JP2015139932A - Method for molding composite material structure, and composite material structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、CFRPやGFRP等の繊維強化樹脂層に網状やフォイル状の金属層が積層される複合材料構造体の成形方法および複合材料構造体に関するものである。 The present invention relates to a method for forming a composite material structure in which a net-like or foil-like metal layer is laminated on a fiber reinforced resin layer such as CFRP or GFRP, and a composite material structure.
航空機や風車等の建造物の外表面に用いられる繊維強化樹脂を用いた複合材料構造体において、耐落雷性を高めるべく、例えば特許文献1に開示されているように、その表面保護層(保護用の樹脂フィルム等)の近くに金属メッシュや金属フォイル等を積層したものが知られている。
In a composite material structure using a fiber reinforced resin used for an outer surface of a building such as an aircraft or a windmill, a surface protective layer (protection) is disclosed as disclosed in, for example,
具体的には、図4、図5に示すように、金型1の成形面1a上に樹脂フィルム等の表面保護層2が載置され、その上から金属メッシュ3aまたは金属フォイル3b等の金属層が積層される。さらに、その上から複数枚のプリプレグ等の繊維強化樹脂層4が積層され、これらがオートクレーブ等で加熱・真空引き・加圧されて所定の形状の複合材料構造体に成形される。
Specifically, as shown in FIGS. 4 and 5, a surface
このように成形された複合材料構造体に落雷した場合には、落雷電流が金属層3a,3bを通って所定の避雷部材に導かれ、繊維強化樹脂4の破損が防止される。
When a lightning strike occurs on the composite material structure thus formed, a lightning strike current is guided to a predetermined lightning protection member through the
しかしながら、前記のように複数の層が積層されて成形される場合、オートクレーブ等における真空引きまたは硬化時の加圧のみでは、表面保護層2と金属層3a,3bとの間に含まれる気泡を完全に除去することは困難であり、その結果、複合材料構造体の外表面にピット(微小穴)または層間のボイド(空隙)を生じて、強度低下や外観性が劣化する不具合が起きる。特にフォイル状の金属層3bの場合は、網状の金属層3aと異なり、気泡が金属層3bを通過することができないため、気泡が金属層3bと表面保護層2との間に残留する可能性が高くなる。
However, when a plurality of layers are laminated and molded as described above, bubbles contained between the surface
このような不具合を解決するため、例えば特開平5−192949号公報に記載されているように、樹脂を含浸させた繊維よりなる複合材料構造体の成形時および硬化時に、金型の成形面(フェーシングシート)を可振器により振動させるようにした成形方法が知られている。 In order to solve such problems, for example, as described in JP-A-5-192949, when molding and curing a composite material structure composed of fibers impregnated with a resin, a molding surface ( A forming method is known in which a facing sheet is vibrated by a vibrator.
しかしながら、上記のように金型の成形面を可振器により振動させる成形方法は、気泡が自然に抜けるのを促進させているに過ぎず、必ずしも完全な脱気を約束するものではない。しかも、可振器の設置によって金型構造の複雑化を招き、成形品の製造単価を上昇させる原因にもなる。 However, the molding method in which the molding surface of the mold is vibrated by the vibration exciter as described above merely promotes the natural removal of bubbles, and does not necessarily guarantee complete deaeration. In addition, the installation of the vibrator causes the mold structure to become complicated, which also increases the unit manufacturing cost of the molded product.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、簡素な構成により、複合材料構造体を構成する表面保護層と金属層との間に気泡が残留することを防止することのできる複合材料構造体の成形方法および複合材料構造体を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and it is possible to prevent bubbles from remaining between the surface protective layer and the metal layer constituting the composite material structure with a simple configuration. An object of the present invention is to provide a method for forming a composite material structure and a composite material structure.
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明に係る複合材料構造体の成形方法の第1の態様は、金型の成形面上に、表面保護層と、金属層と、繊維強化樹脂層とを順に積層し、これらを加圧および加熱して複合材料構造体を成形する方法であって、前記成形面または前記金属層の前記成形面側の面の少なくとも一方に、該成形面または該金属層の面の、気泡が生じるエリアから外周縁部まで連通する複数の脱気溝を形成し、前記加圧および加熱時に、前記成形面と前記金属層との間に残留する気泡を前記脱気溝から脱気させることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
In the first aspect of the method for molding a composite material structure according to the present invention, a surface protective layer, a metal layer, and a fiber reinforced resin layer are sequentially laminated on a molding surface of a mold, A method of forming a composite material structure by heating, wherein at least one of the molding surface or the surface of the metal layer on the molding surface side is from an area where bubbles are generated on the surface of the molding surface or the metal layer. A plurality of deaeration grooves communicating to the outer peripheral edge are formed, and bubbles remaining between the molding surface and the metal layer are degassed from the deaeration grooves during the pressurization and heating. .
上記の成形方法によれば、金型の成形面上に積層された表面保護層と金属層と繊維強化樹脂層とが加熱されながら加圧成形される際に、表面保護層と金属層との間に含まれる気泡が脱気溝を通って外部に排出され易くなる。つまり、気泡は成形時に軟化する表面保護層の材料中を流動し、金型の成形面または金属層の面の少なくとも一方に形成された脱気溝に到達する。脱気溝は成形面または金属層の面の、気泡が生じるエリアから外周縁部まで連通しているため、成形時の圧力によって気泡は脱気溝の端部から外部に押し出される。
このように、金型の成形面または金属層の面に脱気溝を形成するという非常に簡素な方法により、複合材料構造体を構成する表面保護層と金属層との間に気泡が残留することを効果的に防止することができる。
According to the above molding method, when the surface protective layer, the metal layer, and the fiber reinforced resin layer laminated on the molding surface of the mold are pressed while being heated, the surface protective layer and the metal layer are Air bubbles contained therebetween are easily discharged to the outside through the deaeration groove. That is, the bubbles flow in the material of the surface protective layer that is softened during molding, and reach the deaeration groove formed on at least one of the molding surface of the mold and the surface of the metal layer. Since the deaeration groove communicates from the bubble generating area to the outer peripheral edge of the molding surface or the metal layer surface, the bubble is pushed out from the end of the deaeration groove to the outside by the pressure during molding.
As described above, bubbles remain between the surface protective layer and the metal layer constituting the composite material structure by a very simple method of forming a deaeration groove on the molding surface of the mold or the surface of the metal layer. This can be effectively prevented.
上記の成形方法において、前記脱気溝は、前記金属層の圧延加工時、または圧延加工後の表面処理時に同時に形成するようにしてもよい。
こうすることにより、金属層に脱気溝を形成する専用の工程を省くことができ、簡素な構成によって表面保護層と金属層との間に気泡が残留することを防止することができる。
In the above forming method, the deaeration groove may be formed at the same time when the metal layer is rolled or at the time of surface treatment after the rolling.
By doing so, a dedicated process for forming a deaeration groove in the metal layer can be omitted, and bubbles can be prevented from remaining between the surface protective layer and the metal layer with a simple configuration.
本発明に係る複合材料構造体の成形方法の第2の態様は、湾曲した金型の成形面上に、表面保護層と、金属層と、繊維強化樹脂層とを順に積層し、これらを加圧および加熱して複合材料構造体を成形する方法であって、前記金属層を、前記成形面の湾曲形状に合わせて予め湾曲させてから前記表面保護層の上に積層することを特徴とする。 In a second aspect of the method for molding a composite material structure according to the present invention, a surface protective layer, a metal layer, and a fiber reinforced resin layer are sequentially laminated on a molding surface of a curved mold, and these are added. A method of forming a composite material structure by pressing and heating, wherein the metal layer is pre-curved according to the curved shape of the molding surface and then laminated on the surface protective layer. .
上記の成形方法によれば、湾曲した金型の成形面上に表面保護層を介して載置される金属層が、金型の成形面の湾曲形状に合わせて湾曲しているので、金属層が金型の成形面に良く馴染み、成形後に表面保護層と金属層との間に気泡が残留することが防止される。
このように、金属層を、金型成形面の湾曲形状に合わせて予め湾曲させるという非常に簡素な方法により、表面保護層と金属層との間に気泡が残留することを防止することができる。
According to the above molding method, the metal layer placed on the molding surface of the curved mold via the surface protective layer is curved in accordance with the curved shape of the molding surface of the mold. Is well adapted to the molding surface of the mold, and air bubbles are prevented from remaining between the surface protective layer and the metal layer after molding.
In this way, it is possible to prevent bubbles from remaining between the surface protective layer and the metal layer by a very simple method of bending the metal layer in advance according to the curved shape of the mold forming surface. .
上記の成形方法において、金属層の湾曲率は、前記成形面の湾曲率よりも小さく設定することが好ましい。
こうすることにより、表面保護層と金属層と繊維強化樹脂層とが加圧される際に、金型の成形面よりも小さな湾曲率を持つ金属層は、その中央部から両側に向かって表面保護層に密着する。このため、表面保護層と金属層との間に気泡が残留しにくくなる。
In the above-described forming method, the curvature of the metal layer is preferably set smaller than the curvature of the forming surface.
In this way, when the surface protective layer, the metal layer, and the fiber reinforced resin layer are pressed, the metal layer having a smaller curvature than the molding surface of the mold is formed on the surface from the central portion toward both sides. Adheres to the protective layer. For this reason, it becomes difficult for bubbles to remain between the surface protective layer and the metal layer.
また、本発明に係る複合材料構造体は、前記いずれかの態様の複合材料構造体の成形方法によって成形されたことを特徴とする。
この複合材料構造体によれば、その表面保護層と金属層との間に気泡が残留しないため、外表面にピット(微小穴)または層間のボイド(空隙)を生じる不具合が無く、良好な強度および外観性を得ることができる。
The composite material structure according to the present invention is characterized by being formed by the composite material structure forming method according to any one of the above aspects.
According to this composite material structure, since no bubbles remain between the surface protective layer and the metal layer, there are no defects that cause pits (micro holes) or voids (voids) between layers on the outer surface, and good strength. And appearance can be obtained.
以上のように、本発明に係る複合材料構造体の成形方法によれば、簡素な構成により、複合材料構造体を構成する表面保護層と金属層との間に気泡が残留することを防止することができる。
また、本発明に係る複合材料構造体によれば、表面保護層と金属層との間に気泡が残留せず、外表面にピット(微小穴)または層間のボイド(空隙)を生じる不具合が無く、良好な強度および外観性を得ることができる。
As described above, according to the method for molding a composite material structure according to the present invention, air bubbles are prevented from remaining between the surface protective layer and the metal layer constituting the composite material structure with a simple configuration. be able to.
In addition, according to the composite material structure of the present invention, no bubbles remain between the surface protective layer and the metal layer, and there is no problem of generating pits (micro holes) or voids (voids) between the layers on the outer surface. Good strength and appearance can be obtained.
以下、本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
[第1実施形態]
図1は、本発明に係る複合材料構造体の成形方法の第1実施形態を示す金型1、表面保護層2、金属層3、繊維強化樹脂層4の斜視図である。この実施形態では、従来の技術を示す図5と同様に、金型1の成形面1aに樹脂フィルム等の表面保護層2が載置され、その上からフォイル状の金属層3が積層される。さらに、その上から複数枚のプリプレグ等の繊維強化樹脂層4が積層され、これらがオートクレーブ等で加熱・真空引き・加圧されて所定の形状の複合材料構造体10Aに成形される。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a perspective view of a
従来の技術と異なるのは、金型1の成形面1aに複数の脱気溝5が形成されている点である。これらの脱気溝5は、成形面1aの気泡が生じやすいエリア(例えば中央領域)から外周縁部まで連通する直線状に形成されているが、気泡が生じやすいエリアを通り、且つ成形面1aの一端から他端まで連通するように形成するのが好ましい。また、脱気溝5は、曲線状や、ランダムな溝であってもよい。この脱気溝5は、機械加工や、エッチング等の化学加工等により、成形面1aの全面に亘って形成される。
The difference from the prior art is that a plurality of
脱気溝5の深さは、0.05mm程度であることが望ましく、それ以上の深さになると、成形完了後の複合材料構造体10Aにうねり等の不良が発生する懸念がある。また、脱気溝5の間隔(ピッチ)は、例えば2mm程度を例示することができるが、成形品の大きさや厚さ、あるいは加圧圧力、加熱温度等の条件によって適宜設定することができる。
The depth of the
そして、表面保護層2と金属層3と繊維強化樹脂層4とを加圧および加熱して複合材料構造体10Aを成形する時には、金型1の成形面1aと金属層3との間、即ち表面保護層2の両面に残留する気泡を脱気溝5から脱気させる。
When the
即ち、気泡は成形時に軟化する表面保護層2の材料中を流動し、金型1の成形面1aに形成された脱気溝5に押し出される。脱気溝5は成形面1aの気泡が生じやすいエリア(例えば中央領域)から外周縁部まで連通しているため、脱気溝5に押し出された気泡は脱気溝5に沿って流れ、脱気溝5の端部から外部に排出される。
That is, the bubbles flow through the material of the surface
このように、金型1の成形面1aに脱気溝5を形成するという非常に簡素な方法により、複合材料構造体10Aを構成する表面保護層2と金属層3との間に気泡が残留することを効果的に防止することができる。
In this manner, bubbles remain between the surface
そして、このようにして成形された複合材料構造体10Aは、その表面保護層2と金属層3との間に気泡が残留しないため、外表面(表面保護層2の外面)にピット(微小穴)または層間のボイド(空隙)を生じる不具合が無く、良好な強度および外観性を得ることができる。
In the
[第2実施形態]
図2は、本発明に係る複合材料構造体の成形方法の第2実施形態を示す金型1、表面保護層2、金属層3、繊維強化樹脂層4の斜視図である。前述の第1実施形態においては、金型1の成形面1aに脱気溝5が形成されていたが、この第2実施形態においては、金属層3の成形面1a側の面(ここでは下面)に、深さ0.05mm程度の脱気溝5が複数本形成されている。それ以外の構成は第1実施形態(図1)と同様であるため、各部に同符号を付して説明を省略する。
[Second Embodiment]
FIG. 2 is a perspective view of a
脱気溝5は、金属層3の下面の、気泡が生じやすいエリア(例えば中央領域)から外周縁部まで連通する直線状に形成されているが、気泡が生じやすいエリアを通り、且つ金属層3の下面の一端から他端まで連通するように形成するのが好ましい。また、脱気溝5は、曲線状やランダム状であってもよい。
The
この脱気溝5は、機械加工や、エッチング等の化学加工等によって金属層3の下面に形成される。あるいは、金属層3の圧延加工時や、圧延加工後の表面処理時に脱気溝5を同時に形成するようにしてもよい。脱気溝5の深さは、0.05mm程度であることが望ましい。また、脱気溝5の間隔(ピッチ)は、例えば2mm程度を例示することができる。
The
表面保護層2と金属層3と繊維強化樹脂層4とを加圧および加熱して複合材料構造体10Bを成形する時には、金型1の成形面1aと金属層3との間、即ち表面保護層2の両面に残留する気泡が、成形時に軟化する表面保護層2の材料中を流動し、金属層3の下面に形成された脱気溝5に押し出される。脱気溝5は金属層3の下面の、気泡が生じやすいエリア(例えば中央領域)から外周縁部まで連通しているため、脱気溝5に押し出された気泡は脱気溝5に沿って流れ、脱気溝5の端部から外部に排出される。
When molding the
このように、金属層3に脱気溝5を形成するという非常に簡素な構成により、複合材料構造体10Bを構成する表面保護層2と金属層3との間に気泡が残留することを防止することができる。
In this way, the very simple configuration of forming the
なお、金属層3の圧延加工時に脱気溝5を同時に形成することにより、金属層3に脱気溝5を形成する専用の工程を省くことができ、簡素な構成によって表面保護層2と金属層3との間に気泡が残留することを防止することができる。
In addition, by forming the
そして、このようにして成形された複合材料構造体10Bは、その表面保護層2と金属層3との間に気泡が残留しないため、外表面にピット(微小穴)または層間のボイド(空隙)を生じる不具合が無く、良好な強度および外観性を得ることができる。
In the
[第3実施形態]
図3は、本発明に係る複合材料構造体の成形方法の第3実施形態を示す金型11、表面保護層2、金属層3、繊維強化樹脂層4等の側面図である。ここに示す金型11は、その成形面11aが凹状に湾曲しており、湾曲した複合材料構造体10Cを成形するものである。
[Third Embodiment]
FIG. 3 is a side view of a
即ち、金型11の成形面11aの上に樹脂フィルム等の表面保護層2が載置され、その上からフォイル状の金属層3が積層され、さらに、その上から複数枚のプリプレグ等の繊維強化樹脂層4が積層され、これらがオートクレーブ等で加熱・真空引き・加圧されて所定の湾曲形状を有する複合材料構造体10Cに成形される。
That is, a surface
金属層3は、ロール30から引き出されてカッター6で所定の寸法に切断された後、例えばローラー式の湾曲成形機7や、手作業等により、金型11の成形面11aの湾曲形状に合わせて予め湾曲成形されてから表面保護層2の上に積層される。ここで、成形面11aの湾曲率R1よりも金属層3の湾曲率R2を少し小さく設定するのが好ましい。
After the
上記のように、金属層3を、金型11の成形面11aの湾曲形状に合わせて予め湾曲させてから表面保護層2の上に積層することにより、金属層3が成形面11aに良く馴染むため、成形後に表面保護層2と金属層3との間に気泡が残留することが防止される。
As described above, the
このように、金属層3を、成形面11aの湾曲形状に合わせて予め湾曲させるという非常に簡素な方法により、表面保護層2と金属層3との間に気泡が残留することを防止することができる。
Thus, it is possible to prevent bubbles from remaining between the surface
また、金属層3を予め湾曲させる時に、その湾曲率R2を成形面11aの湾曲率R1よりも小さく設定することにより、表面保護層2と金属層3と繊維強化樹脂層4とが加圧成形される際に、金属層3は、その中央部から両側(図3に向かって左右方向)に向かって表面保護層2に密着していく。このため、表面保護層2と金属層3との間に介在する気泡が両側に押し出される態様となり、気泡が残留しにくくなる。
Further, when the
かくして、第1〜第3実施形態に係る複合材料構造体の成形方法によって成形された複合材料構造体10A,10B,10Cは、その表面保護層2と金属層3との間に気泡が残留しないため、外表面にピット(微小穴)または層間のボイド(空隙)を生じる不具合が無く、良好な強度および外観性を得ることができる。
Thus, in the
なお、本発明は、上記実施形態の構成のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更や改良を加えることができ、このように変更や改良を加えた実施形態も本発明の権利範囲に含まれるものとする。例えば、第1〜第3実施形態を適宜組み合わせた成形方法としてもよい。 It should be noted that the present invention is not limited to the configuration of the embodiment described above, and can be appropriately modified or improved within the scope not departing from the gist of the present invention. The form is also included in the scope of the right of the present invention. For example, it is good also as a shaping | molding method which combined the 1st-3rd embodiment suitably.
1,11 金型
1a,11a 成形面
2 表面保護層
3 金属層
4 繊維強化樹脂層
5 脱気溝
6 カッター
7 湾曲成形機
10A,10B,10C 複合材料構造体
30 ロール
R1 成形面の湾曲率
R2 金属層の湾曲率
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記成形面または前記金属層の前記成形面側の面の少なくとも一方に、該成形面または該金属層の面の、気泡が生じるエリアから外周縁部まで連通する複数の脱気溝を形成し、
前記加圧および加熱時に、前記成形面と前記金属層との間に残留する気泡を前記脱気溝から脱気させることを特徴とする複合材料構造体の成形方法。 A method of forming a composite material structure by laminating a surface protective layer, a metal layer, and a fiber reinforced resin layer in order on a molding surface of a mold, and pressurizing and heating them.
Forming at least one of the molding surface or the surface of the metal layer on the molding surface side, a plurality of deaeration grooves communicating from the bubble generating area to the outer periphery of the surface of the molding surface or the metal layer;
A method for molding a composite material structure, wherein bubbles remaining between the molding surface and the metal layer are deaerated from the deaeration groove during the pressurization and heating.
前記金属層を、前記成形面の湾曲形状に合わせて予め湾曲させてから前記表面保護層の上に積層することを特徴とする複合材料構造体の成形方法。 A method of forming a composite material structure by laminating a surface protective layer, a metal layer, and a fiber reinforced resin layer in order on a molding surface of a curved mold, and pressurizing and heating them.
A method for forming a composite material structure, comprising: bending the metal layer in advance according to the curved shape of the molding surface, and then laminating the metal layer on the surface protective layer.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR102272327B1 (en) * | 2020-06-15 | 2021-07-02 | 엘아이지넥스원 주식회사 | Meta material absorber for integrated mast and its manufacturing method |
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