JPS62264896A

JPS62264896A - 接合穴を有する繊維強化複合材の製造方法

Info

Publication number: JPS62264896A
Application number: JP61106791A
Authority: JP
Inventors: 町田　輝史; ニック・アール・スコット
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-05-12
Filing date: 1986-05-12
Publication date: 1987-11-17
Also published as: DE3715409A1

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】本発明は複合材、特に繊維で補強したプラスチックや金
属を互いにその本来の機械的強度を損なうことなく接合
するだめに使用されるリベット。

ピンまたはネジ用の穴を具えた繊維強化複合材の製造方
法に関する。

複合材の大きな問題の一つは、該複合材をその本来の強
度を減少させることなく接合することが難かしいことで
ある。複合材の接合時、接合部分。

特に複合材に埋設された補強繊維が不連続化または切断
されざるを得ないからである。例えば、繊維強化金属板
の場合、通常の金属等で使用される溶接技術は容易に採
用しにくい。それは、金属の基地同志を融合できたとし
ても、補強繊維を継ぐことが不可能であるためである。

また、接着においても、それ自体まだ不安定な第三材料
（接着剤）を使用せねばならない問題を有すると同時に
、やはり内部の補強繊維を結合する技術ではあり得ない
。

従って、現在、最も多く使用されている方法は。

重ね板または合せ板をして二種以上の複合材をリベット
、ピンまたはネジで締結する機械結合方法である。該方
法は一般に出来上った複合材をボール盤等で穿孔し、そ
の下穴にリベット等を挿通して固定するものである。該
方法は、簡便ではあるが、やはり上述した本質的問題は
解消されない。

即ち、機械加工で接合用穴を穿孔し々ければならないこ
とで、この大部分はその分だけ複合材の強度低下を招来
させるばかりでなく、応力集中効果のため著しく材料強
度を弱くする。更に重要なことは、補強のために折角連
続したＦｔＪｉ維を埋設して複合化しだのに、含有した
繊維を接合穴形成のために切断せざるを得ないことであ
る。材料の組織、特に繊維の折損、欠如を防いで穴をあ
けることができれば、接合部分の強度低下を防止するこ
とができる筈である。換言すれば、補強のために埋設さ
れた繊維の連続性を保持しつつ穴が形成できれば、複合
材の接合における最大の問題たる大きな強度低下を防止
することができる。

本発明はこの基本的考えに立脚してなされたもので、目
的とするところは埋設された補強繊維を切断することな
く接合穴を形成した繊維強化複合材を製造することであ
る。まず、加熱硬化反応前に、ｋネトレータを未硬化繊
維強化複合材に押込み、該複合材内で埋設された繊維を
損傷することなく流動させつつ所望直径の穴を形成し、
その後複合材を加熱硬化することにより、接合用の高強
度穴を具えるようになした繊維強化複合材を製造するこ
とを特徴とするものである。

以下１図面に沿って、本発明の実施例について説明する
。

本発明の複合材料を製造するための最も一般的な素材の
形態はプリプレグと呼ばれる極薄板である。これは、例
えば、繊維強化プラスチック（Ｅ’ＲＰ　）の場合、不
飽和のポリエステルやエポキシ等の樹脂に一連のガラス
繊維を並べたり織ったりした薄い予成形板でちゃ１通常
、該予成形品を積重ねた状態で加熱・加圧後固化（キュ
アリン／）して、所望の高強度板を得る。プリプレグは
柔軟で繊維もまだ比較的容易にプリプレグ内を動くこと
ができる。従って、プリプレグを積層する際またはプリ
プレグを積層した後、該プリプレグに無理なく穿を形成
することは可能である。

第１図（ａ）は、プリプレグ積層体（ラミネート）に穴
を形成する状態を説明したものでちる。繊維１が内部に
埋設されたプリプレグ２は数枚積層されて所定厚の積層
体となっている。該積層体にベネトレータ３を垂直に押
込むと、核纜ネトレータ３は先端が尖っていて直径が所
望の接合穴直径と等しい金属やセラミックス等からなる
剛性の強いピンであるため、該ペネトレータ３はプレプ
リグ２の積層体を貫通し、所望直径の穴４が形成される
。この穴は真円、楕円、等の形状とすることが゛できる
。その際、含有繊維１は折損されたり切断されたりする
ことなく、プレブリグ２内を緩やかにベネトレータ３の
周面に沿って曲げられる状態で押し広げられ、ｋネトレ
ーション終了時は尽ネトレータ３を取巻くようにして無
理なくプリプレグ内を流動している（第１図（ｂｌ参照
）。次に。

ベネトレータ３を通過させたまま、プレプリグ１の積層
体を田縮プレスで圧縮力を加えつつ加熱して固化する。

この場合、第２図に示すように、ペネトレータ３はつけ
根部が固定された金属保持板５と先端が挿通固定された
金属保持板５′の二枚の金属保持板５，５′で保持され
、従って、プレプリグ１の積層体は該二枚の金属保持板
５．５′で挾持されたままプレス６．６に送られ、該プ
レス６゜６でＦＥ縮力を加えつつ加熱固化（キユアリン
グ）する。加熱固化（キユアリング）が行なわれた時点
でペネトレータ３を抜き去ると、Ｋ坏トレータ３の直径
に等しい大きさの穴４を具えた積層体が得られる。この
キユアリングの間に、繊維１はプラスチック等の薄板２
の中で無理なく穴４の周囲に沿って安定した位置を確保
する。

以上述べたように、本発明は加熱硬化反応前に、ベネト
レータを未硬化繊維強化複合材に押込み、該複合材内で
埋設された繊維を損傷することなく流動させつつ所望直
径の穴を形成し、その後複合材を加熱硬化させることに
より、繊維強化複合材に接合用の高強度穴を具えるよう
にしたので、従来のドリル穴形成方法に比して以下のよ
うな数多くの効果を有する。

（１）、穴の強度が大きい。

繊維は折損または切断除去されることなく連続したまま
穴周辺に残っている。従って、接合穴があっても繊維の
補強効果は保持される。また、穴周辺に寄せられた繊維
は応力集中による破壊に対しても抵抗力を有する。また
、引張り抵抗も従来のドリル穴よりも優れている（第３
図参照）。

（２）、穴の強度設計が平易である。

穴が形成されていても、基本的ｆは、その横断面全体と
して強度を負担する繊維の数が減っていないので、神経
をそれ程つかりことなく材料そのものの強度で設計でき
る。

（３）、生産性がよい。

ベネトレータの押込みは、慣維が粘性樹脂中を流動する
ために必要なだけの力を要するにすぎず、極めて容易で
熟練も必要とせず、仕上りの良い穴が形成できる。

（４）、作業環境その他がよい。

ｓ音の発生、屑やほこりの発生がない。また。

安全性の問題や工具保全がらくで、従来みられた多工程
ドリルで且つ煩雑で難かしい機械加工及びパリ取り、仕
上げ加工等の工程を完全に省略できる。

（５）、ハイブリッド板等への適用が可能である。

本発明の方法によれば、同種材料の積層体だけでなく、
異種材、例えば、ケプラー線維とガラス繊維のプリプレ
グを重ね合せたものの穴をも容易に形成できる。また、
繊維の形態も一方向から繊込んだものまで、はぼ同様の
方法で適用可能である。

（６）、接合１組立て作業の活性化が図れる。

従来、高強度を連続的に伝達することが難かしいとされ
ていたが故に使用が制限されていた繊維強化複合材が、
本発明の方法により高強度を保持しつつ製造されるよう
になったため、該複合材の接合作業も高強度を保持しつ
つ従来の金属板に使用されていたリベット等の締結手法
で行うことができるので、複合板の使用可能性が著しく
促進される。

以上示したように、本発明は数多くの画期的効果を有す
るので、実用に供せられての実利効果は大きいものがあ
る。

次に、本発明の好適な実施例を以下に示す。

〔実施例１〕連続したＳガラス繊維を６７チ含有した厚さ０．２５’
ＩＮＮのエポキシ樹脂のプリプレグを室温にて４枚重ね
て、直径１，５８ないし７．９４ｍの８種のベネトレー
タ（頂角３０°）で穴をあけ、金属保持板で０．１ｋ１
７ｆＺ１２の圧力を与えつつ電気炉中に装入し、１７０
℃で３時間加熱（キユアリング）して固いラミネート板
を得た。ペネトレータを抜き去ると共に型から解放した
ラミネート板を更に１７０℃で３時間再加熱して硬化反
応（ポストキユアリング）を確実にした。離型材をペネ
トレータ表面に塗布したことにより、その進入も除去も
極めて容易な作業であること、また穴の仕上りが美麗で
ある等、同等問題のないことを確認した。

〔実施例２〕実施例１の如く得た各種寸法の穴を持つラミネート体の
引張９強度を調べた。試験機は厚さ１１ｎｔ、＠　２５
ｙｔｒｔｒで標点間隔４（ｈｔｍである。また、試験機
はインストロン型（容量１０トン）を用い、試験速度は
２５韮／分とした。その結果、一方向に繊維を配列した
場合及び９０°に直交配列した場合とも、特に穴直径が
小さい場合には、通常のドリル穴の場合よりも強さが著
しく大きいことがわかった。即ち、第３図に示すように
、一方向配列の場合、ドリル穴は穴縁で簡単に材料が破
壊され強度も低下するのに対し、本発明の纜ネトレータ
穴は大幅に強度が上昇する。また、９０°二方向強化ラ
ミネートの場合も、ドリル穴は穴径が大きくなるにつれ
て徐々に低下しているが１本発明のペネトレータ穴はほ
とんど材料本来の強度を保存しているのが判る。

その傾向は穴直径が小さい程顕著になっている。

〔実施例３〕ケプラー線維及びカーボン（グラファイト）繊維のエポ
キシ及びポリエステル樹脂のプリプレグからペネトレー
タによる穴つきラミネート板を得ることができることを
確かめた。繊維が織られた状態のものも同様であった。

尚、カーボン繊維を含むＰＥＥＫ樹脂プリプレグの場合
は室温で樹脂が固く線維が流動しないので高温でベネト
レータを用いなければならなかった。その他、ポリプロ
ピレンやナイロンにガラスを含む熱可塑性樹脂の場合も
、室温よりも僅か加熱して流動性を増す方法が有効であ
った。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａｌは接合穴を有する繊維強化複合材の製遣方
法の一実施例をプリプレグ積層体に適用途中の模式図の
縦断面図、第１図（ｂｌはペネトレーション終了後の第
１図（ａ）のプリプレグ積層体の模式図の横断面図、第
２図は第１図（ｂ）のプリプレグ積層体をキユアリング
するときの模式図の縦断面図、第３図は従来のドリル穴
を有する繊維強化複合材と本発明のはネトレート穴を有
する繊維強化複合材との引張シ抵抗強さの比較図である
。図において、１・・・接離、　２・・・プリプレグ、　３・・・ペネ
トレータ、　４・・・穴、５．５’・・・金属保持板、
　６゜６・・・プレス、である。第　　１　　図　（ａ）第　　１　　図　　（ｂ）第　　２　　図

Claims

【特許請求の範囲】

加熱硬化反応前に、ペネトレータを未硬化繊維強化複合
材に押込み、該複合材内で埋設された繊維を損傷するこ
となく流動させつつ所望の穴を形成し、その後複合材を
加熱硬化させることにより、接合用の高強度穴を備える
ようになした繊維強化複合材の製造方法。