JP4097899B2 - ファイバ強化複合物 - Google Patents
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- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Description
【０００１】
発明の属する技術分野
この発明はファイバ強化複合物、とくに航空機構造といった高強度応用で使用されるファイバ強化複合物（fibre reinforced composites）に関する。
【０００２】
従来の技術
プルトルージョン（pultrusion：最新の複合物用の連続するファイバの製造方法）によって、例えば航空機翼や胴体外板用のスキンストリンガとして使用するための複合構造部材を製造することが知られている。こういったプルトルードした部材は、現在では強化用ファイバ（例えばカーボンファイバ）をダイを通して抽き出して、ファイバに液状プラスチックマトリックス材料を加えて、全体を硬化もしくは凝固させて、必要とされる断面積と不確定の長さをもつファイバ強化複合構造部材を形成することによって製造されている。
【０００３】
発明が解決すべき課題
航空機翼とか胴体外板ストリンガのような構造用部材に強度特性を与え、この特性がその長さに沿って変るようにすることが求められることがある。現在では、このような部材には求められる強度の変化を達成するために可変断面積をもつ部材のようなものを作ることが提案されている。不運にも、プルトルードした部材に対して断面形状をこのように変えることは達成が容易でない。現状では可変形状プルトルージョンダイは長さに沿って構造用部材の断面形状に変化を与えられるようにする観点から調査研究がされている。このような可変断面ダイは何かしら複雑なもので、作るのがかなりむづかしくなるようである。加えて、その信頼性とか長寿命とかについては限界があるところである。
【０００４】
課題を解決するための手段
この発明によると、プルトルージョンによってその長さに沿って変化する強度特性をもつファイバ強化複合物を作る方法であって、プルトルージョンダイを通って一連の強化用ファイバを抽き出してプルトルードしたファイバ複合物製品を形成する段階を含み、このプルトルージョン段階に先立って強化用ファイバ内に追加のファイバを組入れて最終製品の強度特性を、その断面積を実質的に変えずに、変えるようにし、プラスチック材料をファイバの周囲に加えて凝固し、仕上がった複合物を形成するようにすることを特徴とする方法が提供されている。
【０００５】
発明の実施の形態
この明細書でいう“テナシティ（tenacity）”はファイバの単位面積当りの抗張力（張力強度）を意味する。したがって高テナシティファイバは低テナシティファイバと比較して断面積が小さい。この明細書で“モジュラス（modulas）”は関心のあるヤング率（Young’s modulas）を意味する。
【０００６】
追加のファイバは強化用ファイバの内にスプライスされているか、連続している前記強化用ファイバ間で織りまぜられているか（インターレースされているか）さもなければ分散されているかのどちらかであるとよい。
【０００７】
ファイバはプルトルージョンダイを通って抽き出される前にプラスチック材料で予め含浸されていてよい。もしファイバが予め含浸されていなければそのときはファイバがダイを通って抽き出されるときに、プラスチック材料がファイバ内部に導入される。プラスチック材料が熱硬化性である場合には、プルトルージョンダイが加熱されて、硬化もしくは部分硬化がプラスチック材料に対して行なわれる。
【０００８】
ファイバは個別のストランド（束）の形をしていても、あるいは編まれたあるいは織られた（ｗｏｖｅｎ）形態か及び／又は編まれていないあるいは織られていない（ｕｎ−ｗｏｖｅｎ）形態のウェブであってよい。
【０００９】
実施例
この発明を例をあげて添付の図面を参照して記述して行く。
【００１０】
図１はファイバスプライス用装置を示し、その構成は実質的に水平のワークベンチ１０と、強化用ファイバ１４のソースロール１２と、製品受入れ用ロール１６とで成る。
【００１１】
強化用ファイバ１４はソースロール１２から抽き出されて、ワークベンチ１０を通り、製品受入れ用ロール１６に巻取られる。
【００１２】
追加のファイバ２０が用意されていて、これが強化用ファイバ２６，２８（図２（ａ））の間でスプライスされてファイバ１４とは異なるテナシティもしくはモジュラス特性を持つ面積１８を与えるようにするか、あるいは強化用ファイバ１４の中でインターレースされるか、さもなければ分散されるかする（図２（ｂ））ようにできる。
【００１３】
追加のファイバ２０が図２（ａ）に示したように強化用ファイバ１４の内にスプライスされているときには、ファイバの端は一緒に結び目（ノット）を作るか、あるいは空気で吹かれてファイバがジョイント２２を作るように一緒にからませる（matted）ようにされるかしてよい。ジョイント２２でこのように作られたものは主としてプルトルージョンプロセスの連続性を可能としている。
【００１４】
さらに注目したいことは、所定面積１８にわたってファイバ形式の変化が漸次導入されることが好ましいことである。追加のファイバの導入を組み入れることはファイバ間の個個のジョイントにかかる応力が広い面積にわたって拡げられて、それにより応力集中が最小とされる。
【００１５】
図２（ａ）では、組入れられた導入が追加のファイバ２０を強化用ファイバ１４と斜めの面２４上で合うようにしていることに気付くと思う。もっとも他の適当な漸次導入、例えばジグザグ（千鳥形式）、も使用できることは理解できるところであろう。
【００１６】
製品受入れロール１６は次にプルトルージョン用装置３０に移送されることは図３に示す通りである。プルトルージョン用装置３０は多数の製品受入れ用ロール１６に対する支持体（図示せず）を含んでいる。この例では、４つのロール１６がこの支持体により支持されている。変形を加えられたファイバ（３２で示す）がロール１６から抽き出されて、ガイド（案内）ベーン３４，３６を通って整列されて、所定のパターンの中での位置どりがされるようにする。
【００１７】
変形を加えられたファイバはそこでプルトルージョンダイ３８を通って引張られる。供給源４１からの樹脂４０がファイバがダイ３８を通って抽かれるときにファイバ３２内に注入されて、実質的に一定の断面積をもっているファイバ強化複合物４２を作る。ファイバ強化複合物４２は往復運動をするキャピラリィプーラー４４によりダイ３８を通って一部分抽き出される。
【００１８】
追加のファイバ２０が強化用ファイバ１４の中で分散している場合（図２（ｂ）のような場合）には、最終複合物４２のファイバ３２対樹脂４０の成分比は図２（ａ）に示したようにファイバがスプライスされている複合物と比較すると減っていることになる。
【００１９】
ファイバ３２はプルトルージョンダイ３８を通って抽き出す前に樹脂で予め含浸されていてもよい。これはダイ３８を通ってファイバが引張られるときにファイバ３２間に樹脂を注入するという必要性を緩和するか、全く避けるかできるようにする。
【００２０】
ファイバ３２は織り物（ファブリック）の形をしていてもよく、これは編まれているあるいは織られている（ｗｏｖｅｎ）とか、編まれていないあるいは織られていない（ｕｎ−ｗｏｖｅｎ）とか、あるいは両方であってもよい。
【００２１】
もし樹脂が熱硬化性のものであれば、プルトルージョンダイ３８は加熱されて、樹脂を硬化させるかあるいは部分硬化できる。
【００２２】
現在の例では、プラスチックマトリックス材料として使われたものは樹脂であるが、何らかの接着剤／マトリックス系であってもよい。
【００２３】
所定面積１８をファイバ１４に沿ってもつ長さは必要に応じて選択できる。
【００２４】
上述の方法はその長さに沿って変化する強度特性をもつファイバ強化複合物をプルトルードした複合物の断面積を変えることなく生産可能としている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の方法で使用するためのファイバをスプライスするための装置を示す図。
【図２】 （ａ）は図１のボックスＡに代る拡大図であり、（ｂ）は図１のボックスＡの拡大図。
【図３】 この発明によるファイバ強化複合物を作るためのプルトルージョン装置の図。
発明の属する技術分野
この発明はファイバ強化複合物、とくに航空機構造といった高強度応用で使用されるファイバ強化複合物（fibre reinforced composites）に関する。
【０００２】
従来の技術
プルトルージョン（pultrusion：最新の複合物用の連続するファイバの製造方法）によって、例えば航空機翼や胴体外板用のスキンストリンガとして使用するための複合構造部材を製造することが知られている。こういったプルトルードした部材は、現在では強化用ファイバ（例えばカーボンファイバ）をダイを通して抽き出して、ファイバに液状プラスチックマトリックス材料を加えて、全体を硬化もしくは凝固させて、必要とされる断面積と不確定の長さをもつファイバ強化複合構造部材を形成することによって製造されている。
【０００３】
発明が解決すべき課題
航空機翼とか胴体外板ストリンガのような構造用部材に強度特性を与え、この特性がその長さに沿って変るようにすることが求められることがある。現在では、このような部材には求められる強度の変化を達成するために可変断面積をもつ部材のようなものを作ることが提案されている。不運にも、プルトルードした部材に対して断面形状をこのように変えることは達成が容易でない。現状では可変形状プルトルージョンダイは長さに沿って構造用部材の断面形状に変化を与えられるようにする観点から調査研究がされている。このような可変断面ダイは何かしら複雑なもので、作るのがかなりむづかしくなるようである。加えて、その信頼性とか長寿命とかについては限界があるところである。
【０００４】
課題を解決するための手段
この発明によると、プルトルージョンによってその長さに沿って変化する強度特性をもつファイバ強化複合物を作る方法であって、プルトルージョンダイを通って一連の強化用ファイバを抽き出してプルトルードしたファイバ複合物製品を形成する段階を含み、このプルトルージョン段階に先立って強化用ファイバ内に追加のファイバを組入れて最終製品の強度特性を、その断面積を実質的に変えずに、変えるようにし、プラスチック材料をファイバの周囲に加えて凝固し、仕上がった複合物を形成するようにすることを特徴とする方法が提供されている。
【０００５】
発明の実施の形態
この明細書でいう“テナシティ（tenacity）”はファイバの単位面積当りの抗張力（張力強度）を意味する。したがって高テナシティファイバは低テナシティファイバと比較して断面積が小さい。この明細書で“モジュラス（modulas）”は関心のあるヤング率（Young’s modulas）を意味する。
【０００６】
追加のファイバは強化用ファイバの内にスプライスされているか、連続している前記強化用ファイバ間で織りまぜられているか（インターレースされているか）さもなければ分散されているかのどちらかであるとよい。
【０００７】
ファイバはプルトルージョンダイを通って抽き出される前にプラスチック材料で予め含浸されていてよい。もしファイバが予め含浸されていなければそのときはファイバがダイを通って抽き出されるときに、プラスチック材料がファイバ内部に導入される。プラスチック材料が熱硬化性である場合には、プルトルージョンダイが加熱されて、硬化もしくは部分硬化がプラスチック材料に対して行なわれる。
【０００８】
ファイバは個別のストランド（束）の形をしていても、あるいは編まれたあるいは織られた（ｗｏｖｅｎ）形態か及び／又は編まれていないあるいは織られていない（ｕｎ−ｗｏｖｅｎ）形態のウェブであってよい。
【０００９】
実施例
この発明を例をあげて添付の図面を参照して記述して行く。
【００１０】
図１はファイバスプライス用装置を示し、その構成は実質的に水平のワークベンチ１０と、強化用ファイバ１４のソースロール１２と、製品受入れ用ロール１６とで成る。
【００１１】
強化用ファイバ１４はソースロール１２から抽き出されて、ワークベンチ１０を通り、製品受入れ用ロール１６に巻取られる。
【００１２】
追加のファイバ２０が用意されていて、これが強化用ファイバ２６，２８（図２（ａ））の間でスプライスされてファイバ１４とは異なるテナシティもしくはモジュラス特性を持つ面積１８を与えるようにするか、あるいは強化用ファイバ１４の中でインターレースされるか、さもなければ分散されるかする（図２（ｂ））ようにできる。
【００１３】
追加のファイバ２０が図２（ａ）に示したように強化用ファイバ１４の内にスプライスされているときには、ファイバの端は一緒に結び目（ノット）を作るか、あるいは空気で吹かれてファイバがジョイント２２を作るように一緒にからませる（matted）ようにされるかしてよい。ジョイント２２でこのように作られたものは主としてプルトルージョンプロセスの連続性を可能としている。
【００１４】
さらに注目したいことは、所定面積１８にわたってファイバ形式の変化が漸次導入されることが好ましいことである。追加のファイバの導入を組み入れることはファイバ間の個個のジョイントにかかる応力が広い面積にわたって拡げられて、それにより応力集中が最小とされる。
【００１５】
図２（ａ）では、組入れられた導入が追加のファイバ２０を強化用ファイバ１４と斜めの面２４上で合うようにしていることに気付くと思う。もっとも他の適当な漸次導入、例えばジグザグ（千鳥形式）、も使用できることは理解できるところであろう。
【００１６】
製品受入れロール１６は次にプルトルージョン用装置３０に移送されることは図３に示す通りである。プルトルージョン用装置３０は多数の製品受入れ用ロール１６に対する支持体（図示せず）を含んでいる。この例では、４つのロール１６がこの支持体により支持されている。変形を加えられたファイバ（３２で示す）がロール１６から抽き出されて、ガイド（案内）ベーン３４，３６を通って整列されて、所定のパターンの中での位置どりがされるようにする。
【００１７】
変形を加えられたファイバはそこでプルトルージョンダイ３８を通って引張られる。供給源４１からの樹脂４０がファイバがダイ３８を通って抽かれるときにファイバ３２内に注入されて、実質的に一定の断面積をもっているファイバ強化複合物４２を作る。ファイバ強化複合物４２は往復運動をするキャピラリィプーラー４４によりダイ３８を通って一部分抽き出される。
【００１８】
追加のファイバ２０が強化用ファイバ１４の中で分散している場合（図２（ｂ）のような場合）には、最終複合物４２のファイバ３２対樹脂４０の成分比は図２（ａ）に示したようにファイバがスプライスされている複合物と比較すると減っていることになる。
【００１９】
ファイバ３２はプルトルージョンダイ３８を通って抽き出す前に樹脂で予め含浸されていてもよい。これはダイ３８を通ってファイバが引張られるときにファイバ３２間に樹脂を注入するという必要性を緩和するか、全く避けるかできるようにする。
【００２０】
ファイバ３２は織り物（ファブリック）の形をしていてもよく、これは編まれているあるいは織られている（ｗｏｖｅｎ）とか、編まれていないあるいは織られていない（ｕｎ−ｗｏｖｅｎ）とか、あるいは両方であってもよい。
【００２１】
もし樹脂が熱硬化性のものであれば、プルトルージョンダイ３８は加熱されて、樹脂を硬化させるかあるいは部分硬化できる。
【００２２】
現在の例では、プラスチックマトリックス材料として使われたものは樹脂であるが、何らかの接着剤／マトリックス系であってもよい。
【００２３】
所定面積１８をファイバ１４に沿ってもつ長さは必要に応じて選択できる。
【００２４】
上述の方法はその長さに沿って変化する強度特性をもつファイバ強化複合物をプルトルードした複合物の断面積を変えることなく生産可能としている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の方法で使用するためのファイバをスプライスするための装置を示す図。
【図２】 （ａ）は図１のボックスＡに代る拡大図であり、（ｂ）は図１のボックスＡの拡大図。
【図３】 この発明によるファイバ強化複合物を作るためのプルトルージョン装置の図。
Claims (10)
- プルトルージョンによってその長さに沿って変化する強度特性をもつファイバ強化複合物を作る方法であって、プルトルージョンダイを通って一連の強化用ファイバを抽き出してプルトルードしたファイバ複合物製品を形成する段階を含み、このプルトルージョン段階に先立って強化用ファイバ内に追加のファイバを組入れて最終製品の強度特性を、その断面積を変えずに、変えるようにし、プラスチック材料をファイバの周囲に加えて凝固し、仕上がった複合物を形成するようにすることを特徴とする方法。
- 前記追加のファイバは前記強化用ファイバの特性とは異なる特性をもつ請求項１記載の方法。
- 前記特性はファイバテナシティとファイバモジュラスとから選ばれる請求項２記載の方法。
- 前記追加のファイバは強化用ファイバの内にスプライスされている請求項１ないし３のいずれか１項記載の方法。
- 前記追加のファイバは連続する前記強化用ファイバの中で織りまざっている請求項１ないし３のいずれか１項記載の方法。
- 前記ファイバにダイの中でプラスチックマトリックス材料が加えられる請求項１ないし５のいずれか１項記載の方法。
- 前記ファイバがダイを通って抽き出される前にプラスチックマトリックス材料で予め含浸されている請求項１ないし５のいずれか１項記載の方法。
- 前記ファイバが編まれたあるいは織られたウェブの形をしている請求項１ないし７のいずれか１項記載の方法。
- 前記ファイバが編まれていないあるいは織られていないウェブの形をしている請求項１ないし７のいずれか１項記載の方法。
- 前記請求項１ないし９のいずれか１項記載の方法により作られた複合構造部材。
Applications Claiming Priority (3)
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|---|---|---|---|
| GB9902584.3 | 1999-02-08 | ||
| GBGB9902584.3A GB9902584D0 (en) | 1998-08-15 | 1999-02-08 | Fibre reinforced composites |
| PCT/GB2000/000286 WO2000047397A1 (en) | 1999-02-08 | 2000-02-02 | Fibre reinforced composites and method of making same |
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|---|---|
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Family Applications (1)
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| Country | Link |
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| JP (1) | JP4097899B2 (ja) |
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| WO (1) | WO2000047397A1 (ja) |
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| GB0712586D0 (en) * | 2007-06-28 | 2007-08-08 | Wellstream Int Ltd | Flexible pipe |
Family Cites Families (2)
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2000
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- 2000-02-02 WO PCT/GB2000/000286 patent/WO2000047397A1/en active IP Right Grant
Also Published As
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| DE60004012D1 (de) | 2003-08-28 |
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