I. 熱間圧縮成形
熱間圧縮成形プロセスでは、材料はオーブン内で溶融温度 (340-430 度、または 645-805 °F) を超える温度に加熱され、急速 (1-10 秒) で成形型に送られ、圧縮成形され、圧力 (700 - 7000 kPa、または 100 - 1000 psi) の下で固化して冷却されます。図 42 に示すように、製造では、プレス成形ダイスは通常、鋼鉄またはアルミニウム構造の凸面-を組み合わせたものです。ただし、プロトタイプ作成プロセスでは、ゴム、木材、フェノール樹脂などの材料を使用できます。完成した金型は、成形と固化のサイクル全体を通じて室温に保つことができます。ただし、高温の金型 (120 ～ 200 度、または 250 ～ 390 °F) を使用すると、冷却速度の制御が可能になり (部品の反りを回避し、PEEK や硫化ポリフェニレンなどの半結晶性熱可塑性プリプレグの形態を制御)、成形ウィンドウが拡張され、レイアップ スリップが向上します。
図 42: ホットプレス装置
この方法の主な欠点は、プレスが一方向にのみ圧力を加えるため、複雑な形状の部品 (例: ビード、閉じたコーナー) や垂直に近いサポートを持つ部品の製造が困難になることです。{2}}金型の完全なセットの温度を部品ごとにサイクルする必要がないため、プレス成形では 10 分から 2 時間の迅速なプロトタイピング時間が達成できます。
II.熱電対（プローブ）
熱電対 (TC) は、温度を正確に測定するために使用される熱電デバイスです。単純な温度読み取り装置に接続したり、サーマル リンク、オーブン、その他のタイプのコントローラーに接続して熱を調整したりできます。TC は、1 本のワイヤ、またはワイヤの一端が互いに接続された異なる金属の 2 本のワイヤで構成されます。加熱されたコネクタは電流を生成し、この電流は TC モニターによって測定値に変換されます。ローカル温度監視機器 (サーマル コネクタ、オーブン、オートクレーブなど) と互換性のあるワイヤ タイプ (J または K) とコネクタ タイプを選択します。TC ワイヤはさまざまなタイプの絶縁機器に接続できます。メーカーの製品データシートをチェックして、断熱材が最高の硬化温度に耐えられるかどうかを確認してください。テフロン絶縁ワイヤは通常、390 °F (198.89 度) 以下での硬化に適しています。高温ではポリイミド (カプトン) 絶縁ワイヤを使用する必要があります。
Ⅲ．熱電対のレイアウト
適切な硬化温度を得るには、修復プロセス全体を通じて熱電対を配置することが重要です。一般に、温度制御に使用する熱電対は、修復材料に埋め込んだり、修復プロセス中にくぼみを作ったりしないように、修復材料のできるだけ近くに配置する必要があります。また、材料が適切に硬化するように、適切に高温または低温に置く必要がありますが、材料の構造特性を劣化させる可能性のある過度の温度にさらさないようにしてください。熱電対は、監視対象領域のできるだけ近くに配置する必要があります。熱電対を使用する場合は、次の手順を実行する必要があります。
-加熱サイクルを監視するには少なくとも 3 つの熱電対。
-硬化済みパッチを接着する場合は、熱電対をパッチの中心近くに配置します。-
-制御熱電対は、熱電対がパッチ内に押し込まれるのを防ぐために薄い金属シートの上に配置されている限り、低温（200 °F（93.33 度）以下）で同時硬化されたパッチの中心に配置できます。-これにより、パッチ温度をより正確に制御できるようになります。
-修理パッチの周囲に取り付ける熱電対は、接着ラインの端から約 0.5 フィートの位置に配置する必要があります。
-熱電対チップの上下に流出テープを配置して、熱電対チップを樹脂の流出から保護し、制御ユニットを電源ショートから保護します。
-熱電対を真空ポートの下に置かないでください。圧力によりリード線が損傷し、誤った測定値が発生する可能性があります。
-磁束線が誤った温度測定値を引き起こすのを防ぐため、熱電対ワイヤを熱伝達ブランケット電源ワイヤの隣または横に配置しないでください。
-コントローラーが低温を補償しようとするのを防ぐため、ヒート ブランケットの 2 インチのオーバーラップ修理には制御熱電対を配置しないでください。-
-真空適用中に熱電対が監視エリアから引き離されないように、真空バッグの下の熱電対ワイヤに常にたるみを維持してください。
IV.修理エリアの温度監視
最大限の構造結合複合材の修復を実現するには、これらの材料を推奨温度範囲内で硬化させることが不可欠です。適切な温度で硬化しないと、弱いパッチや接着面が生じ、使用中の修理が失敗する可能性があります。適切で均一な温度が達成されていることを確認するために、修理を取り付ける前に熱測定を行う必要があります。熱調査により、暖房と断熱の要件、および修理エリア内の TC の位置が決定されます。熱調査は、加熱方法 (熱風モジュール、加熱ランプ、ヒートブランケット方法、および修理エリアにラジエーターが存在する場合の要件の監視) を決定するのに特に役立ちます。修復部位の加熱が-未満、-以上、あるいは不均一にならないように、あらゆる種類の加熱方法をテストする必要があります。
V. 修理エリアの温度変化
修復エリアの温度変化にはさまざまな原因が考えられます。中でも重要なのは、材料の種類、材料の厚さ、修復領域の基礎となる構造です。これらの理由から、修復する領域の構造構成を理解することが重要です。修復領域に存在する下部構造は修復領域から直接熱を逃がすため、構造物の真上にコールド スポットが形成されます。薄い表面はすぐに加熱され、簡単に過熱する可能性があります。表面が厚いと熱の吸収が遅くなり、浸漬温度に達するまでに時間がかかります。熱測定により、これらの問題領域を特定し、技術者が修理領域を均一に加熱するために必要な熱と断熱の設定を開発できるようになります。
VI.熱測定
熱測定プロセス中に、修理エリア内の可能性のある高温領域と低温領域を特定してください。同じ素材と厚さのパッチ、いくつかの熱電対、加熱ブランケット、および真空バッグを修復領域に一時的に適用します。領域を加熱し、温度が安定した後に熱電対の温度を記録します。熱電対の温度が平均温度から 10 度以上異なる場合は、断熱材を追加する必要があります。長いバンドとリブのある領域はヒートシンクとして機能するため、パッチの中央よりも温度が低いことを示します。これらの領域に断熱材を追加して温度を上げます。図 43 に示すように。
図 43: 熱測定の凡例
VII.放熱問題の解決策
追加の断熱材を修理領域に配置することができます。この断熱材は、熱の流出を最小限に抑えるために、修理領域を超えて拡張することもできます。換気バルブの素材とグラスファイバー布は、真空バッグの上部または内部、またはアクセス可能な構造の裏側で効果的に機能します。寒い地域には断熱材を多く入れ、暑い地域には断熱材を減らします。修理エリアの裏側にアクセスできる場合は、そこに追加のヒートブランケットを置いて、修理エリアをより均一に加熱できます。
Ⅷ.オーバーレイコーティングの種類
乾燥した生地には、ウェット レイアップ プロセス中に樹脂が含浸されます。{0}}樹脂システムは修理を行う前に混合されます。補修部分を布地の上に置き、布地に樹脂を含浸させます。生地に含浸が完了した後、修復層が切断され、正しいレイアップ方向に積み重ねられ、フーバーで袋詰めされます。-ウェットレイアップ修理は、非構造用途のグラスファイバーでよく使用されます。-カーボンファイバーとケブラー® ドライファブリックは、湿式樹脂システムでも使用できます。-多くの樹脂システムは室温のウェットレイアップで硬化します。これは仕上げが簡単で、材料は室温で長期間保存できます。-室温での湿式-積層の欠点は、製造プロセス中に 250 °F (121 度) または 350 °F (176.67 度) で硬化された元の構造やコンポーネントの強度と耐久性が回復しないことです。一部のウェットレイアップ樹脂は、高温硬化を使用して特性が向上しています。一般に、ウェット レイアップ材料の特性はプリプレグの特性よりも低くなります。
エポキシ樹脂は使用前に冷蔵する必要がある場合があります。これによりエポキシの劣化を防ぎます。容器のラベルには、各部品の正しい保管温度が示されています。ほとんどのエポキシ樹脂の一般的な保管温度は、40 °F (4.4 度) ～ 80 °F (26.67 度) の範囲です。一部の樹脂システムは 40 °F (4.4 度) 未満で保管する必要があります。
IX.プリプレグ
プリプレグは、製造プロセス中に樹脂を含浸させた布地またはテープです。樹脂システムは混合されており、硬化段階 B にあります。プリプレグは、樹脂のさらなる硬化を防ぐために、0°F (-17.78 度) 未満の冷凍庫に保管されます。通常、材料はロール上に配置され、プリプレグ同士がくっつかないようにバッキング材料が材料の片面に配置されます。このプリプレグは粘着性があり、積層中に他の層に付着する傾向があります。プリプレグを冷凍庫から取り出し、材料を解凍する必要があります。完全にロール化するには最大 8 時間かかる場合があります。プリプレグは密閉した防湿袋に入れて保管してください。湿気による汚染を防ぐため、材料が完全に解凍されるまでこれらの袋を開けないでください。
材料を解凍して積み重ね、裏材から取り外した後、修復層に切断し、正しいレイアップ方向に積み重ねて掃除機をかけます。-積み重ねる際は裏紙を剥がすことを忘れないでください。より高い硬化サイクルでプリプレグを硬化します。最も一般的な温度は 250 °F (121 度) と 350 °F (176.67 度) です。ホットプレスタンク、硬化オーブン、およびホットバインダーを使用してプリプレグを硬化できます。
部品が複数のプリプレグ層で作られている場合、プリプレグの各層の間に大量の空気が閉じ込められるため、硬化が必要です。プリプレグを穴あき剥離フィルムと通気層で覆い、真空バッグを適用して、閉じ込められた空気を除去します。室温で 10 ～ 15 分間真空引きします。通常、強化合板の最初の層が金型表面に適用され、プリプレグの厚さとコンポーネントの形状に応じて、このプロセスが 3 層または 5 層ごとに繰り返されます。
プリプレグ、フィルム接着剤、発泡接着剤は、0°F (-17.78 度) 未満の温度で冷凍庫に保管してください。これらの材料を輸送する必要がある場合は、ドライアイスを満たした特別な容器に入れてください。冷凍庫は自動霜取りタイプであってはなりません。自動霜取りサイクルは定期的に冷凍庫内を加熱するため、保管寿命が短くなり、複合材料の工場での許容時間を使い果たす可能性があります。冷凍庫は、0°F (-17.78 度) 以下の温度を維持できなければなりません。ほとんどの家庭用冷凍庫はこの基準を満たしています。大型冷凍庫で大容量の冷蔵保存が可能です。使用量が少ない場合はボックスフリーザーで十分かもしれません。冷凍庫はラミネートおよびペースト用接着剤の保管に使用され、40 °F (4.4 度) 付近に保管する必要があります。図 44 に示すように。
未硬化のプリプレグには保管および使用の期限があります。プリプレグを低温で保管できる最大期間は保管寿命と呼ばれ、図 45 に示すように、通常は 6 か月から 1 年です。材料メーカーは材料をテストし、保管寿命を延長することができます。
図 44: 小さな冷凍室でのプリプレグ材料の保管
図 45: プリプレグ材料の保管寿命
材料が室温で硬化するまでに許容される最大時間は、機械的寿命と呼ばれます。室温で舗装と締固めが完了するまでの推奨時間を「耐用年数」と呼びます。動作寿命は機械的寿命に比べて短くなります。機械的寿命は、材料を冷凍庫から取り出してから冷凍庫に戻すまでの間で測定されます。オペレーターは冷凍庫に出入りした時間を記録する必要があります。機械的寿命を超えた材料は廃棄する必要があります。
多くのメンテナンス施設では、材料を小さなキットにカットし、冷凍庫から取り出した後、より早く解凍できる防湿袋に保管しています。{0}これにより、大きなロール状の材料が冷凍庫から出てくるまでの時間も短縮されます。
湿気による汚染を避けるため、冷凍プリプレグはすべて防湿袋に保管する必要があります。{0}すべてのプリプレグは、ほこり、油、蒸気、煙、その他の汚染物質から保護する必要があります。修理レイアップにはクリーンルームが望ましいですが、クリーンルームがない場合は、プリプレグを袋に入れるか、ビニールで覆う必要があります。-レイアップを開始する前に、プリプレグの保護されていない端を分割膜で覆い、修復層を敷設する直前に修復領域を清掃します。-
プリプレグは温度に敏感です。温度が高すぎると材料の硬化が始まり、温度が低すぎると取り扱いが困難になります。極寒または極暑の気候で航空機を修理する場合は、修理エリアの周囲をテントで保護する必要があります。温度管理された環境でプリプレグ修復層を準備し、使用直前に修復エリアに持ち込みます。
X. 共硬化-
共硬化とは、2 つの部品を同時に硬化するプロセスです。{0}} 2 つの部品間の界面には接着層がある場合とない場合があります。通常、共硬化によりパネルの表面品質が低下しますが、これは、標準的な硬化サイクルで共硬化した二次オーバーレイ材料を使用するか、その後の充填剤の均質化操作で防ぐことができます。-共硬化した表面の機械的特性も低下する可能性があるため、より低い設計値を使用する必要があります。
典型的な共硬化用途は、補強材とスキンの同時硬化です。{0}多くの場合、疲労と剥離に対する耐性を高めるために、補強材と皮膚の間の界面に接着フィルムが配置されます。共硬化プロセスの主な利点は、結合コンポーネント間の適合性と表面の清浄性の保証です。-
11.二次接合
二次接合では、硬化済み複合部品を利用して、2 つの硬化済み複合部品を接着剤層で接合します。{0}{1}ハニカムサンドイッチコンポーネントは通常、最適な構造性能を確保するために二次接合プロセスを使用して接合されます。ハニカムコア上の共硬化ラミネートには、コアセルに浸透した変形層が存在する可能性があります。その結果、圧縮剛性と強度がそれぞれ 10% と 20% も低下する可能性があります。
二次接着を行った硬化済みラミネートは通常、接着面にナイロンまたはグラスファイバー接着剤の薄い層があります。-剥離層は硬化済みラミネートの非破壊検査を妨げることがありますが、接着前にきれいな表面を確保する最も効果的な方法であることがわかっています。{{3}剥離層を除去すると、元の状態の界面が得られます。軽い研磨サンディングにより、剥離層の布地から余分な樹脂の痕跡が除去されます。これが破損すると、結合線に亀裂が生じる可能性があります。
複合材料は、アルミニウム、スチール、チタンのコンポーネントの構造修復、修復、または強化に使用できます。複合補強材を組み合わせると、疲労亀裂の拡大を遅らせたり止めたり、腐食摩耗によって失われた構造領域を置き換えたり、小さな負のエッジ領域を構造的に強化したりすることができます。この技術は、通常、従来の航空機の金属接着および複合接着修理と組み合わせて使用されます。この用途には、エポキシ樹脂を含むボロンプリプレグテープが最も一般的に使用されます。
XII.共結合-
共接着では、部品の 1 つが事前に硬化され、対応する部品が接着剤と同時に硬化されます。-フィルム接着剤は、剥離強度を向上させるためによく使用されます。
つづく
出典「複合フロンティア」公開ウェブサイト