JPH0825386A - 繊維強化プラスチック構造部材の成形方法 - Google Patents

繊維強化プラスチック構造部材の成形方法

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 Ｉ型ストリンガー等のマッチドダイ成形にお
けるチャンネル材同士のウエブ接合面等に発生する不具
合を解消する。 【構成】 試作品によりウェブプライの合わせ面のボイ
ドの発生位置およびボイドの大きさを測定し、樹脂未含
浸のロービング材をウェブプライとキャッププライをマ
ッチドダイ成形型に組み込む時に、ウェブプライの合わ
せ面のボイドの発生位置に埋設し、このロービング材を
マッチドダイ成形型とこのマッチドダイ成形型を被覆す
るバギング材との空間部まで延ばし、オートクレーブ内
で加圧加熱処理して硬化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、マッチドダイ成形型に
よりＩ型断面形状を有する構造部材を成形する繊維強化
プラスチック構造部材の成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】繊維強化プラスチックで作られた複合材
製品は、一般に、軽量かつ高強度であり、その特性か
ら、航空機の構造部材として広く使用されている。複合
材製品の中でＩ型断面形状を有する構造部材、たとえば
Ｉ型断面の小骨を、一対のチャンネル状ウェブ積層品と
平板状キャップ積層品と三角形のフィラーを用いてマッ
チドダイ成形型により成形する成形方法は、ＭＤ−１１
複合材外方エルロンの開発日本航空宇宙学会誌 第３７
巻第４２６号別刷 １９８９年７月号により公知であ
る。
【０００３】上記マッチドダイ成形型により成形する成
形方法は、硬化後のトリム工程を必要としない正寸レイ
アップと組立時に必要な調整を最小にするため、高い寸
法精度が得られるようにしたマッチドダイ成形型を用い
て行なうものである。このマッチドダイ成形型として、
図３に示すように、Ｉ型成形空間を形成するように組み
合わされるウェブ成形部１，１とキャップ成形部２，２
とから構成されたものは、たとえば、発明協会公開技報
８８−３３５５ １９８８年３月２２日発行により知ら
れている。
【０００４】上記マッチドダイ成形型は、Ｉ型成形空間
に配置された一対のチャンネル状ウェブプライ３，３と
平板状キャッププライ４，４からＩ型断面形状を有する
構造部材を成形する。この場合、ウェブプライ３は、図
４に示すようにウェブ成形部１に積層配置されるが、ウ
ェブプライ形状に近付けるためにラフトリムされる。ウ
ェブ成形部１，１は、図５に示すように、硬化成形中に
複合材料素材の板厚変化に追従しオートクレーブ圧力が
均一に伝わるように、スペーサ５およびピン６を介して
結合される。ウェブプライ３，３のコーナー部には、フ
ィラープライ７が配置され、その上にキャッププライ４
が配置される。ウェブプライ３は、強度を適切に保つた
めに、板厚変化を持たせて平板状に積層されるが、複合
材の硬化後の体積変化を見越した積層を行なっているた
め、図６に示すようにウェブプライ３の板厚変化により
ウェブプライ３，３の間に密閉された空洞部８が形成さ
れる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記マッチドダイ成形
型による繊維強化プラスチック構造部材の成形方法は、
Ｉ型断面の構造部材の板厚が一定であれば、オートクレ
ーブ圧力が均一に伝わるので問題はないが、Ｉ型断面の
構造部材の強度を考慮すると、Ｉ型断面の構造部材の板
厚を部位に応じて変化させる必要があり、Ｉ型断面の構
造部材に複合材料素材の積層枚数の違いにより板厚の厚
い部位と薄い部位が形成される。
【０００６】このように、Ｉ型断面の構造部材に板厚の
厚い部位と薄い部位が形成されると、オートクレーブ同
一時期に圧力が均一に伝わらず、硬化された複合材料部
品の内部品質にバラツキがでたり、Ｉ型断面の構造部材
の複合材料の積層枚数の違いによりウェブ成形部の合わ
せ面に形成される空洞部分をそのままの状態で硬化成形
すると、空洞部分のエアーが抜けきらず、Ｉ型断面の構
造部材にボイドが発生する。
【０００７】本発明は上記した点に鑑みてなされたもの
で、硬化成形する際に複合材料素材の空洞部分からエア
ーを抜くことで複合材料部品のボイド発生を防ぐ繊維強
化プラスチック構造部材の成形方法を提供することを目
的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の繊維強化プラス
チック構造部材の成形方法は、繊維強化プラスチック材
料により積層成形し、板厚を変化させ積層した一対のチ
ャンネル状ウェブプライと平板状キャッププライを用い
マッチドダイ成形型によりＩ型断面形状を有する構造部
材を成形する繊維強化プラスチック構造部材の成形方法
において、試作品によりウェブプライの合わせ面のボイ
ドの発生位置およびボイドの大きさを測定し、樹脂未含
浸で上記繊維と同質でボイドの大きさに応じたロービン
グ材を、ウェブプライとキャッププライをマッチドダイ
成形型に組み込む時に、ウェブプライの合わせ面のボイ
ドの発生位置に埋設するとともに、このロービング材
を、マッチドダイ成形型とこのマッチドダイ成形型を被
覆するバギング材との空間部まで延ばし、真空引きし
て、オートクレーブ内で加圧加熱処理して硬化すること
を特徴とする。
【０００９】
【作用】本発明の繊維強化プラスチック構造部材の成形
方法においては、ウェブプライの合わせ面にできる空洞
部にロービング材を適用することにより、空洞部に残っ
ているエアーを硬化成形中にロービング材を通して空洞
部から取り除くことでウェブプライの合わせ面にボイト
が発生することを防ぎ、また、ロービング材にオートク
レーブで軟化する繊維強化プラスチック材料の樹脂を含
浸させることでロービング材を製品に一体化してロービ
ング材を設けたことに伴う不都合を解消する。
【００１０】
【実施例】以下本発明の実施例を図面につき説明する。
なお、図１において図３と同一部材については同一符号
を付す。
【００１１】図１において符号１０は、本発明の繊維強
化プラスチック構造部材の成形方法に用いられるロービ
ング材を示す。このロービング材１０は、繊維強化プラ
スチック構造部材に使用されている複合材料強化材と同
じ繊維、たとえば、炭素繊維でかつこの炭素繊維に樹脂
が含浸されていないものである。ロービング材１０とし
て樹脂が含浸されていない炭素繊維を用いたのは、炭素
繊維間の空間を空気通路として利用するためである。ロ
ービング材１０の板厚は、製品の板厚に影響を与えない
ように、製品に使用されている複合材料の１枚の板厚も
しくはそれ以下の板厚に設定され、また、ロービング材
１０の幅も製品形状に影響を与えないように、２〜３ｍ
ｍ（３０００フィラメント）程度とされる。
【００１２】上記ロービング材１０は、ウェブプライ
３，３の合わせ面のボイドの発生位置に埋設される。こ
のロービング材１０は、マッチドダイ成形型１、２から
マッチドダイ成形型１、２を被覆するバギング材１１と
の空間部１２まで延びるように配設される。ウェブプラ
イ３，３の合わせ面のボイドの発生位置および大きさ
は、予め成形した繊維強化プラスチック構造部材（試作
品）を分解することで測定される。
【００１３】しかして、繊維強化プラスチック構造部材
をマッチドダイ成形型を用いて成形するには、まず、複
合材料をプリカットし、平板状に積層することで、ウェ
ブプライ３、キャッププライ４、フィラープライ７を形
成する。この場合、ウェブプライ３は、強度を適当に保
つために、板厚変化を持たせて積層される。また、ウェ
ブプライ３は、成形されるウェブプライ形状に近付ける
ためにラフトリムされる。ウェブプライ３は、図４に示
す高さの高い部位では、たとえばテープ８プライとファ
ブリック６プライで、硬化前の厚さが３．５５ｍｍで硬
化後の厚さが２．５０ｍｍとなり、高さの低い部位で
は、たとえばテープ８プライで、硬化前の厚さが１．２
５ｍｍで硬化後の厚さが１．００ｍｍとなる。
【００１４】つぎに、ラフトリムされたウェブプライ
３、３は、マッチドダイ成形型のウェブ成形部１，１に
セットされ一対のチャンネル状ウェブプライを形成す
る。チャンネル状ウェブプライ３、３の合わせ面のボイ
ドの発生位置、すなわち、試作品により測定されたウェ
ブプライ３，３の合わせ面のボイドの発生位置に対応し
た位置に複合材料強化材と同じ繊維でかつ樹脂が含浸さ
れていないロービング材１０が埋設される、このロービ
ング材１０は、マッチドダイ成形型のウェブ成形部１か
ら外側に延びている。
【００１５】ついで、ウェブ成形部１，１にセットされ
たチャンネル状ウェブプライ３，３のコーナーＲ部にフ
ィラープライ７が配置され、そのフィラープライ７を配
置したウェブプライ３，３の上にキャッププライ４が配
置される。そして、図３に示すように、キャッププライ
４の上にキャップ成形部２，２がウェブ成形部１，１と
結合するようにセットされる。
【００１６】つぎに、ウェブプライ３、キャッププライ
４、フィラープライ７をセットしたマッチドダイ成形型
は、ガラスブリーザ１３およびバギング材１１で被覆さ
れる。バギング材１１は適当な密閉手段により密閉空間
１２を形成する。マッチドダイ成形型から外側に延びる
ロービング材１０は、マッチドダイ成形型とバギング材
１１の間の空間部１２まで延びている。バギング材１１
に設けた真空口金１４を図示しない真空発生装置に接続
して真空発生装置を作動することで、バギング材１１の
内部空間１２を真空引きして真空空間を形成する。バギ
ング材１１の内部空間を真空空間とすることで、ウェブ
プライ３，３の合わせ面の空洞部８のエアーは、ロービ
ング材１０の空気通路を通ってマッチドダイ成形型の外
部に取り除かれる。
【００１７】ウェブプライ３、キャッププライ４、フィ
ラープライ７がセットされ、ウェブプライ３，３の合わ
せ面の空洞部８のエアーを取り除いたマッチドダイ成形
型は、オートクレーブ内に配置され、このオートクレー
ブにおいて加圧加熱処理される。ウェブプライ３とキャ
ッププライ４とフィラープライ７を硬化することで、図
２に示すＩ型断面の複合材製小骨２０が成形される。こ
のＩ型断面の複合材製小骨２０の寸法は、たとえば、ａ
が９０ｍｍ、ｂが２００ｍｍ、ｃが８００ｍｍ、ｄが３
０ｍｍである。
【００１８】本発明による繊維強化プラスチック構造部
材の成形方法におけるオートクレーブ条件は、加圧加熱
時も真空引きされているので、オートクレーブ処理時に
も、空洞部８に残されたエアーはロービング材１０の空
気通路を通ってマッチドダイ成形型の外部に取り除かれ
る。
【００１９】また、ウェブプライ３，３の合わせ面に設
けたロービング材１０は、オートクレーブ内で加圧加熱
処理される際に、製品に使用している複合材料から軟化
した樹脂が繊維間に含浸するので、ロービング材１０自
体も製品と一体となる。したがって、ロービング材１０
をウェブプライ３，３の合わせ面に埋設したことでウェ
ブプライ３，３の合わせ面にボイドが発生することはな
い。
【００２０】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、ウェ
ブプライの合わせ面にできる空洞部にロービング材を適
用することにより、空洞部に残っているエアーを硬化成
形中にロービング材を通して空洞部から取り除くことで
ウェブプライの合わせ面にボイドが発生することを防
ぎ、また、ロービング材にオートクレーブで軟化する繊
維強化プラスチック材料の樹脂を含浸させることでロー
ビング材を製品に一体化してロービング材を設けたこと
に伴う不都合は生じない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による繊維強化プラスチック構造部材の
成形方法の途中段階を示す図。
【図２】本発明による繊維強化プラスチック構造部材の
成形方法により成形されたＩ型断面の複合材製小骨を示
す図。
【図３】ウェブプライ、キャッププライ、フィラープラ
イがセットされたマッチドダイ成形型を示す図。
【図４】ウェブプライをウェブ成形部にセットする段階
を示す図。
【図５】マッチドダイ成形型のウェブ成形部にキャップ
成形部をセットする前の段階を示す図。
【図６】ウェブプライ、キャッププライ、フィラープラ
イがセットされたマッチドダイ成形型の断面図。
【符号の説明】
１ マッチドダイ成形型のウェブ成形部 ２ マッチドダイ成形型のキャップ成形部 ３ チャンネル状ウェブプライ ４ 平板状キャッププライ １０ ロービング材 １１ バギング材 １２ 空間部
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 Ｂ２９Ｋ 105:08 Ｂ２９Ｌ 31:30

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】繊維強化プラスチック材料により積層成形
    し、板厚を変化させ積層した一対のチャンネル状ウェブ
    プライと平板状キャッププライを用いマッチドダイ成形
    型によりＩ型断面形状を有する構造部材を成形する繊維
    強化プラスチック構造部材の成形方法において、試作品
    によりウェブプライの合わせ面のボイドの発生位置およ
    びボイドの大きさを測定し、樹脂未含浸で上記繊維と同
    質でボイドの大きさに応じたロービング材を、ウェブプ
    ライとキャッププライをマッチドダイ成形型に組み込む
    時に、ウェブプライの合わせ面のボイドの発生位置に埋
    設するとともに、このロービング材を、マッチドダイ成
    形型とこのマッチドダイ成形型を被覆するバギング材と
    の空間部まで延ばし、真空引きして、オートクレーブ内
    で加圧加熱処理して硬化することを特徴とする繊維強化
    プラスチック構造部材の成形方法。
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