JPH02169633A - 繊維強化複合材料 - Google Patents
繊維強化複合材料Info
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Landscapes
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Moulding By Coating Moulds (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は人工衛星等の宇宙構造物、 ＯＡ種機器自動車
、レジャー用品などの構造体に用いて振動・騒音の低減
を実現する繊維強化複合材料に関するものである。
、レジャー用品などの構造体に用いて振動・騒音の低減
を実現する繊維強化複合材料に関するものである。
ＣＦＲＰなとの繊維強化複合材料は、カーボンやガラス
繊維などの無機繊維又はアラミド繊維などの有機繊維を
エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルエーテル
ケトン樹脂などの樹脂で固型化したものである。
繊維などの無機繊維又はアラミド繊維などの有機繊維を
エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルエーテル
ケトン樹脂などの樹脂で固型化したものである。
繊維強化複合材料は、従来の金属構造材料に比較して、
軽址、高強度であること、及び繊維配向角を制御すれば
所望の機械特性を実現できる点で優れている。このため
、軽量化が特に要求される宇宙構造物、航空機、自動車
、レジャー用品などの構造材料に１１１広く用いられる
用になってきている。
軽址、高強度であること、及び繊維配向角を制御すれば
所望の機械特性を実現できる点で優れている。このため
、軽量化が特に要求される宇宙構造物、航空機、自動車
、レジャー用品などの構造材料に１１１広く用いられる
用になってきている。
ところで、この種複合材料で作製した構造体の用途の拡
大に伴い、構造体の振動が問題となっている。
大に伴い、構造体の振動が問題となっている。
繊維強化複合材料は、軽軟であり、従来の金）ａＣ構造
材料と同程度の小さな振動減衰特性（損失係数η＝ｏ、
ｏｏｔ〜０．１）をもつため、振動を生じ易い。
材料と同程度の小さな振動減衰特性（損失係数η＝ｏ、
ｏｏｔ〜０．１）をもつため、振動を生じ易い。
また、構造物を一体成型で作製することが多く、従来の
金属構造材料とは異なり、接続部での摩擦による振動減
衰（構造減衰）を期待できない。このため１人工衛星な
どの宇宙構造物では、構造体の振動による搭載機器の故
障、アンテナの位置精度の低下などの問題が生じ、繊維
強化複合材料の振動減衰特性の改善は、重要な課題とな
っている。
金属構造材料とは異なり、接続部での摩擦による振動減
衰（構造減衰）を期待できない。このため１人工衛星な
どの宇宙構造物では、構造体の振動による搭載機器の故
障、アンテナの位置精度の低下などの問題が生じ、繊維
強化複合材料の振動減衰特性の改善は、重要な課題とな
っている。
これらの問題を解決する目的で、マトリックス樹脂の振
動減衰を増加させて複合材料の振動減衰を増加させる手
法が検討されている。これは、マトリックス樹脂にポリ
エチレングリコール、ポリプロピレングリコール、液状
ゴムなどの可撓性付与剤を添加し、振動減衰特性を増加
させた樹脂を用いて複合材料を作製する手法である。し
かし可撓性付与剤の添加により、樹脂の振動減衰特性を
数十倍程度に改善できるものの、複合材料の振動減衰特
性は数倍程度の増加しか得られず、また大きな剛性の低
下を伴うので効果的ではない。
動減衰を増加させて複合材料の振動減衰を増加させる手
法が検討されている。これは、マトリックス樹脂にポリ
エチレングリコール、ポリプロピレングリコール、液状
ゴムなどの可撓性付与剤を添加し、振動減衰特性を増加
させた樹脂を用いて複合材料を作製する手法である。し
かし可撓性付与剤の添加により、樹脂の振動減衰特性を
数十倍程度に改善できるものの、複合材料の振動減衰特
性は数倍程度の増加しか得られず、また大きな剛性の低
下を伴うので効果的ではない。
本発明は前記課題を解決するものであり、その目的とす
るところは大きな振動減衰特性を有する繊維強化複合材
料を提供することにある。
るところは大きな振動減衰特性を有する繊維強化複合材
料を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するため１本発明の繊維強化複合材料に
おいては、カーボン、ガラス繊維などの無機強化繊維又
はアラミド繊維などの有機強化繊維をエポキシ樹脂など
の樹脂に含浸した２以上の複合材料層を繊維の配向角が
各層又は一部の層で異なるように積層し、配向の異なる
層間の一部又は全部に粘弾性材料層を設けて積層一体化
したものである。
おいては、カーボン、ガラス繊維などの無機強化繊維又
はアラミド繊維などの有機強化繊維をエポキシ樹脂など
の樹脂に含浸した２以上の複合材料層を繊維の配向角が
各層又は一部の層で異なるように積層し、配向の異なる
層間の一部又は全部に粘弾性材料層を設けて積層一体化
したものである。
一方向繊維強化複合材料に曲げ振動を加えた場合、振動
減衰特性ηＣは、マトリックス樹脂の振動減衰特性η、
（損失係数）及び弾性率Ｅ、、繊維の振動減衰特性ηｆ
、及び弾性率Ｅ、をそれぞれ用いて次式で表わされる。
減衰特性ηＣは、マトリックス樹脂の振動減衰特性η、
（損失係数）及び弾性率Ｅ、、繊維の振動減衰特性ηｆ
、及び弾性率Ｅ、をそれぞれ用いて次式で表わされる。
ζ；でνｆは繊維の体積含有率である。
例えば−カーボン繊維を５０Ｖｏ１％充填した場合を考
える。樹脂の弾性率は２００ｋｇ ／ ａｎ”程度であ
るので１弾性率比Ｅ、／Ｅ、は〜１００となる。この場
合（１）式は次式のように書き換えられる。
える。樹脂の弾性率は２００ｋｇ ／ ａｎ”程度であ
るので１弾性率比Ｅ、／Ｅ、は〜１００となる。この場
合（１）式は次式のように書き換えられる。
通常、＃ｊ脂の振動減衰特性η、は０．０１以下であり
、またカーボン繊維のη１は０．００２程度であるので
、（２）式よりη。は０．００２程度になる。また可撓
性を付与し、樹脂のη１を増加させても、（Ｚ）式より
明らかなように、ηＣの大きな増加は期待できない。
、またカーボン繊維のη１は０．００２程度であるので
、（２）式よりη。は０．００２程度になる。また可撓
性を付与し、樹脂のη１を増加させても、（Ｚ）式より
明らかなように、ηＣの大きな増加は期待できない。
本発明の複合材料では、配向角の異なる層の間に粘弾性
材料を設けている。したがって、前記複合材料が伸縮変
形を生じた場合、各層の異方性により各層の変形状態が
異なるため、層間の粘弾性材料にせん断変形を生じる。
材料を設けている。したがって、前記複合材料が伸縮変
形を生じた場合、各層の異方性により各層の変形状態が
異なるため、層間の粘弾性材料にせん断変形を生じる。
粘弾性材料は一般に粘性が大きいので、前記せん断変形
により振動エネルギーの一部が熱エネルギーに変わり、
振動を吸収する。このため、振動減衰特性が増加する。
により振動エネルギーの一部が熱エネルギーに変わり、
振動を吸収する。このため、振動減衰特性が増加する。
前記振動減衰特性は、粘弾性材料の振動エネルギーを熱
エネルギーに変換する効率（力学的損失ｔａｎδ）に依
存する。そこで、低周波数ｔａｎδの大きな粘弾性材料
を用いることで、低周波数でも大きな振動減衰特性を実
現できる。
エネルギーに変換する効率（力学的損失ｔａｎδ）に依
存する。そこで、低周波数ｔａｎδの大きな粘弾性材料
を用いることで、低周波数でも大きな振動減衰特性を実
現できる。
また、前記複合材料が曲げの変形を受けた場合に、制振
鋼板と同様な拘束タイプの制振機構が生じ、高周波で大
きな振動減衰特性を実現できる。
鋼板と同様な拘束タイプの制振機構が生じ、高周波で大
きな振動減衰特性を実現できる。
同じ配向角をもつ層の間に、粘弾性材料を設けると、後
者の拘束タイプの制振機構のみ生じ、伸縮変形下での大
きな振動減衰特性は期待できない。
者の拘束タイプの制振機構のみ生じ、伸縮変形下での大
きな振動減衰特性は期待できない。
以下に本発明の実施例を図によって説明する。
第１図に本発明繊維強化複合材料の断面図を示す１図に
おいて、実施例はカーボン繊維及びエポキシ樹脂からな
るプリプレグシート（ＡＳ／Ｊ１２０１；住友化学工業
■）１を〔０／±４５／９０）Ｓに積層し、各層間に粘
弾性材料２を設けて積層一体化した例を示している。粘
弾性材料２には、ポリオール樹脂をポリイソシアネート
化合物と反応させて作製したポリウレ゛タン樹脂系材料
を用いた。前記材料は。
おいて、実施例はカーボン繊維及びエポキシ樹脂からな
るプリプレグシート（ＡＳ／Ｊ１２０１；住友化学工業
■）１を〔０／±４５／９０）Ｓに積層し、各層間に粘
弾性材料２を設けて積層一体化した例を示している。粘
弾性材料２には、ポリオール樹脂をポリイソシアネート
化合物と反応させて作製したポリウレ゛タン樹脂系材料
を用いた。前記材料は。
室温でｔａｎδ＝１．５の値をもつ。
尚、実施例ではプリプレグシートに未硬化の粘弾性材料
を塗布し、前記の積層順に重ね合せ、圧力下で加熱硬化
させて作製した。
を塗布し、前記の積層順に重ね合せ、圧力下で加熱硬化
させて作製した。
第２図に、＋４５°及び−４５°の単層板１０に引張応
力Ｆを加えた場合の変形の様子を示す、前記層間に設け
られた粘弾性材料は、これらの変形を拘束するように働
き、せん断変形を生じる。
力Ｆを加えた場合の変形の様子を示す、前記層間に設け
られた粘弾性材料は、これらの変形を拘束するように働
き、せん断変形を生じる。
第３図に、第１図の積層体による実施例の繊維強化複合
材料の損失係数と周波数との関係を示す。
材料の損失係数と周波数との関係を示す。
図中、実線３は曲げ振動での特性、破線４は縦振動での
特性である。どちらの場合においても、損失係数は、０
．０２以上の大きな値となっている。
特性である。どちらの場合においても、損失係数は、０
．０２以上の大きな値となっている。
第４図に、第１図の積層体で同じ配向角をもつ層間（す
なわち９０°層の間）にのみ粘弾性材料を設けた場合の
特性である。縦振動及び曲げ振動では１００Ｈｚ以下の
周波数で、損失係数は第３図の場合に比較して小さくな
っている。
なわち９０°層の間）にのみ粘弾性材料を設けた場合の
特性である。縦振動及び曲げ振動では１００Ｈｚ以下の
周波数で、損失係数は第３図の場合に比較して小さくな
っている。
以上実施例ではカーボン繊維を使用した例を示したが、
その他ガラス繊維などの無機強化繊維。
その他ガラス繊維などの無機強化繊維。
アラミド繊維などの有機強化繊維を用いても同効である
。
。
以上のように本発明によれば、振動減衰特性の大きな繊
維強化複合材料を実現することが可能となり、人工衛星
などの宇宙構造物における搭載機器の故障やアンテナの
位置精度の低下、自動車などの騒音問題を解決できる効
果を有するものである。
維強化複合材料を実現することが可能となり、人工衛星
などの宇宙構造物における搭載機器の故障やアンテナの
位置精度の低下、自動車などの騒音問題を解決できる効
果を有するものである。
第１図は本発明の実施例を示す断面図、第２図は＋４５
°層の変形の様子を示す図、第３図は第１図実施例の複
合材料の損失係数の周波数特性を示す図、第４図は９０
″′層間に粘弾性材料を設けた場合の損失係数の周波数
特性を示す図である。
°層の変形の様子を示す図、第３図は第１図実施例の複
合材料の損失係数の周波数特性を示す図、第４図は９０
″′層間に粘弾性材料を設けた場合の損失係数の周波数
特性を示す図である。
Claims (1)
- （１）カーボン、ガラス繊維などの無機強化繊維又はア
ラミド繊維などの有機強化繊維をエポキシ樹脂などの樹
脂に含浸した２以上の複合材料層を繊維の配向角が各層
又は一部の層で異なるように積層し、配向の異なる層間
の一部又は全部に粘弾性材料層を設けて積層一体化した
ことを特徴とする繊維強化複合材料。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63325217A JPH02169633A (ja) | 1988-12-22 | 1988-12-22 | 繊維強化複合材料 |
| US07/905,222 US5487928A (en) | 1988-12-22 | 1992-06-29 | Fiber reinforced composite material and a process for the production thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63325217A JPH02169633A (ja) | 1988-12-22 | 1988-12-22 | 繊維強化複合材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02169633A true JPH02169633A (ja) | 1990-06-29 |
| JPH0443931B2 JPH0443931B2 (ja) | 1992-07-20 |
Family
ID=18174333
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63325217A Granted JPH02169633A (ja) | 1988-12-22 | 1988-12-22 | 繊維強化複合材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02169633A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08197668A (ja) * | 1995-01-23 | 1996-08-06 | Honda Motor Co Ltd | 繊維強化樹脂の積層構造 |
| JP2008260278A (ja) * | 2007-03-20 | 2008-10-30 | Toray Ind Inc | 管状積層構造体 |
| JP2009078422A (ja) * | 2007-09-26 | 2009-04-16 | Toray Ind Inc | 制振性繊維強化複合材料 |
| JP2010513057A (ja) * | 2006-12-13 | 2010-04-30 | ヘンケル コーポレイション | プリプレグ積層体 |
| JP2014159155A (ja) * | 2013-02-19 | 2014-09-04 | Boeing Co | スパイラル積層構造の円錐及び製造方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015164833A (ja) * | 2014-02-05 | 2015-09-17 | 株式会社マルイ | 自転車用サドルとその製造方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3472730A (en) * | 1967-12-28 | 1969-10-14 | Minnesota Mining & Mfg | Heat-curable filament-reinforced resinous sheeting and laminating process using same |
-
1988
- 1988-12-22 JP JP63325217A patent/JPH02169633A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3472730A (en) * | 1967-12-28 | 1969-10-14 | Minnesota Mining & Mfg | Heat-curable filament-reinforced resinous sheeting and laminating process using same |
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| JP2014159155A (ja) * | 2013-02-19 | 2014-09-04 | Boeing Co | スパイラル積層構造の円錐及び製造方法 |
| US10076899B2 (en) | 2013-02-19 | 2018-09-18 | The Boeing Company | Method of manufacturing a spiral laminated structural cone |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0443931B2 (ja) | 1992-07-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |