JPH0852812A - 複合材加圧成形治具及び複合材成形体の製造方法 - Google Patents

複合材加圧成形治具及び複合材成形体の製造方法

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JPH0852812A
JPH0852812A JP6190490A JP19049094A JPH0852812A JP H0852812 A JPH0852812 A JP H0852812A JP 6190490 A JP6190490 A JP 6190490A JP 19049094 A JP19049094 A JP 19049094A JP H0852812 A JPH0852812 A JP H0852812A
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JP
Japan
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jig
composite
molding
expansion
composite material
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JP6190490A
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Inventor
Mikine Yoshida
幹根 吉田
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 各種複合材の成形に用いられる複合材加圧成
形治具及びそれを用いた複合材成形体の製造方法に関す
る。 【構成】 高膨張材をその高膨張材の膨張に追従できる
変形能を有する材料からなる外皮材で密閉したマンドレ
ル治具と、該マンドレル治具と複合材プリプレグとを収
納できる大きさを有し、複合材成形体の形状寸法を規定
する型枠及び該型枠を固定する固定治具とから構成され
てなることを特徴とする複合材加圧成形治具及びそれを
用いた複合材成形体の製造方法。 【効果】 簡単な装置で、低コストで品質の良い複合材
加圧成形体を製造することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、各種複合材の成形に用
いられる複合材加圧成形治具及びそれを用いた複合材成
形体の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の各種複合材の成形方法において
は、加熱加圧が必要条件であり、加圧手段にガス圧、油
圧がよく利用されている。通常オートクレーブ成形では
ガス圧を、プレス成形、ヒートトランスファ成形では油
圧を利用している。図4に従来の加圧成形方法の概要を
示す。図4(a)のオートクレーブ成形では、金型21
の上に積層した成形素材(複合材料)のプリプレグ6を
バッグ材22で包み、オートクレーブ23内にセットし
高温の窒素又は空気のガス圧によって、加圧成形してい
る。また、図4(b)のプレス成形では、金型21中の
プリプレグ6をヒータ26を装着したホットプレート2
4により加熱して、油圧を作用させ金型を加圧してい
る。図4(c)のヒートトランスファ成形では、金型2
1とインフレータブルマンドレル25間のプリプレグ6
をインフレータブルマンドレル25中に加熱加圧したオ
イルを導入することにより油圧を作用させ加圧成形して
いる。いずれの成形においても、加熱とともにオートク
レーブ装置、プレス装置、ヒートトランスファ装置を用
いてタイミング良く加圧を行うことで、品質の良い複合
材成形体の製造が可能となる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】前記のような従来技術
による複合材成形では、次のような問題点がある。 (1)ガス圧、油圧などの加圧手段を持った高価なオー
トクレーブ装置、プレス装置、ヒートトランスファ装置
などを必要とし、しかも装置全体を加圧しなければなら
ないため、小部品を成形するほどコスト高となる。 (2)オートクレーブ成形では、加熱加圧したガスに耐
える高価なバッグ材、たとえば、多層ラミネートされた
ナイロンバッグフィルム、通気用ポリエステル不織布マ
ット、離型用FEPフィルム(四フッ化エチレン・六フ
ッ化プロピレン共重合体フィルム)、シーラントテープ
などが成形毎に使用され、成形後に廃却される。 (3)プレス成形では、油圧でプレス面を一方向に作動
させるため、立体形状では加圧が不均一になりやすく、
精密で高価な金型が必要となる。 (4)ヒートトランスファ成形では、オイルを加熱し
て、高圧でインフレータブルマンドレル内へ循環させる
ためシール部の安全対策が必要で装置、治具が特殊でコ
スト高となる。
【0004】本発明は前記従来技術における問題点を解
決し、大がかりな成形装置や高価なバッグ材を必要とせ
ず、簡単な装置で複合材成形体の製造が可能な、加圧成
形用治具及びそれを用いた成形体の製造方法を提供する
ものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は(1)高膨張材
をその高膨張材の膨張に追従できる変形能を有する材料
からなる外皮材で密閉したマンドレル治具と、該マンド
レル治具と複合材プリプレグとを収納できる大きさを有
し、複合材成形体の形状寸法を規定する型枠及び該型枠
を固定する固定治具とから構成されてなることを特徴と
する複合材加圧成形治具及び(2)型枠内に複合材プリ
プレグを装着し、型枠内の空間部に、高膨張材をその高
膨張材の膨張に追従できる変形能を有する材料からなる
外皮材で密閉したマンドレル治具を充填して組付け、固
定治具で固定した後、加熱して高膨張材を膨張させ、そ
れによって複合材プリプレグを加圧成形することを特徴
とする複合材成形体の製造方法である。
【0006】本発明は、オートクレーブ、プレスなどの
加圧装置を持った成形装置を使用せず、オーブン又はヒ
ータの加熱を利用して、高膨張材が発生する膨張圧で複
合材を加圧成形する治具及びそれを用いた複合材成形体
の製造方法である。本発明の複合材加圧成形治具におい
ては、マンドレル治具の内部に充填する高膨張材とし
て、固体の膨張よりはるかに大きく膨張し、かつ高温に
耐える液体やゲル、ウッドメタルなどを利用する。これ
らの高膨張材の例としてはシリコーンオイル、シリコー
ンゲル、ウッドメタルなどの低融点合金などが挙げられ
る。これらの高膨張材の体膨張率は1×10-4〜2×1
-3/℃程度である。
【0007】また、前記高膨張材を密閉する外皮材とし
ては、加圧成形時に内部に充填した高膨張材が膨張した
際にその変形に追従できる変形能を有する材料を使用す
る。この外皮材としては高膨張材の膨張に追従して膨張
できるものであればよいが、成形後の高膨張材の収縮に
追従して収縮するものであればくり返し使用ができるの
で特に好ましい。このような材料の例としてはシリコー
ンゴム、フッ素ゴム、超塑性アルミニウムなどのメタル
ホイルなどが挙げられる。
【0008】型枠の材料は特殊なものではなく、通常の
スチール材、低膨張合金などを用いることができる。こ
れらの型枠材の体膨張率は0.5×10-5〜4×10-5
/℃程度である。
【0009】
【作用】本発明による複合材加圧成形治具を用いて複合
材成形体を製造する場合、先ず成形素材(複合材)のプ
リプレグを型枠内に積層し、高膨張材が内部に入ったマ
ンドレル治具をこの型枠と組付け合体させる。このと
き、オートクレーブ成形で用いられているようなバッグ
材は不用である。次にプリプレグを入れ組付けた治具を
オーブン中に入れて加熱するか、又は型枠に装着したヒ
ータで加熱を行う。ヒータ加熱の方がより均一な加熱が
でき、しかも加熱容量が少なくすみ、短時間で低コスト
に成形することができる。温度が上昇するにつれて、外
皮材で包まれた液体のシリコーンオイル、ゲル状のシリ
コーン、低融点のウッドメタルなどの高膨張材が、固体
よりはるかに大きく均一に膨張し、型枠で保持されてい
るプリプレグを加圧する。樹脂の硬化温度で保持した
後、冷却すると冷却につれて膨張が低下してくるが、樹
脂はすでに硬化し成形が完了している。室温まで冷却さ
れると、複合材の熱膨張よりマンドレル治具の膨張が大
きいため収縮も大きく、容易に離型できる。離型後にマ
ンドレル治具及び型枠は再使用できる。本発明の複合材
加圧成形治具及びそれを用いた複合材成形体製造方法
は、各種の複合材部品の製造に適用でき、特に航空宇宙
機器部品、電気電子機器部品の製造に好適である。
【0010】
【実施例】以下実施例により本発明をさらに具体的に説
明する。 〈実施例1〉図1にチャンネル部材の成形用に構成され
た本発明の複合材加圧成形治具の構成例を示す。この成
形治具は液体のシリコーンオイル又はゲル状シリコーン
などの高膨張材1を内部に入れ、膨張に追従できるシリ
コーンゴム外皮材2で密閉した2重構造のマンドレル治
具3と膨張圧を保持し成形体の形状寸法を規定するスチ
ール又は低膨張合金製の型枠4と固定治具5とから構成
されている。図1の複合材加圧成形治具を用いて、炭素
繊維/エキポシ樹脂複合材料のチャンネル部材の成形を
行うプロセスの概要を図2に示す。成形素材の炭素繊維
/エキポシ系材料のプリプレグ6を型枠4に積層した
後、高膨張材1が内部に入ったマンドレル治具3をこの
型枠4と固定治具5で組付け合体させる。次に、オーブ
ン7中に入れて加熱するか、又は型枠4に装着したヒー
タ8で室温から180℃まで加熱を行う。温度の上昇に
つれてシリコーンオイルやゲル状シリコーンよりなる高
膨張材1が大きく膨張して、型枠4内のプリプレグ6を
加圧する。シリコーンオイルの体膨張率は1.1×10
-3/℃でスチール治具の体膨張率3.3×10-5/℃や
低膨張合金の体膨張率0.6×10-5/℃に比べてはる
かに大きく、180℃加熱でかなりの加圧が可能であ
る。180℃で2時間保持した後、冷却し、チャンネル
部材9を型枠4とマンドレル治具3から離型する。これ
によって高品質なエポキシ複合材料のチャンネル部材
を、型を使用した加熱のみで製造することができる。
【0011】〈実施例2〉図1の複合材加圧成形治具を
使用し、図2のプロセスによる炭素繊維/熱可塑製樹脂
複合材料のチャンネル部材の成形例を示す。図1におい
て、高膨張材1として体膨張率が約2×10-4/℃で融
点が100℃以下の低融点合金ウッドメタルを使用し、
外皮材2として超塑性アルミニウムなどのメタルホイル
を使用した2重構造のマンドレル治具3と低膨張合金の
型枠4と固定治具5とを組合せる。図2のプロセスに従
い、成形素材の炭素繊維/熱可塑性樹脂CF/PEEK
プリプレグ6を型枠4にアイロン、コテなどで加熱積層
した後、ウッドメタルが内部に入ったマンドレル治具3
を低膨張合金製の型枠4と組合せ合体させる。オーブン
7又は型枠4に装着したヒータ8で室温から380℃ま
で加熱する。内部のウッドメタルが溶融して大きく膨張
し、型枠内のプリプレグ10を加圧する。380℃で
0.5〜1時間保持した後冷却すると、高品質なCF/
PEEKのチャンネル部材9が製造できる。
【0012】〈実施例3〉本発明の複合材加圧成形治具
を用いた炭素繊維/エキポシ樹脂複合材料のI型材の成
形プロセスの概要を図3に示す。図3において、ゲル状
シリコーンを内部に入れたマンドレル治具3と型枠4
に、I型材を構成するフランジ部6aとウェブ部6bよ
りなるプリプレグ6を積層する。プリプレグ6を積層し
たマンドレル治具3と型枠4とを固定治具5で組付け合
体させる。このとき、必要に応じて、100℃位でフラ
ンジ部6aとウェブ部6bの積層体を加熱真空脱気を行
うとさらにち密な積層体が得られ、組付け合体が容易に
なる。オーブン7中又は装着したヒータ8で180℃ま
で加熱し、180℃で2時間保持した後、冷却する。型
枠4とマンドレル治具3を離型して高品質なI型材10
を製造できる。
【0013】
【発明の効果】本発明によれば、オートクレーブ、プレ
スなどの高価な成形装置を使用しなくても、オーブン又
はヒータなどの簡単な加熱装置により加熱するだけで、
液体の大きな膨張圧により低コストで複合材加圧成形体
を製造することができる。また、液体の膨張圧を利用し
ているので、低温からでも安定して均一の膨張が得ら
れ、品質の良い複合材成形体が得られる。成形には、オ
ートクレーブ成形で用いるような高価なバッグ材の必要
はなく、マンドレル治具も再使用でき、成形コストが安
くできる。さらに、小型の成形体を得る場合には、成形
体の大きさに相応した小型の治具を加熱するだけでよい
ので、従来技術におけるようにオートクレーブのような
加圧装置全体を加熱する必要がなく、経済的である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るチャンネル部材成形用複合材加圧
成形治具の1例を示す構成図。
【図2】図1の複合材加圧成形治具を用いたチャンネル
材成形プロセスの概要図。
【図3】本発明の複合材加圧成形治具を用いたI型材の
成形プロセスの1例を示す概要図。
【図4】従来の加圧成形方法の概要を示す説明図。
───────────────────────────────────────────────────── 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 105:06 B29L 9:00

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高膨張材をその高膨張材の膨張に追従で
    きる変形能を有する材料からなる外皮材で密閉したマン
    ドレル治具と、該マンドレル治具と複合材プリプレグと
    を収納できる大きさを有し、複合材成形体の形状寸法を
    規定する型枠及び該型枠を固定する固定治具とから構成
    されてなることを特徴とする複合材加圧成形治具。
  2. 【請求項2】 型枠内に複合材プリプレグを装着し、型
    枠内の空間部に、高膨張材をその高膨張材の膨張に追従
    できる変形能を有する材料からなる外皮材で密閉したマ
    ンドレル治具を充填して組付け、固定治具で固定した
    後、加熱して高膨張材を膨張させ、それによって複合材
    プリプレグを加圧成形することを特徴とする複合材成形
    体の製造方法。
JP6190490A 1994-08-12 1994-08-12 複合材加圧成形治具及び複合材成形体の製造方法 Withdrawn JPH0852812A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010510111A (ja) * 2006-11-20 2010-04-02 ザ・ボーイング・カンパニー 熱膨張ツーリングコールを使用してハット型に強化された複合部品を形成する装置及び方法
US7833455B2 (en) 2001-03-29 2010-11-16 Nippon Oil Corporation Robot hand member and method of producing the same
JP2013202813A (ja) * 2012-03-27 2013-10-07 Mitsubishi Rayon Co Ltd 繊維強化熱可塑性樹脂シートの製造方法
US10518487B2 (en) 2014-10-30 2019-12-31 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Artificial defect material and manufacturing method of FRP structure

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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20011106