VARTM プロセスで製造されたファイバー金属ラミネート

ラングレー研究センター、バージニア州ハンプトン

ファイバーメタルラミネート（FML）は、金属、繊維、マトリックス樹脂を利用した多成分材料です。 これらのコンポーネントの 1 つ以上を変更することで、それらのプロパティを調整することが簡単に実現できます。 真空補助樹脂トランスファー成形 (VARTM) を使用して FML を製造するための 2 つの新しいプロセスが開発されました。

一般的な FML は、金属箔と繊維/マトリックス樹脂プリプレグの層を交互に積み重ねた後、プレスまたはオートクレーブで固めることによって調製されます。 アルミニウムシートとアラミド繊維/エポキシプリプレグからなるFMLは1980年代に初めて開発され、その後1991年にアラミド繊維の代わりにガラス繊維を使用したFMLが導入されました。

現在市販されている FML は製造コストが高くつく可能性があり、必要なプリプレグと固化時のオートクレーブまたはプレスの使用により部品サイズが制限されます。 しかし、真空圧のみによって液体樹脂を乾燥布地層に注入して高品質の材料を製造することは、複合材料を製造するためのよりコスト効率の高いプロセスであることが証明されています。 VARTM は流動分散媒体を利用して、樹脂が部品の長さにわたって表面上で急速に進行し、その後部品全体にゆっくりと厚みを通って注入するため、注入時間が短縮されます。

VARTM プロセスは、金属層内の小さな流路を利用して厚さ全体に樹脂を注入できる FML 用に開発されました。 このプロセスで生成されるマテリアルは VARTMFML と呼ばれます。 FML 用に開発された 2 番目の VARTM プロセスでは、多孔質の金属コーティングされた生地を使用して、厚さ全体の注入を可能にします。 これらの積層体は VARTMPCL と呼ばれます。 各プロセスでは、金属、繊維、樹脂のさまざまな組み合わせを選択して、特定の用途に合わせて材料を調整できます。

VARTMFML の加工には、樹脂流路と補強布地を含む金属箔の層を交互に積み重ねることが含まれます。 次に、金属箔/布地のプリフォームに、VARTM プロセスによって樹脂が注入されます。 VARTMFML は、金属箔、繊維、樹脂、経路のサイズと分布を適切に選択することで最適化できる優れた機械的特性を提供します。

VARTMPCL の加工には、まず金属コーティングされた生地の製造が必要です。 ファブリックは、誘導結合プラズマ蒸着プロセスを使用して金属層でコーティングされます。 製造された金属層は多孔質であるため、積み重ねられた金属コーティングされた布地層を注入して新しい FML を製造できます。 金属粉末は、低圧で不活性アルゴン/ヘリウムプラズマに軸方向に注入されます。 粒子がプラズマを通過すると、部分的に溶融した液滴になります。 これらの金属の液滴は、受け取ったままの生地に低速で衝突し、急速に冷却され、金属と生地の結合が形成されます。 ＶＡＲＴＭＰＣＬの利点は、親ポリマーマトリックス複合材料と比較して、電気伝導性（例えば、落雷保護）または熱伝導性（例えば、除氷のための加熱）を含む機能的特性の改善である可能性が高い。

この研究は、ラングレー研究センターの BJ Jensen、RJ Cano、SJ Hales、BW Grimsley、ES Weiser によって行われました。 ロッキード・マーティン・エンジニアリング・アンド・サイエンス社のJA・アレクサ氏。 LAR-17165-1/485-1/-2

この記事は、NASA Tech Briefs Magazine の 2015 年 8 月号に初めて掲載されました。

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