JP2004502573A - Core-containing shaped composite structural member and method of manufacturing the same - Google Patents

Core-containing shaped composite structural member and method of manufacturing the same Download PDF

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Abstract

【課題】コア入り賦形複合構造部材(2)及びその製造方法を提供する。
【解決手段】構造部材(2)は、賦形構造であり、内材料(4)及び外材料(8)を含み、中間支持構造即ち安定化構造(6)を備えている。構造部材(2)の賦形構造は、内複合材料(4)及び外複合材料(8)、及び中間支持構造(6)を互いにチューブロールし、即ちロール巻付けし、その後、必要であればこれらを結合即ち連結することによって形成できる。全体に平らでない賦形構造については、本発明の構造部材(2)の用途は、ほぼ無限である。
【選択図】図1
A core-shaped shaped composite structural member (2) and a method for manufacturing the same are provided.
A structural member (2) is a shaped structure, includes an inner material (4) and an outer material (8), and has an intermediate support structure or stabilizing structure (6). The shaping structure of the structural member (2) is such that the inner composite material (4) and the outer composite material (8), and the intermediate support structure (6) are tube-rolled, i.e., rolled, and then if necessary. They can be formed by bonding or connecting them. For shaped structures that are not entirely flat, the applications of the structural member (2) of the present invention are almost endless.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本願は、米国仮特許出願第60/216,636号の優先権を主張するものである。同特許出願に触れたことにより、この特許出願に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。
【0002】
本発明は、構造部材及びその製造方法に関する。詳細には、本発明は、コア入り賦形複合部品及びその製造方法に関する。
【0003】
【従来の技術】
近年、軽量の複合材料を使用することが強調されることが多くなってきている。このような複合材料の一つの用途は、自動車の効率を向上することである。その目的のため、米国政府、及びダイムラー・クライスラー、フォード、及びゼネラルモーターズを代表する米国自動車研究委員会(USCAR)がパートナーを組み、新世代車輛(PNGV)についてのパートナーシップを結んだ。PNGVの一つの到達点は、複合技術等の技術を開発することであり、これは、今日の入手容易性、性能、及び安全性を提供しつつ、燃料効率が最大3倍の環境に優しい車輛を製造するのに使用できる。例えば、PNGVには、今日の車輛の燃料効率を約11.90km/l(28mpg)から約35.29km/l(83mpg)まで改善し、現在の車輛全備重量(1.47t(3200ポンド))を40%乃至60%減少することが求められる。
【0004】
燃料効率を改善するための一つの方法は、今日の車輛の重量を軽減し、軽量の材料を使用することである。今日の車輛で使用されている鋼やアルミニウム等の材料は、複合材料と比較すると極めて重いが、引張強度、圧縮強度、撓み強度、層間剪断強度、及び平面内剪断強度、及び車輛の設計上の必要条件を満たすための他の機械的特性及び材料特性を含む十分な構造特性を提供する上で必要であった。
【0005】
軽量複合材料の多くの他の用途は、鋼、鋳鉄、及びアルミニウム等の構造材料を使用することを補助するため、又はこれらの材料に代わって使用するための用途である。これらの用途には、建物、橋梁、娯楽用車輛、航空宇宙、防衛、及びスポーツ用品、並びに多くの他の用途が含まれる。
【0006】
複合材料は、巨視的には、最終状態が固体で互いに非相溶性で化学的性質が異なる一つ又はそれ以上の材料の混合物又は組み合わせである。複合材料の種類には、層状、粒状、繊維状、フレーク状、及び充填複合材料が含まれる。しかしながら、複合材料は、多くの場合、上文中に言及した構造特性及び/又はこれらが自動車産業及び他の用途で広範に使用されるようになる上で必要な低価格の組み合わせを備えていない。
【0007】
複合材料の構造特性を向上するため、特に捩じり強度又は撓み強度を向上するための一つの方法は、複合材料を構造的に更に効率的な形態にすることである。構造的効率が高い一つの形態では、複合材料を、ハニカムやフォーム構造等の支持構造を複合材料のパネル間に挟むことによって組み合わせることである。このような組み合わせの例は、米国特許第5,006,391号、米国特許第5,195,779号、米国特許第5,652,039号、米国特許第5,834,082号、米国特許第5,848,767号、米国特許第5,849,122号、及び米国特許第5,875,609号を参照されたい。これらの特許に触れたことにより、これらの特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。しかしながら、このような組み合わせは、一般的には、全体に平らな構造に限定され、そのため、このような材料の使用は極めて限られる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、コア入り賦形複合構造部材及びその製造方法を提供する。
【0009】
【課題を解決するための手段】
賦形構造部材は、支持体即ち安定化構造を挟む複合材料を含む。賦形構造は、複合材料及び支持構造を一緒にチューブロール(即ちロール巻付け)した後、必要であれば、これらの材料を結合するか或いは連結することによって提供できる。賦形された全体に平らでない構造では、本発明の構造部材の用途にはほぼ制限がない。
【0010】
図1乃至図11は、構造部材及びその製造方法の全部ではないが特定の部分だけを以下の説明と関連して示す。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下の説明は、本発明を完全に理解するための特定の詳細を提供する。しかしながら、本発明は、これらの特定の詳細を使用せずに実施できるということは当業者には理解されよう。確かに、本発明は、例示の構造部材及び方法を変更することによって実施でき、当該産業で従来使用された装置及び技術と関連して使用できる。
【0012】
図1は、本発明による一つの賦形構造部材、即ち実質的に円形の断面を持つチューブ状部材を示す。本発明の説明において、「賦形」構造部材は、任意の形状、大きさ、又は形体であり、このような部材の外周又は内周の少なくとも一部が実質的に平らでなく、湾曲、幾何学的形状、又は不規則な形状を含む。好ましくは、賦形構造部材は、これらの賦形構造部材を以下に説明するように製造するのを容易にする表面等の閉じた表面形体を有する。本発明の説明において、「閉じた」構造部材は、任意の形状、大きさ、及び形体を持つ構造部材であり、このような部材の表面(内面及び/又は外面)の少なくとも一部が実質的に閉じており、即ち実質的に連続している。閉じた形体の例には、チューブ状形体、球形形体、多角形形体、円錐形形体、又は他の同様の形状、並びに図示し且つ以下に説明する形体が含まれる。
【0013】
本発明の構造部材は、円筒形、又は円錐形、四角錐、ポッド状、半球形、又は球形等の非円筒形形体を備えていてもよい。本発明の構造部材は、更に、円形、又は矩形、正方形、六角形、八角形等の非円形断面を備えていてもよい。本発明の構造部材は、更に、非常に不規則で閉じておらず実質的に平らな表面を備えていてもよい。確かに、本発明の構造部材は、任意の複雑な賦形形状又は賦形形状の組み合わせを含んでもよい。本発明の構造部材は、これらが実質的に平らでないということを特徴とし、これにより周知のシート状コア入り複合材料と区別される。
【0014】
図1では、チューブ状構造部材2は、内区分即ち内部分4、中間区分即ち中間部分6、及び外区分即ち外部分8を含む。内部分4及び外部分8、及び随意のコア領域10は、任意の適当な複合材料で以下に説明するように形成される。中間部分6は、コア入り構造であり、内部分及び外部分に取り付けられ、支持し、及び/又は安定化させる。
【0015】
コア領域10は構造部材2の内区分内に配置されており、以下に説明するように、構造部材の形成で使用される基材又はマンドレルとほぼ同じ大きさである。コア領域10は、主として、構造部材2の形成で使用された製造プロセスにおける取り外し自在のマンドレル、及び構造部材2の形体、及び構造部材2の所望の最終用途で決まる、任意の適当な大きさ、形状、又は形体であるのがよい。コア領域10は中空であってもよいが、随意であるが、フォーム、プラスチック、導電体、絶縁体、金属等の任意の所望のコア材料で部分的に又は完全に充填されていてもよい。コア材料を含むコア領域10は、構造エレメントであってもよい。コア材料は、構造部材2の形成後に加えられてもよいし、構造と一体成形されてもよい。コア材料12が構造部材2の形成後に追加される場合には、接着剤又は当該技術分野で周知の他の適当な結合手段を使用して構造部材2に取り付けられてもよい。
【0016】
内区分4及び外区分8用の材料は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。好ましくは、内部分4及び外部分8は同じ材料でできている。適当な材料には、任意の強化樹脂マトリックス材料(PPMM)が含まれる。この材料は、連続した又は不連続の強化材料が埋め込まれた樹脂マトリックス材料(RMM)である。本発明の一つの特徴では、RMMは有機樹脂マトリックス材料(ORMM)である。例えば、米国特許第5,725,920号及び米国特許第5,309,620号を参照されたい。これらの特許に触れたことにより、これらの特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。
【0017】
本発明の一つの特徴では、ORMMは熱硬化性樹脂であってもよい。熱硬化性樹脂は、加熱されたときに不可逆的に硬化するポリマー材料である。熱硬化性樹脂の例には、エポキシ、ビスメレイミド(bismeleimide)、ポリエステル、フェノール樹脂、ポリイミド、メラミン、キシレン、ウレタン、フェノール樹脂、フラン樹脂、シリコーン、ビニルエステル、及びアルキド樹脂、又はこれらの組み合わせが含まれる。熱硬化性樹脂は、架橋剤、硬化剤、充填剤、バインダー、又は紫外線抑制剤等の当該技術分野で周知の様々な添加剤を含有できる。本発明では、好ましくは、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、又はポリエステル樹脂を熱硬化性樹脂として使用する。
【0018】
本発明の別の特徴では、ORMMは、熱可塑性樹脂マトリックス材料であってもよい。熱可塑性樹脂は、加熱されたときに不可逆的に硬化しないポリマー材料であり、例えば、熱に露呈されると軟化し、次いで冷却されるとその元の状態に戻る。熱可塑性樹脂の例には、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアミド(ナイロン)、ポリエステル(PET、PBT)、ポリエーテルケトン(PEK)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリフェニレンオキシド(PPO)及びそのアロイ、及びポリビニル樹脂、又はこれらの組み合わせが含まれる。熱可塑性樹脂は、架橋剤、硬化剤、充填剤、バインダー、又は紫外線抑制剤等の当該技術分野で周知の様々な添加剤を含有できる。本発明では、好ましくは、ポリアミド(ナイロン)樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、及びポリプロピレン樹脂が熱可塑性樹脂として使用される。
【0019】
本発明のRMMを強化するために使用される材料は、樹脂マトリックスを強化する任意の形体であるのがよい。強化材の形体の例には、一方向テープ、多方向テープ、織布、ロービング布、マット布、予備成形物、繊維、フィラメント、ホイスカー、及びこれらの組み合わせが含まれる。RMMの強化に使用される材料の種類は、このような強化機能を果たす任意の種類であるのがよい。好ましくは、樹脂マトリックス用の強化材料の形体は、連続した又は不連続の繊維等の繊維質材料である。本発明で使用できる材料の例には、ガラス−s、ガラス−e、アラミド、グラファイト、カーボン、超高分子量ポリエチレン、硼素、炭化珪素、セラミック、水晶、金属、等方性金属(アルミニウム、マグネシウム、及びチタニウム)、金属でコーティングした複合材料、CAMP、これらの繊維の組み合わせが含まれる。例えば、米国特許第6,117,534号を参照されたい。同特許に触れたことにより、この特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。
【0020】
本発明の一つの特徴では、非硬化の又は部分硬化の複合材料を内区分及び/又は外区分用の材料として使用する。複合材料は、巨視的には、最終的な状態が固体の非相溶性で化学的性質が異なる二つ又はそれ以上の材料の混合物又は組み合わせである。本発明では、層状、粒状、繊維状、フレーク状、及び充填された複合材料等の当該技術分野で周知の任意の複合材料を使用できる。非硬化の又は部分硬化の複合材料は、連続的な繊維で強化したORMM(熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂)である。
【0021】
内区分4及び外区分8に使用される好ましい複合材料には、代表的にはシート又は積層体の形態のB段階プレプレグ材料が含まれ、これは、複数の繊維強化トウに所定配合の樹脂を含浸させることによって形成できる。B段階プレプレグシートの製造方法及びこれらのシート自体は周知である。例えば、米国特許第4,495,017号に記載されたシートを参照されたい。同特許に触れたことにより、この特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。プレプレグ材料は、硬化させた場合には、全体に金属よりも強く且つ剛性であり、疲労、化学物質、磨耗、及び腐蝕に対して大きな抵抗を示す。プレプレグ用の好ましい強化材には、アラミド、ガラス材料、炭化ニッケル、セラミック、カーボン、及び超高分子量ポリエチレン、又はこれらの組み合わせが含まれる。例えば、米国特許第4,968,545号、米国特許第5,102,723号、米国特許第5,499,661号、米国特許第5,579,609号、及び米国特許第5,725,920号を参照されたい。これらの特許に触れたことにより、これらの特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。カーボン、ガラス、金属、及び特にアルミニウム、マグネシウム、及びチタニウム等の等方性金属、金属でコーティングした複合材料、及びアラミド繊維、又はこれらの組み合わせも、繊維として使用できる。例えば、米国特許第5,601,892号及び米国特許第5,624,115号を参照されたい。これらの特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。本発明では、好ましくは、アラミド繊維、及び更に好ましくはケブラー29又は49繊維が使用される。
【0022】
プレプレグ中の繊維の容積は、機械的特性、電気的特性、及び熱的特性を最大にするように変化させることができる。例えば、米国特許第5,848,767号に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。繊維の容積が高いと剛性になり、伝熱性繊維の場合には、部品の熱伝導性が高くなる。本発明での繊維の容積は、約5%乃至約95%の範囲内にあり、好ましくは約50%乃至約65%の範囲内にある。プレプレグの繊維は、プレプレグ材料内で、任意の所望の方向に当該技術分野で周知のように、約0°乃至90°で配向でき、同数の繊維が両方向で均衡している。例えば、米国特許第4,926,721号を参照されたい。同特許に触れたことにより、この特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。
【0023】
本発明の更に別の特徴では、シート成形コンパウンド(SMCs)を内部分又は外部分用の材料として使用できる。SMCs領域シートは、不連続な繊維で強化されたB段階熱硬化性樹脂でできている。SMCsは、代表的にはシート、プライ、又は積層体に形成された不連続繊維強化材料を含む、完全に配合されたORMMコンパウンドであり、これ以上の準備を要しない。例えば、米国特許第6,103,032号を参照されたい。同特許に触れたことにより、この特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。本発明のSMCsで使用できる樹脂には、上掲の熱硬化性樹脂のうちの任意の樹脂が含まれる。好ましくは、ポリエステル樹脂又はビニルエステルが本発明のSMCsの樹脂として使用される。本発明のSMCsで使用できる繊維には、上掲の繊維のうちの任意の繊維が含まれる。好ましくは、ガラス繊維、カーボン繊維、又はアラミド繊維、好ましくはケブラー29又は49繊維をSMCsの繊維として使用できる。SMCの繊維容積もまた、機械的特性及び熱的特性を最大にするように変化させるてもよい。
【0024】
不飽和樹脂系をその基材とする場合、SMCsには、所望の加工性及び成形性、及び機械的強度、耐衝撃性、剛性、及び寸法安定性等の最適の物理的及び機械的性質を得るため、他の材料が組み込まれる。組み込まれる材料には、ポリマー、強化用繊維、樹脂、充填材、重合を促進する開始剤、粘度剤、潤滑剤、離型剤、触媒、増粘剤、顔料、ポリエチレン粉体、難燃剤、紫外線吸収剤、及び他の添加剤が含まれる。これらの添加剤の各々は、加工工程中又は型成形工程中のいずれかで、又は完成した部品においてSMCに重要な特性を与え、本発明のSMCsに組み込むことができる。
【0025】
内区分4及び外区分8は、このようなORMM材料を少なくとも一層含む。内区分又は外区分の夫々を形成するため、及び構造部材2に対して所望の構造特性を提供する上で一つの層で十分である。追加の層を加えることにより、構造部材2の強度、剛性、又は他の物理的性質を改良できる。相補的配向の繊維を含む単一の層を使用することができる。しかしながら、以下に説明するようにB段階材料を完全に硬化させたときに得られる区分を構成する層の固有応力のバランスをとるため、相補的配向の複数の層を使用するのが好ましい。相補的であるようにするため、連続した層の繊維は、図2に示すように対称であり且つバランスがとれていなければならない(これは、例えば、互いに重なった層の繊維をシートの軸線から等しく且つ逆の量だけずらすことによって行われる)。繊維は、更に、これらの繊維が組み込まれた構成要素の設計パラメータと合致するように、例えば予想荷重に対する構造強度を最適化するように配向できる。繊維は、±15°、±30°、±45°、±60°、及び±75°を含む、約0°乃至約90°の範囲の任意の適当な角度で、又は当該技術分野で周知のように配向できる。例えば、米国再発行特許第Re.35,081号及び米国特許第5,061,583号を参照されたい。これらの特許に触れたことにより、これらの特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。
【0026】
内部分4及び外部分8の形体は、構造部材2内で変化させることができる。例えば、使用された材料(繊維及び樹脂の両方)、繊維の配向、及び内部分及び/又は外部分(4、8)の湾曲、厚さ、形状、及び他の特徴は、構造部材2の長さ及び幅に沿って異なっていてもよい。例えば、米国特許第5,718,212号を参照されたい。同特許に触れたことにより、この特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。
【0027】
本発明の構造部材2の中間部分6は、内部分4及び外部分8を離間し及び/又は支持し、並びにこれらの間に配置したときにこれらの2つの部分の構造特性を向上する任意の構造を有する。更に、中間区分6は、内部分4を外部分8に関して分離し、支持し、安定させ、連結し、及び取り付ける任意の適当な材料で形成されているのがよい。中間区分6を内区分4と外区分8との間に配置することにより、構造特性を、機械工学の周知の原理に従って改善し、構造部材2の機械工学的構造特性を、互いに結合したほぼ同じ形状の内区分4及び外区分8だけからなる部材の特性よりも高くする。好ましくは、図1に示すように、中間部分は、内区分4の外面及び外区分8の内面と実質的に接触しており、例えば中間区分6は、その表面の大部分(全部ではない)に亘って内区分4及び/又は外区分8と別個の箇所で接触する。
【0028】
本発明の一つの特徴では、中間部分6は、リブ構造(RS)、又は構造の任意の単一の部材(リブ)が内(又は外)部分と近接した箇所から外(又は内)部分と近接した箇所まで連続的に延びる構造を有する。本発明の別の特徴では、RSは、リブの一端が少なくとも一つの内(又は外)層と近接した位置に連結されており且つ他端が別のリブと当接しているか或いは連結した構造である。これらのRSsの例には、波形材料、ポスト、湾曲材料、ハニカムコーン等が含まれる。これらの構造並びに他のRSを図3に示す。
【0029】
RSは、加えられる追加の重量NITUITE、構造部材の構造特性が、多くの場合、大幅に向上するため、有利である。RSは、「リブ」及び空所からなる大きな容積を含む。RSの「リブ」は構造部材の構造特性を高め、このとき、RSの重量を最小にするために空所が設けられる。本発明で使用されたRSに存在するリブ及び空所の夫々の量は、選択されたRSの形体、例えば、図3に示す形体から選択された形体で決まる。好ましくは、RS又は構造部材の必要な(又は所望の)構造強度が得られるのであれば、空所の量を最大にし、リブの量を最小にすることによって最小重量で最大強度を提供しなければならない。
【0030】
本発明で使用されたRSは、構造部材に任意の適当な方法で組み込むことができる。本発明の一つの特徴では、RSは、図3に示す形体のように、少なくとも一つの内層から少なくとも一つの外層まで延びる独立型「リブ」として組み込むことができる。本発明の別の特徴では、リブを支持シート又は他のリブに連結でき、この場合、シート又は他のリブ自体が少なくとも一つの内層及び外層に連結される。
【0031】
所望であれば、追加の材料をリブ構造に組み込むことができる。RSに組み込んで充填できる追加の材料の例には、空気以外に、樹脂、フォーム、絶縁体、又はNVH(ノイズ、振動、又は粗さ)減少材料等の材料が含まれる。
【0032】
RSは、構造部材で必ずしも均等でなくてよい。本実施例の一つの特徴では、RSのリブの種類は、位置毎に変化してもよい。更に、多数の種類のRSを少なくとも一つの中間層に組み込むことができる。本発明の別の特徴では、リブの周期性及び/又は厚さを、少なくとも一つの中間層の異なる領域で変えることができる。本発明の別の特徴では、リブの強度及び他の物理的特性を位置によって変えることができる。
【0033】
RSのリブは、所望の構造的特性を示す任意の適当な材料で形成できる。このような機能を提供する当該技術分野で周知の任意の材料には、ビード等の個々の隔室を持つ材料、波形材料、熱可塑性成形材料、ハニカム材料、木材(バルサ)、及び剛性発泡プラスチックフォーム、ポリマーフォーム、金属製構成要素、又はこれらの材料の任意の組み合わせが含まれる。例えば、米国特許第5,344,038号、米国特許第4,573,707号、米国特許第5,562,981号、米国特許第4,128,963号、米国特許第4,968,545号、及び米国特許第5,894,054号を参照されたい。これらの特許に触れたことにより、これらの特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。
【0034】
好ましい中間部分6は、ハニカム材料を使用して形成できる(ハニカムコアとして周知である)これらの材料は、通常は、様々なランダムな又幾何学的隔室形体に形成された紙やアルミニウム箔等の材料の一つ又はそれ以上の薄いシートでできている。米国特許第5,876,654号を参照されたい。同特許に触れたことにより、この特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。幾何学的隔室形体を持つハニカムコアは、比較的高密度の多くのフォーム又は中実コアよりも構造特性即ち特徴が優れているということが周知である。ハニカムコアは様々な形状で、アルミニウム、コレックス(コレックス(Korex)は登録商標である)等のアラミド材料、ノメックス(ノメックス(Nomex)は登録商標である)等のナイロン材料、プラスチック、強化フェノール樹脂、カーボン、ガラス繊維、又はこれらの材料の組み合わせ等の材料で形成できる。好ましくは、ノメックス製のハニカムは、中間部分6用の材料として使用される。
【0035】
隔室の材料及び形体(幅、長さ、及び幾何学的形状)は、内部分及び外部分に対して所望の支持及び/又は安定性を提供するために最適化できる。例えば、隔室の大きさは、約3.175mm乃至約19.05mm(約1/8インチ乃至約3/4インチ)の範囲内にあり、好ましくは約4.763mm(約3/16インチ)である。
【0036】
ハニカムコアの隔室は、樹脂、絶縁体、又はNVH(ノイズ、振動、又は粗さ)減少材料等の空気以外の材料で充填できる。中間部分6について使用された材料の種類、厚さ、隔室形体、及び「充填材料」は、構造部材2の長さに沿って変化させることができる。
【0037】
本発明の構造部材は、所望であれば、外部分8の外側上に追加の層又は部分を含む。一例では、一層の金属材料、絶縁体、追加の複合材料、又はハニカムコア材料を外部分8上に配置してもよい。同様の又は異なる複合材料を含む多くの追加の部分又は層を同様の方法で追加できる。更に、ブラケット、継手、キャップ等の少なくとも一つの構造的構成要素を構造部材2の端部に配置できる。
【0038】
本発明の構造部材は、実質的に平らでない任意の輪郭又は形体を備えている。図4は、このような形体の幾つかを例示する。図4に示す構造部材は、チューブの断面が実質的に円形でないという点で図1に示す構造部材と異なっている。
【0039】
本発明は、構造部材2の構造を提供する任意の適当なプロセスによって形成できる。複合層を形成するための適当なプロセスには、米国特許第5,225,016号、米国特許第5,192,384号、米国特許第5,569,508号、米国特許第4,365,952号、米国特許第5,225,016号、米国特許第5,624,519号、米国特許第5,567,499号、及び米国特許第5,851,336号に記載されているように、熱成形、袋又は樹脂トランスファー成形、又は膨張可能なマンドレルプロセス等の当該技術分野で周知の任意のプロセスが含まれる。これらの特許に触れたことにより、これらの特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。別の適当なプロセスは、米国特許第5,848,767号に記載された真空バッギングプロセスである。同特許に触れたことにより、この特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。他の適当なプロセスは、フィラメントワインディングプロセス、又はシート又はチューブロール(ロール巻付けとしても周知である)である。例えば、米国特許第5,632,940号、米国特許第5,437,450号、米国特許第4,365,952号、米国特許第5,624,529号、米国特許第5,755,558号、米国特許第4,885,865号、米国特許第5,332,606号、米国特許第5,540,877号、米国特許第5,840,347号、及び米国特許第5,914,163号を参照されたい。これらの特許に触れたことにより、これらの特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。
【0040】
フィラメントワインディングプロセスでは、所望材料のフィラメントをバインダー材料のマトリックスに分散し、構造部材2の所望形状(コア領域10)と全体に対応する形状のマンドレルアッセンブリ等の任意の適当な基材に巻き付ける。本発明では、米国特許第5,795,524号、米国特許第5,645,668号、米国特許第5,192,384号、米国特許第5,780,075号、米国特許第5,632,940号、米国特許第5,817,203号、及び米国特許第5,914,163号に記載された任意の適当なマンドレルを使用できる。これらの特許に触れたことにより、これらの特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。基材又はマンドレルは、十分な強度及び所望の形状を備えていなければならず、及び構造部材を製造するためのプロセス条件に耐えることができなければならない。適当なマンドレルには、鋼やアルミニウム等の金属、ポリカーボネート、熱可塑性樹脂、又はRRMM材料で形成されたマンドレルが含まれる。マンドレルは、中実であってもよいし中空であってもよい。
【0041】
フィラメントをマンドレルに巻付け、マンドレルの長さ方向軸線即ち巻付け軸線に沿ってマンドレルに対して往復動で変位させ、部分4を形成する。上文中に説明したように、又は当該技術分野で周知のように、追加の金属層や複合層等の追加の部分、構造、又は層を追加できる。
【0042】
好ましくは、本発明は、本発明の構造部材を製造するため、チューブロール(ロール巻付けとしても周知である)プロセスを使用する。一つの例示のチューブロールプロセスを図5に示す。チューブロールプロセスは、フィラメントでなく、所望の複合材料の又はポリマー材料の別個のプライ又は積層体を使用する。少なくとも一つのマンドレル20等のマンドレルアッセンブリにプライ又は積層体を交互に重ね、巻付け、又はロール状にする。所望であれば、マンドレルに材料を巻き付ける前に剥離フィルムをマンドレルに付けることができる。一枚以上の積層体を使用する場合には、巻付けプロセス前又は巻付けプロセス中、積層体を、繊維を所望の通りに配向して、手作業で又は任意の適当な機械装置によって、図2に示すように重ねることができる。内部分4の形成後、中間部分6を構成する材料が、好ましくは巻付け又はロール巻付けによって、任意の適当な人間によって、又は機械装置によって内部分4上に置かれる。次いでロール巻付けプロセスを再開し、外部分8の材料を付ける。ロール巻付けプロセスについてのこれ以上の詳細は、1987年に刊行されたASMインターナショナルの「工業材料ハンドブック」の第1巻の「複合材料」の第569頁乃至第574頁に記載されている。同文献に触れたことにより、この文献に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。所望であれば、追加の層又は材料を外部分8上に当該技術分野で周知の方法と同様の方法で加えることができる。
【0043】
個々の部分(内部分、中間部分、及び外部分)の層は、ロール巻付けを行うときに個々のプライの端部が実質的に当接し、これによって突き合わせ継手30を形成するように切断され及び/又はパターンにされなければならない。好ましくは、任意の単一のプライの端部によって形成された突き合わせ継手は、図6に示すように、隣接したプライの端部が形成する突き合わせ継手から食い違っている。
【0044】
内部分4及び外部分8は、異なる方法を使用して形成してもよい。例えば、内部分4は、フィラメント巻付けによって形成でき、外部分8はロール巻付けによって形成でき、又はこの逆を行ってもよい。本発明のこの特徴では、中間部分6を付ける前に内部分4を完全に硬化させてもよい。同様に、外部分8を付ける前に内部分4及び中間部分6を互いに貼り合わせて硬化させてもよい。上文中に説明したような当該技術分野で周知の他の方法をロール巻付けと組み合わせ、別個の工程を異なる方法で実施することによって、構造部材を形成できる。例えば、内部分4は、フィラメント巻付けプロセスを使用して形成でき、中間部分6及び外部分8は、ロール巻付けプロセスを使用して形成でき、この場合、中間構造は減圧バッグプロセスを使用して拘束される。
【0045】
所望であれば、部分4及び/又は8の連続した層間に結合剤を配置できる。結合剤は、選択された領域だけに置くことができ、又は行及び/又は列といったパターンをなして置くことができ、又は層/部分の全領域に亘って置くことができる。層の結合を補助し且つ構造部材2の製造に使用される全てのプロセスと適合する任意の適当な結合剤を使用でき、こうした結合剤には、糊、硬化剤、接着剤、又はこれらの組み合わせが含まれる。例えば、米国特許第5,635,306号を参照されたい。同特許に触れたことにより、この特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。結合剤は、夫々の部分の組み立て前に、組み立て中に、組み立て後に、手作業で又は機械的装置によって基材に付けることができる。
【0046】
部分4、6、及び8が未硬化状態(例えばB段階状態)で連続的に積層される場合には、構造は、マンドレルに重ねられた内部分4、この内部分4に重ねられた中間部分6、及びこの中間部分6に重ねられた外部分8を有する。必要であれば、内部分4、中間部分6、及び外部分8を互いに良好に結合し且つ連結するのが必要である場合には、これらの部分によって形成された中間構造を拘束してもよい。中間構造は、適当な圧縮力を加えることによって拘束できる。これは、圧縮ダイ又は金型、減圧バッグを含む任意の適当な手段を使用して、又は適当な拘束手段を使用することによって、例えばプラスチック又は金属の金型に置くことによって、又は適当な収縮包装テープ22、又はナイロン、シリコーン、又はポリプロピレン製のチューブを付けることによって行うことができる。以下に説明する硬化プロセス中、構造部材2の材料が互いに接触するように、圧縮手段(例えば収縮包装テープ又はチューブ)が物理的又は化学的変化によって適当な圧縮力を加える。本発明の内部分/外部分でRMMを使用する場合には、この硬化プロセス中に余分な樹脂が圧縮力により絞り出される。例えば、米国特許第5,600,912号及び米国特許第5,698,055号を参照されたい。これらの特許に触れたことにより、これらの特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。
【0047】
更に、中間構造で材料を良好に結合し接触するのが必要である場合には、これらの材料に適当な化学反応を加えることができる。例えば、内部分4及び/又は外部分8が硬化性材料(例えばB段階エポキシプレプレグ)を含む場合、熱及び/又は圧力を加えることによるオーブン硬化又は紫外線硬化又はマイクロウェーブ硬化等の任意の適当な手段24によって中間構造を硬化させることができる。必要な熱及び/又は圧力は、マンドレルアッセンブリの大きさ及び構造部材2で使用された材料で決まる。硬化プロセス中、収縮包装テープ又はチューブが適当な圧縮力を加える。本発明の内部分/外部分でRMMを使用する場合、この硬化プロセス中に余分な樹脂が圧縮力により絞り出される。
【0048】
上文中に説明したプロセスは、湾曲の程度が構造部材2の他の表面と大幅に異なる少なくとも一つの平坦部が外径に設けられた、断面が実質的に円形でない構造部材について変更できる。このような構造部材の例を図4に示す。図7に示すように、少なくとも一つの比較的平らな領域が外径に設けられている持つ場合、中間構造に付けられた収縮包装材料(及びこれに伴う圧縮力)が均等でなくてもよい。かくして、材料の互いに対する結合及び連結は均等でなく、及び従って、構造部材2の一体性が損なわれてしまう。このような材料を更に均等に結合し且つ連結するため、収縮包装材料を付ける前に少なくとも一つの圧力分配器26を外部分8の比較的平らな領域に置く。これらの圧力分配器は、加えられた圧縮力をこのような平らな領域に更に均等に「分配」し、中間構造の全ての領域に圧縮力を更に均等に加えることができる。
【0049】
本発明では、加えられた圧縮力を中間構造に均等に分配する圧力分配器の任意の適当な形状を使用できる。圧力分配器の例示の形状には実質的に半円形の形状(この形状は、実質的に円形の外面を提供する)、及び「T」の平らな端部が中間構造の平らな領域に当接し(そして大きさが適合する)、「T」の長い端部が外方に延びるT形状分配器が含まれる。圧縮力を平らな領域に亘って均等に分配するのであれば、複数の構成要素でなく単一の構成要素を含むこの他の形状及び形体を使用することもできる。図4に示す構造部材等の構造部材2については、実質的に半円形の圧力分配器26が図7に示してある。本発明の圧力分配器は、圧縮力が加わったときにその形状を維持するアルミニウム、鋼、及びシリコーン等の任意の適当な材料で形成できる。好ましくは、圧力分配器用の材料としてアルミニウムが使用される。
【0050】
収縮包装材料は、圧力分配器の上及び/又は下に置くことができる。圧力分配器の下に置いた収縮包装材料は、隅部を加圧し、並びに圧力分配器が中間構造にくっつかないようにする。圧力分配器の上にある収縮包装材料は、平らな領域を加圧する。
【0051】
以上のプロセスは、内部分及び外部分の形状が異なる図11に示すような構造部材について変更することもできる。本発明では、形状が異なる内部分及び外部分を製造する任意の適当なプロセス変更を使用できる。上述のプロセスに対する以下の二つの変更は、この考えを具体的に説明する。以下に具体的に説明しないけれども、この他の変更も考えられる。
【0052】
第1に、内部分が実質的に円形の断面を備え、外部分が非円形断面を備えていてもよい。このような場合、図8に示すように、円形形状の構造部材を形成するためのプロセスを上文中に説明したように行う。外部分の形状を変更するため、拘束工程及び硬化工程の前に多くの圧力分配器を円形形状の外部分上に置く。使用される圧力分配器の数は、平らな側部の所望の数と一致し、例えば、正方形については四個、六角形については六個である。次いで、拘束工程及び硬化工程を行うために上述のプロセスを続行する。拘束工程及び硬化工程中、圧力分配器を介して圧力を及ぼすことによって円形の外形状を変化させ、所望の多角形形状の平らな側部にする。
【0053】
第2に、内部分が実質的に多角形形状(即ち六角形)を備え、外部分が実質的に円形形状を備えていてもよい。本発明のこの特徴では、図9に示すように、正方形形状の構造部材を形成するための方法を上文中に説明したように行う。外部分の形状を変化させるために、通常は拘束工程及び硬化工程前に外部分上に置かれる圧力分配器がなくなる。かくして、正方形形状の外部分は、拘束手段で包装されるに過ぎない。次いで、拘束工程及び硬化工程を行うためにこのプロセスを上文中に説明したように続行する。拘束工程中及び硬化工程中、拘束手段を介して及ぼされた圧力によって外側形状を実質的に円形形状に変更する。
【0054】
使用されたとき、拘束手段は、次いで、中間構造から取り外される。プラスチック又は金属の金型については、金型を開放し、取り出す。収縮包装テープ又はチューブは硬化プロセス中に反応し、薄いシェルを形成し、所望であれば、手作業で又は機械装置によって取り外すことができる。使用されたとき、圧力分配器もまた取り外される。
【0055】
本発明の別の特徴では、拘束手段を外部分に一時的に又は永久的に残すことができる。例えば、収縮包装テープを輸送中の保護の目的で薄いシェルの形態で構造部材上に残すことができ、次いで、後に除去される。別の例では、収縮包装テープを保護コーティングとして構造部材に永久的に残すことができる。
【0056】
上文中に説明した拘束工程中及び硬化工程中、内部分及び外部分を中間部分に化学的に取り付け及び/又は連結する。好ましくは、内部分及び外部分の両方の材料を中間部分の材料に化学的に結合し、かくして実質的に永久的な物理的結合を形成する。
【0057】
次に、基材又はマンドレルを構造部材2から取り外し、コア領域10を形成する。マンドレルは、米国特許第5,900,194号及び米国特許第5,306,371号に開示されているような、構造部材2に悪影響を及ぼすことなくマンドレルを安全に取り外す当該技術分野で周知の任意のプロセスを含む任意の適当なプロセスによって取り外すことができる。これらの特許に触れたことにより、これらの特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。所望であれば、コア領域10は、当該技術分野で周知の任意の所望の材料によって充填できる。
【0058】
マンドレルは、取り外し自在のマンドレルであってもよいし、一体のマンドレルであってもよい。取り外し自在のマンドレルは、上文中に説明したように、ロール巻付けプロセスで使用され、次いで取り外されて内部10を形成する。一体のマンドレルは、構造部材2の部分となるマンドレルであり、取り外されない。かくして、マンドレルはコア領域10にとどまり、構造部材2の部分となる。
【0059】
一体のマンドレルを使用する場合には、構造部材2及び構造部材の製造プロセスを上文中に説明したプロセスから変更する。本発明のこの特徴では、中間部分が一体のマンドレル上に設けられ、次いで外部分が中間部分上に設けられる。この場合、構造部材は、一体のマンドレルが取り外されていないことを除き、上文中に説明したように加工される。かくして、一体のマンドレルが内部分として役立つ。所望であれば、一体のマンドレル上に内部分を更に設け、一体のマンドレル、内部分、中間部分、及び外部分を持つ構造部材を提供してもよい。
【0060】
形成後、本発明の構造部材を任意の所望の使用のために変更でき、又は切断できる。例えば、図5、図7、図8、及び図9に示す構造部材をその長さに沿って半分に切断し、二つの構造部材を提供した。同様に、構造部材をその長さに沿って切断し、所望の長さの任意の数の部材を提供できる。構造部材を任意の寸法に沿って切断することによって、特に本発明のプロセスの広範な特徴と組み合わせた場合、多くの形状及び形体を形成できる。このような形状及び形体の幾つかの例を図10に示す。所望であれば、ブラケット、ファスナ、継手、キャップ等の少なくとも一つの構造構成要素を構造部材2に、例えば構造部材の一端に設けることができる。
【0061】
本発明の構造部材を形成するための好ましい方法はロール巻付けである。しかしながら、上文中に説明した他の方法をロール巻付けと組み合わせて構造部材の製造に使用できる。これは、本発明の一つの特徴では、様々な方法によって別個の工程を実施することによって行われる。例えば、内部分4は、フィラメント巻付けプロセスを使用して形成でき、中間部分6及び外部分8はロール巻付けプロセスを使用して形成できる。この場合、中間構造は減圧バッグプロセスを使用して拘束できる。
【0062】
本発明の構造部材には、タイロッド、トーションバー、チューブ、ビーム、コラム、シリンダ等の多くの用途があり、多くの産業で使用できる。主に、構造部材は、軽量で強い円筒形の物体が必要とされている全ての用途で使用できる。本発明の構造部材は、自動車、輸送、航空宇宙、及び防衛産業において、航空機の構成要素、トラック等の車輛の構成要素、列車、輸送用コンテナ、防衛と関連した用途、バイク、セールのマスト、ゴルフクラブのシャフト、及びラケット等の娯楽の用途、橋梁や建物等の商業的用途等の用途で使用できる。
【0063】
例1
円形断面を持つ円筒形中空構造部材を以下のプロセスに従って製造する。円形の外径が6.096cm(2.4インチ)で長さが121.92cm(48インチ)のアルミニウム製円筒形マンドレルに剥離材(フレコート700NC又はアクセルEM606SL/SP)の薄いコーティングを付ける。
【0064】
エポキシを基材としたB段階樹脂中に異方性ガラス繊維を含む8枚のB段階プレプレグ積層体シートを、幅が19.05cm乃至21.844cm(7.5インチ乃至8.6インチ)で長さが約121.92cm(48インチ)の長さに切断する。これらのシートの各々は、マンドレルに積層する上でのそれらの位置に従って異なる幅を有する。各層は、層をマンドレルに巻付けたときに密接した突き合わせ継手を形成するのに十分な幅を持つのが好ましい。
【0065】
次いで、4枚の個々の積層体シートを、連続したシートの繊維がマンドレルの長さ方向軸線方向から±15°の角度をなして対称であり且つ均衡するように、及び連続した層の突き合わせ継手が重ならないように、プライ上に重ねる。積み重ねたシート間の空気は、ローラー又は他の適当な装置を使用することによって除去される。次いで、積み重ねたプレプレグシートを、手作業で、アルミニウムマンドレルに突き合わせ継手をなしてロール巻付けし、内部分4を形成する。
【0066】
次に、六角形形状の隔室を持つ厚さが約3.81mm(約0.15インチ)のヘクセル・ノメックス(ヘクセル・ノメックス(Hexcel Nomex)は登録商標である)コアのハニカムを含む中間部分6を計測し、約20.32cm(約8インチ)×約121.92cm(約48インチ)の寸法に切断する。次いで、このハニカムコアを、手作業で、積み重ねたプレプレグシート(内部分4)の第1組上にロール巻付けする。残りの4枚のプレプレグシートをハニカムコア上に上文中に説明したように積み重ね、次いでロール巻付けし、外部分8を形成する。
【0067】
次に、結果的に得られた中間未硬化構造を収縮包装する。ポリエチレンを基材とした、幅が約2.54cm(約1インチ)の一層の150ゲージの収縮包装テープを収縮包装機でロール巻付けする。次いで、ナイロンを基材とした200ゲージの収縮包装テープを含む追加の層を収縮包装機でロール巻付けする。
【0068】
巻付けプロセスの後、最終構造に約121.1℃(約250F)で硬化プロセスを約120分間に亘って加える。このとき、収縮包装テープが、硬化するときに、中間構造に圧縮圧力を加える。この硬化プロセス後、シェル(硬化プロセス中に収縮包装テープによって形成される)を、手作業で、ナイフを用いて除去する。次いでマンドレルをチューブの中央から手作業で除去し、チューブを所望の長さに切断する。
【0069】
例2
断面が正方形形状の円筒形中空構造部材を以下のプロセスに従って製造する。一辺が7.64cm(3.0インチ)で長さが182.88cm(72インチ)の正方形形状のアルミニウム製マンドレルに剥離材(フレコート700NC又はアクセルEM606SL/SP)の薄いコーティングを付ける。
【0070】
エポキシを基材としたB段階樹脂中に異方性ガラス繊維を含む8枚のB段階プレプレグ積層体シート(8枚の個々のシート)を、幅が30.48cm(約12インチ)で長さが約162.56cm(約64インチ)の長さに切断する。次いで、個々の積層体シート即ちプライのうちの4枚を、連続したシートの繊維がマンドレルの長さ方向軸線方向から±15°の角度をなして対称であり且つ均衡するように、及び連続した層の突き合わせ継手が重ならないように重ねる。積み重ねたシート間の空気は、ローラー又は他の適当な装置を使用することによって除去される。次いで、積み重ねたプレプレグシートを、手作業で、アルミニウムマンドレルに突き合わせ継手をなしてロール巻付けし、内部分4を形成する。
【0071】
次に、六角形形状の隔室を持つ厚さが約5.08mm(約0.2インチ)のヘクセル(ヘクセル(Hexcel)は登録商標である)ノメックス(ノメックス(Nomex)は登録商標である)コアのハニカムを含む中間部分6を計測し、約30.48cm(約12インチ)×約162.56cm(約64インチ)の寸法に切断する。次いで、このハニカムコアを、手作業で、積み重ねたプレプレグシート(内部分4)の第1組にロール巻付けする。残りの4枚のプレプレグシートをハニカムコア上に上文中に説明したように積み重ね、次いでロール巻付けし、外部分8を形成する。
【0072】
次に、結果的に得られた中間構造を収縮包装する。ポリエチレンを基材とした一層の150ゲージの収縮包装テープを、収縮包装機で、結果的に得られた構造にロール巻付けする。次いで、ナイロンを基材とした200ゲージの収縮包装テープを含む追加の層を収縮包装機でロール巻付けする。直径が10.16cm(4インチ)の4個のアルミニウム製半円形圧力分配器を、結果的に得られた装置の四つの側部に配置する。次いで、ナイロンを基材とした200ゲージの収縮包装テープを含む外層を収縮包装機で圧力分配器にロール巻付けする。
【0073】
この巻付けプロセスの後、最終構造に約121.1℃(約250F)で硬化プロセスを約120分間に亘って加える。このとき、収縮包装テープは、その硬化時に、中間構造に圧縮圧力を加える。この硬化プロセス後、外シェル(硬化プロセス中に収縮包装テープによって形成される)、圧力分配器、及び内シェル(硬化プロセス中に「内側の」収縮包装テープによって形成される)を手作業でナイフを用いて除去する。次いでマンドレルをチューブの中央から手作業で除去し、チューブを所望の長さに切断する。
【0074】
本発明の好ましい実施例を説明したが、添付の特許請求の範囲に定義された本発明は、以上の説明に記載された特定の詳細に限定されず、その精神及び範囲から逸脱することなく、多くの変更を行うことができることは明らかであるということは理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図1】
本発明による構造部材及びその製造方法を示す図である。
【図2】
本発明による構造部材及びその製造方法を示す図である。
【図3】
本発明による構造部材及びその製造方法を示す図である。
【図4】
本発明による構造部材及びその製造方法を示す図である。
【図5】
本発明による構造部材及びその製造方法を示す図である。
【図6】
本発明による構造部材及びその製造方法を示す図である。
【図7】
本発明による構造部材及びその製造方法を示す図である。
【図8】
本発明による構造部材及びその製造方法を示す図である。
【図9】
本発明による構造部材及びその製造方法を示す図である。
【図10】
本発明による構造部材及びその製造方法を示す図である。
【図11】
本発明による構造部材及びその製造方法を示す図である。
【符号の説明】
2 チューブ状構造部材
4 内区分又は内部分
6 中間部分又は中間区分
8 外区分又は外部分
10 コア領域
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
This application claims the benefit of US Provisional Patent Application No. 60 / 216,636. By reference to this patent application, the content disclosed in this patent application is incorporated herein.
[0002]
The present invention relates to a structural member and a method for manufacturing the same. In particular, the present invention relates to a cored shaped composite part and a method for producing the same.
[0003]
[Prior art]
In recent years, the use of lightweight composite materials has been increasingly emphasized. One use of such composites is to improve the efficiency of automobiles. To that end, the United States Government and the United States Automobile Research Committee (USCAR), representing DaimlerChrysler, Ford and General Motors, have partnered to form a partnership for the New Generation Vehicle (PNGV). One goal of PNGV is to develop technologies such as hybrid technology, which provide today's affordability, performance, and safety, yet are environmentally friendly vehicles with up to three times the fuel efficiency. Can be used to manufacture For example, PNGV has improved the fuel efficiency of today's vehicles from about 11.90 km / l (28 mpg) to about 35.29 km / l (83 mpg) and has the current vehicle gross weight (1.47 t (3200 pounds)). Is required to be reduced by 40% to 60%.
[0004]
One way to improve fuel efficiency is to reduce the weight of today's vehicles and use lightweight materials. Materials such as steel and aluminum used in today's vehicles are extremely heavy when compared to composite materials, but have tensile, compressive, flexural, interlaminar and in-plane shear strengths, and vehicle design considerations. It was necessary to provide sufficient structural properties, including other mechanical and material properties to meet the requirements.
[0005]
Many other uses for lightweight composites are for assisting in or replacing structural materials such as steel, cast iron, and aluminum. These applications include buildings, bridges, recreational vehicles, aerospace, defense, and sports equipment, as well as many other applications.
[0006]
A composite material is macroscopically a mixture or combination of one or more materials that are solid in their final state, incompatible with each other, and differ in chemical properties. Types of composites include layered, granular, fibrous, flaked, and filled composites. However, composite materials often do not have the structural properties mentioned above and / or the low cost combinations necessary for them to be widely used in the automotive industry and other applications.
[0007]
One way to improve the structural properties of the composite, especially to increase its torsional or flexural strength, is to make the composite structurally more efficient. One form of high structural efficiency is to combine composite materials by sandwiching a support structure, such as a honeycomb or foam structure, between panels of the composite material. Examples of such combinations are described in US Pat. No. 5,006,391, US Pat. No. 5,195,779, US Pat. No. 5,652,039, US Pat. No. 5,834,082, US Pat. See U.S. Patent No. 5,848,767; U.S. Patent No. 5,849,122; and U.S. Patent No. 5,875,609. By reference to these patents, the contents disclosed in these patents are incorporated herein. However, such combinations are generally limited to generally flat structures, which greatly limits the use of such materials.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention provides a core-shaped shaped composite structural member and a method of manufacturing the same.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The shaped structural member includes a composite material sandwiching a support or stabilizing structure. The shaping structure can be provided by tube-rolling (ie, roll-wrapping) the composite material and the support structure together, and then, if necessary, joining or joining these materials. With a shaped overall non-flat structure, there is almost no limit to the use of the structural member of the present invention.
[0010]
1 to 11 show only some, but not all, of the structural members and their manufacturing method in connection with the following description.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The following description provides specific details for a thorough understanding of the present invention. However, it will be apparent to one skilled in the art that the present invention may be practiced without these specific details. Indeed, the present invention can be practiced by modifying the illustrated structural members and methods, and can be used in connection with equipment and techniques conventionally used in the industry.
[0012]
FIG. 1 shows one shaped structural member according to the invention, a tubular member having a substantially circular cross section. In the description of the present invention, a "shaped" structural member is any shape, size, or configuration, wherein at least a portion of the outer or inner periphery of such a member is not substantially flat, curved, geometric, Including geometric or irregular shapes. Preferably, the shaped components have a closed surface feature, such as a surface, that facilitates manufacturing these shaped components as described below. In the description of the present invention, a "closed" structural member is a structural member having any shape, size, and configuration, wherein at least a portion of the surface (inner and / or outer) of such a member is substantially. , That is, substantially continuous. Examples of closed features include tubular features, spherical features, polygonal features, conical features, or other similar shapes, as well as features shown and described below.
[0013]
The structural member of the present invention may comprise a cylindrical or non-cylindrical shape such as a cone, a pyramid, a pod, a hemisphere, or a sphere. The structural member of the present invention may further have a circular or non-circular cross-section such as a rectangle, square, hexagon, octagon and the like. The structural member of the present invention may further comprise a highly irregular, non-closed, substantially flat surface. Indeed, the structural member of the present invention may include any complex shaped shape or combination of shaped shapes. The structural members of the present invention are characterized in that they are not substantially flat, thereby distinguishing them from the well-known sheet core composites.
[0014]
In FIG. 1, the tubular structural member 2 comprises an inner section or section 4, an intermediate section or section 6, and an outer section or section 8. Inner portion 4 and outer portion 8, and optional core region 10, are formed of any suitable composite material, as described below. The intermediate part 6 is a cored structure, which is attached to, supports and / or stabilizes the inner and outer parts.
[0015]
The core region 10 is located within the inner section of the structural member 2 and is approximately the same size as the substrate or mandrel used in forming the structural member, as described below. The core region 10 may be of any suitable size, determined primarily by the removable mandrel in the manufacturing process used to form the structural member 2 and the configuration of the structural member 2 and the desired end use of the structural member 2; It may be in shape or form. The core region 10 may be hollow, but may optionally be partially or completely filled with any desired core material, such as foam, plastic, conductors, insulators, metals, and the like. The core region 10 including the core material may be a structural element. The core material may be added after the formation of the structural member 2 or may be integrally formed with the structure. If the core material 12 is added after the formation of the structural member 2, it may be attached to the structural member 2 using an adhesive or other suitable bonding means known in the art.
[0016]
The material for the inner section 4 and the outer section 8 can be the same or different. Preferably, the inner part 4 and the outer part 8 are made of the same material. Suitable materials include any reinforced resin matrix material (PPMM). This material is a resin matrix material (RMM) with embedded continuous or discontinuous reinforcement material. In one aspect of the invention, the RMM is an organic resin matrix material (ORMM). See, for example, U.S. Patent Nos. 5,725,920 and 5,309,620. By reference to these patents, the contents disclosed in these patents are incorporated herein.
[0017]
In one aspect of the invention, the ORMM may be a thermosetting resin. Thermosetting resins are polymeric materials that cure irreversibly when heated. Examples of thermosetting resins include epoxy, bismeleimide, polyester, phenolic resin, polyimide, melamine, xylene, urethane, phenolic resin, furan resin, silicone, vinyl ester, and alkyd resin, or combinations thereof. It is. Thermosetting resins can contain various additives well known in the art, such as crosslinking agents, curing agents, fillers, binders, or UV inhibitors. In the present invention, preferably, an epoxy resin, a vinyl ester resin, or a polyester resin is used as the thermosetting resin.
[0018]
In another aspect of the invention, the ORMM may be a thermoplastic matrix material. Thermoplastics are polymeric materials that do not irreversibly cure when heated and, for example, soften when exposed to heat and then return to their original state when cooled. Examples of the thermoplastic resin include polypropylene, polyethylene, polyamide (nylon), polyester (PET, PBT), polyetherketone (PEK), polyetheretherketone (PEEK), polyphenylene sulfide (PPS), and polyphenylene oxide (PPO). And an alloy thereof, and a polyvinyl resin, or a combination thereof. Thermoplastics can contain various additives known in the art, such as crosslinking agents, curing agents, fillers, binders, or UV inhibitors. In the present invention, preferably, a polyamide (nylon) resin, a polyester resin, a polycarbonate resin, and a polypropylene resin are used as the thermoplastic resin.
[0019]
The material used to reinforce the RMM of the present invention may be any form that reinforces the resin matrix. Examples of reinforcement forms include unidirectional tapes, multidirectional tapes, woven fabrics, roving fabrics, matte fabrics, preforms, fibers, filaments, whiskers, and combinations thereof. The type of material used for strengthening the RMM may be any type that performs such a strengthening function. Preferably, the form of reinforcement material for the resin matrix is a fibrous material, such as continuous or discontinuous fibers. Examples of materials that can be used in the present invention include glass-s, glass-e, aramid, graphite, carbon, ultra high molecular weight polyethylene, boron, silicon carbide, ceramic, quartz, metal, isotropic metals (aluminum, magnesium, And titanium), metal-coated composites, CAMP, and combinations of these fibers. See, for example, U.S. Patent No. 6,117,534. By reference to this patent, the disclosure of that patent is hereby incorporated by reference.
[0020]
In one aspect of the invention, an uncured or partially cured composite material is used as the material for the inner and / or outer sections. A composite material is, macroscopically, a mixture or combination of two or more materials whose final state is a solid, incompatible and of different chemical properties. The present invention can use any composite material known in the art, such as layered, granular, fibrous, flaked, and filled composites. The uncured or partially cured composite is a continuous fiber reinforced ORMM (thermoset or thermoplastic).
[0021]
Preferred composite materials used for the inner section 4 and the outer section 8 include B-stage prepreg materials, typically in the form of sheets or laminates, which comprise a plurality of fiber reinforced tows with a predetermined formulation of resin. It can be formed by impregnation. Methods for producing B-stage prepreg sheets and these sheets themselves are well known. See, for example, the sheet described in U.S. Pat. No. 4,495,017. By reference to this patent, the disclosure of that patent is hereby incorporated by reference. Prepreg materials, when cured, are generally stronger and stiffer than metals and exhibit great resistance to fatigue, chemicals, abrasion, and corrosion. Preferred reinforcements for prepregs include aramid, glass materials, nickel carbide, ceramic, carbon, and ultra high molecular weight polyethylene, or combinations thereof. For example, US Pat. No. 4,968,545, US Pat. No. 5,102,723, US Pat. No. 5,499,661, US Pat. No. 5,579,609, and US Pat. See No. 920. By reference to these patents, the contents disclosed in these patents are incorporated herein. Carbon, glass, metals, and isotropic metals, particularly aluminum, magnesium, and titanium, metal-coated composites, and aramid fibers, or combinations thereof, can also be used as fibers. See, for example, U.S. Patent Nos. 5,601,892 and 5,624,115. The contents disclosed in these patents are incorporated herein. In the present invention, preferably, aramid fibers and more preferably Kevlar 29 or 49 fibers are used.
[0022]
The volume of fibers in the prepreg can be varied to maximize mechanical, electrical, and thermal properties. For example, the disclosure of U.S. Pat. No. 5,848,767 is incorporated herein. A high fiber volume results in rigidity and, in the case of heat-conducting fibers, a high thermal conductivity of the component. The volume of the fibers in the present invention is in the range of about 5% to about 95%, preferably in the range of about 50% to about 65%. The fibers of the prepreg can be oriented within the prepreg material in any desired direction from about 0 ° to 90 °, as is well known in the art, with the same number of fibers being balanced in both directions. See, for example, U.S. Patent No. 4,926,721. By reference to this patent, the disclosure of that patent is hereby incorporated by reference.
[0023]
In yet another aspect of the present invention, sheet molding compounds (SMCs) can be used as the material for the inner or outer portion. The SMCs area sheet is made of a B-stage thermoset resin reinforced with discontinuous fibers. SMCs are fully compounded ORMM compounds, typically comprising discontinuous fiber reinforced materials formed into sheets, plies, or laminates, and require no further preparation. See, for example, U.S. Patent No. 6,103,032. By reference to this patent, the disclosure of that patent is hereby incorporated by reference. Resins that can be used in the SMCs of the present invention include any of the thermosetting resins listed above. Preferably, polyester resins or vinyl esters are used as the resin of the SMCs of the present invention. Fibers that can be used in the SMCs of the present invention include any of the fibers listed above. Preferably, glass fibers, carbon fibers or aramid fibers, preferably Kevlar 29 or 49 fibers, can be used as fibers of the SMCs. The fiber volume of the SMC may also be varied to maximize mechanical and thermal properties.
[0024]
When unsaturated resin is used as the base material, SMCs must have the desired physical properties and mechanical properties such as mechanical strength, impact resistance, rigidity, and dimensional stability. Other materials are incorporated to obtain. Incorporated materials include polymers, reinforcing fibers, resins, fillers, initiators that promote polymerization, viscosity agents, lubricants, release agents, catalysts, thickeners, pigments, polyethylene powder, flame retardants, ultraviolet light Absorbents and other additives are included. Each of these additives imparts important properties to the SMC, either during the processing or molding steps, or in the finished part, and can be incorporated into the SMCs of the present invention.
[0025]
Inner section 4 and outer section 8 include at least one such ORMM material. One layer is sufficient to form each of the inner or outer sections and to provide the desired structural properties to the structural member 2. By adding additional layers, the strength, stiffness, or other physical properties of the structural member 2 can be improved. A single layer containing fibers of complementary orientation can be used. However, it is preferred to use a plurality of layers of complementary orientation to balance the intrinsic stresses of the layers comprising the sections obtained when the B-stage material is fully cured, as described below. In order to be complementary, the fibers of successive layers must be symmetric and balanced as shown in FIG. 2 (for example, the fibers of the overlapping layers may be offset from the axis of the sheet By shifting by an equal and opposite amount). The fibers can be further oriented to match the design parameters of the components into which they are incorporated, for example, to optimize the structural strength for expected loads. The fibers can be at any suitable angle ranging from about 0 ° to about 90 °, including ± 15 °, ± 30 °, ± 45 °, ± 60 °, and ± 75 °, or as known in the art. Orientation. For example, U.S. Reissue Patent Re. See 35,081 and U.S. Patent 5,061,583. By reference to these patents, the contents disclosed in these patents are incorporated herein.
[0026]
The configuration of the inner part 4 and the outer part 8 can be varied within the structural member 2. For example, the materials used (both fibers and resins), the orientation of the fibers, and the curvature, thickness, shape and other characteristics of the inner and / or outer parts (4, 8) may be determined by the length of the structural member 2 It may vary along its length and width. See, for example, U.S. Patent No. 5,718,212. By reference to this patent, the disclosure of that patent is hereby incorporated by reference.
[0027]
The intermediate portion 6 of the structural member 2 of the present invention separates and / or supports the inner portion 4 and the outer portion 8 and any that enhances the structural properties of these two portions when disposed therebetween. Having a structure. Further, the intermediate section 6 may be formed of any suitable material that separates, supports, stabilizes, connects and attaches the inner portion 4 with respect to the outer portion 8. By arranging the intermediate section 6 between the inner section 4 and the outer section 8, the structural properties are improved according to well-known principles of mechanical engineering, and the mechanical structural properties of the structural member 2 are substantially the same, joined together. It is higher than the characteristics of a member consisting only of the inner section 4 and the outer section 8 of the shape. Preferably, as shown in FIG. 1, the intermediate portion is substantially in contact with the outer surface of the inner section 4 and the inner surface of the outer section 8, for example, the intermediate section 6 has most (but not all) of its surface. And at a point separate from the inner section 4 and / or the outer section 8.
[0028]
In one aspect of the invention, the intermediate portion 6 comprises a rib structure (RS), or an outer (or inner) portion, from where a single member (rib) of the structure is adjacent to the inner (or outer) portion. It has a structure that extends continuously to a close location. In another aspect of the invention, the RS has a structure in which one end of the rib is connected to a position close to at least one inner (or outer) layer and the other end is in contact with or connected to another rib. is there. Examples of these RSs include corrugated materials, posts, curved materials, honeycomb cones, and the like. These structures, as well as other RSs, are shown in FIG.
[0029]
RS is advantageous because the added weight NITUITE, the structural properties of the structural member, is often greatly improved. The RS contains a large volume of "ribs" and voids. The “ribs” of the RS enhance the structural characteristics of the structural member, where cavities are provided to minimize the weight of the RS. The respective amounts of ribs and voids present in the RS used in the present invention will depend on the configuration of the selected RS, for example, the configuration shown in FIG. Preferably, if the required (or desired) structural strength of the RS or structural member is obtained, the amount of void space should be maximized and the amount of ribs minimized to provide maximum strength with minimum weight. Must.
[0030]
The RS used in the present invention can be incorporated into a structural member in any suitable manner. In one aspect of the invention, the RS may be incorporated as a stand-alone "rib" extending from at least one inner layer to at least one outer layer, such as the configuration shown in FIG. In another aspect of the invention, the ribs can be connected to a support sheet or other ribs, where the sheet or other ribs themselves are connected to at least one inner and outer layer.
[0031]
If desired, additional materials can be incorporated into the rib structure. Examples of additional materials that can be incorporated and filled into the RS include, besides air, materials such as resins, foams, insulators, or NVH (noise, vibration, or roughness) reducing materials.
[0032]
RS is not necessarily a uniform structural member. In one feature of this embodiment, the type of RS rib may vary from position to position. Further, multiple types of RSs can be incorporated into at least one intermediate layer. In another aspect of the invention, the periodicity and / or thickness of the ribs can be varied in different regions of the at least one intermediate layer. In another aspect of the invention, the strength and other physical properties of the ribs can be varied with location.
[0033]
The RS ribs can be formed of any suitable material that exhibits the desired structural properties. Any material known in the art that provides such a function includes materials having individual compartments such as beads, corrugated materials, thermoplastic molding materials, honeycomb materials, wood (balsa), and rigid foam plastics. Foams, polymer foams, metallic components, or any combination of these materials are included. For example, US Pat. No. 5,344,038, US Pat. No. 4,573,707, US Pat. No. 5,562,981, US Pat. No. 4,128,963, US Pat. No. 4,968,545. And U.S. Patent No. 5,894,054. By reference to these patents, the contents disclosed in these patents are incorporated herein.
[0034]
The preferred intermediate portion 6 can be formed using honeycomb materials (known as honeycomb cores), such as paper or aluminum foil, typically formed in various random or geometric compartment shapes. Made of one or more thin sheets of the same material. See U.S. Patent No. 5,876,654. By reference to this patent, the disclosure of that patent is hereby incorporated by reference. It is well known that honeycomb cores with geometric compartment features have better structural properties than many foams or solid cores of relatively high density. Honeycomb cores can be of various shapes, aluminum, aramid materials such as Corex (Korex is a registered trademark), nylon materials such as Nomex (Nomex is a registered trademark), plastics, reinforced phenolic resin, It can be formed of a material such as carbon, glass fiber, or a combination of these materials. Preferably, a Nomex honeycomb is used as the material for the intermediate part 6.
[0035]
The material and shape (width, length, and geometry) of the compartment can be optimized to provide the desired support and / or stability for the inner and outer portions. For example, the size of the compartment is in the range of about 1/8 inch to about 3/4 inch, and preferably about 3/16 inch. It is.
[0036]
The honeycomb core compartment can be filled with a material other than air, such as resin, insulator, or NVH (noise, vibration, or roughness) reducing material. The type of material, thickness, compartment configuration, and “fill material” used for the intermediate portion 6 can vary along the length of the structural member 2.
[0037]
The structural member of the present invention may include additional layers or portions on the outside of the outer portion 8, if desired. In one example, one layer of metal material, insulator, additional composite material, or honeycomb core material may be disposed on outer portion 8. Many additional parts or layers, including similar or different composite materials, can be added in a similar manner. Furthermore, at least one structural component such as a bracket, a joint, a cap or the like can be arranged at the end of the structural member 2.
[0038]
The structural member of the present invention comprises any profile or feature that is not substantially flat. FIG. 4 illustrates some of such features. The structural member shown in FIG. 4 differs from the structural member shown in FIG. 1 in that the cross section of the tube is not substantially circular.
[0039]
The present invention can be formed by any suitable process that provides the structure of the structural member 2. Suitable processes for forming the composite layer include US Pat. No. 5,225,016, US Pat. No. 5,192,384, US Pat. No. 5,569,508, US Pat. No. 952, US Pat. No. 5,225,016, US Pat. No. 5,624,519, US Pat. No. 5,567,499, and US Pat. No. 5,851,336. Any process known in the art, such as thermoforming, bag or resin transfer molding, or an inflatable mandrel process is included. By reference to these patents, the contents disclosed in these patents are incorporated herein. Another suitable process is the vacuum bagging process described in US Pat. No. 5,848,767. By reference to this patent, the disclosure of that patent is hereby incorporated by reference. Other suitable processes are filament winding processes, or sheet or tube rolls (also known as roll winding). For example, US Pat. No. 5,632,940, US Pat. No. 5,437,450, US Pat. No. 4,365,952, US Pat. No. 5,624,529, US Pat. No. 5,755,558. No. 4,885,865; U.S. Pat. No. 5,332,606; U.S. Pat. No. 5,540,877; U.S. Pat. No. 5,840,347; and U.S. Pat. See No. 163. By reference to these patents, the contents disclosed in these patents are incorporated herein.
[0040]
In the filament winding process, the filaments of the desired material are dispersed in a matrix of binder material and wound onto any suitable substrate, such as a mandrel assembly shaped to correspond to the desired shape (core region 10) of the structural member 2 as a whole. In the present invention, US Pat. No. 5,795,524, US Pat. No. 5,645,668, US Pat. No. 5,192,384, US Pat. No. 5,780,075, US Pat. Any suitable mandrel described in U.S. Pat. No. 5,940,163, U.S. Pat. No. 5,817,203, and U.S. Pat. No. 5,914,163 may be used. By reference to these patents, the contents disclosed in these patents are incorporated herein. The substrate or mandrel must have sufficient strength and the desired shape, and must be able to withstand the process conditions for manufacturing the structural member. Suitable mandrels include those made of metals such as steel and aluminum, polycarbonates, thermoplastics, or RRMM materials. The mandrel may be solid or hollow.
[0041]
The filament is wrapped around the mandrel and reciprocally displaced relative to the mandrel along the longitudinal or winding axis of the mandrel to form portion 4. Additional portions, structures, or layers, such as additional metal layers or composite layers, can be added as described above or as is known in the art.
[0042]
Preferably, the present invention uses a tube roll (also known as roll wrapping) process to produce the structural members of the present invention. One exemplary tube roll process is shown in FIG. The tube roll process uses separate plies or laminates of the desired composite or polymeric material rather than filaments. The plies or laminates are alternately stacked, wound, or rolled onto at least one mandrel assembly, such as mandrel 20. If desired, a release film can be applied to the mandrel before winding the material around the mandrel. If one or more laminates are used, prior to or during the winding process, the laminates may be oriented manually or by any suitable mechanical device, with the fibers oriented as desired. As shown in FIG. After the formation of the inner part 4, the material comprising the intermediate part 6 is placed on the inner part 4, preferably by winding or roll winding, by any suitable human or by mechanical devices. The roll winding process is then restarted and the material of the outer part 8 is applied. Further details on the roll winding process can be found in ASM International's Handbook of Industrial Materials published in 1987, Volume 1, pages 569-574, Composites. By touching the document, the contents disclosed in the document are included in the present specification. If desired, additional layers or materials can be applied to outer portion 8 in a manner similar to those known in the art.
[0043]
The layers of the individual parts (the inner part, the intermediate part and the outer part) are cut such that the ends of the individual plies substantially abut when the roll is wound, thereby forming a butt joint 30. And / or be patterned. Preferably, the butt joints formed by the ends of any single ply are offset from the butt joints formed by the ends of adjacent plies, as shown in FIG.
[0044]
The inner part 4 and the outer part 8 may be formed using different methods. For example, the inner part 4 can be formed by filament winding, the outer part 8 can be formed by roll winding, or vice versa. In this aspect of the invention, the inner part 4 may be completely cured before the intermediate part 6 is applied. Similarly, before attaching the outer part 8, the inner part 4 and the intermediate part 6 may be bonded together and cured. Structural members can be formed by combining other methods known in the art, as described above, with roll winding and performing separate steps in different ways. For example, the inner portion 4 can be formed using a filament winding process, and the intermediate portion 6 and the outer portion 8 can be formed using a roll winding process, where the intermediate structure uses a vacuum bag process. Be restrained.
[0045]
If desired, a binder can be placed between successive layers of portions 4 and / or 8. The binder may be placed only in selected areas, or in a pattern such as rows and / or columns, or may be placed over the entire area of the layer / portion. Any suitable binder may be used that assists in bonding the layers and is compatible with all processes used in the manufacture of structural member 2, such as glue, hardener, adhesive, or a combination thereof. Is included. See, for example, U.S. Patent No. 5,635,306. By reference to this patent, the disclosure of that patent is hereby incorporated by reference. The binder can be applied to the substrate before assembly, during assembly, after assembly, manually, or by mechanical means.
[0046]
If the parts 4, 6, and 8 are successively laminated in an uncured state (for example, in the B-stage state), the structure consists of an inner part 4 superimposed on a mandrel, an intermediate part superposed on this inner part 4. 6 and an outer part 8 superimposed on this intermediate part 6. If necessary, the intermediate structure formed by the inner part 4, the intermediate part 6 and the outer part 8 may be constrained if necessary to better connect and connect them together. . The intermediate structure can be restrained by applying a suitable compressive force. This may be achieved by using any suitable means, including a compression die or mold, a vacuum bag, or by using suitable restraining means, such as by placing it in a plastic or metal mold, or by appropriate shrinkage. This can be done by attaching a wrapping tape 22 or a tube made of nylon, silicone, or polypropylene. During the curing process described below, a compressing means (eg, shrink wrap tape or tube) applies an appropriate compressive force by physical or chemical changes so that the materials of the structural member 2 come into contact with each other. If RMM is used in the inner / outer part of the present invention, excess resin will be squeezed out by compression during this curing process. See, for example, U.S. Patent Nos. 5,600,912 and 5,698,055. By reference to these patents, the contents disclosed in these patents are incorporated herein.
[0047]
In addition, if it is necessary that the materials be well bonded and contacted in the intermediate structure, appropriate chemical reactions can be applied to these materials. For example, if the inner portion 4 and / or outer portion 8 comprises a curable material (eg, a B-stage epoxy prepreg), any suitable such as oven curing or UV curing or microwave curing by applying heat and / or pressure. Means 24 can cure the intermediate structure. The required heat and / or pressure depends on the size of the mandrel assembly and the material used for the structural member 2. During the curing process, the shrink wrap tape or tube applies a suitable compressive force. If RMM is used in the inner / outer part of the present invention, the excess resin is squeezed out by the compressive force during this curing process.
[0048]
The process described above can be modified for structural members that are not substantially circular in cross-section, provided with at least one flat on the outer diameter whose degree of curvature is significantly different from the other surfaces of the structural member 2. An example of such a structural member is shown in FIG. As shown in FIG. 7, if at least one relatively flat area is provided on the outer diameter, the shrink wrap (and the associated compressive force) applied to the intermediate structure may not be uniform. . Thus, the connection and connection of the materials to one another is not uniform, and thus the integrity of the structural member 2 is compromised. In order to more evenly bond and connect such materials, at least one pressure distributor 26 is placed in a relatively flat area of the outer part 8 before applying the shrink wrap. These pressure distributors can "distribute" the applied compressive force more evenly over such flat areas and apply the compressive force more evenly over all areas of the intermediate structure.
[0049]
In the present invention, any suitable shape of the pressure distributor that evenly distributes the applied compressive force to the intermediate structure can be used. Exemplary shapes of the pressure distributor include a substantially semi-circular shape (which provides a substantially circular outer surface), and the flat end of the "T" corresponds to the flat area of the intermediate structure. Includes a T-shaped distributor that abuts (and is sized), with the long end of the “T” extending outward. Other shapes and configurations that include a single component rather than multiple components may be used, provided that the compressive force is evenly distributed over the flat area. For a structural member 2 such as the structural member shown in FIG. 4, a substantially semicircular pressure distributor 26 is shown in FIG. The pressure distributor of the present invention can be formed of any suitable material, such as aluminum, steel, and silicone, that retains its shape when subjected to a compressive force. Preferably, aluminum is used as the material for the pressure distributor.
[0050]
Shrink wrap may be placed above and / or below the pressure distributor. Shrink wrap placed under the pressure distributor presses the corners as well as keeps the pressure distributor from sticking to the intermediate structure. Shrink wrap over the pressure distributor presses the flat area.
[0051]
The above process can be modified for structural members as shown in FIG. 11 having different shapes of the inner part and the outer part. The present invention can use any suitable process modification that produces inner and outer portions of different shapes. The following two changes to the process described above illustrate this idea. Although not specifically described below, other changes are possible.
[0052]
First, the inner portion may have a substantially circular cross section and the outer portion may have a non-circular cross section. In such a case, as shown in FIG. 8, a process for forming a circular structural member is performed as described above. To change the shape of the external part, many pressure distributors are placed on the circular outer part before the restraining and curing steps. The number of pressure distributors used corresponds to the desired number of flat sides, for example four for a square and six for a hexagon. The above process is then continued to perform the restraining and curing steps. During the restraining and curing steps, the circular outer shape is changed by applying pressure via a pressure distributor to the desired polygonal flat sides.
[0053]
Second, the inner portion may have a substantially polygonal shape (ie, hexagonal) and the outer portion may have a substantially circular shape. In this aspect of the invention, as shown in FIG. 9, a method for forming a square shaped structural member is performed as described above. In order to change the shape of the outer part, there is no pressure distributor normally placed on the outer part before the restraining and curing steps. Thus, the outer part of the square shape is only wrapped by the restraining means. The process then proceeds as described above to perform the restraining and curing steps. During the constraining and curing steps, the pressure exerted via the constraining means changes the outer shape to a substantially circular shape.
[0054]
When used, the restraint is then removed from the intermediate structure. For plastic or metal molds, open the mold and remove. The shrink wrap tape or tube reacts during the curing process, forming a thin shell, which can be removed manually or by mechanical means, if desired. When used, the pressure distributor is also removed.
[0055]
In another aspect of the invention, the restraining means can be temporarily or permanently left on the outer part. For example, the shrink wrap tape can be left on the structural member in the form of a thin shell for protection during transport and then later removed. In another example, the shrink wrap tape can be permanently left on the structural member as a protective coating.
[0056]
During the restraining and curing steps described above, the inner and outer parts are chemically attached and / or connected to the intermediate part. Preferably, both the inner and outer portions of the material are chemically bonded to the material of the intermediate portion, thus forming a substantially permanent physical bond.
[0057]
Next, the substrate or mandrel is removed from the structural member 2 to form the core region 10. Mandrels are well known in the art for safely removing a mandrel without adversely affecting the structural member 2, as disclosed in US Pat. Nos. 5,900,194 and 5,306,371. It can be removed by any suitable process, including any process. By reference to these patents, the contents disclosed in these patents are incorporated herein. If desired, core region 10 can be filled with any desired material known in the art.
[0058]
The mandrel may be a detachable mandrel or an integral mandrel. The removable mandrel is used in a roll wrapping process and then removed to form interior 10 as described above. The integral mandrel is a mandrel that is part of the structural member 2 and is not removed. Thus, the mandrel remains in the core region 10 and becomes part of the structural member 2.
[0059]
If an integral mandrel is used, the manufacturing process for the structural member 2 and the structural member is changed from the process described above. In this aspect of the invention, the intermediate portion is provided on an integral mandrel, and then the outer portion is provided on the intermediate portion. In this case, the structural member is machined as described above, except that the integral mandrel has not been removed. Thus, an integral mandrel serves as the inner part. If desired, an inner portion may be further provided on the integral mandrel to provide a structural member having an integral mandrel, an inner portion, an intermediate portion, and an outer portion.
[0060]
After formation, the structural members of the present invention can be modified or cut for any desired use. For example, the structural member shown in FIGS. 5, 7, 8, and 9 was cut in half along its length to provide two structural members. Similarly, a structural member can be cut along its length to provide any number of members of a desired length. By cutting the structural member along arbitrary dimensions, many shapes and features can be formed, especially when combined with the broad features of the process of the present invention. Some examples of such shapes and configurations are shown in FIG. If desired, at least one structural component such as a bracket, fastener, joint, cap or the like can be provided on the structural member 2, for example at one end of the structural member.
[0061]
A preferred method for forming the structural member of the present invention is roll winding. However, the other methods described above can be used in the manufacture of structural members in combination with roll winding. This is done, in one aspect of the invention, by performing separate steps in various ways. For example, the inner portion 4 can be formed using a filament winding process, and the intermediate portion 6 and the outer portion 8 can be formed using a roll winding process. In this case, the intermediate structure can be restrained using a vacuum bag process.
[0062]
The structural member of the present invention has many uses such as tie rods, torsion bars, tubes, beams, columns, cylinders, etc., and can be used in many industries. Primarily, the structural members can be used in all applications where lightweight, strong cylindrical objects are required. The structural members of the present invention may be used in the automotive, transportation, aerospace, and defense industries, such as aircraft components, vehicle components such as trucks, trains, shipping containers, defense related applications, motorcycles, sail masts, It can be used in entertainment applications such as golf club shafts and rackets, and in commercial applications such as bridges and buildings.
[0063]
Example 1
A hollow cylindrical structural member having a circular cross section is manufactured according to the following process. A thin coating of release material (Frecoat 700NC or Axel EM606SL / SP) is applied to an aluminum cylindrical mandrel having a circular outer diameter of 2.4 inches and a length of 48 inches.
[0064]
Eight B-stage prepreg laminate sheets containing anisotropic glass fibers in an epoxy-based B-stage resin with a width of 7.5 inches to 8.6 inches (19.05 cm to 21.844 cm). Cut to a length of about 121.92 cm (48 inches). Each of these sheets has a different width according to their position on the mandrel. Preferably, each layer is wide enough to form a close butt joint when the layer is wound on a mandrel.
[0065]
The four individual laminate sheets are then combined such that the fibers of the continuous sheet are symmetric and balanced at an angle of ± 15 ° from the longitudinal axis of the mandrel, and the butt joint of the continuous layers Over the plies so that they do not overlap. Air between the stacked sheets is removed by using rollers or other suitable devices. The stacked prepreg sheets are then manually rolled in a butt joint onto an aluminum mandrel to form the inner portion 4.
[0066]
Next, an intermediate portion including the honeycomb of a hexel Nomex (Hexcel Nomex is a registered trademark) core having a hexagonally shaped compartment and having a thickness of about 0.15 inches (about 3.81 mm). 6 is measured and cut to a size of about 20 inches (about 8 inches) × about 121.92 cm (about 48 inches). The honeycomb core is then manually rolled onto a first set of stacked prepreg sheets (inner portion 4). The remaining four prepreg sheets are stacked on a honeycomb core as described above and then roll wound to form an outer portion 8.
[0067]
Next, the resulting intermediate uncured structure is shrink wrapped. A layer of polyethylene-based 150 gauge shrink wrap tape about 1 inch wide is roll wound on a shrink wrapping machine. An additional layer, including a 200 gauge nylon based shrink wrap tape, is then roll wound on a shrink wrap machine.
[0068]
After the winding process, about 121.1 ° C. in the final structure the curing process (about 250 0 F) for about 120 minutes added. At this time, when the shrink wrapping tape is cured, a compressive pressure is applied to the intermediate structure. After this curing process, the shell (formed by the shrink wrap tape during the curing process) is manually removed using a knife. The mandrel is then manually removed from the center of the tube and the tube is cut to the desired length.
[0069]
Example 2
A cylindrical hollow structural member having a square cross section is manufactured according to the following process. A thin coating of release material (Frecoat 700NC or Axel EM606SL / SP) is applied to a square aluminum mandrel measuring 7.64 cm (3.0 inches) long and 182.88 cm (72 inches) long.
[0070]
Eight B-stage prepreg laminate sheets (eight individual sheets) containing anisotropic glass fibers in an epoxy-based B-stage resin are 30.48 cm (about 12 inches) wide and 12 inches long Cut to a length of about 64 inches. Four of the individual laminate sheets or plies were then symmetrically and balanced with the fibers of the continuous sheet at an angle of ± 15 ° from the longitudinal axis of the mandrel, and continuous. Lay the layers so that the butt joints do not overlap. Air between the stacked sheets is removed by using rollers or other suitable devices. The stacked prepreg sheets are then manually rolled in a butt joint onto an aluminum mandrel to form the inner portion 4.
[0071]
Next, a hexel (Hexcel is a registered trademark) having a hexagonally shaped compartment and a thickness of about 5.08 mm (about 0.2 inches) Nomex (Nomex is a registered trademark) The intermediate portion 6 containing the honeycomb of the core is measured and cut to dimensions of about 12 inches by about 64 inches. The honeycomb core is then manually rolled around the first set of stacked prepreg sheets (inner portion 4). The remaining four prepreg sheets are stacked on a honeycomb core as described above and then roll wound to form an outer portion 8.
[0072]
Next, the resulting intermediate structure is shrink wrapped. One layer of a 150 gauge polyethylene based shrink wrap tape is roll wound onto the resulting structure in a shrink wrap machine. An additional layer, including a 200 gauge nylon based shrink wrap tape, is then roll wound on a shrink wrap machine. Four aluminum semicircular pressure distributors with a diameter of 10.16 cm (4 inches) are placed on the four sides of the resulting device. Next, the outer layer containing a 200-gauge shrink wrap tape based on nylon is roll-wound around a pressure distributor with a shrink wrap machine.
[0073]
After the winding process, about 121.1 ° C. in the final structure the curing process (about 250 0 F) for about 120 minutes added. At this time, the shrink wrapping tape applies a compressive pressure to the intermediate structure during its curing. After this curing process, the outer shell (formed by the shrink wrap tape during the curing process), the pressure distributor, and the inner shell (formed by the "inner" shrink wrap tape during the curing process) are manually knife knives. Remove with. The mandrel is then manually removed from the center of the tube and the tube is cut to the desired length.
[0074]
Having described preferred embodiments of the invention, the invention as defined in the appended claims is not to be limited to the specific details set forth in the foregoing description without departing from the spirit and scope thereof. It will be appreciated that many changes can obviously be made.
[Brief description of the drawings]
FIG.
FIG. 3 is a view showing a structural member and a method of manufacturing the same according to the present invention.
FIG. 2
FIG. 3 is a view showing a structural member and a method of manufacturing the same according to the present invention.
FIG. 3
FIG. 3 is a view showing a structural member and a method of manufacturing the same according to the present invention.
FIG. 4
FIG. 3 is a view showing a structural member and a method of manufacturing the same according to the present invention.
FIG. 5
FIG. 3 is a view showing a structural member and a method of manufacturing the same according to the present invention.
FIG. 6
FIG. 3 is a view showing a structural member and a method of manufacturing the same according to the present invention.
FIG. 7
FIG. 3 is a view showing a structural member and a method of manufacturing the same according to the present invention.
FIG. 8
FIG. 3 is a view showing a structural member and a method of manufacturing the same according to the present invention.
FIG. 9
FIG. 3 is a view showing a structural member and a method of manufacturing the same according to the present invention.
FIG. 10
FIG. 3 is a view showing a structural member and a method of manufacturing the same according to the present invention.
FIG. 11
FIG. 3 is a view showing a structural member and a method of manufacturing the same according to the present invention.
[Explanation of symbols]
2 tubular structural member 4 inner section or inner section 6 intermediate section or intermediate section 8 outer section or outer section 10 core region

Claims (36)

賦形構造部材(2)において、
強化樹脂マトリックス材料を含む少なくとも一つの賦形内層(4)、
強化樹脂マトリックス材料を含む少なくとも一つの賦形外層(8)、及び
前記少なくとも一つの内層(4)と前記少なくとも一つの外層(8)とを連結する、リブ構造を持つ少なくとも一つの中間層(6)を含む、構造部材。
In the shaping structural member (2),
At least one shaped inner layer (4) comprising a reinforced resin matrix material,
At least one shaped outer layer (8) comprising a reinforced resin matrix material and at least one intermediate layer (6) having a rib structure connecting said at least one inner layer (4) and said at least one outer layer (8). ).
請求項1に記載の構造部材において、前記構造部材は閉じた形体を有する、構造部材。The structural member according to claim 1, wherein the structural member has a closed configuration. 請求項2に記載の構造部材において、前記少なくとも一つの内層(4)の内面によって画成された内部領域(10)を更に含む、構造部材。Structural member according to claim 2, further comprising an interior region (10) defined by an inner surface of the at least one inner layer (4). 請求項3に記載の構造部材において、前記内部領域(10)は、中空であるか、部分的に充填されているか、又は完全に充填されている、構造部材。Structural component according to claim 3, wherein the interior region (10) is hollow, partially filled or completely filled. 請求項3に記載の構造部材において、前記強化樹脂マトリックス材料の少なくとも一つがプレプレグ材料から形成されている、構造部材。The structural member according to claim 3, wherein at least one of the reinforced resin matrix materials is formed from a prepreg material. 請求項5に記載の構造部材において、前記プレプレグ材料は複数の層を含む、構造部材。The structural member according to claim 5, wherein the prepreg material includes a plurality of layers. 請求項6に記載の構造部材において、前記複数の層は、0°乃至90°の範囲で配向された複数の繊維を含む、構造部材。The structural member according to claim 6, wherein the plurality of layers include a plurality of fibers oriented in a range from 0 ° to 90 °. 請求項5に記載の構造部材において、前記プレプレグ材料は、アラミド繊維を含有するエポキシを基材とする樹脂を含む、構造部材。The structural member according to claim 5, wherein the prepreg material includes an epoxy-based resin containing aramid fibers. 請求項1に記載の構造部材において、前記強化樹脂マトリックス材料の少なくとも一つはシート形成コンパウンドである、構造部材。The structural member according to claim 1, wherein at least one of the reinforced resin matrix materials is a sheet forming compound. 請求項7に記載の構造部材において、前記少なくとも一つの中間層の前記リブ構造は、ハニカム構造を含む、構造部材。The structural member according to claim 7, wherein the rib structure of the at least one intermediate layer includes a honeycomb structure. 請求項7に記載の構造部材において、前記少なくとも一つの外層(8)の少なくとも一部をカバーする少なくとも一つの層又は部分を更に含む、構造部材。Structural member according to claim 7, further comprising at least one layer or part covering at least a part of the at least one outer layer (8). 賦形構造部材(2)において、
プレプレグ材料を含む少なくとも一つの賦形内層(4)、
プレプレグ材料を含む少なくとも一つの賦形外層(8)、及び
前記少なくとも一つの内層(4)と前記少なくとも一つの外層(8)とを連結する、リブ構造を持つ少なくとも一つの中間層(6)を含む、構造部材。
In the shaping structural member (2),
At least one shaped inner layer (4) comprising prepreg material,
At least one shaped outer layer (8) comprising prepreg material and at least one intermediate layer (6) having a rib structure connecting said at least one inner layer (4) and said at least one outer layer (8). Including, structural members.
請求項12に記載の構造部材において、前記少なくとも一つの中間層(6)の前記リブ構造は、ハニカム構造を含む、構造部材。The structural member according to claim 12, wherein the rib structure of the at least one intermediate layer (6) comprises a honeycomb structure. 賦形構造部材(2)において、
シート成形コンパウンド材料を含む少なくとも一つの賦形内層(4)、
シート成形コンパウンド材料を含む少なくとも一つの賦形外層(8)、及び
前記少なくとも一つの内層(4)と前記少なくとも一つの外層(8)とを連結する、リブ構造を持つ少なくとも一つの中間層(6)を含む、構造部材。
In the shaping structural member (2),
At least one shaped inner layer (4) comprising a sheet-forming compound material,
At least one shaped outer layer (8) comprising a sheet-forming compound material and at least one intermediate layer (6) having a rib structure connecting said at least one inner layer (4) and said at least one outer layer (8). ).
請求項14に記載の構造部材において、前記少なくとも一つの中間層(6)の前記リブ構造は、ハニカム構造を含む、構造部材。The structural member according to claim 14, wherein the rib structure of the at least one intermediate layer (6) comprises a honeycomb structure. 賦形構造部材(2)において、
強化樹脂マトリックス材料を含む少なくとも一つの賦形内層(4)、
強化樹脂マトリックス材料を含む少なくとも一つの賦形外層(8)、及び
前記少なくとも一つの内層(4)と前記少なくとも一つの外層(8)とを連結するハニカム構造を持つ少なくとも一つの中間層(6)を含む、構造部材。
In the shaping structural member (2),
At least one shaped inner layer (4) comprising a reinforced resin matrix material,
At least one shaped outer layer (8) comprising a reinforced resin matrix material and at least one intermediate layer (6) having a honeycomb structure connecting said at least one inner layer (4) and said at least one outer layer (8) And a structural member.
請求項16に記載の構造部材において、前記少なくとも一つの内層(4)の内面が画成する内部領域(1)を更に含む、構造部材。Structural member according to claim 16, further comprising an inner region (1) defined by an inner surface of the at least one inner layer (4). 賦形構造部材(2)において、
強化樹脂マトリックス材料を含む少なくとも一つの賦形内層(4)、
強化樹脂マトリックス材料を含む少なくとも一つの賦形外層(8)、
前記少なくとも一つの内層(6)と前記少なくとも一つの外層(8)とを連結するハニカム構造を持つ少なくとも一つの中間層(6)、及び
前記少なくとも一つの内層(4)の内面が画成する内部領域(10)を含む、構造部材。
In the shaping structural member (2),
At least one shaped inner layer (4) comprising a reinforced resin matrix material,
At least one shaped outer layer (8) comprising a reinforced resin matrix material,
At least one intermediate layer (6) having a honeycomb structure connecting the at least one inner layer (6) and the at least one outer layer (8), and an interior defined by an inner surface of the at least one inner layer (4). A structural member including a region (10).
閉じた賦形構造部材(2)において、
強化樹脂マトリックス材料を含む少なくとも一つの賦形内層(4)、
強化樹脂マトリックス材料を含む少なくとも一つの賦形外層(8)、
前記少なくとも一つの内層(4)と前記少なくとも一つの外層(8)とを連結するハニカム構造を持つ少なくとも一つの中間層(6)、及び
前記少なくとも一つの内層の内面が画成する内部領域(10)を含む、構造部材。
In the closed shaping structural member (2),
At least one shaped inner layer (4) comprising a reinforced resin matrix material,
At least one shaped outer layer (8) comprising a reinforced resin matrix material,
At least one intermediate layer (6) having a honeycomb structure connecting the at least one inner layer (4) and the at least one outer layer (8); and an inner region (10) defined by an inner surface of the at least one inner layer. ).
閉じた賦形構造部材(2)において、
強化樹脂マトリックス材料を含む少なくとも一つの賦形内層(4)、
強化樹脂マトリックス材料を含む少なくとも一つの賦形外層(8)、
前記少なくとも一つの内層(4)と前記少なくとも一つの外層(8)に実質的に接触したハニカム構造を持つ少なくとも一つの中間層(6)、及び
前記少なくとも一つの内層の内面が画成する内部領域(10)を含む、構造部材。
In the closed shaping structural member (2),
At least one shaped inner layer (4) comprising a reinforced resin matrix material,
At least one shaped outer layer (8) comprising a reinforced resin matrix material,
At least one intermediate layer (6) having a honeycomb structure substantially in contact with the at least one inner layer (4) and the at least one outer layer (8); and an inner area defined by an inner surface of the at least one inner layer. A structural member including (10).
賦形構造部材の製造方法において、
強化樹脂マトリックス材料を含む少なくとも一つの内層(4)を設ける工程、
リブ構造を持つ少なくとも一つの中間層(6)を前記少なくとも一つの内層(4)にロール巻付けする工程、
強化樹脂マトリックス材料を含む少なくとも一つの外層(8)を前記少なくとも一つの中間層(6)に設ける工程、及び
前記少なくとも一つの内層(4)及び前記少なくとも一つの外層(8)を前記少なくとも一つの中間層(6)に連結する工程を含む、方法。
In the method of manufacturing a shaped structural member,
Providing at least one inner layer (4) comprising a reinforced resin matrix material;
Roll winding at least one intermediate layer (6) having a rib structure on said at least one inner layer (4);
Providing at least one outer layer (8) comprising a reinforced resin matrix material on said at least one intermediate layer (6); and providing said at least one inner layer (4) and said at least one outer layer (8) with said at least one A method comprising the step of coupling to an intermediate layer (6).
請求項21に記載の方法において、
前記少なくとも一つの内層(4)を基材(20)にロール巻付けすることによって前記少なくとも一つの内層(4)を設ける工程を含む、方法。
The method of claim 21,
Providing the at least one inner layer (4) by rolling the at least one inner layer (4) around a substrate (20).
請求項22に記載の方法において、前記少なくとも一つの外層(8)を前記少なくとも一つの中間層(6)にロール巻付けすることによって前記少なくとも一つの外層(8)を設ける工程を含む、方法。23. The method according to claim 22, comprising providing the at least one outer layer (8) by rolling the at least one outer layer (8) around the at least one intermediate layer (6). 請求項23に記載の方法において、前記基材(20)を取り外す工程を更に含む、方法。24. The method according to claim 23, further comprising removing the substrate (20). 請求項24に記載の方法において、前記基材(20)を取り外すことによって形成された内部(10)を部分的に又は完全に充填する工程を含む、方法。25. The method according to claim 24, comprising partially or completely filling the interior (10) formed by removing the substrate (20). 請求項25に記載の方法において、前記少なくとも一つの外層(8)を拘束し、前記基材(20)を取り外す前に前記少なくとも一つの内層(4)又は前記少なくとも一つの外層(8)の反応性材料を反応させる工程を更に含む、方法。26. The method according to claim 25, wherein the at least one outer layer (8) is restrained and the reaction of the at least one inner layer (4) or the at least one outer layer (8) before removing the substrate (20). The method further comprising the step of reacting a conductive material. 請求項26に記載の方法において、少なくとも一つの収縮包装材料層(22)を前記少なくとも一つの外層(8)にロール巻付けすることによって前記少なくとも一つの外層を拘束する工程を含む、方法。27. The method according to claim 26, comprising constraining the at least one outer layer by rolling at least one layer of shrink wrapping material (22) around the at least one outer layer (8). 請求項27に記載の方法において、前記少なくとも一つの収縮包装材料層(22)を反応後に取り外す工程を含む、方法。28. The method according to claim 27, comprising removing the at least one layer of shrink wrap after reaction. 請求項27に記載の方法において、少なくとも一つの圧力分配器(26)を前記少なくとも一つの外層(8)上に設ける工程を更に含む、方法。28. The method according to claim 27, further comprising the step of providing at least one pressure distributor (26) on said at least one outer layer (8). 請求項29に記載の方法において、複数の収縮包装材料層(22)に、少なくとも一つの圧力分配器(26)を、これらの層のうちの二つの層の間に設ける工程を含む、方法。30. The method according to claim 29, comprising providing at least one pressure distributor (26) to a plurality of layers of shrink wrap material (22) between two of the layers. 賦形構造部材(2)の製造方法において、
強化樹脂マトリックス材料を含む少なくとも一つの内層(4)を基材(20)にロール巻付けする工程、
リブ構造を持つ少なくとも一つの中間層(6)を前記少なくとも一つの内層(4)にロール巻付けする工程、
強化樹脂マトリックス材料を含む少なくとも一つの外層(8)を前記少なくとも一つの中間層(6)にロール巻付けしてこれを覆う工程、
前記少なくとも一つの内層(4)及び前記少なくとも一つの外層(8)を前記少なくとも一つの中間層(6)に連結する工程、及び
前記基材(20)を取り外す工程を含む、方法。
In the method for producing a shaped structural member (2),
Rolling at least one inner layer (4) containing a reinforced resin matrix material around a substrate (20);
Roll winding at least one intermediate layer (6) having a rib structure on said at least one inner layer (4);
Rolling and covering at least one outer layer (8) comprising a reinforced resin matrix material around said at least one intermediate layer (6);
A method comprising connecting the at least one inner layer (4) and the at least one outer layer (8) to the at least one intermediate layer (6), and removing the substrate (20).
賦形構造部材(2)の製造方法において、
強化樹脂マトリックス材料を含む少なくとも一つの内層(4)を基材(20)にロール巻付けする工程、
リブ構造を持つ少なくとも一つの中間層(6)を前記少なくとも一つの内層(4)にロール巻付けする工程、
強化樹脂マトリックス材料を含む少なくとも一つの外層(8)を前記少なくとも一つの中間層(6)にロール巻付けしてこれを覆う工程、
前記少なくとも一つの外層(8)を収縮包装材料(22)で拘束する工程、
前記少なくとも一つの内層(4)及び前記少なくとも一つの外層(8)を前記少なくとも一つの中間層(6)に連結する工程、及び
前記収縮包装材料(22)及び前記基材(20)を取り外す工程を含む、方法。
In the method for producing a shaped structural member (2),
Rolling at least one inner layer (4) containing a reinforced resin matrix material around a substrate (20);
Roll winding at least one intermediate layer (6) having a rib structure on said at least one inner layer (4);
Rolling and covering at least one outer layer (8) comprising a reinforced resin matrix material around said at least one intermediate layer (6);
Constraining said at least one outer layer (8) with shrink wrap (22);
Connecting said at least one inner layer (4) and said at least one outer layer (8) to said at least one intermediate layer (6); and removing said shrink wrap material (22) and said substrate (20). Including, methods.
賦形構造部材(2)の製造方法において、
強化樹脂マトリックス材料を含む少なくとも一つの内層(4)を基材(20)にロール巻付けする工程、
ハニカム構造を持つ少なくとも一つの中間層(6)を前記少なくとも一つの内層(4)に実質的に接触するようにロール巻付けする工程、
強化樹脂マトリックス材料を含む少なくとも一つの外層(8)を前記少なくとも一つの中間層(6)に実質的に接触するようにロール巻付けする工程、
前記少なくとも一つの外層(8)を収縮包装材料(22)で拘束する工程、
前記少なくとも一つの内層(4)及び前記少なくとも一つの外層(8)を前記少なくとも一つの中間層(6)に連結する工程、及び
前記収縮包装材料(22)及び前記基材(20)を取り外す工程を含む、方法。
In the method for producing a shaped structural member (2),
Rolling at least one inner layer (4) containing a reinforced resin matrix material around a substrate (20);
Roll wrapping at least one intermediate layer (6) having a honeycomb structure so as to substantially contact said at least one inner layer (4);
Roll wrapping at least one outer layer (8) comprising a reinforced resin matrix material to substantially contact said at least one intermediate layer (6);
Constraining said at least one outer layer (8) with shrink wrap (22);
Connecting said at least one inner layer (4) and said at least one outer layer (8) to said at least one intermediate layer (6); and removing said shrink wrap material (22) and said substrate (20). Including, methods.
賦形構造部材(2)において、
強化樹脂マトリックス材料を含む少なくとも一つの内層(4)を形成する工程、
リブ構造を持つ少なくとも一つの中間層(6)を前記少なくとも一つの内層(4)にロール巻付けする工程、
強化樹脂マトリックス材料を含む少なくとも一つの外層(8)を前記少なくとも一つの中間層(6)上に形成する工程、
前記少なくとも一つの内層(4)及び前記少なくとも一つの外層(8)を前記少なくとも一つの中間層(6)に連結する工程を含む方法によって製造された、賦形構造部材。
In the shaping structural member (2),
Forming at least one inner layer (4) comprising a reinforced resin matrix material;
Roll winding at least one intermediate layer (6) having a rib structure on said at least one inner layer (4);
Forming at least one outer layer (8) comprising a reinforced resin matrix material on said at least one intermediate layer (6);
A shaped structural member manufactured by a method including a step of connecting the at least one inner layer (4) and the at least one outer layer (8) to the at least one intermediate layer (6).
強化樹脂マトリックス材料を含む少なくとも一つの内層(4)を基材(20)にロール巻付けする工程、
リブ構造を持つ少なくとも一つの中間層(6)を前記少なくとも一つの内層(4)にロール巻付けする工程、
強化樹脂マトリックス材料を含む少なくとも一つの外層(8)を前記少なくとも一つの中間層(6)にロール巻付けしてこれを覆う工程、
前記少なくとも一つの外層(8)を収縮包装材料(22)で拘束する工程、
前記少なくとも一つの内層(4)及び前記少なくとも一つの外層(8)を前記少なくとも一つの中間層(6)に連結する工程、及び
前記収縮包装材料(22)及び前記基材(20)を取り外す工程を含む方法によって製造された、賦形構造部材。
Rolling at least one inner layer (4) containing a reinforced resin matrix material around a substrate (20);
Roll winding at least one intermediate layer (6) having a rib structure on said at least one inner layer (4);
Rolling and covering at least one outer layer (8) comprising a reinforced resin matrix material around said at least one intermediate layer (6);
Constraining said at least one outer layer (8) with shrink wrap (22);
Connecting said at least one inner layer (4) and said at least one outer layer (8) to said at least one intermediate layer (6); and removing said shrink wrap material (22) and said substrate (20). A shaped structural member manufactured by a method comprising:
強化樹脂マトリックス材料を含む少なくとも一つの内層(4)を基材(20)にロール巻付けする工程、
ハニカム構造を持つ少なくとも一つの中間層(6)を前記少なくとも一つの内層(4)に実質的に接触するようにロール巻付けする工程、
強化樹脂マトリックス材料を含む少なくとも一つの外層(8)を前記少なくとも一つの中間層(6)に実質的に接触するようにロール巻付けする工程、
前記少なくとも一つの外層(8)を収縮包装材料で拘束する工程、
前記少なくとも一つの内層(4)及び前記少なくとも一つの外層(8)を前記少なくとも一つの中間層(6)に連結する工程、及び
前記収縮包装材料(22)及び前記基材(20)を取り外す工程を含む方法によって製造された、賦形構造部材。
Rolling at least one inner layer (4) containing a reinforced resin matrix material around a substrate (20);
Roll wrapping at least one intermediate layer (6) having a honeycomb structure so as to substantially contact said at least one inner layer (4);
Roll wrapping at least one outer layer (8) comprising a reinforced resin matrix material to substantially contact said at least one intermediate layer (6);
Constraining said at least one outer layer (8) with shrink wrapping material;
Connecting said at least one inner layer (4) and said at least one outer layer (8) to said at least one intermediate layer (6); and removing said shrink wrap material (22) and said substrate (20). A shaped structural member manufactured by a method comprising:
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