炭素繊維複合材料(CFRP)の成形用赤外線加熱プロセス

炭素繊維複合材料はその目的に応じてさまざまな材料が使われます。例えば大きな車体部品向けには短繊維強化熱硬化性プラスチック、高強度構造部品向けには長繊維強化熱可塑性プラスチック、風力発電所向けロービング織物、あるいはスリーブや圧力容器向けにはフィラメントワインディングなどが挙げられます。これらすべての材料に共通していることは、最も費用対効率の高い方法で生産しなければならないことです。

このような部品を製造する際は、赤外線加熱やUV照射が用いられていますが、その理由は高速かつ均質に加熱や硬化ができ、プロセス時間を短縮できるからです。

赤外線加熱は熱硬化性プラスチックを硬化させ、溶着や成型、成形前に熱可塑性プラスチックをプレ加熱します。また、お客様の製品とプロセスに応じて精密に調整でき、レイトレーシングや計算流体力学といった高度な数値的手法が、大きな表面でも均質に加熱するのに役立ちます。

GKNエアロスペース社の赤外線ヒーターシステム導入事例

炭素繊維複合材料の加熱成型

ヘレウスの赤外線ヒーターシステムは、英国西部にある新しいGKNエアロスペース社の工場で航空機の機体向けの複合材料の成型に使われています。このシステムは、エアバス350 XWBのレイアップ複合後部尾翼のスパーの中間プロセスで、連続しわ防止のために使われています。このシステムはカスタムデザインで、GKNエアロスペースのエンジニアと共に開発し、ヘレウスのアプリケーションセンターで初期テストを行いました。

GKNエアロスペース社は、世界をリードする機体、エンジン、部品のティア1サプライヤーであり、あらゆる種類の航空機またはエンジンの主契約者、ティア1サプライヤー向けにアセンブリーを行っています。

すでに行っている重要なワークパッケージは、エアバスA350XWBのすべての複合後部尾翼スパーの製造です。それぞれ3つの後部尾翼スパーは、プリプレグ炭素繊維複合材をマンドレルに設置・製造されます。その後オートクレーブで硬化されます。しかし、このような複雑なオペレーションは、層やラミネートの間の空間や過剰な樹脂のため、時として最終的製品の表面にしわを発生させます。

このようなしわの問題は、バリ取りをすることで解消されます。さまざまな製造プロセスの段階で、真空で複合材料を入れ、適度に加熱し真空下でレイヤー間あるいはプリプレグ層にある圧縮、成型します。複合材料のバリ取り向け赤外線ヒーターGKNエアロスペース社のエンジニアは、幾度にもわたるテストをさまざまな赤外線ヒーターで試した結果、表面加熱に最適なものを導入しました。制御装置と赤外線モジュールを最適に設計した結果、大面積の複合材の表面を均一にかつ精密に加熱することに成功しました。

• 熱硬化性プラスチックの熱硬化

• 熱可塑性プラスチックの加熱

• 複合材料の層の接合

• 複合材料の層の圧縮成型

• 成形前複合材料の予熱

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