JP2006264232A

JP2006264232A - 繊維強化樹脂複合材の成形方法

Info

Publication number: JP2006264232A
Application number: JP2005088377A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Nishiyama; 西山　　茂
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2005-03-25
Filing date: 2005-03-25
Publication date: 2006-10-05

Abstract

【課題】製造コストを低減させることができ、しわやうねりの発生を防止することができるとともに、品質の向上を図ることができる繊維強化樹脂複合材の成形方法を提供すること。
【解決手段】強化繊維からなる強化繊維織物に、熱硬化性樹脂を予め含有させたシート状のプリプレグを、成形治具に形成された平面上に必要な枚数積層した後に加熱して熱硬化させ、さらに所望の形状に湾曲させながら再加熱して再び熱硬化させることを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、繊維強化樹脂複合材の成形方法に関するものであり、特に、強化繊維織物に熱硬化性樹脂を予め含有させたシート状のプリプレグを積層して形成された繊維強化樹脂複合材の成形方法に関するものである。

シート状のプリプレグを積層して形成された繊維強化樹脂複合材の成形品（オートクレーブ製品あるいはドライカーボン製品）は、シート状のプリプレグを必要な枚数成形治具（型）の上に積層した後に熱硬化させる、いわゆる「ハンドレイアップ法」と呼ばれる方法により製造されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−２７６４７１号公報

ハンドレイアップ法により繊維強化樹脂複合材の成形品を製造するには、その成形品毎に成形治具が必要となり、製造コストが高騰してしまうといった問題点がある。
例えば、航空機の翼（主翼、尾翼、垂直尾翼等）内に納められるストリンガ（Stringer）等は、外観形状は略同じだが、その長さと曲率は微妙に異なっているために、多大な費用をかけて成形治具を準備しなければならず、その保管場所の確保も必要であった。また、このような方法では、プリプレグを成形治具に積層する際、局所的にしわやうねりが発生したり繊維配向角度がずれてしまい、強度低下による品質不良を招いてしまうといった問題点があった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、製造コストを低減させることができ、しわやうねりの発生を防止することができるとともに、品質の向上を図ることができる繊維強化樹脂複合材の成形方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
請求項１に記載の繊維強化樹脂複合材の成形方法は、強化繊維からなる強化繊維織物に、熱硬化性樹脂を予め含有させたシート状のプリプレグを、成形治具に形成された平面上に必要な枚数積層した後に加熱して熱硬化させ、さらに所望の形状に湾曲させながら再加熱して再び熱硬化させることを特徴とする。
このような繊維強化樹脂複合材の成形方法によれば、強化繊維（例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等）からなる強化繊維織物に、熱硬化性樹脂（例えば、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、シアネートエステル樹脂、ポリイミド樹脂等）を予め含有させたシート状のプリプレグが、成形治具に形成された平面（直線的な平坦面）上に必要な枚数積層された後、例えば、加熱炉（オートクレーブ）内において１２０℃〜１８０℃で一旦硬化させられる。
熱硬化させられた繊維強化樹脂複合材は、スプリングバックを考慮した上で、所望の曲率が与えられるように曲げられて、この状態で繊維強化樹脂複合材が再加熱される。再加熱された繊維強化樹脂複合材は、一旦軟化、変形した後に冷却し、所望の形状に曲げられることとなる。

本発明によれば、製造コストを低減させることができ、しわやうねりの発生を防止することができるとともに、品質の向上を図ることができるという効果を奏する。

以下、本発明による繊維強化樹脂複合材の成形方法の一実施形態について、図１を参照しながら説明する。
図１中の符号１は、例えば、図示しない加熱炉（オートクレーブ）内に設置された繊維強化樹脂複合材の成形装置であり、符号２は、熱硬化した繊維強化樹脂複合材である。
成形装置１は、基台１０と、基台１０の上面両端部に固定された形状拘束治具１１と、基台１０の上面中央部に配置された可動治具１２とを主たる要素として構成されたものである。

基台１０は、平面視矩形状を有するとともに、その上面および下面が平らになるように形成された板状の部材である。
形状拘束部材１１は、中実円筒形状の部材であり、基台１０の長手方向軸線に沿って基台１０の各端部にそれぞれ一つずつ設けられている。
可動治具１２は、形状拘束部材１１と同様、中実円筒形状の部材であり、基台１０の上面に沿って、基台１０の長手方向軸線と直交する方向に往復移動可能に構成されている。

図１に示す繊維強化樹脂複合材２は、強化繊維（例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等）からなる強化繊維織物に、熱硬化性樹脂（例えば、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、シアネートエステル樹脂、ポリイミド樹脂等）を予め含有させたシート状のプリプレグを、図示しない成形治具に形成された平面（直線的な平坦面）上に必要な枚数積層した後、図示しない加熱炉（オートクレーブ）内において１２０℃〜１８０℃で硬化させたものである。

熱硬化した繊維強化樹脂複合材２は、図１（ａ）に示すような形態で成形装置１にセットされる。成形装置１へのセットが完了したら、スプリングバックを考慮した上で、繊維強化樹脂複合材２に所望の曲率が与えられるように可動治具１２を移動させ（図１（ｂ）参照）、この状態で繊維強化樹脂複合材２を再加熱する。再加熱時の温度は、１５０℃以上、ガラス転移温度（Ｔｇ）以下であることが望ましく、このような温度で再加熱された繊維強化樹脂複合材２は、一旦軟化、変形した後に冷却し、所望の形状に曲げられた繊維強化樹脂複合材２の成形品が製造される。

本発明による繊維強化樹脂複合材２の成形方法によれば、成形品毎の成形治具が不要となり、成形治具の数を大幅に減らす（最小限にする）ことができるので、製造コストを低減させることができる。
また、成形治具に形成された平面上に必要な枚数積層されたプリプレグは、その状態で一旦加熱されて熱硬化させられた後、所望の形状に曲げられた状態で再加熱され、成形品とされているので、しわやうねりの発生を防止することができるとともに、品質の向上を図ることができる。

なお、本発明は上述した実施形態のものに限定されるものではなく、例えば、上述した成形装置１は、図２に示すような構成とすることもできる。
成形装置３は、基台２０と、基台２０の上面両端部に配置された可動治具２１とを主たる要素として構成されたものである。
基台２０は、平面視矩形状を有するとともに、その上面が湾曲した凸面（一面転び面）とされ、下面が平面とされた蒲鉾形の部材である。
可動治具（押さえ治具）２１は、中実直方体の部材であり、基台２０の各端部にそれぞれ一つずつ設けられているとともに、基台２０の下面に対して垂直な方向に往復移動可能に構成されている。
また、基台２０の上面は、一面転び面に限定されるものではなく、二面転び面やひねり面等、必要に応じて適宜変更することができる。

さらに、成形装置１，３にセットされる繊維強化樹脂複合材２は、平面視矩形状を有するとともに、その上面および下面が平らになるように形成された板状部材に限定されるものではなく、例えば、円柱や角柱、あるいは断面Ｉ型またはＨａｔ型等の長尺部材であってもよい。
さらにまた、形状拘束治具１１、可動治具１２、可動治具２１の形状および数は、上述した実施形態のものに限定されるものではなく、適宜必要に応じて変更実施可能である。
さらにまた、上述した実施形態では、再加熱は１回のみしか行われていないが、必要に応じて繰り返し再加熱し、曲率の異なる湾曲面を有する繊維強化樹脂複合材２の成形品を製造することもできる。

熱硬化した繊維強化樹脂複合材に所望の曲率を与えるための成形装置の一実施形態を示す概略構成図であって、（ａ）は熱硬化した繊維強化樹脂複合材がセットされた状態を示し、（ｂ）は熱硬化した繊維強化樹脂複合材に所望の曲率が与えられるように可動治具が移動させられた状態を示す図である。熱硬化した繊維強化樹脂複合材に所望の曲率を与えるための成形装置の他の実施形態を示す概略構成図であって、（ａ）は熱硬化した繊維強化樹脂複合材がセットされた状態を示し、（ｂ）は熱硬化した繊維強化樹脂複合材に所望の曲率が与えられるように可動治具が移動させられた状態を示す図である。

符号の説明

２繊維強化樹脂複合材

Claims

強化繊維からなる強化繊維織物に、熱硬化性樹脂を予め含有させたシート状のプリプレグを、成形治具に形成された平面上に必要な枚数積層した後に加熱して熱硬化させ、さらに所望の形状に湾曲させながら再加熱して再び熱硬化させることを特徴とする繊維強化樹脂複合材の成形方法。