JP2001246686A - 複合材料構造体 - Google Patents

複合材料構造体

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JP2001246686A
JP2001246686A JP2000061966A JP2000061966A JP2001246686A JP 2001246686 A JP2001246686 A JP 2001246686A JP 2000061966 A JP2000061966 A JP 2000061966A JP 2000061966 A JP2000061966 A JP 2000061966A JP 2001246686 A JP2001246686 A JP 2001246686A
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Ryuta Kamiya
隆太 神谷
Fujio Hori
藤夫 堀
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Toyota Industries Corp
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Toyoda Automatic Loom Works Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 軽量、高強度で衝撃後の圧縮強度が高いサン
ドイッチ構造体を容易に製造できる複合材料構造体を提
供する。 【解決手段】 複合材料構造体1はコア材2がスキン材
3で挟持されたサンドイッチ構造に構成されている。ス
キン材3とコア材2とは両者を貫通して連続する繊維4
によって結合されている。コア材2は合成樹脂製の発泡
体で構成され、スキン材3は炭素繊維で形成された平織
りの布で構成され、複合材料構造体1の目的とする物性
に応じて所定枚数使用される。繊維4には炭素繊維が使
用されている。スキン材3はマトリックス樹脂が含浸さ
れてFRPとなり、コア材2がFRP板製のスキン材3
で挟持されたサンドイッチ構造の複合材料構造体1とな
る。マトリックス樹脂としてエポキシ樹脂等の熱硬化性
樹脂が使用されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、複合材料構造体
に係り、詳しくは軽量のコア材をFRP製のスキン材で
挟んだサンドイッチ構造の複合材料構造体及び該構造体
を製造するのに適した複合材料構造体に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、軽量で高強度の素材として、前記
サンドイッチ構造の構造体が知られている。例えば、特
開平11−254566号公報には、図2に示すような
FRP構造体31が開示されている。FRP構造体31
は、合成樹脂製の発泡体から成り溝32aを有するコア
材32と、その両面に固着され溝32a内に埋設される
突部33aを有するFRP板33(スキン材)と、表面
に化粧層、難燃材の層、耐火層等からなる表面層34
と、補強用リブ35とを備えている。
【0003】米国特許(USP5,466,506号)
には、図3に示すように、熱可塑性樹脂製の発泡体から
成るコア材32内にロッド状の補強部材36を設けたも
のが開示されている。
【0004】また、特開平6−126908号公報に
は、図4に示すように、表地組織37と裏地組織38と
が連結糸39で連結された三次元編織物を熱硬化性又は
熱可塑性の樹脂40(スキン材)で被覆し、その表裏両
面に樹脂板41を接着した複合材料が開示されている。
同公報には図5に示すように、前記三次元編織物の空隙
に熱硬化性又は熱可塑性の樹脂40を充填した複合材料
も開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】この種のサンドイッチ
構造体を航空機や自動車などの移動体の外板に用いる場
合、鳥や小石等の衝突時の衝撃によってスキン材の内部
又はスキン材とコア材との間に剥離が生じて圧縮強度が
低下し、その剥離の存在を外観検査できないため、信頼
性に欠けるという問題がある。
【0006】特開平11−254566号公報にはコア
材32側の溝32aとFRP板(スキン材)33側の突
部33aとにより、コア材とスキン材の界面の剥離強度
は多少向上するが不十分である。また、USP5,46
6,506号に開示された構造体及び特開平6−126
908号公報に開示された構造体のうち、図4に示され
る構造体も、スキン材とコア材の剥離を防止する特別な
工夫はなされておらず、剥離強度は不十分である。
【0007】一方、特開平6−126908号公報に開
示された構造体のうち、図5に示される構造体は、連結
糸39が構造体を貫通する状態で配置されている。しか
し、この構造体は構造体全体に樹脂が充填されており、
軽量で高強度のサンドイッチ構造ではない。
【0008】また、図4の構造体から樹脂板41を除い
た構造体の場合は三次元編織物が補強の役割を果たす。
しかし、この三次元編織物は合成繊維フィラメントで形
成されているため、強度や耐久性が炭素繊維などの無機
繊維に比較して劣る。また、三次元編織物の構成繊維に
炭素繊維を使用するのは困難で、かつ面内の繊維配向に
制約が生じるという問題がある。
【0009】本発明は前記の問題点に鑑みてなされたも
のであって、その目的は、軽量、高強度で衝撃後の圧縮
強度が高いサンドイッチ構造体を容易に製造できる複合
材料構造体及びその複合材料構造体から製造される複合
材料構造体を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、請求項1に記載の発明では、請求項1に記載のと
おりの構成とした。この発明の構造体はスキン材に樹脂
を含浸させてFRP(繊維強化樹脂)とした後、例えば
乗用車等の移動体の外板として使用される。スキン材と
コア材とが両者を貫通する繊維によって拘束され、スキ
ン材のFRPとコア材との剥離が阻止される。
【0011】請求項2に記載の発明では、請求項2に記
載のとおりの構成とした。この発明の構造体はスキン材
のFRPとコア材とが両者を貫通する繊維によって拘束
され、スキン材のFRPとコア材との剥離が阻止され
る。従って、衝撃を受けた後に界面の接着力が低下した
場合も、圧縮強度の低下が防止され、軽量、高強度で圧
縮強度が高いというサンドイッチ構造体の特性を維持で
きる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施
の形態を図1に基づいて説明する。図1に示すように、
複合材料構造体1はコア材2がスキン材3で挟持された
サンドイッチ構造に構成されている。スキン材3とコア
材2とは両者を貫通して連続する繊維4によって結合さ
れている。繊維4は複合材料構造体1の一方の外面(図
1の下面側)で折り返すように他方の外面側からループ
状に挿入されるとともに、一方の外面から突出したルー
プ部に挿通されて繊維4の配列方向と直交する方向に配
列された抜け止め糸5により抜け止めされている。繊維
4と抜け止め糸(耳糸)5との共同で両スキン材3及び
コア材2が締め付けられている。
【0013】コア材2はポリウレタン、ポリスチレン、
ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、シリコーン等で形成
された発泡体で構成されている。コア材2の厚さ及び発
泡体の発泡倍率は、複合材料構造体1の目的とする物性
に応じて適宜設定される。
【0014】スキン材3は炭素繊維、ガラス繊維、セラ
ミック繊維等の無機繊維で形成された布で構成されてい
る。布は、例えば繊維がX,Y方向に配列された平織り
の織物が使用され、複合材料構造体1の目的とする物性
に応じて1枚又は複数枚の所定枚数使用される。複数枚
使用する場合、疑似等方積層材を構成するように、一部
の布を繊維の配列方向が複合材料構造体1のX,Y方向
に対して±45度となるように配置するのが好ましい。
【0015】繊維4には、炭素繊維、ガラス繊維、アラ
ミド繊維、セラミック繊維等が使用される。前記のよう
に構成された複合材料構造体1は、スキン材3にマトリ
ックス樹脂を含浸させてFRP(繊維強化樹脂)とし、
コア材2がFRP板製のスキン材3で挟持されたサンド
イッチ構造の複合材料構造体1となる。マトリックス樹
脂としては、例えばエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル
樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂等の熱硬化
性樹脂の他、ナイロンやABS樹脂等の熱可塑性樹脂が
使用される。また、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂の混合
樹脂も使用可能である。
【0016】スキン材3に樹脂を含浸させる処理には、
例えば、レジントランスファーモールディング(RT
M)法が採用される。RTM法では、成形金型内に複合
材料構造体1を載置し、この成形金型内に熱硬化性のマ
トリック樹脂を注入してスキン材3及びスキン材とコア
材2との界面に含浸させた後、加熱硬化させる。
【0017】スキン材3がFRP化された複合材料構造
体1は、例えば航空機や乗用車等の移動体の外板として
使用される。この実施の形態では以下の効果を有する。
【0018】(1) サンドイッチ構造の複合材料構造
体1を構成するスキン材3とコア材2とが、両者を貫通
する繊維4によって結合され、スキン材3がコア材2の
表面に拘束されている。従って、サンドイッチ構造体の
軽量、高強度、高剛性の利点を備え、かつ障害物が衝突
した場合にも、FRP製スキン材3とコア材2との界面
やスキン材3の内部の剥離が阻止され、衝突後に複合材
料構造体1の圧縮強度が大幅に低下するのを回避でき、
信頼性が向上する。
【0019】(2) スキン材、コア構造をドライな状
態で形成した後、RTM法による1回の成形で最終の複
合材料構造体1の製造が可能なため、従来技術と異な
り、スキン材をコア材に接着する工程を省略できる上、
高価でハンドリング性の悪いプリプレグを使用する必要
もないので、製造が容易で低コストとなる。
【0020】(3) スキン材3が無機繊維の布で構成
されているため、コア材2をスキン材3で挟持した状態
で両者を繊維4で結合するのが容易になる。 (4) スキン材3を構成する布に、繊維がX,Y方向
に配列された平織りの織物が使用されているため、同じ
布を複数枚、角度を変えて積層配置することで疑似等方
性のスキン材3(積層材)を簡単に構成でき、製造が容
易になる。
【0021】なお、実施の形態は前記に限定されるもの
ではなく、例えば次のように構成してもよい。 ○ スキン材3を構成する布は平織りの織物に限らず、
太い繊維を細い繊維で簾状に編んだ織物や、編物あるい
は不織布を使用してもよい。また、布に限らず、繊維が
一方向に配列された一方向材(シート)を1層あるいは
複数層積層したものやマットをスキン材3として使用し
たり、布、一方向材及びマットを組み合わせて使用して
もよい。
【0022】○ スキン材3にマトリックス樹脂を含浸
させる方法として、RFI(レジンフィルムインフィル
トレーション)法を採用してもよい。この場合もRTM
法と同様に1回の成形で最終製品の複合材料構造体1が
得られる。
【0023】○ コア材2として発泡体に代えて、粒状
の樹脂をその一部で接着して焼結させた多孔質材を使用
してもよい。 ○ 繊維4を抜け止め糸5で抜け止めされる配列状態と
する代わりに、スキン材3及びコア材2を貫通するとと
もに、スキン材3の表面及び裏面で交互に折り返す蛇行
状態で配列される構成としてもよい。
【0024】
【発明の効果】以上詳述したように、請求項1及び請求
項2に記載の発明によれば、軽量、高強度で衝撃後の圧
縮強度が高いサンドイッチ構造体を簡単に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 一実施の形態の複合材料構造体の模式斜視
図。
【図2】 従来の複合材料構造体の模式断面図。
【図3】 別の従来の複合材料構造体の模式断面図。
【図4】 別の従来の複合材料構造体の模式断面図。
【図5】 別の従来の複合材料構造体の模式断面図。
【符号の説明】
1…複合材料構造体、2…コア材、3…スキン材、4…
繊維。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4F100 AA01A AA01C AD00A AD00C AD11A AD11C AG00A AG00C AK01A AK01B AK01C AK07B AK12B AK15B AK21A AK21C AK33A AK33C AK44A AK44C AK48A AK48C AK51B AK52B AK53A AK53C AK74A AK74C BA03 BA10A BA10C DG01A DG01C DG11A DG11C DH02A DH02C DJ00B DJ01B EC08 EJ08A EJ08C EJ82A EJ82C

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 軽量のコア材をスキン材で挟んだサンド
    イッチ構造の複合材料構造体であって、前記スキン材を
    無機繊維の布又は積層材で構成し、コア材を合成樹脂製
    の多孔質体又は発泡体で構成し、前記スキン材と前記コ
    ア材との剥離を防止するため両スキン材及びコア材を貫
    通するとともにスキン材の外側で折り返して連続する繊
    維を設けた複合材料構造体。
  2. 【請求項2】 前記スキン材に樹脂を含浸硬化させてス
    キン材を繊維強化樹脂とした請求項1に記載の複合材料
    構造体。
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