I. 基板材料
1.1 樹脂
1.1.1 熱硬化性樹脂
樹脂とはポリマーの総称です。樹脂とその化学組成および物理的特性は、複合材料の加工、製造、および最終特性に基本的に影響を与えます。熱硬化性樹脂は、すべての人工材料の中で最も多様で広く使用されています。-鋳造や任意の形状への成形が容易で、他のほとんどの材料と互換性があり、（熱または触媒によって）簡単に硬化して不溶性固体になります。熱硬化性樹脂は優れた接着剤および結合剤でもあります。
1.1.2 ポリエステル樹脂
ポリエステル樹脂は比較的安価で加工が容易な樹脂であり、低コストの用途によく使用されます。航空機の内装部品などに低発煙性のポリエステル樹脂が使用されています。繊維強化ポリエステルはさまざまな方法で加工できます。-一般的な加工方法には、適合金型成形、湿式レイアップ ラミネート (真空袋詰め) 成形、射出成形、繊維巻き取り、引抜成形、高圧蒸気などがあります。{4}
1.1.3 ビニルエステル樹脂
ビニルエステル樹脂は、ポリエステル樹脂と同様の外観、取扱い性、硬化特性を従来の樹脂と同等に有しています。ただし、ビニルエステル複合材料の耐食性と機械的特性は、標準的なポリエステル樹脂複合材料よりも大幅に改善されています。
1.1.4 フェノール樹脂
フェノール樹脂は、20 世紀初頭に初めて市場で商業的に使用されました。尿素ホルムアルデヒドとメラミンホルムアルデヒドは、低温使用向けの低コストの代替品として 1920 年代と 1930 年代に登場しました。フェノール樹脂は煙が少なく、可燃性が低い特性があるため、内装部品に使用されています。
1.1.5 エポキシ樹脂
エポキシ樹脂は、液体から固体まで幅広い粘度を持つ重合可能な熱硬化性樹脂です。エポキシ樹脂にはさまざまな種類があるため、技術者はメンテナンス マニュアルを参照して、特定の修理に適した種類を選択する必要があります。エポキシ樹脂は、プリプレグや構造用接着剤に広く使用されています。エポキシの利点は、高い強度と弾性率、低い揮発分含有量、優れた接着性、低い収縮、優れた耐薬品性、および加工の容易さです。その主な欠点は、脆弱性と湿気の存在下での特性の劣化です。エポキシ樹脂は、ポリエステル樹脂よりも加工または硬化が遅くなります。加工技術には、オートクレーブ成形、繊維巻き付け、成形、真空バギング、樹脂トランスファー成形、引抜成形などがあります。硬化温度の範囲は室温から約 350 度 (180 度) です。最も一般的な硬化温度範囲は 250 度から 350 度 F (120 ～ 180 度) です。図 10 に示すように。
図 10: ポンプを備えた両方の湿式エポキシ ディスペンサー レイアップ システム
1.1.6 ポリイミド樹脂
ポリイミド樹脂は高温環境に優れており、その耐熱性、酸化安定性、低い熱膨張係数、耐溶剤性により設計が容易になります。{0}その主な用途は、回路基板、熱機関、機体構造です。ポリイミド樹脂は、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂とすることができます。ポリイミド樹脂は、通常 290 度 (550 度) を超える高い硬化温度を必要とします。その結果、一般的なエポキシ複合袋詰め材料は入手できず、スチール製の工具が必要になります。ポリイミド袋詰めと Kapton® などの剥離フィルムを使用することが非常に重要です。エポキシ複合材の加工では、低コストのナイロン スリーブとポリテトラフルオロエチレン (PTFE) 剥離フィルムの代わりに、upilex® を使用することが一般的です。
ポリエステル繊維の融点が低いため、寝具の素材として使用されるグラスファイバーのトッピングは、排出可能な通気性のある素材に置き換える必要があります。
1.1.7 ポリベンズイミダゾール樹脂 (PBI)
PBI は、その極度の高温耐性により、高温耐性材料に使用されます。樹脂は接着剤や繊維として使用されます。
1.1.8 ビスマレイミド樹脂 (BMI)
BMI はエポキシ樹脂よりも高い耐熱性と高い靭性を備えており、周囲温度と高温の両方で優れた性能を発揮します。 BMI はエポキシ樹脂と同様に処理されます。 BMI は航空-エンジンや高温部品-で使用されます。 bMI は、特に標準的なホットプレス缶加工、射出成形、樹脂キャスト成形、および成形複合成形 (SMC) に適しています。-
1.1.9 熱可塑性樹脂
熱可塑性材料は、温度を上げると繰り返し軟化し、温度を下げると繰り返し硬化します。熱可塑性材料の主な利点は処理速度です。加工中に化学硬化が起こらないため、材料は柔らかい状態で成形または押し出しが可能です。
1.1.10 半結晶性熱可塑性プラスチック-
半結晶性熱可塑性プラスチックは、固定された難燃特性、優れた靭性、良好な高温および衝撃後の機械的特性、および低い吸湿性を備えています。-これらは航空機の二次構造および一次構造に使用されます。強化繊維と組み合わせて、射出成形コンパウンド、圧縮成形ランダムシート、一方向金型、プリプレグトウから作られたプリプレグ (プリプレグ)、およびファブリックプリプレグに使用できます。半結晶性熱可塑性プラスチックに含浸された繊維には、炭素繊維、ニッケル-めっきカーボン、アラミド、ガラス繊維、石英などが含まれます。
1.1.11 非晶質熱可塑性プラスチック
非晶質熱可塑性プラスチックは、フィルム、フィラメント、粉末などのさまざまな物理的形状で入手できます。強化繊維と組み合わせて、射出成形複合材料、圧縮成形可能なランダムシート、一方向ゴム金型、織ったプリプレグなどにも使用されます。使用される繊維は主にカーボン、アラミド、ガラス繊維です。非晶質熱可塑性プラスチックの特別な利点は、ポリマーによって異なります。通常、この樹脂は加工の容易さ、速度、高温耐性、優れた機械的特性、優れた靭性と衝撃強度、および化学的安定性で知られています。この安定性により、無制限の保存寿命が実現し、熱硬化性プリプレグの冷蔵保存の必要性がなくなりました。
1.1.12 ポリエーテルエーテルケトン (PEEK)
PEEK は高温熱可塑性樹脂です。-この芳香族ケトン材料は、優れた高熱特性と燃焼特性を備えており、幅広い溶媒や独自の可溶性流体に対して耐性があります。 PEEK はガラス繊維や炭素繊維で強化することもできます。
1.2 樹脂の硬化段階
熱硬化性樹脂は化学反応を利用して硬化させます。硬化には 3 つの段階があり、A、B、C と呼ばれます。
-ステージ A: 樹脂成分 (基材と硬化剤) は混合されていますが、化学反応はまだ始まっていません。ウェットレイアップ中、樹脂はステージ A にあります。-
-ステージ B: 樹脂成分が混合され、化学反応が始まりました。材料が厚く粘り気のあるものになります。プリプレグの樹脂はステージ B にあります。さらなる硬化を防ぐために、樹脂を 0 °F の冷凍庫に置きます。凍結状態では、プリプレグの樹脂は B ステージに留まります。材料を冷蔵庫から取り出し、再度加熱すると硬化が始まります。
-ステージ C: 樹脂は完全に硬化します。一部の樹脂は室温で硬化しますが、その他の樹脂は完全かつ適切に硬化するために高温硬化サイクルを必要とします。
1.3 プリプレグ
プリプレグは、マトリックスと強化繊維の組み合わせで構成されます。一方向形状 (1 つの補強方向) と生地積層形状 (複数の補強方向) で入手可能です。 5 つの主要なマトリックス樹脂ファミリーはすべて、さまざまな形状の繊維の含浸に使用できます。樹脂はもはや低粘度段階ではありませんが、取り扱い特性を向上させるためにクラス B の硬化レベルに進められています。次の製品はプリプレグの形で入手できます: 一方向ゴム金型、繊維織物製品、連続トウ、チョップド カット マット。硬化プロセスを遅らせるために、プリプレグは 0 °F 以下の冷蔵庫に保管する必要があります。プリプレグは高温で硬化します。航空宇宙で使用される多くのプリプレグには、250 °F または 350 °F で硬化するエポキシ樹脂が含浸されています。プリプレグはオートクレーブ、オーブン、またはホットブランケットで硬化されます。これらは通常購入され、湿気による汚染を避けるために密封されたビニール袋ロールに入れて保管されます。図 11 に示すように。
図 11: 接着フィルムとファブリックプリプレグ
1.4 乾燥繊維素材
カーボンファイバー、グラスファイバー、ケブラー® などの乾式繊維素材は、多くの航空機の修理手順で使用されています。修復作業が始まる前に、乾燥した生地に樹脂を含浸させます。このプロセスは、ウェットラミネーションと呼ばれることがよくあります。ウェット レイアップ プロセスを使用する主な利点は、繊維と樹脂を室温で長期間保存できることです。-複合材料は室温で硬化することも、硬化プロセスをスピードアップして強度を高めるために高温で硬化することもできます。欠点は、プロセスが煩雑であることと、強化材の特性がプリプレグよりも低いことです。図 12 に示すように。
図 12: ドライファブリック素材 (上から下へ: アルミニウム避雷素材、ケブラー®、グラスファイバー、カーボンファイバー)
1.5 助剤（チキソトロピー剤）
助剤（チキソトロピー剤）は、静止状態ではゲル状であり、撹拌すると液体になります。これらの材料は、高い静的せん断強度と低い動的せん断強度を備えていますが、応力下では粘度が低下します。
II.接着剤
2.1 フィルム接着剤
航空宇宙用途の構造用接着剤は通常、フィルムの形で供給され、剥離紙に支持され、冷蔵条件 (-18 度または 0 度 F) で保管されます。フィルム接着剤では、高温芳香族アミンまたは触媒硬化剤と幅広い柔軟剤および強化剤を使用できます。ゴム強化エポキシフィルム接着剤は航空宇宙産業で広く使用されています。上限温度 121 ～ 177 度 (250 ～ 350 度 F) は、通常、必要な強化の程度と、樹脂と硬化剤の全体的な選択によって異なります。一般に、強化樹脂では使用温度が低くなります。フィルム材料は通常、硬化前のフィルムの取り扱いを改善し、接着プロセス中の接着剤の流れを制御し、接着ラインの厚さの制御を助けるために繊維によって支持されています。繊維は、ランダムな配向のステープルマットまたは織布に作ることができます。一般的な繊維は、ポリエステル、ポリアミド (ナイロン)、およびガラス繊維です。織布を含む接着剤は、繊維に水分が吸収されるため、若干の環境劣化が生じる可能性があります。ランダムマットは、結合プロセス中に繊維が無制限に移動するため、フィルムの厚さを制御する点で織布ほど効果的ではありません。スパンレース不織布はズレないので広く使われています。図 13 と 14 に示すように。
図 13: フィルム接着剤、Kevlar®、ガラス繊維、および炭素繊維の使用
図 14: 粘着フィルム
2.2 接着剤
フィルム接着剤の代替として接着剤が使用されます。これらは、パッチの損傷部分やフィルム接着剤を塗布するのが難しい領域を修復するための二次接着によく使用されます。エポキシ樹脂の場合、構造用バインダーを接着するために主にペーストが使用されます。 1 部システムと 2 部システムが利用可能です。-ペースト状接着剤の利点は、室温で保存でき、保存期間が長いことです。欠点は、接着線の厚さを制御するのが難しく、接着の強度に影響を与えることです。
接着剤を塗布すると、接着プロセス中に生地を接着したままにすることができます。図 15 に示すように。
図 15: 接着剤
2.3 発泡接着剤
ほとんどの発泡接着剤は、厚さ 0.025- インチから 0.10 インチのクラス B エポキシ樹脂です。発泡接着剤は 250 度 (121 度) または 350 度 (176 度) で硬化します。硬化サイクル中に、発泡接着剤が広がります。発泡接着剤は冷蔵庫で保管する必要があり、プリプレグと同様に保管期間が限られています。事前修理では、発泡接着剤を使用してサンドイッチ構造のハニカムに接合し、既存のコアを修理します。図 16 に示すように。
図 16: 発泡接着剤の使用
Ⅲ．サンドイッチ構造の説明 (サンドイッチ構造の説明)
理論的には、サンドイッチ構造は、比較的厚いまたは軽いコアによって分離された 2 つの比較的薄い平行な表面で構成される構造パネルの概念です。コアは、曲げや自己平面せん断荷重に対してフェーシングをサポートします。-コアは高いせん断強度と圧縮剛性を備えていなければなりません。複合サンドイッチ構造は通常、オートクレーブ硬化、プレス硬化、または真空バッグ硬化によって製造されます。スキンラミネートは、事前に硬化させてから同時硬化操作で結合することも、両方の方法を組み合わせることもできます。-ハニカム構造の例としては、翼スポイラー、タルク、エルロン、フラップ、ナセル、フロア、舵などがあります。図 17 に示すように。
図 17: ハニカムサンドイッチ構造
IV.パフォーマンス
アルミニウムと複合積層構造を比較すると、サンドイッチ構造の曲げ剛性は非常に高くなります。ほとんどのハニカムは異方性です。つまり、特性が配向しています。ハニカム構造を使用する利点を図 18 に示します。コアの厚さを増やすと、最小限の重量増加でハニカム構造の剛性が大幅に増加します。ハニカム構造は剛性が高いため、梁フレームの場合のように外部ハードボードを使用する必要がありません。
図 18: ソリッド積層値と比較したハニカムサンドイッチ材料の強度と剛性