專利名稱：復(fù)合材料制構(gòu)造部件的成形方法及復(fù)合材料制構(gòu)造部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及例如如槽形材或角材等那樣地主要用于構(gòu)造部件的復(fù)合材 料制構(gòu)造部件的成形方法以及復(fù)合材料制構(gòu)造部件。
背景技術(shù)：
以往，例如作為飛機，汽車，船舶，火車等的構(gòu)造部件，使用有熱固 化性樹脂復(fù)合材料或熱可塑性樹脂復(fù)合材料等纖維強化樹脂復(fù)合材料。構(gòu) 造部件的制造如下進行，即，通過將平板狀地層積纖維強化樹脂復(fù)合材料
而成的預(yù)浸料(7，/k夕、、)層積件按壓在成形模(成形型)上而進行沖 壓成形，對成形后的預(yù)浸料層積件進行熱壓處理(烘培)。
例如，在特開2000-271949號公報(專利文獻l)中公開有如下技術(shù)， 即，在連續(xù)成形的整個工序中，通過對材料中的纖維持續(xù)施加張力，復(fù)合 材料中的作為加強部件的纖維不會反復(fù)波狀地變形(起褶皺)，能夠直線地 排列。
專利文獻l:(日本)特開2000- 2719"號公報
構(gòu)筑飛機等輕型構(gòu)造物時所使用的復(fù)合材料制構(gòu)造部件、即具有H型 截面或T型截面等的長縱材等不僅為長且大的形狀，而且有的具有非可展 曲面。這樣，若相對于具有非可展曲面的成形模按壓平板狀的預(yù)浸料層積 件而制作成形件，則具有發(fā)生褶皺或龜裂、不能得到優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的問題。
這里所謂的非可展曲面，是指在曲面中具有球面或雙曲面這樣的復(fù)合 曲率的結(jié)構(gòu)，數(shù)學(xué)上通過曲面解析例如求出高斯曲率而求得。
上述問題是由于復(fù)合材料中作為加強部件的纖維的性質(zhì)是不產(chǎn)生塑性 變形而不具有伸縮性而產(chǎn)生的。具體而言，在將預(yù)浸料層積件按壓在成形 模上時，在相對于模形狀而言纖維長度過長時產(chǎn)生褶皺，相對于模形狀而 言纖維長度不足時產(chǎn)生龜裂。
另一方面，預(yù)浸料在與纖維方向不一致的方向上具有伸縮性。對于將 具有這樣性質(zhì)的預(yù)浸料以對應(yīng)各層改變纖維方向的方式進行重合而得到的層積件，要求在必要的方向上具有伸縮性，并且不降低熱壓處理后的最終 產(chǎn)品的強度。
為了解決上述問題，雖然也考慮使用上述專利文獻1公開的技術(shù)，但 在成形模長且大的情況下，幾乎不可能對材料中的纖維持續(xù)施加張力，不 能夠作為有效降低褶皺或龜裂發(fā)生的方法而使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種復(fù)合材料制構(gòu)造部件的成形方法以及復(fù)合 材料制構(gòu)造部件，即使是具有非可展曲面的長大形狀，也能夠抑制纖維褶 皺的發(fā)生。
本發(fā)明的第 一 方面提供一種復(fù)合材料制構(gòu)造部件的成形方法，通過將 平板狀地層積預(yù)浸料而成的預(yù)浸料層積件按壓在成形模上，成形為所希望 的形狀，其中，包括制作工序和按壓工序，在所述制作工序，通過將纖維 取向不同的多個預(yù)浸料平板狀地層積而制作所述成形模用的預(yù)浸料層積 件，在所述按壓工序?qū)⑺鲋谱鞴ば蛑兄谱鞯乃龀尚文Ｓ玫念A(yù)浸料層積 件按壓在所述成形模上，在所述制作工序中，在所述褶皺發(fā)生部位或其附 近沿著有效抑制褶皺發(fā)生的方向?qū)⒗w維取向與褶皺發(fā)生方向 一致或近似的 被關(guān)注預(yù)浸料分割，使用分割后的預(yù)浸料制作所述預(yù)浸料層積件。
根據(jù)這樣的復(fù)合材料制構(gòu)造部件的成形方法，在纖維取向與褶皺發(fā)生 方向一致的預(yù)浸料或預(yù)浸料層積件所使用的預(yù)浸料中，對于纖維取向與上 述褶皺發(fā)生方向最近似的預(yù)浸料，在上述褶皺發(fā)生部位或其附近、在有效 地抑制褶皺發(fā)生的方向上對其進行分割，然后與其他的預(yù)浸料一同被層積。 由此，被分割的預(yù)浸料在分割部位能夠提高預(yù)浸料的伸縮的自由度，因此， 能夠抑制纖維褶皺的發(fā)生。由此，能夠成形褶皺少的復(fù)合材料制構(gòu)造部件。
本發(fā)明第二方面的復(fù)合材料制構(gòu)造部件的成形方法，通過將平板狀地 層積預(yù)浸料而成的預(yù)浸料層積件按壓在成形模上，成形為所希望的形狀， 其中，包括制作工序和按壓工序，在所述制作工序通過將纖維取向不同的 多個預(yù)浸料平板狀地層積而制作所述成形模用的預(yù)浸料層積件，在所述按 壓工序?qū)⑺鲋谱鞴ば蛑兄谱鞯乃龀尚文Ｓ玫念A(yù)浸料層積件按壓在所述 成形模上，在所述制作工序中，對相當于纖維取向與褶皺發(fā)生方向一致或 近似的被關(guān)注預(yù)浸料的褶皺發(fā)生部位或其附近的部位，沿著有效抑制褶皺 發(fā)生的方向部分地切刻切痕，使用切刻切痕后的被關(guān)注預(yù)浸料制作所述預(yù) 浸料層積件。
根據(jù)這樣的復(fù)合材料制構(gòu)造部件的成形方法，在纖維取向與上述褶缺 發(fā)生方向一致預(yù)浸料或預(yù)浸料層積件所使用的預(yù)浸料中，對于纖維取向與 上述褶皺發(fā)生方向最近似的預(yù)浸料，在上述褶皺發(fā)生部位或其附近，在有 效地抑制褶皺發(fā)生的方向上部分地切刻切痕，該切刻切痕后的預(yù)浸料與其 他的預(yù)浸料一同被層積，由此，制作適于成形模的預(yù)浸料層積件。由此， 在切刻切痕后的預(yù)浸料中，在切痕的部位能夠提高預(yù)浸料伸縮的自由度， 因此能夠抑制纖維褶皺的發(fā)生。由此能夠成形褶皺少的復(fù)合材料制構(gòu)造部 件。
在上述復(fù)合材料制構(gòu)造部件的成形方法中，所述有效地抑制褶皺發(fā)生 的方向是指例如與所述褶皺發(fā)生方向大致正交的方向。
根據(jù)這樣的復(fù)合材料制構(gòu)造部件的成形方法，由于僅對纖維取向與褶 皺發(fā)生方向 一致或近似的預(yù)浸料進行分割或切刻切痕，故作用在與褶皺發(fā) 生方向 一致或近似的纖維方向上的、預(yù)浸料內(nèi)的拉伸力或壓縮力能夠被釋 放。由此，能夠有效地降低纖維褶皺的發(fā)生。
本發(fā)明第三方面提供一種復(fù)合材料制構(gòu)造部件，通過將平板狀的預(yù)浸 料層積件按壓在成形模上而成形，其中，構(gòu)成所述預(yù)浸料層積件的預(yù)浸料 的至少一張在預(yù)測發(fā)生褶皺的褶皺發(fā)生部位或其附近被分割。
根據(jù)具有這種構(gòu)成的復(fù)合材料制構(gòu)造部件，通過將構(gòu)成預(yù)浸料層積件 的預(yù)浸料的至少一張在褶皺發(fā)生部位或其附近被分割，在該分割部位切斷 纖維，由此作用在與褶皺發(fā)生方向一致或近似的纖維方向上的、預(yù)浸料內(nèi) 的拉伸力或壓縮力被釋放，預(yù)浸料能夠自由地伸縮。由此，能夠防止褶皺 的發(fā)生，可提供高品質(zhì)的復(fù)合材料制構(gòu)造部件。
本發(fā)明第四方面提供一種復(fù)合材料制構(gòu)造部件，通過將平板狀的預(yù)浸 料層積件按壓在成形模上而成形，其中，在構(gòu)成所述預(yù)浸料層積件的預(yù)浸 料的至少一張中，在褶皺發(fā)生部位或其附近部分地制作切痕。
根據(jù)具有這種構(gòu)成的復(fù)合材料制構(gòu)造部件，對于構(gòu)成預(yù)浸料層積件的 預(yù)浸料的至少一張，在褶皺發(fā)生部位或其附近部分地制作切痕，因此在該 切痕部分纖維被切斷，由此作用于與褶皺發(fā)生方向 一致或近似的纖維方向 上的、預(yù)浸料內(nèi)的拉伸力或壓縮力被釋放，預(yù)浸料能夠自由地伸縮。由此， 能夠防止褶皺的發(fā)生，可提供高品質(zhì)的復(fù)合材料制構(gòu)造部件。
本發(fā)明第五方面的復(fù)合材料制構(gòu)造部件，通過將平板狀的預(yù)浸料層積 件按壓在成形模上而成形，其中，構(gòu)成所述預(yù)浸料層積件的預(yù)浸料的至少 一張在預(yù)測發(fā)生褶皺的褶皺發(fā)生部位或其附近，沿著有效抑制褶鈹發(fā)生的 方向被分割。
本發(fā)明第六方面的復(fù)合材料制構(gòu)造部件，通過將平板狀的預(yù)浸料層積 件按壓在成形模上而成形，其中，在構(gòu)成所述預(yù)浸料層積件的預(yù)浸料的至 少一張中，在預(yù)測發(fā)生褶皺的褶皺發(fā)生部位或其附近，沿著有效抑制褶皺 發(fā)生的方向制作切痕。
根據(jù)本發(fā)明，由于可抑制纖維褶皺的發(fā)生，故而起到可提供高品質(zhì)的 復(fù)合材料制構(gòu)造部件的效果。
另外，如后所述，在利用強度試驗確認分割或部分地切刻切痕而對強 度的影響時，能夠確認纖維褶皺引起的強度降低相當小。因此，根據(jù)本發(fā) 明，起到可抑制成形件強度降低的效果。


圖1是表示將復(fù)合材料制構(gòu)造部件適用于飛機主翼的機翼箱的構(gòu)成例 的立體圖。
圖2是作為復(fù)合材料制構(gòu)造部件的一例表示C槽部件構(gòu)造的剖面圖。 圖3是表示在褶皺發(fā)生部位將纖維取向與褶皺發(fā)生方向一致或近似的
預(yù)浸料分割后的狀態(tài)的圖。
圖4是表示本發(fā)明一實施方式的復(fù)合材料制構(gòu)造部件的成形方法的順 序的流程圖。
圖5是將含有分割后的預(yù)浸料的預(yù)浸料層積件按壓在圖2所示的C槽 部件成形模上的狀態(tài)的圖。
圖6是關(guān)于預(yù)浸料層積件在熱壓處理前的拉伸特性，進行基于有無纖 維分割的特性比較的結(jié)果之一例的圖。
圖7是關(guān)于預(yù)浸料層積件在熱壓處理后的拉伸特性，進行基于有無纖 維分割的特性比較的結(jié)果之一例的圖。
圖8是在纖維取向與褶皺發(fā)生方向一致或近似的預(yù)浸料的褶皺發(fā)生部 位切刻切痕的狀態(tài)的圖。
圖9是表示褶皺發(fā)生部位被特定為寬范圍的區(qū)域時、切痕的切刻方法
的一例的圖。 附圖標記說明
1: H型縱材 2: C槽部件 3:腹板(web) 20:預(yù)浸料層積件
具體實施例方式
以下，基于附圖對本發(fā)明的復(fù)合材料構(gòu)造部件的成形方法及復(fù)合材料 構(gòu)造部件的一實施方式進行說明。
圖1是表示飛機的構(gòu)成主翼的一部分的機翼箱的構(gòu)造例的立體圖。該 機翼箱IO為如下的中空構(gòu)造體，其將多個H形縱材I以及肋材U井字狀 地組合而形成框架，其外側(cè)由外殼12及翼梁13覆蓋。
H型縱材l是在主翼的翼長(長度)方向上延伸的H型截面形狀的復(fù) 合材料如j構(gòu)造部件，例如成為在碳纖維中組合有環(huán)氧樹脂等高分子材料的 碳纖維復(fù)合部件制造。例如圖2所示，該H型縱材1包括如下六個部件， 即兩個C槽部件2，其背靠背接合；兩張板狀梁翼緣部件3，其分別與接 合后的C槽部件2的上下兩面接合；兩個填充物4，埋入在C槽部件2背 靠背的接合部的上下兩端部與梁翼緣部件3之間形成的大致三角形截面形 狀空間。
另外，在圖示的機翼箱10中，外殼12及翼梁13使用碳纖維制復(fù)合部 件，肋材11例如使用鈦合金等，但沒有特別地限定。
上述構(gòu)成H型縱材1的C槽部件2是截面形成大致〕形的長復(fù)合材料 制構(gòu)造部件。以下，作為復(fù)合材料構(gòu)造部件的成形方法的一實施方式，以C 槽部件2的成形為例進行說明。
圖3是表示C槽部件2的成形模的一例的圖。如圖3所示，C槽部件2 的成形模構(gòu)成為具有大致矩形截面形狀的長條部件。本實施方式的復(fù)合材 料制構(gòu)造部件的成形方法如下，即，通過相對該成形模按壓將碳纖維復(fù)合 材料的預(yù)浸料平板狀層積而成的預(yù)浸料層積件，形成C槽部件2。
以下，參照圖4說明本實施方式的復(fù)合材料制造部件的成形方法。首先，圖3所示的C槽部件2對直線狀的槽在周向上賦予曲率，若將
預(yù)浸料層積件按壓在這樣的成形模上，則例如在區(qū)域A產(chǎn)生周向的褶坡。
這樣，在產(chǎn)生褶皺的部位，從構(gòu)成預(yù)浸料層積件的預(yù)浸料中特定纖維
取向與上述褶皺的發(fā)生方向一致或近似的被關(guān)注預(yù)浸料(圖4的步驟SA1 )。 在此，預(yù)浸料層積件例如通過依次層積纖維取向不同的預(yù)浸料而制成。例 如，如纖維取向為0度，45度，90度等這樣地，每隔45度依次且反復(fù)層 積不同的預(yù)浸料，制成預(yù)浸料層積件。
關(guān)于上述被關(guān)注預(yù)浸料的特定，在不存在纖維取向與褶皺的發(fā)生方向 一致的預(yù)浸料時，既可以將纖維取向最近似的預(yù)浸料特定為被關(guān)注預(yù)浸料， 也可以將纖維取向在褶皺發(fā)生方向的前后規(guī)定范圍中的全部預(yù)浸料特定為 被關(guān)注預(yù)浸料。
接著，在與褶皺發(fā)生部位相當?shù)牟课换蚱涓浇刂种岂薨櫚l(fā)生的 方向分割上述被關(guān)注預(yù)浸料(圖4的步驟SA2 )。在此，所謂抑制褶皺的發(fā) 生方向，是指例如與褶皺的發(fā)生方向大致正交的方向。
例如圖3所示，作為褶皺發(fā)生部位、特定區(qū)域A,而在作為褶皺發(fā)生 方向特定周向時，在區(qū)域A的部位分割纖維取向與周向一致或最近似的預(yù) 浸料，與具有其他纖維取向的預(yù)浸料一同層積(圖4的步驟SA3)。結(jié)果， 除了纖維取向與周向一致或近似的預(yù)浸料之外，對于不被分割而如通常那 樣地被層積且纖維取向與周向一致或最近似的預(yù)浸料，以在褶皺發(fā)生部位 被分割的狀態(tài)層積。
這樣，若制作預(yù)浸料層積件，則如圖5所示，通過將該預(yù)浸料層積件 20按壓在成形模上(圖4的步驟SA4)，使其貼在成形模的下面及內(nèi)外兩側(cè) 面而成形成大致〕形截面，制成碳纖維材料制的C槽部件2。
如以上所說明地，根據(jù)本實施方式的復(fù)合材料制構(gòu)造部件的成形方法， 在纖維取向與褶鈹發(fā)生方向一致的預(yù)浸料或預(yù)浸料層積件所使用的預(yù)浸料 中，對于纖維取向與上述褶皺發(fā)生方向最近似的預(yù)浸料，在上述褶皺發(fā)生 部位或其附近，在有效抑制褶皺發(fā)生的方向上被分割，與其他預(yù)浸料一同 被層積。由此，被分割的預(yù)浸料，在分割部位，預(yù)浸料能夠向褶皺發(fā)生方 向自由地伸縮，故而能夠抑制纖維褶皺的發(fā)生。由此，在將該預(yù)浸料層積 件按壓在成形模上而成形時，能夠抑制褶皺的發(fā)生，可得到褶皺少的復(fù)合 材料制構(gòu)造部件。另外，關(guān)于成形所使用的成形卡具等成形裝置中，可適 當采用公知的裝置。
在此，對于熱壓處理前的預(yù)浸料層積件，在圖6中表示將在施加負荷 的方向上取向的纖維分割后的部件用于拉伸試驗的結(jié)果的一例。由結(jié)果可 確認，將纖維分割后的部件在相同應(yīng)力下的變形比不分割纖維的要大，通 過進行負荷方向上的纖維分割，提高層積件的伸縮性。由這樣的結(jié)果可知， 纖維的分割能夠抑制按壓在成形模上時的褶皺的發(fā)生。
同樣地，圖7表示熱壓處理后的預(yù)浸料層積件的拉伸試驗結(jié)果的一例。 由圖6及圖7可確認，在熱壓處理后特性的差極小，纖維的分割不損害成 形件的品質(zhì)并可抑制纖維褶皺的發(fā)生。
另外，在上述實施方式中，通過在褶皺發(fā)生部位分割纖維取向與褶皺 發(fā)生方向一致或最近似的預(yù)浸料，降低了褶皺的發(fā)生，但是可代替分割， 如圖8所示地在褶皺發(fā)生部位沿著抑制褶皺發(fā)生的方向部分地切刻切痕。 在此，抑制褶皺發(fā)生的方向是指例如與褶皺發(fā)生方向大致正交的方向。
這樣，在纖維取向與褶皺發(fā)生方向一致或近似的預(yù)浸料中，相對于褶 皺發(fā)生部位，沿著抑制褶皺發(fā)生的方向部分地切刻切痕，由此，在褶皺發(fā) 生部位，使作用在與褶皺發(fā)生方向 一 致或近似的纖維方向上的預(yù)浸料內(nèi)的 壓縮力釋放并使伸縮的自由度增加，由此，能夠降低纖維褶皺的發(fā)生。另 外，根據(jù)該方法，由于僅切刻切痕，與分割的情況相比可簡化預(yù)浸料層積 件的制作工序。
在上述實施方式中，作為褶皺發(fā)生部位而特定的部位也有不是局部而 是寬范圍的情況。此時，可如圖9所示地在作為褶皺發(fā)生部位被特定的區(qū) 域D內(nèi)，設(shè)定多個以規(guī)定的距離間隔進行分割的部位或切刻切痕的部位C。 即，通過在褶皺發(fā)生部位賦予預(yù)浸料自由伸縮的空間，可抑制褶皺的發(fā)生。
在上述實施方式中，也可將在褶皺發(fā)生部位切刻切痕的應(yīng)對和進行分 割的應(yīng)對進行組合。例如，在作為褶皺發(fā)生部位而特定多個部位時，對于 其中 一部分的部位可以通過分割預(yù)浸料而進4亍應(yīng)對，對于其他部位可通過 在預(yù)浸料切刻切痕而應(yīng)對。另外，作為切痕的范圍，只要例如在不分割預(yù) 浸料的范圍內(nèi)則無特別限定。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合材料制構(gòu)造部件的成形方法，通過將平板狀地層積預(yù)浸料而成的預(yù)浸料層積件按壓在成形模上，成形為所希望的形狀，其中，包括制作工序和按壓工序，在所述制作工序，通過將纖維取向不同的多個預(yù)浸料平板狀地層積而制作所述成形模用的預(yù)浸料層積件，在所述按壓工序，將所述制作工序中制作的所述成形模用的預(yù)浸料層積件按壓在所述成形模上，在所述制作工序中，在褶皺發(fā)生部位或其附近沿著有效抑制褶皺發(fā)生的方向?qū)⒗w維取向與褶皺發(fā)生方向一致或近似的被關(guān)注預(yù)浸料分割，使用分割后的預(yù)浸料制作所述預(yù)浸料層積件。
2. —種復(fù)合材料制構(gòu)造部件的成形方法，通過將平板狀地層積預(yù)浸料 而成的預(yù)浸料層積件按壓在成形模上，成形為所希望的形狀，其中，包括 制作工序和按壓工序，在所述制作工序，通過將纖維取向不同的多個預(yù)浸料平板狀地層積而 制作所述成形模用的預(yù)浸料層積件，在所述按壓工序，將所述制作工序中制作的所述成形模用的預(yù)浸料層 積件按壓在所述成形模上，在所述制作工序中，對與纖維取向與褶皺發(fā)生方向一致或近似的被關(guān) 注預(yù)浸料的褶皺發(fā)生部位或其附近相當?shù)牟课?，沿著有效抑制褶皺發(fā)生的 方向部分地切刻切痕，使用切刻切痕后的被關(guān)注預(yù)浸料制作所述預(yù)浸料層 積件。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合材料制構(gòu)造部件的成形方法，所述有 效地抑制褶皺發(fā)生的方向是指與所述褶皺發(fā)生方向大致正交的方向。
4. 一種復(fù)合材料制構(gòu)造部件，通過將平板狀的預(yù)浸料層積件按壓在成形模上而成形，其中，構(gòu)成所述預(yù)浸料層積件的預(yù)浸料的至少 一 張在預(yù)測發(fā)生褶皺的褶皺發(fā)生部位或其附近被分割。
5. —種復(fù)合材料制構(gòu)造部件，通過將平板狀的預(yù)浸料層積件按壓在成形模上而成形，其中， 在構(gòu)成所迷預(yù)浸料層積件的預(yù)浸料的至少一張中，在預(yù)測發(fā)生褶皺的 褶皺發(fā)生部位或其附近部分地制作切痕。
6. —種復(fù)合材料制構(gòu)造部件，通過將平板狀的預(yù)浸料層積件按壓在成 形模上而成形，其中，構(gòu)成所述預(yù)浸料層積件的預(yù)浸料的至少一張在預(yù)測發(fā)生褶皺的褶皺發(fā) 生部位或其附近，沿著有效抑制褶皺發(fā)生的方向被分割。
7. —種復(fù)合材料制構(gòu)造部件，通過將平板狀的預(yù)浸料層積件按壓在成形模上而成形，其中，在構(gòu)成所述預(yù)浸料層積件的預(yù)浸料的至少一張中，在預(yù)測發(fā)生褶皺的 褶皺發(fā)生部位或其附近，沿著有效抑制褶皺發(fā)生的方向制作切痕。
全文摘要
本發(fā)明提供一種復(fù)合材料制構(gòu)造部件的成形方法以及復(fù)合材料制構(gòu)造部件，例如如槽形材或角材等那樣、主要用于構(gòu)造部件的復(fù)合材料制構(gòu)造部件的成形方法以及復(fù)合材料制構(gòu)造部件，即使是具有非可展曲面的長大形狀，也能夠抑制纖維褶皺的發(fā)生。在將預(yù)浸料層積件按壓在成形模上時，具有制作工序和按壓工序，所述制作工序通過將纖維取向不同的多個預(yù)浸料平板狀地層積，制作成形模用的預(yù)浸料層積件，所述按壓工序?qū)⒃谥谱鞴ば蛑兄谱鞒傻某尚文Ｓ玫念A(yù)浸料層積件按壓在成形模上，在制作工序中，對于纖維取向與褶皺發(fā)生方向一致或近似的被關(guān)注預(yù)浸料，在褶皺發(fā)生部位或其附近沿著有效抑制褶皺發(fā)生的方向分割，使用分割后的預(yù)浸料制作預(yù)浸料層積件。
文檔編號B29C70/06GK101356050SQ20078000145
公開日2009年1月28日 申請日期2007年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月1日
發(fā)明者三浦正美, 江崎浩司, 西山茂, 野中吉紀, 阿部俊夫 申請人:三菱重工業(yè)株式會社