JPH0274326A - 連続的複合材料の硬化方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、複合材料の連続的な硬化に関し、更に詳しく
は、湾曲した弧状の雄型を用いて複合材料を連続的に硬
化させる方法および装置に係るものである。

［従来の技術］ ある種の樹脂マトリックス複合材料は、高温高圧のオー
トクレーブ中で外気と遮断された状態で硬化される。こ
のような環境で硬化処理を行うことによって、オートク
レーブ内の圧力が複合材料の内部組織を適切に捏上げて
所期の密度を与えると同時に、高い温度が材料を確実に
硬化させる訳である。そしてオートクレーブの温度が複
合材料を硬化させるに伴って、材料の回りを減圧するこ
とによって、メタンや水蒸気のような揮発性物質を除去
する。この操作は、複合材料を硬化させるに際して揮発
性物質が材料中に捕えられてしまうことを最小限に抑え
て、有孔率の低い上質な素材を得るために非常に重要で
あり、揮発性物質が含まれていなければ繊維の剥離や切
断も回避されるものである。

予め含浸された複合材料（ブリプレラグ）には、充分な
量の樹脂が複合材料の隅々まで行き亙るように、−船釣
に定ｍ以上の樹脂を沁み込ませる。

それによって材料内部の空隙や気孔が極力除かれるから
である。しかし乍ら、複合材料に所期の強度を付与する
ためには、硬化処理サイクルの間に、この材料から余分
な樹脂を除去しなければならない。

典型的な例として、この技術分野においては複合材料の
外周面にブリーダ層が被覆されるが、その界面には多孔
質な剥離層が存在しているために硬化処理が終了したと
きには簡単にブリーダ層が剥がされる。高温の下で複合
材料が軟化してドロドロになり、粘性を殆ど示さなくな
ると、ブリーダ層が滲み出て来た余剰の樹脂を吸収する
のである。このような吸収操作は、平坦で滑らかな表面
を呈する素材を得るために重要なものである。

しかし複合材料の直ぐ外側にブリーダ層を配置すること
は、湾曲した弧状の雄型（シリンダーのような鋳型）を
用いて連続して複合材料の部品を硬化させる場合には好
ましい結果を青し得ない。

このような鋳型（雄型）によって連続的に複合材料を成
形硬化させる場合、−船釣に雄型の形状に一致する湾曲
した横断面をそれぞれが呈する複数の押し板を、ブリー
ダ層および複合材料の回りに押し当ててオートクレーブ
内の圧力を複合材料に伝えている。とは云っても、在来
の操作では複合材料の表面に深い皺を生じせしめること
も事実として確認されている。勿論、斯かる皺は製品の
外観を損ねてしまい、強度の点からも問題となるもので
ある。

［発明が解決しようとする課題］ しかるに本発明の課題は、前述したような非審美的な皺
を表面に発生させずして、湾曲した弧状の雄型を用いて
複合材料を連続的に硬化させることである。

［課題を解決するための手段］ 本発明に従えば、湾曲した雄型の回りに配置された連続
的な複合材料の回りに、孔が穿たれた複数の押し板が取
り囲むようにして嵌められる。次に、各押し板の上から
複数のブリーダ層が配され、複合材料が硬化されている
際に複合材料中の余剰な樹脂は各押し板に穿たれた孔を
介して流れ出してブリーダ層に吸収される。オートクレ
ーブ内の圧力によって押し板は複合材料に向けて押し付
けられるが、複合材料と押し板の間にはブリーダ層が存
在しないために複合材料の表面には皺が発生しない。

本発明の特徴によれば、湾曲した弧状の雄型で連続して
複合材料を硬化させる際に用いられる押し板が、複合材
料の硬化された形状にほぼ一致する弧状の横断面を有す
ると共に、前記複合材料が成形される際に滲み出る過剰
の樹脂を移送するための複数の孔が穿たれている。

［作　　用］ 本発明の特徴によれば、不透過層が減圧分配層とブリー
ダ層との間に介在され、滲み出た余剰の樹脂が減圧分配
層に沁み込まない。

本発明によれば、成形硬化処理すべき複合材料の表面と
滲み出た余剰の樹脂を吸収するブリーダ層との間に、多
数の孔が穿たれた押し板が介在されるため、複合材料の
表面が直接ブリーダ層に接触することがない。そのため
、従来技術のように完成品の表面に皺が発生することが
なく、審美的でしかも強度の点でも優れた成形品をえる
ことが期待きるものである。

以下、本発明の特徴並びに利点をより明確にするため、
最も好ましい実施例が示される添付の図面に沿って詳し
く説明する。

［実　施　例］ 添付の図面には、本発明に従った方法を用いて連続的に
湾曲した形状の複合材料を硬化させる装置ｌＯの実施例
が示されているが、この装置は複合材料を成型して硬化
させるために高温高圧に晒されるべく、オートクレーブ
（図示せず）に入れて使用されるものである。図面に明
示されるように、装置は一対の減圧口１４を有する円筒
状の雄型１２と、複数のブリプレラグ層１６と、複数の
ネット坂１８と、一対のブリーダ（抽気）層２０と、湿
気を通さい不透過層２２と、一対の減圧分配層２４と、
巻き包んだ一対の減圧分配層２６（一方のみを図示）と
、減圧バック２８からなるものである。

複数材料のブリプレラグ層１６は、カリフォルニア州ダ
ブリン（Ｄｕｂｌｉｎ、　Ｃａ１ｉｆｏｒｎｉａ）所在
のへキセル社（Ｈｅｘｃｅｌ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ
）によって製造されているＰＭＲ−１５樹脂にファイバ
ーガラスを含侵させて強化した織物によって形成される
でおり、ガラス繊維は互いに９０°で交叉配向している
と共に、雄型の回転軸に対しては４５°を以って傾斜し
ているような形となっていつる。ブリブレツブ層は、硬
化処理を行う間に、樹脂がガラス繊維に完全に行き亙る
ように、必要とする量より約１０％はど過剰な樹脂に含
侵される。

ブリプレラグ層の回りには１８０°ずつこれを取り囲む
ようにして３枚の押え板１８が配されるが、これら３枚
の押え板はいずれも同一形状であって、同様にしてＰＲ
Ｍ−１５樹脂で強化されたガラス繊維で作成される。し
かし、押え板を作成するガラス繊維は前記したブリブレ
ツブ層のものとは異なり、硬化されたものである。各押
え板の形状は、雄型１２の形状に従って決定されると同
時に、硬化処理が完了したときの複合材料のブリプレラ
グ層１６の所望する外周面３８の寸法に対応するもので
ある。

３枚の押え板が複合材料ブリプレラグ層の回りでほぼ円
筒状にブリブレツブ層を囲繞しているが、図面にも明示
されるように、これらは連続してはおらず、また後述す
るように半剛性なものであると共に、ドリルで穿たれた
複数の孔３０を呈している。これらの孔の直径は０．０
６０〜０．０９０インチ（１，５２４〜２．２８６ミリ
メードル）であり、押え板に２分の１平方インチ（１，
２７平方センチメトール）毎に散在している。押え板の
各々は、そのエツジ部分３４に長方形のシム（挟み金）
３６を受は入れるためにアンダーカット部３２が施され
ている。下をくり抜いたこのアンダーカット部分は、装
置をオートクレーブに入れて処理するに際して、高圧に
よって押え板１８がブリプレラグ層１６に押し付けられ
て径の大きさが多少変わっても、エツジ部分３４どうし
が離間したり近接したりしてシム３６上を滑動するため
に形成されたものである。

ブリーダ層２０は、ニューヨーク州ニューヨーり（Ｎｅ
ｗ　Ｙｏｒｋ）所在のユナイテッド・マーチャンツ社（
Ｕｎｉｔｅｄ　Ｍｅｒｃｈａｎｔｓ）によって製造され
ている７７８Ｉ型フアイバーガラスの織物でなっている
。このファイバーガラスの織物は、硬化処理に際して複
合材料のブリブレツブから滲み出る余剰の樹脂を吸収す
るために意図されたものである。

プラウエア州つィルミントン（ｆｉ　１ｍｉｎｇｔｏｎ
。

Ｄｅｌａｖａｒｅ）所在のイー・アイ・デュポン・ド・
ムアーズ・アンド・カンパニー社（Ｅ、１．　Ｄｕｐｏ
ｎｔ　ＤｅＭｏｕｒｓ　＆　Ｃｏｍｐａｎｙ）によって
製造されているカプトン（Ｘａｐｔｏｎ）のような空気
を通さない不浸透１ａ２２が、ブリーダ層の回りに装着
される。そして、ブリプレラグ層の周囲で減圧状態を維
持するために、この不浸透層の上からは複数の気密層が
被せられている。しかして巻き付けられた気密層は、種
々の各端部にそれぞれ充てかわれるものであるが、前述
したブリーダ層に用いられるものと同一な織物であって
も構わない。

減圧バック２８は、当業者には周知の如くカリフォルニ
ア州カーソン（Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ、　Ｃａｒｓｏｎ
）所在のエアーチック・インターナショナル社（Ａｉｒ
ｔｅｃｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）から製造販売さ
れている八８００　Ｇ３のような接着剤４０によって鋳
型に密封固着される。

ニューハンプシャ州シーブルック（Ｓｅａｂｒｏｏｋ、
　ＮｅｗＨａｍｐｓｈｉｒｅ）所在のデクスター・ハイ
ツル社（Ｄｅｘｔｅｒ　Ｈｙｓｏｌ）のフレコート（Ｆ
ｒｅｋｏｔｅ）　４４のような剥離剤を、雄型２１とブ
リブラッグとの間、ブリブレツブ層と押し板並びにシム
との間、そして押し板とブリーダ層との間に介在させて
おいても良い。この技術分野では周知のとおり剥離剤は
、他の層から硬化された複合材料を取り除く操作を簡単
にするものである。

成形硬化処理に当たっては、所望する枚数のブリブレツ
ブ層１６を、雄型Ｉ２の回りに連続して巻き付ける（図
示された実施例の場合には約１２層である）。次に、　
押え板１８とシム３６が前記ブリブラッググ層の回りに
分配される。更に、２枚のブリーダ層２０が押え板の上
から被覆され、不浸透性層２２がブリーダ層を覆う。減
圧維持のための気密層２４は、その上から被せられる。

巻き付けられた減圧分配層２６前述した各層の端部に配
置されると共に、減圧口１４を覆い隠す。最後に減圧バ
ック２８が、ブリブレツブ層や減圧気密層等の全ての層
と減圧口を包み込んで保護するような形で固着される。

減圧維持のための気密層とブリーダ層は、複合材料を硬
化させる際に発生する揮発性物質の流路（逃げ道）を形
成する。当業者にとっては周知のとおり、若しブリブレ
ツブが飽和状態でもうこれ以上過剰の樹脂を吸収して揮
発性物質を除去しないようになった場合のために、不透
過層２２にも細孔を穿つことが考えられる。

減圧バック２８が固着された後、複合材料でなるブリブ
レツブ層１６を硬化させるために雄型１２はオートクレ
ーブ内に入れられる。　ＰＭＲ−１５樹脂マトリツクス
に含浸させたファイバーガラスのブリブラッグ層の場合
には、硬化処理を次のサイクルで行う。オートクレーブ
内の温度は約３時間の間、４３Ｇ’Ｃに加熱されブリブ
レツブの軟化点に達する。

そしてブリブラッグが加熱されている間に、減圧層２４
．２Ｇを介してブリプレラグの周囲から空気が抜かれる
。約１時間後、オートクレーブ内の温度はブリプレラグ
が非常に低い粘性を示すように徐々に４７０°Ｃに向け
て更に加熱され、そこで内部圧力も約２０（ｌｐｓｉに
加圧される。この状態で複合材料は約１時間半はど維持
される一方、ブリーダ層は、押え板が複合材料を成型す
る間に（即ち「凝縮」する間に）、押え板の孔から滲み
出る余剰の樹脂を吸収するのである。オートクレーブ内
の圧力は、平鋼性の押え板１８をブリプレラグ層が圧縮
されるように内側に向けて押圧し、これによって複合材
料から余剰の樹脂は絞り出されると共に、強化ファイバ
ーガラス繊維も複合材料の内部で適切に配向されて所望
する密度のものが得られるのである。

オートクレーブの圧力が押え板の各々によって複合材料
を凝縮するためにこの複合材料に対して分配される際に
、半剛性押え板のエツジ部分３４は、隣接する押え板の
エツジに向かって僅かにシム３６上をスライドする。そ
の後オートクレーブの温度は、約６００°Ｃまで上昇し
てそのまま約３時間維持され、この時点で複合材料が実
質的に硬化される。

〔発明の効果〕

従来例と違って、ブリーダ層２０は硬化処理している複
合材料の表面３８に直に覆われないことは次のような利
点を呈するものである。即ち、在来の装置における押え
板がオートクレーブ内部の圧力によってブリーダ層と複
合材料を内側に押し付けるように変形すれば、当然のこ
と乍らこのブリーダ層はその体積が収縮することを余儀
なくされる訳である。いかなる粘結剤によっても固めら
れず且つ硬化もされていないブリーダ層は、このように
収縮された体積内で不規則な形状を取らなければならな
いために、複合材料には前述したように皺が発生してし
まうのである。しかるに本発明によれば、ブリーダ層が
硬化すべき複合材料の表面に直接接触することなく覆わ
れるために、押し板が鋳型に向けて内側に押し付けられ
ても、このブリーダ層が複合材料の表面に不規則な形状
を印加することなくなる訳である。しかして図面に示さ
れた装置を用いることによって、複合材料は比較的スム
ーズに硬化されると共に、表面に皺のない審美的な外観
と優れた強度を有する物品が成形できるのである。

叙上のとおり最も好ましい実施例が示された添付の図面
に沿って説明したが、本発明はかかる実施例のみに限定
されるものではなく、当業者であれば本発明の精神並び
に発明の枠を逸脱することなくこの実施例に種々の変更
、削除、あるいは追加等を施すことが可能であることを
付言する。

【図面の簡単な説明】

添付の図面は、本発明に従った実施例による複合材料の
連続的硬化装置を一部取り除いて示した斜視図である。 ｌＯ・・・複合材料の硬化装置、　１２・・・雄型、１
４・・・減圧口、１６・・・ブリプレラグ層、Ｉ８・・
・ネット板、　　　２０・・・ブリーダ（抽気）層、２
２・・・不浸透層、　　　２４．２６・・・減圧分配層
、２８・・・減圧バック、　　３０・・・孔、３２・・
・アンダーカット部、３４・・・エツジ部、３６・・・
シム（挾み金）、　３８・・・複合材料の表面、４０・
・・接着剤。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）湾曲した雄型で複合材料を連続的に硬化成形する
   ための方法において、 前記複合材料の回りに穿孔された複数の押し板を配置し
   、 前記複合材料から前記孔を介して滲み出る余剰の樹脂を
   吸収するために、前記押し板の回りにブリーダ（抽気）
   層を被覆し、 前記複合材料を凝縮させるために前記押し板の回りに圧
   力を伝えることからなる方法。
2. （２）前記ブリーダ層の回りに不透過層を対面させるこ
   とを特徴とする請求項第１項に記載の方法。
3. （３）複合材料を加圧下にて湾曲した雄型で連続的に硬
   化成形するために用いられる押し板において、前記複合
   材料の硬化された形状にほぼ一致する弧状の横断面を有
   すると共に、前記複合材料が成形される際に滲み出る過
   剰の樹脂を移送するための複数の孔が穿たれていること
   を特徴とする押し板。
4. （４）高圧と高温を用いて湾曲した雄型で複合材料を連
   続的に硬化成形するための方法において、前記複合材料
   の回りに穿孔された複数の押し板を配置し、 前記複合材料から前記孔を介して滲み出る余剰の樹脂を
   吸収するために、前記押し板の回りにブリーダ（抽気）
   層を、被覆し、 前記複合材料を硬化成形するために前記複合材料の回り
   に高温を且つ押し板の回りには高圧を伝えることからな
   る方法。
5. （５）前記ブリーダ層の回りに不透過層を配置すること
   を特徴とする請求項第４項に記載の方法。
6. （６）硬化似際して前記複合材料から揮発性物質を効率
   的に除去するため、前記複合材料を減圧下に委ねる一方
   、前記押し板の回りに高温と高圧を伝えることを特徴と
   する請求項第４項に記載の方法。
7. （７）高圧下にて湾曲した雄型で複合材料を連続的に成
   形硬化するために用いる装置において、弧状の横断面を
   呈し且つ前記複合材料の最終的な製品の形状と一致する
   複数の押し板を有しており、前記押し板の各々は、前記
   複合材料が成形硬化される際に滲み出る余剰の樹脂を移
   送するための複数の孔が穿たれていると共に、前記複合
   材料の外周面に巻き付けられ、 更に、前記余剰の樹脂を吸収するために前記押し板の外
   側に巻き付けられるブリーダ層を有してなることを特徴
   とする装置。
8. （８）前記余剰の樹脂が前記ブリーダ層から外部に流れ
   出てしまわないように、更にこのブリーダ層の外周面に
   被覆された不透過層を有してなることを特徴とする請求
   項第７項に記載の装置。
9. （９）前記複合材料が硬化する際に揮発性物質を除去す
   るべく、前記複合材料を減圧下に委ねる手段を有するこ
   とを特徴とする請求項第７項または第８項に記載の装置
   。