JP2017121800A - テクスチャ加工された当て板及び使用方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】硬化複合品の表面孔を低減する又は防止するための方法の提供。【解決手段】複合プリフォームの複合プライと接触して配置されるように構成された樹脂濡れ制御層を含み、該樹脂濡れ制御層は、複合プライのプライ表面を補完するように構成させる方法。【選択図】なし

Description

本発明は概して、複合品の製造に関し、更に具体的には、硬化複合品の表面孔を低減する又は防止するための樹脂濡れ制御層、及び使用方法に関する。
複合構造は、高い強度重量比、改良された耐食性、及び他の有利な特性のために、幅広い種類の用途に使用されている。航空機の建造において、胴体、翼、水平安定板、及び垂直安定板、また他の構成部品を形成するために使用される複合材の量は増大している。複合品は、ポリマーマトリクス材料を含浸させた強化繊維からなる複合プライをレイアップすることによって形成されうる。複合プライは、硬化複合品の所望の輪郭と一致する輪郭のツール表面を有する成形ツール上にレイアップされうる。
ある場合には、複合レイアップが当て板と成形ツールとの間に挟まれるように、当て板が複合レイアップの最上部に位置決めされうる。当て板により、複合レイアップの表面に所望の輪郭と表面仕上げが付与されうる。樹脂の硬化を促進し、樹脂の粘度を低下させて、樹脂が流れやすくなり、複合プライの樹脂が混ざりうるように、当て板及び/又は複合レイアップに熱及び/又は圧力をかけることができる。
ある実施例では、複合プライをレイアップする前に、例えばFrekote(登録商標)等の剥離コーティング剤をツール表面に塗布してもよい。当て板を複合レイアップの最上部に位置決めする前に、剥離コーティング剤を当て板の表面に塗布することも可能である。剥離コーティング剤により、複合レイアップと成形ツール及び/又は当て板の表面との間の付着を防止することができ、硬化した後に、複合品を成形ツールから取り外すことが可能になる。残念ながら、剥離コーティング剤が原因で、複合レイアップの表面の濡れが非均一になり得、硬化複合品に表面孔が発生しうる。
複合品の表面孔の発生を低減する試みには、複合プライをツール表面にレイアップする前、及び/又は複合レイアップの上に当て板を位置決めする前に、成形ツールのツール表面にレイアップされうる剥離プライを使用することが含まれる。ある実施例では、剥離プライは、成形ツール及び/又は当て板の表面に接着剤で付着されうる。剥離プライにより、硬化中の複合レイアップの表面の濡れが均一になりやすくなり、これにより、硬化複合品の表面孔の発生を低減することができる。
残念ながら、剥離プライを成形ツールのツール表面及び/又は当て板の当て板表面にレイアップするのは時間がかかるプロセスである。加えて、剥離プライは各硬化サイクルの後で交換しなければならず、成形ツール又は当て板から接着剤で付着させた剥離プライを剥がすのが困難であるため、課題が提示されうる。更に、新たな各硬化サイクルの前に、成形ツールと当て板の表面をクリーニングして、剥離プライを再レイアップするために準備しなければならない。ある実施例では、剥離プライが硬化複合品の外面の皺の発生の原因となり得、再加工に時間をかける必要が出てくる場合がある。
このように、当技術分野において、剥離プライに関連する不利点を回避する、複合品の表面孔を低減する又は防止するためのシステム及び方法が必要である。
複合品の表面孔を防止することに関連する上述した必要は、複合品を製造するためのシステムを提供する本開示によって、具体的に対処及び軽減される。本システムは、複合プリフォームの複合プライと接触して配置されるように構成された樹脂濡れ制御層を含みうる。樹脂濡れ制御層は、プライ面の表面孔を低減するための複合プライのプライ面を補完するように構成されうる。
更なる実施形態では、成形ツールと当て板の内の少なくとも1つを含む、複合品を製造するためのシステムが開示されている。成形ツールは、ツール表面を有しうる。当て板は、当て板表面を有しうる。ツール表面及び当て板表面は、複数のくぼみ(divot)を有する織布で形成された少なくとも1つの最外部のプライを含む複合プリフォームのそれぞれのツール側及び当て板側と接触するように構成されうる。樹脂濡れ制御層は、ツール表面と当て板表面のうちの少なくとも1つに関連付けられ得、複合プリフォームのそれぞれのツール側と当て板側の表面孔を低減するように構成されうる。樹脂濡れ制御層は、厚さ方向に沿って柔軟であってよく、最外部のプライのくぼみを補完するように構成された表面テクスチャを任意選択的に含みうるエラストマー層として形成されうる。
また、樹脂濡れ制御層を、複数のくぼみを含むプライ面を有する複合プリフォームの一方の側と補完的に嵌合させるステップを含む、複合品を製造する方法も開示されている。本方法は更に、くぼみの少なくとも一部を樹脂濡れ制御層で少なくとも部分的に塞ぐステップを含みうる。本方法は加えて、複合プリフォームの硬化中に、樹脂濡れ制御層の補完構造によって占められるくぼみの少なくとも一部の空間に、樹脂及びガスが入るのを防ぐステップを含みうる。
上述した特徴、機能及び利点は、本開示の様々な実施形態において独立して達成可能であり、又は、以下の説明及び図面を参照して更なる詳細が理解可能である更に他の実施形態において組み合わされてもよい。
本開示の上記の及びその他の特徴は、図面を参照することでより明白となり、図面では、全体を通して類似の番号が類似の部分を表している。
硬化複合品の表面孔を低減するため、又は防止するために実装可能なシステムの機能ブロック図である。 織布で形成された最外部のプライに表面孔を有する硬化複合品の一例の斜視図である。 織布の繊維トウの交点におけるくぼみの表面孔を示す、図2の硬化複合品の一部の側面斜視図である。 最外部のプライのプライ面の表面孔を示す、図3の線4に沿って切り取った硬化複合品の一部の断面図である。 織布で形成された複合プライの一例を示す斜視図である。 複合プライのくぼみのくぼみ間隔とくぼみ深さを示す、図5の線6で切り取った複合プライの一部を示す断面図である。 パネルとして形成され、図6の織布製複合プライのくぼみのサイズと形状を補完するサイズと形状の突出部(nub)として構成された複数の表面特徴を備える表面テクスチャを含む樹脂濡れ制御層の一例を示す斜視図である。 突出部表面形状及び突出部間隔を示す、図7の線8に沿って切り取った樹脂濡れ制御層の一部を示す拡大図である。 バギングシステムと、成形ツールの成形面に一体的に形成された樹脂濡れ制御層上の複合プリフォームのレイアップを示し、当て板の当て板表面に組みこまれた樹脂濡れ制御層を更に示す分解側面図である。 成形ツールの樹脂濡れ制御層と当て板との間に挟まれた複合プリフォームに熱と圧密圧力がかけられているところを示す、組み立てられた状態の図9のバギングシステムの側面図である。 当て板の当て板表面に形成された複数の突出部として構成された複数の表面特徴を備える表面テクスチャとして構成された樹脂濡れ制御層を示す、図9の線11に沿って切り取った当て板と複合プリフォームの一部の拡大分解側面図である。 複合プライのくぼみを塞ぐ突出部を示す、図10の線12に沿って切り取った当て板と複合プリフォームを示す側面図である。 当て板に組み込まれた樹脂濡れ制御層を使用して製造され、その結果最外部のプライには表面孔がない硬化複合品の斜視図である。 最外部のプライに表面テクスチャが形成され、その結果最外部のプライに表面孔がないことを示す、図13の線14に沿って切り取った硬化複合品の一部の平面図である。 エラストマー材料で形成された柔軟層として構成された樹脂濡れ制御層の一例を示す斜視図である。 柔軟層が厚さ方向に柔軟である層の厚さを示す、図15の線16に沿って切り取った柔軟層の一部の拡大図である。 複合プリフォームと共に組み立てる前の、柔軟層として構成された当て板の一部を示す分解側面図である。 当て板に圧密圧力をかけた結果、最外部のプライのくぼみの区域が柔軟層の局所部分で塞がれている、組み立てられた状態の当て板と複合プリフォームの側面図である。 当て板が、複合プリフォームのプライ面の輪郭を補完するように輪郭形成されている、それぞれのツール表面と当て板表面に樹脂濡れ制御層を各々有する成形ツールと当て板を使用する、樹脂濡れ制御層を対向するコア表面に含む内部コアを有する複合プリフォームを硬化させるためのバギングシステムの分解側面図である。 成形ツールの樹脂濡れ制御層と当て板との間に挟まれた複合プリフォームに熱及び圧密圧力がかかっているところを示す、図19のバギングシステムの側面図である。 複合プリフォームの表面孔を制御する方法に含まれうる一又は複数の工程を有するフロー図である。 本明細書に開示されたシステム及び/又は方法の一又は複数の実施例を使用して製造されうる、一又は複数の複合品を含む航空機の図である。 航空機の製造及び保守方法のフロー図である。 航空機のブロック図である。
ここで、本開示の様々な実施形態を示すための図面を参照する。図1に、複合品322(図2)の製造中に実装されうるシステム100の機能ブロック図を示す。後に更に詳しく説明するように、システム100は、複合プリフォーム300の一又は複数の複合プライ306と接触して配置されうる樹脂濡れ制御層400を含みうる。樹脂濡れ制御層400は、プライ表面310の表面孔(図示せず)を低減するために、複合プライ306のプライ表面310を補完するように構成されうる。一例では、樹脂濡れ制御層400は、表面孔が低減した又は存在していない硬化複合品322(図2)を成形するために、複合プリフォーム300の硬化中に複合プリフォーム300の成形ツール102、当て板106、及び/又はコア358に関連付けられうる。例えば、樹脂濡れ制御層400は、複合プリフォーム300の片側又は両側に、最外部のプライ308(図2)と接触して配置され得、樹脂濡れ制御層400がない従来の成形ツール(図示せず)又は従来の当て板(図示せず)の樹脂濡れ特性に対して、成形ツール102及び/又は当て板106の樹脂濡れ特性が改善しうる。樹脂濡れ制御層400はまた、複合プリフォーム300の内部のプライ307(図19)の間に挟まれうるコア358の対向するコア表面364の少なくとも1つにも関連付けられうる。樹脂濡れ制御層400は、複合プリフォーム300の少なくとも1つのコア側305の内部のプライ307(図19)のプライ表面310を補完するように構成されうる。
後に更に詳しく説明するように、樹脂濡れ制御層400(図1)は、例えばいずれかあるいは両方が複数のくぼみ350(図1)を有しうる最外部のプライ308(図2)及び/又は内部のプライ307(図19)等の複合プライ306のプライ表面310(図1)を補完するように構成されうる。樹脂濡れ制御層400が複合プライ306と嵌合した時に、樹脂濡れ制御層400がくぼみ350の少なくとも一部を少なくとも部分的に塞ぐことができ、これにより、樹脂の注入中、及び/又は複合プリフォーム300の硬化中に、くぼみ350の少なくとも一部における樹脂312(図1)とガス(図示せず)を防止する、あるいは置換することができ、硬化複合品322(図2)の複合プライ306の表面孔(図示せず)を防止しうる。これに関しては、くぼみ350を樹脂濡れ制御層400に置換することで、樹脂312でくぼみ350がふさがれることが防止され得、この結果、硬化複合品322(図2)の繊維体積率が増加して、樹脂濡れ制御層400なしで硬化させた複合品(図示せず)に対する硬化複合品322の比強度及び/又は剛性が改善されうる。加えて、樹脂312によりくぼみ350が塞がれることを防止することで、複合プリフォーム300の最外部のプライ308(図19)と成形ツール102(図19)、及び/又は当て板106(図19)との間の接合面(図示せず)、及び/又は複合プリフォーム300の内部のプライ307(図19)と複合プリフォーム300のコア358(図19)との間の接合面(図示せず)において樹脂312によって生じる揮発性物質(図示せず)の量が低減されうる。揮発性物質の低減により、上記接合面(図示せず)へのガス(図示せず)の閉じ込めが低減する、又は防止され得、これにより、接合面(図示せず)における複合プリフォーム300の表面孔が低減しうる、又は防止されうる。
樹脂濡れ制御層400(図1)はまた、くぼみ350(図1)の少なくとも一部も少なくとも部分的に塞ぎ、これにより、例えば複合プリフォーム300(図1)と従来の当て板(図示せず)又は従来に成形ツール(図示せず)との間の接合面(図示せず)にさもなければ閉じ込められうる空気等のガス(図示せず)が置換されうる又は防止されうる。しかしながら、樹脂濡れ制御層400の表面特徴405(図7〜8)で、及び/又は厚さ方向に柔軟な樹脂濡れ制御層400(図1)の局所部分426(図18)でくぼみ350を少なくとも部分的に塞ぐことで、樹脂312及び/又はガスの泡(図示せず−例えば閉じ込められた空気及び/又は揮発性物質)のくぼみ350への侵入が置換、防止及び/又は回避されうる。ガスの置換により、成形ツール102のツール表面104、当て板106の当て板表面108、及び/又はコア358(図1)のコア表面364(図1)と接触している複合プリフォーム300の表面(図示せず)近辺の樹脂312からの揮発性物質が減少することによって、複合プリフォーム300のプライ表面310(図1)の樹脂の濡れが増しうる。この点において、複合プリフォーム300のプライ表面310(図1)の濡れの増加に平行して、プライ表面310と樹脂濡れ制御層400との間の接合面(図示せず)におけるガスが減少しうる。
図1に、ツール表面104を有する成形ツール102を更に示す。上述したように、樹脂濡れ制御層400はツール表面104に関連付けられうる。複数の複合プライ306を成形ツール102の樹脂濡れ制御層400にレイアップして、複合プリフォーム300を形成しうる。複合プリフォーム300のツール側302は、樹脂濡れ制御層400と接触していてよい。ある例では、複合プライ306は、部分的に硬化した状態の樹脂312(例えば熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂)を予め含浸させた繊維トウ314(例えば強化繊維)からなるプリプレグ複合プライ(図示せず)であってよい。しかしながら、他の実施例では、複合プリフォーム300は、湿式レイアッププロセスで樹脂312を注入して硬化させうる乾燥繊維プリフォーム(図示せず)の一又は複数の層で形成されうる。上述したように、ある実施例では、複合プリフォーム300は、硬化複合品322(図2)の曲げ剛性を上げるために、比較的低密度材料(図示せず)で形成されうるコア358を含みうる。
図1に、複合プリフォーム300の上に配置されうる当て板106を更に示す。当て板106は、複合プリフォーム300の当て板側304と接触して配置されるように構成された当て板表面108を含みうる。当て板表面108は、当て板106の樹脂濡れ特性を改善するために、樹脂濡れ制御層400を含んでいてよい、又は樹脂濡れ制御層400からなっていてよい。更に別の実施例では、複合プリフォーム300は、複合プリフォーム300の内部のプライ307(図19)の間に挟まれたコア358を含みうる。コア358は、対向するコア表面364(図1)を含みうる。樹脂濡れ制御層400は、コア358と接合する内部のプライ307(図19)のプライ表面310(図1)上に存在しうるくぼみ350を少なくとも部分的に塞ぐことにより、樹脂312及び/又はコア358との接合面(図示せず)におけるプライ表面310(図19)近辺の樹脂312によって生じうる揮発性物質等のガス(図示せず)を防止する又は置換するために、コア358の対向するコア表面364の少なくとも1つに関連付けされうる。この点に関し、一方あるいは両方のコア表面364に関連付けされた樹脂濡れ制御層400により、コア358の樹脂濡れ特性が改善され、コア358と接合する内部のプライ307の表面孔(図示せず)の発生が低減する又は防止され得、更に、硬化複合品322(図2)の繊維体積率が上がり、その結果、上述したように、硬化複合品322の比強度及び/又は剛性が上がりうる。
ある実施例では、成形ツール102、複合プリフォーム300、及び当て板106は、複合プリフォーム300を硬化させるためのオートクレーブ200又はオーブン201の内部アセンブリとして位置決めされうる。真空バッグ204はエッジシーリング材210を使用して、成形ツール102に対して複合プリフォーム300を密閉しうる。真空源208は、真空バッグ204を真空(図示せず)に引いて、複合プリフォーム300の固化中及び/又は硬化中に複合プリフォーム300に圧密圧力214がかかりやすくするために、真空管206を使用して真空バッグ204に流体結合されうる。樹脂312の粘度を低下させ、圧密圧力214下において樹脂312が流れやすくなるように、及び/又は高温において樹脂312の硬化を引き起こすように及び/又は樹脂312が硬化しやすくなるように、熱212を加えてもよい。
図2は、従来の成形ツール(図示せず)及び/又は従来の当て板(図示せず)を使用して複合プリフォーム300を硬化させた結果、複合プリフォーム300の最外部のプライ308に表面孔(図示せず)を有する硬化複合品322の一例を示す斜視図である。硬化複合品322は、複合プライ306のレイアップとして形成されうる。複合プライ306は、織布318で形成されたプリプレグ複合プライ(図示せず)であってよい。織布318は、双方向の繊維配置(図示せず)の繊維トウ314のクロスプライ織り(図示せず)であってよい。表面孔(図示せず)は、交差している繊維トウ314の交点における最外部のプライ308のプライ表面310に発生しうる。表面孔は、硬化複合品322の表面仕上げ(図示せず)の外観及び/又は美観を損ないうる。
図3は、織布318の繊維トウ314の交点に形成されたくぼみ350(例:凹部)を示す、図2の硬化複合品322の一部の斜視図である。各繊維トウ314は、樹脂312を含浸又は注入させうる単向性フィラメント316の束として形成されうる。くぼみ350は、繊維トウ314が織布318において互いに交差した時の凹凸が原因で起こりうる。くぼみ350は、同じ複合プライ306の別の繊維トウ314の上で交差している複合プライ306の1つの繊維トウ314の重なりのエッジに沿って延在しうる。くぼみ350はまた、同じ複合プライ306の隣接する2つの繊維トウ314の対の交点でも形成されうる。加えて、くぼみ350は、隣接する複合プライ306間の隙間(図示せず)によって画定され得、この結果、平面図で見た時の織布318に比較的小さな貫通孔(図示せず)が生じる。当然ながら、複合プライ306のくぼみ350の形状は、織り方の種類、繊維トウ314の表面形状、同じ複合プライ306の隣接する平行繊維トウ314間のいずれかの隙間(図示せず)の存在、及び他のパラメータによって画定されうる。
図4は、繊維トウ314の交点に形成されたくぼみ350を更に示す、図3の硬化複合品322の一部の断面図である。くぼみ350は、表面孔(図示せず)が発生しうる場所を表しうる。表面孔は、硬化複合品322のプライ表面310の表面孔食(図示せず)、空洞(図示せず)、ピン穴(図示せず)、及び/又は小さなへこみ(図示せず)として説明することができる。上述したように、表面孔は、複合プリフォーム300のプライ表面310の一又は複数の部分の非均一な濡れの結果として発生しうる。上述したように、上記非均一な濡れは、概して滑らかな表面(図示せず)を有しうる従来の成形ツール(図示せず)及び/又は従来の当て板(図示せず)の使用と連動して、発生する可能性があり、複合プリフォームへの付着を防止するために剥離コーティング(図示せず)で処理することができ、これにより、硬化後に硬化複合品322を成形ツール102から取り外すことができる。上記剥離コーティングにより、樹脂のカバレージが局所的に阻害されうる、及び/又は複合プリフォーム300のプライ表面310の局所的なエリア(図示せず)への樹脂の流れがはじかれうるため、表面孔の原因となりうる。
図4において、ある実施例では、表面孔(図示せず)は、くぼみ350に樹脂312の流れがなかったこと、あるいは、繊維トウ314の特定部分に樹脂312のカバレージがないことが原因でありうる。しかしながら、本開示では、表面孔は、複合プリフォーム300のプライ表面310のいかなる場所でも起こる可能性があり、織布318(図3)の複合プライ306のくぼみ350に限定されていない。この点で、非均一な濡れ(図示せず)は、複合プリフォーム300のプライ表面310に沿った任意の場所に樹脂312がない及び/又は樹脂のカバレージが非均一であるとして説明することができ、織布318の複合プライ306のくぼみ350に樹脂312の流れがない、あるいは、織布318の複合プライ306の特定部分に樹脂312のカバレージがないことに限定されていない。
本開示の樹脂濡れ制御層400(図1)は、硬化複合品322(図2)の表面孔(図示せず)の発生を低減する又は防止するために、複合プリフォーム300(図1)のプライ表面310の均一な濡れを促進するため、有利である。上述し、後に更に詳しく説明するように、樹脂濡れ制御層400(図1)は、成形ツール102(図1)のツール表面104(図1)、当て板106(図1)の当て板表面108(図1)、及び/又はコア358のコア表面364に関連付けされていてよく、硬化中に硬化複合品322(図2)の最外部のプライ308及び/又は内部のプライ307のプライ表面310(図1)の樹脂312(図1)に表面孔食(図示せず)、空洞(図示せず)、ピン穴(図示せず)、及び/又はへこみ(図示せず)等の表面孔が発生することなく、複合プリフォーム300(図1)のプライ表面310(図1)の均一な樹脂312(図1)のカバレージが促進されうる。ある実施例では、樹脂濡れ制御層400(図1)は、表面テクスチャ404(図7〜8及び12〜13)として提供されうる。他の実施例では、樹脂濡れ制御層400(図1)は、厚さ方向422(図16)に柔軟性を有する柔軟層420(図15〜18)として提供されうる。更に別の実施例では、樹脂濡れ制御層400は、表面テクスチャ404と柔軟層420の組み合わせとして提供されうる。
図5は、複合プライ306のレイアップに接触又は嵌合するように配置されうる、樹脂濡れ制御層400(図7〜8)の表面テクスチャ404(図7〜8)の構成を決定するために使用されうる織布318の単一の複合プライ306のコンピュータモデル320の一例を示す斜視図である。織布318は、織布318の繊維トウ314の交点に複数のくぼみ350を含みうる。くぼみ350はくぼみ表面形状(図示せず)を有していてよく、織布318を形成している繊維トウ314の配置によって決定されるくぼみ間隔354で互いから離間していてよい。樹脂濡れ制御層400の表面テクスチャ404(図7〜8)は、複合プライ308の輪郭(図示せず)及び/又はテクスチャ(図示せず)を補完するように成形された複数の表面特徴405(図7〜8)を含みうる。一例では、表面特徴405(図7〜8)は、複合プライ306のコンピュータモデル320の分析から決定されうるように、くぼみ表面形状(図示せず)及びくぼみ間隔354を補完する突出部406表面形状(図8)及び突出部間隔412(図7)を有する突出部406(図7〜8)として構成されうる。しかしながら、他の実施例では、樹脂濡れ制御層400の表面特徴404は、実際の複合プライ306のくぼみ表面形状とくぼみ間隔354を測定することによって決定されうる。
図5では、複合プライ306は、双方向に繊維が配置された繊維トウ314の平織り(図示せず)の織布318である。しかし、複合プライ306は、多種多様の代替的な織り構成のうちのいずれかで提供され得、平織りに限定される訳ではない。例えば、織布318は、あや織り(図示せず)、サテン織り(図示せず)、又は他の双方向の繊維配置(図示せず)で提供されうる。更に別の実施例では、織布318は、織布318の繊維トウ314に3以上(例えば3軸織り−図示せず)の異なる繊維配向を含む多方向繊維配向(図示せず)で提供されうる。また更に、複合プライ306は、単向性の繊維配向(例えば単向性テープ又は単向性シート−図示せず)を有していてよく、この単向性の繊維配向を分析又は測定して、単向性複合プライ(図示せず)と接触して配置されうる樹脂濡れ制御層400の表面テクスチャ404(図7〜8)の構成を決定しやすくし、上記単向性複合プライのプライ表面310の均一な濡れを促進することができる。これに関しては、樹脂濡れ制御層400(図7〜8)の表面テクスチャ404は、複合プリフォーム300のプライ表面310の均一の濡れを促進して、表面孔(図示せず)を低減する又は防止するために、複合プリフォーム300のプライ表面310のテクスチャ(図示せず)を補完するように構成された例えば隆起部(図示せず)、リッジ(図示せず)、溝(図示せず)等の任意のサイズ、間隔、形状、及び構成の表面特徴405(図8)、又は他の形状の表面特徴405等を含みうる。
図6は、図5の複合プライ306の一部の断面図であり、織布318(図5)の単一の複合プライ306の繊維トウ314の交点に形成されたくぼみ350間のくぼみ間隔354の一例を示す。図示した実施例では、くぼみ間隔354は、隣接するくぼみ350の幾何学的中心356(例えば面積重心)間の距離として定義されうる。ある実施例では、くぼみ間隔354は概して、複合プライ306の2以上の方向に沿って均一でありうる。例えば、くぼみ間隔354は、複合プライ306の長さ(図示せず)に沿って均一、及び/又は複合プライ306の幅(図示せず)に沿って均一でありうる。しかしながら、図示していない他の実施例では、くぼみ間隔354は、長さ(図示せず)に沿って非均一でありうる、及び/又は幅(図示せず)に沿って非均一でありうる。
加えて、図6においては、複合プライ306の織り方の種類(図示せず)によって、複合プライ306の一方向に沿ったくぼみ間隔354は、複合プライ306の別の方向に沿ったくぼみ間隔354とは異なっていてよい。例えば、複合プライ306の長さ(図示せず)に沿ったくぼみ間隔354は、幅(図示せず)に沿ったくぼみ間隔354とは異なっていてよい。図6では、くぼみ350は、複合プライ306の面内方向に対して垂直である方向に沿って測定されうるくぼみ深さ352を有しうる。くぼみ深さ352は、繊維トウ314の最上面(図示せず)からくぼみ350の最下部(図示せず)まで延びていてよい。
図7は、図5の複合プライ306のテクスチャ(図示せず)を補完するように成形された表面テクスチャ404を有する樹脂濡れ制御層400の一例の斜視図である。樹脂濡れ制御層400は、成形ツール102と一体であってよい、及び/又は樹脂濡れ制御層400は、当て板106と一体であってよい。あるいは、樹脂濡れ制御層400は、成形ツール102と共に組み立てられうる及び/又は当て板106(図1)と共に組み立てられうるパネル402として、個別に形成されうる。図示した実施例では、表面テクスチャ404は、複合プライ306のプライ表面310(図1)のテクスチャ(図示せず)を補完するように構成されている突出部406として構成される複数の表面特徴405を含みうる。複数の表面特徴405のサイズ、形状、及び間隔は、複合プライ306の測定値に基づくものであってよい。上述したように、表面特徴405のサイズ、形状、及び間隔を決定するために、複合プライ306のコンピュータモデル320(図5)が分析されうる、又は実際の複合プライ306が測定されうる。
織布318(図5)の複合プライ306(図5)の実施例では、複合プライ306の分析及び測定値を使用して、樹脂濡れ制御層400が複合プライ306のプライ表面310(図3)と接触して配置された時に、くぼみ350の少なくとも一部を少なくとも部分的に塞ぐために必要な突出部間隔412(図7)及び突出部406表面形状(図示せず−例えば突出部サイズ及び突出部形状)を決定しうる。突出部406(図7)のパターンは、例えば図5の織布318の複合プライ306等の織布318のくぼみ350のパターン(図示せず)を補完するように構成されうる。一実施例では、各突出部406は、樹脂濡れ制御層400が複合プライ306と接触して配置された時に、対応するくぼみ350の空間351(図6)又は区域を最大100%塞ぐ又は置換するようにサイズ設定され、構成されうる。複合プライ306のくぼみ350の区域を最大100%塞ぐ又は置換することで、複合プリフォームの樹脂の総量が低減し得、それにより、硬化複合品322の繊維体積率(図示せず)が上がり得、硬化複合品322(図2)の比強度及び/又は比剛性の強化につながりうる。この点において、本開示の樹脂濡れ制御層400は、樹脂濡れ制御層400がない従来の工具(図示せず)又は従来のコア(図示せず)を使用して達成可能な繊維体積率に対して、硬化複合品322の繊維体積率(図示せず)を上げるための手段となり得る。
図7を参照する。樹脂濡れ制御層400のある実施例では、突出部406は、樹脂濡れ制御層400(図12)が複合プリフォーム300の複合プライ306(図11)と接触して配置された時に、くぼみ350(図6)の空間351(図6)又は区域の100%未満を塞ぐ又は置換するようにサイズ設定され、構成され得、これにより、硬化複合品322(図2)の繊維体積率(図示せず)が低減しうるが、突出部406(図7)を形成するための製造公差もゆるまりうる(例えば広がりうる)、及び/又は突出部406(図11)をくぼみ350(図11)に合致させ得るための製造公差(例えば精度)もゆるまりうる。一実施例では、突出部406は、くぼみ350の区域の最大70%を塞ぐようにサイズ設定され、構成されうる。更に別の実施例では、突出部406は、くぼみ350の区域の最大50%を塞ぐようにサイズ設定され、構成されうる。
図8は、図7の樹脂濡れ制御層400の一部の拡大図であり、複合プライ306(図5)のくぼみ350のくぼみ表面形状(図示せず)及びくぼみ間隔354(図5)を補完するように構成された突出部表面形状(図示せず)及び突出部間隔412の一例を示す。突出部406は各々、くぼみ深さ352(図6)及びくぼみサイズ(図示せず)及びくぼみ間隔354を補完するように構成された突出部高さ408、突出部底面幅410、及び突出部間隔412を有しうる。
図7〜8に示す実施例では、樹脂濡れ制御層400は、長さ方向(図示せず)に沿って、及び幅方向(図示せず)に沿っておおよそ0.087インチ(例:±0.005)のくぼみ間隔354(図5)を有すると分析された織布318(図5)に基づく突出部間隔412を有するパネル402として製造されたものである。織布318のくぼみ350(図5)の区域(図示せず)及び形状(図示せず)の分析により、突出部406の切頂円錐形が定められ、各突出部406がおおよそ0.004インチ(例:±0.001)の突出部高さ408、及びおおよそ0.039インチ(例:±0.003)の突出部底面幅410を有する、凸状側面(図示せず)のあるおおよそ台形の断面(図示せず)となる。図8には、各突出部406の長さ方向(図示せず)、及び幅方向(図示せず)の両方に沿った中央垂直軸414(図8)又は垂直面(図示せず)を中心として対称である突出部406を示したが、一又は複数の方向に沿って非対称であってよい様々な形状(図示せず)のうちの任意の形状の突出部406が提供されうる。ある実施例では、樹脂濡れ制御層400は、樹脂濡れ制御層400と複合プリフォーム300との間の接合面(図示せず)において樹脂を注入しやすくするために、長さ方向(図示せず)を中心として非対称(図示せず)、及び/又は幅方向を中心として非対称である突出部406を含みうる。この点において、非対称の突出部形状により、突出部406の少なくとも片側の突出部表面とプライ表面との間の隙間(図示せず)が大きくなり得、上記隙間を通って樹脂が突出部とプライ表面(例えばくぼみ350)との間の空間へ流れることが可能になり、くぼみ350のところのプライ表面が樹脂で濡れるようにすることができる。
当然ながら、樹脂濡れ制御層400の表面テクスチャ404(図8)の構成(例:表面特徴405の表面形状、サイズ、及び間隔)は、樹脂濡れ制御層400(図8)と接触して配置される複合プライ306(図5)の構成によって定められうる。表面特徴405(図8)の構成を定めうる複合プライ306(図5)のパラメータには、繊維幅(図示せず)、繊維厚さ(図示せず)、繊維断面形状(図示せず)、繊維間隔(図示せず)、及び複合プライ306の種類(例:単向性、織り物等)が含まれる。
織布318(図5)については、織り方の種類(例:平織り、繻子織等−図示せず)により、表面特徴405(図7〜8)の間隔が定められうる。樹脂濡れ制御層400(図7〜8)の表面特徴405の構成は、複合プライ306(図5)を形成している繊維トウ314(図5)に関連付けられる他のパラメータ(図示せず)の影響を受けうる。一例では、樹脂濡れ制御層400の表面テクスチャ404(図7)は、おおよそ0.020〜0.100インチの範囲の表面特徴間隔(図示せず)と、最大おおよそ0.020インチの表面特徴深さ(図示せず)を有する表面特徴405を含みうる。しかしながら、表面テクスチャ404は、0.020インチ未満、又は0.100インチを超える表面特徴間隔(図示せず)と、0.020インチを超える表面特徴深さ(図示せず)を有する表面特徴405を含みうる。
樹脂濡れ制御層400(図8)が成形ツール102(図1)、当て板106(図1)、又はコア358(図1)とは別にパネル402(図8)として形成される実施例では、パネル402は、パネル402の製造(例えば機械加工)及びハンドリングが可能な厚さ(図示せず)に形成されうる。図8の実施例では、パネル402は、例えば鋼鉄、アルミニウム、インバー(登録商標)、又は他の合金等の金属材料等の比較的剛性の材料から機械加工されうる。あるいは、パネル402は、セラミック材料、複合材料(例えば炭素繊維強化ポリマーマトリクス材料)、又は他の種類の材料で形成されうる。ある実施例では、パネル402は、比較的高い面外剛性(例えば曲げ剛性)を有する材料で形成されうる。
一実施例では、パネル402(図7〜8)は、アルミニウム板の少なくとも片側に表面テクスチャ404(図8)が機械加工されたアルミニウム板(図示せず)で形成されうる。非限定的な実施例では、おおよそ0.12インチの厚さのアルミニウム板が提供されうるが、他の厚さも可能である。この点において、硬化複合品322(図2)の多数の複製を製造することができるようにするために、多数回の硬化サイクルにわたってパネル402の耐久性を提供する任意の厚さのパネル402が提供されうる。しかしながら、他の実施例では、樹脂濡れ制御層400は、当て板106が複合プリフォーム300(図19)の輪郭(図示せず)と一致する、例えば、複合プリフォーム300の輪郭形成された(図19)プライ表面310(図19)の広範囲の湾曲(図示せず)及び/又は曲がり(図示せず)と一致することが可能になるように、面外方向に比較的柔軟な又は曲げ可能なパネル402として形成され得る。
本明細書に開示されている実施形態の任意の実施形態では、樹脂濡れ制御層400は、硬化複合品322(図2)の製造に関連付けられる処理温度と温度適合性がある材料で形成されうる。例えば、樹脂濡れ制御層400(図8)は、比較的高い硬化温度と適合性がある材料で形成されうる。一実施形態では、樹脂濡れ制御層400は、例えば最大475°Fの硬化温度を有するビスマレイミド等の複合組成を硬化させるために、最大650°Fの温度で機械的に安定している材料で形成されうる。他の実施例では、樹脂濡れ制御層400(図8)は、最大250°Fの温度でエポキシ樹脂312(図4)を硬化させるのに適合性のある材料で形成されうる。加えて、樹脂濡れ制御層400の材料が、複合プリフォーム300(図3)のCTEと適合性のある熱膨張係数(CTE)を有することが好ましい。更に、材料が、多数の硬化サイクル後の反りが低減された又はわずかである樹脂濡れ制御層400の構造的完全性と表面形状を維持するために、比較的高いレベルの耐久性を有することが好ましい。以下に更に詳しく説明するように、また材料が、複合プリフォーム300と化学的に適合性があり得ること、また複合プリフォーム300の樹脂312と化学的に非反応であり得ることも好ましい。
図9は、バギングシステム202の分解側面図であり、成形ツール102上にレイアップされうる複合プリフォーム300を含む。当て板106は、複合プリフォーム300の上に位置決めされうる。図示した実施例では、樹脂濡れ制御層400は、成形ツール102のツール表面104と一体であってよい。当て板106はまた、当て板106と一体的に形成されうる樹脂濡れ制御層400を有しうる当て板表面108も含みうる。各樹脂濡れ制御層400は、複数の表面特徴405を有する表面テクスチャ404を含みうる。表面特徴405は、成形ツール102のツール表面104に、及び/又は当て板106の当て板表面108に機械加工、鋳造、成形されうる、又は他の方法で一体的に形成されうる複数の突出部406(図8)として提供されうる。
図9を再び参照する。ある実施例では、樹脂濡れ制御層400のパネル402は、例えば接着剤で付着させる及び/又は機械的に留めること等によって、ツール表面104及び/又は当て板表面108に動かないように取り付けられうる。しかしながら、他の実施例では、樹脂濡れ制御層400は、パネル402の上に複合プリフォーム300をレイアップする前に、成形ツール102に位置決めされうるパネル402等の個別の構成要素として形成されうる。パネル402の上に複合プリフォーム300をレイアップした後に、樹脂濡れ制御層400を有する当て板106が、複合プリフォーム300に位置決めされうる。あるいは、樹脂濡れ制御層400を有するパネル(図示せず)が複合プリフォーム300の上に配置され得、その後パネル402の上に当て板106が配置されうる。ある実施例では、成形ツール102又は当て板106のいずれかの樹脂濡れ制御層400が省略されうる。他の実施例では、パネル402は複合プリフォーム300に配置され得、真空バッグ204がパネル402の上に直接配置されるように、当て板106が省略されうる。図示していない更に別の実施例では、複合プリフォーム300の最上部のパネル402と当て板106が省略され得、真空バッグ204が複合プリフォーム300の上に直接配置されうる。
図10は、組み立てられた状態の図9のバギングシステム202の側面図である。複合プリフォーム300は、各々が、複合プリフォーム300と接触する表面テクスチャ404等の樹脂濡れ制御層400を含みうる成形ツール102のツール表面104と、当て板106の当て板表面108との間に挟まれ得る。上述したように、表面テクスチャ404により樹脂濡れ性能が改善され、これにより、ツール側302及び当て板側304上の樹脂濡れ制御層400なしで硬化した複合プリフォーム(図示せず)に発生しうる表面孔に対して、複合プリフォーム300のツール側302及び/又は当て板側304の表面孔(図示せず)が低減されうる又は防止されうる。複合プリフォーム300に熱及び/又は圧密圧力 214が加えられうる。複合プリフォーム300の硬化プロセスは、複合プリフォーム300の樹脂312(図4)の粘度を下げる、及び/又は樹脂312の硬化を引き起こす又は樹脂312が硬化しやすくなるように、熱212を加えることを含みうる。
図11は、図9の当て板106及び複合プリフォーム300の一部の拡大分解側面図であり、当て板106の片側に形成された表面テクスチャ404を示す。図示した実施例では、表面テクスチャ404は、上述したように、複合プリフォーム300のプライ表面310のくぼみ350の空間351(図6)又は区域を塞ぐ又は置換するようにサイズ設定され、構成されうる突出部406として構成される複数の表面特徴405を含む。突出部406は、複合プリフォーム300のくぼみ間隔354(図6)とほぼ等しい突出部間隔412(図8)で形成されうる。
図11を再度参照する。ある実施例では、突出部406(例えば表面特徴405)は、くぼみ350の空間351(図6)又は区域の少なくとも一部を置換するようにサイズ設定され、構成され得、これにより、さもなければ複合プリフォーム300のプライ表面310と、従来の当て板(図示せず)又は従来の成形ツール(図示せず)との間の接合面(図示せず)でくぼみ350を塞ぎうる樹脂312を防止する又は置換する助けとなりうる。突出部406でくぼみ350を塞ぐことによって、くぼみ350の樹脂312を置換する又は防止することにより、硬化複合品322(図2)の繊維体積率が有利に高くなり得、硬化複合品322の比強度及び比剛性が改善されうる。加えて、突出部406がくぼみ350の空間351(図6)又は区域の少なくとも一部が置換され得、これにより、さもなければ複合プリフォーム300のプライ表面310と、従来の当て板(図示せず)又は従来の成形ツール(図示せず)との間の接合面(図示せず)においてくぼみ350に閉じ込められうる例えば空気及び揮発性物質等のガス(図示せず)を防止する又は置換する助けとなりうる。くぼみ350の樹脂312を置換する又は防止することにより、樹脂312によって生じ、さもなければツール表面104、当て板表面108、及び/又は一方あるいは両方のコア表面364(図19)と接触する複合プリフォーム300の表面(図示せず)近辺のくぼみ350に閉じ込められうる揮発性物質(図示せず)の総量も低減されうる。この点において、厚さ方向の柔軟層420(図18)の表面特徴405(例えば突出部406)及び/又は局所部分426(図18)でくぼみ350を少なくとも部分的に塞ぐことで、ツール表面104、当て板表面108、及び/又はコア表面364(図19)と接触している複合プリフォーム300の表面近辺の樹脂312の揮発性物質(図示せず)が低減され、この結果、複合プリフォーム300の濡れ性が高まりうる。複合プリフォーム300の濡れ性の高まりは、複合プリフォーム300と、ツール表面104、当て板表面108、及び/又はコア表面364(図19)との間の上記接合面(図示せず)におけるガス(例えば閉じ込められた空気及び/又は揮発性物質)の減少と比例しうる。
図12は、複合プリフォーム300と接触するように配置された当て板106の図であり、最外部のプライ308のくぼみ350を塞いでいる突出部406を示す。図示した実施例では、各突出部406は、対応するくぼみ350の区域の大部分を塞ぐように構成されうる。熱212(図10)が複合プリフォーム300に加えられた時に、結果として生じる樹脂の粘度の低下により、樹脂312(図11)が、表面テクスチャ404と、複合プリフォーム300のプライ表面310(図11)との間の全ての隙間を塞ぐことが可能になりうる。真空バッグ204(図10)を真空に引く(図示せず)ことから得られる圧密圧力214により、複合プリフォーム300(図11)が固化し得、当て板106の表面テクスチャ404と、複合プリフォーム300の複合プライ306との間に位置づけされうる又は閉じ込められうる樹脂312及び空気(図示せず)を置換する助けとなりうる。
図13は、当て板106(図11)の当て板表面108(図11)に組み込まれた表面テクスチャ404(図11)を使用して硬化された硬化複合品322の斜視図である。図14は、図13の硬化複合品322の一部の平面図であり、最外部のプライ308に表面テクスチャ404が刻み込まれたところを示す。複合プリフォーム300の繊維トウ314とくぼみ350(図3)のプライ表面310の表面形状と一致する表面テクスチャ404を提供することによって、硬化複合品322の表面孔(例えば表面孔食)が低減されうる、又は防止されうる。
図15は、エラストマー材料で形成された柔軟層420として構成された樹脂濡れ制御層400の一例の斜視図である。ある実施例では、柔軟層420は、成形ツール102(図10)のツール表面と一体であってよい。柔軟層420は、当て板106(図10)の当て板表面108(図10)と一体であってよい。この点において、柔軟層420は、当て板106(図10)を含みうる。更に別の実施例では、柔軟層420は、複合プリフォーム300(図19)の内部のプライ307(図19)の間に挟まれうるコア358(図19)の一方の又は両方のコア表面364(図19)と一体であってよい。あるいは、柔軟層420は、例えば接着剤で付着させる等によって、及び/又は機械的に留める等によって成形ツール102、当て板106(図10)、及び/又はコア358(図19)に除去不能に結合されうるパネル402(図15)として個別に形成されうる。更に別の実施形態では、柔軟層420は成形ツール102に除去可能に配置され(例えば固定せずに取り付けられ)得、その後、複合プリフォーム300(図10)が柔軟層420にレイアップされる。個別の柔軟層420が複合プリフォーム300の上に配置され得、その後、複合プリフォーム300の真空バッグ処理及び硬化の前に、任意選択的に、当て板106が柔軟層420の最上部に配置されうる。
図16は、柔軟層420がその厚さ方向422に沿って柔軟である層厚さ424を示す、柔軟層420の一部の拡大図である。上述したように、柔軟層420はエラストマー材料で形成されうる。ある実施例では、エラストマー材料は、ゴム、シリコン、ウレタン、熱可塑性材料、熱硬化性材料、及び/又は別のエラストマー組成のシートであってよい。エラストマー材料は、エラストマー材料が複合プリフォーム300に付着しないように、また樹脂の硬化パラメータを(例えば硬化を早める、遅める等)物理的に変えないように、又は硬化複合品322(図2)の物質特性に影響を与えないように、樹脂312(図14)と化学的に非反応、及び/又は複合プリフォーム300の繊維材料(図示せず)と化学的に非反応でありうることが好ましい。ある実施例では、柔軟層420は、柔軟層420が複合プリフォーム300の繊維トウ314(図14)及びくぼみ350のプライ表面310の表面形状と一致することが可能になるように、0.002インチから最大0.12インチまでの範囲の層厚さ424で提供されうる。
図16を再び参照する。以下に更に詳しく説明するように、柔軟層420は、柔軟層420の少なくとも幾つかの局所部分426(図18)により最外部のプライ308のくぼみ350の少なくとも一部が少なくとも部分的に塞がるまで、複合プリフォーム300(図18)の最外部のプライ308(図18)のプライ表面310に対して圧縮されうる。一実施例では、柔軟層420は、真空圧(図示せず)下で真空バッグ204(図10)によって加えられる圧密圧力214を使用して、例えば最外部のプライ308及び/又は内部のプライ(図19)等の複合プライ306上に圧縮されうる。しかしながら、柔軟層420は、例えば機械プレス(図示せず)等の機械的手段(図示せず)を使用して圧縮されうる。柔軟層420は、表面特徴405(例えば突出部406−図8)により、くぼみ350の樹脂312及びガスの泡(図示せず)が置換、防止又は回避される上述の方法と同様の方法で、複合プリフォーム300の樹脂312(図18)を硬化させる間に、柔軟層420の局所部分426がくぼみ350の少なくとも一部を少なくとも部分的に塞ぐことにより、くぼみ350の樹脂312及びガスの泡(図示せず)が置換、防止、又は回避されるようなレベルの圧密圧力214を使用して、複合プライ306上に圧縮されうる。この点において、複合層420の局所部分426によってくぼみ350を少なくとも部分的に塞ぐことにより、樹脂312によって生じ、さもなければくぼみ350に閉じ込められうる揮発性物質(図示せず)の総量が減少し得る。柔軟層420(図18)の局所部分426(図18)により、複合プリフォーム300の表面(図示せず)と、ツール表面104、当て板表面108、及び/又は一方あるいは両方のコア表面364(図19)との接合面(図示せず)におけるガス(例えば閉じ込められた空気及び/又は揮発性物質)が減少するのに比例して、複合プリフォーム300の濡れ性が高まりうる。
図16では、上述したように、柔軟層420は0.002−0.12インチの範囲の圧縮されていない層厚さ424を有しうる。しかしながら、0.12インチを超える厚さの柔軟層420も提供されうる。加えて、柔軟層420は、例えば樹脂の注入中、及び/又は複合プリフォーム300の硬化中等に、複合プライ306(例えば最外部のプライ308及び/又は内部のプライ307−図19)に対して柔軟層420が圧縮された時に、複合プリフォーム300のゆがみを防止する層厚さ424及び押し込み硬度(図示せず)又は硬度(例えばショアA硬度)で提供されることが好ましい。
図17は、複合プリフォーム300と共に組み立てられる前に、柔軟層420として構成される当て板106(図12)の一部の分解側面図である。柔軟層420は、少なくともくぼみ深さ352(図6)と同じくらいの大きさであってよい層厚さ424を有しうる。加えて、柔軟層420は、柔軟層420が複合プリフォーム300のプライ表面310と弾性的に一致できるように、比較的低い押し込み硬度又は硬度で提供されうる。例えば、柔軟層420は、70未満のショアA硬度を有しうる。ある実施例では、柔軟層420は、20−70の範囲のショアA硬度を有しうる。更に別の実施例では、柔軟層420は、30−60の範囲のショアA硬度を有しうる。
以下に記すように、柔軟層420(図17)の押し込み硬度(例えばショアA硬度)の選択は、少なくとも一部には柔軟層420の層厚さ424(図17)に基づいていてよい。この点において、柔軟層420のショアA硬度と層厚さ424の組み合わせは、複合プリフォーム300の処理中(例えば固化中及び/又は硬化中)に、複合プリフォーム300(図17)の最外部のプライ308(図17)のくぼみ350(図17)に柔軟層420が一致するように選択されうる。加えて、上述したように、例えば樹脂の注入中及び/又は複合プリフォーム300の硬化中に複合プリフォーム300がゆがむのを防止する層厚さ424及び硬度(例えばショアA硬度)の柔軟層420が提供されることが好ましい。
図18は、組み立てられた状態の当て板106(図12)及び複合プリフォーム300を示す側面図である。柔軟層420の局所部分426が最外部のプライ308のくぼみ350の区域を少なくとも部分的に塞ぐように、真空バッグ204(図10)によって圧密圧力 214 が柔軟層420にかけられうる。図示した実施例では、柔軟層420は比較的低い押し込み硬度(例えば低いショアA硬度)を有していてよく、これにより柔軟層420がくぼみ350と一致しうる。
図18〜19を参照する。上述したように、柔軟層420のショアA硬度の選択は、例えば真空バッグ204(図10)に真空圧(図示せず)をかけている間等に圧密圧力214が複合プリフォーム300上にかかった時に、柔軟層420が変形し、最外部のプライ308のくぼみ350を少なくとも部分的に塞ぐようにするために、柔軟層420の層厚さ424に少なくとも部分的に依存し得る。柔軟層420のショアA硬度が比較的低い(例えば30〜50の範囲)と、層厚さ424を比較的薄く(例えば0.002〜0.060インチ)にすることが可能になり得、それと同時に柔軟層420の局所部分426(図18)が最外部のプライ308のくぼみ350の区域の少なくとも一部(例えば少なくとも50%)と一致し、これを塞ぐことが可能になる。逆に、柔軟層420のショアA硬度が比較的高い(例えば50〜70の範囲)と、層厚さ424は比較的厚く(例えば少なくとも0.060インチ)なり得、柔軟層420の局所部分426(図18)が、最外部のプライ308のくぼみ350の区域の少なくとも一部(例えば少なくとも50%)と一致し、これを塞ぐことが可能になる。
図19は、複合プリフォーム300の内部に位置づけされたコア358を有する複合プリフォーム300を硬化させるためのバギングシステム202(図9)の分解側面図である。コア358は対向しているコア表面364を有していてよく、複合プリフォーム300の内部のプライ307の間に介在していてよい、あるいは挟まれていてよい。ある実施例では、コア358は比較的低密度の材料で形成され得る。例えば、コア358は、発泡体、ハニカム、バルサ材、又はポリマー材料、セラミック材料、及び/又は金属材料を含む任意の組成の他の何らかの低密度の材料で形成されうる。図示した実施例では、コア358は、コアの厚さ362において面取りされていてよい又は先細りしていてよいコアエッジ360を有しうる。先細りのコア358により、複合プリフォーム300のプライ表面310の広範囲の輪郭(図示せず)が非平面的になりうる。
更に図19を参照する。一実施例では、当て板106は、コア358が先細になっているために、複合プリフォーム300のプライ表面310の広範囲の輪郭(図示せず)を補完するように輪郭形成された比較的剛性の構成要素として提供されうる。あるいは、当て板106は、面外方向に柔軟な材料のシートで形成され得、これにより、当て板106が様々な異なる輪郭の内の任意の輪郭と一致することが可能になる。ある実施例では、当て板106は、曲げることができてよいエラストマー材料として提供することができ、これにより当て板106が複合プリフォーム300のプライ表面310と一致することが可能になる。図19に示す樹脂濡れ制御層400は、複合プリフォーム300の輪郭形成された上面(図示せず)に配置するために当て板106に含まれているが、樹脂濡れ制御層400はまた、複合プリフォーム300の輪郭形成された下面(図示せず)にも配置されうる。例えば、下面(図示せず)を補完するように輪郭形成された樹脂濡れ制御層400は、成形ツール102に関連付けされうる(例えば、一体的に形成されうる又は除去可能に結合されうる)。一実施形態では、樹脂濡れ制御層400は比較的剛性であってよく、複合プリフォーム300の下面(図示せず)の広範囲の輪郭(図示せず)を補完するように輪郭形成されうる、又は樹脂濡れ制御層400は曲げることができてよく、これにより、樹脂濡れ制御層400が複合プリフォーム300の下面(図示せず)の広範囲の輪郭(図示せず)と一致することが可能になる。
図19を再び参照する。上述したように、ある実施形態では、コア358の対向しているコア表面364の一方又は両方は、コア358と接触している内側のプライ307のプライ表面310を補完するように構成される樹脂濡れ制御層400を含みうる。上述したように、樹脂濡れ制御層400は、コア表面364と一体的に形成されていてよい、又は樹脂濡れ制御層400は、例えばコア358に接着剤で付着される(図示せず)等によってコア表面364に結合されうる個別のパネル(図示せず)として提供されうる。コア358の樹脂濡れ制御層400が複合プリフォーム300の内側のプライ307と嵌合した時に、樹脂濡れ制御層400により内側のプライ307のくぼみ350の少なくとも一部が少なくとも部分的に塞がり得、これにより、樹脂を注入している間、及び/又は複合プリフォーム300を硬化させている間、くぼみ350の少なくとも一部の樹脂312(図1)とガス(図示せず)が防止されうる又は置換されうる。上述したように、くぼみ350の樹脂312を置換することで、コア表面364と樹脂濡れ制御層400との接合面(図示せず)における樹脂312によって発生する揮発性物質(図示せず)が低減し得、これにより、上記接合面(図示せず)において閉じ込められるガス(例えば揮発性物質−図示せず)の量が低減し得、コア表面364と樹脂濡れ制御層400の接合面(図示せず)の表面孔(図示せず)が低減しうる、又は防止されうる。加えて、上述したようにくぼみ350の樹脂312を防止する又は置換することは、硬化複合品322(図2)の繊維体積率を増加させ、その結果、硬化複合品322の比強度及び/又は剛性を改善する効果を有しうる。
本明細書に開示されるいずれの実施例においても、樹脂濡れ制御層400(図1)は、表面テクスチャ404(図1)として、柔軟層420(図16)として、又は表面テクスチャ404と柔軟層420の組み合わせとして提供されうる。一実施形態では、樹脂濡れ制御層400は、比較的押し込み硬度が低い(例えばショアA硬度20〜40の)ゴム(例えばシリコンゴム)の鋳物(図示せず)を乾燥織布(図示せず)に形成して、織布318(図5)のテクスチャ(図示せず)の複製の鋳物に表面テクスチャ404を形成することによって、表面テクスチャ404を有する柔軟層420として製造されうる。結果的に得られるシリコンゴムの鋳物(図示せず)は、複合プリフォーム(図示せず)のツール側(図示せず)及び/又はパーツ側(図示せず)の織布(図示せず)の最外部のプライ(図示せず)に配置され、最外部のプライのくぼみ(図示せず)が表面テクスチャ(図示せず)で塞がれうる。その柔らかさ(例えば比較的低いショアA硬度)のために、シリコンゴムの鋳物(図示せず)は、複合プリフォーム300(図19)に含まれ得るコア(図19)のコアエッジ360(図19)の厚さが先細っていることが原因で起こる、例えば最外部のプライ308(図19)の広範囲の輪郭等の複合プリフォーム(図示せず)の最外部のプライ(図示せず)の広範囲の輪郭(図示せず)とも一致しうる。
図20は、エッジシーリング材210(図20)を使用して、複合プリフォーム300を成形ツール102に密着させる真空バッグ204を示す、図19のバギングシステム202(図9)の側面図である。熱212(図10)及び圧密圧力214(図10)が、成形ツール102(図19)の樹脂濡れ制御層400と、当て板106との間に挟まれた複合プリフォーム300に加えられうる。上述したように、各樹脂濡れ制御層400が、コア358に隣接する最外部のプライ308と内部のプライ307のプライ表面310の表面形状に一致し得、これにより、複合プリフォーム300のプライ表面310と一致するテクスチャ(図示せず)が刻み込まれ、プライ表面310が均一に濡れやすくなり、硬化複合品322(図14)の表面孔が低減されうる又は防止されうる。
図21は、複合品322(図2)を製造する方法であって、複合品322の表面孔(図示せず)を制御することを含みうる方法500に含まれ得る一又は複数の工程を有するフロー図である。後に更に詳しく説明するように、本方法500は、一又は複数の樹脂濡れ制御層400(図1)を使用して、複合プリフォーム300(図1)のツール側302 (図1)、当て板側304 (図1)、及び/又はコア側305 (図1)の濡れ性を制御することを含みうる。濡れ性は、樹脂312(図1)によってカバーされうる表面積の相対的な大きさとして表しうる。例えば、100%の濡れ性は、複合プリフォーム300を硬化させている間、複合プリフォーム300のプライ表面310(図1)の100%が樹脂312によってカバーされている状態として表すことができ、この結果、表面孔がない硬化複合品322が得られる。上述したように、樹脂濡れ制御層400は、成形ツール102(図1)のツール表面104に関連付けされうる。代替的に、又は加えて、樹脂濡れ制御層400は、当て板106(図1)の当て板表面108に関連付けされうる。また別の実施例では、樹脂濡れ制御層400は、コア358のコア表面364に関連付けされうる。
方法500(図21)のステップ502は、樹脂濡れ制御層400(図1)を複合プリフォーム300の一方の側と補完的に嵌合させることを含みうる。例えば、方法500は、樹脂濡れ制御層400を、複数のくぼみ350を有する複合プリフォーム300のツール側302と当て板側304の内の少なくとも1つの最外部のプライ308と補完的に嵌合させることを含みうる。代替的に、又は追加として、本方法は、樹脂濡れ制御層400を、複合プリフォーム300のコア側305(図19)の内部のプライ307(図19)と補完的に嵌合させることを含みうる。ステップ502の実行には、樹脂濡れ制御層400(図1)を含むツール表面104(図1)を有する成形ツール102(図1)を提供することが含まれうる。成形ツール102は、非限定的に、鋼鉄、アルミニウム、インバー(登録商標)、複合材料、セラミック材料、又は他の材料を含む任意の適切な金属又は非金属材料で形成されうる。上述したように、ある実施例では、樹脂濡れ制御層400が成形ツール102のツール表面104と一体であってよい。例えば、樹脂濡れ制御層400は、機械加工、鋳造、成形、又は他の方法で成形ツール102のツール表面104に形成されうる表面テクスチャ404であってよい。
樹脂濡れ制御層400が成形ツール102(図9)とは別の構成要素として形成される実施例においては、方法500(図21)は、樹脂濡れ制御層400(図11)を除去可能に成形ツール102に配置することを含みうる。樹脂濡れ制御層400が、例えば突出部406(図11)等の複数の表面特徴405(図11)として形成される表面テクスチャ404(図11)である実施例においては、方法500は、樹脂濡れ制御層400を複合プリフォーム300(図11)の最外部のプライ308(図11)と接触するように配置することを含みうる。複合プリフォーム300の最外部のプライ308が、複数のくぼみ350(図11)を有する織布318(例:プリプレグ)である実施例においては、方法500は、後に更に詳しく説明するように、表面テクスチャ404の表面特徴405をくぼみ350と合致するように位置決めすることを含みうる。複合プリフォーム300が、内部のプライ307(図19)の間に挟まれたコア358(図19)を含む実施例においては、方法500は、コア表面364(図19)の樹脂濡れ制御層400を内部のプライ307(図19)のプライ表面310(図19)と接触するように配置することを含みうる。
方法500(図21)のステップ504は、樹脂濡れ制御層400でくぼみ350の少なくとも一部を少なくとも部分的に塞ぐことを含みうる。例えば、複数の表面特徴405を有する表面テクスチャ404を備える樹脂濡れ制御層400の一実施形態においては、樹脂濡れ制御層400を複合プリフォーム300の複合プライ306(例:最外部のプライ308又は内部のプライ307)と嵌合させた結果、くぼみ350(図3)の少なくとも一部が樹脂濡れ制御層400の表面テクスチャ404の対応する表面特徴405(例:突出部406)で塞がれ得る。後に更に詳しく説明するように、表面特徴405は、複合プリフォーム300(図示せず)のプライ表面310の複雑な輪郭(例えば複数のくぼみ350−図3)を補完するように構成されうる。後に記すように、少なくとも部分的にくぼみ350を塞ぐことで、樹脂がくぼみ350に入ることが防止され得、樹脂濡れ制御層400とプライ表面310との接合面(図示せず)近辺の樹脂312によって発生する揮発性物質(図示せず)が減少し得、これにより、さもなければくぼみ350に閉じ込められて表面孔の原因となりうる揮発性物質(図示せず)を防止する助けとなる。更に下記のように、少なくとも部分的にくぼみ350を塞ぐことで、硬化複合品322(図2)の繊維体積率が上がり得、硬化複合品322の比強度及び/又は比剛性が上がり得る。
方法500(図21)のステップ506は、樹脂濡れ制御層400の補完構造401(図12−例えば表面特徴405;局所部分426−図18)によって少なくとも部分的に占められうる又は塞がれうるくぼみ350の少なくとも一部の空間に樹脂312(図19)及び/又はガス(図示せず)が入るのを防ぐことを含みうる。一又は複数のくぼみ350内の樹脂312及び/又はガスの滞留は、複合プリフォーム300を固化及び/又は硬化させている間に、くぼみ350を少なくとも部分的に占める又は塞ぐ樹脂濡れ制御層400によって防止されうる。後に更に詳しく説明するように、樹脂濡れ制御層400を複合プライ306と嵌合させた結果、くぼみ350を塞ぐプロセスは結果的に、樹脂312及び/又は空気(図示せず)がくぼみ350に入る又はくぼみ350を占めることが防止され又は置換され得、硬化複合品322(図2)の表面孔が有利に低減されうる又は防止されうる。
加えて、くぼみ350を塞いだ結果、方法500は、樹脂濡れ制御層400とプライ表面310の接合面(図示せず)近辺の樹脂312によって発生する揮発性物質(図示せず)を低減することを含み得、これにより、プライ表面310と樹脂濡れ制御層400との間の上記接合面(図示せず)におけるくぼみ350にさもなければ閉じ込められうる揮発性物質(図示せず)を防止する助けとなりうる。又更に、本方法は、樹脂濡れ制御層400でくぼみ350が塞ぐことでくぼみ350内の樹脂312を置換又は防止し、その結果、硬化複合品322(図2)の繊維体積率を増加させて、硬化複合品322の比強度及び/又は比剛性を上げることを含みうる。上述したように、本方法は、樹脂濡れ制御層400とプライ表面310との間の接合面(図示せず)近辺の樹脂312の揮発性物質(図示せず)の低減に比例してプライ表面310の濡れ性を上げるために、厚さ方向の柔軟層420(図18)の表面特徴405(例:突出部406−図8)及び/又は局所部分426(図18)でくぼみ350を少なくとも部分的に塞ぐことを含みうる。
一実施形態では、樹脂濡れ制御層400は、上述したように、厚さ方向422(図11)に沿って柔軟である柔軟層420(図18)として構成されうる。方法500(図21)は、柔軟層420を複合プリフォーム300の複合プライ306(例えば最外部のプライ308又は内部のプライ307−図19)と接触するように配置することと、柔軟層420を複合プライ306のプライ表面310に対して圧縮し、その結果、柔軟層420の局所部分でくぼみ350の少なくとも一部を少なくとも部分的に塞ぐこととを含みうる。ある実施例では、乾燥繊維プリフォームに樹脂312(図1)を注入し、硬化させる前に、柔軟層420を乾燥繊維プリフォーム(図示せず)のプライ表面310に対して圧縮しうる。他の実施例では、複合プリフォーム300はプリプレグ複合プライ(図示せず)で形成されていてよく、硬化させる前に樹脂312の粘度を下げるために、複合プリフォーム300に熱212(図1)を加える前に、複合プリフォームのプライ表面310に対して柔軟層420を圧縮しうる。図18に示すように、本方法は、柔軟層420の局所部分426によりくぼみ350が少なくとも部分的に塞がるように、最外部のプライ308のプライ表面310に対して柔軟層420を圧縮するために、圧密圧力214をかけることを含みうる。この点において、柔軟層420は、局所部分の少なくとも一部により最外部のプライ308のくぼみ350の少なくとも一部が少なくとも部分的に塞がれた時に、樹脂濡れ制御層400として機能する。
上述したように、柔軟層420は、エラストマー材料として提供されうる。一実施例では、エラストマー材料はシリコンゴムであってよいが、厚さ方向に柔軟性を有する他の種類の弾性材料が使用されうる。柔軟層420は、成形ツール102、当て板106、又はコア358に固定結合されうる。例えば、柔軟層420は、成形ツール102及び/又は当て板106(図12)に接着剤で付着されうる、及び/又は機械的に留められうる。柔軟層420はまた、コア358(図19)の対向しているコア表面364(図19)の一方あるいは両方にも接着剤で付着されうる及び/又は機械的に結合されうる。あるいは、柔軟層420は、複合プライ306をレイアップする前に、成形ツール102(図10)に除去可能に配置されうる個別の構成要素(図示せず)として提供されうる、及び/又は柔軟層420は、複合プリフォーム300の上に設置され、その後柔軟層420の上部に任意選択的に当て板106が位置決めされうる。
上述したように、方法500(図21)は、一又は複数の複合プライ306を成形ツール102にレイアップして、複合プリフォーム300を形成することを含みうる。成形ツール102(図9)が樹脂濡れ制御層400(図9)を含む実施例では、本方法は、樹脂濡れ制御層400の上に複合プライ306(図9)をレイアップすることを含みうる。ある実施例では、複合プライ306は、プリプレグ複合プライ(図示せず)であってよい。しかしながら、他の実施例では、本方法は、例えば乾燥繊維複合プライ(図示せず)等の乾燥繊維プリフォーム(図示せず)をレイアップし、次に樹脂312(図1)を、非限定的に真空補助樹脂注入成形(VARTM)、樹脂注入成形(RTM)、樹脂膜注入(RFI)、又は他の湿式レイアッププロセスを含む様々な樹脂注入プロセスの内の任意の方法を使用して、乾燥繊維プリフォームに注入することを含みうる。
上述したように、樹脂濡れ制御層400の表面(図示せず)は、樹脂濡れ制御層400と接触する複合プライ(図示せず)のプライ表面310の輪郭(図示せず)又は表面形状(図示せず)を補完するように形作られうる。例えば、樹脂濡れ制御層400は、複合プライ306(図5)のプライ表面310(図2)の複雑な輪郭311(例えば複数のくぼみ350−図3)を補完するように構成された表面形状(図示せず)を有しうる。上記プライ表面310の複雑な輪郭311は、織布318(図5)の繊維トウ314(図3〜5)の複合プライ306の交差の凹凸の結果としてでき、複合プライ306のプライ表面310のくぼみ350(図4)の原因となる。
上述したように、複合プライ306(図9)は、樹脂濡れ制御層400(図9)が複合プリフォーム300(図9)のプライ表面310(図9)の表面形状(図示せず)と一致するようにレイアップされうる。例えば、樹脂濡れ制御層400は、樹脂を注入する前に、表面テクスチャ404の上にレイアップされた複合プリフォーム300の最外部のプライ308のプライ表面310のくぼみ350(図9)を補完するように構成された表面特徴405(図9)を有する表面テクスチャ404(図9)として提供されうる。上述したように、本方法は、複合プライ306を表面テクスチャ404の上にレイアップした時に、最外部のプライ308のプライ表面310(図9)のくぼみ350の空間351(図6)又は区域を少なくとも部分的に塞ぐことを含みうる。本方法は、樹脂濡れ制御層400の表面テクスチャ404を、複数のくぼみ350内に対応する入れ子になっている複数の突出部406(図9)を有する複合プライ306(図9)と接触するように配置することを含みうる。上述したように、くぼみ350を塞ぐプロセスにより結果的に、さもなければ硬化複合品322(図2)に表面孔の原因となりうるくぼみ350の樹脂312及び/又は空気が置換されうる。上述したように、一実施例において、各表面特徴405(例えば突出部406)は、織布318(図9)の対応するくぼみ350の区域の少なくとも50%を塞ぐようにサイズ設定され、構成されうる。更に好適には、別の実施例では、各表面特徴405は、対応するくぼみ350の区域の90〜100%を塞ぐようにサイズ設定され、構成されうる。
ある実施例では、複合プリフォーム300(図19)をレイアップするプロセスは、複合プリフォーム300の内側の内部のプライ307の間にコア358(図19)を位置決めすることを含みうる。コア358は比較的低密度の材料で形成され得、厚さが先細りであってよい又は先細りでない場合があるコアエッジ360(図19)を含みうる。複合プリフォーム300の所望の厚さに達するまで、コア358の上に追加の複合プライ306がレイアップされうる。コア358(図19)を含む複合プリフォーム300においては、方法500は、コア表面364(図19)の樹脂濡れ制御層400をレイアップしている間に、複合プリフォーム300の内部のプライ307(図19)と嵌合させることを含みうる。上述したように、樹脂濡れ制御層400は、コア358の対向しているコア表面の一方あるいは両方に一体的に形成されうる。例えば、複合プリフォーム300にコア358を配置する又は設置する前に、表面テクスチャ404がコア358の対向しているコア表面364の一方又は両方に機械加工あるいは成形されうる。
あるいは、樹脂濡れ制御層400(図19)は、個別のパネル(図示せず)の上にコア358(図19)を設置する前に、内側のプライ307(図19)と嵌合しうる個別のパネル(図示せず)として提供されうる。更に別の実施例では、樹脂濡れ制御層400は、複合プリフォーム300にコア358を配置する又は設置する前に、コア358の一方の側のコア表面364(図19)と共に組み立てられ(例えば接着剤で付着される)、その後、コア358の反対の側のコア表面364に関連付けされうる樹脂濡れ制御層400の上に内側のプライ307がレイアップされうる。複合プリフォーム300のレイアップは、追加の複合プライ306(図19)をコア358の上部に位置づけされる内部のプライ307の上にレイアップすることを含みうる。
ある実施例では、方法500(図21)は、当て板106(図11)を複合プリフォーム300の上に配置することを含みうる。上述したように、当て板106は、樹脂濡れ制御層400(図11)を任意選択的に含む当て板表面108(図11)を含みうる。本方法は、当て板106の樹脂濡れ制御層400が複合プリフォーム300(図11)の最外部のプライ308と接触して配置されるように、当て板106を複合プリフォーム300の上に配置することを含みうる。樹脂濡れ制御層400は、複合プリフォーム300のプライ表面310(図11)の輪郭(図示せず)に少なくとも部分的に一致するように構成されうる。複合プリフォーム300の複合プライ306(例えば内部のプライ307と最外部のプライ308)が複数のくぼみ350を有する織布318(図11)で形成され、樹脂濡れ制御層400が複数の表面特徴405を有する表面テクスチャ404(図11)として提供されている実施例では、方法500は、表面特徴405(図11)により複合プリフォーム300のプライ表面310のくぼみ350(図11)が塞がるように、表面特徴405を複合プライ306(図11)と合致させることを含みうる。
上述したように、ある実施例では、樹脂濡れ制御層400は当て板106(図11)と一体的に形成されうる。例えば、当て板106は、当て板106の当て板表面108(図11)に機械加工されうる又は鋳造されうる表面テクスチャ404(図11)を有する金属材料(例えばアルミニウム)で形成されうる。他の実施例では、樹脂濡れ制御層400(図11)は、複合プリフォーム300の上に除去可能に配置されうる個別の構成要素として提供され得、その後、樹脂濡れ制御層400の上に当て板106が配置されうる。
上述したように、本開示の方法500(図21)は、成形ツール102(図10)及び/又は当て板106の樹脂濡れ制御層400(図10)を使用してくぼみ350が少なくとも部分的に塞がれたことに応じて、複合プリフォーム300(図10)のツール側302と当て板側304(図10)の濡れ性を制御するための手段を提供しうる。濡れ性を制御した結果、複合プリフォーム300のツール側302(図10)及び/又は当て板304のプライ表面310(図10)全体に、又はこれに沿って均一に樹脂312が配分されうる。ある実施例では、樹脂濡れ制御層400を複合プリフォーム300のプライ表面310と接触するように配置することによって、複合プリフォーム300のくぼみ350(図9)が塞がれ得、これにより、樹脂312及びエアポケット(図示せず)がくぼみ350に入る又は形成されることが防止されうる。
プリプレグ複合プライ(図示せず)で形成された複合プリフォーム300(図1)の場合、プリプレグ複合プライ(図示せず)を加熱する前に、複合プリフォーム300(図1)のプライ表面(図示せず)に樹脂濡れ制御層400(図1)を配置することにより、樹脂の粘度が下がり、隣接する繊維トウ314(図1)の間の内部隙間(図示せず)を含む複合プライ全体に低粘度の樹脂312(図1)を注入しやすくなりうる。プリプレグ複合プライ(図示せず)のくぼみ350を塞ぐことによって、樹脂濡れ制御層400と複合プリフォーム300のプライ表面(図示せず)との間の接合面(図示せず)において、低粘度の樹脂312(図1)が、複合プリフォーム300のプライ表面(図示せず)を均一にカバーすることが可能になりうる。乾燥繊維プリフォーム(図示せず)で形成された複合プリフォーム300の場合、複合プリフォーム300に樹脂312(図1)を注入する前に、樹脂濡れ制御層400が乾燥繊維プリフォーム(図示せず)のプライ表面(図示せず)のくぼみ350を塞ぎうるため、くぼみ350のエアポケット(図示せず)が防止される。
方法500(図21)のステップ508は、複合プリフォーム300を硬化させるために、熱212(図10)と圧密圧力214(図1)を加えることを含みうる。成形ツール102、複合プリフォーム300、当て板106、及び/又はコア358、及び関連の樹脂濡れ制御層400のアセンブリは、図10に示すように真空バッグ処理されうる。熱212は、オートクレーブ200(図1)又は対流オーブン201(図1)での対流加熱(図示せず)を含む任意の適切な手段によって、例えば抵抗素子(図示せず)又は加熱パッド(図示せず)、輻射加熱(図示せず)、又は他の適切な加熱手段等で複合プリフォーム300を直接加熱することによって、加えられうる。圧密圧力214は、真空バッグ204を真空に引くことによって複合プリフォーム300にかけられうる。圧密圧力214により、複合プリフォーム300が固化され、過剰な樹脂312(図1)、揮発性物質(図示せず)、ガス、及び水分が押し出され、複合プリフォーム300内の、及び複合プリフォーム300のプライ表面310(例えば、上面又は下面−図示せず)に沿って、又はその全体の樹脂312の均一な配分が促進されうる。真空バッグ204上の真空によって供給された圧密圧力214を増補するために、オートクレーブ圧(図示せず)がかけられうる。ある実施例では、圧密圧力214をかけることにより、樹脂濡れ制御層400のプライ表面310のくぼみ350を塞ぐ量が増える場合があり、くぼみ350内の樹脂312及び/又はガス(例えば揮発性物質)が置換又は防止され、これにより、硬化複合品322(図2)の繊維体積率が上がりうると同時に、樹脂濡れ制御層400と接触しているプライ表面310(図19)の表面孔も低減されうる又は防止されうる。
バギングシステム202は、当て板106(図20)なしで圧密圧力214(図20)が複合プリフォーム300(図20)に均一にかかりやすくするための、通気層(図示せず)等の一又は複数の層(図示せず)を含みうる。硬化複合品322(図1)から真空バッグ204(図10)を取り外しやすくするために、追加の層(図示せず)、例えば剥離層(図示せず)をバギングシステム202(図10)に含みうる。硬化中に樹脂濡れ制御層400(図10)が複合プリフォーム300に付着するのを防ぐために、複合プライ306(図20)をレイアップする前に、剥離コーティング又は膜(図示せず)を成形ツール102(図10)及び/又は当て板106の樹脂濡れ制御層400に塗布/形成してもよい。図10と図20に示す複合プリフォーム300は真空バッグ処理がされているが、複合プリフォーム300の固化及び/又は硬化は、非限定的に機械プレス又は他の圧縮手段を含む、圧密圧力214をかけるための他の手段を使用して実施することが可能である。
方法500(図21)のステップ510は、複合プリフォーム300(図1)に熱212(図1)が加えられたことに応じて、複合プリフォーム300(図1)の樹脂312(図1)の粘度を低下させることを含みうる。加えて、複合プリフォーム300に加えられた熱212により、熱硬化性樹脂312のポリマーの架橋結合が引き起こされて、硬化が促進されうる。しかしながら、ある実施例では、熱212を加えずに樹脂312の硬化が可能な材料系の複合プリフォーム300が供給されうる。
方法500(図21)のステップ512は、くぼみ350の少なくとも一部が樹脂濡れ制御層400(図20)で少なくとも部分的に塞がれたことに応じて、複合プリフォーム300(図20)のツール側302(図20)及び/又は当て板側304(図20)のプライ表面310(図20)の表面積(図示せず)全体に樹脂312を均一に配分することを含みうる。ある実施例では、圧密圧力214(図20)を加えることで、樹脂の流れが促進され得、複合プリフォーム300のツール側302(図20)及び/又は当て板側304(図20)のプライ表面310全部が濡れることが可能になる。上述したように、複合プリフォーム300のプライ表面310に対して樹脂濡れ制御層400が柔軟であることで、プライ表面310が均一に濡れやすくなりうる。上記均一な濡れ性は、従来の当て板(図示せず)と、複合プライ306(図20)のプライ表面310を画定する繊維トウ314(図18)とくぼみ350(図3)の輪郭との間に生じうる隙間(図示せず)が低減された、又は回避された結果として得られる。
方法500(図21)のステップ514は、複合プリフォーム300がコア358(図19)を含む実施例において、複合プリフォーム300を、最外部のプライ(図19)及び/又は内部のプライ(図19)を含む複合プライ306(図1)の一又は複数のプライ表面310(図1)の表面孔(図示せず)が低減された又は存在しない硬化複合品322(図2)に硬化させることを含みうる。ある実施例では、硬化複合品322のツール側302(図1)、当て板側304(図1)、及び/又はコア側305(図1)に表面孔食がないものでありうる。上述したように、熱212(図10)及び/又は圧密圧力214(図10)を加えることによって、複合プリフォーム300(図9)が硬化しやすくなりうる。硬化プロセスの間に、複合プリフォーム300の温度を上昇させて、硬化が完了するまで一又は複数の保持期間の間一又は複数の硬化温度に維持し得、その後複合プリフォーム300の温度を、例えば熱212を加えるのをやめること等によって低下させうる。成形ツール102のツール表面104、当て板106の当て板表面108、及び/又はコア358(図1)の一又は複数のコア表面364に樹脂濡れ制御層400を含むことによって、硬化複合品322の表面孔(図示せず)又は表面孔食(図示せず)が大幅に低減されうる又は防止されうるため、有利である。
図22は、本明細書に開示されているシステム100(図1)及び/又は方法500(図21)の一又は複数の実施例を使用して製造されうる一又は複数の複合品322(図1)を含む航空機614の斜視図である。航空機614は、前方端部に機首618、後方端部に尾部620を有する胴体616を含みうる。尾部620は、垂直尾翼624と、一又は複数の水平尾翼622とを含み得る。加えて、航空機614は、胴体616から外に向かって延在している一対の翼628を含み得る。航空機614に、一又は複数の推進ユニット626が含まれうる。例えば、推進ユニットは翼628に支持されうる。
図22は概して一般の航空機614を表すものであるが、本明細書に開示されるシステム100(図1)及び/又は方法500(図21)は、固定翼機、回転翼機、及び様々な他の種類の飛行体の内の任意のものを含む一般の航空機、民間航空機、軍用航空機を含むすべての種類の航空機のための複合品322(図1)を製造するために実施されうる。更に、本明細書に開示されているシステム100(図1)及び/又は方法500(図21)は、非限定的に、ミサイル、ロケット、打上げ機、衛星を含む宇宙飛行体に使用されうる複合品322(図1)を製造するために実施されうる。加えて、システム100(図1)及び/又は方法500(図21)は、全ての種類のバイク、及び全ての種類の船を含む地上の輸送手段のための複合品322(図1)を製造するために実施されうる。この点において、システム100(図1)及び/又は方法500(図21)は、非限定的に、全ての種類のシステム、アセンブリ、サブアセンブリ、又は建築物及び他の地上の構造を含む構造を含む全ての種類の輸送手段又は非輸送手段の用途のための複合品322(図1)を形成するために実施されうる。
図23を参照する。本開示の実施形態は、図23に示す航空機の製造及び保守方法600、及び図24に示す航空機614に照らして説明され得る。製造前の段階では、例示的な方法600は、航空機614の仕様及び設計601と、材料の調達602とを含み得る。製造段階では、航空機614の構成要素及びサブアセンブリの製造604、及びシステムインテグレーション606とが行われる。その後、航空機614は、認可及び納品608を経て運航610に供されうる。顧客により運航610される間に、航空機614には、定期的な整備及び保守612(改造、再構成、改修なども含み得る)が予定される。以下に記すように、本開示のシステム100(図1)及び方法(図21)は、材料の調達602の間、及び/又は製造、構成要素及びサブアセンブリの製造604の間に実施されうる。例えば、システム100(図1)及び方法(図21)は、非限定的に、航空機614の機体630及び/又は内装632を含む航空機614の様々な異なる航空機の構成要素(図示せず)の内の任意の構成要素を製造する、構成要素及びサブアセンブリを製造する、改造する、再構成する、及び/又は改修するために実施されうる。
方法600(図23)の各プロセスは、システムインテグレータ、第三者、及び/又はオペレータ(例えば顧客)によって実施又は実行されうる。本書の目的において、システムインテグレータは、限定されることなく任意の数の航空機製造業者及び主要システム下請業者を含み得、第三者は、限定されることなく任意の数のベンダー、下請業者、及び供給業者を含み得、且つ、オペレータは、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス機関などであり得る。
図24に示すように、例示の方法600によって製造された航空機614は、複数の高レベルシステム634及び内装632を備えた機体630を含み得る。高レベルのシステム634の例には、推進システム636、電気システム638、油圧システム640、及び環境システム642のうちの一又は複数が含まれる。任意の数の他のシステム634が含まれ得る。本開示のシステム100(図1)及び方法500(図21)は、航空機614(図22)の製造、構成要素及び/又はサブアセンブリの製造604の間、及び/又は航空機614のシステムインテグレーション606の間に実施されうる。例えば、システム100(図1)及び/又は方法500(図21)は、例えば、胴体616(図22)、垂直尾翼624(図22)、水平尾翼622(図22)、及び/又は翼628(図22)等の機体630に組み込まれうる複合品322(図2)を製造するために実施されうる。システム100(図1)及び方法500(図21)はまた、航空機614の一又は複数の高レベルのシステム634及び/又は航空機614の内装632に含まれうる任意の一又は複数の航空機の構成要素を製造するためにも実施されうる。航空宇宙産業の例を示しているが、本発明の原理は、自動車産業などの他の産業にも適用されうる。
本明細書に具現化された装置及び方法は、製造及び保守方法600(図23)の一又は複数の任意の段階で採用することができる。例えば、製造のプロセスに対応する構成要素またはサブアセンブリは、航空機614(図22)の運航中に製造される構成要素またはサブアセンブリと同様の方法で作製または製造され得る。また、一つ又は複数の装置の実施形態、方法の実施形態、若しくはそれらの組み合わせは、例えば、航空機614の組立を実質的に効率化するか、又は航空機12のコストを削減することにより、製造段階において利用され得る。同様に、一又は複数の装置の実施形態、方法の実施形態、あるいはそれらの組み合わせは、航空機614の運航中に、例えば非限定的に、整備及び保守612(図23)に利用されうる。
ゆえに、要約すると、本発明の第1の態様により、下記が提供される。
A1.複合品(322)を製造するシステム(100)であって、
複合プリフォーム(300)の複合プライ(306)と接触して配置されるように構成された樹脂濡れ制御層(400)を備え、
樹脂濡れ制御層(400)は、複合プライ(306)のプライ表面(310)を補完するように構成されているシステム。
A2.樹脂濡れ制御層(400)により、プライ表面(310)の表面孔が低減されるように構成されている、
段落A1に記載のシステム(100)も提供されている。
A3.それぞれの成形ツール(102)と当て板(106)のツール表面(104)と当て板表面(108)のうちの少なくとも1つに関連付けられ、複合プリフォーム(300)のそれぞれのツール側(302)と当て板側(304)の最外部のプライ(308)のプライ表面(310)を補完するように構成されている樹脂濡れ制御層(400)
を更に含む、段落A1に記載のシステム(100)も提供されている。
A4.樹脂濡れ制御層(400)が、複合プリフォーム(300)の内部のプライ(307)の間に挟まれるように構成されたコア(358)の対向するコア表面(364)の少なくとも1つに関連づけられ、複合プリフォーム(300)のコア側(305)の内側のプライ(307)のプライ表面(310)を補完するように構成されている、
段落A1に記載のシステム(100)も提供されている。
A5.樹脂濡れ制御層(400)が、複合プライ(306)のプライ表面(310)を補完するように構成された複数の表面特徴(405)を有する表面テクスチャ(404)を含む、
段落A1に記載のシステム(100)も提供されている。
A6.複合プリフォーム(300)の複合プライ(306)が織布(318)で形成され、
表面特徴(405)が織布(318)を補完するように成形されている、
段落A5に記載のシステム(100)も提供されている。
A7.織布(318)が、織布(318)の繊維トウ(314)の交点に形成された複数のくぼみ(350)と、
くぼみ(350)を補完するように構成された複数の突出部(406)を含む表面特徴(405)とを有する、
段落A6に記載のシステム(100)も提供されている。
A8.樹脂濡れ制御層(400)が、厚さ方向(422)に沿って柔軟であり、プライ表面(310)の複雑な輪郭(311)と一致する柔軟層(420)を含む、
段落A1に記載のシステム(100)も提供されている。
A9.柔軟層(420)がエラストマー材料を含む、
段落A8に記載のシステム(100)も提供されている。
A10.柔軟層(420)が、0.002から0.12インチの範囲の層厚さ(424)を有する、
段落A8に記載のシステム(100)も提供されている。
A11.樹脂濡れ制御層(400)が、成形ツール(102)のツール表面(104)、当て板(106)の当て板表面(108)、及びコア(358)のコア表面(364)のうちの少なくとも1つと一体である、
段落A1に記載のシステム(100)も提供されている。
B1.複合品(322)を製造するシステム(100)であって、
成形ツール(102)と当て板(106)のうちの少なくとも1つであって、成形ツール(102)はツール表面(104)を有し、当て板(106)は当て板表面(108)を有し、ツール表面(104)と当て板表面(108)は、複数のくぼみ(350)を有する織布(318)で形成される最外部のプライ(308)を含む複合プリフォーム(300)のそれぞれのツール側(302)と当て板側(304)と接触するように構成されている、成形ツール(102)と当て板(106)のうちの少なくとも1つと、
ツール表面(104)と当て板表面(108)のうちの少なくとも1つと関連づけられ、複合プリフォーム(300)のそれぞれのツール側(302)と当て板側(304)の表面孔を低減させるように構成されている樹脂濡れ制御層(400)とを備え、
樹脂濡れ制御層(400)は、厚さ方向(422)に沿って柔軟なエラストマー層として形成されている、及び/又は最外部のプライ(308)のくぼみ(350)の表面形状及び間隔を補完するように構成された表面テクスチャ(404)を含むシステム(100)。
C1.複数のくぼみ(350)を有する複合プリフォーム(300)の複合プライ(306)と接触して配置されるように構成されている表面テクスチャ(404)を含み、
表面テクスチャ(404)は、くぼみ(350)を補完するように位置決めされている複数の突出部(406)を含む、複合品(322)を製造するための樹脂濡れ制御層(400)。
C2.一又は複数の突出部(406)が、突出部(406)の少なくとも一方向に沿った中央垂直軸(414)を中心として対称の突出部形状を有する、
段落C1に記載の樹脂濡れ制御層(400)も提供されている。
C3.一又は複数の突出部(406)が、中央垂直軸(414)を中心として非対称の突出部形状を有する、
段落C1に記載の樹脂濡れ制御層(400)も提供されている。
D1.複合品(322)を製造する方法であって、
樹脂濡れ制御層(400)を、複数のくぼみ(350)を含むプライ表面(310)を有する複合プリフォーム(300)の一方の側と補完的に嵌合させるステップと、
複合プリフォーム(300)を硬化させている間に、樹脂濡れ制御層(400)の補完構造(401)によって占められるくぼみ(350)の少なくとも一部の空間(351)に樹脂(312)及びガスが入ることを防止するステップと
を含む方法。
D2.樹脂濡れ制御層(400)で、くぼみ(350)の少なくとも一部を少なくとも部分的に塞ぐこと
を更に含む、段落D1に記載の方法も提供されている。
D3.樹脂濡れ制御層(400)を、複合プリフォーム(300)の一方の側と補完的に嵌合させるステップが、
樹脂濡れ制御層(400)を、複数のくぼみ(350)を有する複合プリフォーム(300)のツール側(302)と当て板側(304)のうちの少なくとも1つの最外部のプライ(308)と補完的に嵌合させるステップを含み、
樹脂濡れ制御層(400)は、それぞれの成形ツール(102)と当て板(106)のツール表面(104)と当て板表面(108)のうちの少なくとも1つに関連付けられる、D1に記載の方法も提供されている。
D4.樹脂濡れ制御層(400)を、複合プリフォーム(300)の一方の側と補完的に嵌合させるステップが、
樹脂濡れ制御層(400)を、コア(358)を有する複合プリフォーム(300)のコア側(305)の内部のプライ(307)と補完的に嵌合させるステップを含み、
樹脂濡れ制御層(400)は、対向しているコア表面(364)のうちの少なくとも1つと関連付けられる、段落D1に記載の方法も提供されている。
B5.樹脂濡れ制御層(400)でくぼみ(350)を少なくとも部分的に塞いだ後に、複合プリフォーム(300)のツール側(302)、当て板側(304)、及びコア側(305)のうちの少なくとも1つの全体に樹脂(312)を配分するステップ
を更に含む、段落D1に記載の方法も提供されている。
D6.樹脂濡れ制御層(400)が、複合プリフォーム(300)の織布(318)のプライ表面(310)を補完する複数の表面特徴(405)を有する表面テクスチャ(404)を含む、
段落D1に記載の方法も提供されている。
D7.樹脂濡れ制御層(400)を複合プリフォーム(300)の一方の側と補完的に嵌合させるステップが、
プライ表面(310)のくぼみ(350)に合致するように、表面特徴(405)を位置決めするステップを
を含む、段落D1に記載の方法も提供されている。
D8.表面特徴(405)が突出部(406)であり、
突出部(406)のうちの少なくとも1つが、織布(318)のくぼみ(350)の少なくとも50%を塞ぐようにサイズ設定され、構成されている、
段落D1に記載の方法も提供されている。
D9.樹脂濡れ制御層(400)が、厚さ方向(422)に沿って柔軟な柔軟層(420)であり、方法は更に、
柔軟層(420)をプライ表面(310)に対して圧縮するステップと、
柔軟層(420)をプライ表面(310)に対して圧縮したことに応じて、くぼみ(350)の少なくとも一部を柔軟層(420)の局所部分(426)で少なくとも部分的に塞ぐステップと
を含む、段落D1に記載の方法も提供されている。
B17.柔軟層(420)をプライ表面(310)に対して圧縮した後に、複合プリフォーム(300)に樹脂(312)を注入すること
を更に含む、段落D4に記載の方法も提供されている。
D11.複合プリフォーム(300)が、プリプレグ複合プライ(306)からなる、
段落D1に記載の方法も提供されている。
D12.樹脂濡れ制御層(400)が成形ツール(102)のツール表面(104)、当て板(106)の当て板表面(108)、及びコア(358)のコア表面(364)のうちの少なくとも1つと一体である、
段落D1に記載の方法も提供されている。
B17.航空機の構成要素を形成すること
を更に含む、
段落D1に記載の方法も提供されている。
本開示の追加的な修正及び改良は、当業者には明白であり得る。したがって、本明細書に説明され図示されている、部品の特定の組み合わせは、本開示のある種の実施形態のみを表すことを意図し、本開示の趣旨及び範囲に含まれる代替的な実施形態または装置を限定することを意図していない。

Claims (15)

  1. 複合品を製造するシステムであって、
    複合プリフォームの複合プライと接触して配置されるように構成される樹脂濡れ制御層を備え、
    前記樹脂濡れ制御層は、複合プライのプライ表面を補完するように構成されているシステム。
  2. 前記樹脂濡れ制御層により、前記プライ表面の表面孔が低減されるように構成されている、請求項1に記載のシステム。
  3. 成形ツール及び当て板それぞれのツール表面と当て板表面のうちの少なくとも1つに関連付けられ、前記複合プリフォームのそれぞれのツール側と当て板側の最外部のプライの前記プライ表面を補完するように構成されている前記樹脂濡れ制御層を更に含む、請求項1に記載のシステム。
  4. 前記樹脂濡れ制御層が、前記複合プリフォームの内部のプライ間に挟まれるように構成されたコアの対向しているコア表面の少なくとも1つに関連づけられ、前記樹脂濡れ制御層が、前記複合プリフォームのコア側の内部のプライの前記プライ表面を補完するように構成されている、請求項1に記載のシステム。
  5. 前記樹脂濡れ制御層が、前記複合プライの前記プライ表面を補完するように構成された複数の表面特徴を有する表面テクスチャを含む、請求項1に記載のシステム。
  6. 前記複合プリフォームの複合プライが織布で形成されており、前記表面特徴が前記織布を補完するように成形されている、請求項5に記載のシステム。
  7. 前記織布が、前記織布の繊維トウの交点に形成された複数のくぼみを有し、
    複数の突出部を含む前記表面特徴が、前記くぼみを補完するように構成されている、
    請求項6に記載のシステム。
  8. 複合品を製造するための樹脂濡れ制御層であって、
    複数のくぼみを有する複合プリフォームの複合プライと接触して配置されるように構成された表面テクスチャを含み、
    前記表面テクスチャは、前記くぼみを補完するように位置づけされた複数の突出部を含む樹脂濡れ制御層。
  9. 前記突出部の一又は複数は、前記突出部の少なくとも一方向に沿った中央垂直軸を中心として対称である突出部形状を有する、
    請求項8に記載の樹脂濡れ制御層。
  10. 複合品を製造する方法であって、
    樹脂濡れ制御層を、複数のくぼみを含むプライ表面を有する複合プリフォームの一方の側と補完的に嵌合させるステップと、
    前記複合プリフォームを硬化させている間に、樹脂濡れ制御層の補完構造によって占められる前記くぼみの少なくとも一部の空間に樹脂とガスが入ることを防止するステップと
    を含む方法。
  11. 前記くぼみの少なくとも一部を、前記樹脂濡れ制御層で少なくとも部分的に塞ぐステップを更に含む、請求項10に記載の方法。
  12. 前記樹脂濡れ制御層を複合プリフォームの一方の側と補完的に嵌合させるステップが、
    前記樹脂濡れ制御層を、複数のくぼみを有する前記複合プリフォームのツール側と当て板側とのうちの少なくとも1つの最外部のプライと補完的に嵌合させるステップを含み、
    前記樹脂濡れ制御層は、成形ツールと当て板それぞれのツール表面と当て表面のうちの少なくとも1つと関連付けられる、請求項10に記載の方法。
  13. 前記樹脂濡れ制御層を、複合プリフォームの一方の側と補完的に嵌合させるステップが、
    前記樹脂濡れ制御層を、コアを有する前記複合プリフォームのコア側の内部のプライと補完的に嵌合させるステップを含み、
    前記樹脂濡れ制御層は、対向しているコア表面の少なくとも1つと関連付けられる、請求項10に記載の方法。
  14. 前記くぼみを前記樹脂濡れ制御層で少なくとも部分的に塞いだ後に、前記複合プリフォームのツール側、当て板側、及びコア側のうちの少なくとも1つの全体に樹脂を配分するステップを更に含む、請求項10に記載の方法。
  15. 前記樹脂濡れ制御層が、前記複合プリフォームの織布の前記プライ表面を補完する複数の表面特徴を有する表面テクスチャを含み、
    前記表面特徴を、前記プライ表面の前記くぼみと合致するように位置決めする、請求項10に記載の方法。
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