JP5241715B2 - 航空機用管路の製造方法および航空機用管路および配管 - Google Patents
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Description
本発明は航空機管路に関係するもので、前記管路はさらに特に、例えば、航空機動力装置といった高温を受け得る区域へ配置するために応用される。航空機の動力装置には様々な状態の流体を送るための数多くの管路が含まれ、前記管路の全体装置は以降、配管と呼ばれる。
航空機の営業費用における燃料部分の比重を考慮して、メーカーはその消費を低減するため配管部分の製作に複合材料を採用して航空機の重量を縮減する傾向にある。
これらの複合材料は特に、炭素、黒鉛、玄武岩、アラミド、あるいは、例えば、熱可塑性あるいは熱硬化性のエポキシ樹脂などの有機質樹脂母材に埋め込まれるガラスなどの繊維からなる。これらの繊維は場合に応じて布地または非織布の形態をなしうる。
後の利用を可能にするには、これらの繊維には一般的に被膜が施される。実は、その仕上げ加工時には、これらの繊維の表面状態の劣化によって有機質樹脂の付着力が損なわれる。その上、例えば、布地製造運転時には小繊維が主束から剥がれるので裸状態繊維の取り扱いが難しい。また、乾燥した繊維は表面状態の復旧のため処理された後、後の浸透のため化学的付着を促進する樹脂が塗布される。この被膜は油剤吹付けと呼ばれる。油剤吹付けされた市販繊維は滑らかでかつその利用が簡便である。
油剤吹付け繊維やエポキシ樹脂を利用するための工業技術は進歩した。これらの技術が極められると当時に、同等の金属部品のものに対抗できるだけの部品製作費用の確保ができるようになった。
さらに、複合材料製部品により少なくとも金属製部品のものと同等の力学的特性がもたらされるだけでなくこれらのものより明らかに軽量になった。
しかしながら、配管部品製作用の複合材料の利用は、ある場合、特に、前記部品類が例えば、５００℃を越える高温を受け得る区域に配置される場合には問題が露呈しうる。この場合とは特に、エンジン廻りに設置される配管のことである。ところで、この温度では有機質樹脂ベースの複合材料で製作される配管類はその力学的特性が失われるだけでなく気孔ができるようになって前記配管類の信頼性が不足することになる。
エンジン構造は通常、例えば、管路の方向への熱の伝搬を抑制するために出火遮断転向装置を組み込むことでこの複合材料製管路の高温における信頼性不足が考慮されている。しかしながら、この解決策は、エンジンを複雑化させると同時に複合材料製管路の採用に起因する質量の割り増し分が付加転向装置の存在によりほぼ帳消しとなるので十分ではない。
安全上の理由のため、管路は、図１に示されるように二重にされて、内側管路とも呼ばれる主管路10が外側管路と呼ばれる補助管路12の内側に配置される。こうして、内側管路が漏れる場合でもその向け先の装置への供給が継続される。
内側管路10を製作するために複合材料が利用される場合には、この管路は特に高温からの保護のためチタン製の外側管路12内に配置される。
しかしながら、この解決方案は次の理由で十分ではない。外側管路のためのチタンの採用により重量過剰になるだけでなく配管に関する費用も過剰となる。
さらに、設計時に様々な力学上と構造上の特性を必ず有する内側および外側管路に関する様々な材料の関係により数多くの問題が生じる。従って、両管路間の膨張差を考慮するため管路間での相対移動（平行移動ならびに回転移動）回復機構14や複雑な接続あるいは固定機構の設置の必要となる。すべてのこれらの要素により配管が複雑化し、メンテナンスがより複雑になりかつその時間が長くかかるだけでなく全体が重くなってしまう。
このように、本発明は従来技術の不都合を軽減することを狙って、高温時にその信頼性を維持しうる航空機向け管路を提案するものである。
このため、本発明は航空機配管内に統合される管路を対象とし、繊維補強されたジオポリマー樹脂製の母材が含まれる複合材料から製作されることを特徴とする。
その他の特徴や利点は本発明の以下に続く説明、付録図面を参照して例としてのみ与えられる説明から明らかになろう。
有機質樹脂基質の複合材料製の内側管路ならびにチタン製外側管路が含まれる従来技術による配管部分の長手方向断面図
ジオポリマー樹脂ベース複合材料製の内側管路ならびに外側管路が含まれる本発明による配管部分の長手方向断面図
図２には航空機に設置される配管部分が20で示された。本発明はこの配管タイプは高温状態で最も強く必要とされるので航空機動力部分の配管に合わせて説明される。つまり、出火の場合には、この配管は500℃を越える温度を受け得る。
しかしながら、本発明はこの用途に限定はされずその他の航空機配管にも適用できる。
この配管部分20により第一端部22と第二端部24間の流体移動が確保される。各端部22,24には例えば、配管の他端部分などの別の要素への接合手段と流体状態を供給するかあるいは流体を提供し得る装置が含まれる。
この配管部分には流体移動が確保される少なくとも１本の管路26が含まれる。
本発明によると、管路26は繊維補強ジオポリマー樹脂が含まれる複合材料で製作される。
高温時の力学強度を維持しうる材料の入手のためには、xが1.75以上50以下の場合のシアレート（XSiO2、AlO2）タイプのジオポリマー樹脂が採用できる。
コルディ・ジオポリマー社からMEYEBの名称で市販されている樹脂が利用できるのが便利である。
ジオポリマー樹脂とはジオポリマー樹脂あるいはジオポリマー樹脂混合物と理解される。
用途に応じて、繊維は様々な断面を有し、例えば、炭素、黒鉛、玄武岩、アラミドあるいはガラスなどの様々な材料から製作できる。
繊維は布地や不織布、あるいは布地の形態であり得る。
自然状態では、炭素は材料に研磨性の高い特徴を与える髭からなる糸の形態を呈する。後の形状付与を可能にするためには、これらの繊維は、通常、被膜化される。実は、その仕上げ製作時にはこれらの繊維表面状態が劣化することで有機質樹脂の付着性が損なわれる。さらに、例えば、布地製造運転時の裸状態の繊維の取り扱いは小繊維が主束から剥がれるので難しい。また、乾燥した繊維は表面状態復旧のため処理されてからその後の浸透のため化学的付着性を促進する有機質樹脂で被膜化される。この被膜化は油剤吹付けと呼ばれる。市販されている油剤吹付け繊維は滑らかでかつ簡便に利用される。
油剤吹付け量は繊維当たりにして比較的少量であり油剤吹付けされる繊維質量で1%程度に相当するに過ぎない。さらに、油剤吹付けに使用される有機質樹脂の性質はメーカーにより変動しうる。
ジオポリマー樹脂母材の繊維との付着性を上げるには、有機質樹脂とジオポリマー樹脂とは混ざり難いので油剤吹付けを少なくとも部分的に取り消す必要がある。
熱処理あるいは化学的処理による油剤吹付けの取り消しにより広く市販される布地の使用が可能となる。
ある実施例によると、油剤吹付けの取り消しは、樹脂が繊維に付着しないようにその熱劣化温度までの繊維の加熱からなる熱処理で行われる。この熱処理は不活性雰囲気のもとで行われるのが都合良い。
この処理により油剤吹付けされた繊維が受ける温度および/または温度サイクルを必要に応じて調節することによって市販繊維の大部分の処理が可能となる。これにより数分程度で比較的早い処理が可能となる。
油剤吹付けに利用される樹脂の熱劣化温度は炭素繊維の酸化温度に極めて近いので、繊維が受ける温度および/または温度サイクルを測定すべきである。実際、繊維の劣化がひどすぎると得られる製品特性が大きく減ずることになる。
通常は、油剤吹付けの取り消し時間の終わりが繊維劣化の期間の始まりに一致する。
満足すべき付着性と繊維の劣化抑制を得るための取り消し量の妥当範囲は油剤の50%〜90%にある。
加熱温度の測定は供試体での試験により行われる。油剤吹付けの利用成分の特定と取り消しの最初と最後の温度ならびに減分質量の測定ができるのは質量分光写真術あるいは非質量分光写真術による熱重量分析（ＡＴＧ）による分析のおかげである。
熱処理は炉の平均温度を熱重量分析による分析時の測定範囲内に維持するよう気を付けながら不活性状態で製品を加熱することからなる。滅失質量の最終チェックにより処理の有効性が確認できる。
別の操業形態によると、油剤吹付け取り消しは、特に溶剤を利用した化学処理により行われても良い。
溶剤の選定のため油剤吹付けに利用される成分の特定が予め必要である。この特定は熱重量分析により誘導されても良い。化学的手法はその実施が比較的簡単であると同時に、例えばメチレン塩化物などの溶剤への浸漬が必要である。処理継続時間は特に油剤吹付けに利用される成分に応じて決定される。
処理時間を短縮するためには、満足すべき付着性を得ると同時に処理時間を抑制するための油剤吹付けの取り消し量の妥当範囲は50%〜90%にある。
本発明のその他の特徴によると、繊維の浸透力改善のためには、前記樹脂の流動性改善と同時に、前記樹脂の繊維内への移動の均一化のため容積で3〜7%程度の樹脂内への水分の供給が行われる。この水分添加は樹脂の製造により推奨される水分量に対して追加となる。
ジオポリマー樹脂をベースにした複合材料から製作される管路26は高温に耐えると同時に、その多孔性などのその構造的かつ力学的特徴を保持する。高温によりその多孔性が高まる従来管路とは違って、多孔性は本発明による管路が密閉されうる程度に保たれる。
変型例によると、管路26は円形あるいは非円形断面を有しうると同時に、直線および/または曲線部分を含みうる。
発明の効果
ある実施形態によると、配管部分には、外側管路と呼ばれる第二管路28内に配置される内側管路と呼ばれる第一管路26の２本の管路が含まれ、この二本の管路がジオポリマー樹脂をベースとする複合材料で製作されると同時にほぼ同軸であることが好ましい。この構成により、内側管路が漏れても流体が第二管路28を通って常時移動することを勘案すれば信頼性のある配管が得られる。
ある実施形態によると、配管部分には、外側管路と呼ばれる第二管路28内に配置される内側管路と呼ばれる第一管路26の２本の管路が含まれ、この二本の管路がジオポリマー樹脂をベースとする複合材料で製作されると同時にほぼ同軸であることが好ましい。この構成により、内側管路が漏れても流体が第二管路28を通って常時移動することを勘案すれば信頼性のある配管が得られる。
管路が異なる膨張率を有する材料で製作される場合に生じ得る相対移動を補償する装置がもう必要でない点を考慮すれば、同一材料製の二本の管路を設置することにより配管の単純化が可能となる。さらに、ジオポリマー樹脂の母材に埋め込まれる炭素繊維をもとに二本の管路が製作される点により要素類の寸法変動の抑制が可能となり、炭素は膨張しないので端部に設置される接合手段も単純化される。
１０主管路（内側管路）
１２補助管路（外側管路）
１４相対移動回復機構
２０航空機配管部
２２第一端部
２４第二端部
２６第一管路（内側管路）
２８第二管路（外側管路）
１２補助管路（外側管路）
１４相対移動回復機構
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２４第二端部
２６第一管路（内側管路）
２８第二管路（外側管路）
Claims (6)
- 航空機配管内に組み込まれる管路を製造する方法であって、
前記管路は繊維補強ジオポリマー樹脂製の母材が含まれる複合材料から製造され、
前記複合材料は、ｘが１．７５以上５０以下のシアレートタイプ（ｘＳｉＯ ２ 、ＡｌＯ ２ ）のジオポリマー樹脂を含浸させた織物状の繊維を含み、
前記方法は、前記ジオポリマー樹脂の含浸に先立ち前記繊維から、吹き付けられた油剤の少なくとも一部を除去することを特徴とする管路を製造する方法。 - 前記油剤の少なくとも一部を除去するステップにおける油剤の除去割合が５０％から９０％であることを特徴とする請求項１に記載の管路を製造する方法。
- 請求項１に記載の管路を製造する方法であって、該方法はさらに
前記樹脂の流動性改善と繊維内への移動の均一化により前記繊維の浸透性を改善するために、容積で３％から７％の水分を前記樹脂内へ加えるステップを備えることを特徴とする管路を製造する方法。 - 請求項１に記載の方法により製造された、航空機配管内に組み込まれる管路。
- 請求項４に記載の管路が少なくとも一本含まれる航空機配管。
- 請求項５に記載の航空機配管であって、該配管は２本の管路が含まれ、２本の管路は第１の内側管路（２６）と第２の外側管路（２８）であって、
前記第１の内側管路（２６）には流体を流すことができ、前記第１の内側管路（２６）は第２の外側管路（２８）の内側に配置されること、を特徴とする請求項５に記載の航空機配管。
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