JP4407964B2 - Composite honeycomb sandwich structure - Google Patents
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Description
この発明は、複合ハニカムサンドイッチ構造に関し、より特定的には、スキンからコアへの樹脂流れをなくすための中間バリヤを備える、ハニカムコアの対向する両表面上に接着される外部スキンを形成する樹脂含浸織物シートに関する。 The present invention relates to a composite honeycomb sandwich structure, and more particularly, a resin that forms an external skin that is bonded on both opposing surfaces of a honeycomb core with an intermediate barrier to eliminate resin flow from the skin to the core. The present invention relates to an impregnated fabric sheet.
(オートクレーブ処理を通じてコアに対して接着剤とともに硬化される複合積層スキンを有する)航空宇宙用のハニカムコアサンドイッチパネルは、このパネルが提供する高い剛さ対重量比(すなわち「特定剛さ」)および強度対重量比(すなわち特定強度)のため、今日広く使用されている。典型的なハニカムコアサンドイッチパネルが、米国特許第5,284,702号、第4,622,091号および第4,353,947号に記載される。アルトネーダ(Alteneder)他の、「ハニカム複合構造の処理および特性研究(Processing and Characterization Studies of Honeycomb Composite Structures,」、第38回国際SAMPEシンポジウム、1993年5月10日−13日(PCL Internal No.200-01/93-AWA)は、コアの潰れ(すなわちコアクラッシュ)、スキン積層板の多孔性およびツールの表面の不十分な仕上げを含む、これらのパネルに共通の問題点を論じている。 An aerospace honeycomb core sandwich panel (with a composite laminated skin that is cured with an adhesive to the core through autoclaving) provides a high stiffness to weight ratio (ie, “specific stiffness”) that this panel provides and Due to the strength to weight ratio (ie specific strength), it is widely used today. Typical honeycomb core sandwich panels are described in US Pat. Nos. 5,284,702, 4,622,091 and 4,353,947. Alteneder et al., “Processing and Characterization Studies of Honeycomb Composite Structures,” 38th International SAMPE Symposium, May 10-13, 1993 (PCL Internal No. 200). -01 / 93-AWA) discusses common problems with these panels, including core collapse (ie, core crush), porosity of skin laminates and poor surface finish of the tool.
米国特許第5,445,861号は、吸音(音響絶縁)および他の応用分野用の複合サンドイッチ構造を記載する。このサンドイッチ構造は以下の7層を有する。 US Pat. No. 5,445,861 describes a composite sandwich structure for sound absorption (acoustic insulation) and other applications. This sandwich structure has the following seven layers.
(1) 外部スキン
(2) 小さなセルになったハニカムまたはフォームコア
(3) 前側内部セプタム
(4) 大きなセルになった中間ハニカムコア
(5) 後側内部セプタム
(6) 後側の小さなセルになったハニカムまたはフォームコア、および
(7) 内部スキン
中間ハニカムコア内の同調された空洞吸収装置が音を吸収する。この構造の性能は、既に説明した理由で作製中に起こるハニカムコアのセルへの樹脂流れによって、およびこのような流れがこの構造の共振を変化させるために悪影響を受ける。
(1) External skin (2) Honeycomb or foam core in small cells (3) Front internal septum (4) Intermediate honeycomb core in large cells (5) Rear internal septum (6) Small cells on the back The resulting honeycomb or foam core and (7) the tuned cavity absorber in the inner skin intermediate honeycomb core absorbs sound. The performance of this structure is adversely affected by the resin flow to the cells of the honeycomb core that occurs during fabrication for reasons already described, and because such flow changes the resonance of the structure.
発明の概要
流れの多い樹脂系においては、オートクレーブ処理サイクルの間に大量の樹脂がコアへと流れ込み得る。このような流れによって積層板から樹脂が失われ、所望の性能を達成するためパネルの重量加算が必要となり、流れによる損失に対処するため積層板プライの過剰設計が必要となる。積層板プライから樹脂が失われるため、また、硬化されたプライの厚みが減じられ、機械的性能が劣化する。所望の性能およびそれに対応する積層板の厚みを達成するためには、付加的なプライが必要であり、結果としてコストおよび重量の加算が伴う。乗物の性能に対する影響および現代の航空機のコストという点では重量の加算は深刻なものであり、かつ、流れは比較的予測不可能であり制御できないプロセスであるため、航空宇宙用設計および製造においてはコアへの流れをなくすかまたは大幅に減じることが要求される。コアへの樹脂流れによる重量加算に加え、移動した樹脂内で発生するマイクロクラックがボンドラインに伝播することがあり得、機械性能が劣化することを我々は発見した。このようなマイクロクラックの可能性はパネルのインテグリティに対し深刻な脅威を与えるものであり、流れをなくすかまたは少なくとも制御することが要求される
。
SUMMARY OF THE INVENTION In a high flow resin system, a large amount of resin can flow into the core during an autoclave treatment cycle. Resin is lost from the laminate due to such a flow, and the weight of the panel needs to be added to achieve the desired performance, and an excessive design of the laminate ply is needed to deal with the loss due to the flow. Since the resin is lost from the laminate ply, the thickness of the cured ply is reduced and the mechanical performance is degraded. In order to achieve the desired performance and the corresponding laminate thickness, additional plies are required, resulting in additional cost and weight. In aerospace design and manufacturing, the addition of weight is serious in terms of impact on vehicle performance and the cost of modern aircraft, and flow is a relatively unpredictable and uncontrollable process. It is required to eliminate or greatly reduce the flow to the core. In addition to the weight addition due to the resin flow to the core, we have discovered that microcracks generated in the transferred resin can propagate to the bond line, degrading mechanical performance. The possibility of such microcracks poses a serious threat to the integrity of the panel and requires the flow to be eliminated or at least controlled.
積層板からコアへの流れは、高い処理温度で樹脂の粘性が減じる(すなわち薄くなる)ために生じる。したがって、流れの問題を解決しようとする先行技術の試みは、一般に、樹脂の周囲温度粘性を硬化温度で保持することに注目した。たとえば、高温高圧完了前に樹脂鎖の成長を引起こすため、低速ヒートアップ低圧段階の間に樹脂の硬化を開始させるよう処理サイクルを変えることができるだろう。この段階的硬化サイクルにおいて、低温で分子量を蓄積することによって、樹脂の粘性を保持するよう試みるであろう。より分子量の大きい樹脂は固有のより高い粘性を有するため、より厚いままであり、有害なコアへの流れに対し耐性を持つ。残念ながら、段階的硬化サイクルでは、依然としてあまりにも多くの流れが生じマイクロクラックの潜在的な問題も依然として多い。また、フェースシートの多孔性が許容可能な限界を超えて増加するかもしれない。さらに、硬化サイクルの変更によりオートクレーブ処理時間が増加する。処理時間が増加すると、作製コストがかなり増加し、不適切に理解され制御されていない要因に左右され高価な部品が不合格となるリスクが伴う。 The flow from the laminate to the core occurs because the viscosity of the resin is reduced (ie thinned) at high processing temperatures. Thus, prior art attempts to solve the flow problem generally focused on maintaining the ambient temperature viscosity of the resin at the cure temperature. For example, the processing cycle could be altered to initiate resin curing during the slow heat up and low pressure phase to cause resin chain growth prior to completion of the high temperature and high pressure. In this staged cure cycle, one would attempt to maintain resin viscosity by accumulating molecular weight at low temperatures. Higher molecular weight resins have inherently higher viscosities and therefore remain thicker and resistant to harmful core flow. Unfortunately, the staged cure cycle still produces too much flow and there are still many potential problems with microcracks. Also, the porosity of the facesheet may increase beyond acceptable limits. Furthermore, the autoclave treatment time is increased by changing the curing cycle. As processing time increases, production costs increase considerably, with the risk that expensive parts will be rejected due to improperly understood and uncontrolled factors.
我々は、流れの多い樹脂系を使用してサンドイッチ構造用のハニカムコアへの樹脂(マトリクス)流れをなくし、サンドイッチパネル作製における再現性および予測可能性ならびに結果として得られるパネルの構造的性能の信頼性を得る。我々は、繊維で補強される樹脂複合積層板とハニカムコアとの間にスクリムに支持されるバリヤフィルムを使用する。このサンドイッチ構造は、樹脂が、それが無意味なものとなるコアへ流れ込み過剰重量および潜在的パネル欠陥をもたらすのではなく、それが構造的強度を与える積層板(スキン)内に留まるため、同じ性能特性用の先行技術によるパネルよりも軽量である。我々はまた一般に、積層板をバリヤフィルムに結合(bond)させるためバリヤフィルムと積層板との間に無支持体フィルム状接着剤を使用する。(1つの製品に組合せてもよい)これらの層により、改良された性能を達成し、樹脂を積層板内に保持し、それによってさもなくばコアへの樹脂流れに対処するため設計者がパネル設計に組入れる必要がある超過分樹脂を減じ、構造的信頼性を有するパネルを信頼できるよう作製する。 We use a high flow resin system to eliminate the flow of resin (matrix) to the honeycomb core for sandwich structures, reproducibility and predictability in sandwich panel fabrication, and confidence in the structural performance of the resulting panel Get sex. We use a barrier film supported by a scrim between a resin composite laminate reinforced with fibers and a honeycomb core. This sandwich structure is the same because the resin stays in the laminate (skin) that gives structural strength, rather than the resin flowing into the core where it makes sense, resulting in excess weight and potential panel defects. Lighter than prior art panels for performance characteristics. We also generally use a support-free film adhesive between the barrier film and the laminate to bond the laminate to the barrier film. These layers (which may be combined into one product) allow designers to achieve improved performance, hold the resin in the laminate, and otherwise address the resin flow to the core Reduce the excess resin that needs to be incorporated into the design and make the panel with structural reliability reliable.
スクリムに支持されるバリヤフィルムを有するパネルを硬化しようとしたとき、特に軽量のコア材料を使用しようとしたときに、ハニカムコアのチャンファ部領域にしばしばコアクラッシュが発生した。バリヤフィルム(および接着剤)の下にコアと接触する固定用プライを含むことによって、固定用プライが硬化の間のコアに対するバリヤフィルムのずれを減じるため、これらのパネル内のコアクラッシュを減じることができる。 When attempting to cure a panel having a barrier film supported by a scrim, particularly when attempting to use a lightweight core material, core crushing often occurred in the chamfer region of the honeycomb core. By including a fixing ply in contact with the core under the barrier film (and adhesive), the fixing ply reduces the displacement of the barrier film relative to the core during curing, thus reducing core crashes in these panels Can do.
この発明においてコアのずれを制御することにより、コアクラッシュによる高価なスクラップなしに構造を製造するため、より低密度のハニカムコアを使用できる。我々は、時間、材料および再生/スクラップを削減すること、および、最高の特定強度および特定剛さを有する航空宇宙用高品質パネルを製造するための製造プロセスの信頼性を向上させることの両方により製造コストを減じる。 By controlling core misalignment in this invention, a lower density honeycomb core can be used to produce a structure without expensive scrap due to core crash. We both reduce time, materials and recycling / scrap, and improve the reliability of the manufacturing process to produce high quality aerospace panels with the highest specific strength and stiffness Reduce manufacturing costs.
付加される固定用プライは、3つまたは4つ以上の固定用プライがパネルの最終プレフォーム内に含まれるであろうことを意味する。従来の実施では、パネルの外部表面上にも、そしておそらくは積層板と接着バリヤフィルムとの間に固定用プライがあるであろう。固定用プライは各々その部品から仕上がり製品の正味のトリムラインを超えて外側へ延びる。従来、固定用プライはレイアップマンドレルにテープで個別にかつ順次固定される。低密度コアを使用するときは特に、プライ相互間のおよびマンドレルに対する関係を確定することが重要である。テープの欠陥はフェースシートプライのしわまたはコアクラッシュを引起こす。コアに接触する固定用プライがそれをマンドレルに対して固定するテープ
から逆方向に引っ張られ他の固定用プライに対しずれるとき、依然としてコアクラッシュが時々発生するかもしれない。オートクレーブ圧力を加えるときパネル内のコアに作用する力を克服するためには、テープの接着力だけでは不十分である。我々は、固定用プライ相互を信頼できるように、容易にかつ低価格で接着するやり方を発見した。プライ相互を接着させると、いずれの個別のプライに作用する力もすべての固定用プライに分配され、固定用プライをマンドレルに接着するテープにかかる最大力が減じられる。複合ハニカムサンドイッチ構造に関連して説明してきたが、この接着方法は一般に、複合構造内の固定用プライに関わるすべての応用例に応用可能である。
An additional fixing ply means that three or more fixing plies will be included in the final preform of the panel. In conventional practice, there will also be a fixing ply on the outer surface of the panel and possibly between the laminate and the adhesive barrier film. Each fixing ply extends outwardly from the part beyond the net trim line of the finished product. Conventionally, the fixing plies are individually and sequentially fixed to the layup mandrel with tape. Especially when using low density cores, it is important to establish relationships between plies and to mandrels. Tape defects cause face sheet ply wrinkles or core crashes. A core crash may still sometimes occur when the fixing ply in contact with the core is pulled backwards from the tape that secures it to the mandrel and deviates from the other fixing plies. To overcome the force acting on the core in the panel when applying autoclave pressure, the adhesive force of the tape alone is not sufficient. We have discovered an easy and inexpensive way to bond the fixing plies together in a reliable manner. When the plies are bonded together, the force acting on any individual ply is distributed to all the fixing plies, reducing the maximum force on the tape that bonds the fixing plies to the mandrel. Although described in connection with a composite honeycomb sandwich structure, this adhesion method is generally applicable to all applications involving fastening plies in a composite structure.
したがって、一局面において、この発明は、複合構造の製造における改良に関し、特に、高温高圧下でのオートクレーブ硬化の間、部品を固定するために固定用プライが使用される複合ハニカムサンドイッチ構造に関する。1プライの他プライに対する運動がないよう固定用プライを互いにロックするため、圧力を加える前のオートクレーブ硬化の初期段階の間いくつかのプライを硬化させ互いに接続するために、我々は、より低温で硬化する接着剤を使用する。我々は、接着剤を部品の正味のトリムラインの外側に塗布し、そのため部品の仕上げの間に接着剤を除去できる。 Accordingly, in one aspect, the present invention relates to improvements in the manufacture of composite structures, and more particularly to composite honeycomb sandwich structures in which a fixing ply is used to fix parts during autoclave curing under high temperature and pressure. In order to lock the fixing plies together so that there is no movement of one ply relative to the other ply, to cure several plies and connect them together during the initial stage of autoclave curing before applying pressure, Use a curing adhesive. We can apply adhesive to the outside of the net trim line of the part so that it can be removed during the finishing of the part.
他局面において、この発明は、複合構造の構築の間に、特に、複合ハニカムサンドイッチ構造の高温高圧下でのオートクレーブ処理の間の固定用プライ相互の接着に関する。テープによる取付けはいずれのプライまたは1プライの互いに対するずれを防ぐのに十分なものでなければならないので、固定用プライをマンドレルのみにテープで取付ける従来の実施は不十分である。我々は、部品の正味のトリムラインのすぐ外側で固定用プライの間に低温で硬化するフィルム状接着剤を取付けることによって、テープにかかる最大力が減じられるようプライを相互に効果的に接着できることを発見した。オートクレーブ内でこのフィルム状接着剤は、積層板内の樹脂よりも低温で溶け、かつ硬化し、したがって、積層板の樹脂が流れ硬化する、より高い温度でオートクレーブの圧力が増加するよりも前に、固定用プライを互いに結合させる。フィルム状接着剤は固定用プライの互いに対する運動をなくす。ビスマレイミド(BMI)サンドイッチパネル用の我々の好ましい実施例において、我々は、華氏約375度(摂氏191度)で硬化し、華氏約440度で後硬化するBMIに対し華氏約250度(摂氏121度)で硬化する接着剤を使用することを好む。 In another aspect, the present invention relates to the bonding of fixing plies together during the construction of a composite structure, in particular during autoclaving under high temperature and pressure of a composite honeycomb sandwich structure. Since the tape attachment must be sufficient to prevent any ply or one ply from shifting relative to each other, the conventional practice of attaching the fixing ply only to the mandrel is inadequate. We can effectively bond the plies together so that the maximum force on the tape is reduced by attaching a cold-curing film adhesive between the fixing plies just outside the part's net trim line I found In the autoclave, this film adhesive melts and cures at a lower temperature than the resin in the laminate, and therefore the laminate resin flows and cures before the autoclave pressure increases at higher temperatures. The fixing plies are bonded together. The film adhesive eliminates movement of the fixing plies relative to each other. In our preferred embodiment for a bismaleimide (BMI) sandwich panel, we cured at about 375 degrees Fahrenheit (191 degrees Celsius) and about 250 degrees Fahrenheit (121 degrees Celsius) for BMI cured at about 440 degrees Fahrenheit. Prefer to use an adhesive that cures at a degree).
好ましい実施例の詳細な説明
この説明の評価基準として、最初に我々は典型的な複合ハニカムサンドイッチ構造を説明する。その次に、固定用プライを互いに信頼可能に接着させる我々の発明の方法を説明する。
Detailed Description of the Preferred Embodiments As the basis for this description, we first describe a typical composite honeycomb sandwich structure. Next, the method of our invention for reliably bonding the fixing plies together is described.
複合ハニカムサンドイッチパネルは、積層板からコアへの樹脂流れを最小限にし、なくし、または大幅に減じ、それによって、航空宇宙用構造の製造用のより強固なより簡単な処理サイクルを可能にする。このようなサンドイッチパネル100(図1)は通常中央ハニカムコア106に接着される外部フェースシートまたはスキン102を有する。仕上がりスキン102は、硬化され圧密化された複合形の、繊維で補強された有機マトリクス樹脂の層の積層板を含む。コア106は、この応用例用に適切である、紙、合成紙、金属、複合材などであり得る。この発明のパネルにおいては、これ以外の場合にはしばしば生じるコアとスキンとの間の有害なずれを減じるため、コア106とスキン102との間に少なくとも1つの固定用プライを組入れることによって、我々はオートクレーブ硬化の間のコアクラッシュを減じるので、我々はより高い特定の強度およびより高い特定の剛さを得る。
The composite honeycomb sandwich panel minimizes, eliminates or significantly reduces resin flow from the laminate to the core, thereby enabling a stronger and easier processing cycle for the manufacture of aerospace structures. Such a sandwich panel 100 (FIG. 1) typically has an outer face sheet or
複合積層板スキンからコアへの樹脂の流れを防ぐため、コア106のセル114の外側に樹脂を維持するよう、スキン102とコア106との間に、無支持体フィルム状接着剤108(図2)、バリヤフィルム110およびスクリムに支持されるフィルム状接着剤112を我々は使用する。
In order to prevent resin flow from the composite laminate skin to the core, the unsupported film-like adhesive 108 (FIG. 2) is placed between the
図3は、バリヤフィルム110およびフィルム状接着剤108なしにフィルム接着剤112を単独で使用したときに生じ得るコア充填問題を示す。ハニカムのセル114は、積層板から移動しそれによってスキン102内の樹脂を減少させる樹脂118で満たされる。樹脂の減少によってプライの厚みが減じられるためこれは構造性能に悪影響を与える。セル内の樹脂118は単なる無駄となるため、樹脂の減少によって総重量が増加する。いずれの場合にも、制御されない樹脂の流れおよび減少によって、特に熱サイクルの間にセル内の樹脂118内で始まり得、繊維により補強されたスキン102、特にスキン102とコア106との間のボンドラインに移動し得るマイクロクラックに対し、パネルが疑わしいものとなる。
FIG. 3 illustrates a core filling problem that can occur when the
図4は、セル樹脂118をなくす試みのため、スクリムに支持されるフィルム状接着剤112なしにバリヤフィルム110を使用したならば生じ得る不所望の膨らみを示す。ここで、無駄な樹脂の膨らみ120がハニカムコア106のセル114へと下方に突出する。樹脂は膨らみ120内に含まれるものの、スキン102の樹脂は依然として減少する。膨らみ120への樹脂流れは、図3に示す制御されない状態に匹敵する、構造性能のペナルティおよび重量の加算を課す。
FIG. 4 illustrates the undesired bulges that can occur if the
フィルム状接着剤108、バリヤフィルム110およびスクリムに支持されるフィルム状接着剤12を備える図2に図示するように、セル樹脂118または樹脂の膨らみ120を伴わない樹脂流れが調べられる。しかし、バリヤフィルムが積層板スキンとコアとの間に滑り面を生成し、これがしばしばオートクレーブ処理サイクルの間にコアクラッシュを起こすことを我々は発見した。実際我々の初期試験において、31個の試験用パネルのうち22個でコアクラッシュを経験した。コストおよびスケジュールの観点からこの欠陥率は許容できない。チャンファ部領域内の我々の固定用プライは、有害なコアのずれおよびこのようなずれによるコアクラッシュの頻度を減じるかまたはなくす。
As shown in FIG. 2 with film adhesive 108,
サイテック・エンジニアード・マテリアルズ・インコーポレイテッド(サイテック)(Cytec Engineered Materials, Inc (Cytec))のRIGIDITE(登録商標)5250−4−W−IM7−GP−CSW、RIGIDITE(登録商標)5250−4−W−IM7−GP−CSXおよびRIGIDITE(登録商標)5250−4−W−IM7−GP−PWプリプレグで作られたビスマレイミド積層スキンについては、フィルム状接着剤108は、やはりサイテックから利用可能な0.015psfのMETLBOND(登録商標)2550U接着剤であることが好ましい。フィルム状接着剤は、積層板とバリヤフィルム110との間の高品質結合を促進するため付加的な樹脂を提供する。バリヤフィルム110は、スキン102とコア106との間の樹脂不浸透性の膜を提供するため、硬化サイクルに耐えることのできる、0.001インチの厚さ、すなわち結合できる程度に表面処理されたKAPTON(登録商標)ポリイミドバリヤフィルムであることが好ましい。スクリムは好ましくは、グラスファイバ、「スタイル104」ファイバクロスであり、フィルム状接着剤112は、サイテックから利用可能な、0.06psfのMETLBOND(登録商標)2550G接着剤である。スクリムに支持されるフィルム状接着剤はバリヤフィルムがコアセルへと膨らむことを防ぎ、それによって、硬化したプライの厚みが最大となるよう樹脂を積層板(すなわちスキン層)内に保持し、それによって我々はパネルに対し最小の重量で最大の性能を達成する。
RIGIDITE (registered trademark) 5250-4-W-IM7-GP-CSW, RIGIDITE (registered trademark) 5250-4- from Cytec Engineered Materials, Inc (Cytec) For bismaleimide laminated skins made with W-IM7-GP-CSX and RIGIDITE® 5250-4-W-IM7-GP-PW prepreg,
フィルム状接着剤108、バリヤフィルム110およびフィルム状接着剤112は、M
ETLBOND(登録商標)2550B−.082 36″としてサイテックから単一の商品として購入できる。
Film adhesive 108,
ETLBOND (registered trademark) 2550B-. It can be purchased as a single item from Cytec as 082 36 ″.
スキン102のプライは典型的には、ビスマレイミド熱硬化性樹脂で含浸された炭素繊維のプリプレグであるが、この発明は他の樹脂系に適用される。プリプレグの代わりにトウを使用してもよい。フィルム状接着剤108はスキン102とバリヤフィルム110との間の適切な結合を達成するよう調整されねばならない。ハニカムコアは通常、ヘクセル(Hexcel)から利用可能なHRPガラスファイバ補強フェノールハニカム(HRP Fiberglass Reinforced Phenolic honeycomb)である。
The ply of the
サンドイッチ構造内の支持体付フィルム状接着剤およびバリヤフィルム層は、コアがアルミニウムなどの金属でありスキンが炭素繊維などのガルヴァーニ電気的に非類似の材料を含む場合、スキン102とコア106との間の腐食に対するバリヤとしても機能する。
The support-like film adhesive and barrier film layer in the sandwich structure is formed between the
好ましいパネルに関する付加的な情報は、我々が引用により援用する技術論文、ハルツ(Hartz)他の「ビスマレイミド/炭素ハニカムサンドイッチ構造の開発(Development of a Bismaleimade / Carbon Honeycomb Sandwich Structure)」、SAMPE、1996年3月に示される。この論文は、ハルツ他のバリヤフィルムの改良、固定用プライ方法およびこの発明の接着方法の両方を記載する。 Additional information on preferred panels can be found in the technical paper we have incorporated by reference, Harz et al., “Development of a Bismaleimade / Carbon Honeycomb Sandwich Structure”, SAMPE, 1996. Shown in March of the year. This article describes both the Harz et al. Barrier film improvement, the fixing ply method and the bonding method of the present invention.
ハルツ型パネルは、(0.59MPa(85psig)で硬化された)固形BMI/炭素積層板に等しい機械的かつ物理的エッジバンド特徴を提供する。我々の試験は、我々のパネルにおいてエッジバンドの硬化プライ厚さが固形積層板に等しく、エッジバンド160(図5および図6)が固形積層板非破壊検査仕様の要件を満たすことを確認する。エッジバンドおよびフェースシートの機械的性能は、我々がスクリムに支持される接着剤、バリヤフィルム、接着剤の組合せを欠くサンドイッチ構造で達成した結果よりも改良される。貫層方向引っ張り機械的性能も設計要件を満たす。 The Harz-type panel provides mechanical and physical edgeband features equivalent to a solid BMI / carbon laminate (cured at 859 psig). Our tests confirm that the edge band cured ply thickness is equal to the solid laminate in our panel and that the edge band 160 (FIGS. 5 and 6) meets the requirements of the solid laminate nondestructive inspection specification. The mechanical performance of the edgeband and facesheet is improved over the results we have achieved with a sandwich structure that lacks a combination of adhesive, barrier film, and adhesive supported by the scrim. Penetration tensile mechanical performance also meets the design requirements.
特にフェノールコアについて、サンドイッチパネルをレイアップする前にコアを摂氏約235度(華氏455度)に加熱することによって硬化させる間に、揮発が進行しないようにコアを予備調整することで、さもなくばコアからのガス抜けにより生じる、コアと積層板との離脱をなくす。 Especially for phenolic cores, by preconditioning the core so that no volatilization proceeds while the core is cured by heating to about 235 degrees Celsius (455 degrees Fahrenheit) before laying up the sandwich panel, This eliminates the separation between the core and the laminated plate caused by the outgassing from the core.
オートクレーブ圧力が加えられかつ樹脂が溶けるときに、フェースシート102に対してバリヤフィルム110とコア106とがずれるとき、チャンファ部領域155でコアクラッシュ200(図5)が生じる。図5に図示するように、バリヤフィルム100とコア106とはチャンファ部領域155内のコアを圧縮するように右に移動し、コアクラッシュ200を生み出す。スキン102はコアが移動したエッジバンド領域160内で撓む。
When the autoclave pressure is applied and the resin melts, the core crush 200 (FIG. 5) occurs in the chamfer portion region 155 when the
図6を参照し、改良されたハニカムサンドイッチパネルは、チャンファ部155に沿ってコア106と接触する少なくとも1つの固定用プライ150を含む。このようなチャンファ部(すなわちしばしばエッジバンド160にある、コア内の角度が付いた移行部)は典型的にはパネルの周辺付近で生じるが、組立られた構造においては、ファスナまたは貫通部が必要となるであろうパネルの中間のジョイントラインまたは硬化した箇所で生じるであろう。
Referring to FIG. 6, the improved honeycomb sandwich panel includes at least one fixing
ハルツ他が説明するように典型的には、我々は、5または8lb/ft3HRPコアを有するビスマレイミドパネルの作製において、従来の0/90繊維配向を備える炭素繊維またはガラスファイバ織物の単一のプライ150を使用する。固定用プライ150は、さもなければずれによって起こるコアクラッシュを減じるよう、コアに対してのスキンのず
れを禁ずるかまたは制限するよう機能する。オートクレーブ処理サイクルの間にプレフォームが加熱され、マトリクス樹脂が軟化し溶け、そして流れの大きい樹脂については本質的に融解するとき、固定用プライ150は、繊維の固有の粗さによってコアを留め付ける。これらのパネルにより、我々はコアクラッシュに悩まされることなくより低密度のハニカムコアを使用できるので、2.5から4lb/ft3のコアを節約できる。戦闘機については、この変化により1台あたり25lbも節約できる。
Typically, we describe a single ply of carbon fiber or glass fiber fabric with conventional 0/90 fiber orientation in making bismaleimide panels with 5 or 8 lb / ft 3 HRP cores, as described by Harz et al. 150 is used. The anchoring ply 150 functions to inhibit or limit skin displacement relative to the core so as to reduce core crashes that would otherwise be caused by the displacement. When the preform is heated during the autoclaving cycle, the matrix resin softens and melts, and the high flow resin essentially melts, the fixing
図6に図示するように、固定用プライ150は、コア106と約1インチ重なり合いチャンファ部155の少なくとも一部分に沿ってコア106と接触し、この部品のトリムライン165を超えてエッジバンド160へと外側に向けて延びる、幅の狭い周辺ストリップである。固定用プライ150は、チャンファ部の平らな側または(図6で図示しているように)角度の付いた表面のいずれかの上にあるであろう。重要な要因は、固定用プライ150が、積層板スキンをコアに結合させるために使用される接着剤およびバリヤフィルム110の下でコアと接触することである。固定用プライ150は、チャンファ部領域内の狭い周辺区域以外の部品の本体内のすべての所で切取られ、パネルの端縁のまわりに周辺フレームを形成する。このようにして、固定用プライ150は、パネル領域内のコア106とスキン102との間の接着界面を可能にする。
As shown in FIG. 6, the locking ply 150 is in contact with the
従来、ハルツ型パネルの製造において、我々は、層およびコアを留め付けるために4つの完全なカバーシート固定用プライ175を使用し、これらプライすべてを図6に図示する。これら従来のプライ175は、ハルツ型バリヤフィルムを導入する前にサンドイッチパネル作製において通常使用され、我々は通常これらをすべて使用するが、今では外部プライおよび周辺のコアに接触する固定用プライ150以外のすべてのプライを除去できると信じる。すなわち、図6に図示するように5つではなく全部で3つのプライを使用するであろう。
Traditionally, in the manufacture of Harz-type panels, we used four complete cover sheet fastening plies 175 to secure the layers and cores, all of which are illustrated in FIG. These
固定用プライ150および175は、エッジバンド160を通り正味のトリムライン165を超えて、我々がレイアップマンドレルにテープで取付ける留め付点まで延びる。さらに固定用プライのずれを防止するため、我々は部品の正味のトリムラインのすぐ外側で固定用プライの間に低温硬化(すなわちBMIパネルについては摂氏121度)フィルム状接着剤180を組入れた。フィルム状接着剤180は、オートクレーブ硬化サイクルの間に圧力を加えるとき、1プライの他プライに対しての運動をなくす。積層板樹脂の硬化温度より華氏約100度から150度下の温度で硬化させることで、我々がオートクレーブ圧力を上げねばならなくなる前に固定用接着剤が硬化し、硬化した接着剤が固定用プライを互いに結合させる。この接着方法を使用することにより、さもなければ生じ得る、プライの相対的運動、フェースシートのしわおよびコアクラッシュがなくなる。
The fixing plies 150 and 175 extend through the edge band 160 and beyond the
この固定用方法は、(従来の内部シートが省かれた)「ピクチャフレーム」周辺固定用プライ150を使用するので、材料を節約し、コストを減じ、重量を節約する。通常の固定用手順は、スキンの外側表面上およびスキンと基礎接着剤との間の内部にプライを必要とする(図5)。 This securing method uses a “picture frame” perimeter securing ply 150 (excluding the conventional inner sheet), thus saving material, reducing costs and saving weight. The normal fastening procedure requires a ply on the outer surface of the skin and between the skin and the base adhesive (FIG. 5).
従来の固定用システムは、バリヤフィルム110がコアのずれを可能にするため「ピクチャフレーム」プライがないとうまく働かないであろう。コルベット(Corbett)およびスミス(Smith)の方法はこの発明の接着方法がないと時々うまく働かないであろう。
Conventional fastening systems will not work well without the “picture frame” ply because the
先に説明したビスマレイミドプリプレグおよび接着システムを備える軽量コア(すなわち5−8lb/ft3)について、我々は20°±2°のチャンファ部角度を保持する。 For a lightweight core (ie, 5-8 lb / ft 3) with the previously described bismaleimide prepreg and adhesive system, we maintain a chamfer angle of 20 ° ± 2 °.
「チャンファ部」という用語で、我々は、完全な厚みから厚みがなくなるまで一定の傾
斜で先細りしていくハニカムコアの角度のついた切削領域(湾曲部)を意味する。チャンファ部は、組込まれたハニカムを有するパネルの構造本体と全くハニカムコアがかけた接続エッジバンドとの間の滑らかな移行部を提供するため、複合ハニカムサンドイッチパネルのエッジバンドで使用される。この発明の方法は、もし1つの固定用プライもなしにコアクラッシュを避けようとするならばしばしば従来の実施において必要とされる角度よりもはるかに急なチャンファ部角度を使用することを可能にする。我々は20°のチャンファ部を好むが、パネルの設計要件に適した任意の角度にこの角度を増加させることができると我々は信ずる。
By the term “chamfer part” we mean an angled cutting area (curved part) of the honeycomb core that tapers at a constant slope from full thickness to no thickness. The chamfer part is used in the edge band of a composite honeycomb sandwich panel to provide a smooth transition between the structural body of the panel with the embedded honeycomb and the connecting edge band entirely covered by the honeycomb core. The method of the present invention makes it possible to use a chamfer part angle that is often much steeper than that required in conventional implementations if it is desired to avoid core crashes without one locking ply. To do. We prefer the 20 ° chamfer section, but we believe that this angle can be increased to any angle suitable for the design requirements of the panel.
「オートクレーブ処理」という語で、我々は積層板内の樹脂を圧密しかつ硬化させ、同時に硬化した積層板をハニカムコアに結合またはさもなくば接着させるためパネルに高温および高圧を加えるサイクルを意味する。我々の好ましいサイクルを図7に図示する。固定用プライ用の我々の接着剤は華氏約250度(摂氏121度)で硬化するので、パネル内の層の間に相対的動きを導入し得るオートクレーブ圧力の増加よりも前に硬化する。 By the term “autoclaving” we mean a cycle where high temperature and high pressure are applied to the panel to consolidate and cure the resin in the laminate and simultaneously bond or otherwise bond the cured laminate to the honeycomb core. . Our preferred cycle is illustrated in FIG. Our adhesive for fixing plies cures at about 250 degrees Fahrenheit (121 degrees Celsius), so it cures before an increase in autoclave pressure that can introduce relative movement between the layers in the panel.
もしコアクラッシュが生じると、パネルへの損傷は通常極めて広範囲なものなので修理は不可能であり、その部品は廃棄される。今日の先進複合樹脂および補強繊維のコストでは、実質的にコアクラッシュがない処理が必要である。さもなくば、処理コストは法外なものとなる。パネルが可能な限り設計限界に近づけて設計されると、コアクラッシュは大きな問題である。この発明の方法は、コアクラッシュおよびプライの運動もしくは皺を減じる。 If a core crash occurs, the damage to the panel is usually so extensive that it cannot be repaired and the part is discarded. Today's advanced composite resins and reinforcing fiber costs require processing that is substantially free of core crush. Otherwise, processing costs are prohibitive. Core crashes are a big problem when panels are designed as close to design limits as possible. The method of the present invention reduces core crash and ply movement or wrinkles.
好ましい実施例を説明してきたが、この発明の着想を逸脱することなく行ない得るであろう変形、変更および修正が当業者には容易に認識されるであろう。したがって、この明細書に基づき当業者には既知の均等物全範囲を支えとして請求の範囲を自由に解釈されたい。ここでの例はこの発明を例示するために挙げたものでありこの発明を限定することを意図するのではない。したがって、この発明を請求の範囲によって規定し、関連する先行技術に鑑みて必要であるようにのみ請求の範囲を限定されたい。 While the preferred embodiment has been described, variations, changes and modifications that may be made without departing from the spirit of the invention will be readily apparent to those skilled in the art. Accordingly, the claims should be construed freely based on this specification, with the full scope of equivalents known to those skilled in the art. The examples here are given to illustrate the invention and are not intended to limit the invention. Accordingly, the invention is defined by the following claims and should be limited only as necessary in light of the pertinent prior art.
Claims (17)
(a) レイアップマンドレルの上に複合構造の形の複合プレフォームを組立てるステップを含み、前記複合プレフォームは少なくとも1つの樹脂含浸積層板と少なくとも2つの固定用プライとを有し、前記方法はさらに、
(b) 複合構造の正味のトリムラインの外側で固定用プライに与えられるフィルム状接着剤により固定用プライを互いに接着するステップを含み、
フィルム状接着剤は、樹脂含浸積層板内の樹脂よりも低い温度で硬化する、複合構造の製造において固定用プライを合せて接着するための方法。 A method for bonding and bonding fixing plies together in the manufacture of a composite structure,
Comprising the steps of assembling the composite preform in the form of a composite structure on top of (a) lay-up mandrel, the composite preform has at least one resin impregnated laminate and at least two fixing plies, said method comprising further,
(B) comprises the step of bonding together the fixing plies by a film-like adhesive provided on the fixed plies outside the net trim line of the composite structure,
The film adhesive is cured at a temperature lower than that of the resin in the resin-impregnated laminate, and is a method for bonding together the fixing ply in the production of a composite structure.
アと接触する固定用プライを含む、請求項6に記載の複合構造の製造において固定用プライを合せて接着するための方法。 Composite preform comprises a fixing plies in contact with the honeycomb co <br/> A between the adhesive and the honeycomb core is supported by the scrim, the fixing plies in the manufacture of a composite structure according to claim 6 A method for bonding together.
(a) ハニカムコアと樹脂含浸積層板との間のずれを防止するため、チャンファ部領域内でパネルのハニカムコアと固定用プライとを接触させるステップと、
(b) 樹脂含浸積層板の外部表面上に固定用プライを組立てるステップと、
(c) 複合ハニカムサンドイッチパネルの正味のトリムラインの外側で固定用プライに与えられるより低温で硬化する接着剤により、固定用プライを互いにおよびレイアップマンドレルに接着するステップとを含み、
接着剤は、オートクレーブ圧力を加えるよりも前、かつ、樹脂含浸積層板内の樹脂が溶け流れる前に、溶けかつ硬化する、チャンファ部付複合ハニカムサンドイッチパネルにおけるコアクラッシュを減じるための方法。 A method for reducing core crush in a composite honeycomb sandwich panel with a chamfer part having a resin-impregnated laminate bonded to a honeycomb core, wherein the honeycomb core has a chamfer part, the method comprising:
(A) contacting the honeycomb core of the panel with the fixing ply in the chamfer part region in order to prevent displacement between the honeycomb core and the resin-impregnated laminate;
(B) assembling a fixing ply on the outer surface of the resin-impregnated laminate;
(C) adhering the fixing plies to each other and to the layup mandrel with a lower temperature curing adhesive applied to the fixing ply outside the net trim line of the composite honeycomb sandwich panel;
A method for reducing core crushing in a composite honeycomb sandwich panel with a chamfer part, wherein the adhesive melts and hardens before the autoclave pressure is applied and before the resin in the resin-impregnated laminate melts and flows.
(a) コアセルと周辺チャンファ部とを有するハニカムコアと、
(b) ハニカムコアに接着される繊維で補強されたマトリクス樹脂のプライを有する少なくとも1つの複合積層板と、
(c) 複合積層板とハニカムコアとを結合させ、かつ、複合積層板からコアセルへの樹脂流れをなくすための、複合積層板とハニカムコアとの間のバリヤフィルムと、
(d) ハニカムコアに対するバリヤフィルムのずれをなくし、そうすることによってコアクラッシュを減じるための、接着剤の下でハニカムコアのチャンファ部と接触する周辺固定用プライとを含む、複合ハニカムサンドイッチ構造。 A composite honeycomb sandwich structure with improved resistance to core crash,
(A) a honeycomb core having a core cell and a peripheral chamfer part;
(B) at least one composite laminate having a matrix resin ply reinforced with fibers bonded to the honeycomb core;
(C) by combining the composite laminate and the honeycomb core, and, to eliminate the flow of resin to the core cell from composite laminate, and Bariyafiru arm between the composite laminate and the honeycomb core,
(D) A composite honeycomb sandwich structure including a peripheral fixing ply that contacts the chamfer portion of the honeycomb core under the adhesive to eliminate barrier film displacement with respect to the honeycomb core and thereby reduce core crash.
(a) チャンファ部を有するハニカムコアと、
(b) チャンファ部に接触する固定用プライと、
(c) チャンファ部で固定用プライを通じてハニカムコアに接着される少なくとも1つの複合積層板とを含み、
複合積層板は複合積層板からコアセルへの樹脂流れを防止するためのバリヤフィルムを有し、
固定用プライは、ハニカムコアを複合積層板に接着するためのこの構造のオートクレーブ硬化の間にコアクラッシュを生み出すであろう、ハニカムコアに対しての複合積層板の有害なずれを防止する、複合ハニカムサンドイッチ構造。 A composite honeycomb sandwich structure that is resistant to core crush caused by displacement of the composite laminate along the chamfer portion of the honeycomb core,
(A) a honeycomb core having a chamfer part;
(B) a fixing ply that contacts the chamfer part;
(C) including at least one composite laminate bonded to the honeycomb core through a fixing ply at the chamfer part;
The composite laminate has a barrier film for preventing resin flow from the composite laminate to the core cell,
Fixing plies will produce core crush during the autoclave curing of the structure for adhering the honeycomb core composite laminate, to prevent adverse deviation of the composite laminate against the honeycomb core, composite Honeycomb sandwich structure.
ハニカムコアと複合積層板との間のずれを防止するためチャンファ部の領域内で複合ハニカムサンドイッチパネルのハニカムコアに固定用プライを接触させるステップを含む、チャンファ部付複合ハニカムサンドイッチパネルにおけるコアクラッシュを減じるための方法。 A method for reducing core crash in a composite honeycomb sandwich panel with a chamfer part having a composite laminate bonded to a honeycomb core, wherein the honeycomb core has a chamfer part and the composite laminate is from the composite laminate to the core cell. Having a barrier film to prevent resin flow , said method comprising:
Core crushing in a composite honeycomb sandwich panel with a chamfer including a step of contacting a fixing ply to the honeycomb core of the composite honeycomb sandwich panel in the region of the chamfer to prevent deviation between the honeycomb core and the composite laminate. A way to reduce.
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