIG. 4 is an assembly diagram of a mandrel around which fibers are wound, a fiber fabric, and a holding plate.
FIG. 5 is an exploded perspective view of a molding jig.
FIG. 6 is a configuration diagram of an apparatus for producing a fiber composite material.
FIG. 7 is an internal sectional view of a molding jig.
FIG. 8 is a partially enlarged sectional view of the inside of a molding jig.
FIG. 9 is a sectional view of a wing.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
4
11a Claw-like projection (projection)
12 Metal fitting 13
52
Claims (7)
少なくとも1つ以上の突起が形成された押さえ面を有する治具を、前記突起で前記繊維体を押さえつけるようにして前記繊維体の表面に押しつける工程と、
前記治具で前記繊維体の表面を押さえつけたまま、前記繊維体に樹脂を含浸させる工程と、
前記治具で前記繊維体の表面を押さえつけたまま、前記樹脂を硬化させる工程と、
を備えたことを特徴とする繊維複合材料の製造方法。A method for producing a fiber composite material by impregnating a resin into a molded fibrous body,
Pressing a jig having a pressing surface on which at least one projection is formed, against the surface of the fibrous body so as to press the fibrous body with the projections;
A step of impregnating the fibrous body with a resin while holding down the surface of the fibrous body with the jig,
While pressing the surface of the fibrous body with the jig, curing the resin,
A method for producing a fiber composite material, comprising:
両側に突起が形成された押さえ面を有する治具を、前記突起で前記繊維体の表面の両側部分を押さえつけるようにして前記繊維体の表面に押しつける工程と、
前記繊維体の表面の張力を保つように前記治具で前記繊維体の表面を押さえつけたまま、前記繊維体に樹脂を含浸させる工程と、
前記繊維体の表面の張力を保つように前記治具で前記繊維体の表面を押さえつけたまま、前記樹脂を硬化させる工程と、
を備えたことを特徴とする繊維複合材料の製造方法。A method for producing a fiber composite material by impregnating a resin into a molded fibrous body,
A jig having a holding surface with projections formed on both sides, and pressing the jig against the surface of the fibrous body by pressing both side portions of the surface of the fibrous body with the projections,
A step of impregnating the fibrous body with a resin while holding down the surface of the fibrous body with the jig so as to maintain the tension on the surface of the fibrous body,
A step of curing the resin while holding down the surface of the fibrous body with the jig so as to maintain the tension of the surface of the fibrous body,
A method for producing a fiber composite material, comprising:
前記繊維が巻き付けられた両マンドレルを平行に重ね合わせる工程と、
重なり合った前記両マンドレルにおける重ね合わせ部分と交差する側面に、該側面上の繊維の少なくとも一部を覆う繊維体を配置する工程と、
前記各マンドレルに巻き付けられた繊維を、前記両マンドレルの重ね合わせ部分において互いに押しつけ合うと共に、両側に突起が形成された押さえ面を有する治具を、前記突起で前記繊維体の表面の両側部分を押さえつけるようにして前記繊維体の表面側から前記マンドレル側に押しつける工程と、
前記治具で前記繊維体及び前記各繊維を押しつけながら、前記各繊維における前記重ね合わせ部分及び押しつけ部分を含まない一部分を除去する工程と、
前記治具で前記繊維体及び前記各繊維を押しつけながら、前記繊維体及び前記各繊維に樹脂を含浸させる工程と、
前記治具で前記繊維体及び前記各繊維を押しつけながら、前記樹脂を硬化させる工程と、
を備えたことを特徴とする繊維複合材料の製造方法。Winding the fibers around the first and second mandrels while applying tension, respectively;
A step of superposing the two mandrels wound with the fibers in parallel,
A step of arranging a fibrous body that covers at least a part of the fibers on the side surface on a side surface that intersects an overlapping portion of the two overlapping mandrels,
The fibers wound around each of the mandrels are pressed against each other at the overlapping portion of the two mandrels, and a jig having a pressing surface with projections formed on both sides is provided with the projections on both sides of the surface of the fibrous body. Pressing the mandrel side from the surface side of the fibrous body so as to press,
While pressing the fibrous body and each of the fibers with the jig, a step of removing a portion that does not include the overlapped portion and the pressed portion of each of the fibers,
A step of impregnating the fibrous body and each fiber with a resin while pressing the fibrous body and each fiber with the jig,
A step of curing the resin while pressing the fibrous body and each fiber with the jig,
A method for producing a fiber composite material, comprising:
断面が矩形状又は略矩形状の第1及び第2マンドレルのそれぞれに、張力を加えながら繊維を巻き付ける工程と、
前記繊維が巻き付けられた両マンドレルの側面同士を平行に重ね合わせる工程と、
重なり合った前記両マンドレルにおける重ね合わせ面と交差する両側面に、該各側面上の繊維の少なくとも一部を覆う平板状の繊維体をそれぞれ配置する工程と、
両側に突起が形成された押さえ面を有する治具を、前記突起で前記繊維体の表面の両側部分を押さえつけるようにして前記繊維体の表面側から前記マンドレル側に押しつける工程と、
前記治具で前記各繊維体及び前記各繊維を押しつけながら、前記各繊維における押しつけられていない一部分をそれぞれ除去する工程と、
前記治具で前記各繊維体及び前記各繊維を押しつけながら、前記各繊維体及び前記各繊維に樹脂を含浸させる工程と、
前記治具で前記各繊維体及び前記各繊維を押しつけながら、前記樹脂を硬化させる工程と、
を備えたことを特徴とする繊維複合材料の製造方法。A method for producing a long fiber composite material having an I-shaped cross section,
A step of winding the fiber while applying tension to each of the first and second mandrels having a rectangular or substantially rectangular cross section;
A step of superposing the side surfaces of both mandrels around which the fibers are wound in parallel,
A step of arranging a plate-like fibrous body covering at least a part of the fiber on each side surface on both side surfaces intersecting a superimposed surface in the two overlapping mandrels,
A step of pressing a jig having a pressing surface with projections formed on both sides from the surface side of the fibrous body to the mandrel side so as to press both side portions of the surface of the fibrous body with the projections,
While pressing each of the fibrous body and each of the fibers with the jig, a step of removing a portion of each of the fibers that is not pressed,
A step of impregnating the fibrous body and the fibers with a resin while pressing the fibrous bodies and the fibers with the jig,
A step of curing the resin while pressing the fibrous bodies and the fibers with the jig,
A method for producing a fiber composite material, comprising:
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JP2014104975A (en) * | 2012-11-26 | 2014-06-09 | Boeing Co | Multi-box wing spar and skin |
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