JP2956448B2

JP2956448B2 - サンドイッチ構造材

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Publication number: JP2956448B2
Application number: JP5275207A
Authority: JP
Inventors: 明西村; 清本間
Original assignee: TORE KK
Current assignee: TORE KK
Priority date: 1993-11-04
Filing date: 1993-11-04
Publication date: 1999-10-04
Anticipated expiration: 2014-10-04
Also published as: JPH07125119A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はサンドイッチ構造材に関
し、さらに詳しくは、航空機のインテリアパネルのよう
な内装材として好適なサンドイッチ構造材に関する。

【０００２】

【従来の技術】人工衛星や航空機のような飛翔体の分野
では、それらの構造材料を軽量化することに基づく省エ
ネルギー効果が顕著である。とくに民間航空機の場合
は、就航回数が多く、飛行距離も長いので、その構造材
料を軽量化することによって、燃費節約を図ることが追
求されている。

【０００３】航空機の構造材料のうち、とくに、インテ
リアパネルのような内装材は航空機の全面に使用されて
おり、その使用面積はかなり広く、また使用重量もかな
り重くなる。上記したインテリアパネルのような内装材
の構造材料としては、従来から、たとえば、ハニカム構
造体を芯材とし、その両面にガラス繊維強化樹脂板を表
皮材として接着したサンドイッチ構造材が主として使用
されてきた。

【０００４】このサンドイッチ構造材をインテリアパネ
ルのような内装材として使用したときは、曲げ強さ、曲
げ剛性、バーンスルー性、遮音性などの特性に優れてい
ることが要求される。とりわけ、航空機の安全確保とい
う点からいうと、バーンスルー性に優れていることが必
要とされている。ここで、バーンスルー性とは、航空機
の内部または外部で発生した火災に対し、内装材が、一
定の時間、炎を遮断してその拡大を抑制する性質を示す
特性であり、通常、カバーファクターの大小で判定され
ている。

【０００５】ここで、カバーファクターとは、表皮材で
ある繊維強化樹脂板において面積Ｓ ₁の領域を設定した
ときに、その面積Ｓ₁と当該領域内に存在する強化繊維
材以外の部分が占める面積Ｓ₂とから、次式：Ｃｆ（％）＝［（Ｓ₁−Ｓ₂）／Ｓ₁］×１００に基づいて算出される値のことをいう。

【０００６】たとえば、強化繊維材がたて糸とよこ糸と
を製織した織物である場合、たて糸とよこ糸の交錯部に
形成される空隙部、すなわち目抜き部の面積を領域Ｓ₁
内で総和した値が、上記した面積Ｓ₂になる。このＣｆ
値が大きくなると、強化繊維材における上記空隙部は少
なくなるので、その表皮材は、炎の吹き抜けに対する抵
抗が大きくなりバーンスルー性は向上する。そしてＣｆ
値が小さい表皮材の場合は、上記空隙部が多くなってい
て、そこからの炎の吹き抜けは容易になるので、バーン
スルー性は低くなる。

【０００７】ガラス繊維強化樹脂板を表皮材とする従来
のサンドイッチ構造材の場合、ガラス繊維の融点は低
く、たとえば表皮材が接炎するとガラス繊維は極めて短
時間で溶融してしまうのでバーンスルー性は劣悪であ
る。また、ガラス繊維の比重は、約2.５４と大きく、し
かも弾性率が小さいので、サンドイッチ構造材の実使用
時における所定の剛性を満たすためには、表皮材の厚み
を厚くすることが必要になる。しかし、表皮材の厚みを
厚くする場合は、ガラス繊維の使用量も増量することが
必要になるので、結果として、表皮材全体は重いものに
なってしまう。

【０００８】ところで、最近は、内装材などとして用い
るサンドイッチ構造材の軽量化を図るために、表皮材で
ある繊維強化樹脂板の強化繊維材として、炭素繊維織物
を使用することが行われている。その場合、表皮材のバ
ーンスルー性を向上させるため、すなわち、炭素繊維織
物のＣｆ値を大きくするとともに繊維強化樹脂板の強度
を高めるために、炭素繊維織物としては、通常、細い炭
素繊維糸を高密度に製織したものが使用されている。

【０００９】ところで、この表皮材に火炎を当てると、
炭素繊維は存在せずマトリクス樹脂のみが存在する個
所、すなわち目抜き部から、まず、わずかではあるが、
炎が吹き抜ける。そして、時間の経過とともに、目抜き
部近傍に位置する炭素繊維の酸化消耗が進んで、当初は
小さかった吹き抜け穴が大きくなり、そこから炎は高く
立ち上がる。

【００１０】しかも、強化繊維材が、上記した細い炭素
繊維糸の高密度織物である場合、その織物は単位面積当
りの目抜き部の個数が多い、すなわち、隣接する目抜き
部間の間隔が狭いので、各目抜き部から吹き抜けた炎が
短時間のうちに集合して大きな炎になり、高く立ち上が
るという事態が発生しやすい。また、複数枚の織物を互
いの繊維配向が同一方向となるように重ねてなる表皮材
や、複数枚の織物を互いの繊維配向が０°／９０°と＋
４５°／−４５°となるように重ねてなる、機械的特性
が疑似等方性の表皮材の場合であっても、元来、各織物
における目抜き部の個数は多いので、各織物を重ねたと
きに、目抜き部が重なりあう頻度と重なりあう面積も大
きくなり、前記した場合と同様に、目抜き部から吹き抜
けた小さな炎は短時間で集合して大きな炎になりやす
い。

【００１１】さらに、マトリクス樹脂と複合する炭素繊
維織物が、細い炭素繊維糸を高密度に製織したものであ
ると、織物の表面が織糸の屈曲によって凹凸面になって
いるため、得られた表皮材もまた、その表面が凹凸面に
なるという問題があり、また、織糸そのものも高価であ
るため、サンドイッチ構造材それ自体も高価になるとい
う問題がある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来のサン
ドイッチ構造材における上記した問題を解決し、全体と
して軽量で、バーンスルー性に優れ、表面が平滑で、か
つ、安価に製造することができるサンドイッチ構造材の
提供を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、芯材の両面に、強化繊維材
とマトリクス樹脂とからなる繊維強化樹脂板が表皮材と
して接着されているサンドイッチ構造材において、前記
強化繊維材は、たて糸とよこ糸との交錯によって形成さ
れる目抜き部の個数が１ｍ²当り４００〜６０，０００
個であり、かつ、カバーファクターが９５％以上である
炭素繊維織物からなることを特徴とするサンドイッチ構
造材が提供される。

【００１４】

【実施態様】以下に、本発明のサンドイッチ構造材の例
を図面に則して詳細に説明する。図１は、サンドイッチ
構造材Ａを示す一部切欠斜視図である。図において、ハ
ニカム構造体である芯材１の両面には、表皮材が接着さ
れており、各表皮材は複数枚（図１では２枚）の強化繊
維材５ａ，５ｂを積層した繊維強化樹脂板からなる。

【００１５】芯材１は、サンドイッチ構造材全体の軽量
化を図るとともに機械的強度を確保するということから
すると、その密度は0.０１７〜0.１７ｇ／cm³であるこ
とが好ましい。密度が0.０１７ｇ／cm³より小さいもの
は、その機械的強度が低くなって得られたサンドイッチ
構造体は座屈を起こしやすくなり、構造材の芯材として
の機能を充分に発揮することができず、また、0.１７ｇ
／cm³より大きいものを用いると、全体の重量が重くな
って軽量化の意図に反するようになるからである。

【００１６】芯材１としては、図示したハニカム構造体
の外に、プラスチック発泡体を使用してもよい。サンド
イッチ構造材を航空機の内装材として用いる場合には、
芯材１がアルミニウムのハニカム構造体であると、芯材
１は不燃性であるので好適である。また、アラミド繊維
紙のハニカムにたとえばフェノール樹脂を含浸したハニ
カム構造体や、たとえばフェノール樹脂を発泡させたフ
ェノールフォームなどは、いずれも自己消炎性、難燃性
であるため、芯材１として好適である。

【００１７】つぎに、表皮材２について説明する。表皮
材２は、強化繊維材が炭素繊維糸からなり、その強化繊
維材とマトリクス樹脂とを複合した繊維強化樹脂板であ
る。この繊維強化樹脂板を構成するマトリクス樹脂とし
ては、たとえば、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のような熱硬
化性樹脂や、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリ
エチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリフェニレンサ
ルフィド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルエーテル
樹脂、ＡＢＳ樹脂、アセタール樹脂のような熱可塑性樹
脂などをあげることができる。

【００１８】これらマトリクス樹脂には、たとえば、リ
ン酸エステル、ハロゲン化炭化水素、酸化アンチモンや
ホウ酸亜鉛、含リンポリオール、含臭素ポリオール、四
塩化無水フタル酸、四臭化無水フタル酸のような公知の
難燃剤を配合して難燃性を付与してもよい。その場合、
マトリクス樹脂の燃焼時に、これら難燃剤から人体に有
害なガス成分を発生することもあるので、難燃剤の配合
量は適量に制限すべきである。

【００１９】上記したマトリクス樹脂のうち、フェノー
ル樹脂は、難燃剤を配合しなくても優れた難燃性を備え
ており、燃焼時における発生ガス量が少なく、また、炭
化率が高いので燃焼後にあっては炭化物として残り、そ
れが炎を遮断する働きを発揮するので好適である。この
繊維強化樹脂板において、マトリクス樹脂の複合割合は
３５〜６５重量％になっていることが好ましい。この割
合が３５重量％より少ない場合は強化繊維材の割合が６
５重量％より多くなり、また、６５重量％より多い場合
は強化繊維材の割合が３５重量％より少なくなり、いず
れの場合であっても、繊維と樹脂との複合化に伴う強度
向上が不充分になるからである。

【００２０】つぎに、強化繊維材として用いる炭素繊維
糸としては、ＰＡＮ系の炭素繊維糸や、ピッチ系の炭素
繊維糸などのいずれであってもよいが、ＪＩＳＲ７６
０１に準拠して測定される引張強度が２００〜８００kg
f/mm²、引張弾性率が２０，０００〜７０，０００kgf/
mm²であることが好ましい。使用量が少量であっても、
表皮材の機械的強度を充分に確保することができ、もっ
て表皮材の軽量化に資するからである。

【００２１】本発明の強化繊維材の１例を、図２に斜視
図として示す。この強化繊維材Ｂは、よこ糸３ａ、たて
糸３ｂとして炭素繊維扁平糸を用い、これらを製織した
織物である。この織物では、よこ糸３ａとたて糸３ｂの
交錯部に目抜き部４が形成される。本発明においては、
この目抜き部４の個数が、織物１ｍ²当り４００〜６
０，０００個であり、かつ、前記したＣｆ値が９５％以
上である織物を用いる。

【００２２】単位面積（１ｍ²）当りの目抜き部４の個
数が少ない織物は、隣接する目抜き部相互間の間隔が大
きいので、表皮材が接炎したときに、個々の目抜き部か
ら吹き抜けた炎が集合して大きな炎に成長するまでに要
する時間は長くなり、バーンスルー性は向上する。しか
しながら、目抜き部４の個数が少なすぎると、その織物
は剪断変形に対する自由度が小さくなり、表皮材の製造
時において、この織物に樹脂含浸してなるプリプレグを
たとえば曲面に沿って成形する際に、成形体の表面に皺
などが発生するようになる。このようなことから、織物
における目抜き部４の個数は４００個／ｍ²以上に設定
される。

【００２３】また、目抜き部４の個数が多すぎる場合
は、隣接する目抜き部相互間の間隔は狭くなるため、目
抜き部を吹き抜けた炎は短時間で集合して大きな炎に成
長しやすく、表皮材のバーンスルー性は低下する。した
がって、目抜き部４の個数は６０，０００個／ｍ²以下
に設定される。さらに、用いる織物において、Ｃｆ値が
小さい場合は、１個当りの目抜き部面積が大きいので、
その目抜き部を埋めている樹脂が燃焼して目抜き部から
炎が吹き抜け、大きな炎に成長する時間は短くなる。そ
のため、本発明で用いる織物におけるＣｆ値は、９５％
以上に設定される。

【００２４】図２で示した炭素繊維扁平糸を製織した織
物としては、具体的には、撚りがなく、繊度３，０００
〜２０，０００デニール、糸幅４〜１６mm、糸幅／糸厚
みの比３０以上の扁平糸を、糸幅の1.０〜1.３倍のピッ
チで製織してなり、目付けが１００〜３００ｇ／ｍ²、
厚みが0.１〜0.４mmの織物をあげることができる。この
織物の場合、製織に用いる炭素繊維糸は、撚りがなく、
糸幅が太く、糸幅／糸厚みの比が３０以上であるため、
目抜き部４の単位面積（１ｍ²）当りの個数を４００〜
６０，０００個／ｍ²にすることができ、このような織
物はバーンスルー性、耐貫通性、成形性のいずれもが良
好である。

【００２５】また、糸幅の1.０〜1.３倍のピッチで製織
されているので、そのＣｆ値は９５〜９9.５％の範囲内
にあり、バーンスルー性に富む。さらには、この織物
は、厚みが0.１〜0.４mmの扁平糸で製織されているの
で、織物表面には織糸の屈曲に基づく凹凸はあまり発生
せず、全体としてフラットな面になる。また、目付けも
１００〜３００ｇ／ｍ²と小さい。したがって、この織
物を用いて製造した表皮材は、表面が平滑でしかも軽量
である。さらに、用いる炭素繊維糸は太いので安価に製
造することができ、最終のサンドイッチ構造材も安価に
なる。

【００２６】とくに、航空機のインテリアパネルとして
用いるサンドイッチ構造材における表皮材に複合する炭
素繊維扁平糸織物の場合には、撚りがなく、繊度１５０
０〜１０，０００デニール、糸幅４〜９mm、糸幅／糸厚
みの比３０以上の扁平糸を、糸幅の1.０〜1.２倍のピッ
チで製織してなり、目付けが１００〜２００ｇ／ｍ²、
厚みが0.１〜0.３mmの織物であることが好ましい。

【００２７】図２で示した織物は、たとえば、つぎのよ
うにして製織することができる。すなわち、扁平糸から
なるよこ糸が巻回されているよこ糸ボビンからよこ糸を
横取り解舒し、ガイドローラによってそのよこ糸をよこ
糸供給装置位置で水平方向に位置決めするとともに、前
記よこ糸ボビンとガイドローラとの間で、たて糸に対す
る１回のよこ糸供給に必要な長さのよこ糸を保留しつ
つ、緊張下においてよこ糸を供給する。一方、扁平糸か
らなるたて糸が巻回されている複数錘のたて糸ボビンの
それぞれからたて糸を横取り解舒し、これら複数本のた
て糸を、コームを用いて、たて糸の扁平面がコームのワ
イヤ以外には接触しないようにしながら所望密度に引き
揃え、それぞれのたて糸の扁平面を水平方向に変換して
綜絖に導くことによって製織される。

【００２８】このようにして製織された織物の場合は、
たて糸およびよこ糸に撚りははいらず、たて糸およびよ
こ糸の扁平状態は保持され、糸幅や糸厚みなどの糸形状
もほとんど変化しない。図１で示したサンドイッチ構造
材は、たとえば、つぎのようにして製造することができ
る。

【００２９】まず、図２で示したような炭素繊維扁平糸
の織物を、マトリクス樹脂をたとえばメタノールのよう
な溶媒で希釈してなる樹脂液に浸漬して織物に樹脂含浸
を行う。ついで、織物を取り出し、溶媒を乾燥除去し
て、所定量の樹脂が付着している織物プリプレグを調製
する。得られた織物プリプレグの所望枚数を積層し、そ
の上に所望形状に加工した芯材を起き、さらに、その芯
材の上に所望枚数の上記織物プリプレグを載せたのち、
全体をオートクレーブ中にセットし、所定の温度、所定
の圧力で熱圧処理することにより、マトリクス樹脂を硬
化して表皮材を形成するとともに、その表皮材と芯材と
を接着する。

【００３０】このサンドイッチ構造材においては、表皮
材に用いる強化繊維材が炭素繊維扁平糸の織物であるた
め、表面は平滑である。したがって、必要に応じては、
この表皮材の表面を塗装したり、他のフィルムを貼着し
たりして、全体の意匠性を高めることができる。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
サンドイッチ構造材は、軽量であり、バーンスルー性が
優れていて、航空機のインテリアパネルのような内装材
として有用である。これは、表皮材を構成する強化繊維
材として、炭素繊維扁平糸の織物を用い、その織物にお
ける目抜き部の個数を４００〜６０，０００個／ｍ²と
し、かつ、カバーファクター（Ｃｆ）を９５％以上にし
たことがもたらす効果である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施態様を示す一部切欠斜視図であ
る。

【図２】本発明のサンドイッチ構造材の表皮材における
強化繊維材の１例を示す炭素繊維扁平糸織物の斜視図で
ある。

【符号の説明】

１ハニカム構造体（芯材）２表皮材３ａ炭素繊維扁平糸からなるよこ糸３ｂ炭素繊維扁平糸からなるたて糸４目抜き部５ａ、５ｂ強化繊維材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B32B 1/00 - 35/00 D03D 1/00 - 27/18 B29B 11/16 B29B 15/08 - 15/14 C08J 5/04 - 5/10 C08J 5/24 B64B 1/00 - 1/70 B64C 1/00 - 39/12

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】芯材の両面に、強化繊維材とマトリクス
樹脂とからなる繊維強化樹脂板が表皮材として接着され
ているサンドイッチ構造材において、前記強化繊維材
は、たて糸とよこ糸との交錯によって形成される目抜き
部の個数が１ｍ²当り４００〜６０，０００個であり、
かつ、カバーファクターが９５％以上である炭素繊維織
物を含んでいることを特徴とするサンドイッチ構造材。
【請求項２】前記マトリクス樹脂がフェノール樹脂で
ある、請求項１のサンドイッチ構造材。
【請求項３】前記芯材が、不燃性もしくは難燃性の、
ハニカム構造体またはプラスチック発泡体である請求項
１のサンドイッチ構造材。