複合材料はすべて強化繊維とプラスチック材料を組み合わせたものです。複合材料における樹脂の役割は重要です。樹脂の選択は、一連の特徴的なプロセスパラメータ、一部の機械的特性および機能性（熱的特性、可燃性、耐環境性など）を決定します。樹脂の特性は、複合材料の機械的特性を理解する上で重要な要素でもあります。樹脂を選択すると、プロセスの範囲と複合材料の特性を決定するウィンドウが自動的に決定されます。熱硬化性樹脂は、製造性に優れているため、樹脂マトリックス複合材料に一般的に使用される樹脂タイプです。熱硬化性樹脂は、室温ではほとんど液体または半固体であり、概念的には、最終状態の熱可塑性樹脂というよりも、熱可塑性樹脂を構成するモノマーに似ています。熱硬化性樹脂は、硬化する前はさまざまな形状に加工できますが、硬化剤や開始剤、熱などを使用して硬化すると、硬化中に化学結合が形成され、小さな分子が三次元架橋状態となるため、再成形することができません。より高分子量の硬質ポリマー。
熱硬化性樹脂には多くの種類があり、一般的に使用されるのはフェノール樹脂です。エポキシ樹脂、ビスホース樹脂、 ビニル樹脂、フェノール樹脂など
(1) フェノール樹脂は接着性、硬化後の耐熱性、誘電特性に優れた早期熱硬化性樹脂であり、難燃性、低発熱率、低発煙性、低燃焼性などの優れた特徴を持っています。放出されるガスの毒性は低くなります。加工性が良く、成形、巻き取り、ハンドレイアップ、スプレー、引抜成形などのプロセスで複合材料部品を製造できます。民間航空機の内装材にはフェノール樹脂系複合材料が数多く使用されています。
(2)エポキシ樹脂航空機の構造に使用された初期の樹脂マトリックスです。バリエーション豊富な素材が特徴です。さまざまな硬化剤と促進剤により、室温から 180 ℃までの硬化温度範囲が得られます。より高い機械的特性を持っています。優れたファイバーマッチングタイプ。耐熱性と耐湿性。優れた靭性。優れた製造性（良好な被覆率、適度な樹脂粘度、良好な流動性、加圧帯域幅など）。大型部品の全体的な同時硬化成形に適しています。安い。エポキシ樹脂は、優れた成形プロセスと卓越した靭性により、先端複合材料の樹脂マトリックスにおいて重要な位置を占めています。
(3)ビニル樹脂優れた耐食性樹脂の一つとして認められています。ほとんどの酸、アルカリ、塩溶液、強溶媒媒体に耐えることができます。製紙、化学工業、エレクトロニクス、石油、保管および輸送、環境保護、船舶、自動車照明産業で広く使用されています。不飽和ポリエステルとエポキシ樹脂の特徴を併せ持つため、エポキシ樹脂の優れた機械的特性と不飽和ポリエステルの優れた加工性を併せ持っています。耐食性に優れているほか、耐熱性にも優れた樹脂です。標準タイプ、高温タイプ、難燃タイプ、耐衝撃タイプなどを取り揃えております。繊維強化プラスチック (FRP) におけるビニル樹脂の用途は、特に防食用途においては主に手作業でのレイアップに基づいています。 SMC の開発により、この点における SMC の応用も非常に注目されています。
(4) 改質ビスマレイミド樹脂（ビスマレイミド樹脂と呼ぶ）は、新型戦闘機の複合樹脂マトリックスの要件を満たすために開発されました。これらの要件には、130℃での大型部品および複雑なプロファイルが含まれます。部品の製造など。エポキシ樹脂と比較して、Shuangma樹脂の主な特徴は、優れた耐湿性および耐熱性と高い動作温度です。欠点は、製造性がエポキシ樹脂ほど良くないことと、硬化温度が高く（185℃以上で硬化）、200℃の温度が必要なことです。または200℃を超える温度で長時間使用します。
(5)シアン化物（清音響）エステル樹脂は、誘電率が低く（2.8～3.2）、誘電正接が極めて小さい（0.002～0.008）、ガラス転移温度が高い（240～290℃）、低収縮、低吸湿で優れた特性を持っています。機械的性質や接着性などに優れており、エポキシ樹脂と同様の加工技術を有しています。
現在、シアネート樹脂は主に高速デジタル・高周波用プリント配線板、高性能電波透過構造材料、航空宇宙用高性能構造複合材料の3つの分野で使用されています。
エポキシ樹脂を簡単に言うと、エポキシ樹脂の性能は合成条件だけでなく、主に分子構造にも依存します。エポキシ樹脂のグリシジル基は柔軟なセグメントであり、樹脂の粘度を下げてプロセス性能を向上させることができますが、同時に硬化した樹脂の耐熱性も低下させます。硬化エポキシ樹脂の熱的および機械的特性を改善する主なアプローチは、架橋密度を高め、剛直な構造を導入するための低分子量化と多官能化です。当然のことながら、剛直な構造の導入は溶解性の低下と粘度の増加をもたらし、エポキシ樹脂のプロセス性能の低下につながります。エポキシ樹脂系の耐熱性をいかに向上させるかが非常に重要です。樹脂や硬化剤の観点から見ると、官能基が多いほど架橋密度は高くなります。 Tgが高いほど。具体的な操作：多官能性エポキシ樹脂または硬化剤を使用し、高純度のエポキシ樹脂を使用してください。一般的に使用される方法は、一定の割合の o-メチル アセトアルデヒド エポキシ樹脂を硬化系に添加することであり、優れた効果と低コストを実現します。平均分子量が大きいほど分子量分布は狭くなり、Tgは高くなります。具体的な操作：分子量分布が比較的均一な多官能エポキシ樹脂や硬化剤などを使用します。
複合マトリックスとして使用される高機能樹脂マトリックスとしては、加工性、熱物性、機械的特性などの諸特性が実用上のニーズを満たす必要があります。樹脂マトリックスの製造可能性には、溶媒への溶解度、溶融粘度（流動性）と粘度の変化、温度によるゲル化時間の変化（プロセスウィンドウ）が含まれます。樹脂配合物の組成と反応温度の選択により、化学反応速度論 (硬化速度)、化学レオロジー特性 (粘度-温度対時間)、および化学反応熱力学 (発熱) が決まります。プロセスが異なれば、樹脂粘度に対する要件も異なります。一般的に、巻き取りプロセスの場合、樹脂粘度は通常 500cPs 程度です。引抜成形プロセスの場合、樹脂粘度は約 800 ～ 1200cPs です。真空導入プロセスの場合、樹脂粘度は一般的に約 300cPs であり、RTM プロセスの場合はそれよりも高くなる可能性がありますが、一般に 800cPs を超えることはありません。プリプレグプロセスの場合、粘度は比較的高い必要があり、通常は約 30000 ～ 50000cPs です。もちろん、これらの粘度要件はプロセス、装置、材料自体の特性に関連しており、静的なものではありません。一般に、温度が上昇すると、低温域では樹脂の粘度が低下します。ただし、温度が上昇すると、樹脂の硬化反応も進行します。速度論的に言えば、温度が 10℃上昇するごとに反応速度は 2 倍になります。この近似は、反応性樹脂系の粘度が 100 ℃まで上昇する時期を見積もるのに依然として役立ちます。特定の臨界粘度点。たとえば、100℃で粘度が200cPsの樹脂系の粘度が1000cPsに上昇するのに50分かかります。その後、同じ樹脂系が110℃で初期粘度が200cPs未満から1000cPsに上昇するのに必要な時間は次のようになります。約25分。プロセスパラメータの選択では、粘度とゲル化時間を十分に考慮する必要があります。たとえば、真空導入プロセスでは、操作温度での粘度がプロセスで必要な粘度範囲内にあることを確認する必要があり、この温度での樹脂のポットライフは、樹脂が確実に使用できるように十分に長くなければなりません。輸入できる。要約すると、射出プロセスにおける樹脂の種類の選択では、材料のゲル化点、充填時間、温度を考慮する必要があります。他のプロセスでも同様の状況が発生します。
成形プロセスでは、部品 (金型) のサイズと形状、補強材の種類、およびプロセス パラメーターによって、プロセスの熱伝達率と物質移動プロセスが決まります。樹脂は化学結合の形成によって発生する発熱によって硬化します。単位時間あたり単位体積あたりに形成される化学結合が多いほど、より多くのエネルギーが放出されます。樹脂とそのポリマーの熱伝達係数は一般に非常に低いです。重合中の熱除去速度は、発熱速度と一致しません。これらの熱量の増加により、化学反応がより速い速度で進行し、その結果、さらに多くの反応が起こります。この自己加速反応は、最終的に部品の応力破壊または劣化につながります。これは厚さの大きな複合部品の製造においてより顕著であり、硬化プロセス経路を最適化することが特に重要です。プリプレグ硬化の高い発熱速度によって引き起こされる局所的な「温度オーバーシュート」の問題、およびグローバル プロセス ウィンドウとローカル プロセス ウィンドウ間の状態差 (温度差など) はすべて、硬化プロセスの制御方法に起因します。部品内（特に部品の厚さ方向）の「温度均一性」を実現するには、「製造システム」におけるいくつかの「ユニット技術」の配置（応用）に依存します。薄い部品の場合、周囲への放熱が多くなるため温度上昇が緩やかとなり、完全に硬化しない場合があります。このとき、架橋反応を完了させるために補助的な加熱、つまり連続加熱を行う必要があります。
複合材料の非オートクレーブ成形技術は、従来のオートクレーブ成形技術と比較したものです。広義には、オートクレーブ装置を使用しない複合材料の成形方法を非オートクレーブ成形技術と呼ぶことができます。 。これまでのところ、航空宇宙分野における非オートクレーブ成形技術の応用には、主に次の方向性が含まれています：非オートクレーブプリプレグ技術、液体成形技術、プリプレグ圧縮成形技術、マイクロ波硬化技術、電子ビーム硬化技術、平衡圧力流体成形技術。このうち、OoA（Outof Autoclave）プリプレグ技術は、従来のオートクレーブ成形プロセスに近く、手動敷設から自動敷設まで幅広いプロセス基盤を備えているため、実現の可能性が高い不織布とされています。大規模に。オートクレーブ成形技術。高性能複合部品にオートクレーブを使用する重要な理由は、硬化中にあらゆるガスの蒸気圧を超える十分な圧力をプリプレグに加えて、細孔の形成を抑制するためです。これが OoA プリプレグ技術の主な難点です。突破する必要がある。部品の気孔率を真空圧力下で制御でき、その性能がオートクレーブ硬化ラミネートの性能に到達できるかどうかは、OoA プリプレグとその成形プロセスの品質を評価するための重要な基準です。
OoA プリプレグ技術の開発は、まず樹脂の開発から始まりました。 OoA プリプレグ用の樹脂開発のポイントは 3 つあります。1 つは、付加反応硬化樹脂を使用して硬化反応中の揮発分を低減するなど、成形品の気孔率を制御することです。 2 つ目は、硬化した樹脂の性能を向上させることです。熱的特性や機械的特性など、オートクレーブプロセスによって形成される樹脂の特性を実現するためです。 3つ目は、大気圧の圧力勾配下で樹脂が流動できること、粘度寿命が長いこと、室温放置時間が十分であることなど、プリプレグの製造適性を確保することです。原料メーカーは、特定の設計要件とプロセス方法に従った材料の研究開発。主な方向性としては、機械的特性の向上、外部時間の延長、硬化温度の低下、耐湿性と耐熱性の向上が挙げられます。これらのパフォーマンス向上の一部は矛盾しています。 、高靭性、低温硬化など。バランスポイントを見つけて総合的に検討する必要があります！
OoAプリプレグは樹脂開発に加え、プリプレグの製造方法も用途開発を推進しています。この研究では、空隙率ゼロの積層板を製造するためのプリプレグ真空チャネルの重要性が判明しました。その後の研究により、半含浸プリプレグがガス透過性を効果的に改善できることが示されました。 OoA プリプレグは樹脂が半含浸されており、乾燥繊維が排気ガスの流路として使用されます。部品の硬化に関与するガスと揮発性物質は、最終部品の気孔率が 1% 未満になるようにチャネルを通じて排出できます。
真空袋詰めプロセスは、非オートクレーブ成形 (OoA) プロセスに属します。簡単に言うと、製品を金型と真空バッグの間に密閉し、真空引きすることで製品を加圧することにより、製品のコンパクト化と機械的特性の向上を図る成形プロセスです。主な製造工程は、
まず、離型剤または離型布をレイアップモールド（またはガラスシート）に塗布します。プリプレグは、使用するプリプレグの規格に従って検査され、主にプリプレグの面密度、樹脂含有量、揮発分などの情報が検査されます。プリプレグを所定のサイズにカットします。カットする際は繊維の方向に注意してください。一般に、繊維の方向偏差は 1° 未満であることが必要です。各ブランキングユニットに番号を付け、プリプレグ番号を記録します。層を重ねるときは、積層記録シートに要求される積層順序に厳密に従って層を積層する必要があり、PE フィルムまたは剥離紙は繊維の方向に沿って接続され、気泡が存在する必要があります。繊維の方向に沿って追いかけられます。スクレイパーはプリプレグを広げてできるだけ掻き出し、層間の空気を抜きます。レイアップする際、プリプレグをスプライスする必要がある場合がありますが、これは繊維方向に沿ってスプライスする必要があります。スプライシングプロセスでは、重なり合いと重なりを少なくする必要があり、各層のスプライシング継ぎ目を千鳥状にする必要があります。一般的に一方向プリプレグの接合ギャップは以下のとおりです。 1mm;編組プリプレグは重ね合わせのみ可能で、スプライスはできません。重ね幅は 10 ～ 15 mm です。次に、真空予備圧縮に注意してください。予備ポンプの厚さはさまざまな要件に応じて異なります。目的は、レイアップ内に閉じ込められた空気とプリプレグ内の揮発性物質を排出し、コンポーネントの内部品質を確保することです。次に、補助材料の敷設と真空袋詰めが行われます。袋の密封と硬化: 最終要件は、空気が漏れないことです。注：エア漏れがよく発生する箇所はシーラント接合部です。
生産も行っておりますグラスファイバーダイレクトロービング,ガラス繊維マット, グラスファイバーの網, そしてグラスファイバー織ロービング.
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投稿日時: 2022 年 5 月 23 日
