JP7097960B2 - 複合品を硬化するための方法および装置 - Google Patents
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Description
複合品を加熱するための熱源を提供するステップと、
熱源の近位での温度関連特性を検出するステップと、
検出された温度関連特性に少なくとも部分的に基づいて、複合品への熱源の熱出力を所定の温度対時間プロファイルに調節するステップと、
熱出力対時間データを取得するステップと、
熱出力対時間データを関数化するステップと、
関数化された熱出力対時間データに基づいて硬化完了時間を決定するステップとを含む。
少なくとも1つのモールドを有する硬化用ツールと、
前記複合品を加熱するための熱源と、
熱源の近位での温度関連特性を検出するための温度センサと、
制御機構であって、
検出された温度関連特性に少なくとも部分的に基づいて、複合品への熱源の熱出力を所定の温度対時間プロファイルに調節し、
熱出力対時間データを取得し、
熱出力対時間データを関数化し、
関数化された熱出力対時間データに基づいて硬化完了時間を決定するように構成される、制御機構とを備える。
・温度-抵抗関係を破壊することもあり得る自己発熱を防止するために1mAの定電流を用いてRTDにバイアスをかけるための定電流源。
・RTDに接続されるワイヤ加熱効果を補償するためのブリッジ。
・マイクロコントローラへのADC値(0~1023)当たりのより良好な電圧のためにブリッジ出力を増幅するための増幅段。
以下の方法が、すべての実験のために使用された。
テスト複合品は、次の通りに準備された。航空宇宙グレードの織ったプリプレグ炭素繊維が、18プライ厚の127×289.4mmパネルを創出するために使用された。18プライが、航空宇宙構成要素の代表的厚さを有する部分を創出するために使用された。
テストパネル15を硬化するための装置セットアップ(「ツールレイアップ」として集合的に知られている)は、図3に示される。
パネルの硬化は、ボイドを最小限にし、炭素繊維レイアップを圧縮するために、99%真空の適用を必要とする。
真空が、適用された後、各テストパネル15は、図4に示される硬化プロファイル、すなわち30℃における初期平衡期間、180℃までの3℃/分温度ランプ、120分のドウェル時間および30℃までの-3℃/分の温度ランプを使用して硬化され、その後装置は、スイッチをオフにされ、4時間の間冷えるのを許可された。
硬化および次いで再硬化中の単一ノードの熱源の時間にわたる電力消費の一例が、図5に示される。電力信号は、移動Savitzky-Golayフィルタを使用して1000データ点にわたって平均化された(すなわち平滑化データが提示される)。
実験はまた、硬化用ツール101のさらなる実施形態を使用して行われもした。ツール1と共通する特徴は、それぞれのモールドについて100および200ずつ増やされた、類似の参照番号を提供される。ツール101は、上部モールド103および下部モールド203の両方を備え、その各々は、図7に概略的に示されるように、25個のノード102、202のアレイを有する。前の通りに、各ノード102、202は、熱源105、205および温度センサ107、207を有する。
2 ノード
3 プレート
5 ヒータパッド
6 モールド表面
7 温度センサ、RTD
10 アナログ/デジタル変換器、ADC
11 マイクロコントローラ
12 ゼロ交差オプトカプラ、スケジューラ、ZSC
13 処理リソース
14 信号コンディショナ
15 テストパネル
16 PIDコントローラ
17 剥離紙、ノード
18 織ったポリマーブリーザ
19 真空ポンプ
20 真空バッグ
21 チューブ
101 ツール
102 ノード
103 上部モールド
105 熱源
107 温度センサ
111 マイクロコントローラ
202 ノード
203 下部モールド
205 熱源
207 温度センサ
211 マイクロコントローラ
Claims (27)
- 複合品を硬化する方法であって、前記複合品は、硬化性マトリックス材料における強化繊維性材料または粒子材料から形成されるか、またはそれを含み、前記方法は、
前記複合品を加熱するための熱源を提供するステップと、
前記熱源の近位での温度関連特性を検出するステップと、
前記検出された温度関連特性に少なくとも部分的に基づいて、前記複合品への前記熱源の熱出力を所定の温度対時間プロファイルに調節するステップと、
熱出力対時間データを取得するステップであって、熱出力は前記熱源に供給される電流または電力の値である、ステップと、
熱出力対時間データを関数化するステップと、
前記関数化された熱出力対時間データの再現可能な特徴を識別するステップであって、前記再現可能な特徴は、
極大もしくは極小、
最急勾配、または
変曲点
に対応している、ステップと、
前記関数化された熱出力対時間データの再現可能な特徴に基づいて硬化完了時間を予測するステップとを
含む、複合品を硬化する方法。 - 前記熱出力は、前記熱源に供給される電流または電力の値である、請求項1に記載の方法。
- 関数化するステップは、1つまたは複数の数学関数を前記熱出力対時間データに適用するステップを含む、請求項1または2に記載の方法。
- 前記関数化された熱出力対時間データは、前記熱出力対時間データの一次導関数である、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記硬化完了時間は、前記一次導関数が、所定の期間の間ゼロのしきい値範囲内にとどまるときを検出することによって予測される、請求項4に記載の方法。
- 前記しきい値範囲は、ゼロの±0.1内、±0.01内、または±0.001内である、請求項5に記載の方法。
- 前記硬化完了時間は、前記熱出力対時間データの前記一次導関数における極大または極小を検出することによって予測される、請求項4から6のいずれか一項に記載の方法。
- 前記関数化の前かまたはより多くは後に、前記熱出力対時間データを平滑化するステップを含む、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記熱出力対時間データまたは前記関数化された熱出力対時間データのローリング平均を計算するステップを含む、請求項8に記載の方法。
- 評価期間の間に、熱出力対時間データまたは関数化された熱出力対時間データを取得するステップ、および次いで前記取得されたデータを平均化するステップを含む、請求項8に記載の方法。
- 評価期間の間に前記熱出力対時間データの前記一次導関数を取得するステップ、平滑化されたデータブロックを得るために前記評価期間にわたって前記熱出力対時間データの前記一次導関数を平均化するステップ、および再現可能な特徴が前記平滑化されたデータにおいて観察されるまで繰り返すステップを含む、請求項10に記載の方法。
- 前記再現可能な特徴は、ゼロのしきい値範囲内に一次導関数値を有する平滑化されたデータブロックである、請求項11に記載の方法。
- 前記再現可能な特徴は、極大または極小を示す一次導関数値を有する一連の平滑化されたデータブロックである、請求項11に記載の方法。
- 前記評価期間は、約5分または約9分である、請求項10から13のいずれか一項に記載の方法。
- 2つ以上のノードを提供するステップを含み、各ノードは、熱源および温度センサを備える、請求項1から14のいずれか一項に記載の方法。
- 前記硬化完了時間を検出するステップは、2つ以上のノードからのデータにおける再現可能な特徴を識別するステップを含む、請求項15に記載の方法。
- 前記ノードは、対を成し、前記または各対のノードの前記硬化完了時間は、前記再現可能な特徴が、両方のノードからのデータにおいて識別されたときにだけ識別される、請求項16に記載の方法。
- 前記予測された硬化完了時間に基づいて前記複合品を冷却するステップを含む、請求項1から17のいずれか一項に記載の方法。
- 前記複合品は、炭素繊維複合物を含む、請求項1から18のいずれか一項に記載の方法。
- 複合品を硬化するための硬化用装置であって、前記複合品は、硬化性マトリックス材料における強化繊維性材料または粒子材料から形成されるか、またはそれを含み、前記硬化用装置は、
少なくとも1つのモールドを有する硬化用ツールと、
前記複合品を加熱するための熱源と、
前記熱源の近位での温度関連特性を検出するための温度センサと、
制御機構であって、
前記検出された温度関連特性に少なくとも部分的に基づいて、前記複合品への前記熱源の熱出力を所定の温度対時間プロファイルに調節すること、
熱出力対時間データを取得することであって、熱出力は前記熱源に供給される電流または電力の値である、取得すること、
前記熱出力対時間データを関数化すること、
前記関数化された熱出力対時間データの再現可能な特徴を識別することであって、前記再現可能な特徴は、
極大もしくは極小、
最急勾配、または
変曲点
に対応している、識別することと、
前記関数化された熱出力対時間データの再現可能な特徴に基づいて硬化完了時間を予測することを行うように構成される、制御機構とを備える、複合品を硬化するための硬化用装置。 - 前記制御機構は、1つまたは複数のコントローラ、処理リソースおよびデータ記憶装置を備える、請求項20に記載の硬化用装置。
- 2つ以上の、すなわち複数のノードを備え、各ノードは、熱源および温度センサを備え、オプションとして前記硬化用ツールは、前記ノードを備える、請求項20または21に記載の硬化用装置。
- 各ノードは、PIDコントローラなどの、コントローラを備える、請求項22に記載の硬化用装置。
- 前記ノードは、共通のデータ記憶装置、処理リソースおよび/または電力供給装置を共有するように、共にネットワーク化される、請求項22または23に記載の硬化用装置。
- 前記または各熱源および/または温度センサは、前記モールドに取り付けられるか、前記モールド内に置かれるまたは埋め込まれる、請求項20から24のいずれか一項に記載の硬化用装置。
- 2つの対向するモールドを備え、その各々には、1つまたは複数のノードが設けられる、請求項20から25のいずれか一項に記載の硬化用装置。
- 前記硬化用ツールは、脱オートクレーブ(OOA)硬化用ツールである、請求項20から26のいずれか一項に記載の硬化用装置。
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