JP7709891B2 - Composite bonding methods - Google Patents
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Description
本開示は、複合材の接着方法に関するものである。 This disclosure relates to a method for bonding composite materials.
従来、接着対象物と複合材との接着部の全域に対して、加圧しながら加熱して接着する複合材の接着方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。 Conventionally, a method for bonding composite materials is known in which pressure is applied to the entire bonding area between the object to be bonded and the composite material while heating the bond (see, for example, Patent Document 1).
一般的に、接着対象物に複合材を接着する場合、接着対象物と複合材との接着部において気泡が発生しないように、バギングフィルムで気密に封止して、バギングフィルムの内部を真空引きした状態で、オートクレーブによる加熱を行う。しかしながら、接着対象物または複合材が複雑形状の場合、バギングフィルムを用いた接着では、バギングフィルムが損傷する等の製造性に難がある場合がある。このため、特許文献１のようなバギングレスでの接着を行うことが考えられるが、接着対象物または複合材が、航空機等で用いられる大型部品である場合、形状制約により実用性が乏しいものとなる。 In general, when bonding a composite material to an object to be bonded, the bonded portion between the object to be bonded and the composite material is airtightly sealed with a bagging film to prevent air bubbles from forming at the bonded portion, and the bagging film is heated in an autoclave while the inside of the bagging film is evacuated. However, when the object to be bonded or the composite material has a complex shape, bonding using a bagging film may have manufacturing difficulties, such as damage to the bagging film. For this reason, it is possible to perform bagging-less bonding as in Patent Document 1, but when the object to be bonded or the composite material is a large part used in an aircraft or the like, shape restrictions make this method less practical.
そこで、本開示は、形状による制約を受けずに、バギングレスで、複合材を好適に接着することができる複合材の接着方法を提供することを課題とする。 Therefore, the objective of this disclosure is to provide a method for bonding composite materials that can bond composite materials effectively without being restricted by shape and without bagging.
本開示の複合材の接着方法体は、接着対象物に複合材を接着する複合材の接着方法において、前記接着対象物の接着領域に接着剤を介して前記複合材を配置するステップと、前記接着領域の一部となる複数の局所領域を加圧しながら加熱して、前記接着対象物に前記複合材を仮接着するステップと、仮接着された前記接着領域の全領域を加熱して、前記接着対象物に前記複合材を本接着するステップと、を実行する。 The composite material bonding method disclosed herein is a method for bonding a composite material to an object to be bonded, which includes the steps of placing the composite material on an adhesive in an adhesion area of the object to be bonded, applying pressure to and heating a plurality of local areas that will become part of the adhesion area to temporarily bond the composite material to the object to be bonded, and heating the entire area of the temporarily bonded adhesion area to permanently bond the composite material to the object to be bonded.
本開示によれば、形状による制約を受けずに、バギングレスで、複合材を好適に接着することができる。 According to the present disclosure, composite materials can be bonded effectively without bagging and without being restricted by shape.
以下に、本開示に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。 Below, an embodiment of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to this embodiment. Furthermore, the components in the following embodiments include those that are easily replaceable by a person skilled in the art, or those that are substantially the same. Furthermore, the components described below can be combined as appropriate, and when there are multiple embodiments, the respective embodiments can also be combined.
［実施形態］
図１は、本実施形態に係る複合材の接着方法を示す説明図である。図２は、接着領域における局所領域を示す説明図である。
[Embodiment]
Fig. 1 is an explanatory diagram showing a method for bonding composite materials according to the present embodiment, and Fig. 2 is an explanatory diagram showing a local region in a bonding region.
本実施形態に係る複合材の接着方法は、接着対象物５に複合材６を接着して接着構造体１とする方法となっている。接着対象物５は、複合材であってもよいし、金属等であってもよく、特に限定されない。本実施形態では、接着対象物５として複合材に適用して、つまり、複合材同士を接着する場合について説明する。また、本実施形態に係る複合材６の接着方法は、接着対象物５及び複合材６として、航空機に用いられる部品であって、大型で複雑形状となる部品に適する接着方法となっている。 The method for bonding composite materials according to this embodiment is a method for bonding a composite material 6 to an object to be bonded 5 to form a bonded structure 1. The object to be bonded 5 may be a composite material, a metal, or the like, and is not particularly limited. In this embodiment, the method is applied to a composite material as the object to be bonded 5, that is, a case where composite materials are bonded together will be described. Furthermore, the method for bonding composite materials 6 according to this embodiment is a bonding method suitable for parts that are large and have complex shapes, and are used as the object to be bonded 5 and the composite material 6, which are parts used in aircraft.
複合材６は、例えば、強化繊維に樹脂を含侵させて硬化させた繊維強化プラスチックであり、強化繊維としては、例えば、炭素繊維等が用いられ、樹脂としては、例えば、熱硬化性樹脂等が用いられる。強化繊維及び樹脂は、特に限定されない。 The composite material 6 is, for example, a fiber-reinforced plastic in which reinforcing fibers are impregnated with resin and hardened. The reinforcing fibers may be, for example, carbon fibers, and the resin may be, for example, a thermosetting resin. There are no particular limitations on the reinforcing fibers and resin.
（複合材の接着方法）
先ず、複合材６の接着方法では、接着対象物５の接着領域Ｅ１に、複合材６を配置するステップＳ１を実行する。本実施形態において、接着対象物５は、板状の複合材となっており、接着領域Ｅ１は、上面の全面となっている。具体的に、ステップＳ１では、接着対象物５の接着領域Ｅ１の全域に、接着剤をシート状にした接着シート８を配置する。この後、ステップＳ１では、接着シート８上に複合材６を配置する。ステップＳ１では、接着対象物５と複合材６との間に接着シート８を介在させると、接着シート８を加熱して溶融させることで、接着対象物５と複合材６との間に接着剤を隙間なく充填させる。
(Method of bonding composite materials)
First, in the method for bonding the composite material 6, step S1 is performed in which the composite material 6 is placed in a bonding area E1 of the bonding object 5. In this embodiment, the bonding object 5 is a plate-shaped composite material, and the bonding area E1 is the entire upper surface. Specifically, in step S1, an adhesive sheet 8 in the form of a sheet of adhesive is placed over the entire bonding area E1 of the bonding object 5. Thereafter, in step S1, the composite material 6 is placed on the adhesive sheet 8. In step S1, the adhesive sheet 8 is interposed between the bonding object 5 and the composite material 6, and the adhesive sheet 8 is heated and melted to fill the gap between the bonding object 5 and the composite material 6 with the adhesive.
続いて、複合材６の接着方法では、接着領域Ｅ１の一部となる複数の局所領域Ｅ２を加圧しながら加熱して、接着対象物５に複合材６を仮接着するステップＳ２を実行する。ステップＳ２では、仮接着に用いられる装置として、複数のクランプ１１と、複数のヒータ１２と、複数の温度センサ１３と、制御部１５を備える仮接着装置１０が適用される。 Next, in the method for bonding the composite material 6, step S2 is performed in which a plurality of local regions E2 that become part of the bonding region E1 are heated while being pressurized, thereby temporarily bonding the composite material 6 to the bonding object 5. In step S2, a temporary bonding device 10 equipped with a plurality of clamps 11, a plurality of heaters 12, a plurality of temperature sensors 13, and a control unit 15 is applied as a device used for temporary bonding.
複数のクランプ１１は、接着対象物５と複合材６とを両側から挟み込んで、局所領域Ｅ２を加圧する治具となっている。ここで、複数のクランプ１１により加圧される複数の局所領域Ｅ２は、図２に示すように、接着領域Ｅ１に対して均等に配置されている。具体的に、局所領域Ｅ２は、円形の領域となっている。また、複数の局所領域Ｅ２は、格子状に配置されている。 The multiple clamps 11 are a tool that clamps the object to be bonded 5 and the composite material 6 from both sides and applies pressure to the local area E2. Here, the multiple local areas E2 that are pressurized by the multiple clamps 11 are evenly arranged with respect to the bonding area E1, as shown in FIG. 2. Specifically, the local area E2 is a circular area. The multiple local areas E2 are also arranged in a lattice pattern.
複数のヒータ１２は、複数のクランプ１１に応じて設けられ、クランプ１１と接着構造体１との間にそれぞれ設けられている。ヒータ１２は、局所領域Ｅ２を加熱して、接着剤を熱硬化させることで、接着対象物５と複合材６とを仮接着する。複数のヒータ１２は、制御部１５に接続されており、制御部１５によってそれぞれ温度制御される。 The heaters 12 are provided in correspondence with the clamps 11, and are provided between the clamps 11 and the adhesive structure 1, respectively. The heaters 12 heat the local region E2 to thermally harden the adhesive, thereby temporarily bonding the object to be bonded 5 and the composite material 6. The heaters 12 are connected to the control unit 15, and the temperature of each heater 12 is controlled by the control unit 15.
複数の温度センサ１３は、複数のヒータ１２に応じて設けられ、局所領域Ｅ２の温度を計測可能な位置に設けられている。複数の温度センサ１３は、制御部１５に接続されており、制御部１５へ向けて計測した局所領域Ｅ２の温度をそれぞれ出力する。 The multiple temperature sensors 13 are provided corresponding to the multiple heaters 12 and are provided at positions where the temperature of the local region E2 can be measured. The multiple temperature sensors 13 are connected to the control unit 15 and each output the measured temperature of the local region E2 to the control unit 15.
制御部１５は、温度センサ１３の計測温度に基づいて、ヒータ１２を温度制御することにより、局所領域Ｅ２の加熱温度を調整している。 The control unit 15 adjusts the heating temperature of the local region E2 by controlling the temperature of the heater 12 based on the temperature measured by the temperature sensor 13.
ステップＳ２では、上記の仮接着装置１０を用いて、複数の局所領域Ｅ２を仮接着することで、複数の接着部を形成する。複数の接着部は、後述する本接着において、接着剤が膨張することで発生する内圧に対して、接着対象物５と複合材６とを拘束する拘束力を付与している。 In step S2, the above-mentioned temporary bonding device 10 is used to temporarily bond the local regions E2 to form multiple bonded sections. The multiple bonded sections provide a restraining force that restrains the bonded object 5 and the composite material 6 against the internal pressure generated by the expansion of the adhesive during the actual bonding described below.
次に、複合材６の接着方法では、仮接着された接着領域Ｅ１の全領域を加熱して、接着対象物５に複合材６を本接着するステップＳ３を実行する。ステップＳ３では、仮接着した接着構造体１を加熱炉２０に入れ、加熱炉２０において接着構造体１の接着領域Ｅ１が、均一に加熱される。ここで、ステップＳ２における仮接着の加熱温度と、ステップＳ３における本接着の加熱温度とは、同じ温度となっている。ステップＳ３において、接着構造体１を加熱すると、接着剤が熱膨張することで、接着対象物５と複合材６との間に内圧が発生する。一方で、接着対象物５と複合材６とは、複数の局所領域Ｅ２（接着部）において拘束されることから、接着対象物５と複合材６との間の内圧は低下し難く、接着剤における気泡の発生を抑制する。そして、ステップＳ３により本接着が行われることで、接着対象物５と複合材６とは一体となり、複合材６の接着が終了する。 Next, in the method for bonding the composite material 6, step S3 is performed in which the entire area of the temporarily bonded bonding area E1 is heated to bond the composite material 6 to the bonded object 5. In step S3, the temporarily bonded bonded structure 1 is placed in a heating furnace 20, and the bonded area E1 of the bonded structure 1 is uniformly heated in the heating furnace 20. Here, the heating temperature for temporary bonding in step S2 and the heating temperature for permanent bonding in step S3 are the same temperature. When the bonded structure 1 is heated in step S3, the adhesive expands thermally, generating internal pressure between the bonded object 5 and the composite material 6. On the other hand, since the bonded object 5 and the composite material 6 are restrained in multiple local areas E2 (bonding parts), the internal pressure between the bonded object 5 and the composite material 6 is difficult to decrease, and the generation of air bubbles in the adhesive is suppressed. Then, the bonded object 5 and the composite material 6 are integrated by performing the permanent bonding in step S3, and the bonding of the composite material 6 is completed.
以上のように、実施形態に記載の複合材６の接着方法は、例えば、以下のように把握される。 As described above, the bonding method for the composite material 6 described in the embodiment can be understood, for example, as follows.
第１の態様に係る複合材６の接着方法は、接着対象物５に複合材６を接着する複合材６の接着方法において、前記接着対象物５の接着領域Ｅ１に接着剤（接着シート８）を介して前記複合材６を配置するステップＳ１と、前記接着領域Ｅ１の一部となる複数の局所領域Ｅ２を加圧しながら加熱して、前記接着対象物５に前記複合材６を仮接着するステップＳ２と、仮接着された前記接着領域Ｅ１の全領域を加熱して、前記接着対象物５に前記複合材６を本接着するステップＳ３と、を実行する。 The first embodiment of the method for bonding a composite material 6 to an object 5 includes the steps of: placing the composite material 6 in an adhesion area E1 of the object 5 via an adhesive (adhesive sheet 8) in step S1; heating and pressurizing a plurality of local areas E2 that are part of the adhesion area E1 to temporarily bond the composite material 6 to the object 5; and heating the entire temporarily bonded adhesion area E1 to permanently bond the composite material 6 to the object 5.
この構成によれば、接着対象物５及び複合材６が大型で複雑形状であっても、局所領域Ｅ２において好適に仮接着を行うことができ、また、本接着においては、接着対象物５と複合材６との間に発生する内圧によって気泡の発生を抑制できる。このため、接着対象物５及び複合材６の形状による制約を受けずに、バギングレスで、複合材６を好適に接着することができる。 With this configuration, even if the objects to be bonded 5 and the composite material 6 are large and have complex shapes, temporary bonding can be performed effectively in the local region E2, and in the actual bonding, the internal pressure generated between the objects to be bonded 5 and the composite material 6 can suppress the generation of air bubbles. Therefore, the composite material 6 can be bonded effectively without bagging, without being restricted by the shapes of the objects to be bonded 5 and the composite material 6.
第２の態様として、前記複合材６を本接着するステップＳ３では、複数の前記局所領域Ｅ２において接着された複数の接着部が、加熱により前記接着剤が膨張することで発生する内圧に抗する拘束力を有する。 In a second aspect, in step S3, in which the composite material 6 is bonded, the multiple adhesive joints bonded in the multiple local regions E2 have a restraining force that resists the internal pressure generated by the expansion of the adhesive due to heating.
この構成によれば、接着剤の膨張による内圧によって、接着対象物５と複合材６とが剥離することを抑制することができる。また、内圧が低下することを抑制することができるため、気泡の発生を好適に抑制することができる。 This configuration can prevent the bonded object 5 and the composite material 6 from peeling off due to the internal pressure caused by the expansion of the adhesive. In addition, it can prevent the internal pressure from decreasing, which effectively prevents the generation of air bubbles.
第３の態様として、複数の前記局所領域Ｅ２は、前記接着領域Ｅ１に対して均等に配置されている。 In a third aspect, the local regions E2 are evenly spaced relative to the adhesive region E1.
この構成によれば、拘束力の偏在を抑制することができるため、接着領域Ｅ１の全域において、接着対象物５と複合材６との拘束を維持することができる。 This configuration makes it possible to suppress uneven distribution of the binding force, so that the binding between the object to be bonded 5 and the composite material 6 can be maintained throughout the entire bonding area E1.
第４の態様として、前記複合材６を仮接着するステップＳ２における加熱温度と、前記複合材６を本接着するステップＳ３における加熱温度とは、同じ温度となっている。 In a fourth aspect, the heating temperature in step S2, in which the composite material 6 is temporarily bonded, is the same as the heating temperature in step S3, in which the composite material 6 is permanently bonded.
この構成によれば、仮接着および本接着においても、接着剤の熱硬化を好適に行うことができる。 This configuration allows the adhesive to be thermally cured effectively both in temporary adhesion and in full adhesion.
第５の態様として、前記複合材６を本接着するステップＳ３では、前記接着領域Ｅ１に対して均一に加熱する。 In the fifth aspect, in step S3, in which the composite material 6 is bonded, the bonding area E1 is uniformly heated.
この構成によれば、接着領域Ｅ１における熱硬化のタイミングをほぼ同時とすることができるため、接着対象物５と複合材６との接着を好適に行うことができる。 With this configuration, the timing of thermal curing in the adhesive region E1 can be made almost simultaneous, so that the adhesive object 5 and the composite material 6 can be bonded effectively.
第６の態様として、前記複合材６を配置するステップＳ１では、前記接着剤がシート状に形成された接着シート８であり、前記接着対象物５と前記複合材６との間の前記接着シート８を加熱して溶融させる。 In a sixth aspect, in step S1 of placing the composite material 6, the adhesive is an adhesive sheet 8 formed in a sheet shape, and the adhesive sheet 8 between the object to be bonded 5 and the composite material 6 is heated and melted.
この構成によれば、接着対象物５と複合材６との間に接着剤を隙間なく充填させることができるため、気泡の形成を抑制し、接着品質の向上を図ることができる。 This configuration allows the adhesive to be filled without gaps between the object to be bonded 5 and the composite material 6, suppressing the formation of air bubbles and improving the bonding quality.
１ 接着構造体
５ 接着対象物
６ 複合材
８ 接着シート
１０ 仮接着装置
１１ クランプ
１２ ヒータ
１３ 温度センサ
１５ 制御部
REFERENCE SIGNS LIST 1 bonded structure 5 bonded object 6 composite material 8 adhesive sheet 10 temporary bonding device 11 clamp 12 heater 13 temperature sensor 15 control unit
Claims (6)
前記接着対象物の接着領域に接着剤を介して前記複合材を配置するステップと、
前記接着領域の一部となる複数の局所領域を加圧しながら加熱して、前記接着対象物に前記複合材を仮接着するステップと、
仮接着された前記接着領域の全領域を加熱して、前記接着対象物に前記複合材を本接着するステップと、を実行する複合材の接着方法。 A method for bonding a composite material to an object to be bonded, comprising the steps of:
placing the composite material on an adhesive region of the object to be bonded via an adhesive;
applying pressure to and heating a plurality of local regions that will become part of the bonding region to temporarily bond the composite material to the bonding object;
A method for bonding a composite material, comprising the steps of: heating the entire area of the temporarily bonded bonding region to permanently bond the composite material to the object to be bonded.
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- 2021-10-20 JP JP2021171320A patent/JP7709891B2/en active Active
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