JP7000330B2 - 複雑な形状の複合材構造体の製造 - Google Patents
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Description
a)繊維質プリフォームの総数を複数のサブプリフォームに分割する工程;
b)連続して(すなわち順番に)、真空圧及び熱をかけることによって各サブプリフォームを成形する工程であって、全てのサブプリフォームの成形が、同じ成形面上で同じツールハウジングの中で行われる、工程;
を含む。
本発明に関してのサブプリフォーム及びプリフォームは、複合材料の強化成分を構成する乾燥繊維の組立体又は乾燥繊維の層であり、RTMなどの樹脂注入用途に好適な形態である。
サブプリフォーム中の繊維質層を結合させるためのバインダーは、粉末、液体、ペースト、フィルム、繊維、及び不織布などの様々な形態であってもよい。バインダー材料は、熱可塑性ポリマー、熱硬化性樹脂、及びこれらの混合物から選択されてもよい。特定の実施形態においては、バインダーは、熱可塑性材料、又は熱硬化性材料、又は熱可塑性材料と熱硬化性材料とのブレンド物から形成された高分子繊維の形態をとっていてもよい。
本明細書に開示の熱ドレープ成形法は、あらかじめ硬化性樹脂で含浸されたものであるプリプレグプライの組立体に適用することもできる。各プリプレグプライは、硬化性樹脂の中に含浸されたあるいは埋め込まれた強化繊維の層からなる。強化繊維の層は、連続的な一方向繊維又は織物の形態であってもよい。プリプレグの全体の複合材レイアップはサブグループに分割することができ、各サブグループは、サブプリフォームの場合のように2つ以上のプリプレグプライからなる。プリプレグプライは、サブプリフォーム及びプリフォームのための上述したような異なる方向に配向している一方向繊維を含んでいてもよい。その後、サブグループは上述の通りに連続的に成形される。この場合、加熱はプリプレグプライ中の硬化性樹脂を軟らかくしてプリプレグプライの成形を可能にするのに十分な温度で行われるが、温度はマトリックス樹脂の完全な硬化を生じさせるのに十分なほどには高くない。
Claims (20)
- (a)ツールハウジングの中に配置されたモールドを備えたツールハウジングを提供する工程であって、前記モールドが非平面状の成形面を有する、工程;
(b)第1の成形可能なサブプリフォームを、成形面上に配置する工程;
(c)第1の可撓性ダイアフラムとツールハウジングとによって囲まれた密閉されたチャンバーを規定するために、並びに第1のサブプリフォーム及びモールドを前記密閉されたチャンバーの中に封入するために、第1の可撓性ダイアフラムをツールハウジングに取り付ける工程;
(d)第2の成形可能なサブプリフォームを、第1の可撓性ダイアフラムと、第1の可撓性ダイアフラムの上に位置する第2の可撓性ダイアフラムとの間に封入する工程であって、第1及び第2の可撓性ダイアフラムが気密シールポケットを規定する、工程;
(e)サブプリフォームに熱をかける工程;
(f)第1の可撓性ダイアフラムとツールハウジングとによって囲まれた密閉されたチャンバーから、第1の可撓性ダイアフラムが成形面の方へ引っ張られるように真空圧に到達するまで空気を排気することで、第1のサブプリフォームを成形面と一致させ、それにより第1の成形されたサブプリフォームを形成し、密閉されたチャンバーからの空気の排気と同時に、第2の可撓性ダイアフラムが成形面の方へ同時に引っ張られるのを防止するために第1と第2の可撓性ダイアフラムの間の密閉されたポケットを大気圧まで通気する工程;
(g)第1と第2の可撓性ダイアフラムの間の密閉されたポケットから、第2の可撓性ダイアフラムがモールドの方へ引っ張られるように真空圧に到達するまで空気を排気することで第2のサブプリフォームを第1のサブプリフォームの外表面と一致させ、それにより第2の成形されたサブプリフォームを形成する工程;
(h)成形されたサブプリフォームを冷却する工程;並びに
(i)成形されたサブプリフォームを、液体樹脂で注入可能な最終的なプリフォームへと組み立てる工程;
を含む、三次元構造を有する繊維質プリフォーム製造のための形状形成方法であって、
各サブプリフォームが互いに結合している複数の繊維質層を含み、各サブプリフォームが液体樹脂に透過性である、方法。 - (d)と(e)との間に、第3の成形可能なサブプリフォームを、第2の可撓性ダイアフラムと、第2の可撓性ダイアフラムの上に位置する第3の可撓性ダイアフラムとの間に封入する工程であって、第2及び第3の可撓性ダイアフラムが気密シールポケットを規定する、工程;
(g)と同時に、第3の可撓性ダイアフラムが第2の可撓性ダイアフラムと同時に成形面の方へ同時に引っ張られるのを防止するために、第2と第3の可撓性ダイアフラムの間の密閉されたポケットを大気圧まで通気する工程;
(g)と(h)との間に、第2と第3の可撓性ダイアフラムの間の密閉されたポケットから、第3の可撓性ダイアフラムがモールドの方へ引っ張られるように真空圧に到達するまで空気を排気することで第3のサブプリフォームを第2の成形されたサブプリフォームの外表面と一致させ、それにより第3の成形されたサブプリフォームを形成する工程;
を更に含む、請求項1に記載の形状形成方法。 - (f)で、第1の可撓性ダイアフラム及びツールハウジングにより囲まれた密閉されたチャンバーから、約1~約50mbar/分の速度で空気が排気され、
(g)で、第1と第2の可撓性ダイアフラムの間の密閉されたポケットから、約1~約50mbar/分の速度で空気が排気される、
請求項1に記載の形状形成方法。 - (f)で、第1の可撓性ダイアフラム及びツールハウジングにより囲まれた密閉されたチャンバーから、約250~約1000mbarの範囲内の真空圧に到達するまで空気が排気され、
(g)で、第1と第2の可撓性ダイアフラムの間の密閉されたポケットから、約250~約1000mbarの範囲内の真空圧に到達するまで空気が排気される、
請求項1又は3に記載の形状形成方法。 - 第2と第3の可撓性ダイアフラムの間の密閉されたポケットから、約1~約50mbar/分の速度で空気が排気される、請求項2に記載の形状形成方法。
- 第2と第3の可撓性ダイアフラムの間の密閉されたポケットから、約250~1000mbarの範囲内の真空圧に到達するまで空気が排気される、請求項2に記載の形状形成方法。
- (g)の後かつ(h)の前に、サブプリフォームの更なる圧縮を達成するために、第1の可撓性ダイアフラムとツールハウジングとによって囲まれた密閉されたチャンバーから、及び第1と第2の可撓性ダイアフラムの間の密閉されたポケットから、空気を排気する工程を更に含む、請求項1、3及び4のいずれか一項に記載の形状形成方法。
- (d)と(e)との間に、第2のサブプリフォームを適切な位置に保持するために、第1と第2の可撓性ダイアフラムの間の密閉されたポケットから部分的に空気を排気する工程を更に含む、請求項1、3、4及び7のいずれか一項に記載の形状形成方法。
- 各サブプリフォームが、繊維質層を互いに結合させるためのバインダーを含み、サブプリフォーム中のバインダーを軟らかくするために(e)で熱がかけられる、請求項1~8のいずれか一項に記載の形状形成方法。
- 各繊維質層が、炭素、アラミド、ガラス、ポリエチレン(PE)、ポリエステル、ポリ-p-フェニレン-ベンゾビスオキサゾール(PBO)、石英、アルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素、及びこれらの組み合わせから選択される材料から形成された繊維を含む、請求項1~9のいずれか一項に記載の形状形成方法。
- 可撓性ダイアフラムが、ポリアミドのシート又はゴム若しくはシリコーンの弾性的に変形可能なシートである、請求項1~10のいずれか一項に記載の形状形成方法。
- 各可撓性ダイアフラムが、約100μm未満の厚さを有する、請求項11に記載の形状形成方法。
- 各サブプリフォームが、一方向繊維の複数の層を含む、請求項1~12のいずれか一項に記載の形状形成方法。
- 一方向繊維の各層が、隣接する層の中の繊維に対してある角度に配向している繊維を含む、請求項13に記載の形状形成方法。
- 各サブプリフォーム中の繊維質層の数が2~30である、請求項1~14のいずれか一項に記載の形状形成方法。
- 各サブプリフォームが一方向繊維の複数の層を含み、各サブプリフォーム中の少なくとも1つの層が、サブプリフォームの長手方向軸に対して0°の方向(すなわち平行)に配向している繊維を含む、請求項1~15のいずれか一項に記載の形状形成方法。
- サブプリフォーム中のバインダーがエポキシ樹脂と熱可塑性ポリマーとのブレンド物を含む、請求項9に記載の形状形成方法。
- 請求項1~17のいずれか一項に記載の方法により製造された最終的なプリフォームに硬化性液体樹脂を注入する工程;及び
樹脂が注入されたプリフォームを硬化させる工程;
を含む、繊維強化複合材部品の製造方法。 - 硬化性液体樹脂が1種以上の熱硬化性樹脂及び硬化剤を含む、請求項18に記載の方法。
- (a)ツールハウジングの中に配置されたモールドを備えたツールハウジングを提供する工程であって、前記モールドが非平面状の成形面を有する、工程;
(b)第1の成形可能なプリプレグレイアップを、成形面上に配置する工程;
(c)第1の可撓性ダイアフラムとツールハウジングとによって囲まれた密閉されたチャンバーを規定するために、並びに第1のプリプレグレイアップ及びモールドを前記密閉されたチャンバーの中に封入するために、第1の可撓性ダイアフラムをツールハウジングに取り付ける工程;
(d)第2の成形可能なプリプレグレイアップを、第1の可撓性ダイアフラムと、第1の可撓性ダイアフラムの上に位置する第2の可撓性ダイアフラムとの間に封入する工程であって、第1及び第2の可撓性ダイアフラムが気密シールポケットを規定する、工程;
(e)プリプレグレイアップに熱をかける工程;
(f)第1の可撓性ダイアフラムとツールハウジングとによって囲まれた密閉されたチャンバーから、第1の可撓性ダイアフラムが成形面の方へ引っ張られるような真空圧に到達するまで空気を排気することで第1のプリプレグレイアップを成形面と一致させ、それにより第1の成形されたプリプレグレイアップを形成し、密閉されたチャンバーからの空気の排気と同時に、第2の可撓性ダイアフラムが成形面の方へ同時に引っ張られるのを防止するために第1と第2の可撓性ダイアフラムの間の密閉されたポケットを大気圧まで通気する工程;
(g)第1と第2の可撓性ダイアフラムの間の密閉されたポケットから、第2の可撓性ダイアフラムがモールドの方へ引っ張られるような真空圧に到達するまで空気を排気することで第2のプリプレグレイアップを第1の成形されたプリプレグレイアップの外表面と一致させ、それにより第2の成形されたプリプレグレイアップを形成する工程;
(h)成形されたプリプレグレイアップを冷却する工程;並びに
(i)成形されたプリプレグレイアップを最終的なプリプレグレイアップへと組み立てる工程;
を含む、プリプレグプライの成形方法であって、
各プリプレグレイアップが複数のプリプレグプライを含み、各プリプレグプライが硬化樹脂で含浸された強化繊維を含む、プリプレグプライの成形方法。
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