JP3506868B2 - 繊維強化樹脂複合材の人工欠陥材およびその製造方法 - Google Patents
繊維強化樹脂複合材の人工欠陥材およびその製造方法Info
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Description
船舶あるいは一般産業機器の材料として用いられる繊維
強化樹脂複合材を非破壊検査する際に使用される人工欠
陥材およびその製造方法に係り、特に、超音波探傷検査
において有効な繊維強化樹脂複合材の人工欠陥材および
その製造方法に関する。
ゆる産業で拡大してきており、その強度への信頼性の要
求も高く、このような背景の中で複合材料部品の非破壊
検査は重要である。非破壊検査には人工欠陥材を挿入し
た標準欠陥試験片が必要であり、特に、標準欠陥試験片
は超音波探傷検査において不可欠である。
欠陥材は、空気(または気体あるいは真空空間)であ
り、この空気が超音波透過性に対して100%遮断し、
反射性に対して100%反射する特性を有していること
は分かっている。
として、例えば特開昭61−265565号公報に示さ
れているように、一度成形された部品から円柱材を切出
し、この円柱材に層間剥離を形成した後、再び切出した
孔に戻して接着して標準欠陥試験片を製造する方法や、
文献「やさい非破壊検査技術」(1996年、発行所
(株)工業調査会、7.4 複合材料)に示されている
ように、人工欠陥材としてポリテトラフルオロエチレン
フィルムを用い、このフィルムをプリプレグの積層材の
間に挿入して標準欠陥試験片とする方法が知られてい
る。
切出して標準欠陥試験片を製造する方法は、製造に多大
な手間と時間とを要するとともに、人工欠陥の形状が円
形状に限定され、また薄肉の成形部品の場合には、切出
した円柱材に層間剥離を形成した後に再び孔に戻して接
着することが困難であるという問題がある。
工欠陥材として用いる製造方法は、ポリテトラフルオロ
エチレンフィルムの非接着性、離型性を利用するもので
あり、成形後にポリテトラフルオロエチレンフィルムが
複合材料の層間で離型することで、極めて薄い剥離層が
でき、この剥離層が非破壊検査の超音波探傷検査法にお
いて有効に働き、透過法では超音波伝達を遮断し、反射
法では効率よく超音波を反射する特性を有しているが、
このフィルムを人工欠陥材として用いた場合には、時に
よってフィルムが複合材料から離型せずに密着したまま
となり、人工欠陥材として全く機能しなかったり、ある
いは部分的にしか剥離せず、欠陥サイズが不明瞭、不正
確となり、検査の信頼性、安定性が低いという問題があ
る。
で、材料自体の特性として超音波に対して減衰能力およ
び反射能力が高く、またX線検査法においても透過度に
違いを生じさせることができ、しかも製造が容易な繊維
強化樹脂複合材の人工欠陥材およびその製造方法を提供
することを目的とする。
合材の人工欠陥材は、シート中にガラス微小中空球を含
有させて構成され、ガラス微小中空球の内部に存在する
気体が超音波に対して優れた特性を発揮する。
は、シートをシリコンゴムで形成することで、高い柔軟
性および加工性を得ることができる。このシリコンゴム
の超音波特性は空気レベルではないが、従来のポリテト
ラフルオロエチレンシートと比較して優れた特性を得
る。
は、ガラス微小中空球の球径を30〜150μmとし、
シートの厚さを0.1〜0.3mmとすることで、ガラス
微小中空球をシートの厚さ方向に2〜3個分散させ、こ
れにより超音波に対する特性をより向上させる。このガ
ラス微小中空球の含有率を30〜60%とすることでシ
ートの全域において高い超音波特性を得ることが可能と
なる。
の製造方法は、ガラス微小中空球を2液混合硬化タイプ
の硬化前のシリコンゴム中に均一に分散させ、これを真
空容器内で脱泡しながら所定厚のシートとして硬化させ
ることを特徴とし、シート中にガラス微小中空球を容易
に均一に分散させることを可能とする。
の製造方法は、ガラス微小中空球を2液混合硬化タイプ
の硬化前のシリコンゴム中に均一に分散させ、これを真
空容器内で脱泡した後平滑な板の上に置き、その上に底
面が平滑な重量物を載せ、板と重量物の間に所定の厚さ
のスペーサを挿入し、さらに、真空容器内で脱泡しなが
ら硬化させて所定の厚さのシートとして硬化させること
を特徴とし、シート中にガラス微小中空球を容易に均一
に分散させることを可能とする。
を参照して説明する。図1は、本発明の実施の形態に係
る繊維強化樹脂複合材の人工欠陥材を示すものであり、
この人工欠陥材1は、シリコンゴムの結合基材2中にガ
ラス微小中空球3を分散配置して構成されている。ガラ
ス微小中空球3は球径が30〜150μm程度であり、
結合基材(シート)2の厚さTは0.1〜0.3mm程度
に設定されている。好ましくは、人工欠陥材1は、ガラ
ス微小中空球3の結合基材2への含有率を30〜60%
とし、ガラス微小中空球3を人工欠陥材1の厚さT方向
に2〜3個分散配置する。
ズに合わせてカッター等で切断され、プリプレグの積層
材に積層され、硬化され、繊維強化樹脂複合材の非破壊
検査における標準欠陥試験片として用いられる。
明する。
微小中空球3を用意し、このガラス微小中空球3を、主
剤に硬化剤を混合して硬化させる2液混合硬化タイプの
硬化前のシリコンゴム溶液に、含有率が30〜60%程
度になるように加え、撹拌してガラス微小中空球3をシ
リコンゴム溶液に均一に分散させる。ガラス微小中空球
3として、日本シリカ工業(株)の商品名「グラスマイ
クロバルーン」を用いた。
リコンゴム溶液を真空容器内で脱泡しながら0.1〜
0.3mm程度の厚さのシートに硬化させる。
る人工欠陥サイズにカッター等で切断される。
に積層され硬化され、繊維強化樹脂複合材の非破壊検査
における標準欠陥試験片を形成する。
の形態は、球径が30〜150μm程度のガラス微小中
空球3を、主剤に硬化剤を混合して硬化させる2液混合
硬化タイプの硬化前のシリコンゴム溶液に、含有率が3
0〜60%程度になるように加え、撹拌してガラス微小
中空球3をシリコンゴム溶液に均一に分散させ、つぎ
に、ガラス微小中空球3を含浸したシリコンゴム溶液を
真空容器内で脱泡し、脱泡した溶液を平滑な板の上に置
き、その上に底面が平滑な重量物を載せ、板と重量物の
間に所定の厚さのスペーサを挿入し、さらに、真空容器
内で脱泡しながら0.1〜0.3mm程度の厚さのシート
に硬化させる。
材1は、その主構成素材がガラス微小中空球3であり、
このガラス微小中空球3はその内部に気体を有している
ので、このガラス微小中空球3をシート2の厚さT方向
に2〜3個分散配置することにより、超音波に対して優
れた特性を示し、また、シート2としてのシリコンゴム
の超音波特性は、空気レベルではないが従来のポリテト
ラフルオロエチレンシートに比較すると優れた特性を示
す。
は、シリコンゴムを結合材としているので、柔軟性に富
みかつ加工性についても優れている。
に、符号A,B,C,Dで示す4種類の人工欠陥材を、
25mm×25mmの大きさに裁断したものを用意し、
厚さtが4.4mmのCFRP板4の表面から2/3t、
裏面から1/3tの部位に挿入し、CFRP板4を積
層、硬化してCFRP試験片5を製作した。
含有シリコンゴム(本発明の人工欠陥材1)、人工欠陥
材Bはシリコンゴム、人工欠陥材Cは鉛板、人工欠陥材
Dは従来材としてのポリテトラフルオロエチレンシート
である。
に示す。
5を用いて超音波探傷実験を行なった結果を表2に示
す。
音波探傷受信音圧比(発信電圧、受信感度を一定にした
比較値)の実験値であり。理論反射率とは、CFRP板
4と人工欠陥板A,B,C,Dの音響インピーダンス
(密度×音速)から求められる理論的な反射率である。
広い周波数範囲にわたり透過法と反射法の両方におい
て、バランスの取れた低い受信音圧比が計測された。人
工欠陥材Bは、反射法の受信音圧比は人工欠陥材Aより
低いが透過法の受信音圧比が人工欠陥材Aよりかなり高
くバランスが取れていない。人工欠陥材Cは、反射法の
1MHzの周波数で人工欠陥材Aより低い受信音圧比を
示したが、その他の周波数の反射法での受信音圧比や透
過法においては、人工欠陥材Aよりかなり高い受信音圧
比を示した。人工欠陥材Dは、前述したようにこの試験
片5において図2の丸印の内部が密着し、この部分で計
測した表2の受信音圧比は透過法において、他のどの人
工欠陥材と比べても非常に高い値を示した。
法があり、人工欠陥材はこれら両方法に対し優れた特性
を示しバランスの取れた材料であることが要求される
が、本発明の人工欠陥材Aは、透過法および反射法のい
ずれについても優れた特性を示しており、人工欠陥材と
して最適な材料であることが分かる。
微小中空球の含有率が50%であるが、ガラス微小中空
球の含有率を30%にした場合には、人工欠陥材の透過
法での減衰率および反射法での反射率は多少低下する
が、人工欠陥材の超音波特性としては充分であることが
本発明者等の実験により確認されている。
を超えて高くすると、結合基材が不足してにし人工欠陥
材の強度が不足する。
材は、シート中にガラス微小中空球を含有させて構成さ
れ、これをプリプレグの積層材に積層して加熱硬化して
製作されるので、超音波探傷透過法検査で優れた減衰性
を示し、超音波探傷周波数の高低に影響されず、超音波
探傷反射法検査でポリテトラフルオロエチレンシートと
比較して3倍以上の反射率であり、超音波に対し優れた
特性を得ることができる。
中空球の球径を30〜150μmとし、シートの厚さを
0.1〜0.3mmとすることで、ガラス微小中空球を人
工欠陥材の厚さ方向に2〜3個分散配置することがで
き、これにより、超音波に対する特性をより向上させる
ことができる。また、ガラス微小中空球の含有率を30
〜60%とすることで、シートの全域において均一な高
い超音波特性を得ることができる。
微小中空球を2液混合硬化タイプの硬化前のシリコンゴ
ム中に均一に分散させ、これを真空容器内で脱泡しなが
ら所定厚のシートとして硬化させるので、シート中にガ
ラス微小中空球を容易に均一に分散させることができ
る。
ガラス微小中空球を2液混合硬化タイプの硬化前のシリ
コンゴム中に均一に分散させ、これを真空容器内で脱泡
した後平滑な板の上に置き、その上に底面が平滑な重量
物を載せ、板と重量物の間に所定の厚さのスペーサを挿
入し、さらに、真空容器内で脱泡しながら硬化させて所
定の厚さのシートとして硬化させるので、シート中にガ
ラス微小中空球を容易に均一に分散させることができ
る。
材の人工欠陥材を示す斜視図である。
たCFRP試験片の構成を示す平面図、(b)は(a)
の側面図である。
Claims (8)
- 【請求項1】シート中にガラス微小中空球を含有せしめ
たことを特徴とする繊維強化樹脂複合材の人工欠陥材。 - 【請求項2】シートは2液混合硬化タイプのシリコンゴ
ムであることを特徴とする請求項1記載の繊維強化樹脂
複合材の人工欠陥材。 - 【請求項3】ガラス微小中空球は球径が30〜150μ
mであり、シートの厚さが0.1〜0.3mmであること
を特徴とする請求項1または2記載の繊維強化樹脂複合
材の人工欠陥材。 - 【請求項4】ガラス微小中空球の含有率が30〜60%
であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに
記載の繊維強化樹脂複合材の人工欠陥材。 - 【請求項5】ガラス微小中空球を2液混合硬化タイプの
硬化前のシリコンゴム中に均一に分散させ、これを真空
容器内で脱泡しながら所定厚のシートとして硬化させる
ことを特徴とする繊維強化樹脂複合材の人工欠陥材の製
造方法。 - 【請求項6】ガラス微小中空球を2液混合硬化タイプの
硬化前のシリコンゴム中に均一に分散させ、これを真空
容器内で脱泡した後平滑な板の上に置き、その上に底面
が平滑な重量物を載せ、板と重量物の間に所定の厚さの
スペーサを挿入し、さらに、真空容器内で脱泡しながら
硬化させて所定の厚さのシートとして硬化させることを
特徴とする繊維強化樹脂複合材の人工欠陥材の製造方
法。 - 【請求項7】ガラス微小中空球の球径が30〜150μ
mであり、シートの厚さが0.1〜0.3mmであること
を特徴とする請求項5または6記載の繊維強化樹脂複合
材の人工欠陥材の製造方法。 - 【請求項8】ガラス微小中空球の含有率が30〜60%
であることを特徴とする請求項5ないし7のいずれかに
記載の繊維強化樹脂複合材の人工欠陥材の製造方法。
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---|---|---|---|
JP03382897A JP3506868B2 (ja) | 1997-02-18 | 1997-02-18 | 繊維強化樹脂複合材の人工欠陥材およびその製造方法 |
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Publications (2)
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JPH10227773A JPH10227773A (ja) | 1998-08-25 |
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