JP2019502591A - 複合材料による高速鉄道車両における設備用キャビンのエプロンプレートを製造するプロセス - Google Patents

複合材料による高速鉄道車両における設備用キャビンのエプロンプレートを製造するプロセス Download PDF

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Abstract

本発明は複合材料による高速鉄道車両における設備用キャビンのエプロンプレートを製造するプロセスに関し、本発明において使用される材料は、アラミドハニカム、ＰＥＴフォーム、３Ｋ炭素繊維難燃予浸材料、一方向炭素繊維難燃予浸材料、ガラス繊維難燃予浸材料、アラミド難燃予浸材料、３００ｇ／ｍ２の単一成分中温硬化型青色エポキシ接着剤を含む。プロセスは、（１）メインエプロンプレート３を製造することと、（２）各種類それぞれ２つであって、共に４つである２種類を含むエプロンプレート押圧棒１、２を製造することと、（３）メインエプロンプレート３およびエプロンプレート押圧棒１、２の５者をエプロンプレートアセンブルに製造することと、を含み、メインエプロンプレート３の４辺のうち対向する２辺のエプロンプレート押圧棒１、２は同じ種類であり、全てのエプロンプレート押圧棒１、２はいずれもメインエプロンプレート３に係止されている。本発明は、レイアウト設計により、該エプロンプレートを各角度において高い強度を得ることができるようにし、アラミド設計を増加することにより高い強度の耐衝撃性を提供し、メインエプロンプレートは圧縮成形プロセスを採用し、押圧棒はバッグ成形プロセスを採用するため、全体的強度が良好であり、ホットプレスプロセスにより樹脂の含有量を低くし、メインエプロンプレートの重量が軽減される。
【選択図】図２

Description

本発明は高速鉄道車両における設備用キャビン（Ｈｉｇｈ−ｓｐｅｅｄ Ｒａｉｌ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｃａｂｉｎ）のエプロンプレート（Ａｐｒｏｎ Ｐｌａｔｅ）の製造プロセスに関し、具体的には、高強度かつ軽量の複合材料による高速鉄道車両における設備用キャビンのエプロンプレートを製造するプロセスに関する。
高速鉄道車両における設備用キャビンのエプロンプレートは、標準動車組（動力車）設備用キャビンの重要な構成部分である。実際の運用において、エプロンプレートの支持力、難燃力及び衝撃抵抗力等に対して一定の要求があるため、レイアウト設計、使用材料、設計プロセスなどをともに考えなければならない。科学技術の継続的な更新に伴って、設計過程においては軽量化および平坦化により列車の走行抵抗を効果的に低減させ、持続的なエネルギー消費を減少させる。また、アルミニウム合金材料の代わりに複合材料を使用することにより、総合性能指標を確保する前提で、全車の自重を低減し、全列車の軽量化レベルを向上させる。
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、高強度且つ軽量の複合材料による高速鉄道車両における設備用キャビンのエプロンプレートを製造するプロセスを提供することを主な目的とする。
上記技術的課題を解決するための本発明に係る複合材料による高速鉄道車両における設備用キャビンのエプロンプレートを製造するプロセスは、複合材料による高速鉄道車両における設備用キャビンのエプロンプレートを製造する材料として、
アラミドハニカム、ＰＥＴフォーム、３Ｋ炭素繊維難燃予浸材料、一方向炭素繊維難燃予浸材料、ガラス繊維難燃予浸材料、アラミド難燃予浸材料、３００ｇ／ｍ２の単一成分中温硬化型青色エポキシ接着剤を含み、
前記複合材料による高速鉄道車両における設備用キャビンのエプロンプレートを製造するプロセスは、
（１）メインエプロンプレートを製造するステップと、
（２）各種類それぞれ２つであって、共に４つである２種類のエプロンプレート押圧棒を製造するステップと、
（３）メインエプロンプレートおよびエプロンプレート押圧棒の５者によりエプロンプレートアセンブルを製造するステップと、を含み、
メインエプロンプレートの４辺のうち対向する２辺のエプロンプレート押圧棒は同じ種類であり、全てのエプロンプレート押圧棒はいずれもメインエプロンプレートに係止されている。
本発明の具体的な一実施例において、メインエプロンプレートは、レイアウト設計により外から内へ順に、
１層の１９８〜２００ｇ／ｍ２である３Ｋ綾織炭素繊維難燃予浸材料と、
５〜８層の３００〜３１５ｇ／ｍ２であるガラス繊維難燃予浸材料と、
２層の２３５〜２４０ｇ／ｍ２であるアラミド難燃予浸材料と、
２層の１００〜１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料と、
１層の３００ｇ／ｍ２である単一成分中温硬化型青色エポキシ接着剤と、
２層の１００〜１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料と、
１つの厚さが１６．４ｍｍであるアラミド紙ハニカムコアと、
１層の３００ｇ／ｍ２である単一成分中温硬化型青色エポキシ接着剤と、
２層の１００〜１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料と、
４層の３００〜３１５ｇ／ｍ２であるガラス繊維難燃予浸材料と、
１層の１９８〜２００ｇ／ｍ２である３Ｋ綾織炭素繊維難燃予浸材料と、を含み、
レイアウトにより、凹モールド内に緊密に貼り付けられ、ホットプレス機において成形され、温度は１３０〜１５０℃に設定され、成形時間は３６００〜３８００ｓであり、圧力は４ＭＰａ〜６Ｍｐａに設定されている。
本発明の具体的な一実施例において、エプロンプレート押圧棒のレイアウトプロセスは、２つのエプロンプレート押圧棒をバッグ成形させることを含み、押圧棒は内から外へ、レイアウトの順に、
１〜２層の３００〜３１５ｇ／ｍ２であるガラス繊維難燃予浸材料と、
４〜６層の１００〜１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料と、
１層の２３５〜２４０ｇ／ｍ２であるアラミド難燃予浸材料と、
２層の１００〜１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料と、
１層の２３５〜２４０ｇ／ｍ２であるアラミド難燃予浸材料と、
４〜６層の１００〜１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料と、
１層の１９８〜２００ｇ／ｍ２である３Ｋ綾織炭素繊維難燃予浸材料と、を含み、
レイアウトにより、凹モールド内に緊密に貼り付けられ、エアダクトが取り付けられた後、ホットプレス機において成形され、温度は１３０〜１５０℃に設定されており、成形時間は３６００〜３８００ｓであり、ホットプレス機の圧力は４ＭＰａ〜６Ｍｐａに設定され、エアダクトの内部圧力は１ＭＰａである。
本発明の具体的な一実施例において、前記アラミド紙ハニカムコアに対する密度要求は４８〜５０ｋｇ／ｍ３である。
本発明の具体的な一実施例において、前記ＰＥＴフォームに対する密度要求は５９〜６１ｋｇ／ｍ３である。
本発明により提供される複合材料による高速鉄道車両における設備用キャビンのエプロンプレートを製造するプロセスによれば、以下のような利点を有する。
１、レイアウト設計により該エプロンプレートが各角度において高い強度を得ることができるようにし、アラミド設計を増加することにより高い強度の耐衝撃性を提供する。
２、メインエプロンプレートに圧縮成形プロセスを採用し、押圧棒にバッグ成形プロセスを採用することにより、押圧棒の使用強度を向上させ、異なるプロセスを異なる製品の部品に適用させる。
３、ホットプレス成形プロセスにより樹脂の含有量を低下させ、メインエプロンプレートの重量を大幅に軽減する。
４、デザインが美しく、性能に強く、アルミ合金より重量を３５％〜４０％軽減し、良好な応用の見通しがある。
本発明に係るエプロンプレートアセンブリの分解図である。 本発明に係るエプロンプレートの総組立図である。 本発明における第１種類の押圧棒の断面図である。 本発明における第２種類の押圧棒の断面図である。 本発明に係るメインエプロンプレートの断面図である。
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施例より、本発明の技術的解決手段について詳細に説明する。
図１は、本発明に係るエプロンプレートの全体構造を示す図である。図１に示すように、本発明において複合材料による高速鉄道車両における設備用キャビンのエプロンプレートを製造する材料は、アラミドハニカム、ＰＥＴフォーム、３Ｋ炭素繊維難燃予浸材料、一方向炭素繊維難燃予浸材料、ガラス繊維難燃予浸材料、アラミド難燃予浸材料、および３００ｇ／ｍ２の単一成分中温硬化型青色エポキシ接着剤、を含む。
本発明に係る複合材料による高速鉄道車両における設備用キャビンのエプロンプレートを製造するプロセスは、
（１）メインエプロンプレート３を製造するステップと、
（２）各種類それぞれ２つであって、共に４つである２種類を含むエプロンプレート押圧棒１、２を製造するステップと、
（３）メインエプロンプレート３およびエプロンプレート押圧棒１、２の５者をエプロンプレートアセンブルに製造するステップと、を含み、
メインエプロンプレートの４辺のうち対向する２辺のエプロンプレート押圧棒は同じ種類であり、全てのエプロンプレート押圧棒はいずれもメインエプロンプレートに係止されている。
メインエプロンプレートは、レイアウト設計により外から内へ順に、
１層の１９８〜２００ｇ／ｍ２である３Ｋ綾織炭素繊維難燃予浸材料と、
５〜８層の３００〜３１５ｇ／ｍ２であるガラス繊維難燃予浸材料と、
２層の２３５〜２４０ｇ／ｍ２であるアラミド難燃予浸材料と、
２層の１００〜１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料と、
１層の３００ｇ／ｍ２である単一成分中温硬化型青色エポキシ接着剤と、
２層の１００〜１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料と、
１つの厚さが１６．４ｍｍであるアラミド紙ハニカムコアと、
１層の３００ｇ／ｍ２である単一成分中温硬化型青色エポキシ接着剤と、
２層の１００〜１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料と、
４層の３００〜３１５ｇ／ｍ２であるガラス繊維難燃予浸材料と、
１層の１９８〜２００ｇ／ｍ２である３Ｋ綾織炭素繊維難燃予浸材料と、を含み、
レイアウトにより、凹モールド内に緊密に貼り付けられ、ホットプレス機において成形され、温度は１３０〜１５０℃に設定され、成形時間は３６００〜３８００ｓであり、圧力は４ＭＰａ〜６Ｍｐａに設定される。
エプロンプレート押圧棒に対するレイアウトプロセスは、２つのエプロンプレート押圧棒をバッグ成形させることを含み、押圧棒は内から外へ、レイアウトの順に、
１〜２層の３００〜３１５ｇ／ｍ２であるガラス繊維難燃予浸材料と、
４〜６層の１００〜１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料と、
１層の２３５〜２４０ｇ／ｍ２であるアラミド難燃予浸材料と、
２層の１００〜１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料と、
１層の２３５〜２４０ｇ／ｍ２であるアラミド難燃予浸材料と、
４〜６層の１００〜１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料と、
１層の１９８〜２００ｇ／ｍ２である３Ｋ綾織炭素繊維難燃予浸材料と、を含み、
レイアウトにより、凹モールド内に緊密に貼り付けられ、エアダクトが取り付けられた後、ホットプレス機において成形され、温度は１３０〜１５０℃に設定され、成形時間は３６００〜３８００ｓであり、ホットプレス機の圧力は４ＭＰａ〜６Ｍｐａに設定されており、エアダクトの内部圧力は１ＭＰａである。
以下、実施例に合わせて本発明についてさらに説明する。
（実施例１）
＜ステップ１＞
圧縮成形によりメインエプロンプレートを製造する。１層の２００ｇ／ｍ２である３Ｋ綾織炭素繊維難燃予浸材料、６層の３００ｇ／ｍ２であるガラス繊維難燃予浸材料、３層の２３５ｇ／ｍ２であるアラミド難燃予浸材料、２層の１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料、１層の３００ｇ／ｍ２である単一成分中温硬化型青色エポキシ接着剤、２層の１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料、１つの厚さが１６．４ｍｍであるアラミド紙ハニカムコア、１層の３００ｇ／ｍ２である単一成分中温硬化型青色エポキシ接着剤、２層の１００〜１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料、４層の３００ｇ／ｍ２であるガラス繊維難燃予浸材料、１層の２００ｇ／ｍ２である３Ｋ綾織炭素繊維難燃予浸材料の順にレイアウトし、材料シートを凹モールドに貼り付け、温度を１３０℃に設定し、成形時間を３６００ｓ、圧力を４ＭＰａに設定する。
＜ステップ２＞
エプロンプレートの２つの押圧棒をバッグ成形させる。押圧棒を内から外へ、１層の３００ｇ／ｍ２であるガラス繊維難燃予浸材料、６層の１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料、１層の２３５ｇ／ｍ２であるアラミド難燃予浸材料、２層の１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料、１層の２３５ｇ／ｍ２であるアラミド難燃予浸材料、６層の１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料、１層の２００ｇ／ｍ２である３Ｋ綾織炭素繊維難燃予浸材料の順にレイアウトするように設計し、レイアウトにより、凹モールド内に緊密に貼り付け、エアダクトを取り付けた後、ホットプレス機において成形し、温度を１３０℃に、成形時間を３６００ｓに、ホットプレス機の圧力を４ＭＰａに設定し、エアダクトの内部圧力は１ＭＰａである。
＜ステップ３＞
ＣＮＣ彫刻し、部品を接着させる。
＜ステップ４＞
重量を量る。製品は実際の高速鉄道車両におけるアルミ合金のエプロンプレートに対して、重量が５１％軽減され、単位面積の負荷が２５００ｐａを超えるようになっている。
（実施例２）
＜ステップ１＞
圧縮成形によりメインエプロンプレートを製造する。１層の２００ｇ／ｍ２である３Ｋ綾織炭素繊維難燃予浸材料、７層の３００ｇ／ｍ２であるガラス繊維難燃予浸材料、２層の２３５ｇ／ｍ２であるアラミド難燃予浸材料、２層の１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料、１層の３００ｇ／ｍ２である単一成分中温硬化型青色エポキシ接着剤、２層の１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料、１つの厚さが１６．４ｍｍであるアラミド紙ハニカムコア、１層の３００ｇ／ｍ２である単一成分中温硬化型青色エポキシ接着剤、２層の１００〜１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料、４層の３００ｇ／ｍ２であるガラス繊維難燃予浸材料、１層の２００ｇ／ｍ２である３Ｋ綾織炭素繊維難燃予浸材料の順にレイアウトし、材料シートを凹モールドに貼り付け、温度を１４０℃に、成形時間を３６００ｓに、圧力を４ＭＰａに設定する。
＜ステップ２＞
エプロンプレートの２つの押圧棒をバッグ成形させる。押圧棒を内から外へ、２層の３００ｇ／ｍ２であるガラス繊維難燃予浸材料、４層の１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料、１層の２３５ｇ／ｍ２であるアラミド難燃予浸材料、２層の１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料、１層の２３５ｇ／ｍ２であるアラミド難燃予浸材料、６層の１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料、１層の２００ｇ／ｍ２である３Ｋ綾織炭素繊維難燃予浸材料の順にレイアウトするように設計し、レイアウトにより、凹モールド内に緊密に貼り付け、エアダクトを取り付けた後、ホットプレス機において成形し、温度を１４０℃に、成形時間を３６００ｓに、ホットプレス機の圧力を５ＭＰａに設定し、エアダクトの内部圧力は１ＭＰａである。
＜ステップ３＞
ＣＮＣ彫刻し、部品を接着させる。
＜ステップ４＞
重量を量る。製品は実際の高速鉄道車両におけるアルミ合金のエプロンプレートに対して、重量が５２％軽減され、単位面積の負荷が２５００ｐａを超えるようになっている。
（実施例３）
＜ステップ１＞
圧縮成形によりメインエプロンプレートを製造する。１層の２００ｇ／ｍ２である３Ｋ綾織炭素繊維難燃予浸材料、６層の３００ｇ／ｍ２であるガラス繊維難燃予浸材料、３層の２３５ｇ／ｍ２であるアラミド難燃予浸材料、２層の１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料、１層の３００ｇ／ｍ２である単一成分中温硬化型青色エポキシ接着剤、２層の１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料、１つの厚さが１６．４ｍｍであるアラミド紙ハニカムコア、１層の３００ｇ／ｍ２である単一成分中温硬化型青色エポキシ接着剤、２層の１００〜１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料、４層の３００ｇ／ｍ２であるガラス繊維難燃予浸材料、１層の２００ｇ／ｍ２である３Ｋ綾織炭素繊維難燃予浸材料の順にレイアウトし、材料シートを凹モールドに貼り付け、温度を１５０℃に、成形時間を３６００ｓに、圧力を４ＭＰａに設定する。
＜ステップ２＞
エプロンプレートの２つの押圧棒をバッグ成形させる。押圧棒を内から外へ、１層の３００ｇ／ｍ２であるガラス繊維難燃予浸材料、４層の１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料、１層の２３５ｇ／ｍ２であるアラミド難燃予浸材料、２層の１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料、１層の２３５ｇ／ｍ２であるアラミド難燃予浸材料、８層の１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料、１層の２００ｇ／ｍ２である３Ｋ綾織炭素繊維難燃予浸材料の順にレイアウトするように設計し、レイアウトにより、凹モールド内に緊密に貼り付け、エアダクトを取り付けた後、ホットプレス機において成形し、温度を１５０℃に、成形時間を３６００ｓに、ホットプレス機の圧力を４ＭＰａに設定し、エアダクトの内部圧力は１ＭＰａである。
＜ステップ３＞
ＣＮＣ彫刻し、部品を接着させる。
＜ステップ４＞
重量を量る。製品は実際の高速鉄道車両におけるアルミ合金のエプロンプレートに対して、重量が５１％軽減され、単位面積の負荷が２５００ｐａを超えるようになっている。
以上、本発明の基本原理、主な特徴および本発明の利点を示し説明している。当業者であれば、本発明は上記実施例に限定されず、上記実施例および明細書に記載されたものは本発明の原理を説明するためのものに過ぎず、本発明の技術的思想を逸脱しない前提において、本発明を様々に変更および改善させることができ、これらの変更や改善はいずれも保護を求める本発明の保護範囲に属し、本発明の保護範囲は特許請求の範囲およびその均等の範囲により定められることを理解すべきである。

Claims (3)

  1. 複合材料による高速鉄道車両における設備用キャビンのエプロンプレートを製造するプロセスであって、
    複合材料による高速鉄道車両における設備用キャビンのエプロンプレートを製造する材料は、
    アラミドハニカム、ＰＥＴフォーム、３Ｋ炭素繊維難燃予浸材料、一方向炭素繊維難燃予浸材料、ガラス繊維難燃予浸材料、アラミド難燃予浸材料、および３００ｇ／ｍ２の単一成分中温硬化型青色エポキシ接着剤、を含み、
    前記複合材料による高速鉄道車両における設備用キャビンのエプロンプレートを製造するプロセスは、
    （１）メインエプロンプレートを製造するステップと、
    （２）各種類それぞれ２つであって、共に４つである２種類を含むエプロンプレート押圧棒を製造するステップと、
    （３）メインエプロンプレートおよびエプロンプレート押圧棒の５者をエプロンプレートアセンブルに製造するステップと、
    を含み、
    メインエプロンプレートの４辺のうち対向する２辺のエプロンプレート押圧棒は同じ種類であり、全てのエプロンプレート押圧棒はいずれもメインエプロンプレートに係止されている、
    ことを特徴とする複合材料による高速鉄道車両における設備用キャビンのエプロンプレートを製造するプロセス。
  2. メインエプロンプレートは、レイアウト設計により外から内へ順に、
    １層の１９８〜２００ｇ／ｍ２である３Ｋ綾織炭素繊維難燃予浸材料と、
    ５〜８層の３００〜３１５ｇ／ｍ２であるガラス繊維難燃予浸材料と、
    ３層の２３５〜２４０ｇ／ｍ２であるアラミド難燃予浸材料と、
    ２層の１００〜１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料と、
    １層の３００ｇ／ｍ２である単一成分中温硬化型青色エポキシ接着剤と、
    ２層の１００〜１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料と、
    １つの厚さが１６．４ｍｍであるアラミド紙ハニカムコアと、
    １層の３００ｇ／ｍ２である単一成分中温硬化型青色エポキシ接着剤と、
    ２層の１００〜１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料と、
    ４層の３００〜３１５ｇ／ｍ２であるガラス繊維難燃予浸材料と、
    １層の１９８〜２００ｇ／ｍ２である３Ｋ綾織炭素繊維難燃予浸材料と、
    を含み、
    レイアウトにより、凹モールド内に緊密に貼り付けられ、ホットプレス機において成形され、温度は１３０〜１５０℃に設定され、成形時間は３６００〜３８００ｓであり、圧力は４ＭＰａ〜６Ｍｐａに設定されている、
    ことを特徴とする請求項１に記載の複合材料による高速鉄道車両における設備用キャビンのエプロンプレートを製造するプロセス。
  3. エプロンプレート押圧棒のレイアウトプロセスは、２つのエプロンプレート押圧棒をバッグ成形させることを含み、押圧棒は内から外へ、レイアウトの順に、
    １〜２層の３００〜３１５ｇ／ｍ２であるガラス繊維難燃予浸材料と、
    ４〜６層の１００〜１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料と、
    １層の２３５〜２４０ｇ／ｍ２であるアラミド難燃予浸材料と、
    ２層の１００〜１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料と、
    １層の２３５〜２４０ｇ／ｍ２であるアラミド難燃予浸材料と、
    ４〜６層の１００〜１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料と、
    １層の１９８〜２００ｇ／ｍ２である３Ｋ綾織炭素繊維難燃予浸材料と、
    を含み、
    レイアウトにより、凹モールド内に緊密に貼り付けられ、エアダクトが取り付けられた後、ホットプレス機において成形され、温度は１３０〜１５０℃に設定されており、成形時間は３６００〜３８００ｓであり、ホットプレス機の圧力は４ＭＰａ〜６Ｍｐａに設定され、エアダクトの内部圧力は１ＭＰａである、
    ことを特徴とする請求項１に記載の複合材料による高速鉄道車両における設備用キャビンのエプロンプレートを製造するプロセス。
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