JP2003094449A - Manufacturing method for frp structure - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ＦＲＰ構造体の製
造方法に関し、とくに飛行機胴体や車両ボデー、船舶胴
体等の構造体を、ＦＲＰにより効率よく一体成形できる
方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing an FRP structure, and more particularly to a method for efficiently integrally forming structures such as an airplane body, a vehicle body, and a ship body by FRP.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来から、たとえば小型、中型飛行機の
胴体を、軽量で高い剛性を有するＦＲＰで成形すること
が検討されている。従来の代表的な成形方法として、フ
ィラメントワインディング方式と、プリプレグを用いて
成形するプリプレグ方式とが知られている。2. Description of the Related Art Conventionally, it has been considered to mold a fuselage of a small or medium-sized airplane with a lightweight and highly rigid FRP. As a typical conventional forming method, a filament winding method and a prepreg method of forming using a prepreg are known.
【０００３】ところが、飛行機胴体のような比較的大型
の構造体をＦＲＰで成形する場合、フィラメントワイン
ディング方式においては、成形に長時間を要するため成
形サイクルが長くなってコストアップとなる、成形品の
表面品位の向上に限界があり、品質上の問題が残る、強
化繊維のフィラメントを巻き付けることのできる形状に
限界があり、複雑な形状を有する部位の成形が困難であ
る、等の問題がある。However, in the case of molding a relatively large structure such as an airplane fuselage by FRP, the filament winding method requires a long time for molding, resulting in a long molding cycle and an increase in cost. There are problems that there is a limit to the improvement of the surface quality, there remains a problem in quality, there is a limit to the shape on which the filament of the reinforcing fiber can be wound, and it is difficult to mold a part having a complicated shape.
【０００４】また、プリプレグ方式においては、成形の
ために高温炉やオートクレーブが必要となるため、やは
りコスト高になる、分割したプリプレグを配置後成形す
る方式となるので、プリプレグ間で強化繊維が不連続と
なり、成形品の物性が、連続した強化繊維を用いた場合
よりも弱くなったり不安定になったりする、等の問題が
ある。Further, in the prepreg system, since a high temperature furnace and an autoclave are required for molding, the cost is still high. Since the prepreg is a system in which divided prepregs are arranged and then molded, reinforcing fibers are not formed between the prepregs. There is a problem in that the physical properties of the molded product become weaker and unstable than those when continuous reinforcing fibers are used.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の課題
は、短い成形時間、つまり短い成形サイクルにて、形状
の自由度が高く複雑な形状部を有するものであっても優
れた品質をもって、かつ、高い物性を発現させつつ、一
体成形することができる、ＦＲＰ構造体の製造方法を提
供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide excellent quality even with a complicated shape portion having a high degree of freedom of shape in a short molding time, that is, a short molding cycle, and Another object of the present invention is to provide a method for producing an FRP structure that can be integrally molded while exhibiting high physical properties.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係るＦＲＰ構造体の製造方法は、膨張可能
な中子に強化繊維基材をレイアップするＦＲＰ構造体の
製造方法であって、前記中子の膨張に追従するように隣
接する強化繊維基材を摺動可能にオーバラップすること
を特徴とする方法からなる。In order to solve the above-mentioned problems, a method for manufacturing an FRP structure according to the present invention is a method for manufacturing an FRP structure in which a reinforcing fiber base is laid up on an expandable core. In this method, adjacent reinforcing fiber base materials are slidably overlapped so as to follow the expansion of the core.
【０００７】このＦＲＰ構造体の製造方法においては、
上記隣接する強化繊維基材同士のオーバラップが、熱で
軟化溶融することにより固定解除可能な固着剤によって
固定されることが好ましい。また、上記膨張可能な中子
は、膨張前に強化繊維基材を含むプリフォームを保持可
能な嵌合部を有することが好ましい。中子は、たとえば
熱可塑性樹脂で作製することができる。造方法。In the method of manufacturing the FRP structure,
It is preferable that the overlap between the adjacent reinforcing fiber base materials is fixed by a fixing agent that can be released from the fixing by softening and melting by heat. Further, it is preferable that the expandable core has a fitting portion capable of holding a preform including a reinforcing fiber base material before expansion. The core can be made of, for example, a thermoplastic resin. Build method.
【０００８】このような本発明に係るＦＲＰ構造体の製
造方法は、ＦＲＰ製飛行機胴体やＦＲＰ製車両ボデー、
ＦＲＰ製船舶胴体などの製造に適用でき、中でも、小
型、中型の飛行機の胴体をＦＲＰにて作製する場合に好
適である。The method of manufacturing the FRP structure according to the present invention is as follows.
It can be applied to the manufacture of FRP ship bodies and the like, and is particularly suitable for manufacturing small and medium-sized airplane bodies by FRP.
【０００９】ＦＲＰ構造体としてＦＲＰ製飛行機胴体を
製造する場合には、たとえば、飛行機胴体成形用の中子
に、強化繊維基材を含むフレーム用プリフォームをレイ
アップするとともに外皮用強化繊維基材をレイアップ
し、レイアップされた中子を金型のキャビティ内にセッ
トし、金型を加熱し、キャビティ内の吸引または／およ
び中子内部の加圧により中子をキャビティ内面方向に膨
張させた後、キャビティ内に樹脂を注入して硬化成形す
ることを特徴とする方法を採用できる。In the case of manufacturing an FRP airplane fuselage as an FRP structure, for example, a frame preform containing a reinforcing fiber base material is laid up on a core for molding an aircraft fuselage and a reinforcing fiber base material for an outer skin. Lay up, set the laid-up core in the cavity of the mold, heat the mold, and expand the core toward the inner surface of the cavity by suction in the cavity and / or pressurization inside the core. After that, a method characterized by injecting a resin into the cavity and curing and molding can be adopted.
【００１０】上記ＦＲＰ製飛行機胴体の製造方法におい
ては、中子は、たとえば可撓性または弾性を有する熱可
塑性樹脂で作製され、樹脂注入前にキャビティ内面方向
に膨張される。また、キャビティ内への注入樹脂には、
熱硬化性樹脂が用いられ、加熱により硬化成形される。In the method of manufacturing the FRP airplane fuselage, the core is made of, for example, a flexible or elastic thermoplastic resin, and is expanded toward the inner surface of the cavity before the resin is injected. Also, for the resin injected into the cavity,
A thermosetting resin is used, and it is cured and molded by heating.
【００１１】フレーム用プリフォームは、たとえば、芯
材と、該芯材上に配置された強化繊維基材からなる。好
ましくは芯材の両側に、あるいは芯材の周囲に強化繊維
基材が配置され、芯材を間にしたサンドイッチ構造を取
ることが好ましい。また、外皮用強化繊維基材は、複数
枚の強化繊維基材の積層構造とすることが好ましい。The frame preform comprises, for example, a core material and a reinforcing fiber base material arranged on the core material. Preferably, a reinforcing fiber base material is arranged on both sides of the core material or around the core material, and it is preferable to adopt a sandwich structure with the core material interposed therebetween. Moreover, it is preferable that the reinforcing fiber base material for outer skin has a laminated structure of a plurality of reinforcing fiber base materials.
【００１２】前記レイアップ前のフレーム用プリフォー
ムと外皮用強化繊維基材を準備する際には、該フレーム
用プリフォームの強化繊維基材の固定および外皮用強化
繊維基材の固定（強化繊維基材同士の固定）に固着剤、
たとえば適当な接着剤や糊材を用いることができる。こ
の固着剤は、レイアップ後に、金型の加熱により溶融さ
せることが好ましい。When preparing the preform for a frame and the reinforcing fiber base material for outer skin before the lay-up, fixing of the reinforcing fiber base material of the frame preform and fixing of the reinforcing fiber base material for outer skin (reinforcing fiber) Adhesive for fixing the base materials)
For example, a suitable adhesive or paste can be used. This adhesive is preferably melted by heating the mold after laying up.
【００１３】また、本発明に係る方式においては、レイ
アップされる基材を分割構成とし、隣接基材をオーバー
ラップさせて中子にレイアップすることができる。これ
によって、分割基材構成であっても、強化繊維の不連続
状態を実質的に回避することができる。Further, in the method according to the present invention, the base material to be laid up may be of a divided structure, and adjacent base materials may be overlapped and laid up on the core. This makes it possible to substantially avoid the discontinuous state of the reinforcing fibers even with the divided base material structure.
【００１４】また、成形の際に樹脂を均一かつ迅速に拡
散させるために、中子に注入樹脂の流路となる溝を形成
しておくことが好ましい。同様の理由から、フレーム用
プリフォームの芯材にも注入樹脂の流路となる溝を形成
することが好ましい。Further, in order to uniformly and quickly diffuse the resin at the time of molding, it is preferable to form a groove serving as a flow path for the injected resin in the core. For the same reason, it is preferable to form a groove serving as a flow path for the injected resin in the core material of the frame preform.
【００１５】上記のような本発明に係るＦＲＰ構造体の
製造方法においては、膨張可能な中子が用いられ、その
中子の膨張に追従するように隣接する中子に強化繊維基
材が摺動可能にオーバラップされてレイアップされる。
たとえば、ＦＲＰ製飛行機胴体を製造する場合、フレー
ム用プリフォームと外皮用強化繊維基材がレイアップさ
れ、それが金型内にセットされて、樹脂が注入され、い
わゆるＲＴＭ法（Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏ
ｌｄｉｎｇ）により一体成形される。ＲＴＭ法では、樹
脂をキャビティ内に注入、拡散させることにより、フィ
ラメントワインディング方式に比べ短時間で成形可能で
あり、量産する際に成形サイクルが短縮される。また、
成形時間が短いこと、高温炉やオートクレーブ等の大型
設備が不要であることから、安価な成形が可能となる。In the method for manufacturing the FRP structure according to the present invention as described above, the expandable core is used, and the reinforcing fiber base is slid on the adjacent core so as to follow the expansion of the core. It is movably overlapped and laid up.
For example, in the case of manufacturing an FRP airplane fuselage, a frame preform and a reinforcing fiber base material for outer skin are laid up, set in a mold, and a resin is injected, and a so-called RTM method (Resin Transfer Mower) is used.
integrated). In the RTM method, it is possible to perform molding in a shorter time than in the filament winding method by injecting and diffusing resin into the cavity, and the molding cycle is shortened in mass production. Also,
Since the molding time is short and large equipment such as a high temperature furnace and an autoclave are not required, inexpensive molding is possible.
【００１６】また、金型内での成形であり、型成形によ
るものであるから、成形品の形状の自由度が高く、複雑
な部位を有する飛行機胴体であっても容易に一体成形で
きる。とくに、樹脂注入前に中子がキャビティ内面方向
に膨張され、中子上に配置された基材がキャビティ内面
に精度よく沿うように押し付けられるので、目標とする
形状に精度よく成形される。この状態で樹脂が注入さ
れ、硬化成形されるので、成形されたＦＲＰ構造体の表
面品位も極めて優れたものとなる。Further, since the molding is performed in the mold and the molding is performed, the degree of freedom of the shape of the molded product is high, and even an aircraft fuselage having a complicated portion can be easily integrally molded. In particular, the core is expanded in the direction of the inner surface of the cavity before the resin is injected, and the base material placed on the core is pressed so as to follow the inner surface of the cavity with high accuracy, so that the target shape is accurately formed. Since the resin is injected and cured and molded in this state, the surface quality of the molded FRP structure is also extremely excellent.
【００１７】さらに、中子上に配置する基材を分割構成
とする場合にも、隣接基材をオーバーラップさせて配置
し、前述の如く樹脂注入前に中子を膨張させて基材をキ
ャビティ内面に押し付けることにより、実質的に連続し
た強化繊維が配置されているのと同等の状態にできる。
この状態で樹脂を注入して硬化成形するので、一体成形
されたＦＲＰ構造体は、各部位とも高い物性が確保され
る。Further, even when the base material to be arranged on the core is divided, the adjacent base materials are arranged so as to overlap each other, and the core is expanded before the resin is injected as described above to form the base material into the cavity. By pressing against the inner surface, it is possible to obtain a state similar to that where substantially continuous reinforcing fibers are arranged.
Since the resin is injected and cured and molded in this state, the integrally molded FRP structure secures high physical properties at each site.
【００１８】[0018]
【発明の実施の形態】以下に、本発明の望ましい実施の
形態を、ＦＲＰ製飛行機胴体を製造する場合について、
図面を参照しながら説明する。成形に先立って、図１に
示すように、成形すべき飛行機胴体の内面形状と同等の
形状を有する中子１を作製する。中子１には、飛行機胴
体のフレーム部分成形用の溝２と、外皮成形用の外面部
３が形成されている。中子１は、熱可塑性樹脂、たとえ
ばポリエチレンを用いて回転成形により、板厚が２〜５
ｍｍ程度の中空品として作製されている。中子１の長手
方向両端部には、後述の金型を用いて成形する際に、中
子１を金型内の所定位置に保持するための適当な支持部
４が設けられている。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A preferred embodiment of the present invention will be described below in the case of manufacturing an FRP airplane fuselage.
A description will be given with reference to the drawings. Prior to molding, as shown in FIG. 1, a core 1 having a shape similar to the inner surface shape of the airplane body to be molded is produced. The core 1 is formed with a groove 2 for molding a frame portion of an aircraft fuselage and an outer surface portion 3 for molding an outer skin. The core 1 has a plate thickness of 2 to 5 by rotational molding using a thermoplastic resin such as polyethylene.
It is manufactured as a hollow product of about mm. At both ends of the core 1 in the longitudinal direction, suitable supporting portions 4 are provided for holding the core 1 at a predetermined position in the mold when the core 1 is molded using a mold described later.
【００１９】この中子１に、フレーム用プリフォームと
外皮用強化繊維基材がレイアップされる。フレーム用プ
リフォームは、たとえば図２〜図４に示すように形成さ
れる。図２に示すように、各々所定形状に分割された複
数のフレーム用プリフォーム５、６が形成されるが、各
プリフォーム５、６は、それぞれの芯材７、８に、裁断
された強化繊維基材９、１０を巻き付けることによって
形成される。このとき、強化繊維基材９、１０を芯材
７、８に固定するために、あるいは強化繊維基材９、１
０が複数枚の積層強化繊維基材からなる場合にはそれら
強化繊維基材同士を固定するために、固着剤１１（たと
えば、接着剤や糊材）を適宜用いることが好ましい。固
着剤１１は、たとえば収容缶１２からのスプレーにより
塗布すればよい。但し、この固着剤１１には、後述の金
型加熱の際に溶融するものを用いることが好ましい。A preform for a frame and a reinforcing fiber base material for an outer cover are laid up on the core 1. The frame preform is formed, for example, as shown in FIGS. As shown in FIG. 2, a plurality of frame preforms 5 and 6 each having a predetermined shape are formed. The preforms 5 and 6 are cut into reinforced core members 7 and 8, respectively. It is formed by winding the fiber base materials 9 and 10. At this time, in order to fix the reinforcing fiber bases 9, 10 to the core materials 7, 8, or the reinforcing fiber bases 9, 1
When 0 is composed of a plurality of laminated reinforcing fiber base materials, it is preferable to appropriately use the adhesive 11 (for example, an adhesive or a paste material) to fix the reinforcing fiber base materials to each other. The adhesive 11 may be applied, for example, by spraying from the container 12. However, it is preferable to use, as the adhesive agent 11, a material that melts when the mold is heated as described below.
【００２０】芯材７、８の材質は特に限定されないが、
成形品全体の軽量化をはかる上からは極力軽量なものが
好ましく、発泡体（たとえば、発泡ウレタン）やハニカ
ム材等を使用できる。巻き付けられる強化繊維基材９、
１０は、たとえば図３に示すように、適宜複数枚の積層
構造とすることができる。図示例では、芯材７（８）の
長手方向に対し、６枚の強化繊維基材９ａ〜９ｆが積層
されており、０°／９０°層、±４５°層、０°／９０
°層、０°／９０°層、±４５°層、０°／９０°層の
積層形態とされている。The materials of the core materials 7 and 8 are not particularly limited,
From the viewpoint of reducing the weight of the entire molded article, it is preferable to use a material that is as light as possible, and a foam (for example, urethane foam) or a honeycomb material can be used. Reinforced fiber base material 9 to be wound,
For example, as shown in FIG. 3, 10 can have a laminated structure of a plurality of sheets as appropriate. In the illustrated example, six reinforcing fiber base materials 9a to 9f are laminated in the longitudinal direction of the core material 7 (8), and a 0 ° / 90 ° layer, a ± 45 ° layer, and a 0 ° / 90 layer.
It is a laminated form of a ° layer, a 0 ° / 90 ° layer, a ± 45 ° layer, and a 0 ° / 90 ° layer.
【００２１】また、フレーム用プリフォームは、図４に
示すような分岐部１３を有するが、この部分１３では、
強化繊維基材には、賦形のための切り込みを入れること
は極力回避し、切り込み無しのまま賦形することが好ま
しい。これによって、成形品に、強化繊維の不連続性に
よる局部的な強度低下部位が生じるのを防ぐことができ
る。Further, the frame preform has a branch portion 13 as shown in FIG. 4, and in this portion 13,
It is preferable to avoid making cuts for shaping on the reinforcing fiber base material as much as possible, and to make shapes without cutting. As a result, it is possible to prevent the occurrence of local strength reduction sites due to the discontinuity of the reinforcing fibers in the molded product.
【００２２】外皮用強化繊維基材は、たとえば図５に示
すように形成される。図５に示す外皮用強化繊維基材２
１は、発泡体等からなる芯材２２の内外面上に、それぞ
れ２層ずつの強化繊維基材２３、２４および２５、２６
を積層配置したサンドイッチ構造に構成されている。但
し、外皮部分全域をこのようなサンドイッチ構造にする
必要がない場合には、部分的に芯材２２を設けずに、強
化繊維基材２３、２４、２５、２６を順次直接積層する
構成とすればよい。後述の中子上に配置する場合には、
インナースキンとなる強化繊維基材２３、２４、芯材２
２（あるいは芯材２２を設けずに）、アウタースキンと
なる強化繊維基材２５、２６を順次積層配置していくこ
とも可能であり、予め芯材２２を内包したサンドイッチ
構造のプリフォームの形態にしておいて、それを中子上
に配置することも可能である。The reinforcing fiber base material for the outer skin is formed, for example, as shown in FIG. Reinforcing fiber base material 2 for outer skin shown in FIG.
1 is a reinforcing fiber base material 23, 24 and 25, 26 each having two layers on the inner and outer surfaces of a core material 22 made of foam or the like.
It is configured in a sandwich structure in which layers are arranged. However, when it is not necessary to form such a sandwich structure over the entire outer skin portion, the reinforcing fiber base materials 23, 24, 25 and 26 may be directly laminated in sequence without partially providing the core material 22. Good. If you want to place it on the core described later,
Reinforcing fiber base materials 23 and 24 to be inner skins, and core material 2
2 (or without providing the core material 22), it is also possible to sequentially stack and arrange the reinforcing fiber base materials 25 and 26 to be the outer skin, and a preform having a sandwich structure including the core material 22 in advance. It is also possible to place it on the core.
【００２３】フレーム用プリフォームおよび外皮用強化
繊維基材に用いるＦＲＰ用強化繊維としては、炭素繊
維、ガラス繊維、アラミド繊維、これらのハイブリッド
形態等を用いることができる。中でも、強度、軽量化効
果上優れた炭素繊維、それを用いたハイブリッド繊維が
好ましい。As the FRP reinforcing fibers used in the frame preform and the outer skin reinforcing fiber base material, carbon fibers, glass fibers, aramid fibers, hybrid forms thereof, and the like can be used. Among them, carbon fiber, which is excellent in strength and weight reduction effect, and hybrid fiber using the same are preferable.
【００２４】フレーム用プリフォームおよび外皮用強化
繊維基材は、次に中子１上の所定の位置にレイアップさ
れる。図６に示すように、フレーム用プリフォーム５、
６、３１が中子１のフレーム用溝２内にレイアップされ
る。また、図７に示すように、外皮用強化繊維基材４１
が中子１上にレイアップされる。外皮用としては、前述
の如く芯材２２を配置する部位と、配置しない部位とが
混在している。これらフレーム用プリフォームと外皮用
強化繊維基材のレイアップは、各隣接強化繊維基材がオ
ーバラップするように配置することが好ましく、それに
よって成形後における強化繊維の連続性が確保される。The frame preform and the reinforcing fiber base material for the outer cover are then laid up at predetermined positions on the core 1. As shown in FIG. 6, the frame preform 5,
6, 31 are laid up in the frame groove 2 of the core 1. Moreover, as shown in FIG.
Is laid up on the core 1. As for the outer skin, as described above, the portion where the core material 22 is arranged and the portion where it is not arranged are mixed. It is preferable that the lay-up of the frame preform and the reinforcing fiber base material for the outer cover be arranged so that the adjacent reinforcing fiber base materials overlap with each other, whereby the continuity of the reinforcing fiber after molding is ensured.
【００２５】次に図８に示すように、フレーム用プリフ
ォームおよび外皮用強化繊維基材がレイアップされた中
子１は、金型５１のキャビティ５２内にセットされる。
本実施態様では、金型５１は左右の分割型５１ａ、５１
ｂから構成されており、中子１を挿入した後、両端の支
持部４で中子１をキャビティ５２内の所定の位置に保持
するようにセットされる。Next, as shown in FIG. 8, the core 1 on which the frame preform and the reinforcing fiber base material for the outer cover are laid up is set in the cavity 52 of the mold 51.
In the present embodiment, the mold 51 includes the left and right split molds 51a and 51a.
After the core 1 is inserted, the core 1 is set so as to hold the core 1 at a predetermined position in the cavity 52 by the support portions 4 at both ends.
【００２６】型締めした後には、たとえば図９に示すよ
うな状態となる。中子１の表面に強化繊維を含む基材６
１が配置され、部位によっては、芯材７（８）を間に挟
んだサンドイッチ構造のプリフォーム形態でレイアップ
されている。中子１をセットした状態では、基材６１と
キャビティ５２の内面との間には、隙間が形成されてい
る。この状態で、中子１の内部を加圧することにより、
または／および、キャビティ５２内を吸引することによ
り（図示例ではキャビティ５２から真空引き）、中子１
がキャビティ５２の内面方向に膨張され、基材６１がキ
ャビティ５２の内面に押し付けられる。すなわち、キャ
ビティ５２の内面によって決められる所定の飛行機胴体
の形状に正確に沿うように、基材６１がキャビティ５２
の内面に押し付けられる。次に樹脂注入が行われるが、
注入樹脂を素早く良好に拡散させるために、とくに中子
１の長手方向に迅速に拡散させるために、本実施態様で
は中子１の表面に注入樹脂の流路となる樹脂溝６２が適
当数刻設されている。また、図示は省略するが、各芯
材、とくにフレーム用プリフォームの芯材にも、注入樹
脂の流路となる溝が設けられていることが好ましい。After the mold is clamped, for example, the state shown in FIG. 9 is obtained. Base material 6 containing reinforcing fibers on the surface of core 1
1 is arranged and, depending on the site, is laid up in the form of a preform having a sandwich structure with the core material 7 (8) sandwiched therebetween. When the core 1 is set, a gap is formed between the base material 61 and the inner surface of the cavity 52. In this state, by pressurizing the inside of the core 1,
Alternatively, and / or by sucking the inside of the cavity 52 (vacuum drawing from the cavity 52 in the illustrated example)
Are expanded toward the inner surface of the cavity 52, and the base material 61 is pressed against the inner surface of the cavity 52. That is, the base material 61 is aligned with the cavity 52 so that it exactly follows the shape of the predetermined aircraft fuselage determined by the inner surface of the cavity 52.
Is pressed against the inner surface of. Next, resin injection is performed,
In order to diffuse the injected resin quickly and satisfactorily, especially in the longitudinal direction of the core 1, in the present embodiment, the resin groove 62 serving as the flow path of the injected resin is formed on the surface of the core 1 at appropriate intervals. It is set up. Although not shown, it is preferable that each core material, particularly the core material of the frame preform, is also provided with a groove serving as a flow path for the injected resin.
【００２７】樹脂の注入前に、図１０に示すように、金
型５１が加熱される。加熱方法はとくに限定しないが、
本実施態様では、ヒータ７１でオイル７２を所定温度に
加熱し、加熱されたオイル７２をポンプ７３により循環
ライン７４を介して金型５１に循環させることによって
行われるようになっている。この加熱により、前述した
固着剤１１は溶融される。Before the resin is injected, the mold 51 is heated as shown in FIG. The heating method is not particularly limited,
In this embodiment, the oil 72 is heated to a predetermined temperature by the heater 71, and the heated oil 72 is circulated in the mold 51 by the pump 73 through the circulation line 74. By this heating, the adhesive 11 described above is melted.
【００２８】樹脂の注入は、キャビティ５２内から真空
ポンプ７５により吸引しながら、樹脂タンク７６内の樹
脂７７を注入ポンプ７８を用いてキャビティ５２内に注
入することによって行われる。注入された樹脂は、キャ
ビティ５２に配置されている強化繊維基材中に拡散され
て強化繊維基材内に含浸される。この拡散、含浸は、キ
ャビティ５２内が真空引きされているので、特に樹脂の
圧入を要することなく、自然にかつ迅速に行われる。The resin is injected by injecting the resin 77 in the resin tank 76 into the cavity 52 using the injection pump 78 while sucking the resin from the cavity 52 by the vacuum pump 75. The injected resin is diffused in the reinforcing fiber base material arranged in the cavity 52 and impregnated in the reinforcing fiber base material. Since the inside of the cavity 52 is evacuated, the diffusion and impregnation are performed naturally and quickly without the need of pressing the resin.
【００２９】注入樹脂は、成形されるＦＲＰのマトリッ
クス樹脂となるものであり、熱硬化性樹脂が用いられ
る。使用する熱硬化性樹脂としては、たとえばエポキシ
樹脂、ビスマレイミド樹脂、熱硬化型ポリイミド樹脂、
不飽和ポリエステル樹脂等が用いられる。注入された樹
脂は、そのまま、加熱された金型５１の温度を利用して
硬化成形される。The injection resin serves as a matrix resin for the FRP to be molded, and a thermosetting resin is used. The thermosetting resin used, for example, epoxy resin, bismaleimide resin, thermosetting polyimide resin,
An unsaturated polyester resin or the like is used. The injected resin is cured and molded as it is by using the temperature of the heated mold 51.
【００３０】樹脂が硬化され、所定形状のＦＲＰ製の飛
行機胴体が成形された後に、脱型され、図１１に示すよ
うに、中子１がたとえば収縮変形された状態で成形ＦＲ
Ｐ製胴体８１中から取り出される。After the resin is hardened and the FRP airplane body having a predetermined shape is molded, it is released from the mold, and as shown in FIG.
It is taken out from inside the body 81 made of P.
【００３１】このようにして、図１２に示すような、所
定形状に成形されたＦＲＰ製飛行機胴体８１が完成す
る。この飛行機胴体８１は、さらに、加温炉中に所定時
間保持して２次硬化させてもよい。図１２に示すＦＲＰ
製飛行機胴体８１は、フレーム部８２、芯材を有するサ
ンドイッチ構造の外皮部８３、芯材をもたずインナース
キンとアウタースキンからなる外皮部８４等を備えた一
体成形品として製造されている。また、隔壁部あるいは
隔壁取付部８５も備えている。この場合、中子は該隔壁
部を境に前方部と後方部に分割される。In this way, the FRP airplane body 81 formed into a predetermined shape as shown in FIG. 12 is completed. The airplane body 81 may be further held in a heating furnace for a predetermined time to be secondarily cured. FRP shown in FIG.
The manufactured airplane body 81 is manufactured as an integrally molded product including a frame portion 82, an outer skin portion 83 having a sandwich structure having a core material, an outer skin portion 84 having no inner core material and an outer skin, and the like. Further, a partition portion or a partition mounting portion 85 is also provided. In this case, the core is divided into a front part and a rear part with the partition wall as a boundary.
【００３２】上記のような成形においては、ＦＲＰ製飛
行機胴体８１が、中子１にフレーム用プリフォームと外
皮用強化繊維基材がレイアップされた後、金型５１内で
ＲＴＭ法により一体成形されるので、樹脂の注入、含浸
が短時間の内に迅速にかつ均一に行われ、成形時間は、
フィラメントワインディング方式やプリプレグ方式に比
べてはるかに短い。したがって、量産する場合の成形サ
イクルが短くなる。また、高温炉やオートクレーブ等大
型の設備も不要である。したがって、所定形状の比較的
大型の成形品であるＦＲＰ製飛行機胴体が安価に製造さ
れる。In the molding as described above, the FRP airplane body 81 is integrally molded by the RTM method in the mold 51 after the core preform is laid up with the frame preform and the reinforced fiber base material for the outer skin. Therefore, the injection and impregnation of the resin can be performed quickly and uniformly in a short time, and the molding time is
It is much shorter than the filament winding method and prepreg method. Therefore, the molding cycle for mass production is shortened. Moreover, large-scale equipment such as high-temperature furnaces and autoclaves is not required. Therefore, the FRP airplane fuselage, which is a relatively large molded product having a predetermined shape, can be manufactured at low cost.
【００３３】また、中子１や金型５１によって、目標と
する成形形状を正確に決めることができ、かつ、形状の
自由度が高いので、複雑な形状の部位も容易に一体成形
できる。とくに中子１を膨張させてキャビティ５２の内
面に押し付けるので、樹脂注入前に基材を目標形状によ
り正確に決めることができる。さらに、キャビティ５２
の内面に押し付けた状態で、樹脂注入、硬化成形が行わ
れるので、硬化後の成形品の表面も極めて滑らかで表面
品位に優れている。Further, since the target molding shape can be accurately determined by the core 1 and the mold 51 and the degree of freedom of the shape is high, it is possible to easily integrally mold a portion having a complicated shape. In particular, since the core 1 is expanded and pressed against the inner surface of the cavity 52, the base material can be accurately determined according to the target shape before the resin is injected. In addition, the cavity 52
Since the resin is injected and cured while being pressed against the inner surface of the resin, the surface of the molded product after curing is extremely smooth and has excellent surface quality.
【００３４】さらに、飛行機胴体８１の全体を一体成形
するから、全体として高い物性に保たれ、樹脂注入前に
隣接強化繊維基材がオーバーラップされて配置されるこ
とにより、成形品における強化繊維の連続性も確保さ
れ、局部的にみても高物性に保たれる。Furthermore, since the entire aircraft fuselage 81 is integrally molded, the overall physical properties are kept high, and the adjacent reinforcing fiber bases are arranged so as to overlap each other before the resin is injected. Continuity is ensured and high physical properties are maintained locally.
【００３５】[0035]
【発明の効果】以上説明したように、本発明のＦＲＰ構
造体の製造方法によれば、所定形状のＦＲＰ製構造体の
一体成形品を、短い成形時間で、形状の自由度を高く保
ちながら、高品質、高物性にて安価に製造することがで
きる。As described above, according to the method for manufacturing an FRP structure of the present invention, an integrally molded product of an FRP structure having a predetermined shape can be formed in a short molding time while maintaining a high degree of freedom in shape. It can be manufactured at low cost with high quality and high physical properties.
【図１】本発明の一実施態様に係る方法に用いる中子の
斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of a core used in a method according to an embodiment of the present invention.
【図２】フレーム用プリフォームの作製方法を示す斜視
図である。FIG. 2 is a perspective view showing a method for manufacturing a frame preform.
【図３】フレーム用プリフォームの作製方法を示す拡大
部分斜視図である。FIG. 3 is an enlarged partial perspective view showing a method of manufacturing a frame preform.
【図４】フレーム用プリフォームの拡大部分斜視図であ
る。FIG. 4 is an enlarged partial perspective view of a frame preform.
【図５】外皮用強化繊維基材の一例を示す部分斜視図で
ある。FIG. 5 is a partial perspective view showing an example of a reinforcing fiber base material for outer skin.
【図６】中子へのフレーム用プリフォームのレイアップ
の例を示す斜視図である。FIG. 6 is a perspective view showing an example of layup of a frame preform on a core.
【図７】中子への外皮用強化繊維基材のレイアップの例
を示す斜視図である。FIG. 7 is a perspective view showing an example of a layup of a reinforcing fiber base material for an outer cover on a core.
【図８】中子の金型内へのセットの様子を示す斜視図で
ある。FIG. 8 is a perspective view showing how the core is set in the mold.
【図９】金型内にセットされた中子を膨張させる様子を
示した概略縦断面図である。FIG. 9 is a schematic vertical sectional view showing how a core set in a mold is expanded.
【図１０】加熱および樹脂注入の様子を示す斜視図であ
る。FIG. 10 is a perspective view showing a state of heating and resin injection.
【図１１】脱型後中子を取り出す様子を示す斜視図であ
る。FIG. 11 is a perspective view showing a state in which a core is taken out after removing the mold.
【図１２】成形されたＦＲＰ製飛行機胴体の斜視図であ
る。FIG. 12 is a perspective view of a molded FRP aircraft fuselage.
１ 中子
２ フレーム部分成形用の溝
３ 外皮成形用の外面部
４ 支持部
５、６ フレーム用プリフォーム
７、８ 芯材
９、９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ、１０ 強化
繊維基材
１１ 固着剤
１２ 収容缶
１３ 分岐部
２１ 外皮用強化繊維基材
２２ 芯材
２３、２４、２５、２６ 強化繊維基材
３１ フレーム用プリフォーム
４１ 外皮用強化繊維基材
５１ 金型
５１ａ、５１ｂ 分割型
５２ キャビティ
６１ 基材
６２ 樹脂溝
７１ ヒータ
７２ オイル
７３ ポンプ
７４ 循環ライン
７５ 真空ポンプ
７６ 樹脂タンク
７７ 樹脂
７８ 注入ポンプ
８１ ＦＲＰ製飛行機胴体
８２ フレーム部
８３ サンドイッチ構造の外皮部
８４ 芯材をもたない外皮部
８５ 隔壁部DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Core 2 Groove for frame part molding 3 Outer surface part 4 for outer skin molding 4 Support parts 5, 6 Frame preform 7, 8 Core material 9, 9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f, 10 Reinforcing fiber base Material 11 Adhesive 12 Storage can 13 Branch 21 Reinforcing fiber base material for outer shell 22 Core materials 23, 24, 25, 26 Reinforcing fiber base material 31 Preform for frame 41 Reinforcing fiber base material for outer shell 51 Molds 51a, 51b Split Mold 52 Cavity 61 Base material 62 Resin groove 71 Heater 72 Oil 73 Pump 74 Circulation line 75 Vacuum pump 76 Resin tank 77 Resin 78 Injection pump 81 FRP airplane fuselage 82 Frame part 83 Sandwich structure outer skin part 84 No core material Outer skin 85 Partition
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｂ２９Ｋ 101:10 Ｂ２９Ｋ 105:08 105:08 Ｂ２９Ｌ 22:00 Ｂ２９Ｌ 22:00 31:30 31:30 Ｂ２９Ｃ 67/14 Ｃ (72)発明者 北野 彰彦 愛媛県伊予郡松前町大字筒井1515番地 東 レ株式会社愛媛工場内 (72)発明者 土屋 泰広 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 高野 雄一 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 小山 広幸 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 4F202 AA36 AD16 AG07 AJ03 CA01 CB01 CK42 CK82 CM30 CM90 4F204 AA36 AA39 AA40 AA41 AD16 AD35 AG06 AH18 AH28 AH31 AJ03 EA03 EA04 EB01 EB11 EF01 EF05 EF27 EK13 EK17 EK24 EK25 4F205 AA36 AD16 AG23 AH31 HA03 HA06 HA14 HA18 HA24 HA33 HA35 HA44 HB01 HF30 HG04 HK24 HM02 HM06 Front page continuation (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) // B29K 101: 10 B29K 105: 08 105: 08 B29L 22:00 B29L 22:00 31:30 31:30 B29C 67 / 14 C (72) Inventor Akihiko Kitano 1515 Tsutsui, Matsumae-cho, Iyo-gun, Ehime Prefecture Toray Co., Ltd. Ehime Plant (72) Inventor Yasuhiro Tsuchiya 1 Toyota-cho, Toyota City, Aichi Prefecture Toyota Motor Corporation (72) Inventor Yuichi Takano 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture, Toyota Motor Co., Ltd. (72) Inventor Hiroyuki Koyama 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture, Toyota Motor Co., Ltd. F Term (reference) 4F202 AA36 AD16 AG07 AJ03 CA01 CB01 CK42 CK82 CM30 CM90 4F204 AA36 AA39 AA40 AA41 AD16 AD35 AG06 AH18 AH28 AH31 AJ03 EA03 EA04 EB01 EB11 EF01 EF05 EF27 EK13 EK17 EK24 HM25 HA04 HA04 HA04 HA04 HA24 HA04 HA24 HA44 HA44 HA44 HA24 HA44 HA04 HA24 HA04 HA24 HA18 HA03 HA06 HA24 HA04 HA24 HA04 HA24 HA04 HA24 HA04 HA24 HA04 HA24 HA04 HA24 HA44 HA24 HA44 HA24 HA24 HA04 HA24 HA04 HA24 HA04 HA24 HA44 HA24 HA04 HA24 HA04 HA24 HA04 HA24 HA44 HA04 HA24 HA44 HA04 HA24 HA44 HA44
Claims (12)
ップするＦＲＰ構造体の製造方法であって、前記中子の
膨張に追従するように隣接する強化繊維基材を摺動可能
にオーバラップすることを特徴とする、ＦＲＰ構造体の
製造方法。1. A method of manufacturing an FRP structure in which a reinforcing fiber base is laid up on an expandable core, wherein adjacent reinforcing fiber bases are slidable so as to follow the expansion of the core. A method for manufacturing an FRP structure, which comprises overlapping.
ラップが、熱で軟化溶融することにより固定解除可能な
固着剤によって固定される、請求項１のＦＲＰ構造体の
製造方法。2. The method for producing an FRP structure according to claim 1, wherein the overlap between the adjacent reinforcing fiber base materials is fixed by a fixing agent that can be released from fixing by softening and melting by heat.
維基材を含むプリフォームを保持可能な嵌合部を有す
る、請求項１または２のＦＲＰ構造体の製造方法。3. The method for manufacturing an FRP structure according to claim 1, wherein the expandable core has a fitting portion capable of holding a preform containing a reinforcing fiber base before expansion.
１〜３のいずれかに記載のＦＲＰ構造体の製造方法。4. The method for producing an FRP structure according to claim 1, wherein the core is made of a thermoplastic resin.
る、請求項１〜４のいずれかに記載のＦＲＰ構造体の製
造方法。5. The method for manufacturing an FRP structure according to claim 1, wherein the FRP structure is an FRP airplane fuselage.
材を含むフレーム用プリフォームをレイアップするとと
もに外皮用強化繊維基材をレイアップし、レイアップさ
れた中子を金型のキャビティ内にセットし、金型を加熱
し、キャビティ内の吸引または／および中子内部の加圧
により中子をキャビティ内面方向に膨張させた後、キャ
ビティ内に樹脂を注入して硬化成形することを特徴とす
る、請求項５のＦＲＰ構造体の製造方法。6. A core preform for an aircraft fuselage is laid up with a frame preform containing a reinforcing fiber base material, a reinforcing fiber base material for an outer skin is laid up, and the laid-up core is used as a mold. Set in the cavity, heat the mold, expand the core toward the inner surface of the cavity by suction inside the cavity and / or pressurization inside the core, and then inject resin into the cavity for curing and molding. The method for producing the FRP structure according to claim 5, wherein
脂を用いる、請求項６のＦＲＰ構造体の製造方法。7. The method for producing an FRP structure according to claim 6, wherein a thermosetting resin is used as the resin injected into the cavity.
と、該芯材上に配置された強化繊維基材からなる、請求
項６または７のＦＲＰ構造体の製造方法。8. The method for manufacturing an FRP structure according to claim 6, wherein the frame preform comprises a core material and a reinforcing fiber base material arranged on the core material.
ォームの強化繊維基材および外皮用強化繊維基材の固定
に固着剤を用い、レイアップ後に、金型の加熱により固
着剤を溶融させる、請求項６〜８のいずれかに記載のＦ
ＲＰ構造体の製造方法。9. A fixing agent is used for fixing the reinforcing fiber base material of the frame preform and the reinforcing fiber base material for the outer cover before the layup, and the fixing agent is melted by heating the mold after the layup. F according to any one of claims 6 to 8.
Method for manufacturing RP structure.
し、隣接基材をオーバーラップさせて中子にレイアップ
する、請求項６〜９のいずれかに記載のＦＲＰ構造体の
製造方法。10. The method for producing an FRP structure according to claim 6, wherein the base material to be laid up has a divided structure, and adjacent base materials are overlapped and laid up on a core.
する、請求項６〜１０のいずれかに記載のＦＲＰ構造体
の製造方法。11. The method for manufacturing an FRP structure according to claim 6, wherein a groove serving as a flow path for the injected resin is formed in the core.
樹脂の流路となる溝を形成する、請求項６〜１１のいず
れかに記載のＦＲＰ構造体の製造方法。12. The method for manufacturing an FRP structure according to claim 6, wherein a groove serving as a flow path for the injected resin is formed in the core material of the frame preform.
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|---|---|---|---|
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