JP5011613B2 - プリフォームおよび成形方法 - Google Patents
プリフォームおよび成形方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5011613B2 JP5011613B2 JP2001206072A JP2001206072A JP5011613B2 JP 5011613 B2 JP5011613 B2 JP 5011613B2 JP 2001206072 A JP2001206072 A JP 2001206072A JP 2001206072 A JP2001206072 A JP 2001206072A JP 5011613 B2 JP5011613 B2 JP 5011613B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- preform
- fabric
- resin
- carbon fiber
- multiaxial
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/40—Weight reduction
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は繊維強化プラスチック(以下FRPと呼称することがある)の成形に用いるプリフォームに関し、さらに詳しくは炭素繊維強化プラスチック(以下CFRPと呼称することがある)の成形に用いるプリフォーム、その成形方法、およびCFRPからなる航空機構造部材に関する。
【0002】
【従来の技術】
最近、スーパジャンボ機の開発や亜音速機の開発などが矢継ぎ早に発表され、民間航空機も大きく変革しようとしている。これらの革新機の材料および構造材の技術的課題は、機械的特性を十分に満足してかつ画期的な軽量化と徹底したコストダウンであり、とくに軽量化を達成するため、主翼や胴体などの、これまでCFRPが使用されていなかった1次構造材まで材料転換を図る必要に駆られている。
さて、連続炭素繊維からなる繊維強化プラスチックは、繊維軸方向の機械的特性には優れるが、繊維軸から離れるに従い、機械的特性は急激に低下する。この対策として、たとえば、機械的特性が疑似等方性基材となるように、一方向に並行に繊維配列し、あらかじめマトリックス樹脂が含浸された一方向プリプレグを用い、繊維軸方向がFRP成形体の長さ(0゜)方向、幅(90゜)方向や斜めの−45゜方向および+45゜方向となるようにプリプレグが積層され、成形されたものが使用されている。しかし、航空機の構造材には、滑走の際の胴体主翼や尾翼への小石の飛散、主翼への鳥の衝突や、航空機の組み立てや修理の際の主翼上面への工具の落下などにより部分的な衝撃が加わることがある。このような衝撃が、上記した炭素繊維シートが積層されたCFRP板の厚さ方向に加わると、各層の機械的特性に大きな異方性があるため、衝撃によって炭素繊維の破壊と同時にCFRP板の層間にクラックが発生し層間が剥離することがある。このような層間が剥離したCFRP板に圧縮力が作用すると、クラックが進展して圧縮強度が大幅に低下する現象が発生することがある。
この対策として、たとえばプリプレグの表面に熱可塑性粒子を付着させ、成形した積層体の層間に粒子を配すことで、衝撃によるクラックの伝播エネルギーを粒子に吸収させたり、粒子の存在によって形成される層間の樹脂層を破壊させることによってエネルギー吸収し、層間剥離の面積を小さくすることが行われている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した層間剥離の面積を小さくする方法では、下記a〜fのような理由によりCFRP構造材の製造コストが高くなる等の問題があった。
a.樹脂をあらかじめ含浸させるプリプレグ工程が必要である。
b.熱可塑性粒子の粒子径を小さくする必要があるが、粒子径が均一な熱可塑性粒子を製造するコストが高い。
c.各方向に配列した全てのプリプレグに熱可塑性粒子層が必要となり、粒子の使用量が多くなる。
d.熱可塑性粒子をプリプレグの樹脂表面に均一に付着させるため、プリプレグの加工速度が遅くなったり、また、マトリックス樹脂に粒子が分散した樹脂フイルムを作製することが必要で、工程が煩雑となる。
e.航空機の1次構造材として使用する場合、板厚が厚くなる。
f.オートクレーブ成形されるから、大きなオートクレーブが必要となり、設備費用がかさみ、またオートクレーブの大きさによっ成形体の寸法の制約があった。
【0004】
本発明は、かかる従来技術の背景に鑑み、安価で、生産性が良く、かつ靭性および信頼性に優れるCFRPが得られるプリフォーム、その成形方法、炭素繊維強化プラスチックおよび航空機構造部材を提供せんとするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、かかる課題を解決するために、次のような手段を採用するものである。すなわち、
(1)引張弾性率が210GPa以上で、かつ破壊歪みエネルギーが40MJ/m3以上の炭素繊維からなり、その目付が100g/m2を超え500g/m2未満の多軸布帛が複数枚積層され、該多軸布帛の層間には、その使用量が5g/m2を超え30g/m2未満の層間靭性補強材が配置され、前記層間靭性補強材が非晶性ポリアミドからなる粒子であることを特徴とするプリフォーム。
(2)前記炭素繊維の引張弾性率が280GPaを超え500GPa未満であり、かつ破壊歪みエネルギーが53MJ/m3以上である、(1)に記載のプリフォーム。
(3)前記多軸布帛が布帛の長さ方向に対して0゜、+α゜、90゜、−α゜(ここでαは0を越え90未満である)を含む方向に配列した層をステッチ糸で一体化されている多軸ステッチ布帛である、(1)または(2)に記載のプリフォーム。
(4)前記多軸布帛が布帛の長さ方向に対して0゜、+α゜、90゜、−α゜(ここでαは0を越え90未満である)を含む方向に配列した層を、0゜方向に配列する連結糸の交錯により一体化されてなる多軸織物である、(1)または(2)に記載のプリフォーム。
(5)前記バイアス角度α゜が45゜である、(3)または(4)に記載のプリフォーム。
(6)多軸布帛と層間靭性補強材がステッチ手段または接着手段で一体化している、(1)〜(5)のいずれかに記載のプリフォーム。
(7)(1)〜(6)のいずれかに記載のプリフォームを使用し、炭素繊維強化プラスチックを成形する方法であって、下記A.B.C.のいずれかの方法で樹脂を真空含浸させることを特徴とする成形方法。
A.プリフォームを成形型に積層し、これらをバックフイルムで覆い、バックフイルム内部を真空に保ちながら樹脂を注入、含浸させる方法。
B.プリフォームを雌型(または雄型)に積層した後、雄型(または雌型)で型締めし、キャビティ内を真空に保ちながら樹脂を注入し、含浸させる方法。
C.プリフォームを成形型に積層し、さらに前記積層体にマトリックス樹脂となる樹脂フイルム層を積層し、これらをバックフイルムで覆い、バックフイルム内部を真空に保ちながら樹脂を注入し、含浸させる方法。
【0006】
【発明の実施の形態】
本発明に用いる炭素繊維はマルチフィラメント糸であって、PAN系の炭素繊維や、ピッチ系の炭素繊維などのいずれであってもよいが、下記の特性を有する高靭性炭素繊維が使用される。すなわち、JIS R7601に準拠して測定される引張弾性率(E:GPa)が210GPa以上であり、かつ、破壊歪みエネルギー(W:MJ/m3 =106 ×J/m3 )が40MJ/m3 以上の炭素繊維である。
【0007】
なお、ここで、破壊歪みエネルギー(W)とは、JIS R7601に準拠して測定される引張強度(σ:GPa)と、上記した引張弾性率(E)とを用いて、次式:W=σ2 /2Eに基づいて算出される値のことをいう。引張弾性率(E)が210GPa未満の炭素繊維を用いた場合、構造材の撓み量が許容されるようにするには、構造材の板厚を大きくしなければならず、重くなってしまう。また、衝撃が加わった場合、積層板の撓み量が大きくなり、交差積層された層間に大きな引き剥がし力が働き、クラックが大きくなり、衝撃による圧縮強度低下も大きいため好ましくない。より好ましくは、炭素繊維の引張弾性率は280GPaを超え500GPa未満である。500GPa以上になると炭素繊維の破断伸度が小さくなることがある。
【0008】
また、本発明には破壊歪みエネルギー(W:MJ/m3 )が40MJ/m3 以上の炭素繊維を使用する。破壊歪みエネルギーが40MJ/m3 未満であると、積層板に衝撃が加わった際、炭素繊維の破壊によって吸収される衝撃エネルギーが小さいので、エネルギーは層間のマトリックス樹脂層の破壊によって吸収され、クラックも大きくなるので好ましくない。40MJ/m3 以上であると炭素繊維の破壊によって吸収される衝撃エネルギーが大きくなり、クラック発生に費やされるエネルギーが小さく、したがってクラックの大きさも小さく、圧縮強度の低下も小さくすることができる。より好ましくは、破壊歪みエネルギーが53MJ/m3 以上であると、衝撃による損傷面積も小さくなり、信頼性に優れた構造部材となる。
【0009】
本発明に使用する炭素繊維を糸条とした炭素繊維糸条の太さはとくに限定されないが、好ましくは3,000〜100,000フイラメント程度である。とくに、太い炭素繊維糸条を用いると、炭素繊維が安くなるので安価な布帛が得られ好ましい。炭素繊維糸条の太さは、より好ましくは12,000〜100,000フイラメントであり、この場合は、ステッチ糸による一体化加工前に炭素繊維糸条をローラの揺動操作やエアー・ジェット噴射で薄く拡げると、布帛の全面にわたり炭素繊維の密度が均一となり、表面が平滑なFRPが得られるので好ましい。炭素繊維糸条の太さが12,000〜24,000フイラメンであると、安価でかつ繊維分散が均一な多軸布帛が得られるので特に好ましい。
【0010】
上記した炭素繊維糸条には0.2〜0.8重量%以下のサイジング剤を付着させておくことが好ましい。サイジング剤の付着量が0.2重量%未満であると、炭素繊維糸条が巻かれたボビンをカートンケースから取り出す際や、ボビンをステッチm/cや織機のクリールに掛ける際のハンドリングで、ボビンの最外層や側面の炭素繊維が毛羽立つことがある。また、0.8重量%を超えると、炭素繊維糸条内での炭素繊維同士のサイジング剤による付着が強いので、ステッチ・ニードルが高速で貫通すると、ニードル貫通部の炭素繊維がニードルの左右に動くことによって逃げることができず、まともに炭素繊維がニードルと衝突して、切断してしまうことがある。また、とくに航空機の1次構造材の場合、部材厚みが大きくなるので、プリフォームも厚くなり、樹脂の含浸も悪くなる傾向となる。0.2〜0.8重量%以下のサイジング剤量であれば、炭素繊維同士のサイジング剤による付着が適度であり、ステッチ・ニードルが高速で貫通しても、ニードル貫通部の炭素繊維が左右に動くことによって逃げることができるので好ましい。また、炭素繊維同士のサイジング剤による付着が適度であるから、ニードルやステッチ糸の挿入によって、糸束が拡がり、凸凹が少ない、表面が平滑な布帛が得られるので、成形で表面が平滑なFRPとなる。また、プリフォームが厚くなっても比較的樹脂の含浸が容易である。
【0011】
本発明に使用する多軸布帛は、引張弾性率が210GPa以上で、かつ破壊歪みエネルギーが40MJ/m3 以上の炭素繊維からなる多軸布帛である。本発明のプリフォームは、該多軸布帛が複数枚積層されたものであり、該多軸布帛の層間には層間靭性補強材が配置されているものである。該層間靭性補強材によって衝撃エネルギーの吸収が可能となり、高強度の成形品を与えるプリフォームを得ることができる。
【0012】
次に図を使用して、本発明の好ましい態様を説明する。図1は、本発明に係るプリフォームの好ましい1態様を示す概略斜視図である。炭素繊維からなる多軸布帛21 と多軸布帛22 が積層され、多軸布帛21 と多軸布帛22 の層間には層間靭性補強材3が配置されてプリフォーム1が形成されている。ここで、図1では多軸布帛が2層の例について説明したが、本発明では2層に限定するものではなく、構造材のCFRPの厚みにより積層数を適宜選択することが出来る。なお、積層する多軸布帛の種類は特に限定されないが、好ましくは同種の布帛、つまりステッチ布帛の場合は全てがステッチ布帛であり、織物の場合は全てが織物であることが好ましい。なお、多軸布帛21 ,22 は、層間靭性補強材3とステッチ手段または接着手段で一体化しているのが好ましい。たとえば層間靭性補強材3に使用するタッキファイヤーや芯鞘型繊維の低融点成分による融着などで、多軸布帛2と層間靭性補強材3を接着または付着により一体化させておくと、プリフォームの運搬などで、炭素繊維糸条の配向が乱れたり多軸布帛の積層位置がずれることがないので、成形が容易となり好ましいものである。
【0013】
図2は、本発明に使用する多軸布帛としての多軸ステッチ布帛の好ましい1態様を示す概略斜視図である。図2は、詳しくは、多軸布帛が布帛の長さ方向に対して0゜、+α゜、90゜、−α゜(ここでαは0を越え90未満である)を含む方向に配列した層をステッチ糸で一体化されている多軸ステッチ布帛である例である。
多軸ステッチ布帛4の下面から、まず長さ方向イに対して斜め方向に多数本の炭素繊維糸条5が並行に配列して+α゜層9を構成し、次いで布帛の幅方向に多数本の炭素繊維糸条6が並行に配列して90゜層10を構成し、次いで斜め方向に多数本の炭素繊維糸条7が並行に配列して−α゜層11を構成し、次いで布帛の長さ方向に多数本の炭素繊維糸条8が並行に配列して0゜層12を構成し、互いに配列方向が異なる4層が積層された状態で、ステッチ糸13でこれら4層が縫合一体化されている。縫合一体化にあたってのステッチ糸13が形成する縫い組織としては、単環縫い、1/1のトリコット編みが挙げられる。
【0014】
なお、図2で、あたかも断面形状が楕円で示されている繊維の集合体が1糸条で、この糸条間にステッチ糸13が配列しているかに見えるが、ステッチ糸13は糸条に対してはランダムに挿入され、楕円で示されている繊維の集合体はステッチ糸の拘束によって形成されているのである。
なお、図2に示した多軸ステッチ布帛の炭素繊維の構成は+α゜層/90゜層/−α゜層/0゜層の4層構成について説明したが、これに限定するものではない。たとえば0°層/+45°層/0°層/−45°層/90°層/−45°層/0°層/+45°層/0°層のように、0°層が多く含まれるような、0゜、+α゜、−α゜、90゜の4方向を含むものであってもよい。
【0015】
ここで、バイアス角α゜は、炭素繊維ステッチ布帛をFRP成形体の長さ方向に積層し、炭素繊維による剪断補強を効果的に行う観点から45゜が好ましい。また、積層角の順序は特に限定されないが、各層の機械的特性の異方性に伴う積層板の厚さ方向への衝撃によるCFRPの層間にクラックを出来るだけ小さくし、CFRP板の圧縮強度の低下を小さくするという観点で、隣接する各層の炭素繊維の交角が45°であることが好ましい。
【0016】
図3は、本発明に使用する別の多軸布帛としての多軸織物の好ましい1態様を示す概略斜視図である。図3は、詳しくは多軸布帛が布帛の長さ方向に対して0゜、+α゜、90゜、−α゜(ここでαは0を越え90未満である)を含む方向に配列した層を、0゜方向に配列する連結糸の交錯により一体化されてなる多軸織物である例である。
多軸織物14の下面から、まず織物の幅方向に多数本の炭素繊維糸条15が並行に配列して90゜層20を構成し、次いで織物の長さ方向イに多数本の炭素繊維糸条16が並行に配列して0゜層21を構成し、長さ方向イに対して斜め方向に多数本の炭素繊維糸条17が並行に配列して+α゜層22を構成し、次いで斜め方向に多数本の炭素繊維糸条18が並行に配列して−α゜層23を構成し、互いに配列方向が異なる4層が、炭素繊維糸条が真直ぐな状態で積層され、織物の長さ方向に配列する多数本の連結糸191、192、193・・・ が、これら4層の糸条間に挿入されている。この連結糸19は、上面の炭素繊維糸条18と下面の炭素繊維糸条15と1本交互に交錯し、上面→下面→上面→下面・・・と浮き沈みしながら4層が織組織で一体化されている。
なお、図3に示した多軸織物の炭素繊維の構成は+α゜層/90゜層/−α゜層/0゜層の4層構成について説明したが、これに限定するものではない。たとえば、0°層が多く含まれるような、0゜、+α゜、−α゜、90゜の4方向を含むものであってもよい。なお、バイアス角α゜は、多軸織物をFRP成形体の長さ方向に積層し、炭素繊維による剪断補強を効果的に行う観点から45゜が好ましい。
【0017】
ここで、図2または図3で説明した多軸ステッチ布帛ならびに多軸織物の層方向の炭素繊維糸条はクリンプすることなく真っ直ぐに配列しているから、FRPにしたとき、炭素繊維糸条やマトリックス樹脂に応力集中が働かないから、強度や弾性率の低下がほとんど無く、好ましいものである。
また、従来の層間靭性付与方法では、各層に粒子を散布したプリプレグを使用していたが、図2または図3に示したプリフォームは、多軸ステッチ布帛や多軸織物の多軸布帛を構成する各層は、ステッチ糸や連結糸で一体化されているから、FRPにしたとき多軸布帛内の各層は、衝撃が加わってもステッチ糸や連結糸で層間でのクラック発生を抑制することが出来るので、層間強化が必要となる層数を大幅に減らすことが出来るため、好ましいものである。
【0018】
本発明に使用する多軸布帛において用いられるステッチ糸や連結糸は、多軸布帛の形成と同時に、多軸布帛内の層間の剥離を抑制する役割を担うものであり、たとえばポリエステル繊維、ナイロン6繊維、ナイロン66繊維、ナイロン610繊維、ナイロン612繊維、ナイロン11繊維、ナイロン12繊維、およびこれらの共重合繊維、ポリアラミド繊維、ビニロン繊維、低融点繊維、ガラス繊維、炭素繊維などが使用できる。なかでも、ガラス繊維、炭素繊維、ポリアラミド繊維は引張弾性率が大きいので、少量でもクラックの発生を抑止することができるため好ましく用いられる。特に、ガラス繊維や炭素繊維は、ほとんど吸水しないので航空機構造材のプリフォーム用に好ましく用いられる。ステッチ糸や連結糸の太さはステッチ糸や連結糸の繊維の種類にもよるが、通常7を超え150テックス未満が好ましい。7テックス以下であると、多軸布帛内の層間の剥離を抑制する効果が小さくなる。一方、150テックス以上になるとステッチ糸や連結糸が布帛の表面に出るので、布帛の表面が凸凹し、成形してもFRPの表面が凸凹し、表面が平滑なFRPが得られないことがある。ステッチ糸や連結糸の太さは、より好ましくは10テックスを超え70テックス未満である。
【0019】
また、ステッチ布帛におけるステッチ糸の配列間隔は2〜8mm、ピッチは1〜4mm程度が好適である。ステッチ糸の配列間隔やピッチが小さいと、ステッチ糸による炭素繊維糸条の拘束が強くなり、ドレープ性が失われることがある。また、配列間隔やピッチを大きくするとドレープ性が良くなり、深絞り賦形が可能となるが、ステッチ糸挿入間隔内で炭素繊維糸条が部分的に蛇行することがある。より好ましくは、ステッチ糸の配列間隔が2〜5mm、ピッチは2〜3.3mmである。
【0020】
本発明における多軸布帛の各層の炭素繊維目付は100g/m2を超え500g/m2未満である。ステッチ糸や連結糸の挿入部には部分的に炭素繊維の存在しない箇所ができ、層方向からの樹脂含浸が可能となるので、通常の織物などの布帛に比べて比較的高目付の布帛としても樹脂含浸が阻害されることはないが、500g/m2以上となると樹脂含浸速度が遅くなることがある。また、100g/m2以下になると、所定の厚みを得るために必要となる布帛枚数が多くなり、積層に手間がかかることがある。各層の炭素繊維目付のより好ましい範囲は、150g/m2を超え400g/m2未満のものである。
【0021】
本発明に使用する層間靭性補強材は、多軸布帛の層間に配置されプリフォームの靭性を向上させるものであって、本発明では熱可塑性樹脂からなる粒子が用いられる。
【0024】
また、層間靭性補強材が粒子の場合は、平均粒子直径が1〜150ミクロンが好ましい。1ミクロン未満になると粒子が多軸布帛を形成する炭素繊維間に入り込み、多軸布帛と多軸布帛の層間に介在する粒子量が少なくなったり、また均一に散布した粒子が局部的に炭素繊維間に入り込むことによって層間に介在する粒子量がばらついたりすることがある。また、150ミクロンを越えると、粒子直径が大きくなるので、所定の粒子散布重量に対して、散布される粒子数が少なくなり、均一な散布が困難となることがある。
【0025】
本発明では、層間靭性補強材の粒子として用いられる原料として、非晶性ポリアミド(特に芳香族および/または脂環式の共重合ポリアミド)を用いる。非晶性ポリアミドは吸収エネルギーが大きく、ASTM D570における平衡吸水率が小さいため(好ましくは、平衡吸水率は3重量%以下、より好ましくは2重量%以下)、とくに航空機の1次構造材に求められる吸水時の力学的特性において、強度低下が小さいので好ましいものである。
【0026】
本発明における層間靭性補強材の使用量は5g/m2を超え30g/m2未満である。5g/m2未満であると多軸布帛間の層間靭性補強効果が小さくなることがある。また、30g/m2以上であると成形品としたときの耐熱性や吸水させたときの強度が低下することがある。より好ましくは、7g/m2を超え20g/m2未満である。
【0027】
本発明のプリフォームを使用し炭素繊維強化プラスチックを成形する方法は特に限定されないが、好ましくは、下記したA、B、Cのいずれかの方法で樹脂を真空含浸させる方法が用いられる。
A.プリフォームを成形型に積層し、これらをバックフイルムで覆い、バックフイルム内部を真空に保ちながら樹脂を注入、含浸させる方法である。ここで、樹脂を含浸させた後、樹脂を硬化させ、その後脱型することによって、本発明の炭素繊維強化プラスチック成形品が成形される。好ましくは、プリフォームの上面の全体または下面の全体、または上面と下面の全体に、ポリエステル繊維やガラス繊維からなるブリーダクロスを積層し、その上に注入樹脂が全面に拡散するメッシュ状の樹脂拡散媒体を積層して樹脂注入する方法が用いられる。該方法を用いると、樹脂は一気に樹脂拡散媒体によってプリフォーム全面に拡がり、その後プリフォームの厚さ方向への樹脂含浸が進むので、樹脂パスが短くなるから、プリフォーム全体への樹脂が均一に行われ、また含浸時間を短くすることが出来、好ましいものである。したがって、航空機の構造部材のように面積が大きくて、板厚の大きなFRPにとくに好適である。脱型の後、ブリーダクロスを剥がすことによって、樹脂拡散媒体および媒体の隙間に溜まった硬化樹脂を除去することが出来る。
B.プリフォームを雌型(または雄型)に積層した後、雄型(または雌型)で型締めし、キャビティ内を真空に保ちながら樹脂を注入し、含浸させる方法である。
ここで、樹脂を含浸させた後、樹脂を硬化させ、その後、脱型することによって、本発明の炭素繊維強化プラスチック成形品が成形される。この場合も上記Aと同様、ブリーダクロスおよび樹脂拡散媒体の使用によって、樹脂含浸を早くすることが出来るし、また、型に樹脂の流路となる溝を設けておくと、大型のFRPが容易に成形することが出来る。なお、上記A、Bの方法では、通常、常温で液状の熱硬化性樹脂、たとえばエポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂や不飽和ポリエステル樹脂などを使用するが、樹脂含浸が容易でかつ高性能で耐熱性の高いCFRPとするために、エポキシ樹脂が好ましく用いられる。ここで、樹脂粘度が小さいと、一般的に耐熱性が悪くなるので、注入の際の型温度、プリフォームおよび樹脂の温度を好ましくは70〜100℃とし、注入樹脂の粘度を下げて、樹脂粘度を200mPa・s以下とするのが好ましい。続いて、樹脂注入後120℃程度でポストキュアして、エポキシ樹脂の重合を進めて、少なくともゲル化状態とし、その後180℃程度の高温でアフターキュアするのが好ましい。この方法により、樹脂含浸が良好で、耐熱性に優れ、かつ靭性に優れるCFRPからなる成形品を成形することができる。
C.プリフォームを成形型に積層し、さらに前記積層体にマトリックス樹脂となる樹脂フイルム層を積層し、これらをバックフイルムで覆い、バックフイルム内部を真空に保ちながら樹脂を注入し、含浸させる方法である。ここで、樹脂を含浸させた後、脱型することによって、本発明の炭素繊維強化プラスチックが成形される。樹脂フイルムは、上記Bで記載したエポキシ樹脂、たとえば航空機材のプリプレグに用いられているエポキシ樹脂が好ましく、フイルムの厚さはプリフォームへの樹脂含浸に必要な樹脂量となるよう設定すればよい。ここで、プリフォームの全面に樹脂フイルム層があるから、プリフォームへの含浸は厚さ方向に樹脂が流れることによって行われ、樹脂パスが短くなり、プリフォーム全体への樹脂が均一に行われ、また含浸時間を短くすることが出来るため好ましいものである。
【0028】
本発明のプリフォームを使用し、上述した成形方法で炭素繊維強化プラスチックを得ることができる。
【0029】
本発明のプリフォームを使用し、上述した成形方法で得られる炭素繊維強化プラスチックの用途は特に限定されないが、好ましくは航空機構造部材である。
【0030】
図4は本発明のプリフォームを使用し、上述した成形方法で得られる航空機構造部材を用いた航空機24の概略斜視図である。各種フェアリング、メイン・ランデング・ギアドア、テイルコーン、エンジン・ナセルなどの2次構造部材のほか、本発明のプリフォームを使用し、上述した成形方法で得られる航空機構造部材は安価で、靭性に優れ、機械的特性に優れるので、主翼25、尾翼26、フロアービーム27、胴体28、ウイング・ボックス (図示せず)、 キール(図示せず)などの1次構造部材にも使用することができる。
【0031】
図5、図6は本発明のプリフォームを使用し、上述した成形方法で得られる炭素繊維強化プラスチックの構造要素29としての実施例である。従来はスキン材30、桁材31、リブ材32を別々に成形し、これをリベット止めしていたが、本発明によればスキン材30と桁材31やリブ材32を一体に成形することが可能となった。
【0032】
【発明の効果】
本発明により、安価で、生産性が良く、かつ靭性および信頼性に優れるCFRPが得られるプリフォーム、その成形方法を提供でき、安価で、生産性が良く、かつ靭性および信頼性に優れる炭素繊維強化プラスチックおよび航空機構造部材を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るプリフォームの好ましい1態様を示す概略斜視図である。
【図2】本発明に使用する多軸布帛としての多軸ステッチ布帛の好ましい1態様を示す概略斜視図である。
【図3】本発明に使用する別の多軸布帛としての多軸織物の好ましい1態様を示す概略斜視図である。
【図4】本発明のプリフォームを使用し、上述した成形方法で得られる航空機構造部材を使用している航空機の概略斜視図である。
【図5】本発明のプリフォームを使用し、上述した成形方法で得られる炭素繊維強化プラスチックの構造要素としての実施例を示す概略斜視図である。
【図6】本発明のプリフォームを使用し、上述した成形方法で得られる炭素繊維強化プラスチックの構造要素としての別の実施例を示す概略斜視図である。
Claims (7)
- 引張弾性率が210GPa以上で、かつ破壊歪みエネルギーが40MJ/m3以上の炭素繊維からなり、その目付が100g/m2を超え500g/m2未満の多軸布帛が複数枚積層され、該多軸布帛の層間には、その使用量が5g/m2を超え30g/m2未満の層間靭性補強材が配置され、前記層間靭性補強材が非晶性ポリアミドからなる粒子であることを特徴とするプリフォーム。
- 前記炭素繊維の引張弾性率が280GPaを超え500GPa未満であり、かつ破壊歪みエネルギーが53MJ/m3以上である、請求項1に記載のプリフォーム。
- 前記多軸布帛が布帛の長さ方向に対して0゜、+α゜、90゜、−α゜(ここでαは0を越え90未満である)を含む方向に配列した層をステッチ糸で一体化されている多軸ステッチ布帛である、請求項1または2に記載のプリフォーム。
- 前記多軸布帛が布帛の長さ方向に対して0゜、+α゜、90゜、−α゜(ここでαは0を越え90未満である)を含む方向に配列した層を、0゜方向に配列する連結糸の交錯により一体化されてなる多軸織物である、請求項1または2に記載のプリフォーム。
- 前記バイアス角度α゜が45゜である、請求項3または4に記載のプリフォーム。
- 多軸布帛と層間靭性補強材がステッチ手段または接着手段で一体化している、請求項1〜5のいずれかに記載のプリフォーム。
- 請求項1〜6のいずれかに記載のプリフォームを使用し炭素繊維強化プラスチックを成形する方法であって、下記A.B.C.のいずれかの方法で樹脂を真空含浸させることを特徴とする成形方法。
A.プリフォームを成形型に積層し、これらをバックフイルムで覆い、バックフイルム内部を真空に保ちながら樹脂を注入、含浸させる方法。
B.プリフォームを雌型(または雄型)に積層した後、雄型(または雌型)で型締めし、キャビティ内を真空に保ちながら樹脂を注入し、含浸させる方法。
C.プリフォームを成形型に積層し、さらに前記積層体にマトリックス樹脂となる樹脂フイルム層を積層し、これらをバックフイルムで覆い、バックフイルム内部を真空に保ちながら樹脂を注入し、含浸させる方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001206072A JP5011613B2 (ja) | 2001-07-06 | 2001-07-06 | プリフォームおよび成形方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001206072A JP5011613B2 (ja) | 2001-07-06 | 2001-07-06 | プリフォームおよび成形方法 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003019763A JP2003019763A (ja) | 2003-01-21 |
JP2003019763A5 JP2003019763A5 (ja) | 2008-08-07 |
JP5011613B2 true JP5011613B2 (ja) | 2012-08-29 |
Family
ID=19042265
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001206072A Expired - Lifetime JP5011613B2 (ja) | 2001-07-06 | 2001-07-06 | プリフォームおよび成形方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5011613B2 (ja) |
Families Citing this family (23)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4609513B2 (ja) * | 2001-07-06 | 2011-01-12 | 東レ株式会社 | プリフォームの製造方法 |
JP4126978B2 (ja) * | 2001-07-06 | 2008-07-30 | 東レ株式会社 | プリフォームおよびそれからなるfrpならびにfrpの製造方法 |
JP4817651B2 (ja) * | 2004-12-15 | 2011-11-16 | 東邦テナックス株式会社 | Frp用プリフォーム基材及びプリフォームの製造方法 |
JP4917593B2 (ja) * | 2005-03-07 | 2012-04-18 | スパンファブ・リミテッド | 均一な厚さを有する熱可塑性ナイロン接着マトリックス及びそれから形成した複合材料積層体 |
JP4759303B2 (ja) * | 2005-04-06 | 2011-08-31 | 帝人テクノプロダクツ株式会社 | 多軸織物を用いた複合材料 |
DE102005024408A1 (de) | 2005-05-27 | 2006-11-30 | Airbus Deutschland Gmbh | Verstärkung von Schaumwerkstoffen |
WO2007013385A1 (ja) * | 2005-07-29 | 2007-02-01 | The Doshisha | 繊維強化熱可塑性複合材料の成形方法およびその中間体、および、複合シート |
JP4940644B2 (ja) * | 2005-12-12 | 2012-05-30 | 東レ株式会社 | 2軸ステッチ基材およびプリフォーム |
GB0702781D0 (en) * | 2007-02-13 | 2007-03-21 | Airbus Uk Ltd | Method of processing a composite material |
US8017188B2 (en) * | 2007-04-17 | 2011-09-13 | General Electric Company | Methods of making articles having toughened and untoughened regions |
JP4699425B2 (ja) | 2007-06-22 | 2011-06-08 | 株式会社ジャムコ | サンドイッチパネル |
DE102007055684A1 (de) | 2007-11-21 | 2009-06-10 | Airbus Deutschland Gmbh | Vorrichtung zur Herstellung eines verstärkten Schaumwerkstoffes |
JP2013023184A (ja) * | 2011-07-26 | 2013-02-04 | Toyota Industries Corp | 輸送機器用外板パネル及び輸送機器用外板パネルの製造方法 |
KR101275164B1 (ko) | 2011-09-29 | 2013-06-17 | 한국생산기술연구원 | 다축 지오컴포지트 및 그의 제조방법 |
CN103987764B (zh) | 2011-12-26 | 2017-09-15 | 东丽株式会社 | 碳纤维基材、预浸料坯及碳纤维增强复合材料 |
US20160009368A1 (en) * | 2013-02-28 | 2016-01-14 | The Boeing Company | Composite laminated plate having reduced crossply angle |
CN103132245A (zh) * | 2013-03-06 | 2013-06-05 | 上海劲纬高强纤维有限公司 | 无经编纱的多轴向织物 |
JP6502719B2 (ja) * | 2015-03-26 | 2019-04-17 | 株式会社Subaru | 航空機構造体、航空機構造体の製造方法及び航空機構造体の設計情報の作成方法 |
EP4230398A1 (en) * | 2017-01-20 | 2023-08-23 | Mitsui Chemicals, Inc. | Laminate and tape winding pipe |
JP6971840B2 (ja) * | 2017-12-27 | 2021-11-24 | 株式会社イノアックコーポレーション | 回転翼及びそれを用いた無人航空機 |
EP3835340B1 (en) * | 2018-08-07 | 2024-05-01 | Toray Industries, Inc. | Multiaxial textile resin base material and method for production thereof |
KR102189113B1 (ko) * | 2019-03-28 | 2020-12-09 | 한국과학기술연구원 | 스티치 부재를 포함하는 섬유강화 복합 구조체 및 이의 제조 방법 |
KR102448814B1 (ko) * | 2020-09-25 | 2022-09-30 | (주) 데크카본 | 탄소복합재 프리폼 제조방법 |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB8822521D0 (en) * | 1988-09-26 | 1988-11-02 | Tech Textiles Ltd | Method of producing formable composite material |
JPH04249152A (ja) * | 1991-02-04 | 1992-09-04 | Honda Motor Co Ltd | 熱可塑性複合体及びその製造方法 |
JP3031110B2 (ja) * | 1993-03-18 | 2000-04-10 | 東レ株式会社 | 繊維強化複合材料用プリフォームの製造方法および装置 |
JPH11130882A (ja) * | 1997-10-28 | 1999-05-18 | Toray Ind Inc | ヤーンプリプレグおよびその製造方法 |
JPH11198128A (ja) * | 1998-01-16 | 1999-07-27 | Toray Ind Inc | 繊維強化無機物の製造方法 |
JP4078726B2 (ja) * | 1998-09-16 | 2008-04-23 | 東レ株式会社 | 多層強化繊維シートおよび構造物の補修・補強方法 |
EP1125728B1 (en) * | 1999-03-23 | 2011-10-05 | Toray Industries, Inc. | Composite reinforcing fiber base material, preform and production method for fiber reinforced plastic |
-
2001
- 2001-07-06 JP JP2001206072A patent/JP5011613B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2003019763A (ja) | 2003-01-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5011613B2 (ja) | プリフォームおよび成形方法 | |
US8852713B2 (en) | Methods and preforms for forming composite members with interlayers formed of nonwoven, continuous materials | |
JP4126978B2 (ja) | プリフォームおよびそれからなるfrpならびにfrpの製造方法 | |
AU2003262050B2 (en) | Reinforcing fiber substrate, composite material and method for producing the same | |
EP1473132B1 (en) | Method for manufacturing a multiaxial fabric | |
JP4168734B2 (ja) | プリフォーム基材、プリフォームおよび繊維強化プラスチックの成形方法 | |
JP2003020542A (ja) | 炭素繊維布帛、成形方法、炭素繊維強化プラスチックおよび航空機構造部材 | |
JP6946666B2 (ja) | 強化繊維積層シートおよび繊維強化樹脂成形体 | |
WO2000061363A1 (fr) | Preforme destinee a un materiau composite et un tel materiau | |
JP2020525586A (ja) | 強化用繊維及び形状記憶合金ワイヤを含む製品及びその製造方法 | |
US11926719B2 (en) | Materials comprising shape memory alloy wires and methods of making these materials | |
JP2002227067A (ja) | 補強用多軸ステッチ布帛およびプリフォーム | |
JP2018065999A (ja) | 強化繊維基材、強化繊維積層体および繊維強化樹脂 | |
US20200362124A1 (en) | Composite material comprising metallic wires and method for fabrication thereof | |
JP2002227068A (ja) | 補強用多軸ステッチ布帛 | |
JP4609513B2 (ja) | プリフォームの製造方法 | |
JP2019099987A (ja) | 強化繊維基材、強化繊維積層体および繊維強化樹脂 | |
JP6196658B2 (ja) | サンドイッチパネル,一方向プリプレグの製造方法及びサンドイッチパネルの製造方法 | |
JP2006138031A (ja) | 強化繊維基材、プリフォームおよびそれらの製造方法 | |
EP3843980B1 (en) | Product | |
JP5415320B2 (ja) | 繊維強化樹脂用シート及びこれを用いた繊維強化樹脂成形体 | |
JP2017155391A (ja) | 繊維強化プラスチック用基材、繊維強化プラスチック用多層基材、繊維強化プラスチック用プリフォーム及びその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080620 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080620 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100906 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20101005 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20101129 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110614 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110805 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120508 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120521 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150615 Year of fee payment: 3 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 5011613 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150615 Year of fee payment: 3 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |