JP2006289646A

JP2006289646A - ハニカムコンポジット及びその成形方法

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Publication number: JP2006289646A
Application number: JP2005109880A
Authority: JP
Inventors: Fumitaka Shima; 文陵島; Norihiko Tani; 典彦谷
Original assignee: Toho Tenax Co Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 2005-04-06
Filing date: 2005-04-06
Publication date: 2006-10-26

Abstract

【課題】ハニカム構造体と繊維強化複合材とからなる軽量で且つ機械的物性が優れたハニカムコンポジットと、その成形方法を提供すること。
【解決手段】ハニカム構造体と繊維強化複合材とからなるハニカムコンポジットであって、その表面に塗布・硬化した熱硬化性樹脂層を有するハニカム構造体と、その塗布・硬化面に積層された繊維強化複合材を、加熱硬化せしめて得られるハニカムコンポジット。そして、かかるハニカムコンポジットは、ハニカム構造体の表面に熱硬化性樹脂を塗布し硬化させ、その後、このハニカム構造体の塗布・硬化面に繊維強化複合材を積層し積層体とし、次いでこの積層体を加熱硬化せしめることによって得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、コア材であるハニカム構造体とそれに積層して配置された繊維強化複合材とからなるハニカムコンポジット、及びその成形方法に関する。
に関する。

近年、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等の強化繊維材料は、各種のマトリックス樹脂と複合化され、得られる繊維強化複合材料は種々の分野・用途に広く利用されるようになってきた。例えば、高度の機械的特性や耐熱性等を要求される航空・宇宙分野や、一般産業分野では、従来、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等のマトリックス樹脂と強化繊維材料とからなる複合材料が使用されてきた。

一方、例えば、鉄道、船舶、航空機などの輸送機械の分野での構造材としては、機械的強度の他に軽量化の必要性から、最近、ハニカム構造体等のコア材と繊維強化複合材料を使ったサンドイッチパネルが用いられるようになってきた。これらのサンドイッチパネルは、通常、加圧・加熱下にオートクレーブ成形される。ところが、このオートクレーブ成形の過程で、ハニカム構造体の種類・形状によっては、ハニカムの破壊（コアクラッシュ）が起こることがよくある。特に、ハニカムが長方形状のＯＸコアやフレックスコアの場合、あるいはハニカム構造体のコアが斜めに加工された、いわゆるマイター加工されたコアの場合には、コアクラッシュが起こり易いという問題がある。

従来、かかる問題点を解決するためにいくつかの方法が提案されている。（１）コアクラッシュが起こらない様に、コアまでプリプレグを積層した後１回目の成形を行い、コアとプリプレグを固め、次いで、コアのマイター加工を行い、コア上の積層を行って２回目の成形を行う方法。しかし、この方法でも、コアが厚い場合やマイター角が大きい場合には、コアクラッシュを避けることは難しく、また何よりも成形を２回行わなければならないことがコストアップの原因となる。（２）コアをプリプレグでサンドイッチ状に挟んで固定し、更に端部を、ケンザン又はオスナクロス（抵抗のある繊維）を使用して、テンションをかけた状態で止めて、成形加工する方法。この方法でも、コアが厚い場合やマイター角が大きい場合には、コアクラッシュを避けることは難しいだけでなく、固定の程度の調節が難しくコアとプリプレグの間にボイドができ易い（例えば、特許文献１参照）。（３）予め成形（プリキュアー）したクロージャーを、コアの四辺に配置して、積層したプリプレグと一緒に成形（コボンド）する。この方法では、成形を２回行わなければならないので、コスト高となる。（４）コアのマイター部分のセルの全てに、ポッティング材（充填材）を入れる方法。コアの厚みが厚いものほど、重量が重くなるしコスト高になるという問題がある。
特開２００１−１５０５７５号公報

本発明は、ハニカム構造体と繊維強化複合材とからなる軽量で且つ機械的物性が優れたハニカムコンポジットと、その成形方法を提供することを課題とする。

本発明は、ハニカム構造体と繊維強化複合材とからなるハニカムコンポジットであって、その表面に塗布・硬化した熱硬化性樹脂層を有するハニカム構造体と、その塗布・硬化面に積層された繊維強化複合材を、加熱硬化せしめて得られるハニカムコンポジットである。そして、かかるハニカムコンポジットは、ハニカム構造体の表面に熱硬化性樹脂を塗布し硬化させ、その後、このハニカム構造体の塗布・硬化面に繊維強化複合材を積層し積層体とし、次いでこの積層体を加熱硬化せしめることによって得られる。

本発明で得られる、軽量で且つ機械的物性が優れたハニカムコンポジットは、特に鉄道、船舶、航空機などの輸送機械の分野での構造材として利用される。また、その成形方法は、従来方法に比べて、コアの厚さの厚い製品やマイター角の大きい製品でも、コアクラッシュを引き起こすことが少なく、従って安価に成形できる方法である。

本発明のハニカム構造体と繊維強化複合材とからなるハニカムコンポジットは、ハニカム構造体の表面に熱硬化性樹脂を塗布し硬化させ、その後、このハニカム構造体の塗布・硬化面に繊維強化複合材を積層し積層体とし、次いでこの積層体を加熱硬化せしめることによって得られるものである。熱硬化性樹脂は、必ずしもハニカム構造体の表面全部に塗布し硬化される必要はなく、コアクラッシュが起こらない限り表面の一部に塗布・硬化しても良い。また、積層される繊維強化複合材も、必ずしもハニカム構造体の塗布・硬化面の全部に積層される必要はなく、用途によってはその一部分に積層配置されて成形されても良い。そして、本発明の方法は、場合によっては、必要に応じて、従来の成形方法と組合わせて実施することももちろん可能である。特にマイター加工面に繊維強化複合材を積層する場合等には、従来行われているように、繊維強化複合材の滑りを防止する（タイダウン）手段を併用しても良い。

本発明において、ハニカム構造体としては、六角形の小部屋（セル）の集合体となっているものが一般的であるが、本発明のハニカム構造体においては、ハニカムの形は、六角、ＯＸ、フレックス、バイセクト、フェザー等どのようなものでも構わない。また、その材料も特に制限はなく、最終用途に応じて、紙、アルミニウム等の金属、アラミドペーパー、ガラス繊維や炭素繊維やアラミド繊維等とマトリックス樹脂とからなる強化複合材料等を用いることができる。コア材としてのハニカム構造体の厚さは、用途等により適宜選択されるものであるが、５〜２００ｍｍ程度が適当である。

ハニカム構造体のコアが斜めに加工された、いわゆるマイター加工されたハニカム構造体の場合には、例えば、厚さが１０ｍｍ以上でマイター角が１５度以上になると、コアがマイター角方向からの成形圧に耐えられず、コアのマイター面がへこむ現象、即ち、コアクラッシュが起こり易くなる。本発明は、かかる場合に、コアクラッシュ防止に優れた作用・効果を発揮する。特に、コアの厚さが５０ｍｍ以上でマイター角が４５度以上の大きなコアの場合でも、本発明によるとコアクラッシュの発生を効果的に防止することができる。

本発明において用いられる繊維強化複合材は、強化繊維材料とマトリックス樹脂とからなるプリプレグやその他の複合材である。この複合材に用いられる強化繊維材料としては、無機繊維、有機繊維、金属繊維又はそれらの混合からなる繊維材料がある。具体的には、無機繊維としては、炭素繊維、黒鉛繊維、ガラス繊維を挙げることが出来る。有機繊維としては、アラミド繊維、高密度ポリエチレン繊維、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維が挙げられる。好ましいのは、炭素繊維とアラミド繊維である。繊維強化複合材の形態については特に制限はないが、強化繊維材料を一方向にシート状に引き揃えたもの（一方向配列シート材料）、これらを例えば直交に積層したもの、繊維強化複合材を織物や不織布等の布帛に成形したもの、編組等のストランド状のもの等があげられる。本発明においては、一方向配列シート材料プリプレグや織物プリプレグを用いるのが好ましい。

本発明において使用されるマトリックス樹脂は特に限定されず、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれでも良く、またこれらの樹脂に通常の硬化剤、酸化防止剤、充填剤、難燃剤、着色剤、帯電防止剤等を配合したものであっても良い。マトリックス樹脂の硬化は、加熱による方法、電子線等の放射線による方法等、公知の方法を採用することができる。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、フェノキシ樹脂、アルキド樹脂、ウレタン樹脂から選ばれる１種又は２種以上の混合物が好ましい。また、熱可塑性樹脂としては、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）樹脂、ポリアクリレート樹脂、ポリスルフォン樹脂、ナイロン樹脂、ポリエステル樹脂、ＡＢＳ樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリ塩化ビニール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ボリエーテルスルホン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、熱可塑ポリイミド樹脂から選ばれる１種又は２種以上の混合物が好ましい。

本発明のハニカムコンポジットを成形するに際しては、先ず、ハニカム構造体の表面に熱硬化性樹脂を塗布する。ハニカム構造体の表面とは、必ずしも全表面である必要はないが、少なくとも、コアのマイター表面には塗布する必要がある。また、ハニカム面（多数の穴の開いた面）に塗布する場合には、熱硬化性樹脂は、ハニカムの壁面端部に塗布するが、一部、穴に充填され穴が塞がれた形になっても良い。

塗布に用いる熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、フェノキシ樹脂、アルキド樹脂、ウレタン樹脂から選ばれる熱硬化性樹脂の１種又は２種以上の混合物が好ましく、特にエポキシ樹脂が好ましい。塗布する量は、特に制限はないが、要求される強度とコスト等を考慮して適当に決めることができる。塗布の方法・手段は特に制限はなく、公知の方法・手段で塗布すれば良いが、塗布液の粘度は２０〜２０００ｍＰａｓ程度にするのが適当である。熱硬化性樹脂を塗布されたハニカム構造体は、次いで熱処理して樹脂が硬化せしめられる。硬化は使用した樹脂にもよるが、２０〜８０℃で３０分〜４時間程度行えば良い。

本発明のハニカムコンポジットは、上記の様にして得られたハニカム構造体の塗布・硬化面に、前記の様な繊維強化複合材を積層し積層体とし、次いでこの積層体を加熱硬化せしめることによって得られる。繊維強化複合材は、熱硬化性樹脂の塗布・硬化面以外の部分にも積層されていても良い。かかる場合の成形加工の方法・手段・装置は何ら特別なものである必要はなく、従来公知・公用の方法・手段・装置を採用すれば良い。通常は、積層体は、オートクレーブ成形、真空成形で成形加工される。

本発明のハニカムコンポジットの一例を図で説明する。図１は、正四角錐台形状の成形加工品の断面図である。図１において、１はコアであるハニカム構造体を、２はコアを斜めに切取ったマイター加工部を、３はコアに積層配置されている繊維強化複合材を、４は塗布・硬化した熱硬化性樹脂層を示す。従来の成形加工法では、マイター加工部２が、マイター角方向（マイター面に垂直方向）からの成形圧に耐えられず、マイター面がへこむコアクラッシュが起こり易いのである。以下、具体的な実施例により本発明を説明する。

図２を参照しながら説明する。ハニカム構造体としては、図２の１に示した様に、底辺の縦横２５０ｍｍ×２５０ｍｍで高さが５０ｍｍのハニカム構造体（ＯＸコア：アラミド製の長方形ハニカム構造体）の四面を、４５度にマイター加工したものを用いた。このハニカム構造体のマイター加工の全面と上面の四辺に沿って１インチ幅の部分に、エポキシ樹脂であるEpocast 1652-A/B（HUNTSMAN社）を、０．２７ｇ／ｃｍ^２（セルの穴の部分も面積に含む）量で塗布した。室温で４時間放置して塗布層を硬化させ、塗布・硬化した熱硬化性樹脂層４とした。

積層される繊維強化複合材３としては、炭素繊維の織物プリプレグＷ３１２１／１３２（東邦テナックス社製、ＨＴＡ−１２０００フィラメント、４枚朱子織、繊維目付３８０ｇ／ｍ^２、耐熱タイプのエポキシ系樹脂含浸）を用いた。アルミ製の定盤５の上に、８５０×８５０ｍｍの前記プリプレグを敷設し、その上に９００×９００ｍｍの同じプリプレグを積層し、その上に、前記ハニカム構造体を配置した。そして、その上部に、１０００×１０００ｍｍのプリプレグと更にその上に９５０×９５０ｍｍのプリプレグを配置して、ハニカム構造体の下面以外を全て覆った積層体とした。プリプレグの裾部は、タイダウン方式６によってプリプレグが滑り落ちるのを防止した。

次いで、前記積層体が敷設されたアルミ定盤にフィルムバッグして、オートクレーブ成形にて、１８０±５℃、２１６±２９ｋＰａで２〜３時間加熱・硬化した。かくして図１に示したものに類似した形状・構造のハニカムコンポジットが得られ、Ｘ線によって内部状態を観察したところ、コエクラッシュは全く見られなかった。

本発明で得られるハニカムコンポジットは、軽量で機械的特性に優れているので、一般産業分野や輸送機械の分野、特に航空機の分野で構造部材として利用することができる。

本発明のハニカムコンポジットの一例の断面図である。本発明のハニカムコンポジットの成形方法を説明する図である。

符号の説明

１ハニカム構造体
２マイター加工部
３積層された繊維強化複合材
４塗布・硬化した熱硬化性樹脂層
５アルミ製の定盤

Claims

ハニカム構造体と繊維強化複合材とからなるハニカムコンポジットであって、その表面に塗布・硬化した熱硬化性樹脂層を有するハニカム構造体と、その塗布・硬化面に積層された繊維強化複合材を、加熱硬化せしめて得られるハニカムコンポジット。
ハニカム構造体が、マイター加工されたものである請求項１記載のハニカムコンポジット。
繊維強化複合材が、一方向配列シート材料プリプレグ又は織物プリプレグである請求項１又は２記載のハニカムコンポジット。
熱硬化性樹脂が、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、フェノキシ樹脂、アルキド樹脂、ウレタン樹脂から選ばれる熱硬化性樹脂の１種又は２種以上の混合物である請求項１〜３記載のハニカムコンポジット。
ハニカム構造体と繊維強化複合材とからなるハニカムコンポジットを成形するに際し、ハニカム構造体の表面に熱硬化性樹脂を塗布し硬化させ、その後、該ハニカム構造体の塗布・硬化面に繊維強化複合材を積層し積層体とし、次いで該積層体を加熱硬化せしめることを特徴とするハニカムコンポジットの成形方法。