JP3815848B2

JP3815848B2 - 複合材の成形装置および成形方法

Info

Publication number: JP3815848B2
Application number: JP12146997A
Authority: JP
Inventors: 健一徳永
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1997-04-25
Filing date: 1997-04-25
Publication date: 2006-08-30
Anticipated expiration: 2017-04-25
Also published as: JPH10296864A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、繊維織物により補強された強化樹脂からなる複合材の成形装置において、予め樹脂を含浸してあるプリプレグ複合材の成形装置に係り、特に複合材のしわ、うねりを防止する成形装置および成形方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、航空機、自動車などのあらゆる産業分野において各種複合材が応用されるようになってきており、その傾向は益々増大している。ところで、一般に曲面板複合材を成形する場合その屈曲部位には各種の欠陥が出来易いものであって、従来から対策の試みがなされている。例えば図７に示す特開平２−１７５２３１号公報の技術が知られている。図７において積層したプリプレグ１０１を金型１０２に重ね、このプリプレグ１０１上に離型用フィルム１０３、通気用繊維１０４、真空パック１０５をこの順に重ね、真空パック１０５の内側を真空引きすることにより加圧成形し、オートクレーブで更に加圧し、加熱、硬化成形する装置である。そして成形用型板１０６を離型用フィルム１０３と通気用繊維１０４の間に挿入することにより屈曲部の肉厚の減少を緩和している。
【０００３】
また平面板複合材の成形では特開平４−４１１１号公報の技術が知られている。これは成形型の材質をグラファイトとし、オートクレーブ硬化過程で、プリプレグ積層体の層間のガスの吸引排出機能を改善し品質改善を図るものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の特開平２−１７５２３１号公報のものにおいては、オートクレーブで硬化時、缶内圧力を高めることにより真空パック１０５は外部から加圧され、プリプレグ１０１には図７に示す力Ｆが働く。これにより、硬化中にプリプレグ１０１の肉厚はＴ１からＴ２へ押圧され、屈曲部に沿う方向繊維のプリプレグの屈曲外周部位は半径Ｒ１からＲ２へと曲率が大きくなるため、余分なプリプレグが生じ、これが図８に示すように屈曲外周部位にプリプレグ繊維のしわ、うねりとなり強度低下を引き起こす、あるいは所定の肉厚にならない等という問題点があった。
【０００５】
また特開平４−４１１１号公報の平面板の成形においても、オートクレーブによる加熱硬化過程で、プリプレグの樹脂分の粘度低下により繊維が流動しやすくなるため、プリプレグ肉厚が約５ｍｍ以上の厚さでは流動する範囲が大きく、しわ、うねりが全面にわたって発生し品質不良を生じる問題点があった。
【０００６】
このような従来技術の問題点を解消するため、本発明は樹脂を含浸したプリプレグを素材とする複合材の成形において、しわ、うねりの発生を防止する複合材の成形装置および成形方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成する請求項１に記載の複合材の成形装置の発明は、下型の上に方向を変えて複数層の一方繊維プリプレグを積層し、このプリプレグの上に成形用上型板を重ね、この成型用上型板の上に通気用織物を重ね、この通気用織物の上にバッグフィルムを重ね、このバッグフィルムの内側を真空引きすることによりプリプレグを加圧し、加熱して硬化させる複合材の成形装置において、下型の上に固定された張力板と、張力板の上に載置されてプリプレグを押圧する拘止板とにより前記プリプレグの端部を拘止する拘止装置を備えたことを特徴とする。
【０００８】
また請求項２に記載の発明は、請求項１の請求項１の複合材の成形装置にいて、屈曲部を有する下型の上に積層された前記一方向繊維プリプレグには前記屈曲部に沿う方向に積層されたプリプレグが含まれており、前記屈曲部に沿う方向に積層された前記プリプレグが前記拘止装置に拘止されることを特徴とする。
【０００９】
また請求項３に記載の発明は、請求項１の複合材の成形装置において、平板状をなす下型の上に積層された前記一方向繊維プリプレグが、前記拘止装置に拘止されることを特徴とする。
【００１０】
また請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明の構成のうち、上記拘止装置の張力板を、上記成形用上型板の端部より３５ｍｍから６０ｍｍの範囲の位置で上記下型の上に固定し、前記張力板の高さ寸法は、プリプレグ肉厚をＴｍｍとするとき、１．７×Ｔｍｍにすることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項５に記載の複合材の成形方法の発明は、下型の上に方向を変えて複数層の一方向繊維プリプレグを積層し、このプリプレグの上に成形用上型板を重ね、前記一方向繊維プリプレグの端部を前記下型に固定された張力板とこの張力板の上に載置されてプリプレグを押圧する拘止板からなる拘止装置によって拘止し、前記成形用上型板及び前記拘止装置の上に通気用織物を重ね、この通気用織物の上にバッグフィルムを重ね、このバッグフィルムの内側を真空引きしてプリプレグを加圧した状態下で、加熱して硬化させることを特徴とする。
【００１２】
すなわち本発明では曲面板複合材の屈曲部位、あるいは約５ｍｍ以上の厚さの平面板複合材全面の、しわ、うねりが発生する特定方向繊維プリプレグ端部をプリプレグ拘止装置により拘止し、加圧によって前記特定方向繊維プリプレグの繊維に張力を生じさせて繊維を引っ張ることにより、プリプレグのしわ、うねりの発生を防止するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態を図１〜図４に基づき説明する。
第１の実施の形態は下型が曲面をなす形状のもので、図１は曲面板複合材成形装置のプリプレグ拘止装置取付状態を示し、図２はプリプレグ拘止装置の斜視図、図３は成形時の装置の横断面図であり、図４は成形時のプリプレグ端部の詳細断面図である。
【００１４】
図１はベース１の上に下型板２を重ね、図示しないプリプレグをセットしてプリプレグ拘止装置５を固定したものである。図２はプリプレグ拘止装置５を示し、このプリプレグ拘止装置５は断面Ｌ字型形状の張力板６と、平板状の拘止板７により成る。図３においてベース１の上に屈曲部Ａを有する下型板２を重ね、下型板２の上に予め樹脂を含浸してあるプリプレグ３を重ねる。プリプレグ３は複数層あり一方向繊維のプリプレグを繊維の向きを変えて積層する。すなわち屈曲部Ａに沿う方向（図１でＸ方向）繊維のプリプレグを、屈曲部Ａに沿う方向以外の方向繊維を有するプリプレグの積層端部Ｂより延長する。プリプレグ３の上に成形用上型板４を重ねる。この成形用上型板４の端部は屈曲部Ａに沿う方向以外の方向繊維のプリプレグの積層端部Ｂと同じ位置まで延びている。
【００１５】
次いで屈曲部Ａに沿う方向繊維のプリプレグ３の端部を引っ張り、プリプレグ３にたるみがない状態にして、下型板２の上に接着剤等で固定されたプリプレグ拘止装置５を構成する張力板６と拘止板７により張力板６の切欠き部で屈曲部Ａに沿う方向繊維のプリプレグの端部を挟持する。拘止板７はプリプレグ３のたるみがない状態にする重さを有すれば十分で、余り重くする必要はなく、また張力板６への固定も張力板６から落下しない程度で良く、ねじ等で強く締め付ける必要はない。
【００１６】
ついで成形用上型板４、両端の張力板６および拘止板７の全体を覆って通気用織物８を重ね、通気用織物８の上にバッグフィルム９を重ねる。バッグフィルム９の縁部と下型板２の間にはシーラント１０を介装し、バッグフィルム９内側の気密性が保たれるようにする。なお、バッグフィルム９は成形用上型板４の端部とプリプレグ拘止装置５の間の部分に少ししわを作っておく。これに真空ポンプ（図示せず）からのホース１１を接続し、真空引きを行いプリプレグ３を押圧した状態とし、次いでオートクレーブ（図示せず）で加圧、加熱して硬化成形する。
【００１７】
このような成形装置にプリプレグ３をセットし、オートクレーブ硬化過程で缶内圧力を高めると、プリプレグ３には図３の力Ｆが作用する。プリプレグ３を押圧し所定の肉厚に成形するとともに、屈曲部Ａに沿う方向繊維のプリプレグ延長部（図４においてＣの部分）は、屈曲部Ａに沿う方向以外の方向繊維のプリプレグの積層端部Ｂとプリプレグ拘止装置５の間で、図４に示すように下型板２側に湾曲し、屈曲部Ａに沿う方向繊維のプリプレグに張力が付与される。
【００１８】
すなわち、オートクレーブ硬化過程でプリプレグ３の肉厚がＴ１からＴ２に薄くなるため、プリプレグ３の屈曲部Ａ外周部位の曲率が大きくなり、屈曲部Ａ外周部位の屈曲部Ａに沿う方向繊維のプリプレグに余剰繊維が生じる。しかし前述の力Ｆが屈曲部Ａに沿う方向以外の方向繊維のプリプレグの積層端部Ｂとプリプレグ拘止装置５の間で、余剰繊維の延長部を下型板２の方向に更に湾曲させ張力を付与し、屈曲部Ａに沿う方向に引っ張るため、プリプレグ３の屈曲部位のしわ、うねりの発生を防止している。
【００１９】
次に第２の実施の形態である、平面板複合材の成形装置を図５、図６に基づき説明する。図５は横断面、図６はそのプリプレグ端部の拡大断面図を示す。
第１の実施の形態の屈曲部Ａを有する下型板２および成形用上型板４に代えて、図５では平面板複合材の成形用に平板状の下型板２１と成形用上型板４１を用いるようにしたものである。なお、その他の構成については、前述第１の実施の形態と同一となっており、その作用も約５ｍｍ以上の厚さの平面板複合材において、オートクレーブ硬化過程における加熱によりプリプレグの樹脂分の粘度低下による繊維の流動化に対し、オートクレーブ加圧時プリプレグ拘止装置により、しわ、うねりが発生する繊維に張力を付与して、しわ、うねりの発生を防止するものであり、第１の実施の形態と同一作用である。
【００２０】
なお、本発明の実験において、プリプレグ拘止装置５の張力板６を下型板２、２１に固定する場合、積層端部Ｂからの位置寸法Ｃと張力板６の高さ寸法Ｄは、図４および図６に示す通りで以下の寸法が好ましい。これらの数値によりコンパクトで作業も容易な拘止装置が得られる。
３５ｍｍ≦Ｃ≦６０ｍｍ
Ｄ＝１．７×Ｔ（但しＴ：プリプレグ肉厚ｍｍ）
【００２１】
【発明の効果】
本発明による曲面板複合材および平面板複合材の成形装置および成形方法は以上説明したように、特定方向繊維のプリプレグを拘止し張力を付与するプリプレグ拘止装置を設け、オートクレーブ硬化過程で缶内圧力を加圧時、プリプレグ繊維の張力を高めプリプレグ繊維のしわ、うねりの発生を防止し、また所定の肉厚に成形することが可能になり良好な品質の複合材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態のプリプレグ拘止装置取付状態を示す斜視図である。
【図２】図１の装置のプリプレグ拘止装置の斜視図である。
【図３】第１の実施の形態の成形時の横断面図である。
【図４】図３のプリプレグ端部の詳細断面図である。
【図５】本発明に係る第２の実施の形態の横断面図である。
【図６】図５のプリプレグ端部の詳細断面図である。
【図７】従来の成形装置の横断面図である。
【図８】図７の屈曲部の詳細断面図である。
【符号の説明】
１ベース
２、２１下型板
３プリプレグ
４、４１成形用上型板
５プリプレグ拘止装置
６張力板
７拘止板
８通気用織物
９バッグフィルム
１０シーラント
１１ホース

Claims

下型の上に方向を変えて複数層の一方繊維プリプレグを積層し、このプリプレグの上に成形用上型板を重ね、この成型用上型板の上に通気用織物を重ね、この通気用織物の上にバッグフィルムを重ね、このバッグフィルムの内側を真空引きすることによりプリプレグを加圧し、加熱して硬化させる複合材の成形装置において、
下型の上に固定された張力板と、張力板の上に載置されてプリプレグを押圧する拘止板とにより前記プリプレグの端部を拘止する拘止装置を備えたことを特徴とする複合材の成形装置。
屈曲部を有する下型の上に積層された前記一方向繊維プリプレグには前記屈曲部に沿う方向に積層されたプリプレグが含まれており、
前記屈曲部に沿う方向に積層された前記プリプレグが前記拘止装置に拘止されることを特徴とする請求項１に記載の複合材の成形装置。
平板状をなす下型の上に積層された前記一方向繊維プリプレグが、前記拘止装置に拘止されることを特徴とする請求項１に記載の複合材の成形装置。
前記拘止装置の張力板を、前記成形用上型板の端部より３５ｍｍから６０ｍｍの範囲で前記下型の上に固定し、前記張力板の高さ寸法は、プルプレグ肉厚をＴｍｍとするとき、１．７×Ｔｍｍにすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の複合材の成形装置。
下型の上に方向を変えて複数層の一方向繊維プリプレグを積層し、
このプリプレグの上に成形用上型板を重ね、
前記一方向繊維プリプレグの端部を前記下型に固定された張力板とこの張力板の上に載置されてプリプレグを押圧する拘止板からなる拘止装置によって拘止し、
前記成形用上型板及び前記拘止装置の上に通気用織物を重ね、
この通気用織物の上にバッグフィルムを重ね、
このバッグフィルムの内側を真空引きしてプリプレグを加圧した状態下で、加熱して硬化させることを特徴とする複合材の成形方法。