ヘキシオン、RTM向け新2液型エポキシで航空構造体生産を加速

これはCAMX 2019（9月23〜26日、米国カリフォルニア州アナハイム）でチェックすべき技術シリーズ第3弾ブログです。ヘキシオン（米国オハイオ州コロンバス）が、自社Epikoteシステム600エポキシ樹脂ベースの航空構造体向けRTM（レジントランスファーモールディング）用2液型（2K）システムを開発。以下でこの開発の意義、新2Kシステム詳細、混合樹脂のインシチュ品質保証への対応、さらに難燃（FR）用途向け2Kインフュージョン/RTMエポキシについて解説します。

なぜRTMで2K樹脂か？

本年初め、工具専門アルペックス・テクノロジーズ（オーストリア・ミルス）とエアバス子会社コンポジット・テクノロジー・センター（CTC、ドイツ・シュターデ）が、RTMで複合材航空機部品製造を目指すプログラムを紹介しました。航空宇宙RTM自体は新しくなく、様々な航空機部品がRTMで製造されています：

• ガルフストリームG250ビジネスジェット舵（イスラエル航空宇宙産業とノースコースト・コンポジッツ）
• LEAPターボファンエンジンブレード・ファンケース（オールバニ・エンジニアード・コンポジッツ）
• A350ドアフレーム（エアバス・ヘリコプターズ・ドナウヴェルト）
• デモA350旅客ドア（エルビット・サイクロン）
• デモA320マルチスパーフラップ（エアバス・ブレーメン）
• マトリックス・コンポジッツがF-22向け6,000個超部品をRTMで製造

しかし航空宇宙RTMは伝統的に低圧プロセスで、サイクルタイムは時間単位。アルペックスとCTCのプログラムは、高圧RTM（HP-RTM）が提供する自動化、高速注入、15〜20分のサイクルタイムを活用することに焦点。拙稿「HP-RTMでコスト効率良いCFRP航空構造体のシリアル生産」で、2液型（2K）エポキシ樹脂と現行標準のプレミックス1液型（1K）システムの問題を論じました：

「シラー（ヤン・シラー、CTC生産システムプロジェクトリーダー、RTM技術窓口）によれば、これまでのすべてのRTM航空構造体は1Kシステムのみ使用。サプライヤーが混合・認証し、樹脂が認定要件満たす責任を負う。「今2Kシステム検討中だが、混合品質確保が課題」と説明。プレミックス1Kシステムは反応防止のため冷蔵輸送・保管必須。2Kシステムの利点：このコスト削減、高反応性で高速処理可能。」

「しかし品質保証（QA）責任が樹脂サプライヤーから部品製造者へ移転。「混合比と混合樹脂品質の双方検出がQA必須。両方ともエアバス新材料認定に必要。つまり、混合直前の2成分計測と混合後の樹脂計測が必要。現状はミックスヘッド前のセンサーのみで樹脂・硬化剤計量量確認のみ。認定には不十分」

ヘキシオン（米国オハイオ州コロンバス）、自動車複合材向け高速硬化エポキシ開発リーダー（拙稿「HP-RTMの台頭」参照）が、2019年3月、Epikoteシステム600エポキシ樹脂ベースの航空構造体向けRTM用2Kシステム開発を発表。ヘキシオン・エポキシグローバル航空宇宙セグメントリーダー、ジャン・リヴィエール氏へインタビューし、航空宇宙向け2Kシステムと混合樹脂インシチュQA対応について詳細を聞きました。

1Kシステムの限界克服

「プリプレグ同様、航空宇宙RTM・インフュージョン用1Kシステムは冷蔵保管必須で保存期限限定。2液型（2K）エポキシシステム採用でこれら制約除去可能。風力ブレードと自動車構造体で2K高反応性エポキシ使用実績あり。航空宇宙でなぜ不可？」とリヴィエール氏。

多くの顧客との対話で主懸念把握：「金型注入直前まで常に正しい混合比である検証が必要。これがないと部品製造者にとって許容不能リスク」と同氏。以前は風力・自動車レベルの生産量需要がなかったが、今エアバスとボイングが現行生産レート超過と機体当たり複合材部品増目指す。「だからプレプレグ積層から航空宇宙RTM・インフュージョン用2Kエポキシへ移行する必要生じた」

サプライチェーン図示の通り、2K技術は冷蔵保管・再加熱ステップ削減のみならず、樹脂容器サイズ制限も解除。「プレミックス樹脂は20リットル以下に抑え極低温維持必須、さもなくば反応開始リスク。2Kなら標準200リットルドラムで低温制限なし輸送可能。リスク低減、強力冷却不要、予防措置軽減」とリヴィエール氏。

上図サプライチェーンで分析管理変化示す。1K樹脂システムでは製造拠点での初期管理のみ。2Kシステムでは工場生産時のA/B成分管理に加え、ミックス・メーター・ディスペンス（MMD）装置でA:B混合比をデジタル管理、さらに金型注入直前でも再管理。出典：ヘキシオン。

分析管理システム

この2K技術開発でヘキシオンは、ミックス・メーター・ディスペンス（MMD）装置メーカーのヒューバース（ドイツ・ボホルト）、エアバス特許のインフュージョン用真空支援プロセス（VAP）独占ライセンス保有のコンポシスト（ドイツ・フルラッハ）と協業。ヒューバースは高性能MMDシステムで定評（電気・電子部品製造用、トランス用キャストレジン・含浸部品等）。コンポシストはエアバス応用向け樹脂注入・インフュージョン専門で、航空機OEMが求める処理・混合樹脂QAを理解。

「分析管理は、ヒューバース装置でエポキシA/B成分が精密混合され、金型導入準備段階で機能」とリヴィエール氏。下図のヒューバースMMDシステムと真空バッグVAPインフュージョンセットアップ間の黒いチューブがこの分析管理システムのキーコンポーネント。「ここで混合比をリアルタイム管理する分析装置を配置」とリヴィエール氏。「12秒ごとの混合比測定実証済み、より高頻度も可能。技術は混合比連続管理を可能とし、報告・ログ記録される」

ヒューバースMMD装置とVAPインフュージョンセットアップ間の黒色チューブ部で、ヘキシオンが開発した注入直前の樹脂混合比インライン計測。出典：ヘキシオン

「このシステムで二重管理：MMDユニット通常管理に加え、当社注入前分析管理。第一、ヒューバースMMD機は精度・正確性で定評。二重ポンプシステムで2成分管理、体積・温度・混合比精度維持。当社システムが混合後・注入直前で第2測定追加、アラーム目標値設定可能」測定混合比が目標外でアラーム発報時、混合樹脂を別容器へ排出、金型へ導入せず不良部品防止。「プロセスリカバリし継続注入可能」

ヘキシオンの混合後・注入前分析管理システムはトレーサビリティ用独立記録提供、顧客ニーズによりMMDユニット統合も可能。ヒューバースMMDユニットは電子業界要求通り徹底的樹脂脱気も実施（部品にボイド・気孔不可）。「金型圧力を樹脂流量高・低レベル管理で制御するポータブル制御も提供。優良含浸実現、気孔率・繊維ボリュームで航空宇宙品質要件満たしつつインフュージョン時間短縮可能」

ヒューバースMMD装置とヘキシオン2K分析管理使用のインフュージョンセットアップ写真、およびこのセットアップで製造した2cm厚カーボンファイバーUDラミネート（繊維ボリューム60%以上達成）。出典：ヘキシオン

改善されたプロセスウィンドウ

「静的ミキサーで短時間混合・直前注入のため、樹脂混合物はポットライフ延長（1K比最大40%延長）実現」とリヴィエール氏。プロセスウィンドウ改善、60%繊維ボリューム厚肉カーボンファイバーラミネート製造実績。2K・1Kシステム機械的性能同等（ケミストリー同一）。混合管理を樹脂注入セットアップへ接続する完全価値で、より信頼性高いプロセスになると確信。

出典：ヘキシオン

ヘキシオンはCAMXシアターで両システム詳細発表：

• エポキシ航空宇宙製造向け新規2K技術：9月24日（火）11:00-11:25
• 火災安全用途向けFlameXエポキシシステム：9月24日（火）11:30-11:55

詳細：ヘキシオンブースY24でも入手可能。

インフュージョン/RTM難燃複合材向けEPON FlameXエポキシ

ヘキシオンは難燃（FR）と炎・煙・毒性（FST）要件必須部品向けインフュージョン/RTM用2液型エポキシも開発。フェノールプリプレグをエポキシ液状成形で置換狙い、開発ドライバー：

• 生産レート向上
• ハロゲンフリー・非フェノール系へのREACH規制対応
• 脆いフェノール系より強靭な樹脂
• フェノール系とコスト競合、熱可塑性より大幅安価

EPON FlameXシステムはハロゲン・微粒子添加剤不使用で難燃性実現、樹脂分子バックボーンに性能組み込み。インフュージョン時微粒子ろ過不要。粘度250cps（60-70℃）で良好インフュージョン、150℃で1.5時間硬化。最大構造特性にはフリースタンディングまたはツールサポートで180℃後硬化推奨。

追加コーティング・FR対策なしで以下合格：

• 60秒垂直燃焼 FAR25.853(a)
• 煙毒性 BSS7239
• 煙密度 BSS7238

特定構成で認定イントゥメッセントゲルコート・コーティング併用時、OSU 65/65放熱試験も合格。航空機移動・離陸・着陸時に触れられる部品のみ必須。

「従来フェノールプリプレグで10-12時間かかっていたオーバーヘッドビンが、FlameXシステムでインフュージョン/RTMなら90-120分で製造可能」とヘキシオンエポキシ応用・製品開発スペシャリスト、ネイサン・ブルーノ氏。「フィラー不使用で充填FRエポキシより低密度」

用途：航空機内装、カーゴエリア、トイレ、ギャレー、シート部品、船舶、鉄道、建築内装等。