多段加圧・脱気プロセスは、アラミド繊維強化エポキシ（AF/EP）ラミネートの構造的完全性を保証する決定的な手段です。初期硬化サイクル中に、圧力（例：1 MPa）を周期的に印加および解放することにより、この特定の技術は、樹脂マトリックスと繊維層に閉じ込められた微細気泡や残留揮発性物質を機械的に排気します。
重要なポイント このプロセスの主な機能は、内部空隙欠陥を完全に除去することです。樹脂が完全に固まる前にガスや揮発性物質をパージすることで、高温での使用や機械的負荷の下で材料が破損する原因となる応力集中を防止します。
プロセスのメカニズム
周期的圧力印加
このプロセスは静的な力に依存するのではなく、多段的で周期的なアプローチを採用しています。
加熱プレス内での初期硬化サイクル中に、圧力は制御されたリズムで印加され、その後解放されます。
微細気泡の排気
この振動の主な標的は微細気泡です。
これらの気泡は、プリプレグの積層プロセス中に繊維層間に自然に閉じ込められます。圧力サイクルは、これらの閉じ込められた気泡をラミネートスタックから効果的に「ポンプ」で排出します。
残留揮発性物質の除去
閉じ込められた空気以外にも、樹脂自体には加熱中にガスを放出する残留揮発性物質が含まれている場合があります。
圧力解放段階は、これらの化学副生成物がマトリックスから逃げるための経路を提供し、硬化した複合材内に永久的な多孔質となるのを防ぎます。
脱気が性能を決定する理由
内部空隙の除去
このプロセスの直接的な物理的結果は、内部空隙欠陥のないラミネートです。
空隙は本質的に材料構造の穴です。樹脂が繊維間の空間を完全に満たすようにすることで、材料は最大の密度と連続性を達成します。
応力集中の防止
脱気の長期的な価値は、応力集中点の防止です。
機械的負荷の下では、空隙は応力の焦点として機能し、破壊や層間剥離のしきい値を大幅に低下させます。
高温信頼性の確保
空隙は、高温での使用中に特に危険です。
閉じ込められたガスは加熱されると膨張し、内部圧力を発生させて材料を内側から破裂させる可能性があります。このプロセスは、そのリスクを完全に軽減します。
避けるべき一般的な落とし穴
静的圧力のリスク
一般的な間違いは、一定の高い圧力だけで空隙が抑制されると仮定することです。
圧力解放段階がないと、ガスは圧縮されるかもしれませんが、マトリックス内に閉じ込められたままで、後で再膨張したり欠陥を形成したりする可能性があります。ガスがシステムから物理的に排出されるためには、周期的な解放が必要です。
初期サイクルの過小評価
このプロセスは、初期硬化サイクル中に発生する必要があります。
エポキシがゲル化または大幅に架橋し始めると、粘度が高くなりすぎて気泡が移動できなくなり、残りの欠陥が構造に永久に固定されてしまいます。
目標に合った選択をする
AF/EPラミネートが性能要件を満たしていることを確認するために、以下を検討してください。
- 高温での使用が主な焦点の場合：残留揮発性物質をすべて除去するのに十分な脱気サイクルを確保してください。閉じ込められたガスの熱膨張は、この環境での主な故障モードです。
- 機械的負荷支持が主な焦点の場合：応力下での亀裂発生部位となる微細気泡を除去するために、圧力印加の周期的な性質を優先してください。
AF/EP複合材の完全性は、繊維だけでなく、それらの間の空隙の成功裏な除去によって決定されます。
概要表：
| プロセス要素 | アクション | メリット |
|---|---|---|
| 周期的圧力 | 周期的な印加と解放（例：1 MPa） | 閉じ込められた空気と微細気泡を機械的に排気する |
| 脱気段階 | 初期加熱中の残留揮発性物質の除去 | マトリックス内の化学副生成物による多孔質化を防ぐ |
| 空隙除去 | 内部空気ポケットの完全な除去 | 応力集中と亀裂発生を最小限に抑える |
| 熱安定性 | 内部ガスの膨張を防ぐ | 高温での使用中の信頼性を確保する |
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参考文献
- Yunxian Yang, Guangyan Huang. Preparation of a cyclotriphosphazene microsphere bearing a phosphaphenanthrene structure towards fire-safety and mechanical enhancement for epoxy and its aramid fiber composite. DOI: 10.1039/d3ma01074k
この記事は、以下の技術情報にも基づいています Kintek Press ナレッジベース .
