JP6581875B2 - 複合材の成形方法 - Google Patents

複合材の成形方法 Download PDF

Info

Publication number
JP6581875B2
JP6581875B2 JP2015198680A JP2015198680A JP6581875B2 JP 6581875 B2 JP6581875 B2 JP 6581875B2 JP 2015198680 A JP2015198680 A JP 2015198680A JP 2015198680 A JP2015198680 A JP 2015198680A JP 6581875 B2 JP6581875 B2 JP 6581875B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
composite material
molding
mold
inclined surface
molded
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2015198680A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2017071110A (ja
Inventor
耕大 下野
耕大 下野
寛 ▲徳▼冨
寛 ▲徳▼冨
健介 國米
健介 國米
勇介 山岸
勇介 山岸
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Toray Industries Inc
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Toray Industries Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to JP2015198680A priority Critical patent/JP6581875B2/ja
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd, Toray Industries Inc filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to RU2018104735A priority patent/RU2695161C1/ru
Priority to CA2995321A priority patent/CA2995321C/en
Priority to PCT/IB2016/057288 priority patent/WO2017060892A1/ja
Priority to BR112018002808A priority patent/BR112018002808B8/pt
Priority to EP16853192.9A priority patent/EP3321056B1/en
Priority to US15/751,772 priority patent/US10688736B2/en
Priority to CN201680050925.4A priority patent/CN108391424B/zh
Publication of JP2017071110A publication Critical patent/JP2017071110A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6581875B2 publication Critical patent/JP6581875B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28Shaping operations therefor
    • B29C70/40Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/42Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C70/46Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs
    • B29C70/48Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs and impregnating the reinforcements in the closed mould, e.g. resin transfer moulding [RTM], e.g. by vacuum
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C43/00Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/02Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor of articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C43/10Isostatic pressing, i.e. using non-rigid pressure-exerting members against rigid parts or dies
    • B29C43/12Isostatic pressing, i.e. using non-rigid pressure-exerting members against rigid parts or dies using bags surrounding the moulding material or using membranes contacting the moulding material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C53/00Shaping by bending, folding, twisting, straightening or flattening; Apparatus therefor
    • B29C53/02Bending or folding
    • B29C53/04Bending or folding of plates or sheets
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06Fibrous reinforcements only
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28Shaping operations therefor
    • B29C70/40Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/42Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C70/44Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using isostatic pressure, e.g. pressure difference-moulding, vacuum bag-moulding, autoclave-moulding or expanding rubber-moulding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29DPRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D99/00Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • B29D99/0003Producing profiled members, e.g. beams
    • B29D99/0007Producing profiled members, e.g. beams having a variable cross-section
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/22Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed
    • B32B5/24Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/26Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer another layer next to it also being fibrous or filamentary
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2307/00Use of elements other than metals as reinforcement
    • B29K2307/04Carbon
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29LINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00Other particular articles
    • B29L2031/001Profiled members, e.g. beams, sections
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/10Inorganic fibres
    • B32B2262/106Carbon fibres, e.g. graphite fibres

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Moulding By Coating Moulds (AREA)
  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Description

本発明は、複合材の成形方法に関するものである。
従来、L形またはC形断面となるコーナ部における成形不良を抑制するための板厚矯正治具が知られている(例えば、特許文献1参照)。この板厚矯正治具は、L形またはC形断面を有するように賦形した複合材に被せられ、複合材の熱硬化温度より低い温度において、可撓性を有する材料となっている。そして、板厚矯正治具は、複合材に被せられたときに弾性変形による弾性力で、複合材の板厚を硬化後も均一に維持している。
特開2007−15351号公報
ところで、特許文献1に記載されたように、複合材は、賦形時において、繊維シートを積層した積層体が、シート面に直交する断面内において、所定の形状となるように二次元的に折り曲げられる。さらに、積層体は、二次元的に折り曲げられた上で、二次元断面内に直交する断面内において、所定の形状となるように折り曲げられる場合がある。つまり、積層体は、三次元空間内において、所定の形状となるように三次元的に折り曲げられる場合がある。積層体が三次元的に折り曲げられる場合、積層体を構成する繊維シートが蛇行したリンクル(しわ)が発生し易い。このため、積層体を三次元的に折り曲げる場合には、リンクルの発生を抑制する所定の形状とする必要があることから、複合材の設計の自由度が低いものとなってしまう。
そこで、本発明は、リンクルの発生を抑制することができる複合材の成型方法及び複合材を提供することを課題とする。
本発明の複合材の成型方法は、三次元の直交座標系において、XZ面に対してZ軸からY方向に第1傾斜角度をもって傾斜する外板形状となるスキンに接合する複合材の成型方法であって、繊維シートを積層した積層体がZ方向において同じ断面形状となるように、前記積層体をX方向及びY方向に曲げて賦形する賦形工程と、賦形した前記積層体をZ軸からY方向に形状変化を持つ型材に設置し、樹脂材の充填量を調整しながら、前記積層体に前記樹脂材を含浸させ、硬化後の前記複合材が、前記スキンの外板形状と相補的な形状となるように、XZ面に対してZ軸からY方向に前記第1傾斜角度をもって傾斜する第1傾斜面を有する形状に成型する成型工程と、を備え、前記型材は、前記第1傾斜面を成型すると共に前記スキンとの接合面となる第1傾斜成型面と、前記複合材の前記第1傾斜面の反対側の面を前記第1傾斜角度よりも小さい第2傾斜角度となる第2傾斜面に成型する第2傾斜成型面と、を有することを特徴とする。
この構成によれば、積層体が三次元的に折り曲げられる場合であっても、硬化後の複合材において第1傾斜面及び第2傾斜面が形成されるように成型を行うことで、リンクルの発生を抑制することができる。つまり、複合材の第2傾斜面を成型する第2傾斜成型面が、第1傾斜成型面に比して緩やかな傾斜面となることで、第2傾斜面に応じたリンクルが形成されることになる。このとき、第2傾斜面に応じて形成されるリンクルは、第1傾斜面に応じて形成されるリンクルに比して小さいリンクルとすることができるため、リンクルの発生を抑制することができる。そして、リンクルの発生を抑制できる分、複合材の形状の規制が緩和され、例えば、第1傾斜面の第1傾斜角度を従来に比して大きな角度にすることが可能となる。このため、複合材の設計の自由度を高くすることができる。なお、繊維シートは、ドライとなるものであってもよいし、樹脂を含浸したプリプレグであってもよい。また、型材は、アルミニウムまたはインバー等の金属を用いた金型であってもよいし、成型する複合材と同じ材料である共材、または、硬化済みの被接着材料を用いた型材であってもよい。
また、前記繊維シートは、ドライ状態であることが、好ましい。
この構成によれば、積層体の層間が滑りやすい状態となる。このため、三次元的に折り曲げられる積層体の変位を許容し易い構成にできることから、リンクルの発生をより抑制することができる。
また、前記成型工程では、前記第1傾斜面が形成される部位である傾斜部位の繊維含有率が、前記傾斜部位に隣接する部位である隣接部位の繊維含有率に比して小さくなることが、好ましい。
この構成によれば、第1傾斜成型面における積層体の挟み込みが緩和されることから、隣接部位に比して傾斜部位に樹脂材が充填され易くなり、傾斜部位の繊維含有率が小さくなる。このため、隣接部位の板厚に比して傾斜部位の板厚を厚く成型することができる。
また、前記成型工程では、硬化前の前記複合材の板厚に比して、硬化後の前記複合材の板厚が薄くなるように、前記複合材を成型することが、好ましい。
この構成によれば、積層体に充填される余剰の樹脂材を外部に排出することで、硬化前の複合材の板厚に比して、硬化後の複合材の板厚が薄くすることができる。このため、樹脂材の充填量を調整することで、複合材の第1傾斜面及び第2傾斜面を成型することができるため、型材による複合材の成型を精度良く行うことができる。
また、前記成型工程では、硬化前の複合材の繊維含有率に比して、硬化後の複合材の繊維含有率の増分が20%以下となるように、前記複合材を成型することが、好ましい。
この構成によれば、第1傾斜面及び第2傾斜面を成型するために繊維含有率が変化する場合であっても、繊維含有率の増分が20%以下となるように複合材を成型することで、複合材の強度低下を抑制することができる。なお、より好ましくは、硬化前の複合材の繊維含有率に比して、硬化後の複合材の繊維含有率の増分が5%〜10%程度の範囲となるように、複合材を成型する。
本発明の複合材は、三次元の直交座標系において、X方向、Y方向及びZ方向において形状が変化する複合材において、基準面に対して第1傾斜角度をもって傾斜する第1傾斜面と、前記第1傾斜面の反対側の面が前記第1傾斜角度よりも小さい第2傾斜角度となる第2傾斜面と、を有する形状であることを特徴とする。
この構成によれば、第1傾斜面及び第2傾斜面が成型されることで、リンクルの発生が抑制された形状とすることができる。このため、リンクルの発生を抑制できる分、形状の規制が緩和され、例えば、第1傾斜面の第1傾斜角度を従来に比して大きな角度の形状にすることが可能となる。このため、設計の自由度が高い複合材の形状とすることができる。
また、前記第1傾斜面が形成される部位である傾斜部位の繊維含有率は、前記傾斜部位に隣接する部位である隣接部位の繊維含有率に比して小さいことが、好ましい。
この構成によれば、隣接部位に比して傾斜部位に樹脂材が充填され易くなることから、傾斜部位の繊維含有率が小さくなる。このため、隣接部位の板厚に比して傾斜部位の板厚を厚く成型することができる。
図1は、本実施形態に係る複合材の成型方法によって成型される複合材の一例としてのスパーを示す斜視図である。 図2は、本実施形態に係る複合材の成型方法によって成型される複合材の一例としてのストリンガーを示す斜視図である。 図3は、本実施形態に係る複合材の成型方法に関する説明図である。 図4は、硬化前後の複合材の形状に関する説明図である。 図5は、本実施形態に係る複合材の成型方法の動作を示す説明図である。 図6は、本実施形態の変形例に係る複合材の成型方法に関する説明図である。
以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。
[実施形態]
本実施形態に係る複合材1の成型方法は、例えば、航空機の機体等を構成する複合材1を成型するための方法である。複合材1としては、例えば、図1に示すスパー10、または図2に示すストリンガー20等がある。なお、本実施形態では、図1及び図2に示す複合材1に適用して説明するが、これらの複合材1に限定されるものではない。
図1は、本実施形態に係る複合材の成型方法によって成型される複合材の一例としてのスパーを示す斜視図である。図2は、本実施形態に係る複合材の成型方法によって成型される複合材の一例としてのストリンガーを示す斜視図である。図3は、本実施形態に係る複合材の成型方法に関する説明図である。図4は、硬化前後の複合材の形状に関する説明図である。図5は、本実施形態に係る複合材の成型方法の動作を示す説明図である。
複合材1の成型方法の説明に先立ち、図1及び図2を参照して、この成型方法によって成型される複合材1について説明する。図1及び図2に示す複合材1は、炭素繊維強化プラスチック(CFRP:Carbon Fiber Reinforced Plastic)を用いて構成されている。この複合材1は、複数枚の炭素繊維シートを積層して積層体3(図5参照)を形成し、この積層体3に樹脂を含浸させて硬化させることにより成型される。この複合材1は、被取付部材5に取り付けられる。被取付部材5は、複合材1と同様に、CFRPであり、図1及び図2に示すように、被取付部材5には、プライドロップオフ部6が形成されている。プライドロップオフ部6は、積層される炭素繊維シートの一部が取り除かれることで、傾斜面が形成される。この傾斜面は、プライドロップオフ部6の下方側に隣接する平坦面を基準面とすると、基準面に対して所定の傾斜角度θ1をもって傾斜している。このため、被取付部材5に取り付けられる複合材には、被取付部材5のプライドロップオフ部6に接触する接触面において、プライドロップオフ部6の傾斜面と相補的な形状となる、第1傾斜面が形成されている。つまり、第1傾斜面は、上記の基準面に対して所定の傾斜角度θ1をもって傾斜している。そして、第1傾斜面を有する複合材1を成型するにあたって、図1及び図2に示すように、複合材1は、三次元の直交座標系において、X方向、Y方向及びZ方向において形状が変化するように成型される。
図1及び図2に示すように、三次元の直交座標系において、X方向、Y方向及びZ方向において形状が変化する複合材1を成型する場合、積層体3は、三次元的に折り曲げられて賦形される。具体的に、積層体3は、Z方向において同じ断面形状となるように、X方向またはY方向に曲げられることで、二次元的に折り曲げられる。例えば、図1に示すスパー10であれば、積層体3は、XZ面に対してY方向に垂直に曲げ、さらにYZ面に対してX方向に垂直に折り曲げられる。また、図2に示すストリンガー20であれば、積層体3は、XY面内において、その断面がT字状となるように折り曲げられる。さらに、積層体3は、二次元的に折り曲げられた上で、XY面に直交するYZ面内において、所定の形状となるように三次元的に折り曲げられる。例えば、図1に示すスパー10であれば、積層体3は、XY面において折り曲げた対向する両端部が、YZ面内において相互に近づく方向に変形するように折り曲げられる。また、図2に示すストリンガー20であれば、積層体3は、YZ面内において高さが変位するように折り曲げられる。
図1に示すように、上記のように賦形された積層体3は、所定の金型を用いて成型されることで、第1傾斜面11を有する形状となるスパー10が成型される。なお、詳細は後述するが、このスパー10において、第1傾斜面11の反対側の面は、第2傾斜面12となっており、第2傾斜面12は、上記の基準面に対して所定の傾斜角度θ2をもって傾斜している。このとき、傾斜角度θ2は、傾斜角度θ1よりも小さい角度となっている。
また、図2に示すように、上記のように賦形された積層体3は、所定の金型を用いて成型されることで、第1傾斜面21を有する形状となるストリンガー20が成型される。なお、詳細は後述するが、このストリンガー20においても、第1傾斜面21の反対側の面は、第2傾斜面22となっており、第2傾斜面22は、上記の基準面に対して所定の傾斜角度θ2をもって傾斜している。このとき、傾斜角度θ2は、傾斜角度θ1よりも小さい角度となっている。
次に、図3から図5を参照して、複合材の成型方法について説明する。この複合材の成型方法は、ドライ状態の繊維シートを用いた成型方法となっており、VaRTM(Vacuum assisted Resin Transfer Molding)成形、RTM(Resin Transfer Molding)成形、インフュージョン成形等が適用可能となっている。なお、以下の説明では、図2に示すストリンガー20を成型する場合について説明する。ここで、ストリンガー20は、被取付部材5であるスキン19と一体に成型される場合があり、以下では、硬化後の複合材であるスキン19に対して、ストリンガー20を一体に成型する場合について説明する。
図3に示すように、この成型方法では、賦形した積層体3に対して、型材30を設置する。型材30は、分割された2つの分割金型31a,31bを有している。このとき、スキン19も型材30の一部として機能する。つまり、型材30は、2つの分割金型31a,31bと、スキン19とを含んで構成されている。2つの分割金型31a,31bは、例えば、アルミニウムを用いた金型となっている。賦形した積層体3は、プライドロップオフ部6が形成されるスキン19上に設置され、また、その上方に2つの分割金型31a,31bが積層体3の両側方から挟み込むように押し当てられる。
また、この型材30は、バギングフィルム32で覆われる。バギングフィルム32は、2つの分割金型31a,31bを覆うと共に、スキン19との間にシール材33が設けられることで、その内部を気密に封止している。そして、気密に封止されたバギングフィルム32の内部に樹脂材が充填され、図示しない加熱装置によって加熱されることで、樹脂材が熱硬化し、ストリンガー20が成型される。
次に、図4及び図5を参照して、型材30について説明する。図4及び図5は、図2をX方向から見たときの側面図である。型材30は、成型される硬化後のストリンガー20に第1傾斜面21を形成する第1傾斜成型面41と、第2傾斜面22を形成する第2傾斜成型面42とを有している。第1傾斜成型面41は、ストリンガー20に成型される第1傾斜面21の傾斜角度が、第1傾斜角度θ1となるように成型する。第2傾斜成型面42は、ストリンガー20に成型される第2傾斜面22の傾斜角度が、第1傾斜角度θ1よりも小さい第2傾斜角度θ2となるように成型する。
このような型材30を用いて成型されるストリンガー20は、第1傾斜面21が形成される傾斜部位における板厚が、傾斜部位の両側に隣接する隣接部位における板厚に比して厚くなる。このため、傾斜部位が形成される領域E1は、繊維含有率が低い低Vf領域となっており、隣接部位が形成される領域E2は、繊維含有率が高い高Vf領域となっている。なお、繊維含有率(Vf:Fiver volume content)は、複合材1に含まれる炭素繊維の割合である。
また、この型材30を用いて、ストリンガー20を成型する場合、賦形後(硬化前)のストリンガー20の板厚に比して、硬化後のストリンガー20の板厚が薄くなるように、ストリンガー20を成型している。ここで、ストリンガー20の板厚を薄くするには、積層体3に充填される余剰の樹脂材を外部に排出する。このとき、硬化後のストリンガー20の繊維含有率は、賦形後(硬化前)のストリンガー20の繊維含有率に比して、20%以下の増分となるように、樹脂材を外部に排出してストリンガー20を成型し、より好ましくは、5%〜10%程度の増分となるように、ストリンガー20を成型する。
次に、図5を参照して、上記の型材30を用いて、ストリンガー20等の複合材1を成型する複合材の成型方法に関する動作について説明する。
まず、ドライ状態の炭素繊維シートを複数積層して積層体3を形成すると共に、この積層体3をX方向及びY方向に折り曲げて賦形する賦形工程(ステップS1)を行う。なお、図5では、第1傾斜面21周りの積層体3のみを図示しており、図2をX方向から見たときの側面図であることから、積層体3は、Z方向において平坦となっている。
賦形工程S1において賦形された積層体3は、型材30としてのスキン19上に設置され、その上部から2つの分割金型31a,31bが設置される(ステップS2)。このため、積層体3は、2つの分割金型31a,31bによってZ方向に変形させられる。この後、積層体3は、型材30と共に、バギングフィルム32に覆われることで、型材30の内部を密閉した状態とする。
ステップS2の実行後、樹脂材の充填量を調整しながら、積層体3へ向けて樹脂を充填する。ここで、樹脂材は、型材30の内部を真空引きしながら充填してもよいし、加圧しながら充填してもよく、樹脂材の充填方法については特に限定されない。また、型材30は、樹脂材の充填と共に、積層体3を挟み込むように加圧され、図示しない加熱装置によって加熱される(成型工程:ステップS3)。
成型工程S3により熱硬化された複合材1は、型材30の第1傾斜成型面41及び第2傾斜成型面42によって、第1傾斜角度θ1となる第1傾斜面21が形成され、また、第2傾斜角度θ2となる第2傾斜面22が形成される(ステップS4)。そして、硬化後の複合材1は、傾斜部位において低Vf領域E1となり、隣接部位において高Vf領域E2となる。
以上のように、本実施形態によれば、積層体3が三次元的に折り曲げられる場合であっても、硬化後の複合材1において第1傾斜面11,21及び第2傾斜面12,22が形成されるように成型を行うことで、リンクルの発生を抑制することができる。つまり、型材30の第2傾斜成型面42が、第1傾斜成型面41に比して緩やかな傾斜面となることで、第2傾斜面12,22に応じたリンクルが形成されることになる。このとき、第2傾斜面12,22に応じて形成されるリンクルは、第1傾斜面11,21に応じて形成されるリンクルに比して小さいリンクルとすることができるため、リンクルの発生を抑制することができる。そして、リンクルの発生を抑制できる分、複合材1の形状の規制が緩和され、例えば、第1傾斜面11,21の第1傾斜角度θ1を従来に比して大きな角度にすることが可能となる。具体的に、従来の第1傾斜角度θ1と、本実施形態の第1傾斜角度θ1とを比較した場合、本実施形態の第1傾斜角度θ1は、従来の第1傾斜角度θ1に比して、4倍程度大きな角度とすることができる。このため、複合材1の設計の自由度を高くすることができる。
また、本実施形態によれば、ドライ状態の炭素繊維シートを用いて積層体3を形成したため、積層体3の層間を滑りやすい状態とすることができる。このため、三次元的に折り曲げられる積層体3の変位を許容し易い構成にできることから、リンクルの発生をより抑制することができる。
また、本実施形態によれば、傾斜部位の繊維含有率が、傾斜部位に隣接する部位である隣接部位の繊維含有率に比して小さくなるため、隣接部位の板厚に比して傾斜部位の板厚を厚く成型することができる。
また、本実施形態によれば、積層体3に充填される余剰の樹脂材を外部に排出することで、硬化前の複合材1の板厚に比して、硬化後の複合材1の板厚を薄くすることができる。このため、樹脂材の充填量を調整することで、複合材1の第1傾斜面11,21及び第2傾斜面12,22を成型することができるため、型材30による複合材1の成型を精度良く行うことができる。
また、本実施形態によれば、繊維含有率の増分が20%以下となるように複合材1を成型することで、複合材1の強度低下を抑制しつつ、複合材1に、第1傾斜面11,21及び第2傾斜面12,22を成型することができる。
なお、本実施形態では、ドライ状態の炭素繊維シートを用いて積層体3を形成したが、繊維シートは、炭素繊維に限定されず、ガラス繊維やアラミド繊維といった他の材料の繊維シートでも良いし、さらに、繊維シートに予め樹脂を含浸したプリプレグを用いてもよい。この場合、成型工程において、樹脂材を多めに充填し、また、成型時において樹脂材排出して充填量を調整することが好ましい。
また、本実施形態では、アルミニウムを用いて分割金型31a,31bを構成したが、インバー等の金属を用いてもよい。また、型材30は、複合材1の成型時において、成型後の複合材1の形状が、予め設計された設計形状となるように成型可能な型材であれば、特に限定されない。
また、本実施形態では、型材30を用いて、複合材1としてのストリンガー20を成型したが、図6の変形例に示す型材50を用いて、複合材1としてのスパー10を成型してもよい。図6は、本実施形態の変形例に係る複合材の成型方法に関する説明図である。図6に示す型材50は、複合材1としての図1に示すスパー10を成型するために用いられる型材であり、下部型枠51と、上部型枠52とを有している。スパー10は、下部型枠51と上部型枠52との間に挟み込まれるように押し当てられる。
下部型枠51は、スパー10を挟んで、鉛直方向の下側に設けられる型枠である。下部型枠51は、底部51aと、底部51aの両側から上方側に向かって延びる両側部51bとで、断面U字状に形成されており、その内部にスパー10を収容可能な内部空間が形成されている。この内部空間には、断面U字状に賦形された硬化前のスパー10が、下部型枠51と重なり合うように配置される。ここで、下部型枠51の内面(内部空間と接する面)は、スパー10が接合されるスキンの接合面と同じ面に形成されている。つまり、下部型枠51の内面には、成型される硬化後のスパー10に第1傾斜面11を形成する第1傾斜成型面41が形成されている。このため、硬化後のスパー10には、下部型枠51によって、第1傾斜面11が形成される。
上部型枠52は、スパー10を挟んで、鉛直方向の上側に設けられる型枠である。上部型枠52は、分割された3つの分割金型52a,52b,52cを有している。3つの分割金型52a,52b,52cは、下部型枠51の内部空間に収容した、硬化前のスパー10の内側に押し当てられる。3つの分割金型52a,52b,52cは、分割型枠52cが、下部型枠51に収容される断面U字状のスパー10の底部に配置され、また、2つの分割型枠52a,52bが、分割型枠52cの両側から上方側に向かって延びるように配置されることで、断面U字状に配置されている。ここで、上部型枠52には、成型される硬化後のスパー10に第2傾斜面12を形成する第2傾斜成型面42が形成されている。このため、硬化後のスパー10には、上部型枠52によって、第2傾斜面12が形成される。
また、この型材50は、バギングフィルム54で覆われる。バギングフィルム54は、3つの分割金型52a,52b,52cを覆うと共に、下部型枠51との間にシール材53が設けられることで、その内部を気密に封止している。そして、気密に封止されたバギングフィルム54の内部に樹脂材が充填され、図示しない加熱装置によって加熱されることで、樹脂材が熱硬化し、スパー10が成型される。
なお、型材50を用いたスパー10の成型方法については、ストリンガー20の成型方法と同様であるため、説明を省略する。
1 複合材
3 積層体
5 被取付部材
6 プライドロップオフ部
10 スパー
11 スパーの第1傾斜面
12 スパーの第2傾斜面
19 スキン
20 ストリンガー
21 ストリンガーの第1傾斜面
22 ストリンガーの第2傾斜面
30 型材
31a,31b 分割金型
32 バギングフィルム
33 シール材
41 第1傾斜成型面
42 第2傾斜成型面
50 型材
51 下部型枠
51a 底部
51b 両側部
52 上部型枠
52a,52b,52c 分割金型
53 シール材
54 バギングフィルム
E1 低Vf領域
E2 高Vf領域

Claims (5)

  1. 三次元の直交座標系において、XZ面に対してZ軸からY方向に第1傾斜角度をもって傾斜する外板形状となるスキンに接合する複合材の成型方法であって、
    繊維シートを積層した積層体がZ方向において同じ断面形状となるように、前記積層体をX方向及びY方向に曲げて賦形する賦形工程と、
    賦形した前記積層体をZ軸からY方向に形状変化を持つ型材に設置し、樹脂材の充填量を調整しながら、前記積層体に前記樹脂材を含浸させ、硬化後の前記複合材が、前記スキンの外板形状と相補的な形状となるように、XZ面に対してZ軸からY方向に前記第1傾斜角度をもって傾斜する第1傾斜面を有する形状に成型する成型工程と、を備え、
    前記型材は、前記第1傾斜面を成型すると共に前記スキンとの接合面となる第1傾斜成型面と、前記複合材の前記第1傾斜面の反対側の面を前記第1傾斜角度よりも小さい第2傾斜角度となる第2傾斜面に成型する第2傾斜成型面と、を有することを特徴とする複合材の成型方法。
  2. 前記繊維シートは、ドライ状態であることを特徴とする請求項1に記載の複合材の成型方法。
  3. 前記成型工程では、前記第1傾斜面が形成される部位である傾斜部位の繊維含有率が、前記傾斜部位に隣接する部位である隣接部位の繊維含有率に比して小さくなることを特徴とする請求項1または2に記載の複合材の成型方法。
  4. 前記成型工程では、硬化前の前記複合材の板厚に比して、硬化後の前記複合材の板厚が薄くなるように、前記複合材を成型することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の複合材の成型方法。
  5. 前記成型工程では、硬化前の複合材の繊維含有率に比して、硬化後の複合材の繊維含有率の増分が20%以下となるように、前記複合材を成型することを特徴とする請求項4に記載の複合材の成型方法。
JP2015198680A 2015-10-06 2015-10-06 複合材の成形方法 Active JP6581875B2 (ja)

Priority Applications (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015198680A JP6581875B2 (ja) 2015-10-06 2015-10-06 複合材の成形方法
CA2995321A CA2995321C (en) 2015-10-06 2016-12-02 Composite materials molding method, and composite materials
PCT/IB2016/057288 WO2017060892A1 (ja) 2015-10-06 2016-12-02 複合材の成型方法及び複合材
BR112018002808A BR112018002808B8 (pt) 2015-10-06 2016-12-02 Método de moldagem de materiais compósitos e materiais compósitos
RU2018104735A RU2695161C1 (ru) 2015-10-06 2016-12-02 Способ формования композиционных материалов и композиционные материалы
EP16853192.9A EP3321056B1 (en) 2015-10-06 2016-12-02 Composite materials molding method, and composite materials
US15/751,772 US10688736B2 (en) 2015-10-06 2016-12-02 Composite materials molding method, and composite materials
CN201680050925.4A CN108391424B (zh) 2015-10-06 2016-12-02 复合材料的成型方法及复合材料

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015198680A JP6581875B2 (ja) 2015-10-06 2015-10-06 複合材の成形方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017071110A JP2017071110A (ja) 2017-04-13
JP6581875B2 true JP6581875B2 (ja) 2019-09-25

Family

ID=58488158

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015198680A Active JP6581875B2 (ja) 2015-10-06 2015-10-06 複合材の成形方法

Country Status (8)

Country Link
US (1) US10688736B2 (ja)
EP (1) EP3321056B1 (ja)
JP (1) JP6581875B2 (ja)
CN (1) CN108391424B (ja)
BR (1) BR112018002808B8 (ja)
CA (1) CA2995321C (ja)
RU (1) RU2695161C1 (ja)
WO (1) WO2017060892A1 (ja)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140276797A1 (en) 2013-03-15 2014-09-18 GYRUS ACMI, INC., d/b/a Olympus Surgical Technologies America Combination electrosurgical device
JP6719495B2 (ja) * 2018-03-06 2020-07-08 株式会社Subaru プリフォーム賦形方法、複合材成形方法及び複合材
JP7173854B2 (ja) * 2018-12-14 2022-11-16 株式会社Subaru 継手構造
KR102215966B1 (ko) * 2019-08-21 2021-02-16 한국항공우주산업 주식회사 헬리콥터용 에프터 콘 핀 제조 장치
CN112590259B (zh) * 2020-12-10 2023-01-17 中机精密成形产业技术研究院(安徽)股份有限公司 一种复合材料高效成型工艺

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4606961A (en) * 1984-10-09 1986-08-19 The Boeing Company Discretely stiffened composite panel
SU1777297A1 (ru) * 1990-02-12 1997-05-20 Обнинское научно-производственное объединение "Технология" Панель из композиционного материала и способ ее изготовления
JP2576023B2 (ja) * 1993-08-30 1997-01-29 株式会社スリーデイコンポリサーチ 複合材料のための強化用三次元織物及びその製造方法
JP4425424B2 (ja) * 2000-05-01 2010-03-03 本田技研工業株式会社 繊維強化複合材からなるジョグル付き半硬化物品の製造方法、及びそれを用いた予備成形構造体の製造方法
DE102005028765B4 (de) * 2005-06-22 2016-01-21 Airbus Operations Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Verstärkungsprofils
JP4652160B2 (ja) * 2005-07-11 2011-03-16 川崎重工業株式会社 積層複合材の矯正治具、矯正方法、および成形品
US7589143B2 (en) * 2005-09-22 2009-09-15 Gm Global Technology Operations, Inc. Method for reducing cure shrinkage of a thermoset resin
FR2896770B1 (fr) * 2006-01-27 2008-04-11 Eurocopter France Structure composite anti-crash a maintien lateral pour aeronef.
GB0712553D0 (en) * 2007-06-29 2007-08-08 Airbus Uk Ltd Composite panel stiffener
GB0712549D0 (en) * 2007-06-29 2007-08-08 Airbus Uk Ltd Improvements in elongate composite structural members
ITTO20080232A1 (it) * 2008-03-27 2009-09-28 Alenia Aeronautica Spa Procedimento di fabbricazione di un elemento strutturale allungato in materiale composito tramite formatura e cura in autoclave con sacco a vuoto
US9278484B2 (en) 2008-04-17 2016-03-08 The Boeing Company Method and apparatus for producing contoured composite structures and structures produced thereby
DE102008001498B3 (de) * 2008-04-30 2009-08-27 Airbus Deutschland Gmbh Verfahren und Umformvorrichtung zur Herstellung eines Faserverbundbauteils für die Luft- und Raumfahrt
US20100178454A1 (en) * 2008-05-08 2010-07-15 Applus Servicios Tecnologicos S.L. Equipment and method for obtaining profile sections made from composite material and profile section obtained by means of said method
CN102574334B (zh) * 2009-10-16 2015-05-27 东丽株式会社 梁材的制造方法和制造装置
JP5805456B2 (ja) * 2011-08-04 2015-11-04 株式会社ジャムコ 複合材長尺部材用の複合材成形型の製作方法
US9162396B2 (en) * 2012-10-12 2015-10-20 The Boeing Company Method for forming fuselage stringers
JP6239272B2 (ja) * 2013-06-04 2017-11-29 三菱航空機株式会社 繊維強化プラスチック部材の成形方法および成形装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20180257317A1 (en) 2018-09-13
BR112018002808B8 (pt) 2023-03-07
CA2995321A1 (en) 2017-04-13
CN108391424B (zh) 2020-09-25
EP3321056B1 (en) 2020-02-05
BR112018002808B1 (pt) 2022-08-30
CA2995321C (en) 2020-11-17
BR112018002808A2 (ja) 2018-10-02
JP2017071110A (ja) 2017-04-13
EP3321056A4 (en) 2018-08-22
WO2017060892A1 (ja) 2017-04-13
EP3321056A1 (en) 2018-05-16
RU2695161C1 (ru) 2019-07-22
CN108391424A (zh) 2018-08-10
US10688736B2 (en) 2020-06-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6581875B2 (ja) 複合材の成形方法
KR101930112B1 (ko) 복합재 스티프너를 이송하고 배치하여 밀착하기 위한 방법 및 장치
US9284035B2 (en) Composite tubular-reinforced integrated structural panels with mutually intersecting stiffeners and fabrication processes
JP6563284B2 (ja) 繊維強化プラスチック成型品の製造装置及びその製造方法
CN102407937B (zh) 制造具有减小褶皱的高度轮廓变化的复合加强件的方法和设备
JP2001150575A (ja) ハニカムサンドイッチパネルの製造方法
JP6785866B2 (ja) 複合材の成形方法及び複合材の成形用治具
US10195789B2 (en) Composite structure and method for molding composite structure
JP5476916B2 (ja) 繊維強化プラスチックの製造方法
JP2016088090A (ja) 複合積層体を真空成形するための方法、器具、及び装置
CN108290322B (zh) 复合材料的成型方法、复合材料的成型用夹具及复合材料
JP2016107628A (ja) 曲面状サンドイッチ構造体の製造方法
JP7423857B2 (ja) 複合材成形方法
JP2018163979A (ja) 繊維強化複合材料成形体及びその製造方法
WO2015008536A1 (ja) 繊維強化複合材料成形体とその製造方法、及びパネル材
JP2023115678A (ja) 複合材の成形方法及び複合材の成形治具
WO2024048125A1 (ja) 複合材の成形方法及び成形装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180413

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190521

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190718

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190806

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190902

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6581875

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250