JPH0143612B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は軽量芯材の両面に繊維強化プラスチツ
ク（以下略してFRPと呼ぶ）製の表面材を貼り
付けてなるサンドイツチ構造体の製造法に関する
もので、耐疲労、耐衝撃特性、および成形性にす
ぐれ、かつ熱膨張係数の差や硬化収縮によるひず
みの生じないサンドイツチ構造体の製造法を供給
するものである。

従来より、ガラス、炭素、ボロン等の無機繊維
やアラミツド等の有機繊維により、エポキシ樹
脂、ポリエステル樹脂、イミド樹脂等の熱硬化性
樹脂を強化したFRP板を、ハニカムコアや発泡
ポリウレタン等の軽量芯材の両面に表面材として
貼りつけて構成されるサンドイツチ構造体は、軽
量性、高強度性、高弾性特性を持つことが知られ
ている。しかしこの様な従来のサンドイツチ構造
体の表面材は、ほとんどが繊維を一方向に引きそ
ろえたシートまたはテープ状か、もしくは繊維を
直交する二方向に織つた織布（クロスとも呼ばれ
る）に熱硬化性の樹脂を含浸させ、加熱、硬化し
て製造されたものである。

これらは、いずれも所定の厚みまで積層される
が、その場合、層間に繊維のカラミが全く無い
為、層間での剥離現象が生じやすいという欠点を
有していた。また前者の繊維を一方向に引き揃え
た表面材の場合は、同一層内における繊維間のカ
ラミが全く無く、繊維間の割れが生じやすいとい
う欠点があつた。また後者のクロスの表面材の場
合は、繊維がお互いにひんぱんに上下するため、
繊維本来の強度を充分生かすことができず、なお
かつ繊維交差部に樹脂だまりが生じやすく、繊維
体積含有率を上げることが困難で機械特性上満足
すべき表面材が得られなかつた。このことは、耐
疲労、耐衝撃特性において、信頼性の高い軽量、
高強度のサンドイツチ構造体が得られ難かつた原
因の一つであつた。一方、FRP特有の性質とし
て、繊維と樹脂の熱膨張係数の差、及び樹脂の硬
化時の収縮等により、最も曲げ弾性係数の大きい
方向を軸として、ひずみ、変形を起こす特性を持
つている。これを防ぐために、一方向強化のプリ
プレグを三方向に積層を行い、なるべく面内等方
性を持たせることが一般に行なわれている。しか
し、この方法においても完全に異方性の生じるの
を防ぐことはできない。すなわち、最外層に積層
した繊維方向が他の方向に比べて最も曲げ弾性係
数が大となり、その方向を軸として変形が生じる
傾向があるためである。そのため、従来より宇
宙、航空機器の部品やアンテナの反射鏡等の通信
機器に要求される様な高度の面精度を持つサンド
イツチ構造体の製造は困難であつた。さらに従来
の一方向に引きそろえられたシート等は概して成
形が困難であるという欠点も有している。すなわ
ち凹凸部を持つた形状や、曲率の大きな形状のも
のの成形は非常に困難を伴う作業であり、その様
な形状のサンドイツチ構造体の製造も非常に困難
であつた。そこで本発明は従来の欠点を解消する
もので繊維間の割れ、及び層間の剥離が生じにく
く、補強繊維の効果を最大限に生かした機械特性
を持ち、ひづみ、変形のない、成形性の良好な表
面材を、軽量の芯材の両面に貼り付けることによ
り、耐疲労、耐衝撃特性において信頼性が高く、
さらに成形性にすぐれ、且つ、ひづみ、変形等の
ない精度の高いサンドイツチ構造体の製造法を提
供するものである。すなわち、本発明の方法は、
サンドイツチ構造体の製造法において、複数本の
フイラメントまたはロービングの繊維束を、フイ
ラメントワインデイング法で巻き付けを行う際、
マンドレルの軸方向に対して、＋60゜−60゜、0゜の三
方向への繊維の巻き付けを行なう第１の巻き工程
と、上記三方向の各々に対応する方向の繊維の巻
き付けを、上記第１の巻き工程で得た上記三方向
の繊維に対し上記マンドレルの繊維巻き付け面方
向に所定間隔ずらして行なう第２の巻き工程と、
これら巻き工程の前または後に樹脂を含浸させる
工程と、上記編組物を上記マンドレルより切り離
す工程と、その後上記樹脂が含浸されかつ切り離
された編組物を軽量心材の両面に貼り付ける工程
と、上記樹脂が含浸されかつ切り離された編組物
を硬化させる工程とから成ることを特徴とする方
法である。

なお、本発明の最大の特徴は、繊維束をFW法
で巻き付けを行う際、マンドレルの軸方向に対し
て、＋60゜、−60゜、0゜の三方向への巻き付けを順に
所定回数行うことにより均等に三方向強化された
編組物を得る工程にある。この工程によりFW法
の特徴である所の高い繊維補強効果を持ち、かつ
それぞれ三方向に巻かれた繊維が一本一本の繊維
単位で上下に拘束し合つている為、繊維間の割れ
に対する抵抗力が大きく、また積層品の様に層を
形成しない為、層間での剥離は生じない。また成
形性においても、一方向に引きそろえたシートや
テープ等に比べ格段に良好であり、目抜クロスに
匹敵する良好な成形性を持つ。そのため曲率の大
きな曲面や、凹凸を持つ様なものに対しても比較
的容易に成形させることができる。またいずれの
方向にも等方性となり、ゆがみ、それ等の変形は
生じず、精度の高いサンドイツチ構造体を製造で
きる。

以下本発明の一実施例について図面によつて説
明する。

第１図はロービングの含浸工程、及びマンドレ
ルへの巻き工程を行つている図を示す。まずボビ
ン１より引き出されたロービング２にロール３
ａ，３ｂ，３ｃにより樹脂槽４中の樹脂５を含浸
させる。さらに他のロール３ｄを介して、トラバ
ース６の目穴を通して軸７により回転しているマ
ンドレル８に巻き付けられる。その場合、トラバ
ース６を通つてマンドレル８に巻き付けられる繊
維束９は一本のロービングでもよいし、同様の含
浸工程を経た複数本のロービングをトラバース６
で集めたものでもよい。

さらに詳しく巻き工程を説明すると、繊維束９
は最初回転するマンドレル８の端ｅよりトラバー
ス６が端ｆの方向へ移動することにより、巻き始
められ、繊維束１０に示す様に軸７に対して＋
60゜の角度で端ｆまで巻き進められる。端ｆをト
ラバース６が通過したならば、今度はマンドレル
８の回転はそのままでトラバース６が端ｅの方向
へ移動し、繊維束１１の様に軸７に対して繊維束
１０とは逆方向に−60゜の角度で端ｅまで巻き進
められる。ここで巻き始めから端ｅに再びもどつ
てくるまでの行程を例えば「60゜巻きのサーキツ
ト」と呼ぶ。

次に端ｅをトラバース６が通過したならば今度
はマンドレル８は回転を停止させ、トラバース６
を端ｆ方向へ移動させる。トラバース６が端ｆを
通過したならば、今度はマンドレル８をちようど
半回転させる。次にまたマンドレル８を停止さ
せ、端ｅの方向へトラバース６を移動させる。

これにより繊維束１２の様に軸７に対して平行
に巻き付けられる。次にトラバース６が端ｅを通
過したならば、マンドレル８をまた半回転させ
る。ここで「60゜巻きのサーキツト」の終りから
トラバース６が端ｅを通過後にマンドレル８を半
回転させるまでの行程を、例えば「平行巻きのサ
ーキツト」と呼ぶ。この「平行巻きのサーキツ
ト」を終えた繊維束は、「60゜巻きのサーキツト」
の巻き始めの繊維束の位置に隣接する様にする。
そして再び「60゜巻きのサーキツト」と同様にし
て、順に巻き続け、以後同様な操作を繰り返して
巻き付けを行うことにより、第２図に示す様な編
組織が形成される。第２図においてｇはマンドレ
ルの外周長を表わし、同一サーキツトでの繊維束
の間隔ｈは外周長ｇの半分に相当する。ここで見
られる交互に乗りかけた編目模様はクロスオーバ
ーパターン（または杉綾織）と呼ばれ、繊維間の
割れや層間の剥離を生じにくくし、またその進展
を阻止する働きを持つ。またプリプレグは60゜で
交差しているためそれぞれの繊維がわずかずつ、
ずれることにより目抜クロスに匹敵する良好な成
形性を示す。第２図に示す編目模様において、底
込ｈの正三角形のパターンが小さいほど良好な成
形性を示す。この様な成形性のさらに良好な編組
織を得るには前述の「平行巻きのサーキツト」の
終了後、「60゜巻きのサーキツト」に繊維束を隣接
させずに一定の間隔をあけて巻き付け、60゜巻き
と平行巻きのサーキツトを一対として、所定回数
繰り返した後に、最初の「60゜巻きのサーキツト」
に隣接させる様に巻き付ける方法をとればよい。
その間隔ｉをマンドレルの外周長ｇの1/6にとつ
た一例を第３図に示す。第４図は所定の回数を巻
き終えた編組物１４を軸７に平行な線１３及び端
ｅ，ｆで切り開いた図を示す。巻き付け工程前に
樹脂含浸工程をもうけた場合にはマンドレル８に
離型剤または離型フイルム層１５をもうけると、
編組物１４の切り出しが良好に行なわれる。

この切り出し工程においては含浸された樹脂
は、いわゆるＢ−ステージ（半硬化状態）にして
おくのが作業性の面においても、後の成形性の面
においても良好である。そのため含浸される樹脂
は比較的低温でＢ−ステージ化し、その後常温で
は容易にゲル化しない様な性質の樹脂が撰択され
る。また巻き付け工程前に樹脂含浸工程を設けな
かつた場合は、編組物を切り出す前にマンドレル
上で樹脂を含浸させるか、または切り出し後、樹
脂含浸を行い、プリプレグとする。

第５図はマンドレル８から切り出した組成物例
えばプリプレグ２０を型１６に合せて切断し、硬
化及び軽量芯材２１への貼付け工程の一例として
真空バツグ法を示すもので、ハニカムコアや発泡
性樹脂等の軽量芯材２１の両面にプリプレグ２０
を置き、さらにそれを型１６の上に置き、シール
剤１８によりシールされたフイルム１７により穴
１９を通じて真空ポンプ等により内部を減圧する
ことにより、加圧し密着させる。さらに全体をオ
ーブン等の加熱装置中に入れるか、型１６自身に
加熱装置を取付けるかして加熱されることにより
成形硬化され、最後に離型することにより製品の
製造が完成される。もちろん、ここに示した真空
バツグ法は一例であり、他の成形性、例えばAC
法、Prf−MMD法等においても同様に適用でき
ることは言うまでもない。またプリプレグをあら
かじめサンドイツチ構造体の両面の表面形状にあ
わせて硬化させておき、その後に接着剤を用いて
軽量芯材の両面に貼り付ける方法をとつてもよ
い。また二枚の表皮材をあらかじめ製品の形状に
セツトしておき、その後発泡性の樹脂を二枚の表
皮材の間に注入後、発泡させて軽量芯材を形成さ
せ、サンドイツチ構造体を製造する方法によつて
もよい。

以上、本発明によるサンドイツチ構造体の製造
法によれば表面材を構成する組成物の繊維が一本
一本上下に拘束し合つている為、繊維間の割れに
対する抵抗力が大きく、また従来のように層を形
成しないため層間での剥離がなく、さらに良好な
成形性をもつなどの長所と共に耐疲労、耐衝撃特
性にすぐれ、且つひずみ、変形のない精度の高い
サンドイツチ構造を製造することができるなどの
利点を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図共に本発明の一実施例を示した
もので第１図は含浸工程及び巻き工程を示した概
略図、第２図、第３図は巻き工程により得られた
編組物をマンドレルより切り出した平面図、第４
図はマンドレルより編組物を切り出す工程を示し
た概略図、第５図は第４図で切り出した編組物を
硬化させ、軽量芯材の両面に貼り付ける工程を示
した断面図である。図において、２はロービン
グ、８はマンドレル、９〜１０は繊維束、１４は
編組物、１６は型、２１は芯材、ｅ，ｆは端部、
ｇは外周長、ｈ，ｉは間隔である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数本のフイラメントまたはロービングの繊
   維束を、フイラメントワインデイング法で巻き付
   けを行う際、マンドレルの軸方向に対して、＋60゜
   −60゜、0゜の三方向への繊維の巻き付けを行なう
   第１の巻き工程と、上記三方向の各々に対応する
   方向の繊維の巻き付けを、上記第１の巻き工程で
   得た上記三方向の繊維に対し上記マンドレルの繊
   維巻き付け面方向に所定間隔ずらして行なう第２
   の巻き工程と、これら巻き工程の前または後に樹
   脂を含浸させる工程と、上記編組物を上記マンド
   レルより切り離す工程と、その後上記樹脂が含浸
   されかつ切り離された編組物を軽量心材の両面に
   貼り付ける工程と、上記樹脂が含浸されかつ切り
   離された編組物を硬化させる工程とから成ること
   を特徴とするサンドイツチ構造体の製造法。