专利名称：复合材料制构造部件的成形方法及复合材料制构造部件的制作方法
技术领域：
本发明涉及例如如槽形材或角材等那样地主要用于构造部件的复合材 料制构造部件的成形方法以及复合材料制构造部件。
背景技术：
以往，例如作为飞机，汽车，船舶，火车等的构造部件，使用有热固 化性树脂复合材料或热可塑性树脂复合材料等纤维强化树脂复合材料。构 造部件的制造如下进行，即，通过将平板状地层积纤维强化树脂复合材料
而成的预浸料(7，/k夕、、)层积件按压在成形模(成形型)上而进行冲 压成形，对成形后的预浸料层积件进行热压处理(烘培)。
例如，在特开2000-271949号公报(专利文献l)中公开有如下技术， 即，在连续成形的整个工序中，通过对材料中的纤维持续施加张力，复合 材料中的作为加强部件的纤维不会反复波状地变形(起褶皱)，能够直线地 排列。
专利文献l:(日本)特开2000- 2719"号公报
构筑飞机等轻型构造物时所使用的复合材料制构造部件、即具有H型 截面或T型截面等的长纵材等不仅为长且大的形状，而且有的具有非可展 曲面。这样，若相对于具有非可展曲面的成形模按压平板状的预浸料层积 件而制作成形件，则具有发生褶皱或龟裂、不能得到优质产品的问题。
这里所谓的非可展曲面，是指在曲面中具有球面或双曲面这样的复合 曲率的结构，数学上通过曲面解析例如求出高斯曲率而求得。
上述问题是由于复合材料中作为加强部件的纤维的性质是不产生塑性 变形而不具有伸缩性而产生的。具体而言，在将预浸料层积件按压在成形 模上时，在相对于模形状而言纤维长度过长时产生褶皱，相对于模形状而 言纤维长度不足时产生龟裂。
另一方面，预浸料在与纤维方向不一致的方向上具有伸缩性。对于将 具有这样性质的预浸料以对应各层改变纤维方向的方式进行重合而得到的层积件，要求在必要的方向上具有伸缩性，并且不降低热压处理后的最终 产品的强度。
为了解决上述问题，虽然也考虑使用上述专利文献1公开的技术，但 在成形模长且大的情况下，几乎不可能对材料中的纤维持续施加张力，不 能够作为有效降低褶皱或龟裂发生的方法而使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合材料制构造部件的成形方法以及复合 材料制构造部件，即使是具有非可展曲面的长大形状，也能够抑制纤维褶 皱的发生。
本发明的第 一 方面提供一种复合材料制构造部件的成形方法，通过将 平板状地层积预浸料而成的预浸料层积件按压在成形模上，成形为所希望 的形状，其中，包括制作工序和按压工序，在所述制作工序，通过将纤维 取向不同的多个预浸料平板状地层积而制作所述成形模用的预浸料层积 件，在所述按压工序将所述制作工序中制作的所述成形模用的预浸料层积 件按压在所述成形模上，在所述制作工序中，在所述褶皱发生部位或其附 近沿着有效抑制褶皱发生的方向将纤维取向与褶皱发生方向 一致或近似的 被关注预浸料分割，使用分割后的预浸料制作所述预浸料层积件。
根据这样的复合材料制构造部件的成形方法，在纤维取向与褶皱发生 方向一致的预浸料或预浸料层积件所使用的预浸料中，对于纤维取向与上 述褶皱发生方向最近似的预浸料，在上述褶皱发生部位或其附近、在有效 地抑制褶皱发生的方向上对其进行分割，然后与其他的预浸料一同被层积。 由此，被分割的预浸料在分割部位能够提高预浸料的伸缩的自由度，因此， 能够抑制纤维褶皱的发生。由此，能够成形褶皱少的复合材料制构造部件。
本发明第二方面的复合材料制构造部件的成形方法，通过将平板状地 层积预浸料而成的预浸料层积件按压在成形模上，成形为所希望的形状， 其中，包括制作工序和按压工序，在所述制作工序通过将纤维取向不同的 多个预浸料平板状地层积而制作所述成形模用的预浸料层积件，在所述按 压工序将所述制作工序中制作的所述成形模用的预浸料层积件按压在所述 成形模上，在所述制作工序中，对相当于纤维取向与褶皱发生方向一致或 近似的被关注预浸料的褶皱发生部位或其附近的部位，沿着有效抑制褶皱 发生的方向部分地切刻切痕，使用切刻切痕后的被关注预浸料制作所述预 浸料层积件。
根据这样的复合材料制构造部件的成形方法，在纤维取向与上述褶缺 发生方向一致预浸料或预浸料层积件所使用的预浸料中，对于纤维取向与 上述褶皱发生方向最近似的预浸料，在上述褶皱发生部位或其附近，在有 效地抑制褶皱发生的方向上部分地切刻切痕，该切刻切痕后的预浸料与其 他的预浸料一同被层积，由此，制作适于成形模的预浸料层积件。由此， 在切刻切痕后的预浸料中，在切痕的部位能够提高预浸料伸缩的自由度， 因此能够抑制纤维褶皱的发生。由此能够成形褶皱少的复合材料制构造部 件。
在上述复合材料制构造部件的成形方法中，所述有效地抑制褶皱发生 的方向是指例如与所述褶皱发生方向大致正交的方向。
根据这样的复合材料制构造部件的成形方法，由于仅对纤维取向与褶 皱发生方向 一致或近似的预浸料进行分割或切刻切痕，故作用在与褶皱发 生方向 一致或近似的纤维方向上的、预浸料内的拉伸力或压缩力能够被释 放。由此，能够有效地降低纤维褶皱的发生。
本发明第三方面提供一种复合材料制构造部件，通过将平板状的预浸 料层积件按压在成形模上而成形，其中，构成所述预浸料层积件的预浸料 的至少一张在预测发生褶皱的褶皱发生部位或其附近被分割。
根据具有这种构成的复合材料制构造部件，通过将构成预浸料层积件 的预浸料的至少一张在褶皱发生部位或其附近被分割，在该分割部位切断 纤维，由此作用在与褶皱发生方向一致或近似的纤维方向上的、预浸料内 的拉伸力或压缩力被释放，预浸料能够自由地伸缩。由此，能够防止褶皱 的发生，可提供高品质的复合材料制构造部件。
本发明第四方面提供一种复合材料制构造部件，通过将平板状的预浸 料层积件按压在成形模上而成形，其中，在构成所述预浸料层积件的预浸 料的至少一张中，在褶皱发生部位或其附近部分地制作切痕。
根据具有这种构成的复合材料制构造部件，对于构成预浸料层积件的 预浸料的至少一张，在褶皱发生部位或其附近部分地制作切痕，因此在该 切痕部分纤维被切断，由此作用于与褶皱发生方向 一致或近似的纤维方向 上的、预浸料内的拉伸力或压缩力被释放，预浸料能够自由地伸缩。由此， 能够防止褶皱的发生，可提供高品质的复合材料制构造部件。
本发明第五方面的复合材料制构造部件，通过将平板状的预浸料层积 件按压在成形模上而成形，其中，构成所述预浸料层积件的预浸料的至少 一张在预测发生褶皱的褶皱发生部位或其附近，沿着有效抑制褶铍发生的 方向被分割。
本发明第六方面的复合材料制构造部件，通过将平板状的预浸料层积 件按压在成形模上而成形，其中，在构成所述预浸料层积件的预浸料的至 少一张中，在预测发生褶皱的褶皱发生部位或其附近，沿着有效抑制褶皱 发生的方向制作切痕。
根据本发明，由于可抑制纤维褶皱的发生，故而起到可提供高品质的 复合材料制构造部件的效果。
另外，如后所述，在利用强度试验确认分割或部分地切刻切痕而对强 度的影响时，能够确认纤维褶皱引起的强度降低相当小。因此，根据本发 明，起到可抑制成形件强度降低的效果。
图1是表示将复合材料制构造部件适用于飞机主翼的机翼箱的构成例 的立体图。
图2是作为复合材料制构造部件的一例表示C槽部件构造的剖面图。 图3是表示在褶皱发生部位将纤维取向与褶皱发生方向一致或近似的
预浸料分割后的状态的图。
图4是表示本发明一实施方式的复合材料制构造部件的成形方法的顺 序的流程图。
图5是将含有分割后的预浸料的预浸料层积件按压在图2所示的C槽 部件成形模上的状态的图。
图6是关于预浸料层积件在热压处理前的拉伸特性，进行基于有无纤 维分割的特性比较的结果之一例的图。
图7是关于预浸料层积件在热压处理后的拉伸特性，进行基于有无纤 维分割的特性比较的结果之一例的图。
图8是在纤维取向与褶皱发生方向一致或近似的预浸料的褶皱发生部 位切刻切痕的状态的图。
图9是表示褶皱发生部位被特定为宽范围的区域时、切痕的切刻方法
的一例的图。 附图标记说明
1: H型纵材 2: C槽部件 3:腹板(web) 20:预浸料层积件
具体实施例方式
以下，基于附图对本发明的复合材料构造部件的成形方法及复合材料 构造部件的一实施方式进行说明。
图1是表示飞机的构成主翼的一部分的机翼箱的构造例的立体图。该 机翼箱IO为如下的中空构造体，其将多个H形纵材I以及肋材U井字状 地组合而形成框架，其外侧由外壳12及翼梁13覆盖。
H型纵材l是在主翼的翼长(长度)方向上延伸的H型截面形状的复 合材料如j构造部件，例如成为在碳纤维中组合有环氧树脂等高分子材料的 碳纤维复合部件制造。例如图2所示，该H型纵材1包括如下六个部件， 即两个C槽部件2，其背靠背接合；两张板状梁翼缘部件3，其分别与接 合后的C槽部件2的上下两面接合；两个填充物4，埋入在C槽部件2背 靠背的接合部的上下两端部与梁翼缘部件3之间形成的大致三角形截面形 状空间。
另外，在图示的机翼箱10中，外壳12及翼梁13使用碳纤维制复合部 件，肋材11例如使用钛合金等，但没有特别地限定。
上述构成H型纵材1的C槽部件2是截面形成大致〕形的长复合材料 制构造部件。以下，作为复合材料构造部件的成形方法的一实施方式，以C 槽部件2的成形为例进行说明。
图3是表示C槽部件2的成形模的一例的图。如图3所示，C槽部件2 的成形模构成为具有大致矩形截面形状的长条部件。本实施方式的复合材 料制构造部件的成形方法如下，即，通过相对该成形模按压将碳纤维复合 材料的预浸料平板状层积而成的预浸料层积件，形成C槽部件2。
以下，参照图4说明本实施方式的复合材料制造部件的成形方法。首先，图3所示的C槽部件2对直线状的槽在周向上赋予曲率，若将
预浸料层积件按压在这样的成形模上，则例如在区域A产生周向的褶坡。
这样，在产生褶皱的部位，从构成预浸料层积件的预浸料中特定纤维
取向与上述褶皱的发生方向一致或近似的被关注预浸料(图4的步骤SA1 )。 在此，预浸料层积件例如通过依次层积纤维取向不同的预浸料而制成。例 如，如纤维取向为0度，45度，90度等这样地，每隔45度依次且反复层 积不同的预浸料，制成预浸料层积件。
关于上述被关注预浸料的特定，在不存在纤维取向与褶皱的发生方向 一致的预浸料时，既可以将纤维取向最近似的预浸料特定为被关注预浸料， 也可以将纤维取向在褶皱发生方向的前后规定范围中的全部预浸料特定为 被关注预浸料。
接着，在与褶皱发生部位相当的部位或其附近，沿着抑制褶皱发生的 方向分割上述被关注预浸料(图4的步骤SA2 )。在此，所谓抑制褶皱的发 生方向，是指例如与褶皱的发生方向大致正交的方向。
例如图3所示，作为褶皱发生部位、特定区域A,而在作为褶皱发生 方向特定周向时，在区域A的部位分割纤维取向与周向一致或最近似的预 浸料，与具有其他纤维取向的预浸料一同层积(图4的步骤SA3)。结果， 除了纤维取向与周向一致或近似的预浸料之外，对于不被分割而如通常那 样地被层积且纤维取向与周向一致或最近似的预浸料，以在褶皱发生部位 被分割的状态层积。
这样，若制作预浸料层积件，则如图5所示，通过将该预浸料层积件 20按压在成形模上(图4的步骤SA4)，使其贴在成形模的下面及内外两侧 面而成形成大致〕形截面，制成碳纤维材料制的C槽部件2。
如以上所说明地，根据本实施方式的复合材料制构造部件的成形方法， 在纤维取向与褶铍发生方向一致的预浸料或预浸料层积件所使用的预浸料 中，对于纤维取向与上述褶皱发生方向最近似的预浸料，在上述褶皱发生 部位或其附近，在有效抑制褶皱发生的方向上被分割，与其他预浸料一同 被层积。由此，被分割的预浸料，在分割部位，预浸料能够向褶皱发生方 向自由地伸缩，故而能够抑制纤维褶皱的发生。由此，在将该预浸料层积 件按压在成形模上而成形时，能够抑制褶皱的发生，可得到褶皱少的复合 材料制构造部件。另外，关于成形所使用的成形卡具等成形装置中，可适 当采用公知的装置。
在此，对于热压处理前的预浸料层积件，在图6中表示将在施加负荷 的方向上取向的纤维分割后的部件用于拉伸试验的结果的一例。由结果可 确认，将纤维分割后的部件在相同应力下的变形比不分割纤维的要大，通 过进行负荷方向上的纤维分割，提高层积件的伸缩性。由这样的结果可知， 纤维的分割能够抑制按压在成形模上时的褶皱的发生。
同样地，图7表示热压处理后的预浸料层积件的拉伸试验结果的一例。 由图6及图7可确认，在热压处理后特性的差极小，纤维的分割不损害成 形件的品质并可抑制纤维褶皱的发生。
另外，在上述实施方式中，通过在褶皱发生部位分割纤维取向与褶皱 发生方向一致或最近似的预浸料，降低了褶皱的发生，但是可代替分割， 如图8所示地在褶皱发生部位沿着抑制褶皱发生的方向部分地切刻切痕。 在此，抑制褶皱发生的方向是指例如与褶皱发生方向大致正交的方向。
这样，在纤维取向与褶皱发生方向一致或近似的预浸料中，相对于褶 皱发生部位，沿着抑制褶皱发生的方向部分地切刻切痕，由此，在褶皱发 生部位，使作用在与褶皱发生方向 一 致或近似的纤维方向上的预浸料内的 压缩力释放并使伸缩的自由度增加，由此，能够降低纤维褶皱的发生。另 外，根据该方法，由于仅切刻切痕，与分割的情况相比可简化预浸料层积 件的制作工序。
在上述实施方式中，作为褶皱发生部位而特定的部位也有不是局部而 是宽范围的情况。此时，可如图9所示地在作为褶皱发生部位被特定的区 域D内，设定多个以规定的距离间隔进行分割的部位或切刻切痕的部位C。 即，通过在褶皱发生部位赋予预浸料自由伸缩的空间，可抑制褶皱的发生。
在上述实施方式中，也可将在褶皱发生部位切刻切痕的应对和进行分 割的应对进行组合。例如，在作为褶皱发生部位而特定多个部位时，对于 其中 一部分的部位可以通过分割预浸料而进4亍应对，对于其他部位可通过 在预浸料切刻切痕而应对。另外，作为切痕的范围，只要例如在不分割预 浸料的范围内则无特别限定。
权利要求
1.一种复合材料制构造部件的成形方法，通过将平板状地层积预浸料而成的预浸料层积件按压在成形模上，成形为所希望的形状，其中，包括制作工序和按压工序，在所述制作工序，通过将纤维取向不同的多个预浸料平板状地层积而制作所述成形模用的预浸料层积件，在所述按压工序，将所述制作工序中制作的所述成形模用的预浸料层积件按压在所述成形模上，在所述制作工序中，在褶皱发生部位或其附近沿着有效抑制褶皱发生的方向将纤维取向与褶皱发生方向一致或近似的被关注预浸料分割，使用分割后的预浸料制作所述预浸料层积件。
2. —种复合材料制构造部件的成形方法，通过将平板状地层积预浸料 而成的预浸料层积件按压在成形模上，成形为所希望的形状，其中，包括 制作工序和按压工序，在所述制作工序，通过将纤维取向不同的多个预浸料平板状地层积而 制作所述成形模用的预浸料层积件，在所述按压工序，将所述制作工序中制作的所述成形模用的预浸料层 积件按压在所述成形模上，在所述制作工序中，对与纤维取向与褶皱发生方向一致或近似的被关 注预浸料的褶皱发生部位或其附近相当的部位，沿着有效抑制褶皱发生的 方向部分地切刻切痕，使用切刻切痕后的被关注预浸料制作所述预浸料层 积件。
3. 如权利要求1或2所述的复合材料制构造部件的成形方法，所述有 效地抑制褶皱发生的方向是指与所述褶皱发生方向大致正交的方向。
4. 一种复合材料制构造部件，通过将平板状的预浸料层积件按压在成形模上而成形，其中，构成所述预浸料层积件的预浸料的至少 一 张在预测发生褶皱的褶皱发生部位或其附近被分割。
5. —种复合材料制构造部件，通过将平板状的预浸料层积件按压在成形模上而成形，其中， 在构成所迷预浸料层积件的预浸料的至少一张中，在预测发生褶皱的 褶皱发生部位或其附近部分地制作切痕。
6. —种复合材料制构造部件，通过将平板状的预浸料层积件按压在成 形模上而成形，其中，构成所述预浸料层积件的预浸料的至少一张在预测发生褶皱的褶皱发 生部位或其附近，沿着有效抑制褶皱发生的方向被分割。
7. —种复合材料制构造部件，通过将平板状的预浸料层积件按压在成形模上而成形，其中，在构成所述预浸料层积件的预浸料的至少一张中，在预测发生褶皱的 褶皱发生部位或其附近，沿着有效抑制褶皱发生的方向制作切痕。
全文摘要
本发明提供一种复合材料制构造部件的成形方法以及复合材料制构造部件，例如如槽形材或角材等那样、主要用于构造部件的复合材料制构造部件的成形方法以及复合材料制构造部件，即使是具有非可展曲面的长大形状，也能够抑制纤维褶皱的发生。在将预浸料层积件按压在成形模上时，具有制作工序和按压工序，所述制作工序通过将纤维取向不同的多个预浸料平板状地层积，制作成形模用的预浸料层积件，所述按压工序将在制作工序中制作成的成形模用的预浸料层积件按压在成形模上，在制作工序中，对于纤维取向与褶皱发生方向一致或近似的被关注预浸料，在褶皱发生部位或其附近沿着有效抑制褶皱发生的方向分割，使用分割后的预浸料制作预浸料层积件。
文档编号B29C70/06GK101356050SQ20078000145
公开日2009年1月28日 申请日期2007年4月27日 优先权日2006年5月1日
发明者三浦正美, 江崎浩司, 西山茂, 野中吉纪, 阿部俊夫 申请人:三菱重工业株式会社