JP5161432B2 - 複合材料製構造部材の成形方法 - Google Patents

複合材料製構造部材の成形方法 Download PDF

Info

Publication number
JP5161432B2
JP5161432B2 JP2006127373A JP2006127373A JP5161432B2 JP 5161432 B2 JP5161432 B2 JP 5161432B2 JP 2006127373 A JP2006127373 A JP 2006127373A JP 2006127373 A JP2006127373 A JP 2006127373A JP 5161432 B2 JP5161432 B2 JP 5161432B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
prepreg
composite material
structural member
fiber
mold
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 - Fee Related
Application number
JP2006127373A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2007296767A (ja
Inventor
浩司 江崎
吉紀 野中
正美 三浦
西山　　茂
俊夫 阿部
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to JP2006127373A priority Critical patent/JP5161432B2/ja
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to BRPI0707351-8A priority patent/BRPI0707351A2/pt
Priority to EP07742652A priority patent/EP2014437B1/en
Priority to PCT/JP2007/059217 priority patent/WO2007129619A1/ja
Priority to CN2007800014515A priority patent/CN101356050B/zh
Priority to US12/223,068 priority patent/US20100227115A1/en
Priority to ES07742652T priority patent/ES2374456T3/es
Priority to CA2640194A priority patent/CA2640194C/en
Priority to RU2008131875/05A priority patent/RU2406604C2/ru
Priority to KR1020087013213A priority patent/KR100960837B1/ko
Publication of JP2007296767A publication Critical patent/JP2007296767A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5161432B2 publication Critical patent/JP5161432B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C43/00—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/02—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor of articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • B29C70/34—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core and shaping or impregnating by compression, i.e. combined with compressing after the lay-up operation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06—Fibrous reinforcements only
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06—Fibrous reinforcements only
    • B29C70/10—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres
    • B29C70/16—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length
    • B29C70/22—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length oriented in at least two directions forming a two dimensional structure
    • B29C70/222—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length oriented in at least two directions forming a two dimensional structure the structure being shaped to form a three dimensional configuration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • B29C70/34—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core and shaping or impregnating by compression, i.e. combined with compressing after the lay-up operation
    • B29C70/342—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core and shaping or impregnating by compression, i.e. combined with compressing after the lay-up operation using isostatic pressure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • B29D99/0003—Producing profiled members, e.g. beams
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/06—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts
    • B29K2105/08—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts of continuous length, e.g. cords, rovings, mats, fabrics, strands or yarns
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/24—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped crosslinked or vulcanised
    • B29K2105/246—Uncured, e.g. green
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/001—Profiled members, e.g. beams, sections
    • B29L2031/003—Profiled members, e.g. beams, sections having a profiled transverse cross-section
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/30—Vehicles, e.g. ships or aircraft, or body parts thereof
    • B29L2031/3076—Aircrafts
    • 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
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T156/00—Adhesive bonding and miscellaneous chemical manufacture
    • Y10T156/10—Methods of surface bonding and/or assembly therefor
    • Y10T156/1052—Methods of surface bonding and/or assembly therefor with cutting, punching, tearing or severing
    • Y10T156/1062—Prior to assembly
    • Y10T156/1067—Continuous longitudinal slitting
    • 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
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
    • Y10T428/24132—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.] including grain, strips, or filamentary elements in different layers or components parallel

Description

本発明は、たとえばチャンネル材やアングル材等のように、主として構造部材に使用される複合材料製構造部材の成形方法及び複合材料製構造部材に関する。
従来、例えば、航空機、自動車、船舶、列車などの構造部材として、熱硬化性樹脂複合材や熱可塑性樹脂複合材などの繊維強化樹脂複合材が用いられている。構造部材の製造は、繊維強化樹脂複合材を平板状に積層したプリプレグ積層品を成形型に押圧することによりプレス成形し、成形したプリプレグ積層品をオートクレーブ（焼付け）することにより行われる。
例えば、特開２０００−２７１９４９号公報（特許文献１）には、連続成形の全工程中、材料中の繊維に張力を継続的に付加することにより、複合材の中の補強部材としての繊維が波状の変形（しわ）を繰り返すことなく、直線に整列させることができる技術が開示されている。
特開２０００−２７１９４９号公報
ところで、航空機等の軽量構造を構築する際に使用する複合材料製の構造部材である、Ｈ型断面またはＴ型断面等を有する長尺のストリンガなどは、長大であることに加え、非可展面を有していることがある。このように、非可展面を有する成形型に対して平板状のプリプレグ積層品を押圧して成形品を作成しようとすると、しわや亀裂が発生し、良質な製品を得ることができないという問題がある。
ここで言う非可展面とは、曲面の中でも、球面や双曲面のような複合した曲率を持つものであり、数学的には、曲面解析、例えば、ガウス曲率を求めることにより求められる。
上述した問題は、複合材の中の補強部材としての繊維が塑性変形を生じない伸縮性のない性質のものであるために生じる。より具体的には、成形型にプリプレグ積層品を押圧する際に、型形状に対して繊維の長さが余る場合にはしわが発生し、型形状に対して繊維の長さが足りない場合には亀裂が発生する。
その一方で、プリプレグは繊維方向と一致しない方向には伸縮性を持つ。このような性質を有するプリプレグを、繊維方向を層ごとに変えながら重ね合わせた積層品について、必要な方向に伸縮性を持たせ、なおかつオートクレーブ後の最終製品の強度を低下させないことが求められている。
このような問題を解決するために、上述した特許文献１に開示された技術を用いることも考えられるが、成形型が長大である場合には、材料中の繊維に対して継続的に張力を付加することは不可能に近く、しわや亀裂の発生を低減させる有効な手段として用いることができなかった。
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、非可展面を備える長大な形状であっても、繊維しわの発生を抑制することのできる複合材料製構造部材の成形方法および複合材料製構造部材を提供することを目的とする。
本発明の参考例は、プリプレグを平板状に積層したプリプレグ積層品を成形型に押圧することにより、所望の形状に成形する複合材料製構造部材の成形方法であって、繊維配向の異なる複数のプリプレグを平板状に積層することにより、前記成形型用のプリプレグ積層品を作製する作製過程と、前記作製過程にて作製された前記成形型用のプリプレグ積層品を前記成形型に押圧する押圧過程とを有し、前記作製過程では、繊維配向がしわ発生方向と一致または近似する注目プリプレグにおいては、前記しわ発生部位またはその近傍でしわ発生を抑止するのに有効な方向に沿わせ、その後分割し、分割後のプリプレグを用いて前記プリプレグ積層品を作製する複合材料製構造部材の成形方法を提供する。
このような複合材料製構造部材の成形方法によれば、繊維配向がしわ発生方向と一致するプリプレグ、または、プリプレグ積層品に使用されるプリプレグの中で、繊維配向が上記しわ発生方向と最も近似するプリプレグについては、上記しわ発生部位またはその近傍において、しわの発生を抑止するのに有効な方向に分割されて、他のプリプレグとともに積層される。これにより、分割されたプリプレグにおいては、分割部位において、プリプレグの伸縮の自由度を向上させることができるので、繊維しわの発生を抑制させることが可能となる。これにより、しわの少ない複合材料製構造部材を成形することができる。
本発明は、プリプレグを平板状に積層したプリプレグ積層品を成形型に押圧することにより、所望の形状に成形する複合材料製構造部材の成形方法であって、繊維配向の異なる複数のプリプレグを平板状に積層することにより、前記成形型用のプリプレグ積層品を作製する作製過程と、前記作製過程にて作製された前記成形型用のプリプレグ積層品を前記成形型に押圧する押圧過程とを有し、前記作製過程では、繊維配向が前記しわ発生方向と一致する注目プリプレグ、または、繊維配向が前記しわ発生方向と最も近似する注目プリプレグの前記しわ発生部位またはその近傍に相当する部位に対して、前記しわ発生方向と直交する方向に沿って部分的に切れ目をいれ、切れ目を入れた後の注目プリプレグを用いるとともに、該注目プリプレグのみに切れ目を入れることにより前記プリプレグ積層品を作製する複合材料製構造部材の成形方法を提供する。
このような複合材料製構造部材の成形方法によれば、繊維配向が上記しわ発生方向と一致するプリプレグ、または、プリプレグ積層品に使用されるプリプレグの中で、繊維配向が上記しわ発生方向と最も近似するプリプレグについては、上記しわ発生部位またはその近傍において、しわの発生を抑止するのに有効な方向に対して部分的に切れ目が入れられ、この切れ目が入れられた後のプリプレグが、他のプリプレグとともに積層されることにより、成形型に好適なプリプレグ積層品が作製される。これにより、切れ目が入れられたプリプレグにおいては、切れ目の箇所において、プリプレグの伸縮の自由度を向上させることができるので、繊維しわの発生を抑制させることが可能となる。これにより、しわの少ない複合材料製構造部材を成形することができる。
このような複合材料製構造部材の成形方法によれば、しわ発生方向に一致または近似する繊維方向のプリプレグのみを分割または切れ目を入れるので、しわ発生方向に一致または近似する繊維方向にかかるプリプレグ内の引張または圧縮力を開放することが可能となる。これにより、繊維しわの発生を効率的に低減させることが可能となる。
本発明の参考例は、平板状のプリプレグ積層品を成形型に押圧することにより成形される複合材料製構造部材であって、前記プリプレグ積層品を構成するプリプレグの少なくとも１枚がしわが発生すると予測されるしわ発生部位またはその近傍において分割されている複合材料製構造部材を提供する。
このような構成を有する複合材料製構造部材によれば、プリプレグ積層品を構成するプリプレグの少なくとも１枚において、しわ発生部位またはその近傍において分割されていることにより、この分割部位において繊維が切断されることにより、しわ発生方向に一致または近似する繊維方向にかかるプリプレグ内の引張または圧縮力が開放され、プリプレグが自由に伸縮することが可能となる。これにより、しわの発生を防止することが可能となり、高品質な複合材料製構造部材を提供することができる。
本発明の参考例は、平板状のプリプレグ積層品を成形型に押圧することにより成形される複合材料製構造部材であって、前記プリプレグ積層品を構成するプリプレグの少なくとも１枚において、しわ発生部位またはその近傍に、部分的に切れ目が作製されている複合材料製構造部材を提供する。
このような構成を有する複合材料製構造部材によれば、プリプレグ積層品を構成するプリプレグの少なくとも１枚において、しわ発生部位またはその近傍に、部分的に切れ目が作製されているので、この切れ目部分において繊維が切断されることにより、しわ発生方向に一致または近似する繊維方向にかかるプリプレグ内の引張または圧縮力が開放され、プリプレグが自由に伸縮することが可能となる。これにより、しわの発生を防止することが可能となり、高品質な複合材料製構造部材を提供することができる。
本発明の参考例は、平板状のプリプレグ積層品を成形型に押圧することにより成形される複合材料製構造部材であって、前記プリプレグ積層品を構成するプリプレグの少なくとも１枚が、しわが発生すると予測されるしわ発生部位またはその近傍で、しわ発生を抑止するのに有効な方向に分割されている複合材料製構造部材を提供する。
本発明の参考例は、平板状のプリプレグ積層品を成形型に押圧することにより成形される複合材料製構造部材であって、前記プリプレグ積層品を構成するプリプレグの少なくとも１枚において、しわが発生すると予測されるしわ発生部位またはその近傍で、しわ発生を抑止するのに有効な方向に切れ目が作製されている複合材料製構造部材を提供する。
本発明によれば、繊維しわの発生を抑えることが可能となるので、高品質な複合材料製構造部材を提供することができるという効果を奏する。
また、後述するように、分割または部分的に切れ目を入れることによる強度への影響を強度試験で確認したところ、繊維しわによる強度の低下よりはるかに小さいことが確認できた。したがって、本発明によれば、成形品の強度の低下を抑えることができるという効果を奏する。
以下、本発明に係る複合材料製構造部材の成形方法及び複合材料製構造部材の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、航空機における主翼の一部を構成するウイングボックスの構成例を示す斜視図である。このウイングボックス１０は、多数のＨ型ストリンガ１及びリブ材１１を井桁状に組み合わせて骨格を形成し、その外側をスキン１２及びスパー１３で覆った中空の構造体である。
Ｈ型ストリンガ１は、主翼の翼長（長手）方向に延びるＨ型断面形状の複合材料製構造部材であり、たとえば炭素繊維にエポキシ樹脂等の高分子材料を組み合わせた炭素繊維複合部材製とされる。このＨ型ストリンガ１は、たとえば図２に示すように、背中合わせに接合した二つのＣチャンネル２と、接合したＣチャンネル２の上下両面に各々接合される２枚の板状フランジ部材３と、Ｃチャンネル２を背中合わせにした接合部の上下両端部とフランジ部材３との間に形成される略三角形断面形状の空間を埋める二つのフィラー４との６部品により構成されている。
また、図示のウイングボックス１０において、スキン１２及びスパー１３には炭素繊維製複合部材を使用し、リブ材１１にはたとえばチタン合金等を使用しているが、特に限定されるものではない。
上述したＨ型ストリンガ１を構成するＣチャンネル２は、断面を略コ字状に成形した長尺状の複合材料製構造部材である。以下、複合材料製構造部材の成形方法の一実施形態として、Ｃチャンネル２の成形を例示して説明する。
図３は、Ｃチャネル２の成形型の一例を示した図である。図３に示すように、Ｃチャネル２の成形型は、略矩形断面形状を有する長尺部材として構成されている。本実施形態に係る複合材料製構造部材の成形方法においては、この成形型に対して炭素繊維複合材料のプリプレグを平板状に積層したプリプレグ積層品を押圧することにより、Ｃチャネル２を形成する。
以下、本実施形態に係る複合材料製構造部材の成形方法について、図４を参照して説明する。
まず、図３に示したＣチャネル２は直線状のチャネルに周方向に曲率を与えたものであり、このような成形型にプリプレグ積層品を押圧すると、例えば領域Ａに周方向のしわが発生することとなる。
このように、しわが発生する箇所においては、プリプレグ積層品を構成するプリプレグの中から上記しわの発生方向と繊維配向が一致または近似する注目プリプレグを特定する（図４のステップＳＡ１）。ここで、プリプレグ積層品は、例えば、繊維配向が異なるプリプレグを順番に積層することにより作製される。例えば、繊維配向が０°、４５°、９０°などのように、４５°刻みで異なるプリプレグが順次、かつ、繰り返し積層されることにより、プリプレグ積層品が作製される。
上記注目プリプレグの特定においては、繊維配向がしわの発生方向と一致するプリプレグが存在しなかった場合に、繊維配向が最も近似するプリプレグを注目プリプレグとして特定することとしても良いし、繊維配向がしわ発生方向の前後所定範囲に入っている全てのプリプレグを注目プリプレグとして特定することとしても良い。
続いて、上記注目プリプレグを、しわ発生部位に相当する部位、またはその近傍において、しわの発生を抑制する方向に沿って分割する（図４のステップＳＡ２）。ここで、しわの発生を抑制する方向とは、例えば、しわの発生方向に略直交する方向である。
例えば、図３に示すように、しわ発生部位として領域Ａが特定され、更に、しわ発生方向として周方向が特定された場合には、周方向と繊維配向が一致または最も近似するプリプレグを領域Ａの部位で分割し、他の繊維配向を持つプリプレグとともに積層する（図４のステップＳＡ３）。この結果、繊維配向が周方向と一致または近似するプリプレグ以外においては、分割されることなく通常通りに積層されるとともに、繊維配向が周方向と一致または最も近似するプリプレグにおいては、しわ発生部位にて分割された状態で積層されることとなる。
このようにして、プリプレグ積層品が作製されると、図５に示すように、このプリプレグ積層品２０を成形型に押圧することにより（図４のステップＳＡ４）、成形型の下面及び内外両側面に張り付いて略コ字状断面に成形され、炭素繊維材料製のＣチャンネル２が製造されることとなる。
以上説明してきたように、本実施形態に係る複合材料製構造部材の成形方法によれば、繊維配向がしわ発生方向と一致するプリプレグ、または、プリプレグ積層品に使用されるプリプレグの中で、繊維配向が上記しわ発生方向と最も近似するプリプレグについては、上記しわ発生部位またはその近傍において、しわの発生を抑止するのに有効な方向に分割されて、他のプリプレグとともに積層される。これにより、分割されたプリプレグにおいては、分割部位において、プリプレグがしわ発生方向へ自由に伸縮できることとなるので、繊維しわの発生を抑制させることが可能となる。これにより、このプリプレグ積層品を成形型に押圧して成形する際に、しわの発生を抑制することができ、しわの少ない複合材料製構造部材を得ることができる。なお、成形に用いられる成形治具などの成形装置においては、公知の装置を適宜採用することが可能である。
ここで、オートクレーブ前のプリプレグ積層品において、負荷を加える方向に配向されている繊維を分割したものを引張試験に供した結果の一例を図６に示す。この結果から、繊維を分割したものは同応力でのひずみが繊維を分割しないものよりも大きく、負荷方向の繊維の分割により積層品の伸縮性が向上していることが確認された。このような結果から、繊維の分割が成形型に押圧する際のしわの発生を抑止できることがわかる。
同様にオートクレーブ後のプリプレグ積層品の引張試験結果の一例を図７に示す。図６および図７より確認できるように、オートクレーブ後には特性の差はきわめて小さくなり、繊維の分割が成形品の品質を損ねることなく繊維しわの発生を抑止できることがわかる。
なお、上述した実施形態においては、繊維配向がしわ発生方向と一致するまたは最も近似するプリプレグをしわ発生部位において分割することによりしわの発生を低減させていたが、分割に代えて、図８に示すように、しわ発生部位に、しわ発生を抑制する方向に沿って部分的に切れ目Ｂを入れることとしても良い。ここで、しわ発生を抑制する方向とは、例えば、しわ発生方向に略直交する方向である。
このように、繊維配向がしわ発生方向と一致または近似するプリプレグにおいて、しわ発生部位に対し、しわ発生を抑制する方向に沿って部分的に切れ目を入れることにより、しわ発生部位において，しわ発生方向に一致または近似する繊維方向にかかるプリプレグ内の圧縮力が開放させ、伸縮の自由度を増加させることにより、繊維しわの発生を低減させることができる。また、この手法によれば、切れ目を入れるだけなので、分割する場合に比べて、プリプレグ積層品の作製工程を簡略化することができる。
また、上述した実施形態においては、しわ発生箇所として特定される部位は、局部的ではなく、広い範囲にわたって特定される場合がある。このような場合には、図９に示すように、しわ発生部位として特定された領域Ｄ内において、所定の距離間隔で分割を行う箇所、或いは、切れ目をいれる箇所Ｃを複数個所設定することにより可能である。つまり、しわ発生部位においてプリプレグが自由に伸縮する空間を与えることにより、しわの発生を抑えることが可能となる。
また、上記実施形態において、しわ発生部位に切れ目を入れる対応と分割を行う対応とを組み合わせることも可能である。例えば、しわ発生部位として複数の部位が特定された場合には、そのうちの一部の部位についてはプリプレグを分割することにより対応し、他の部位についてはプリプレグに切れ目をいれることにより対応することとしても良い。なお、切れ目の範囲としては、例えば、プリプレグが分割されない範囲内であれば、特に限定されない。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
複合材料製構造部材を航空機主翼のウイングボックスに適用した構成例を示す斜視図である。 複合材料製構造部材の一例としてＣチャンネルの構造を示す断面図である。 しわ発生方向と繊維配向が一致または近似するプリプレグをしわ発生部位にて分割した状態を示した図である。 本発明の一実施形態に係る複合材料製構造部材の成形方法の手順について示したフローチャートである。 分割されたプリプレグを含むプリプレグ積層品を図２に示したＣチャネルの成形型に押圧した状態を示した図である。 プリプレグ積層品のオートクレーブ前の引張特性について、繊維分割の有無による特性比較を行った結果の一例を示す図である。 プリプレグ積層品のオートクレーブ後の引張特性について、繊維分割の有無による特性比較を行った結果の一例を示す図である。 しわ発生方向と繊維配向が一致または近似するプリプレグのしわ発生部位に切れ目を入れた状態を示した図である。 しわ発生部位が広い範囲の領域として特定された場合の切れ目の入れ方の一例を示した図である。
１ Ｈ型ストリンガ
２ Ｃチャンネル
３ ウェブ
２０ プリプレグ積層品

Claims (1)

  1. プリプレグを平板状に積層したプリプレグ積層品を成形型に押圧することにより、所望の形状に成形する複合材料製構造部材の成形方法であって、
    繊維配向の異なる複数のプリプレグを平板状に積層することにより、前記成形型用のプリプレグ積層品を作製する作製過程と、
    前記作製過程にて作製された前記成形型用のプリプレグ積層品を前記成形型に押圧する押圧過程と
    を有し、
    前記作製過程では、繊維配向がしわ発生方向と一致する注目プリプレグ、または、繊維配向が前記しわ発生方向と最も近似する注目プリプレグのしわ発生部位またはその近傍に相当する部位に対して、前記しわ発生方向と直交する方向に沿って部分的に切れ目をいれ、切れ目を入れた後の注目プリプレグを用いるとともに、該注目プリプレグのみに切れ目を入れることにより前記プリプレグ積層品を作製する複合材料製構造部材の成形方法。
JP2006127373A 2006-05-01 2006-05-01 複合材料製構造部材の成形方法 Expired - Fee Related JP5161432B2 (ja)

Priority Applications (10)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006127373A JP5161432B2 (ja) 2006-05-01 2006-05-01 複合材料製構造部材の成形方法
RU2008131875/05A RU2406604C2 (ru) 2006-05-01 2007-04-27 Способ формовки конструкционного элемента из композиционного материала и конструкционный элемент из композиционного материала
PCT/JP2007/059217 WO2007129619A1 (ja) 2006-05-01 2007-04-27 複合材料製構造部材の成形方法および複合材料製構造部材
CN2007800014515A CN101356050B (zh) 2006-05-01 2007-04-27 复合材料制构造部件的成形方法及复合材料制构造部件
US12/223,068 US20100227115A1 (en) 2006-05-01 2007-04-27 Method of Molding Composite Material Structural Member and Composite Material Structural Member
ES07742652T ES2374456T3 (es) 2006-05-01 2007-04-27 Procedimiento de moldeo de un miembro estructural de material compuesto y miembro estructural de material compuesto.
BRPI0707351-8A BRPI0707351A2 (pt) 2006-05-01 2007-04-27 método para moldagem de elemento estrutural de material composto e elemento estrutural de material composto
EP07742652A EP2014437B1 (en) 2006-05-01 2007-04-27 Method of molding composite material structural member and composite material structural member
KR1020087013213A KR100960837B1 (ko) 2006-05-01 2007-04-27 복합 재료제 구조 부재의 성형 방법 및 복합 재료제 구조부재
CA2640194A CA2640194C (en) 2006-05-01 2007-04-27 Method of molding composite material structural member and composite material structural member

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006127373A JP5161432B2 (ja) 2006-05-01 2006-05-01 複合材料製構造部材の成形方法

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011031436A Division JP4969692B2 (ja) 2011-02-16 2011-02-16 複合材料製構造部材の成形方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007296767A JP2007296767A (ja) 2007-11-15
JP5161432B2 true JP5161432B2 (ja) 2013-03-13

Family

ID=38667728

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006127373A Expired - Fee Related JP5161432B2 (ja) 2006-05-01 2006-05-01 複合材料製構造部材の成形方法

Country Status (10)

Country Link
US (1) US20100227115A1 (ja)
EP (1) EP2014437B1 (ja)
JP (1) JP5161432B2 (ja)
KR (1) KR100960837B1 (ja)
CN (1) CN101356050B (ja)
BR (1) BRPI0707351A2 (ja)
CA (1) CA2640194C (ja)
ES (1) ES2374456T3 (ja)
RU (1) RU2406604C2 (ja)
WO (1) WO2007129619A1 (ja)

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8152948B2 (en) * 2008-01-09 2012-04-10 The Boeing Company Contoured composite parts
JP5180606B2 (ja) * 2008-01-29 2013-04-10 三菱重工業株式会社 複合材部材の製造方法及びプリプレグシートの積層体
WO2010056164A1 (en) * 2008-11-13 2010-05-20 Saab Ab Method of forming a composite article
BRPI0924434A2 (pt) * 2009-06-01 2016-01-26 Mitsubishi Heavy Ind Ltd métodos de fabricação de elemento de material compósito, de estrutura de asa de aeronave e de estrutura de fuselagem de aeronave, e, laminado de folha de prepreg.
TWI391234B (zh) * 2009-06-05 2013-04-01 Mitsubishi Heavy Ind Ltd A manufacturing method of a composite member and a laminate of a prepreg sheet
JP5713568B2 (ja) * 2010-02-10 2015-05-07 三菱航空機株式会社 構造材の製造方法、構造材
DE102011077337A1 (de) * 2011-06-10 2012-12-13 Zf Friedrichshafen Ag Kunststoff-Bauteile mit komplexer, verzweigter Struktur
EP2984705A4 (en) * 2013-04-12 2016-12-07 Sikorsky Aircraft Corp HOLLOW COMPOSITE STRUCTURE AS WAVE GUIDE
ES2648562T3 (es) 2013-10-30 2018-01-04 Airbus Operations S.L. Dispositivo para la fabricación de larguerillos con forma de omega
EP3102723B1 (en) 2014-01-28 2022-05-18 Inman Mills Sheath and core yarn for thermoplastic composite
JP5959558B2 (ja) * 2014-03-13 2016-08-02 アイシン高丘株式会社 複合構造体及びその製造方法
RU2697451C2 (ru) * 2014-04-16 2019-08-14 Хексел Риинфорсментс Сас Способ изготовления композитного изделия
JP6061982B2 (ja) * 2015-04-28 2017-01-18 ポリプラスチックス株式会社 異方性樹脂成形体の構造解析方法
JP6691851B2 (ja) * 2016-08-23 2020-05-13 三菱重工業株式会社 素材形状の決定方法、加工方法、素材形状の決定システム及び素材形状の決定プログラム
CN108772994B (zh) * 2018-06-19 2021-04-30 江西昌河航空工业有限公司 一种复合材料h形梁组合模具的成型方法
JP7193282B2 (ja) * 2018-09-14 2022-12-20 株式会社Subaru プリフォーム賦形方法及び複合材成形方法
DE102019128997A1 (de) * 2019-10-28 2021-04-29 Airbus Operations Gmbh Komponente aus einem faserverstärkten Kunststoff mit reduzierter Aufziehspannung

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58201614A (ja) * 1982-05-20 1983-11-24 Mitsubishi Rayon Co Ltd プリプレグシ−ト
US5171510A (en) * 1988-06-08 1992-12-15 Aerospatiale Societe Nationale Industrielle Method of producing a frame made of a composite material, especially for the fuselage of an aircraft
JP2500317B2 (ja) * 1989-05-02 1996-05-29 防衛庁技術研究本部長 繊維強化プラスチック製レ―ダド―ム
US20030057582A1 (en) * 1991-03-27 2003-03-27 Edward Bernardon Diaphragm chamber molding apparatus and method
JPH06190847A (ja) * 1992-12-25 1994-07-12 Nippon Oil Co Ltd 炭素繊維強化プラスチック成形体の製造方法
JP3214646B2 (ja) * 1994-03-07 2001-10-02 東レ株式会社 プリフォームおよびその製造方法
JPH08312534A (ja) * 1995-05-18 1996-11-26 Toray Ind Inc ケーシング
JPH08337666A (ja) * 1995-06-13 1996-12-24 Toray Ind Inc プリフォームおよびその製造方法
JP3572823B2 (ja) * 1996-09-26 2004-10-06 東海化成工業株式会社 繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法
JP4718694B2 (ja) * 2001-02-22 2011-07-06 三菱レイヨン株式会社 繊維強化複合材料成形品の製造方法
US20030077515A1 (en) * 2001-04-02 2003-04-24 Chen George Zheng Conducting polymer-carbon nanotube composite materials and their uses
JP2003000780A (ja) * 2001-06-25 2003-01-07 Sumitomo Rubber Ind Ltd 繊維強化樹脂製ゴルフクラブシャフトの製造方法及び繊維強化樹脂製ゴルフクラブシャフト
JP3649706B2 (ja) * 2002-06-20 2005-05-18 川崎重工業株式会社 プリプレグ自動積層方法及びその装置
JP3632176B2 (ja) * 2002-06-13 2005-03-23 川崎重工業株式会社 航空機用複合材パネルの製造方法及びその装置
KR100643103B1 (ko) * 2002-08-20 2006-11-10 미츠비시 레이온 가부시키가이샤 섬유 강화 복합 재료 성형품의 제조 방법과 그 제품

Also Published As

Publication number Publication date
EP2014437A1 (en) 2009-01-14
CA2640194C (en) 2010-09-14
WO2007129619A1 (ja) 2007-11-15
CN101356050A (zh) 2009-01-28
ES2374456T3 (es) 2012-02-16
RU2008131875A (ru) 2010-03-20
EP2014437A4 (en) 2010-06-30
BRPI0707351A2 (pt) 2011-05-03
CA2640194A1 (en) 2007-11-15
KR100960837B1 (ko) 2010-06-07
US20100227115A1 (en) 2010-09-09
JP2007296767A (ja) 2007-11-15
CN101356050B (zh) 2013-05-15
RU2406604C2 (ru) 2010-12-20
EP2014437B1 (en) 2011-11-09
KR20080074927A (ko) 2008-08-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5161432B2 (ja) 複合材料製構造部材の成形方法
US6562436B2 (en) Laminated composite radius filler
EP1800842B1 (en) A method of manufacturing an elongate structural element configured for stiffening a shell structure, and a method for manufacturing a rigid shell structure integrated with at least one elongate stiffening element
KR102022130B1 (ko) 경량 유연성 맨드렐 및 이를 제조하는 방법
US8703269B2 (en) Reinforced composite structures for aircrafts and methods for making the same
JP5315713B2 (ja) Ｆｒｐ製部材用プリフォームの製造方法
CA2635363C (en) Method for producing structures from composite materials, including embedded precured tools
US10005267B1 (en) Formation of complex composite structures using laminate templates
JP2010540294A (ja) 被成形材の成形方法
JP2010500932A (ja) 繊維複合材料からなる被加工材の製造方法および全長にわたって変化する断面輪郭を有する異形材の形状の繊維複合部品
KR101353112B1 (ko) 복합재 부재의 제조 방법 및 프리프레그 시트의 적층체
KR20180002017A (ko) 성형된 복합 라미네이트들의 링클 감소
US9533481B2 (en) Method for manufacturing a composite material part comprising a web and at least one flange
JP4354463B2 (ja) 複合材を用いた構造部材の成形方法及び複合材料を用いた構造部材
EP3409446B1 (en) Method of creating large complex composite panels using co-consolidation of thermoplastic material subpanels
JP4969692B2 (ja) 複合材料製構造部材の成形方法
CN106864769B (zh) 使用铰接式芯轴的复合飞机制造工具和方法
EP4119334A1 (en) Composite material structure and manufacturing method of composite material structure

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080716

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100601

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100730

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100824

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20101025

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20101116

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110216

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20110225

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110426

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110624

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110719

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110916

A912 Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912

Effective date: 20111111

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120924

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20121214

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151221

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees