JPH03208625A - 繊維強化複合材製中空構造物の製造方法 - 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〕 この発明は強化繊維金属（以下、ＦＲＭという）などの
繊維強化複合材からなる中空構造物の製造方法に関する
ものである。

〔従来の技術〕

熱膨張係数が小さい繊維、たとえば炭素繊維と金属とを
複合化したＦＲＭは低膨張であり、かつ熱および電気の
良導体であるので電子部品用材料として使用される。こ
の特性は電波部品としても適しており，たとえば導波管
などの材料として適している。導波管などの電波部品の
形状は角形の断面を持つ角ビームである。

第２図および第３図は従来の角ビームの製造方法を示し
、第２図はプリフォームをマトリックスと一体化する工
程を示す断面図、第３図はプリフォームの成形工程を示
す斜視図である。図において、（１）は金属製の角形マ
ンドレル、（２）は角形マンドレル（１）に巻付ける炭
素繊維、（３）は炭素繊維（２）を巻付けるフィラメン
トワインディング機械等のデリバリーアイ，（４）は角
形マンドレル（１）に巻付けられた炭素繊維（２）の巻
付層（５）の両端部（６）がほぐれないように固定する
粘着テープ、（７）は巻付層（５）の両端部（６）を粘
着テープ（４）で固定して或形されたプリフォーム、（
８）はプリフォーム（７）を収納する保護ケース、（９
）はプリフォーム（７）を保護ケース（８）に収納した
状態でマトリックスの溶湯（１０）を含浸させて一体に
戒形する成形型、（１１）は戒形型（９）を構或する型
枠、（１２）は型枠（Ｉ１）内に挿入されて角形のキャ
ビテイ（１３）を形威するとともに、キャビティ（１３
）内のマトリックス金属の溶湯（１０）を加圧するプラ
ンジャーである。

角ビームの製造方法は、まず第３図に示すように、角形
マンドレル（１）をフィラメントワンディング機械（図
示しない）で軸心周りに回転させて、その周囲に連続し
た炭素繊維（２）をデリバリーアイ（３）を介して、た
とえば配向角度を軸心に対して±１５６、９０°、±１
５″と繰返してマンドレル（１）に巻付ける。炭素繊維
（２）を所定の厚みに巻付けた後、両端部（６）におい
て、炭素繊維（２）のほぐれ防止のために粘着テープ（
４）を貼付けて固定し、プリフォーム（７）を製作する
。

次に第２図に示すように、プリフォーム（７）を保護ケ
ース（８）に収容して、保護ケース（８）とともにプリ
フォーム（７）を加熱した後、或形型（９）のキャビテ
ィ（１３）に配置する。そして或形型（９）の両端開口
部からマトリックス金属の溶湯（１０）を圧入してキャ
ビティ（１３）に満たし、プランジャー（１２）で溶湯
（１０）を加圧して、プリフォーム（７）に含浸させて
複合化を行い、冷却、硬化して一体化する。

−３− その後、型枠（１１）を取外し、必要寸法に外周および
内周を機械加工して最終形状の角ビームを製造する。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記のような従来の製造方法では、プリ
フォーム（７）を配置したキャビティ（１３）内に溶湯
（１０）を導入し、その後プランジャー（ｌ２）で１０
０〜２００ｋｇ／ａ＃の高圧をかけて炭素繊維（２）間
に溶湯（１０）を含浸させるので、巻付層（５）の両端
部（６）を粘着テープ（４）で固定された炭素繊維（２
）は配向テンションより溶湯（ＩＯ）の圧力が大きいた
め、乱れやずれが発生して配向不良を生じ、角ビームの
本来の強度が達成されないという致命的な問題点があっ
た。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、マトリックスを含浸する際に、繊維の乱れや
ずれによる繊維配尚の乱れが発生せず、強度の大きい繊
維強化複合材製中空構造物を効率よく製造する方法を得
ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

−４− この発明の繊維強化複合材製中空構造物の製造方法は、
マンドレルの外周に強化繊維を巻付け、その外周部に編
組織スリーブを被せて圧着し、編組織スリーブの両端部
を固縛してプリフォームを或形した後、このプリフォー
ムにマトリックスを含浸させて硬化する方法である。

本発明において、強化繊維としては炭素繊維、ガラス繊
維など、従来より強化繊維として使用されているものが
使用できる。

マトリックス材としては、アルミニウム等の金属のほか
、エボキシ樹脂等の熱硬化性樹脂など、従来よりマトリ
ックス材として使用されているものが使用できる。

〔作　用〕

この発明は繊維の編組織スリーブの編組織の周方向の寸
法自在性を利用するもので、フィラメントワインディン
グ等により配向された強化繊維の巻付層の外周部に編組
織スリーブを被せ，長手方向に張力をかけて、周方向の
寸法を縮小させて巻付層に密着させ、編組織スリーブの
両端部をマンドレルの巻回層から外れた部分で固縛して
、マトリックス含浸時の圧力に耐える張力を編組織スリ
ーブに与え、強化繊維の乱れやずれの発生を防止する。

〔発明の実施例〕

以下この発明の一実施例を図について説明する。

第１図は実施例の角ビームの製造方法を示すプリフォー
ムの一部を切欠いた斜視図であり、プリフォームをマト
リックスと一体化する工程は第２図に示される。図にお
いて、第３図と同一符号は同一または相当部分を示し、
（１５）は炭素繊維（２）からなる編組織スリーブで、
角形マンドレル（１）にフィラメントワインディング機
械等により巻付けられた炭素繊維（２）の巻付層（５）
の外周部に、最外層または最外層を含む数層を形成する
ように被せられ、巻付層（５）から外れた位置で両端部
（ｌ６）が溶湯（１０）の圧力に耐えるように長手方向
に張力を与えられ、固縛ワイヤ（ｌ７）により固縛され
、プリフォーム（７）を成形している。

この実施例における角ビームの製造方法は、まず、従来
例と同様にマンドレル（１）に炭素繊維（２）をデリバ
リーアイ（３）を介してフィラメントワインディング機
械等により、配向角度をたとえば軸心に対して±ｌ５°
、９０６、±１５″と繰返して巻付けて巻付層（５）を
成形する。次に巻付層（５）の炭素繊維（２）の外周部
に、最外層または最外層を含む数層を形或するように、
炭素繊維（２）の編組織スリーブ（ｌ５）を被せ、その
両端部（１６）を長手方向に引張ることにより周方向の
寸法を縮小するとともに、高圧の溶湯（１０）に耐える
ように張力を与えて密着させ、巻付層（５）から外れた
位置で両端部（１６）を固縛ワイヤ（ｌ７）で固縛する
ことにより、プリフォーム（７）を或形する。

次にこのようにして得られたプリフォーム（７）を従来
と同様に、第２図に示すように、保護ケース（８）に収
容し、保護ケース（８）とともにプリフォーム（７）を
加熱した後、成形型（９）の角形のキャビティ（１３）
に配置してマトリックス金属の溶湯（１０）をキャビテ
ィ（ｌ３）に満たし、プランジャー（１２）で溶湯（１
０）を１００〜２００ｋｇ／　ａ！に加圧してプリフォ
ー−７ ム（７）に含浸させて複合材化を行い、冷却、硬化して
一体化し、型枠（１１）を取外して必要寸法に外周およ
び内周を機械加工することにより目的の角ビームを製造
する。

このようにして得られる角ビームでは、プリフォーム（
７）の編組織スリーブ（ｌ５）が，マトリックス金属の
溶湯（１０）の導入時や、プランジャー（１２）の加圧
時の炭素繊維（２）の乱れやずれを抑える張力で固定さ
れているため、繊維配尚の不良による角ビームの強度低
下は発生しない。

なお、上記実施例はＦＲＨの角ビームに関するものであ
るが、マトリックスとして樹脂を用いることによりＦＲ
Ｐにも適用でき、また形状も角形に限らず、丸形その他
の中空構造物にも同様に適用することができる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、編組織スリーブの周
方向の寸法自在性を利用し、長手方向に張力をかけてプ
リフォームを成形するので、マトリックスの含浸時に、
繊維の乱れやずれを発生すー８ ることなく含浸させることができ、配尚の乱れのない安
定した強度の中空構造物が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の角ビームの製造方法を示すプリフォー
ムの一部を切欠いた斜視図、第２図は実施例および従来
例のプリフォームをマトリックスと一体化する工程を示
す断面図、第３図は従来のプリフォームの成形工程を示
す斜視図である。 各図中、同一符号は同一または相当部分を示し、（１）
はマンドレル、（２）は炭素繊維、（５）は巻付層、（
７）はプリフォーム、（９）は成形型、（１０）は溶湯
、（１５）は編組織スリーブである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）マンドレルの外周に強化繊維を巻付け、その外周
   部に編組織スリーブを被せて圧着し、編組織スリーブの
   両端部を固縛してプリフオームを成形した後、このプリ
   フォームにマトリックスを含浸させて硬化することを特
   徴とする繊維強化複合材製中空構造物の製造方法。