JPH0780948A - 角形断面繊維強化複合材梁の製造方法 - Google Patents
角形断面繊維強化複合材梁の製造方法Info
- Publication number
- JPH0780948A JPH0780948A JP5183403A JP18340393A JPH0780948A JP H0780948 A JPH0780948 A JP H0780948A JP 5183403 A JP5183403 A JP 5183403A JP 18340393 A JP18340393 A JP 18340393A JP H0780948 A JPH0780948 A JP H0780948A
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- Japan
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- mandrel
- prepreg
- rib
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 角形断面構造用炭素繊維強化複合材梁を製造
する。 【構成】 多段角型の金属マンドレルにプリプレグをハ
ンドレアップすることにより中リブを構成する。その外
周に樹脂を含浸した炭素繊維をフィラメントワインディ
ング法で処理する。減圧バグーオートクレーブ硬化して
マンドレルを脱芯してなる中リブを有する角形断面構造
用炭素繊維強化複合材梁を製造する。
する。 【構成】 多段角型の金属マンドレルにプリプレグをハ
ンドレアップすることにより中リブを構成する。その外
周に樹脂を含浸した炭素繊維をフィラメントワインディ
ング法で処理する。減圧バグーオートクレーブ硬化して
マンドレルを脱芯してなる中リブを有する角形断面構造
用炭素繊維強化複合材梁を製造する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、軽量で高強度、高弾性
の要求が高まりつつある建築構造材や高速鉄道車両へ炭
素繊維強化複合材を適用するための角形断面構造用炭素
繊維強化複合材梁の製造法に関するものである。
の要求が高まりつつある建築構造材や高速鉄道車両へ炭
素繊維強化複合材を適用するための角形断面構造用炭素
繊維強化複合材梁の製造法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】比強度、比剛性が優れた炭素繊維強化複
合材は、航空、宇宙用素材からスポーツ素材等として重
要な地位を占めている。現在、炭素繊維強化複合材の製
造法として炭素繊維と樹脂をマンドレル（金属、セラミ
ックス等）に巻とり円筒状の成形体を製造するＦＷ法
は、成形の容易性や成形時間の早さに優れるため、この
ＦＷ法を使用した炭素繊維強化複合材成形体は、一般工
業用等の分野でロール等の製品として使用され始めてい
る。
合材は、航空、宇宙用素材からスポーツ素材等として重
要な地位を占めている。現在、炭素繊維強化複合材の製
造法として炭素繊維と樹脂をマンドレル（金属、セラミ
ックス等）に巻とり円筒状の成形体を製造するＦＷ法
は、成形の容易性や成形時間の早さに優れるため、この
ＦＷ法を使用した炭素繊維強化複合材成形体は、一般工
業用等の分野でロール等の製品として使用され始めてい
る。
【０００３】現在のところ、炭素繊維強化複合材成形体
は、比較的荷重を受け持つ割合の低い部位に用いられて
いるが、その強度、弾性率を活かして、本発明の利用分
野である建築構造材や高速鉄道車両に使用され易い強度
補強用中リブを持つ角断面を提供するものである。
は、比較的荷重を受け持つ割合の低い部位に用いられて
いるが、その強度、弾性率を活かして、本発明の利用分
野である建築構造材や高速鉄道車両に使用され易い強度
補強用中リブを持つ角断面を提供するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ＦＷ法は、円筒形を製
造するに適した製造法で角型のＦＷ成形体の例は、見受
けられない。従来角形断面繊維強化複合材は、特開平３
−２３１０６３に見られるようにハニカムコア等のまわ
りに人が手で貼り付けるハンドレーアップ法で成形され
ているが、一度プリプレグを製造し、人海戦術で成形す
るために作業性、コストの面でおとっていた、この角型
を大量生産向きのＦＷ法で製造できれば利用分野の拡大
が考えられる。しかし、ＦＷ法では、角型を成形すると
均一で物性発現の高いものができず、かつ大きな荷重の
かかる梁として使用するには、中間補強材のない単純な
箱型では肉厚を厚くする必要があり適さなかった。
造するに適した製造法で角型のＦＷ成形体の例は、見受
けられない。従来角形断面繊維強化複合材は、特開平３
−２３１０６３に見られるようにハニカムコア等のまわ
りに人が手で貼り付けるハンドレーアップ法で成形され
ているが、一度プリプレグを製造し、人海戦術で成形す
るために作業性、コストの面でおとっていた、この角型
を大量生産向きのＦＷ法で製造できれば利用分野の拡大
が考えられる。しかし、ＦＷ法では、角型を成形すると
均一で物性発現の高いものができず、かつ大きな荷重の
かかる梁として使用するには、中間補強材のない単純な
箱型では肉厚を厚くする必要があり適さなかった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明では、中間補強材
用の中リブ成形のための多段角型の金属マンドレルにプ
リプレグをハンドレアップすることにより中リブを構成
し、その外周に樹脂を含浸した炭素繊維をＦＷ法で処理
することにより、高強度の梁として使用できる角形断面
繊維強化複合材梁の製造方法を開発した。
用の中リブ成形のための多段角型の金属マンドレルにプ
リプレグをハンドレアップすることにより中リブを構成
し、その外周に樹脂を含浸した炭素繊維をＦＷ法で処理
することにより、高強度の梁として使用できる角形断面
繊維強化複合材梁の製造方法を開発した。
【０００６】また、ＦＷ成形法の場合、マンドレルに樹
脂の含浸した繊維を巻き付けて成形するため、成形時に
マンドレルが円形であると図１のように繊維の周方向の
巻き付け力Ｆが接線力ＦT と中心力ＦO に分力され、こ
の中心力ＦＯにより繊維がマンドレルに押しつけられ均
一な成形体が成形できるが、角型マンドレルの場合繊維
巻き付け力Ｆは、図２の様にマンドレル平面部では分力
されず繊維がマンドレルに押しつけられないため樹脂や
気泡を多く含んだ状態になり均一で強度発現率の高い製
品ができない。そこで本発明では、ＦＷ成形後気泡を抜
くための真空バグを施し内部を減圧にし、繊維をマンド
レルに押しつけるためにオートクレーブ中に入れ外から
加圧した状態で温度を上げ成形体を硬化させて均一で強
度の高い製品を製造した。
脂の含浸した繊維を巻き付けて成形するため、成形時に
マンドレルが円形であると図１のように繊維の周方向の
巻き付け力Ｆが接線力ＦT と中心力ＦO に分力され、こ
の中心力ＦＯにより繊維がマンドレルに押しつけられ均
一な成形体が成形できるが、角型マンドレルの場合繊維
巻き付け力Ｆは、図２の様にマンドレル平面部では分力
されず繊維がマンドレルに押しつけられないため樹脂や
気泡を多く含んだ状態になり均一で強度発現率の高い製
品ができない。そこで本発明では、ＦＷ成形後気泡を抜
くための真空バグを施し内部を減圧にし、繊維をマンド
レルに押しつけるためにオートクレーブ中に入れ外から
加圧した状態で温度を上げ成形体を硬化させて均一で強
度の高い製品を製造した。
【０００７】
【作用】以下に本発明を実施例に基づいて詳細に説明す
る。
る。
【０００８】本発明に用いられる補強用の炭素繊維は、
原料としてはポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系、レー
ヨン系、ピッチ系のいずれであっても良く、また材質と
しても炭素質、黒鉛質のいずれでも良い。上記炭素繊維
は、連続繊維であることが必要であり、この繊維に熱硬
化性樹脂を含浸させることによって所定の形状物性を発
現させる。
原料としてはポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系、レー
ヨン系、ピッチ系のいずれであっても良く、また材質と
しても炭素質、黒鉛質のいずれでも良い。上記炭素繊維
は、連続繊維であることが必要であり、この繊維に熱硬
化性樹脂を含浸させることによって所定の形状物性を発
現させる。
【０００９】リブの形状にあわせて中間角マンドレルの
個数と形状を選択することにより各種のリブを持つ角断
面を製作できるたとえば、図３の２段にすると１つリブ
をもつものになり、図４の４段では十字のリブをもつ物
も成形できる。ここでは代表例として中央に一つリブを
もつ例を示す。図５のような二段マンドレルの図３
（Ａ）マンドレルの３方向の面にプリプレグを積層し同
様に図３（Ｂ）にも積層したものを図５のように組み立
てる。このマンドレルにＦＷ法で樹脂含浸炭素繊維を巻
き付け、その上に表面を平にするための離型テープと熱
収縮テープを巻き付けた後、バグで全体をくるみ内部を
１〜１０ｔｏｒｒの減圧にする。この時樹脂粘度が低す
ぎる時は、５０〜８０℃で８〜１６時間加熱し半硬化状
態のプリプレグ状態にする。上記減圧を１〜１０ｔｏｒ
ｒとしたのは、１ｔｏｒｒ未満にすると超真空になり、
樹脂の分解が起こるからであり、また１０ｔｏｒｒを越
えると、充分なガス抜きが出来ず、繊維間樹脂強度が低
下するからである。このバグ品をオートクレーブに装入
し、３〜６ｋｇ／ｃｍ2 加圧中で温度を上げて硬化す
る。加圧条件が３ｋｇ／ｃｍ2 未満では層間強度が低く
なり、また６ｋｇ／ｃｍ2以上にしても硬化が飽和する
と共に、樹脂が流れて均一なものが出来なくなる所があ
るからである。
個数と形状を選択することにより各種のリブを持つ角断
面を製作できるたとえば、図３の２段にすると１つリブ
をもつものになり、図４の４段では十字のリブをもつ物
も成形できる。ここでは代表例として中央に一つリブを
もつ例を示す。図５のような二段マンドレルの図３
（Ａ）マンドレルの３方向の面にプリプレグを積層し同
様に図３（Ｂ）にも積層したものを図５のように組み立
てる。このマンドレルにＦＷ法で樹脂含浸炭素繊維を巻
き付け、その上に表面を平にするための離型テープと熱
収縮テープを巻き付けた後、バグで全体をくるみ内部を
１〜１０ｔｏｒｒの減圧にする。この時樹脂粘度が低す
ぎる時は、５０〜８０℃で８〜１６時間加熱し半硬化状
態のプリプレグ状態にする。上記減圧を１〜１０ｔｏｒ
ｒとしたのは、１ｔｏｒｒ未満にすると超真空になり、
樹脂の分解が起こるからであり、また１０ｔｏｒｒを越
えると、充分なガス抜きが出来ず、繊維間樹脂強度が低
下するからである。このバグ品をオートクレーブに装入
し、３〜６ｋｇ／ｃｍ2 加圧中で温度を上げて硬化す
る。加圧条件が３ｋｇ／ｃｍ2 未満では層間強度が低く
なり、また６ｋｇ／ｃｍ2以上にしても硬化が飽和する
と共に、樹脂が流れて均一なものが出来なくなる所があ
るからである。
【００１０】この成形体から通常の方法でマンドレルを
脱芯して製品とする。
脱芯して製品とする。
【００１１】
【実施例】１００ｍｍ×５０ｍｍのマンドレルにピッチ
系炭素繊維プリプレグを疑似等方性に１ｍｍ積層したも
のを図１の様に二つ合わせ１００ｍｍ×１０２ｍｍのマ
ンドレルにしたマンドレル集束体にＦＷ法でエポキシ樹
脂を含浸したピッチ系炭素繊維をマンドレル軸方向に対
して±５°、±４５°、９０°で適切な設計厚みで巻き
付けた。このＦＷ品を６０℃で一旦半硬化状態にした
後、離型テープと熱収縮テープを巻き付けバグにしたも
のを約５ｔｏｒｒに減圧しオートクレーブ中５ｋｇ／ｃ
ｍ2 の加圧を加え１２０℃約３時間で硬化させた。この
成形体を脱芯して炭素繊維強化樹脂複合材中リブ付き角
パイプを作りあげた。
系炭素繊維プリプレグを疑似等方性に１ｍｍ積層したも
のを図１の様に二つ合わせ１００ｍｍ×１０２ｍｍのマ
ンドレルにしたマンドレル集束体にＦＷ法でエポキシ樹
脂を含浸したピッチ系炭素繊維をマンドレル軸方向に対
して±５°、±４５°、９０°で適切な設計厚みで巻き
付けた。このＦＷ品を６０℃で一旦半硬化状態にした
後、離型テープと熱収縮テープを巻き付けバグにしたも
のを約５ｔｏｒｒに減圧しオートクレーブ中５ｋｇ／ｃ
ｍ2 の加圧を加え１２０℃約３時間で硬化させた。この
成形体を脱芯して炭素繊維強化樹脂複合材中リブ付き角
パイプを作りあげた。
【００１２】比較例として中リブを持たないもの同様に
製作し長さ２５００ｍｍで３点曲げ試験を実施すると、
比較例では４ｔｏｎ程度の荷重で中央圧加点で破壊した
が、本実施例では約８ｔｏｎの荷重に耐えることが出来
た。
製作し長さ２５００ｍｍで３点曲げ試験を実施すると、
比較例では４ｔｏｎ程度の荷重で中央圧加点で破壊した
が、本実施例では約８ｔｏｎの荷重に耐えることが出来
た。
【００１３】
【発明の効果】軽量炭素繊維強化樹脂複合材において大
量生産向きのＦＷ法で、均一で物性発現が高い角型を製
作しかつ中リブを持つことにより、より大きな荷重のか
かる建築構造材や高速鉄道車体の梁としての適用性分野
を広げることができるようになった。
量生産向きのＦＷ法で、均一で物性発現が高い角型を製
作しかつ中リブを持つことにより、より大きな荷重のか
かる建築構造材や高速鉄道車体の梁としての適用性分野
を広げることができるようになった。
【図１】丸マンドレルにおける繊維張力を現した図であ
る。
る。
【図２】角マンドレルの繊維張力図である。
【図３】２段角型マンドレルに繊維強化樹脂複合材を成
形した後の断面図である。
形した後の断面図である。
【図４】４段角型マンドレルで十字リブを持つ繊維強化
樹脂複合材を成形した後の断面図である。
樹脂複合材を成形した後の断面図である。
【図５】図３の２段角型マンドレルの分解図である。
Ｆ 繊維巻き付け張力 ＦT 接線分力 ＦO 中心分力 ３１ 金属角型マンドレル ３２ リブ用炭素繊維プリプレグ層 ３３ ＦＷ成形炭素繊維強化樹脂複合材層 ４１ 金属角型マンドレル ４２ リブ用炭素繊維プリプレグ層 ４３ ＦＷ成形炭素繊維強化樹脂複合材層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２９Ｄ 31/00 2126−4Ｆ // Ｂ２９Ｌ 31:30 7310−4Ｆ Ｂ２９Ｃ 67/14 Ｅ 7310−4Ｆ Ｌ (72)発明者 武藤 剛範 東京都中央区銀座５−13−16 新日鐵化学 株式会社内 (72)発明者 関 俊明 東京都中央区銀座５−13−16 新日鐵化学 株式会社内
Claims (1)
- 【請求項１】 多段角型の金属マンドレルにプリプレグ
をハンドレアップすることにより中リブを構成し、その
外周に樹脂を含浸した炭素繊維をフィラメントワインデ
ィング法（以下ＦＷ法と称する）で処理した後、減圧バ
グーオートクレーブ硬化してマンドレルを脱芯してなる
中リブを有する角形断面構造用炭素繊維強化複合材梁を
製造することを特徴とする角形断面繊維強化複合材梁の
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5183403A JPH0780948A (ja) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | 角形断面繊維強化複合材梁の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5183403A JPH0780948A (ja) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | 角形断面繊維強化複合材梁の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0780948A true JPH0780948A (ja) | 1995-03-28 |
Family
ID=16135173
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5183403A Pending JPH0780948A (ja) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | 角形断面繊維強化複合材梁の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0780948A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6361010A (ja) * | 1986-09-01 | 1988-03-17 | Mitsui Petrochem Ind Ltd | オレフインの重合方法 |
| JPH11131045A (ja) * | 1997-10-28 | 1999-05-18 | Nippon Polyurethane Ind Co Ltd | ラミネート用接着剤 |
| US6558608B2 (en) * | 1995-06-28 | 2003-05-06 | Tpi Technology, Inc. | Method for molding fiber reinforced composite container |
| EP2047971A1 (en) * | 2007-10-09 | 2009-04-15 | Saab Ab | Method for manufacturing beams of fiber-reinforced composite material |
| JP2010125825A (ja) * | 2008-12-01 | 2010-06-10 | Toyota Motor Corp | 高圧ガスタンク製造装置及び高圧ガスタンクの製造方法 |
| US7833455B2 (en) | 2001-03-29 | 2010-11-16 | Nippon Oil Corporation | Robot hand member and method of producing the same |
| US8043457B2 (en) | 2007-06-06 | 2011-10-25 | Airbus Operations Limited | Fibre placement tool |
-
1993
- 1993-06-30 JP JP5183403A patent/JPH0780948A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6361010A (ja) * | 1986-09-01 | 1988-03-17 | Mitsui Petrochem Ind Ltd | オレフインの重合方法 |
| JP2530624B2 (ja) * | 1986-09-01 | 1996-09-04 | 三井石油化学工業株式会社 | オレフインの重合方法 |
| US6558608B2 (en) * | 1995-06-28 | 2003-05-06 | Tpi Technology, Inc. | Method for molding fiber reinforced composite container |
| JPH11131045A (ja) * | 1997-10-28 | 1999-05-18 | Nippon Polyurethane Ind Co Ltd | ラミネート用接着剤 |
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| US8043457B2 (en) | 2007-06-06 | 2011-10-25 | Airbus Operations Limited | Fibre placement tool |
| US8490269B2 (en) | 2007-06-06 | 2013-07-23 | Airbus Operations Limited | Fibre placement tool |
| EP2047971A1 (en) * | 2007-10-09 | 2009-04-15 | Saab Ab | Method for manufacturing beams of fiber-reinforced composite material |
| US8287790B2 (en) | 2007-10-09 | 2012-10-16 | Saab Ab | Method for manufacturing beams of fiber-reinforced composite material |
| JP2010125825A (ja) * | 2008-12-01 | 2010-06-10 | Toyota Motor Corp | 高圧ガスタンク製造装置及び高圧ガスタンクの製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20030311 |