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技術 床又は壁装部品用の複合パネル及びそのようなパネルの製造方法

出願人 ルストラティフィース
発明者 ルレイ、ロイックバクレ、ローランスカネッティ、ジュリアン
出願日 2014年6月4日 (6年6ヶ月経過) 出願番号 2016-517720
公開日 2016年7月14日 (4年5ヶ月経過) 公開番号 2016-520458
状態 特許登録済
技術分野 積層体(2)
主要キーワード 複合組立体 縁取り用 固定インサート サブ構造体 許容間隔 切削板 弾性モジュール ガラスウェブ
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図面 (10)

課題・解決手段

本発明は、両側に2つのスキン位置付けられたポリ(p−フェニレンテレフタルアミド)で作られたハニカムコア(1)を備え、スキンのそれぞれが、・内側プライ(2,3)と、・対応する内側プライ(2,3)と接触している外側プライ(4,5)とを備え、内側プライ(2,3)が、‐ハニカムコア(1)と接触しているEガラス繊維織物(2a,3a)と、‐第1方向に配向された一方向性炭素繊維シート(2b,3b)とを備え、外側プライ(4,5)が、‐第1方向とは異なる第2方向に配向された一方向性炭素繊維のシート(4a,5a)であって、各外側プライ(4,5)のが、対応するのに対向するシート(4a,5b)と、‐Eガラス繊維織物(4b,5b)とを備える、衝撃に対する耐性及び剥離に対する耐性を有する軽量複合パネル(10)を提案する。ガラス繊維織物(2a,3a,4b,5b)は、少なくとも70重量%のエポキシ樹脂含浸され、30g/m2以下の質量を有する。炭素繊維シート(2b,3b,4a,5a)は、275〜300GPaの弾性率を有し、30〜40重量%のエポキシ樹脂が予め含浸され、100gm2以下の質量を有する。

概要

背景

多くの分野、特に航空学において、重量の増加は、装備エネルギー効率を改善するための重要な問題である。

重量の増加は、一般に、これらの分野における他の主要な問題である機械的強度背反するものである。

航空機の例では、多くの構成要素が、低重量で機械的強度が強化された複合材料からなる。

現在、床又は壁装部品の多くが、中央のハニカムコア(又は「nidaコア」)と、そのハニカムコアの両側に貼り着けられた2つの「スキン」とを備える複合パネルからなる。これらのスキンは、同一の又は異なる材料の1つ又は幾つかの層を備える。

具体的に、現在使用されている複合パネルは、Hexcel社又はAlcore Brigantine社から入手可能な比重98kg/m3のアルミニウム1/8nidaコア(3.2mmメッシュ)と、4Hサテン型の織り方に織られ、Hexcel社から入手可能なエポキシ樹脂1454を予め含浸させたポリ(p−フェニレンテレフタルアミド)20914型(Kevlar(登録商標)という商品名でよりよく知られる)の外側スキンとからなる層の積層体で形成されている。

ドレーピングは、パネルの機械的強度に影響を及ぼすことなく、重ねられた装飾的な織物の全体を覆うことを考慮して手動で行われる。

これらのパネルを使用する位置において支持体に取り付けるために、取付インサートが設けられる。現在使用されているインサートは、直径が30mmの、構造用接着剤又は高密度化樹脂型接着剤を用いて接着接合されたステンレス鋼のものである。

各パネルの縁部は、密度が0.68の特定の縁取り用樹脂被覆される。

現在のパネルは、剥離、すなわち異なる層の分離に対して非常に耐性があるという利点を有する。従って、それらは、利用者の通過により発生する摩耗摩擦に対して耐性を有する床となる。

しかしながら、現在のパネルには多くの欠点がある。航空機に関しては、その質量は、増々多くなっている制約建造要件に対して相変わらず重すぎる。

更に、これらは、カーボンスキンを備える本発明に係るパネルよりも、局所的な荷重下での変形が顕著である。この現象は、スキンに使用されるKevlar(登録商標)繊維が、炭素繊維よりも弾性力の高い繊維であるために起こる。

最後に、これらは、衝撃に対する耐性が低く、例えばカーペット(carpeting)等の保護層で被覆する必要がある。

概要

本発明は、両側に2つのスキンが位置付けられたポリ(p−フェニレンテレフタルアミド)で作られたハニカムコア(1)を備え、スキンのそれぞれが、・内側プライ(2,3)と、・対応する内側プライ(2,3)と接触している外側プライ(4,5)とを備え、内側プライ(2,3)が、‐ハニカムコア(1)と接触しているEガラス繊維織物(2a,3a)と、‐第1方向に配向された一方向性炭素繊維のシート(2b,3b)とを備え、外側プライ(4,5)が、‐第1方向とは異なる第2方向に配向された一方向性炭素繊維のシート(4a,5a)であって、各外側プライ(4,5)のが、対応するのに対向するシート(4a,5b)と、‐Eガラス繊維織物(4b,5b)とを備える、衝撃に対する耐性及び剥離に対する耐性を有する軽量複合パネル(10)を提案する。ガラス繊維織物(2a,3a,4b,5b)は、少なくとも70重量%のエポキシ樹脂が含浸され、30g/m2以下の質量を有する。炭素繊維シート(2b,3b,4a,5a)は、275〜300GPaの弾性率を有し、30〜40重量%のエポキシ樹脂が予め含浸され、100gm2以下の質量を有する。

目的

このガラスウェブは、スキンの外面上にも存在して、炭素により誘発される腐食(例えば、飛行機のアルミニウムサブ構造体の腐食)及び局所的な衝撃に対する保護を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

・両側に2つのスキン位置付けられたポリ(p−フェニレンテレフタルアミド)のハニカムコア(1)を備え、前記スキンのそれぞれが、・前記ハニカムコア(1)と接触している内側プライ(2,3)と、・対応する前記内側プライ(2,3)と接触している外側プライ(4,5)とを備え、前記内側プライ(2,3)が、‐少なくとも70重量%のエポキシ樹脂含浸され、30g/m2以下の質量を有するガラス繊維Eの織物(2a,3a)であって、前記ハニカムコア(1)と接触している織物(2a,3a)と、‐第1方向に沿って配向され、275〜300GPaの弾性率を有し、100g/m2以下の質量を有し、30〜40重量%のエポキシ樹脂が予め含浸された一方向性炭素繊維ウェブ(2b,3b)とを備え、前記外側プライ(4,5)が、‐前記内側プライ(2,3)の前記炭素繊維のウェブ(2b,3b)の前記第1方向とは異なる第2方向に沿って配向され、275〜300GPaの弾性モジュールを有し、100g/m2以下の質量を有し、30〜40重量%のエポキシ樹脂が予め含浸された一方向性炭素繊維のウェブ(4a,5a)であって、各外側プライ(4,5)の前記一方向性炭素繊維のウェブ(4a,5a)が、対応する前記内側プライ(2,3)の前記一方向性炭素繊維のウェブ(2b,3b)に対向している、ウェブ(2b,3b)と、‐30g/m2以下の質量を有し、少なくとも70重量%のエポキシ樹脂が予め含浸されたガラス繊維Eの織物(4b,5b)とを備えることを特徴とする複合パネル(10)。

請求項2

前記エポキシ樹脂が自己消火性である、請求項1に記載の複合パネル。

請求項3

前記ハニカムコア(1)が、いわゆる「リボン方向」である方向Lと、前記方向Lに対して垂直ないわゆる「展張方向」である方向Wとを有し、前記一方向性炭素繊維のウェブの前記第1方向が、前記リボン方向である前記方向Lに対して垂直である、請求項1又は2に記載の複合パネル。

請求項4

前記外側プライの前記炭素繊維のウェブの前記第2方向が、前記内側プライの前記炭素繊維のウェブの前記第1方向に対して、45°〜135°、好ましくは60°〜120°、有利には90°の角度を形成している、請求項1〜3のいずれか一項に記載の複合パネル。

請求項5

100g/m2以下の質量を有し、30〜45重量%のエポキシ樹脂が予め含浸され、前記外側プライの前記一方向性炭素繊維のウェブ(4a,5a)の一方向性炭素繊維のものと同じ第2方向に沿って配向された少なくとも1枚、好ましくは1〜4枚の一方向性炭素繊維のウェブ(6,7,8,9)を、内側プライ(2,3)と外側プライ(4,5)との間に更に備える、請求項1〜4のいずれか一項に記載の複合パネル。

請求項6

前記ガラス繊維Eが、3,400MPaに等しい最大引張強さと、約70,000MPaの弾性率と、2.5g/cm3に等しい相対比重とを有し、前記炭素繊維が、4,000〜7,000MPaの最大引張強さと、275,000〜300,000MPaの弾性率と、1.8g/cm3に等しい相対比重とを有する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の複合パネル。

請求項7

ポリエーテルイミド(PEI樹脂と組み合わせられたパラアラミド繊維の織物(11)を更に備える、請求項1〜6のいずれか一項に記載の複合パネル。

請求項8

ポリアミドイミド(Torlon(登録商標))の取付インサート(30)を更に備える、請求項1〜7のいずれか一項に記載の複合パネル。

請求項9

請求項1〜8のいずれか一項に記載の複合パネルの製造方法であって、(a)ポリ(p−フェニレンテレフタルアミド)のハニカムコア(1)の両側に、内側プライ(2,3)を載置する工程であって、前記内側プライ(2,3)が、‐前記ハニカムコア(1)と接触し、30g/m2以下の質量を有し、少なくとも70重量%のエポキシ樹脂が予め含浸されたガラス繊維Eの織物(2a,3a)と、‐前記ガラス繊維Eの織物と接触し、275〜300GPaの弾性率を有し、100g/m2以下の質量を有し、30〜40重量%のエポキシ樹脂が予め含浸され、第1方向に沿って炭素繊維が配向されるように位置付けられる一方向性炭素繊維のウェブ(2b,3b)とを備える、工程と、(c)複合層(10)を得るために、各内側プライ(2,3)の前記一方向性炭素繊維のウェブ(2b,3b)に対向するように、外側プライ(4,5)を載置する工程であって、前記外側プライ(4,5)が、‐対応する前記内側プライ(2,3)の前記一方向性炭素繊維のウェブ(2b,3b)に対向し、前記内側プライ(2,3)の前記炭素繊維のウェブ(2b,3b)の前記第1方向とは異なる第2方向に沿って繊維が配向されるように位置付けられ、275〜300GPaの弾性率を有し、100g/m2以下の質量を有し、30〜40重量%のエポキシ樹脂が予め含浸された一方向性炭素繊維のウェブ(4a,5a)と、‐前記第2方向に沿って配向された前記一方向性炭素繊維のウェブ(4a,5a)と接触し、30g/m2以下の質量を有し、少なくとも70重量%のエポキシ樹脂が予め含浸されたガラス繊維Eの織物(4b,5b)とを備える、工程とを含むことを特徴とする方法。

請求項10

100g/m2以下の質量を有し、30〜40重量%のエポキシ樹脂が予め含浸された少なくとも1枚の一方向性炭素繊維のウェブ(6,7,8,9)を、工程(c)において載置される前記外側プライの前記一方向性炭素繊維のウェブ(4a,5a)の一方向性炭素繊維のものと同じ第2方向に沿って配向されるように載置する工程(b)を、工程(a)と工程(c)との間に更に備える、請求項9に記載の製造方法。

請求項11

工程(a)の前に、その端部に刃(22)を備えるフライス盤(20)を用いて、前記ハニカムコアの各面を機械加工する、請求項9又は10に記載の製造方法。

請求項12

前記パネル(10)を、その厚さの少なくとも一部分において局所的に機械加工して、接着剤定位置に保持されたポリアミドイミドの取付インサート(30)が内部に位置付けられるウェルを形成する、請求項9〜11のいずれか一項に記載の製造方法。

技術分野

0001

本発明は、床又は仕切りの壁装部品家具型のサイドパネル又は部材用の複合パネル、及び、そのようなパネルの製造方法に関する。

背景技術

0002

多くの分野、特に航空学において、重量の増加は、装備エネルギー効率を改善するための重要な問題である。

0003

重量の増加は、一般に、これらの分野における他の主要な問題である機械的強度背反するものである。

0004

航空機の例では、多くの構成要素が、低重量で機械的強度が強化された複合材料からなる。

0005

現在、床又は壁装部品の多くが、中央のハニカムコア(又は「nidaコア」)と、そのハニカムコアの両側に貼り着けられた2つの「スキン」とを備える複合パネルからなる。これらのスキンは、同一の又は異なる材料の1つ又は幾つかの層を備える。

0006

具体的に、現在使用されている複合パネルは、Hexcel社又はAlcore Brigantine社から入手可能な比重98kg/m3のアルミニウム1/8nidaコア(3.2mmメッシュ)と、4Hサテン型の織り方に織られ、Hexcel社から入手可能なエポキシ樹脂1454を予め含浸させたポリ(p−フェニレンテレフタルアミド)20914型(Kevlar(登録商標)という商品名でよりよく知られる)の外側スキンとからなる層の積層体で形成されている。

0007

ドレーピングは、パネルの機械的強度に影響を及ぼすことなく、重ねられた装飾的な織物の全体を覆うことを考慮して手動で行われる。

0008

これらのパネルを使用する位置において支持体に取り付けるために、取付インサートが設けられる。現在使用されているインサートは、直径が30mmの、構造用接着剤又は高密度化樹脂型接着剤を用いて接着接合されたステンレス鋼のものである。

0009

各パネルの縁部は、密度が0.68の特定の縁取り用樹脂被覆される。

0010

現在のパネルは、剥離、すなわち異なる層の分離に対して非常に耐性があるという利点を有する。従って、それらは、利用者の通過により発生する摩耗摩擦に対して耐性を有する床となる。

0011

しかしながら、現在のパネルには多くの欠点がある。航空機に関しては、その質量は、増々多くなっている制約建造要件に対して相変わらず重すぎる。

0012

更に、これらは、カーボンスキンを備える本発明に係るパネルよりも、局所的な荷重下での変形が顕著である。この現象は、スキンに使用されるKevlar(登録商標)繊維が、炭素繊維よりも弾性力の高い繊維であるために起こる。

0013

最後に、これらは、衝撃に対する耐性が低く、例えばカーペット(carpeting)等の保護層で被覆する必要がある。

発明が解決しようとする課題

0014

従って、本発明は、床又は軽量壁装部品に、局所的な荷重下での剛性、並びに、衝撃及び剥離に対する耐性を与えることを可能とすることを対象とする。

課題を解決するための手段

0015

本発明は、アルミニウムハニカムコアをKevlar(登録商標)ハニカムコアと交換することを提案する。

0016

この材料は、剥離に対する感度が大きいことで知られ、実用的には、この種のパネルのハニカムコアを製造するのには使用されていない。

0017

本発明は、特に、優れた剥離に対する特性のみならず機械的特性をも保持しながらハニカムコアにそのような材料を使用することを可能とする。

0018

この目的のために、本発明の目的は、
・ポリ(p−フェニレンテレフタルアミド)のハニカムコアと、
そのハニカムコアの両側に位置付けられ、
・ハニカムコアと接触している内側プライ、及び
・対応する内側プライと接触している外側プライとを備え、
内側プライが、
‐少なくとも70重量%のエポキシ樹脂が含浸され、30g/m2以下の質量を有するガラス繊維組織Eであって、ハニカムコアと接触している織物と、
‐第1方向に沿って配向され、275〜300GPaの弾性率を有し、100g/m2以下の質量を有し、30〜40重量%のエポキシ樹脂が予め含浸された一方向性炭素繊維のウェブ
を備え、
外側プライが、
‐内側プライの炭素繊維ウェブの第1方向とは異なる第2方向に沿って配向され、275〜300GPaの弾性率を有し、100g/m2以下の質量を有し、30〜40重量%のエポキシ樹脂が予め含浸された一方向性炭素繊維のウェブであって、各外側プライの一方向性炭素繊維のウェブが、対応する内側プライの一方向性炭素繊維のウェブに対向している、ウェブと、
‐30g/m2以下の質量を有し、少なくとも70重量%のエポキシ樹脂が予め含浸されたガラス繊維織物Eと
を備えることを特徴とする複合パネルである。

0019

Kevlar(登録商標)ハニカムと接触させた、エポキシ樹脂が過含浸(少なくとも70%の含浸)されたE型のガラス繊維の織物のウェブの存在によって、技術水準のパネルのものと同等の剥離に対する耐性を得ることが可能になる。このガラスウェブは、スキンの外面上にも存在して、炭素により誘発される腐食(例えば、飛行機のアルミニウムサブ構造体の腐食)及び局所的な衝撃に対する保護を提供する。

0020

他の実施例によれば、
‐エポキシ樹脂は、自己消火性であってもよく;
‐ハニカムコアは、いわゆる「リボン方向」である方向Lと、方向Lに対して垂直ないわゆる「展張方向」である方向Wとを有し、ここで一方向性炭素繊維のウェブの第1方向は、リボン方向である方向Lに対して垂直であってもよく;
‐外側プライの炭素繊維ウェブの第2方向は、内側プライの炭素繊維ウェブの第1方向に対して、45°〜135°、好ましくは60°〜120°、有利には90°の角度を形成していてもよく;
‐パネルは、100g/m2以下の質量を有し、30〜45重量%のエポキシ樹脂が予め含浸され、外側プライの一方向性炭素繊維のウェブの一方向性炭素繊維のものと同じ第2方向に沿って配向された少なくとも1枚、好ましくは1〜4枚の一方向性炭素繊維のウェブを、内側プライと外側プライとの間に更に備えてもよく;
‐ガラス繊維Eが、
・3,400MPaに等しい最大引張強さと、
・約70,000MPaの弾性率と、
・2.5g/cm3に等しい相対比重とを有してもよく;
‐炭素繊維が、
・4,000〜7,000MPaの最大引張強さと、
・275,000〜300,000MPaの弾性率と、
・1.8g/cm3に等しい相対比重とを有してもよく;
‐パネルは、ポリエーテルイミド(PEI)樹脂と組み合わせられたパラアラミド繊維の織物を更に備えてもよく;
‐パネルは、ポリアミドイミド(Torlon(登録商標))の取付インサート(30)を更に備えてもよい。

0021

また、本発明の目的は、前述の複合パネルの製造方法であって、
(a)ポリ(p−フェニレンテレフタルアミド)のハニカムコアの両側に、内側プライを載置する工程であって、内側プライが、
‐ハニカムコアと接触し、30g/m2以下の質量を有し、少なくとも70重量%のエポキシ樹脂が予め含浸されたガラス繊維織物Eと、
‐ガラス繊維織物Eと接触し、275〜300GPaの弾性率を有し、100g/m2以下の質量を有し、30〜40重量%のエポキシ樹脂が予め含浸され、第1方向に沿って炭素繊維が配向されるように位置付けられる一方向性炭素繊維のウェブとを備える、工程と、
(c)複合層を得るために、各内側プライの一方向性炭素繊維ウェブ上に、外側プライを載置する工程であって、外側プライが、
‐対応する内側プライの一方向性炭素繊維のウェブに対向し、内側プライの炭素繊維のウェブの第1方向とは異なる第2方向に沿って繊維が配向されるように位置付けられ、275〜300GPaの弾性率を有し、100g/m2以下の質量を有し、30〜40重量%のエポキシ樹脂が予め含浸された一方向性炭素繊維のウェブと、
‐第2方向に沿って配向された一方向性炭素繊維のウェブと接触し、30g/m2以下の質量を有し、少なくとも70重量%のエポキシ樹脂が予め含浸されたガラス繊維織物Eとを備える、工程とを含むことを特徴とする方法である。

0022

他の実施例によれば、
‐この方法は、100g/m2以下の質量を有し、30〜40重量%のエポキシ樹脂が予め含浸された少なくとも1枚の一方向性炭素繊維のウェブを、工程(c)において載置される外側プライの一方向性炭素繊維のウェブの一方向性炭素繊維のものと同じ第2方向に沿って配向されるように載置する工程(b)を、工程(a)と工程(c)との間に更に備えてもよく;
‐工程(a)の前に、その端部に刃を備えるフライス盤を用いて、ハニカムコアの各面を機械加工してもよく、且つ/又は;
‐パネルを、その厚さの少なくとも一部分において局所的に機械加工して、接着剤で定位置に保持されたポリアミドイミドの取付インサートが内部に位置付けられるウェルを形成してもよい。

0023

本発明の他の特徴は、添付の図面を参照してなされる以下の詳細な説明から明らかとなろう。

図面の簡単な説明

0024

本発明に係るパネルに使用されるハニカム層の概略斜視図を示す。
本発明に係るパネルの第1実施例の概略断面図を示す。
追加の補強層を備える、本発明に係るパネルの一実施例の概略断面図を示す。
追加の補強層を備える、本発明に係るパネルの他の実施例の概略断面図を示す。
追加の補強層を備える、本発明に係るパネルの他の実施例の概略断面図を示す。
追加の補強層を備える、本発明に係るパネルの他の実施例の概略断面図を示す。
追加の補強層を備える、本発明に係るパネルの他の実施例の概略断面図を示す。
本発明に係るパネルに使用されるKevlar(登録商標)ハニカムコアの機械加工の概略断面図を示す。
本発明に係るパネルにおけるインサートの概略断面図を示す。

0025

本明細書において、以下の言葉及び表現は以下の定義を有する。
‐ウェブ:ウェブは、不織繊維の一方向性集合体であり、や樹脂、接着剤等の任意の手段によりまとめて保持される。これとは反対に、織物は、1つ又は幾つかの織り方(例えば、キャンバス、サテン、綾織り、又は他の織り方)で撚り合わせられた繊維の二方向性インタフェース縦糸及びメッシュ)である。
‐予め含浸された:予め含浸されたウェブ又は織物は、パネルを生産する前に、その製造時にウェブ又は織物と混合された樹脂を備える。
含浸率又は樹脂率は、ウェブ又は予め含浸された織物の総重量と樹脂の重量との比率に100を乗じたものである。
‐E型のガラス繊維は、以下の化学的特徴を有する。




そして、その機械的特性は、ウェブを形成する後者の編み方によってある程度実質的に決まる。
ハニカム構造を有する層(図1を参照)は、互いに対して垂直な3つの方向、つまり、いわゆる《展張方向》である方向W(一般に角度参照:0°として捉えられる)と、方向Wに対して垂直な(0°である方向Wに対して90°)いわゆる《リボン方向》である方向Lと、層の高さを表す方向hとを備える。
‐中間弾性率:炭素繊維は、275〜300GPaのヤング率(又は弾性率)を有する場合、《中間弾性率》であるといわれる。対して、350〜450GPaのヤング率(又は弾性率)を有する場合、その炭素繊維は《高弾性率を有する》といわれ、240GPa未満のヤング率(又は弾性率)を有する場合、その炭素繊維は《低耐性の》又は標準的であるといわれる。
‐ガラス繊維は、以下のように分類してもよい。70GPaのヤング率(又は弾性率)を有する《標準の》ガラス繊維E、85〜90GPaのヤング率(又は弾性率)を有するいわゆる「高耐性の」ガラス繊維S及びR、及び、非常に良好な誘電特性を提供するガラス繊維Dである。他のガラス繊維、例えば、塩基性媒体において耐性を有するもの(ARガラス)、化学媒体において耐性を有するもの(Cガラス)及び酸性媒体において耐性を有するもの(E−CRガラス)も存在する。

0026

図2〜7は、本発明に係る複合パネルの実施例を示す。

0027

図2に示すパネル10は、
・Kevlar(登録商標)ハニカムコア1(ポリ(p−フェニレンテレフタルアミド))と、
・そのハニカムコア1の両側に位置付けられ、ハニカムコア1と接触する内側プライ2‐3、及び、対応する内側プライ(すなわち、ハニカム層1に対して同じ側)と接触する外側プライ4‐5と
を備える。

0028

各内側プライ2‐3は、
‐30g/m2以下の質量を有し、少なくとも70重量%のエポキシ樹脂が予め含浸されたガラス繊維織物E2a‐3aであって、ハニカムコア1と接触する織物2a‐3aと、
‐中間弾性率を有し、第1方向に配向され、30〜40重量%のエポキシ樹脂が予め含浸され、275〜300GPaの弾性率を有し、100g/m2以下の質量を有する一方向性炭素繊維のウェブ2b‐3bと
を備える。

0029

ハニカム層1と接触する、過剰な樹脂(70%超のエポキシ樹脂)が含まれた低質量(30g/m2以下)のE型のガラス繊維織物は、ハニカムにKevlar(登録商標)を使用しているにもかかわらず、剥離に対する優れた耐性を得ることを可能にする。この強度は、技術水準のパネルのものと同程度、あるいはむしろそれよりも良好である。剥離に対する耐性の測定は、航空認証ASTMD1781の規定に従った測定方法であるいわゆる《クライミングドラム》測定により行った。

0030

本発明に係るガラス繊維織物は、炭素により誘発される腐食(例えば飛行機のアルミニウムサブ構造体の腐食)及び局所的な衝撃に対する良好な保護を得ることも可能にする。

0031

腐食に対する耐性の測定は、航空認証ABD0031の規定に従い行った。

0032

局所的な衝撃に対する耐性の測定は、航空認証ASTMD3029の規定及びAirbus(登録商標)社のAITM1.0057の規定に従い行った。

0033

一方向性炭素繊維のウェブ2b,3bは、炭素繊維の配向の第1方向に沿って配向されている。炭素繊維の配向の第1方向は、ハニカムのリボン方向であるL方向(90°)、又は、このリボン方向に対して垂直な方向W(0°)、すなわち展張方向とすることができる。

0034

有利には、ウェブ2b,3bにおける炭素繊維の配向の第1方向は、リボン方向に対して垂直な方向W(0°)、すなわち展張方向である。

0035

図2において、この配向は、断面繊維を表す点の線により図式化されている。もちろん、この表示は正しい尺度ではなく、実際には、繊維は互いに対してずっと接近している。

0036

この配置によって、変形したパネルでの約4%を超える変形に対するパネルの耐性の向上を得ることが可能となる。

0037

各外側プライ4‐5は、
‐弾性率が275〜300GPaの中間弾性率を有し、100g/m2以下の質量を有し、30〜40重量%のエポキシ樹脂が予め含浸された一方向性炭素繊維のウェブ4a‐5aと、
‐30g/m2以下の質量を有し、少なくとも70重量%のエポキシ樹脂が予め含浸されたガラス繊維組織E4b‐5bであって、周囲媒体と接触する織物4b‐5bと
を備える。

0038

ウェブ4a‐5aは、対応する内側プライの一方向性炭素繊維のウェブ2b‐3bと対向するように位置付けられる。

0039

ウェブ4a‐5aの一方向性炭素繊維は、内側プライの炭素繊維のウェブ2b‐3bの第1方向とは異なる第2方向に沿って配向されている。

0040

外側プライの炭素繊維のウェブの第2方向は、内側プライの炭素繊維のウェブの第1方向Wに対して、45°〜135°、好ましくは60°〜120°の角度を形成している。

0041

有利には、第2方向と第1方向との間の角度は、90°(±3°)である。言い換えると、外側プライのウェブの炭素繊維は、対応する内側プライのウェブの炭素繊維に対して垂直である。これは、ウェブ2b及び3bの炭素繊維の配向の第2方向が、リボン方向である方向Lであることを意味する。

0042

対応する内側プライの炭素繊維に対する外側プライの炭素繊維の垂直な位置付けに適合させる(を守る)ことにより、双方のウェブ間の角度が90°(±3°)とは異なる場合よりも、変形のみならず衝撃及び機械的応力に対しても外側プライの良好な耐性を保証することが可能である。

0043

炭素繊維のウェブ2b‐3b‐4a‐5a及びガラス繊維の織物2a‐3a‐4b‐5bに含浸させるのに使用されるエポキシ樹脂は、Gurit社で開発されたEP137型のエポキシ樹脂であり、これは、航空規格FAR25.853の耐火性の要件のみならず、航空認証ABD0031の発煙、毒性及び放熱の要件をも満たすものである。

0044

炭素繊維は、
・好ましくは5,600MPaに等しい最大引張強さ(最大引張強さは、4,000〜7,000MPaであってもよい)と、
・290,000MPaの弾性率(弾性率は、275,000〜300,000MPaであってもよい)と、
・1.8g/cm3に等しい相対比重と
有する。

0045

外側プライに使用されるガラス繊維の織物4b‐5bは、内側プライに使用されているものと同一である。

0046

ガラス繊維Eは、
・好ましくは3,400MPaに等しい最大引張強さと、
・70,000MPa程度の弾性率と、
・2.5g/cm3に等しい相対比重と
を有する。

0047

最大引張強さ及び弾性率は、ASTMD3379法により測定される。

0048

相対比重は、ASTMD3800法により測定される。

0049

内側プライ及び外側プライにおいて、中間弾性率を有する一方向性炭素繊維を使用することによって、高耐性を有する炭素繊維よりも、力に対する良好な耐性が得られる。

0050

本発明に係る複合パネルを製造するために、以下の方法が適用される。

0051

工程(a)において、ポリ(p−フェニレンテレフタルアミド)のハニカムコア1の両側に、内側プライ2‐3を載置する。内側プライ2‐3は、
‐ハニカムコア1と接触し、30g/m2以下の質量を有し、少なくとも70重量%のエポキシ樹脂が予め含浸されたガラス繊維Eの織物2a‐3aと、
‐ガラス繊維Eの織物2a‐3aと接触し、275〜300GPaの弾性率を有し、100g/m2以下の質量を有し、30〜40重量%のエポキシ樹脂が予め含浸され、第1方向に沿って炭素繊維が配向されるように位置付けられる一方向性炭素繊維のウェブ2b‐3bとを備える。

0052

工程(c)において、複合積層体を得るために、各内側プライ2,3の一方向性炭素繊維のウェブ2b‐3b上に、外側プライ4,5を載置する。外側プライ4‐5は、
‐対応する内側プライの一方向性炭素繊維のウェブ2b‐3bに対向し、内側プライの炭素繊維ウェブ2b‐3bの第1方向とは異なる第2方向に沿って繊維が配向されるように位置付けられ、275〜300GPaの弾性率を有し、100g/m2以下の質量を有し、30〜40重量%のエポキシ樹脂が予め含浸された一方向性炭素繊維のウェブ4a‐5aと、
‐第2方向に沿って配向された一方向性炭素繊維のウェブ4a‐5aと接触し、30g/m2以下の質量を有し、少なくとも70重量%のエポキシ樹脂が予め含浸されたガラス繊維Eの織物4b‐5bと
を備える。

0053

ある用途においては、追加の剛性要件を満たすように、炭素繊維のウェブの数を増やしてもよい。この場合、工程(a)と工程(c)との間において、それぞれが一方向性炭素繊維の単一のウェブからなる中間プライを、工程(c)において載置される外側プライの一方向性炭素繊維のウェブの一方向性炭素繊維のものと同じ第2方向に沿って載置する。

0054

工程(c)を行った後、これらの中間プライを、内側プライと外側プライとの間に挿入する。

0055

中間プライに使用される炭素繊維のウェブは、内側プライ及び外側プライに使用されるものと同一である。

0056

これらの実施例を、図3〜6に示す。ここで、パネルは、低質量(100g/m2以下)で、中間弾性率を有し、自己消火性エポキシ樹脂が予め含浸された(30〜40重量%の含浸率)炭素繊維の追加のウェブを、それぞれ1枚(6a)、2枚(6a‐6b)、3枚(6a‐6b‐6c)、4枚(6a‐6b‐6c‐6d)、5枚(6a‐6b‐6c‐6d‐6e)備える。

0057

本発明によれば、一方向性炭素繊維の追加のウェブの配向は、常にリボン方向(90°)に沿っている。

0058

この配置によって、パネルの総重量に対して、パネルの変形に対する最適な耐性を有するパネルを得ることが可能となる。

0059

Kevlar(登録商標)ハニカムコア1(ポリ(p−フェニレンテレフタルアミド))は、72kg/m3〜96kg/m3の比重を有すると有利である。

0060

使用されるハニカムコア1は、0.4mmのメッシュサイズと、70μm〜72μmの紙厚とを有すると有利である。コア1の高さhは、スキン(内側プライ、外側プライ、及び任意に1枚以上の中間プライにより形成される)の厚さと、パネルに要求される規定を満たすために航空機メーカーが必要とする複合パネルの厚さとに応じて計算される。

0061

例えば、一方向性炭素繊維のウェブ及びそのガラス繊維キャンバスEは、0.125mmの厚さを有する。一方向性炭素繊維の単一のウェブは、0.1mmの厚さを有する。

0062

例えば、
図2の実施例の場合、コア1の高さhは、10mmの厚さを有するパネル(組み合わせられたコア及びスキン)の要件を満たすように、9.5mmであり、
図3の実施例の場合、コア1の高さhは、9.3mmであり、
図4の実施例の場合、コア1の高さhは、16mmの厚さを有するパネル(組み合わせられたコア及びスキン)の要件を満たすように、15.1mmであり、
図5の実施例の場合、コア1の高さhは、14.9mmであり、
図6の実施例の場合、コア1の高さhは、14.7mmであり、
図7の実施例の場合、コア1の高さhは、9.5mmである。

0063

150daN程度の打ち抜き応力(例えば、スティレットヒールによる)だけではなく耐圧縮性及び耐せん断性に適合させることができるように、96kg/m3の比重を有するコア1を使用することが推奨される。

0064

本発明に係る積層体を用いることによって、アルミニウムハニカムコアを覆うKevlar織物からなる先行技術のパネルにより得られる7.2Jと比較して、衝撃に対して極めて良好な挙動(12Jまでの耐性)を有する複合パネルが得られる。

0065

衝撃に対するパネルの耐性は、Airbus(登録商標)のAITM1.0057に従った自由落下を用いて測定される。

0066

ある用途においては、コア1の比重は、45μm〜47μmの紙厚に対して72kg/m3としてもよい。このNidaの使用は、打ち抜き要件をキャンセルしてもよいときや、スキン厚さ(1枚又は幾つかの中間プライが存在)が、150daNの打ち抜き応力に適合させるのに十分な場合に実施できる。

0067

組立体ロバスト性を向上させる必要がある場合には、複合パネルの外側プライのうち少なくとも1つの外側面(ガラス繊維Eの織物の層4b)に、350g/m2に達しうるパラアラミド/ポリエーテルイミド(PEI)型の外側層11(図7を参照)を貼着してもよい。この外側層は、0.250mmの厚さを有し、質量増加を最小限に抑えて最適化しながら、16Jまでの衝撃に対する複合パネル全体の保護を保証する。

0068

衝撃に対するパネルの耐性は、Airbus(登録商標)のAITM1.0057に従った自由落下塔を用いて測定される。

0069

本発明に係る複合パネルは、その可撓性により衝撃に対する耐性及び減衰を向上させるMontaprene2796社型の接着剤を用いて、低温条件下でこの層を貼着してもよい。

0070

低温接着剤による接合によって、それらの材料が大きく異なる膨張率を有している場合でも、それらを組み合わせることが可能になる。

0071

先行技術のパネルの場合、接着剤による接合は高温条件下で行わなければならず、パネルのバランシングが必要となり、更にこのパラアラミド/PEI層の両方の外側プライを覆う必要がある。

0072

本発明に係るパネルの特徴、特に、外方に存在するガラス繊維Eの織物及び異なる配向を有する炭素繊維の内側ウェブによって、パネルのバランシング(単一面におけるパラアラミド/PEI層との接着剤による接合)、ひいてはパネルの全体重量の制限を回避することが可能になる。

0073

Kevlar(登録商標)コア1の表面条件は、剥離条件に適合させるための重要なデータである。この剥離は、15daNより大きな剥離を保持するために、先行技術(アルミニウム)のハニカムで得られるものに近い必要がある。

0074

この目的のために、図8で示すように、工程(a)の前に、本発明は、一端が回転シャフト21と係合され自由端が刃22を備えるフライス盤20を用いて、Kevlar(登録商標)コア1の各面を機械加工することを提案する。この種のフライス盤は、特に、Neuhauser−Controx GmbHにより製造されている(例えば、参照番号7300−017−050−23−10の、ダイヤモンドコーティング及びPV切削板を有する多歯フライス盤)。

0075

この種のフライス盤を使用することによって、製造時のバリを抑制し、内側プライをコアに貼り付けたときに、剥離が、Kevlarのハニカムでは決して得ることのできない15daNを超えるような表面条件を得ることが可能になる。

0076

ウェブの配向を上に規定しているように、ドレーピング(層を載置する方法)は、以下の制約に適合させなければならない。
・コア1の表面にある全てのけば又はバリを抑えることが必須であり、そうしないと、プライの剥離に対する耐性が悪化するだけではなく、パネルの機械的強度も悪化しうる。従って、バリのないKevlar(登録商標)ハニカムコアを使用する必要がある。
・一方の一方向性炭素繊維ウェブを他方の一方向性炭素繊維ウェブに載置する際に、それらの一方向性炭素繊維ウェブの幅が重ならないようにしなければならない。そうしないと、パネルの剥離に対する耐性及び機械的強度(たわみ)が悪化しうる。載置する間の2つの幅間の許容間隔は、0〜2mmである。

0077

本発明に係る複合パネルによって、組立体の質量の削減に直接繋がる部品を使用できる。

0078

このため、技術水準のパネルで使用されているステンレス鋼インサートの代わりに、Torlon(登録商標)の商品名で販売されているポリアミドイミド等の非金属軽量材料の取付インサート30(図9を参照)を使用することが可能である。

0079

以下のインサートが使用できる:
AEP1035‐3S375型フローティングインサート、又は
・AEP1036‐3‐12型固定インサート。これらは、ADVANCED ENGINEERED PRODCTS,INCから入手できる。

0080

この種のTorlon(登録商標)インサートによって、完成時に要求される各取り付けに対する50質量%の向上が得られる。この種のインサートの使用は、Kevlar(登録商標)ハニカムコア1のスキンの保持力をかなり増大させる一方向性炭素繊維ウェブ2b‐3bの下に織物2a‐3aが存在することにより可能となる。この剥離に対するスキンのより大きな耐性によって、nidaに孔を形成することにより、インサートに含まれそのインサート及びその接着剤だけではなく複合組立体(Nida+スキン+インサート+インサートの接着剤)に作用する力をより良好に分散させることが可能となる。

0081

これらのインサート30をパネルに取り付けるために、パネルの厚さの少なくとも一部分においてパネルを局所的に機械加工して、ポリアミドイミドの取付インサートが内部に位置付けられるウェルを生成する。機械加工では、例えば、インサートの直径より大きい直径3mmの孔を形成する。そして、インサートを位置づけ、インサートとパネルとの間の空間にAXSON(登録商標)から入手できるADEKIT(登録商標)A171/H9971型の構造用接着剤を充填する。この接着剤により、インサートの保持を確実にし、また、その技術仕様において航空機メーカーにより要求される引張力及びせん断力に対する耐性を保証する。

0082

従って、本発明は、技術水準のパネルと同等あるいはより良好な、軽量複合パネルを得ることを可能とする。

実施例

0083

本発明に係るパネルは、複合床複合仕切り、複合カバーパネル、家具、複合構造体として使用できる。

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