JP2005313613A - 繊維強化樹脂製サンドイッチパネル - Google Patents

Abstract

【課題】剛性を保持したままで、軽量かつＸ線透過性に優れた薄厚の繊維強化樹脂製サンドイッチパネルを提供し、医療機器、Ｘ線機器用部材などに好適な繊維強化樹脂製サンドイッチパネルを提供する。
【解決手段】芯材と、該芯材の両面に配される強化繊維にマトリックス樹脂が含浸された繊維強化樹脂の表皮材とから構成されるサンドイッチパネルにおいて、上記表皮材の強化繊維が引張弾性率が２３０ＧＰａ以上の強化繊維を含み、該表皮材中の強化繊維含有率が４０〜８０重量％の範囲内であり、前記芯材に表皮材より見かけ密度が小さい樹脂を使用するとともに、サンドイッチパネルの全体厚みが０．５〜５ｍｍの範囲内であることを特徴とする繊維強化樹脂製サンドイッチパネル。
【選択図】図１

Description

本発明は、軽量かつ高剛性でＸ線透過性に優れた厚みが薄い繊維強化樹脂製サンドイッチパネルに関するものであって、医療機器、Ｘ線機器用部材などに好適な繊維強化樹脂製サンドイッチパネルに関する。

近年、Ｘ線機器用部材には軽量かつ高剛性である主として炭素繊維からなる強化繊維にマトリックス樹脂を含浸した繊維強化樹脂製の板材が提案されている。

例えば、炭素繊維と熱硬化性樹脂からなる一方向引き揃え炭素繊維プリプレグ積層体で構成されるＸ線診断装置用板材が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、炭素繊維プリプレグ積層体ではＸ線透過性が十分でなく、特に幼児や***などの軟質Ｘ線（低エネルギーＸ線）によって撮影することが要求されるような分野ではＸ線照射量が少ないため、クリアな画像を得ることが難しかった。また、高コントラストでクリアな画像を得るためには、Ｘ線照射量を増加する必要があり、人体に被爆の危険を孕むものであった。さらに、Ｘ線機器用部材はＸ線技師が直接持ち運びして取り扱う部材であり、軽量であることが求められているが、炭素繊維プリプレグ積層体では十分な軽量化につながらず、Ｘ線技師に大きな負担がかかるといった問題があった。

かかる問題点を解決するため、Ｘ線機器用部材にＸ線透過性が良好なポリ塩化ビニル、ＡＢＳ樹脂などの成形品を用いることも提案されているが、これらの成形品は十分なＸ線透過性を確保しようとすると必要な剛性が得られないため、上記問題の解決に至らなかった。

また、帯電による導電性蓄積性蛍光体への影響が少なく、衝撃に強いＸ線撮影用カセッテに適した繊維強化樹脂板材が提案されている（例えば、特許文献２参照）。また、炭素繊維などで補強された繊維強化樹脂でフロント板を構成し、その周辺フレーム部を熱可塑性樹脂で成形した高性能なＸ線透過性をもつＸ線撮影用カセッテが提案されているが（例えば、特許文献３参照）、これらはいずれも上記問題を解決しようとするものではない。
特開昭６０−３２６１５号公報 特開平１４−３１６３７６号公報 特開平７−１８１６２９号公報

本発明は、かかる従来技術の欠点に鑑み、剛性を保持したままで、軽量かつＸ線透過性に優れた厚みが薄い繊維強化樹脂製サンドイッチパネルを提供することを目的とする。また、医療機器、Ｘ線機器用部材などに好適な繊維強化樹脂製サンドイッチパネルを提供することを目的とする。

本発明は、かかる課題を解決するために、次の手段を採用するものである。すなわち、
（１）芯材と、該芯材の両面に配される強化繊維にマトリックス樹脂が含浸された繊維強化樹脂を含む表皮材とから構成されるサンドイッチパネルにおいて、前記表皮材中の強化繊維が引張弾性率が２００〜８５０ＧＰａの範囲内の強化繊維を含み、該表皮材中の強化繊維含有率が４０〜８０重量％の範囲内であり、前記芯材に表皮材より見かけ密度が小さい樹脂を使用するとともに、サンドイッチパネルの全体厚みが０．５〜５ｍｍの範囲内であることを特徴とする繊維強化樹脂製サンドイッチパネル。
（２）前記表皮材が、１層の層構造または複数層の積層構造を有した繊維強化樹脂であり、該繊維強化樹脂中の少なくとも１層は連続した強化繊維を含む繊維強化樹脂層であることを特徴とする前記（１）に記載の繊維強化樹脂製サンドイッチパネル。
（３）前記連続した強化繊維を含む繊維強化樹脂層が一方向に引き揃えられた強化繊維を含むことを特徴とする前記（２）に記載の繊維強化樹脂製サンドイッチパネル。
（４）前記連続した強化繊維を含む繊維強化樹脂層が強化繊維の織物を含むことを特徴とする前記（２）に記載の繊維強化樹脂製サンドイッチパネル。
（５）前記表皮材中の繊維強化樹脂層がサンドイッチパネルの中立面に対し対称に配され、かつ連続した強化繊維を含む繊維強化樹脂層は、該中立面に対し対称の位置にある繊維強化樹脂層中の連続した強化繊維の配向方向のなす角が±３°以内であることを特徴とする前記（３）または（４）のいずれかに記載の繊維強化樹脂製サンドイッチパネル。
（６）前記強化繊維が炭素繊維であることを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれかに記載の繊維強化樹脂製サンドイッチパネル。
（７）前記マトリックス樹脂のガラス転移温度が８０〜２５０℃の範囲内の熱硬化性樹脂であることを特徴とする前記（１）〜（６）のいずれかに記載の繊維強化樹脂製サンドイッチパネル。
（８）前記芯材の見かけ密度が０．０３〜１．４ ｇ／ｃｍ^３の範囲内であることを特徴とする前記（１）〜（７）のいずれかに記載の繊維強化樹脂製サンドイッチパネル。
（９）前記表皮材の厚みが０．０２〜１．２５ｍｍの範囲内で、かつ芯材の両面に配される表皮材の合計厚みがサンドイッチパネルの全体厚みの０．４〜５０％の範囲内であることを特徴とする前記（１）〜（８）のいずれかに記載の繊維強化樹脂製サンドイッチパネル。
（１０）前記サンドイッチパネルの投影面積（ｍｍ^２）とサンドイッチパネルの全体厚み（ｍｍ）の比（投影面積（ｍｍ^２）／全体厚み（ｍｍ））が４，５００〜２，０００，０００ｍｍ^２／ｍｍの範囲内であることを特徴とする前記（１）〜（９）のいずれかに記載の繊維強化樹脂製サンドイッチパネル。
（１１）Ｘ線照射電圧６０ｋＶにおけるサンドイッチパネルのＡｌ等量（ｍｍＡｌ）とサンドイッチパネルの全体厚み（ｍｍ）の比（Ａｌ当量（ｍｍＡｌ）／全体厚み（ｍｍ））が０．００３〜０．１４ｍｍＡｌ／ｍｍの範囲内であることを特徴とする前記（１）〜（１０）のいずれかに記載の繊維強化樹脂製サンドイッチパネル。
（１２）前記サンドイッチパネルの見かけ密度が０．１〜１．４ ｇ／ｃｍ^３の範囲内であることを特徴とする前記（１）〜（１１）のいずれかに記載の繊維強化樹脂製サンドイッチパネル。
（１３）表皮材と芯材とを積層後、ホットプレス装置および／またはオートクレーブ装置を用い、加熱、加圧同時成形することにより製造されることを特徴とする前記（１）〜（１２）のいずれかに記載の繊維強化樹脂製サンドイッチパネル。

また、中立面とは、部材が曲げモーメントをうけた時、伸びも縮みもしない面を表す。

また、サンドイッチパネルの投影面積とは、サンドイッチパネルの最大面積を有する面の面積である。

さらに、Ａｌ当量とは、同一照射条件において、問題にしている物質と等しい遮へい能力をもつアルミニウムの厚さを表す。

本発明の繊維強化樹脂製サンドイッチパネルによれば、表皮材が剛性の高い繊維強化樹脂で構成され、芯材が表皮材よりも見かけ密度の小さい樹脂で構成され、全体厚みを小さくしているので、剛性を保時したままで軽量性およびＸ線透過性に優れた繊維強化樹脂製サンドイッチパネルを提供することができる。

以下、本発明の好ましい実施態様例を図面を参照しながら説明する。

図１は、繊維強化樹脂製サンドイッチパネルの斜視図である。

図１において、繊維強化樹脂製サンドイッチパネルは、表皮材１として、強化繊維にマトリックス樹脂が含浸された繊維強化樹脂を用い、該表皮材１を芯材２である樹脂の両面に配した繊維強化樹脂板材である。

表皮材１は、高い剛性を確保するためのもので、その強化繊維としては、引張弾性率２００〜８５０ＧＰａの範囲内の強化繊維が表皮材１に対して４０〜８０重量％の範囲内で含まれていることが必要である。引張弾性率２００Ｇｐａ未満の強化繊維を使用した場合には、軽量性を保持したまま、必要な高い剛性を確保することができない。その反面、引張弾性率８５０ＧＰａを超える場合には、強化繊維の圧縮強度が弱く折れやすいため、強化繊維にマトリックス樹脂を含浸し、繊維強化樹脂を成形することが困難である。また、引張弾性率２００〜８５０ＧＰaの範囲内の強化繊維を使用しても、その重量含有率が４０％未満の場合には、上記と同様、軽量性を保持したまま、必要な高い剛性を確保することができない。その反面、強化繊維の重量含有率が８０％を超える場合には、強化繊維にマトリックス樹脂を均一に含浸することが困難となり、成形した後のサンドイッチパネルの強度不足や外観品位が著しく劣るなどの品質上の問題が発生する可能性がある。

ここで強化繊維とは、炭素繊維、ガラス繊維、有機高弾性率繊維（例えば、米国デュポン（株）社製のポリアラミド繊維“ケブラー”）、アルミナ繊維、シリコンカーバイド繊維、ボロン繊維、炭化ケイ素繊維などの高強度、高弾性率繊維などが挙げられるが、これらから上記強度、弾性率を有するものを単独で用いても良いし、複数併用して重量平均強度が、および重量平均弾性率が上記範囲内となるようにしても良い。中でも高い剛性を保持したまま軽量性を確保するために、弾性率と密度との比である比弾性率が高い炭素繊維を使用することが好ましく、例えばポリアクリロニトリル（ＰＡＮ系）、ピッチ系、セルロース系、炭化水素による気相成長系炭素繊維、黒鉛繊維などを用いることができ、これらを２種類以上併用してもよい。好ましくは、剛性と価格のバランスに優れるＰＡＮ系炭素繊維がよい。また、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維、アクリル繊維、ポリオレフィン繊維、ビニロン繊維などの合成繊維、さらには、有機天然繊維なども併用してもよい。

また、表皮材の強化繊維としては連続した強化繊維や不連続の強化繊維を使用でき、両者を組み合わせてもよいが、、表皮材が、１層の層構造または複数層の積層構造を有した繊維強化樹脂であり、該繊維強化樹脂中の少なくとも１層は連続した強化繊維を含む繊維強化樹脂層であることが好ましい。連続した強化繊維を含む繊維強化樹脂層を有することにより、より効率よく強度、弾性率を設計できるからである。連続した強化繊維の形態としては、一方向に引き揃えられた強化繊維や織物の強化繊維を含むことが好ましい。

マトリックス樹脂としては、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂を使用することができる。具体的には、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレンテレフタラート樹脂、ナイロン樹脂、シアネート樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、マレイミド樹脂、ポリイミド樹脂などがある。好ましくは、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂で熱または光や電子線などの外部からのエネルギーにより硬化して、少なくとも部分的に三次元硬化物を形成する樹脂であるが、特に限定されない。
さらに、マトリックス樹脂のガラス転移温度は８０〜２５０℃の範囲内であることが好ましく、１００〜２５０℃であることがより好ましい。その理由は、本発明の繊維強化樹脂製サンドイッチパネルにおいて、成形後８０℃前後で加熱処理することもあるため、マトリックス樹脂のガラス転移温度が８０℃未満であると加熱処理中に繊維強化樹脂製サンドイッチパネルの剛性が低下し、変形や反りが発生する問題が起きるからである。また、２５０℃を超えると、成形温度が高くなるため、成形が困難になり、反りの問題の発生やコストアップの問題が起きるからである。

芯材２には、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂、さらには上記熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂を用いた繊維強化樹脂、発泡性樹脂などを使用することができる。例えば、熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂などがある。熱可塑性樹脂としては、ポリアミド樹脂、変性フェニレンエーテル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、液晶ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリシクロヘキサンジメチルテレフタレートなどのポリエステル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、ＨＩＰＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＥＳ樹脂、ＡＡＳ樹脂などのスチレン系樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂などのアクリル樹脂、塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂、変性ポリオレフィン樹脂、さらにはエチレン／プロピレン共重合体、エチレン／１‐ブテン共重合体、エチレン／プロピレン／ジエン共重合体、エチレン／一酸化炭素／ジエン共重合体、エチレン／（メタ）アクリル酸グリシジル、エチレン／酢酸ビニル／（メタ）アクリル酸グリシジル共重合体、ポリエーテルエステルエラストマー、ポリエーテルエーテルエラストマー、ポリエーテルエステルアミドエラストマー、ポリエステルアミドエラストマー、ポリエステルエステルエラストマーなどの各種エラストマー類などがある。繊維強化樹脂としては、ビニロン繊維強化樹脂、テトロン繊維強化樹脂などがある。また、発泡樹脂としては、ポリウレタン、フェノール、メラミン、アクリル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ＡＢＳ、ポリエーテルイミド、ポリメタクリルイミドなどがある。具体的には、軽量性およびＸ線透過性を確保するために表皮材より見かけ密度が小さい樹脂を用いる。芯材２の見かけ密度は０．０３〜１．４ｇ／ｃｍ^３の範囲内にあることが好ましく、０．０５〜１．２ｇ／ｃｍ^３の範囲内にあることがより好ましい。芯材２の見かけ密度が上記の範囲のものであると剛性を保持したまま、軽量性およびＸ線透過性を確保することができる。

表皮材１に使用する繊維強化樹脂としては、上記強化繊維に上記マトリックス樹脂を含浸させて用いるものであり、単層または複数層を積層して構成することができる。

本発明の繊維強化樹脂サンドイッチパネルは表皮材１である上記繊維強化樹脂を芯材２である樹脂の両面に配することで構成され、サンドイッチパネルの全体厚みは０．５〜５ｍｍの範囲内にあり、１〜３ｍｍの範囲内にあることがより好ましい。また、表皮材１の厚みは０．０２〜１．２５ｍｍの範囲内であることが好ましく、かつ芯材２の両面に配される表皮材１の合計厚みが全体厚みの０．４〜５０％の範囲内であることが好ましい。

Ｘ線透過性は、被射構造体のＸ線の透過しやすさを表すパラメータであり、材質の分子量および厚みで決定される。すなわち、表皮材１に用いられる繊維強化樹脂層は芯材２より見かけ密度が大きいため、表皮材１の厚みが小さいほど軽量性を確保することができ、Ｘ線が透過しやすい。さらに、サンドイッチパネルの全体厚みが小さいほど軽量性およびＸ線透過性に優れ、Ｘ線機器用部材に用いた際には、Ｘ線の低照射量で高コントラストでクリアな画像が得られる。したがって、表皮材１の厚みが０．０２ｍｍ未満の場合には高い剛性を確保することができず、１．２５ｍｍを超える場合には、高い剛性は保持することはできるが、軽量性およびＸ線透過性を確保することができないといった問題がある。表皮材１の厚みが０．０２〜１．２５ｍｍの範囲内であっても、表皮材１の合計厚みがサンドイッチパネルの全体厚みの０．４％未満である場合には、上記と同様、高い剛性を確保することができず、５０％を超える場合には、高い剛性は保持することはできるが、軽量性およびＸ線透過性を確保することができない。

さらに、前記表皮材中の繊維強化樹脂層がサンドイッチパネルの中立面に対し対称に配され、かつ連続した強化繊維を含む繊維強化樹脂層は、該中立面に対し対称の位置にある繊維強化樹脂層中の連続した強化繊維の配向方向のなす角が±３°以内であることが好ましい。連続した強化繊維のなす角が±３°以内である場合には、品質上問題となる成形後のサンドイッチパネル反りを低減することができ、かつ、面内の剛性バランスに優れた成形品を得ることができる。

本発明のサンドイッチパネルの投影面積（ｍｍ^２）とサンドイッチパネルの全体厚み（ｍｍ）の比（投影面積（ｍｍ^２）／全体厚み（ｍｍ））は、４，５００〜２，０００，０００ｍｍ^２／ｍｍの範囲内であり、Ｘ線照射電圧６０ｋＶにおけるＡｌ当量（ｍｍＡｌ）とサンドイッチパネルの全体厚み（ｍｍ）の比（Ａｌ当量（ｍｍＡｌ）／全体厚み（ｍｍ））が０．００２〜１．４ｍｍＡｌ／ｍｍの範囲内であることが好ましい。

さらに、本発明のサンドイッチパネルの見かけ密度が０．１〜１．４ｇ／ｃｍ^３の範囲内であることが好ましく、０．３〜１．２ｇ／ｃｍ^３の範囲内であることがより好ましい。この理由は、高い剛性は保持したまま、軽量性およびＸ線透過性を確保することができるからである。

上記サンドイッチパネルは前記した表皮材１と芯材２とを積層後、ホットプレス装置および／またはオートクレーブ装置などを用いて、加熱、加圧同時成形することにより製造されることが好ましい。同時成形することで低コストの繊維強化樹脂製サンドイッチパネルを提供することができる。

実施例、比較例に使用した炭素繊維の引張弾性率、エポキシ樹脂のガラス転移温度、繊維強化樹脂の炭素繊維含有率の測定方法を以下に示す。
（ａ）引張弾性率
ＪＩＳ Ｒ ７６０１炭素繊維試験方法の樹脂含浸繊維束試験方法に準じて、引張弾性率の測定を行った。試験片長は２００ｍｍとし、試験回数は５回で平均値を採用した。
（ｂ）ガラス転移温度
ＪＩＳ Ｋ ７１２１プラスチックの転移温度測定方法に準じて、ガラス転移温度の測定を行った。試験片の直径は０．５ｍｍとし、試験回数は３回で平均値を採用した。
（ｃ）炭素繊維含有率
ＪＩＳ Ｋ ７０７１炭素繊維及びエポキシ樹脂からなるプリプレグの試験方法に準じて、炭素繊維重量含有率の測定を行った。試験片の寸法１００ｍｍ×１００ｍｍとし、試験回数は３回で平均値を採用した。

〈実施例１〉
図１に示すような繊維強化樹脂製サンドイッチパネルを以下の条件にて製造した。表皮材１として引張弾性率が２３０Ｇｐａの一方向引き揃え炭素繊維とガラス転移温度が１３５℃であるエポキシ樹脂で構成される、目付が１８０ｇ／ｍ^２、炭素繊維含有率が７０重量％、見かけ密度が１．５８ｇ／ｃｍ^３のプリプレグを、ポリプロピレン発泡体（密度０．３０ｇ／ｃｍ^３、厚み２．０ｍｍ）である芯材２の両面に中立面に対称に０°／９０°／芯材／９０°／０°で積層し、次いでこの積層体を、圧力をかけず３分間１３０℃で保持した後、面圧１１．４ｋｇ／ｃｍ^２で加圧しながら６０分間１３０℃で保持することで繊維強化樹脂製サンドイッチパネルを同時成形、縦３８０ｍｍ、横４５０ｍｍに切り出した。サンドイッチパネルの全体厚みは１．８ｍｍ、表皮材１の合計厚みは０．４５ｍｍであり、芯材２の見かけ密度は０．４６ｇ／ｃｍ^３であり、サンドイッチパネルの投影面積は１７１０００ｍｍ^２であった。

得られたサンドイッチパネルの見かけ密度は０．７４ｇ／ｃｍ^３であった。Ｘ線照射装置（東芝製 診断用Ｘ線高電圧装置 ＫＸＯ−３０Ｆ）を用いて６０ｋＶでＸ線を照射し、線量計(Ｒａｄｃａｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製 Ｔｈｅ ２０２５ Ｍｅ ａｓｕｒｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）で測定した結果、Ａｌ当量は０．１３ｍｍＡｌであり、Ａｌ等量とサンドイッチパネルの全体厚みの比は０．０７４ｍｍＡｌ／ｍｍであった。また、ＪＩＳ Ｋ ７０７４炭素繊維強化プラスチックの曲げ試験方法に準じて、幅１５ｍｍ、長さ９２ｍｍの短冊状試験片を最外層の炭素繊維方向が長手方向になるよう切りだし、半径５ｍｍの丸型圧子を用い、試験速度５ｍｍ／ｍｉｎおよび支点間距離８０ｍｍで３点曲げ試験を行った。その結果、曲げ弾性率は４４Ｇｐａであり、高い剛性を保持しつつ軽量性およびＸ線透過性に優れていた。

〈実施例２〉
図１に示すような繊維強化樹脂製サンドイッチパネルを以下の条件にて製造した。表皮材１として引張弾性率が２３０Ｇｐａの一方向引き揃え炭素繊維とガラス転移温度が１３５℃であるエポキシ樹脂で構成される、目付が１８０ｇ／ｍ^２、炭素繊維含有率が７０重量％、見かけ密度が１．５８ｇ／ｃｍ^３のプリプレグを、ポリメタクリルイミド発泡体（密度０．１２ｇ／ｃｍ^３、厚み１．５ｍｍ）である芯材２の両面に中立面に対称に０°／９０°／芯材／９０°／０°で積層し、次いでこの積層体を、圧力をかけず３分間１３０℃で保持した後、面圧１１．４ｋｇ／ｃｍ^２で加圧しながら６０分間１３０℃で保持することで繊維強化樹脂製サンドイッチパネルを同時成形し、縦３８０ｍｍ、横４５０ｍｍに切り出した。サンドイッチパネルの全体厚みは１．８ｍｍ、表皮材１の合計厚みは０．４５ｍｍであり、芯材２の見かけ密度は０．１０ｇ／ｃｍ^３であり、サンドイッチパネルの投影面積は１７１０００ｍｍ^２であった。

得られたサンドイッチパネルの見かけ密度は０．４７ｇ／ｃｍ^３であった。実施例１と同様の測定方法でＡｌ当量を測定した結果、Ａｌ当量は０．０８５ｍｍＡｌであり、Ａｌ等量とサンドイッチパネルの全体厚みの比は０．０４７ｍｍＡｌ／ｍｍであった。また、ＪＩＳ Ｋ ７０７４炭素繊維強化プラスチックの曲げ試験方法に準じて、幅１５ｍｍ、長さ９２ｍｍの短冊状試験片を最外層の炭素繊維方向が長手方向になるよう切りだし、半径５ｍｍの丸型圧子を用い、試験速度５ｍｍ／ｍｉｎおよび支点間距離８０ｍｍで３点曲げ試験を行った。その結果、曲げ弾性率は４４Ｇｐａであり、高い剛性を保持しつつ軽量性およびＸ線透過性に優れていた。

〈実施例３〉
図１に示すような繊維強化樹脂製サンドイッチパネルを以下の条件にて製造した。表皮材１として引張弾性率が２３０Ｇｐａの一方向引き揃え炭素繊維とガラス転移温度が１３５℃であるエポキシ樹脂で構成される、目付が１８０ｇ／ｍ^２、炭素繊維含有率が７０重量％、見かけ密度が１．５８ｇ／ｃｍ^３のプリプレグを、ＡＢＳ樹脂（密度１．１ｇ／ｃｍ^３、厚み１．４ｍｍ）である芯材２の両面に中立面に対称に０°／９０°／芯材／９０°／０°で積層し、次いでこの積層体を、圧力をかけず３分間１３０℃で保持した後、面圧１１．４ｋｇ／ｃｍ^２で加圧しながら６０分間１３０℃で保持することで繊維強化樹脂製サンドイッチパネルを同時成形し、縦３８０ｍｍ、横４５０ｍｍに切り出した。サンドイッチパネルの全体厚みは１．８ｍｍ、表皮材１の合計厚みは０．４５ｍｍであり、芯材２の見かけ密度は１．０５ｇ／ｃｍ^３であり、サンドイッチパネルの投影面積は１７１０００ｍｍ^２であった。

得られたサンドイッチパネルの見かけ密度は１．２１ｇ／ｃｍ^３であった。実施例１と同様の測定方法でＡｌ当量を測定した結果、Ａｌ当量は０．２１ｍｍＡｌであり、Ａｌ等量とサンドイッチパネルの全体厚みの比は０．１２１ｍｍＡｌ／ｍｍであった。また、ＪＩＳ Ｋ ７０７４炭素繊維強化プラスチックの曲げ試験方法に準じて、幅１５ｍｍ、長さ９２ｍｍの短冊状試験片を最外層の炭素繊維方向が長手方向になるよう切りだし、半径５ｍｍの丸型圧子を用い、試験速度５ｍｍ／ｍｉｎおよび支点間距離８０ｍｍで３点曲げ試験を行った。その結果、曲げ弾性率は４６Ｇｐａであり、高い剛性を保持しつつ軽量性およびＸ線透過性に優れていた。

〈実施例４〉
図１に示すような繊維強化樹脂製サンドイッチパネルを以下の条件にて製造した。表皮材１として引張弾性率が２３０Ｇｐａの一方向引き揃え炭素繊維とガラス転移温度が１３５℃であるエポキシ樹脂で構成される、目付が１８０ｇ／ｍ^２、炭素繊維含有率が７０重量％、見かけ密度が１．５８ｇ／ｃｍ^３のプリプレグを、ポリプロピレン発泡体（密度０．２３ｇ／ｃｍ^３、厚み５．０ｍｍ）である芯材２の両面に中立面に対称に０°／９０°／芯材／９０°／０°で積層し、次いでこの積層体を、圧力をかけず３分間１３０℃で保持した後、面圧１１．４ｋｇ／ｃｍ^２で加圧しながら６０分間１３０℃で保持することで繊維強化樹脂製サンドイッチパネルを同時成形し、縦３８０ｍｍ、横４５０ｍｍに切り出した。サンドイッチパネルの全体厚みは３ｍｍ、表皮材１の合計厚みは０．４５ｍｍであり、芯材２の見かけ密度は０．４６ｇ／ｃｍ^３であり、サンドイッチパネルの投影面積は１７１０００ｍｍ^２であった。

得られたサンドイッチパネルの見かけ密度は０．６３ｇ／ｃｍ^３であった。実施例１と同様の測定方法でＡｌ当量を測定した結果、Ａｌ当量は０．１９ｍｍＡｌであり、Ａｌ等量とサンドイッチパネルの全体厚みの比は０．０６３ｍｍＡｌ／ｍｍであった。また、ＪＩＳ Ｋ ７０７４炭素繊維強化プラスチックの曲げ試験方法に準じて、幅１５ｍｍ、長さ１４０ｍｍの短冊状試験片を最外層の炭素繊維方向が長手方向になるよう切りだし、半径５ｍｍの丸型圧子を用い、試験速度５ｍｍ／ｍｉｎおよび支点間距離１００ｍｍで３点曲げ試験を行った。その結果、曲げ弾性率は３０Ｇｐａであり、高い剛性を保持しつつ軽量性およびＸ線透過性に優れていた。

〈実施例５〉
図１に示すような繊維強化樹脂製サンドイッチパネルを以下の条件にて製造した。表皮材１として引張弾性率が２３０Ｇｐａの一方向引き揃え炭素繊維とガラス転移温度が１３５℃であるエポキシ樹脂で構成される、目付が１８０ｇ／ｍ^２、炭素繊維含有率が７０重量％、見かけ密度が１．５８ｇ／ｃｍ^３のプリプレグを、ポリプロピレン発泡体（密度０．４６ｇ／ｃｍ^３、厚み１．０ｍｍ）である芯材２の両面に中立面に対称に０°／９０°／芯材／９０°／０°で積層し、次いでこの積層体を、圧力をかけず３分間１３０℃で保持した後、面圧１１．４ｋｇ／ｃｍ^２で加圧しながら６０分間１３０℃で保持することで繊維強化樹脂製サンドイッチパネルを同時成形し、縦３８０ｍｍ、横４５０ｍｍに切り出した。サンドイッチパネルの全体厚みは１ｍｍ、表皮材１の合計厚みは０．４５ｍｍであり、芯材２の見かけ密度は０．４６ｇ／ｃｍ^３であり、サンドイッチパネルの投影面積は１７１０００ｍｍ^２であった。

得られたサンドイッチパネルの見かけ密度は０．９７ｇ／ｃｍ^３であった。実施例１と同様の測定方法でＡｌ当量を測定した結果、Ａｌ当量は０．０９７ｍｍＡｌであり、Ａｌ等量とサンドイッチパネルの全体厚みの比は０．０９７ｍｍＡｌ／ｍｍであった。また、ＪＩＳ Ｋ ７０７４炭素繊維強化プラスチックの曲げ試験方法に準じて、幅１５ｍｍ、長さ６０ｍｍの短冊状試験片を最外層の炭素繊維方向が長手方向になるよう切りだし、半径５ｍｍの丸型圧子を用い、試験速度５ｍｍ／ｍｉｎおよび支点間距離４０ｍｍで３点曲げ試験を行った。その結果、曲げ弾性率は７０Ｇｐａであり、高い剛性を保持しつつ軽量性およびＸ線透過性に優れていた。

〈比較例１〉
実施例１と同じ材料である引張弾性率が２３０Ｇｐａの一方向炭素繊維とガラス転移温度が１３５℃であるエポキシ樹脂で構成される、目付が１８０ｇ／ｍ^２、炭素繊維含有率が７０重量％、見かけ密度が１．５８ｇ／ｃｍ^３のプリプレグを０°方向、９０°方向を交互に１６層（０°／９０°／０°／９０°／０°／９０°／０°／９０°／９０°／０°／９０°／０°／９０°／０°／９０°／０°）積層し、次いでその積層体を圧力をかけず３分間１３０℃で保持した後、面圧１１．４ｋｇ／ｃｍ^２で加圧しながら６０分間１３０℃で保持することで繊維強化樹脂板材を同時成形し、縦３８０ｍｍ、横４５０ｍｍに切り出した。板材の全体厚みは１．８ｍｍであり、板材の投影面積は１７１０００ｍｍ^２であった。

得られた炭素繊維強化樹脂板材の見かけ密度は１．５８ｇ／ｃｍ^３であった。実施例１と同様の測定方法でＡｌ当量を測定した結果、Ａｌ当量は０．２８ｍｍＡｌであり、Ａｌ等量と板材の全体厚みの比は０．１６ｍｍＡｌ／ｍｍであった。また、ＪＩＳ Ｋ ７０７４炭素繊維強化プラスチックの曲げ試験方法に準じて、幅１５ｍｍ、長さ９２ｍｍの短冊状試験片を最外層の炭素繊維方向が長手方向になるよう切りだし、半径５ｍｍの丸型圧子を用い、試験速度５ｍｍ／ｍｉｎおよび支点間距離８０ｍｍで３点曲げ試験を行った。その結果、曲げ弾性率は１２７Ｇｐａであり、高い剛性を確保することはできるが、軽量性およびＸ線透過性を保持することができない。

〈比較例２〉
実施例１と同じ材料である引張弾性率が２３０Ｇｐａの一方向引き揃え炭素繊維とガラス転移温度が１３５℃であるエポキシ樹脂で構成される、目付が１８０ｇ／ｍ^２、炭素繊維含有率が７０重量％、見かけ密度が１．５８ｇ／ｃｍ^３のプリプレグを、アルミニウム（密度２．７ｇ／ｃｍ^３、厚み１．４ｍｍ）である芯材２の両面に中立面に対称に０°／９０°／芯材／９０°／０°で積層し、次いでその積層体を、圧力をかけず３分間１３０℃で保持した後、面圧１１．４ｋｇ／ｃｍ^２で加圧しながら６０分間１３０℃で保持することで繊維強化樹脂製サンドイッチパネルを同時成形し、縦３８０ｍｍ、横４５０ｍｍに切り出した。サンドイッチパネルの全体厚みは１．８ｍｍであり、表皮材１の合計厚みは０．４５ｍｍであり、芯材２の見かけ密度は２．７ｇ／ｃｍ^３であり、サンドイッチパネルの投影面積は１７１０００ｍｍ^２であった。

得られたサンドイッチパネルの見かけ密度は２．４２ｇ／ｃｍ^３であった。実施例１と同様の測定方法でＡｌ当量を測定した結果、Ａｌ当量は１．４２ｍｍＡｌであり、Ａｌ等量と全体厚みの比は０．０７９ｍｍＡｌ／ｍｍであった。また、ＪＩＳ Ｋ ７０７４炭素繊維強化プラスチックの曲げ試験方法に準じて、幅１５ｍｍ、長さ９２ｍｍの短冊状試験片を一方の繊維方向が長手、他方の繊維方向が短手になるように切りだし、半径５ｍｍの丸型圧子を用い、試験速度５ｍｍ／ｍｉｎ および支点間距離８０ｍｍで３点曲げ試験を行った。その結果、曲げ弾性率は９８Ｇｐａであり、高い剛性を確保することはできるが、軽量性およびＸ線透過性を保持することができない。

〈比較例３〉
芯材２に１．６ｍｍ厚、０．９０ｇ／ｃｍ^３のポリプロピレンシートを使用し、その両面に０．２５ｍｍ、２．７ｇ／ｃｍ^３のアルミニウムシートを対称に積層したサンドイッチパネルを成形し、縦３８０ｍｍ、横４５０ｍｍに切り出した。サンドイッチパネルの全体厚みは２．１ｍｍであり、サンドイッチパネルの投影面積は１７１０００ｍｍ^２であった。

得られたサンドイッチパネルの見かけ密度は１．２５ｇ／ｃｍ^３であった。実施例１と同様の測定方法でＡｌ当量を測定した結果、Ａｌ当量は０．５７ｍｍＡｌであり、Ａｌ等量とサンドイッチパネルの全体厚みの比は０．２７ｍｍＡｌ／ｍｍであった。また、ＪＩＳ Ｋ ７０７４炭素繊維強化プラスチックの曲げ試験方法に準じて、幅１５ｍｍ、長さ１０４ｍｍの短冊状試験片を切りだし、半径５ｍｍの丸型圧子を用い、試験速度５ｍｍ／ｍｉｎおよび支点間距離８０ｍｍで３点曲げ試験を行った。その結果、曲げ弾性率は２５Ｇｐａであり、低剛性であり、軽量性およびＸ線透過性を保持することができない。

実施例１〜５、比較例１〜３の結果をまとめて表１に示す。

本発明は、医療機器、Ｘ線機器用部材に限らず、電気・電子機器の部品および筐体、建築・土木構造体の補強材などに広く応用することができるが、その応用範囲がこれらに限られるものではない。

本発明に係る繊維強化樹脂製サンドイッチパネルの構造例を示す斜視図である。

符号の説明

１：繊維強化樹脂（表皮材）
２：樹脂（芯材）

Claims (13)

1. 芯材と、該芯材の両面に配される強化繊維にマトリックス樹脂が含浸された繊維強化樹脂を含む表皮材とから構成されるサンドイッチパネルにおいて、前記表皮材中の強化繊維が引張弾性率が２００〜８５０ＧＰａの範囲内の強化繊維を含み、該表皮材中の強化繊維含有率が４０〜８０重量％の範囲内であり、前記芯材に表皮材より見かけ密度が小さい樹脂を使用するとともに、サンドイッチパネルの全体厚みが０．５〜５ｍｍの範囲内であることを特徴とする繊維強化樹脂製サンドイッチパネル。
2. 前記表皮材が、１層の層構造または複数層の積層構造を有した繊維強化樹脂であり、該繊維強化樹脂中の少なくとも１層は連続した強化繊維を含む繊維強化樹脂層であることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化樹脂製サンドイッチパネル。
3. 前記連続した強化繊維を含む繊維強化樹脂層が一方向に引き揃えられた強化繊維を含むことを特徴とする請求項２に記載の繊維強化樹脂製サンドイッチパネル。
4. 前記連続した強化繊維を含む繊維強化樹脂層が強化繊維の織物を含むことを特徴とする請求項２に記載の繊維強化樹脂製サンドイッチパネル。
5. 前記表皮材中の繊維強化樹脂層がサンドイッチパネルの中立面に対し対称に配され、かつ連続した強化繊維を含む繊維強化樹脂層は、該中立面に対し対称の位置にある繊維強化樹脂層中の連続した強化繊維の配向方向のなす角が±３°以内であることを特徴とする請求項３または４のいずれかに記載の繊維強化樹脂製サンドイッチパネル。
6. 前記強化繊維が炭素繊維であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の繊維強化樹脂製サンドイッチパネル。
7. 前記マトリックス樹脂のガラス転移温度が８０〜２５０℃の範囲内の熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の繊維強化樹脂製サンドイッチパネル。
8. 前記芯材の見かけ密度が０．０３〜１．４ ｇ／ｃｍ^３の範囲内であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の繊維強化樹脂製サンドイッチパネル。
9. 前記表皮材の厚みが０．０２〜１．２５ｍｍの範囲内で、かつ芯材の両面に配される表皮材の合計厚みがサンドイッチパネルの全体厚みの０．４〜５０％の範囲内であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の繊維強化樹脂製サンドイッチパネル。
10. 前記サンドイッチパネルの投影面積（ｍｍ^２）とサンドイッチパネルの全体厚み（ｍｍ）の比（投影面積（ｍｍ^２）／全体厚み（ｍｍ））が４，５００〜２，０００，０００ｍｍ^２／ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の繊維強化樹脂製サンドイッチパネル。
11. Ｘ線照射電圧６０ｋＶにおけるサンドイッチパネルのＡｌ等量（ｍｍＡｌ）とサンドイッチパネルの全体厚み（ｍｍ）の比（Ａｌ当量（ｍｍＡｌ）／全体厚み（ｍｍ））が０．００３〜０．１４ｍｍＡｌ／ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の繊維強化樹脂製サンドイッチパネル。
12. 前記サンドイッチパネルの見かけ密度が０．１〜１．４ ｇ／ｃｍ^３の範囲内であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の繊維強化樹脂製サンドイッチパネル。
13. 表皮材と芯材とを積層後、ホットプレス装置および／またはオートクレーブ装置を用い、加熱、加圧同時成形することにより製造されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の繊維強化樹脂製サンドイッチパネル。
    

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