JP2005313613A - 繊維強化樹脂製サンドイッチパネル - Google Patents
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Abstract
【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
(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/cm3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(mm2)とサンドイッチパネルの全体厚み(mm)の比(投影面積(mm2)/全体厚み(mm))が4,500〜2,000,000mm2/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/cm3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。
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。
(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。
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/m2、炭素繊維含有率が70重量%、見かけ密度が1.58g/cm3のプリプレグを、ポリプロピレン発泡体(密度0.30g/cm3、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/cm2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/cm3であり、サンドイッチパネルの投影面積は171000mm2であった。
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/m2、炭素繊維含有率が70重量%、見かけ密度が1.58g/cm3のプリプレグを、ポリメタクリルイミド発泡体(密度0.12g/cm3、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/cm2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/cm3であり、サンドイッチパネルの投影面積は171000mm2であった。
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/m2、炭素繊維含有率が70重量%、見かけ密度が1.58g/cm3のプリプレグを、ABS樹脂(密度1.1g/cm3、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/cm2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/cm3であり、サンドイッチパネルの投影面積は171000mm2であった。
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/m2、炭素繊維含有率が70重量%、見かけ密度が1.58g/cm3のプリプレグを、ポリプロピレン発泡体(密度0.23g/cm3、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/cm2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/cm3であり、サンドイッチパネルの投影面積は171000mm2であった。
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/m2、炭素繊維含有率が70重量%、見かけ密度が1.58g/cm3のプリプレグを、ポリプロピレン発泡体(密度0.46g/cm3、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/cm2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/cm3であり、サンドイッチパネルの投影面積は171000mm2であった。
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/m2、炭素繊維含有率が70重量%、見かけ密度が1.58g/cm3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/cm2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171000mm2であった。
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/m2、炭素繊維含有率が70重量%、見かけ密度が1.58g/cm3のプリプレグを、アルミニウム(密度2.7g/cm3、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/cm2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/cm3であり、サンドイッチパネルの投影面積は171000mm2であった。
芯材2に1.6mm厚、0.90g/cm3のポリプロピレンシートを使用し、その両面に0.25mm、2.7g/cm3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171000mm2であった。
2:樹脂(芯材)
Claims (13)
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 前記芯材の見かけ密度が0.03〜1.4 g/cm3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。
- 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。
- 前記サンドイッチパネルの投影面積(mm2)とサンドイッチパネルの全体厚み(mm)の比(投影面積(mm2)/全体厚み(mm))が4,500〜2,000,000mm2/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。
- 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。
- 前記サンドイッチパネルの見かけ密度が0.1〜1.4 g/cm3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。
- 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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