JP3483623B2 - 繊維強化プラスチック構造部材の成形方法 - Google Patents

繊維強化プラスチック構造部材の成形方法

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【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、マッチドダイ成形型に
よりI型断面形状を有する構造部材を成形する繊維強化
プラスチック構造部材の成形方法に関する。 【0002】 【従来の技術】繊維強化プラスチックで作られた複合材
製品は、一般に、軽量かつ高強度であり、その特性か
ら、航空機の構造部材として広く使用されている。複合
材製品の中でI型断面形状を有する構造部材、たとえば
I型断面の小骨を、一対のチャンネル状ウェブ積層品と
平板状キャップ積層品と三角形のフィラーを用いてマッ
チドダイ成形型により成形する成形方法は、MD−11
複合材外方エルロンの開発日本航空宇宙学会誌 第37
巻第426号別刷 1989年7月号により公知であ
る。 【0003】上記マッチドダイ成形型により成形する成
形方法は、硬化後のトリム工程を必要としない正寸レイ
アップと組立時に必要な調整を最小にするため、高い寸
法精度が得られるようにしたマッチドダイ成形型を用い
て行なうものである。このマッチドダイ成形型として、
図3に示すように、I型成形空間を形成するように組み
合わされるウェブ成形部1,1とキャップ成形部2,2
とから構成されたものは、たとえば、発明協会公開技報
88−3355 1988年3月22日発行により知ら
れている。 【0004】上記マッチドダイ成形型は、I型成形空間
に配置された一対のチャンネル状ウェブプライ3,3と
平板状キャッププライ4,4からI型断面形状を有する
構造部材を成形する。この場合、ウェブプライ3は、図
4に示すようにウェブ成形部1に積層配置されるが、ウ
ェブプライ形状に近付けるためにラフトリムされる。ウ
ェブ成形部1,1は、図5に示すように、硬化成形中に
複合材料素材の板厚変化に追従しオートクレーブ圧力が
均一に伝わるように、スペーサ5およびピン6を介して
結合される。ウェブプライ3,3のコーナー部には、フ
ィラープライ7が配置され、その上にキャッププライ4
が配置される。ウェブプライ3は、強度を適切に保つた
めに、板厚変化を持たせて平板状に積層されるが、複合
材の硬化後の体積変化を見越した積層を行なっているた
め、図6に示すようにウェブプライ3の板厚変化により
ウェブプライ3,3の間に密閉された空洞部8が形成さ
れる。 【0005】 【発明が解決しようとする課題】上記マッチドダイ成形
型による繊維強化プラスチック構造部材の成形方法は、
I型断面の構造部材の板厚が一定であれば、オートクレ
ーブ圧力が均一に伝わるので問題はないが、I型断面の
構造部材の強度を考慮すると、I型断面の構造部材の板
厚を部位に応じて変化させる必要があり、I型断面の構
造部材に複合材料素材の積層枚数の違いにより板厚の厚
い部位と薄い部位が形成される。 【0006】このように、I型断面の構造部材に板厚の
厚い部位と薄い部位が形成されると、オートクレーブ同
一時期に圧力が均一に伝わらず、硬化された複合材料部
品の内部品質にバラツキがでたり、I型断面の構造部材
の複合材料の積層枚数の違いによりウェブ成形部の合わ
せ面に形成される空洞部分をそのままの状態で硬化成形
すると、空洞部分のエアーが抜けきらず、I型断面の構
造部材にボイドが発生する。 【0007】本発明は上記した点に鑑みてなされたもの
で、硬化成形する際に複合材料素材の空洞部分からエア
ーを抜くことで複合材料部品のボイド発生を防ぐ繊維強
化プラスチック構造部材の成形方法を提供することを目
的とする。 【0008】 【課題を解決するための手段】本発明の繊維強化プラス
チック構造部材の成形方法は、繊維強化プラスチック材
料により積層成形し、板厚を変化させ積層した一対のチ
ャンネル状ウェブプライと平板状キャッププライを用い
マッチドダイ成形型によりI型断面形状を有する構造部
材を成形する繊維強化プラスチック構造部材の成形方法
において、試作品によりウェブプライの合わせ面のボイ
ドの発生位置およびボイドの大きさを測定し、樹脂未含
浸で上記繊維と同質でボイドの大きさに応じたロービン
グ材を、ウェブプライとキャッププライをマッチドダイ
成形型に組み込む時に、ウェブプライの合わせ面のボイ
ドの発生位置に埋設するとともに、このロービング材
を、マッチドダイ成形型とこのマッチドダイ成形型を被
覆するバギング材との空間部まで延ばし、真空引きし
て、オートクレーブ内で加圧加熱処理して硬化すること
を特徴とする。 【0009】 【作用】本発明の繊維強化プラスチック構造部材の成形
方法においては、ウェブプライの合わせ面にできる空洞
部にロービング材を適用することにより、空洞部に残っ
ているエアーを硬化成形中にロービング材を通して空洞
部から取り除くことでウェブプライの合わせ面にボイト
が発生することを防ぎ、また、ロービング材にオートク
レーブで軟化する繊維強化プラスチック材料の樹脂を含
浸させることでロービング材を製品に一体化してロービ
ング材を設けたことに伴う不都合を解消する。 【0010】 【実施例】以下本発明の実施例を図面につき説明する。
なお、図1において図3と同一部材については同一符号
を付す。 【0011】図1において符号10は、本発明の繊維強
化プラスチック構造部材の成形方法に用いられるロービ
ング材を示す。このロービング材10は、繊維強化プラ
スチック構造部材に使用されている複合材料強化材と同
じ繊維、たとえば、炭素繊維でかつこの炭素繊維に樹脂
が含浸されていないものである。ロービング材10とし
て樹脂が含浸されていない炭素繊維を用いたのは、炭素
繊維間の空間を空気通路として利用するためである。ロ
ービング材10の板厚は、製品の板厚に影響を与えない
ように、製品に使用されている複合材料の1枚の板厚も
しくはそれ以下の板厚に設定され、また、ロービング材
10の幅も製品形状に影響を与えないように、2〜3m
m(3000フィラメント)程度とされる。 【0012】上記ロービング材10は、ウェブプライ
3,3の合わせ面のボイドの発生位置に埋設される。こ
のロービング材10は、マッチドダイ成形型1、2から
マッチドダイ成形型1、2を被覆するバギング材11と
の空間部12まで延びるように配設される。ウェブプラ
イ3,3の合わせ面のボイドの発生位置および大きさ
は、予め成形した繊維強化プラスチック構造部材(試作
品)を分解することで測定される。 【0013】しかして、繊維強化プラスチック構造部材
をマッチドダイ成形型を用いて成形するには、まず、複
合材料をプリカットし、平板状に積層することで、ウェ
ブプライ3、キャッププライ4、フィラープライ7を形
成する。この場合、ウェブプライ3は、強度を適当に保
つために、板厚変化を持たせて積層される。また、ウェ
ブプライ3は、成形されるウェブプライ形状に近付ける
ためにラフトリムされる。ウェブプライ3は、図4に示
す高さの高い部位では、たとえばテープ8プライとファ
ブリック6プライで、硬化前の厚さが3.55mmで硬
化後の厚さが2.50mmとなり、高さの低い部位で
は、たとえばテープ8プライで、硬化前の厚さが1.2
5mmで硬化後の厚さが1.00mmとなる。 【0014】つぎに、ラフトリムされたウェブプライ
3、3は、マッチドダイ成形型のウェブ成形部1,1に
セットされ一対のチャンネル状ウェブプライを形成す
る。チャンネル状ウェブプライ3、3の合わせ面のボイ
ドの発生位置、すなわち、試作品により測定されたウェ
ブプライ3,3の合わせ面のボイドの発生位置に対応し
た位置に複合材料強化材と同じ繊維でかつ樹脂が含浸さ
れていないロービング材10が埋設される、このロービ
ング材10は、マッチドダイ成形型のウェブ成形部1か
ら外側に延びている。 【0015】ついで、ウェブ成形部1,1にセットされ
たチャンネル状ウェブプライ3,3のコーナーR部にフ
ィラープライ7が配置され、そのフィラープライ7を配
置したウェブプライ3,3の上にキャッププライ4が配
置される。そして、図3に示すように、キャッププライ
4の上にキャップ成形部2,2がウェブ成形部1,1と
結合するようにセットされる。 【0016】つぎに、ウェブプライ3、キャッププライ
4、フィラープライ7をセットしたマッチドダイ成形型
は、ガラスブリーザ13およびバギング材11で被覆さ
れる。バギング材11は適当な密閉手段により密閉空間
12を形成する。マッチドダイ成形型から外側に延びる
ロービング材10は、マッチドダイ成形型とバギング材
11の間の空間部12まで延びている。バギング材11
に設けた真空口金14を図示しない真空発生装置に接続
して真空発生装置を作動することで、バギング材11の
内部空間12を真空引きして真空空間を形成する。バギ
ング材11の内部空間を真空空間とすることで、ウェブ
プライ3,3の合わせ面の空洞部8のエアーは、ロービ
ング材10の空気通路を通ってマッチドダイ成形型の外
部に取り除かれる。 【0017】ウェブプライ3、キャッププライ4、フィ
ラープライ7がセットされ、ウェブプライ3,3の合わ
せ面の空洞部8のエアーを取り除いたマッチドダイ成形
型は、オートクレーブ内に配置され、このオートクレー
ブにおいて加圧加熱処理される。ウェブプライ3とキャ
ッププライ4とフィラープライ7を硬化することで、図
2に示すI型断面の複合材製小骨20が成形される。こ
のI型断面の複合材製小骨20の寸法は、たとえば、a
が90mm、bが200mm、cが800mm、dが3
0mmである。 【0018】本発明による繊維強化プラスチック構造部
材の成形方法におけるオートクレーブ条件は、加圧加熱
時も真空引きされているので、オートクレーブ処理時に
も、空洞部8に残されたエアーはロービング材10の空
気通路を通ってマッチドダイ成形型の外部に取り除かれ
る。 【0019】また、ウェブプライ3,3の合わせ面に設
けたロービング材10は、オートクレーブ内で加圧加熱
処理される際に、製品に使用している複合材料から軟化
した樹脂が繊維間に含浸するので、ロービング材10自
体も製品と一体となる。したがって、ロービング材10
をウェブプライ3,3の合わせ面に埋設したことでウェ
ブプライ3,3の合わせ面にボイドが発生することはな
い。 【0020】 【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、ウェ
ブプライの合わせ面にできる空洞部にロービング材を適
用することにより、空洞部に残っているエアーを硬化成
形中にロービング材を通して空洞部から取り除くことで
ウェブプライの合わせ面にボイドが発生することを防
ぎ、また、ロービング材にオートクレーブで軟化する繊
維強化プラスチック材料の樹脂を含浸させることでロー
ビング材を製品に一体化してロービング材を設けたこと
に伴う不都合は生じない。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明による繊維強化プラスチック構造部材の
成形方法の途中段階を示す図。 【図2】本発明による繊維強化プラスチック構造部材の
成形方法により成形されたI型断面の複合材製小骨を示
す図。 【図3】ウェブプライ、キャッププライ、フィラープラ
イがセットされたマッチドダイ成形型を示す図。 【図4】ウェブプライをウェブ成形部にセットする段階
を示す図。 【図5】マッチドダイ成形型のウェブ成形部にキャップ
成形部をセットする前の段階を示す図。 【図6】ウェブプライ、キャッププライ、フィラープラ
イがセットされたマッチドダイ成形型の断面図。 【符号の説明】 1 マッチドダイ成形型のウェブ成形部 2 マッチドダイ成形型のキャップ成形部 3 チャンネル状ウェブプライ 4 平板状キャッププライ 10 ロービング材 11 バギング材 12 空間部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI B29L 31:30 B29C 67/14 G (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B29C 43/00 - 43/58 B29C 70/06

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】繊維強化プラスチック材料の積層枚数を長
    手方向において変化させ板厚を変化させて形成する一対
    のチャンネル状ウェブプライの背面同士を当接させて形
    成される断面I字形の上下に平板状キャッププライを配
    置してマッチドダイ成形型によりI型断面形状の構造部
    材を成形する繊維強化プラスチック構造部材の成形方法
    において、 一対のチャンネル状ウェブプライの当接した背面側に発
    生するボイドの位置および大きさを測定する工程と、 設定した繊維強化プラスチック材料に使用される繊維と
    同質で樹脂が含浸されていないロービング材を上記繊維
    強化プラスチック材料以下の厚みと上記ボイドの大きさ
    に合わせて設定した幅に設定する工程と、 設定したロービング材を上記ボイドが発生する位置に埋
    設するとともにマッチドダイ成形型の外まで延長する工
    程と、 マッチドダイ成形型をバギング材で覆い真空引きしなが
    ら加圧加熱する工程とを有することを特徴とする繊維強
    化プラスチック構造部材の成形方法。
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