JPH07102609B2 - 繊維強化複合材の成形方法 - Google Patents
繊維強化複合材の成形方法Info
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- JPH07102609B2 JPH07102609B2 JP3201991A JP20199191A JPH07102609B2 JP H07102609 B2 JPH07102609 B2 JP H07102609B2 JP 3201991 A JP3201991 A JP 3201991A JP 20199191 A JP20199191 A JP 20199191A JP H07102609 B2 JPH07102609 B2 JP H07102609B2
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- 238000000465 moulding Methods 0.000 title claims description 36
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Classifications
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C53/00—Shaping by bending, folding, twisting, straightening or flattening; Apparatus therefor
- B29C53/02—Bending or folding
- B29C53/04—Bending or folding of plates or sheets
-
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- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29K—INDEXING 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
- B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
- B29K2105/06—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
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- Shaping Of Tube Ends By Bending Or Straightening (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、繊維強化複合材から構
造用部材等を製作する繊維強化複合材の成形方法に関す
る。
造用部材等を製作する繊維強化複合材の成形方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】航空機、車両等の構造用部材は、耐衝撃
性や靱性が高く、且つ軽量であることが望まれる。又、
特に超音速航空機では、超音速時の空力加熱に耐える耐
熱性（例えば１８５°Ｃ以上）が要求される。このよう
な目的に用いる一次構造用材料としては、繊維強化複合
材が適している。その中でも特に、熱可塑性複合材は、
図６及び図７に示すように、耐衝撃性及び靱性に優れて
いる。
性や靱性が高く、且つ軽量であることが望まれる。又、
特に超音速航空機では、超音速時の空力加熱に耐える耐
熱性（例えば１８５°Ｃ以上）が要求される。このよう
な目的に用いる一次構造用材料としては、繊維強化複合
材が適している。その中でも特に、熱可塑性複合材は、
図６及び図７に示すように、耐衝撃性及び靱性に優れて
いる。
【０００３】このような繊維強化複合材の成形法として
は、従来、マッチドダイプレス成形法、ダイヤフラム成
形法、プルトルージョン成形法、オートクレーブ成形法
等が公知である。
は、従来、マッチドダイプレス成形法、ダイヤフラム成
形法、プルトルージョン成形法、オートクレーブ成形法
等が公知である。
【０００４】しかしながら、マッチドダイプレス成形法
は、高精度な成形品が得られるが、装置の関係上大型部
品には不適であり、又両面型が要求されるため治具コス
トも高くなる。ダイヤフラム成形法は複雑形状の深絞り
成形品を容易に得られる利点があるが、上記と同様大型
部品には適さない。プルトルージョン成形法は、長尺部
品を連続的に効率よく成形可能であるが、断面や板厚の
変化に対応できないという問題がある。又、オートクレ
ーブ成形法は、成形可能な形状自由度が大きく大型部品
にも対応可能であるが、昇温及び冷却時間が長く生産性
に劣り、高温高圧の大型オートクレーブ装置を必要と
し、又成形型上に繊維強化複合材素材を一層ずつ積層す
る作業が必要なため生産コストが高くなるという問題が
ある。特に素材のタック性、ドレープ性の乏しい熱可塑
性複合材の場合は、成形型形状に合わせて積層する作業
は非常に困難である。
は、高精度な成形品が得られるが、装置の関係上大型部
品には不適であり、又両面型が要求されるため治具コス
トも高くなる。ダイヤフラム成形法は複雑形状の深絞り
成形品を容易に得られる利点があるが、上記と同様大型
部品には適さない。プルトルージョン成形法は、長尺部
品を連続的に効率よく成形可能であるが、断面や板厚の
変化に対応できないという問題がある。又、オートクレ
ーブ成形法は、成形可能な形状自由度が大きく大型部品
にも対応可能であるが、昇温及び冷却時間が長く生産性
に劣り、高温高圧の大型オートクレーブ装置を必要と
し、又成形型上に繊維強化複合材素材を一層ずつ積層す
る作業が必要なため生産コストが高くなるという問題が
ある。特に素材のタック性、ドレープ性の乏しい熱可塑
性複合材の場合は、成形型形状に合わせて積層する作業
は非常に困難である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は従来技術に於
ける上記問題を解決し、簡単な装置で能率良く大型部品
の製作が可能で、断面形状や板厚の変化にも対応できる
繊維強化複合材の成形方法を提供することを課題とす
る。
ける上記問題を解決し、簡単な装置で能率良く大型部品
の製作が可能で、断面形状や板厚の変化にも対応できる
繊維強化複合材の成形方法を提供することを課題とす
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、（ａ）多層に積層された平板状の繊維強化
熱可塑性複合材の表面をダイヤフラム材により該ダイヤ
フラム材が板材の両端から張り出すように覆う工程、
（ｂ）該覆ったものを所定の形状に曲げるための成形型
の上に設置して成形温度まで加熱する工程、（ｃ）前記
ダイヤフラム材のうち前記複合材の両端から張り出して
いる部分を挟持して曲げようとする方向に力を加える工
程、を順次有することを特徴とする。
するために、（ａ）多層に積層された平板状の繊維強化
熱可塑性複合材の表面をダイヤフラム材により該ダイヤ
フラム材が板材の両端から張り出すように覆う工程、
（ｂ）該覆ったものを所定の形状に曲げるための成形型
の上に設置して成形温度まで加熱する工程、（ｃ）前記
ダイヤフラム材のうち前記複合材の両端から張り出して
いる部分を挟持して曲げようとする方向に力を加える工
程、を順次有することを特徴とする。
【０００７】
【作用】繊維強化複合材の板材は、炭素繊維、ガラス繊
維等の繊維に樹脂を含浸させ、これを積層したものであ
る。このため、材料を加熱してその両端部を把持して曲
げるという方法により曲げ加工を行うと、繊維が切断し
たり、繊維層に乱れを生じて強靱で高品質の製品に成形
することができないという問題がある。本発明によれ
ば、ダイヤフラム材のうち複合材の両端から張り出して
いる部分を挟持して曲げようとする方向に力を加えるの
で、繊維層のうち曲率の大きい方のものがダイヤフラム
材により引っ張り方向に摩擦力を受けることにより、繊
維層が伸ばされつつそれぞれの繊維の曲率通りに曲げら
れ、繊維に曲げによる乱れが生じない。又、成形型の端
部の曲げ部に曲げモーメントをかけるための荷重が、ダ
イヤフラム材の平坦面により熱可塑性複合材の端部近傍
に良好な分布荷重としてかかることになるため、材料の
荷重下の部分を局部的に変形させず、ダイヤフラム材は
成形型の曲率に沿って繊維層に乱れのない状態で曲げら
れる。
維等の繊維に樹脂を含浸させ、これを積層したものであ
る。このため、材料を加熱してその両端部を把持して曲
げるという方法により曲げ加工を行うと、繊維が切断し
たり、繊維層に乱れを生じて強靱で高品質の製品に成形
することができないという問題がある。本発明によれ
ば、ダイヤフラム材のうち複合材の両端から張り出して
いる部分を挟持して曲げようとする方向に力を加えるの
で、繊維層のうち曲率の大きい方のものがダイヤフラム
材により引っ張り方向に摩擦力を受けることにより、繊
維層が伸ばされつつそれぞれの繊維の曲率通りに曲げら
れ、繊維に曲げによる乱れが生じない。又、成形型の端
部の曲げ部に曲げモーメントをかけるための荷重が、ダ
イヤフラム材の平坦面により熱可塑性複合材の端部近傍
に良好な分布荷重としてかかることになるため、材料の
荷重下の部分を局部的に変形させず、ダイヤフラム材は
成形型の曲率に沿って繊維層に乱れのない状態で曲げら
れる。
【０００８】
【実施例】図１は実施例の繊維強化複合材の成形方法を
説明するための図である。この成形方法は、（ａ）多層
に積層された平板状の繊維強化複合材の一例である熱可
塑性複合材平板１の表面をダイヤフラム材としての超塑
性シート２（通常アルミニゥムシート）によりその両端
部が平板１の両端から張り出すように覆う工程、（ｂ）
その覆ったものを所定の形状に曲げるための成形型であ
る成形治具３の上に設置してヒータ４、５、６、７によ
り成形温度まで加熱する工程、（ｃ）ヒータ５、７を下
方へ移動し、超塑性シート２のうち熱可塑性複合材平板
１の両端から張り出している部分２ａ、２ｂをクランプ
８、９により挟持して矢印Ａ、Ｂに示すように曲げよう
とする方向に力を加える工程、を順次有する。この場
合、曲げ方向に力を加えるときには、クランプ８、９で
超塑性シート２を互に反対方向に引っ張るようにするの
が良い。
説明するための図である。この成形方法は、（ａ）多層
に積層された平板状の繊維強化複合材の一例である熱可
塑性複合材平板１の表面をダイヤフラム材としての超塑
性シート２（通常アルミニゥムシート）によりその両端
部が平板１の両端から張り出すように覆う工程、（ｂ）
その覆ったものを所定の形状に曲げるための成形型であ
る成形治具３の上に設置してヒータ４、５、６、７によ
り成形温度まで加熱する工程、（ｃ）ヒータ５、７を下
方へ移動し、超塑性シート２のうち熱可塑性複合材平板
１の両端から張り出している部分２ａ、２ｂをクランプ
８、９により挟持して矢印Ａ、Ｂに示すように曲げよう
とする方向に力を加える工程、を順次有する。この場
合、曲げ方向に力を加えるときには、クランプ８、９で
超塑性シート２を互に反対方向に引っ張るようにするの
が良い。
【０００９】上記工程において、成形温度は、繊維強化
複合材が軟化する温度であり、熱可塑性複合材では約４
００°Ｃ、熱硬化性複合材料では約８０°〜１００°Ｃ
である。又、超塑性シートは高温で伸びる性質のもので
あり、引っ張りつつ曲げられることにより複合材の曲率
の大きい側に沿い、これに分布荷重として曲げ力を加え
る。
複合材が軟化する温度であり、熱可塑性複合材では約４
００°Ｃ、熱硬化性複合材料では約８０°〜１００°Ｃ
である。又、超塑性シートは高温で伸びる性質のもので
あり、引っ張りつつ曲げられることにより複合材の曲率
の大きい側に沿い、これに分布荷重として曲げ力を加え
る。
【００１０】図２は、熱可塑性複合材が最終的にチャン
ネル材１０として成形された状態を示す。無論、アング
ル材等成形型によってその他の形状にすることも容易に
出来る。
ネル材１０として成形された状態を示す。無論、アング
ル材等成形型によってその他の形状にすることも容易に
出来る。
【００１１】熱可塑性複合材は繊維層を有し、曲げ部で
は各繊維の曲率がそれぞれ異なってくるが、このような
成形方法を用いれば、繊維は外層から加圧されてそれぞ
れの曲率に従って各繊維層間でずれて曲げられ、乱され
ることがない。又、オートクレーブやホットプレス等を
用いないため、廉価な装置治具費で、成形時間の短縮が
図られ、断面や板厚の変化にも容易に対応可能で、更に
成形治具における急速加熱、冷却も可能となる。又、成
形型にそって一層ずつ素材を積層する作業が不要となる
ため、成形コストの削減が可能となり、前述のようにこ
うした積層作業が困難な熱可塑性複合材の成形にも容易
に対応できる。
は各繊維の曲率がそれぞれ異なってくるが、このような
成形方法を用いれば、繊維は外層から加圧されてそれぞ
れの曲率に従って各繊維層間でずれて曲げられ、乱され
ることがない。又、オートクレーブやホットプレス等を
用いないため、廉価な装置治具費で、成形時間の短縮が
図られ、断面や板厚の変化にも容易に対応可能で、更に
成形治具における急速加熱、冷却も可能となる。又、成
形型にそって一層ずつ素材を積層する作業が不要となる
ため、成形コストの削減が可能となり、前述のようにこ
うした積層作業が困難な熱可塑性複合材の成形にも容易
に対応できる。
【００１２】なお、図３乃至図５に示す如く、このよう
にして成形したチャンネル材１０と、コーナーフィラー
１１及び板材１２とを組み合わせ接合してＩ型材１３を
作ったり、更に大きな板材１４と組み合わせて構造物の
大型スキンパネル１５（例えば幅１ｍｘ長さ１．５ｍ）
を製造することも容易である。
にして成形したチャンネル材１０と、コーナーフィラー
１１及び板材１２とを組み合わせ接合してＩ型材１３を
作ったり、更に大きな板材１４と組み合わせて構造物の
大型スキンパネル１５（例えば幅１ｍｘ長さ１．５ｍ）
を製造することも容易である。
【００１３】
【発明の効果】以上の如く本発明によれば、繊維層が伸
ばされつつ曲げられるので、繊維に曲げによる乱れが生
じない。又、繊維自体を把握することなく、曲げるため
の荷重が、ダイヤフラム材の平坦面により熱可塑性複合
材の端部近傍に良好な分布荷重としてかかることになる
ため、材料の荷重下の部分を局部的に変形させず、ダイ
ヤフラム材は成形型の曲率に沿って繊維層に乱れのない
状態で曲げられる。又、オートクレーブやホットプレス
等を用いないため、廉価な治具費で、成形時間の短縮が
図られ、断面や板厚の変化にも容易に対応可能で、更に
成形治具における急速加熱、冷却も可能となる。又、従
来の如く繊維層を人手により１枚づつ伸ばしつつ曲げ
て、成形型に貼りつけていく必要がないので、作業能率
を大幅に改善される。
ばされつつ曲げられるので、繊維に曲げによる乱れが生
じない。又、繊維自体を把握することなく、曲げるため
の荷重が、ダイヤフラム材の平坦面により熱可塑性複合
材の端部近傍に良好な分布荷重としてかかることになる
ため、材料の荷重下の部分を局部的に変形させず、ダイ
ヤフラム材は成形型の曲率に沿って繊維層に乱れのない
状態で曲げられる。又、オートクレーブやホットプレス
等を用いないため、廉価な治具費で、成形時間の短縮が
図られ、断面や板厚の変化にも容易に対応可能で、更に
成形治具における急速加熱、冷却も可能となる。又、従
来の如く繊維層を人手により１枚づつ伸ばしつつ曲げ
て、成形型に貼りつけていく必要がないので、作業能率
を大幅に改善される。
【図１】実施例の繊維強化複合材の成形方法の説明図で
ある。
ある。
【図２】実施例の繊維強化複合材の成形方法の説明図
で、成形された状態を示す。
で、成形された状態を示す。
【図３】上記成形されたチヤンネル材を用いてＩ型材を
製造する状態を示す説明図である。
製造する状態を示す説明図である。
【図４】上記Ｉ型材の斜視図である。
【図５】上記成形されたチヤンネル材を用いて製造した
スキンパネルの斜視図である。
スキンパネルの斜視図である。
【図６】熱可塑性複合材と熱硬化性複合材の衝撃負荷後
の圧縮強度を比較して示すグラフである。
の圧縮強度を比較して示すグラフである。
【図７】熱可塑性複合材と熱硬化性複合材のモード１層
間破壊靱性値を比較して示すグラフである。
間破壊靱性値を比較して示すグラフである。
１ 熱可塑性複合材（繊維強化複合材） ２ 超塑性シート（ダイヤフラム材） ２ａ 張出部 ２ｂ 張出部 ３ 成形治具（成形型）
Claims (1)
- 【請求項１】 （ａ）多層に積層された平板状の繊維強
化熱可塑性複合材の表面をダイヤフラム材により該ダイ
ヤフラム材が板材の両端から張り出すように覆う工程、
（ｂ）該覆ったものを所定の形状に曲げるための成形型
の上に設置して成形温度まで加熱する工程、（ｃ）前記
ダイヤフラム材のうち前記複合材の両端から張り出して
いる部分を挟持して曲げようとする方向に力を加える工
程、を順次有することを特徴とする繊維強化複合材の成
形方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3201991A JPH07102609B2 (ja) | 1991-08-12 | 1991-08-12 | 繊維強化複合材の成形方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3201991A JPH07102609B2 (ja) | 1991-08-12 | 1991-08-12 | 繊維強化複合材の成形方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0542590A JPH0542590A (ja) | 1993-02-23 |
| JPH07102609B2 true JPH07102609B2 (ja) | 1995-11-08 |
Family
ID=16450135
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3201991A Expired - Lifetime JPH07102609B2 (ja) | 1991-08-12 | 1991-08-12 | 繊維強化複合材の成形方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07102609B2 (ja) |
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| GB0712552D0 (en) | 2007-06-29 | 2007-08-08 | Airbus Uk Ltd | Elongate composite structural members and improvements therein |
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| GB0813161D0 (en) | 2008-07-18 | 2008-08-27 | Airbus Uk Ltd | Ramped stiffener and apparatus and method for forming the same |
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-
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- 1991-08-12 JP JP3201991A patent/JPH07102609B2/ja not_active Expired - Lifetime
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