JP2006525147A - 音響減衰のための構造用複合材料 - Google Patents

Abstract

音響および／又は機械的減衰のための複合材料とその製造方法に関する。構造マトリクス材料（１４）中に埋め込まれた複数の繊維材料の層（１２）と、該層（１２）間に配置されてこれと結合された高ヒステリシス損材料の層（２４）を備える。高ヒステリシス損材料の層（２４）は穿孔（３４）を備え、該穿孔を介して両側の繊維材料の層（１２）が連続している。このため、本発明の複合材料は機械的強度に優れ、剥離や破損を生ずることがない。

Description

本発明は、音響および／又は機械的減衰のための複合材料ならびにその製造方法に関する。本発明は、特に好適な静的および動的特徴を有する複合材料に関する。即ちこの材料は、構造部品を形成し、静荷重に耐えるべく十分に強固かつ硬質であると同時に、音響および／又は機械的振動を効果的に吸収できることが望ましい。この構造に負荷が加えられた際の屈曲変形を制限すべく、高い剛性を持つとなおよい。

問題の複合材料は通例、層状構造を有する。１つの一般的な例は、エポキシ樹脂内に埋め込まれたガラス繊維マット又は非クリンプ織物の層を含む。そのような材料は高い静的強度を有するが、動的性能には乏しい。即ちそのような材料は構造的には強固であるが、非常に劣った音響又は機械振動減衰特徴を示す。

多くの状況で、構造的に強固かつ硬質であり、音響および／又は機械的振動の十分な減衰を示すものの、軽量な材料を準備する必要がある。ある用途では、この材料は非磁性であり、ＵＬ９４Ｖ０等の火災および火炎伝播性標準試験に適合可能であると望ましい。

良好な静的および動的特性を有することが既知である材料は、金属−ゴム−金属サンドイッチ構造である。通例、層の相対厚は４：１：１である。ゴム層の厚さは、減衰すべき最低周波数の波長の少なくとも半分であることが望ましい。かかる材料は、本発明が要求する特徴を提供しない。それは軽量ではなく、金属は通例、コスト上の考慮事項のために鋼鉄であり、同様に通例、磁性であり、構造は金属とゴム層との界面で剥離しやすい。他の材料、例えばゴム等の高いヒステリシス損失を示す層によって隔離された樹脂含浸繊維ガラスマットパネルを使用した同様の構造が、米国特許第５３６８９１６号および同第５４４６２５０号明細書等の刊行物で述べられている。

この構造は、メインパネルの構造強度のみを有する。例えば層の相対厚４：１：１と、総厚６ｍｍのパネルは、４ｍｍ層単独の構造強度と略等しい構造強度を示す。他の２つの層に構造負荷を加える試みは、パネルの破損と剥離を引き起こす。

従って本発明は、必要ならば耐剥離性で非磁性であり、音響および／又は機械的振動に対する有効な減衰特性を備えた硬質軽量材料を準備する。そのような材料は、低コストで入手できる利点がある。そのような材料は、厚さを著しく増加させることなく、優れた構造強度をも提供し得る。

更に詳細には、本発明は、構造マトリクス材料に埋め込まれた複数の繊維状材料層を含み、音響又は機械的減衰のための複合材料を提供する。高ヒステリシス損材料の層は、繊維状材料の連続層の間に設けられ、高ヒステリシス損のフィルム層は、構造マトリクス材料に埋め込まれた繊維状材料の隣接層に結合される。高ヒステリシス損材料層は、構造マトリクス材料が構造マトリクス材料に埋め込まれた繊維状材料の隣接層間で穿孔を経て連続するよう穿孔される。穿孔は、高ヒステリシス損材料層の面積の５〜５０％を占める。

構造マトリクス材料が構造マトリクス材料に埋め込まれた繊維状材料の隣接層間で穿孔を介して連続するように穿孔される高ヒステリシス損材料層の結果として、得られた材料の構造強度は、構造マトリクス材料中に繊維状材料を含む複合材料の連続層と実質的に等しく、問題の材料の総厚と厚さが等しい。例えば相対層厚４：１：１と総厚６ｍｍを持つ本発明の材料のパネルは、構造マトリクス材料中の繊維状材料の６ｍｍ層の構造強度と略等しい構造強度を示す。本発明により、パネルの破損と剥離の虞なしに、構造負荷を層全体に加え得る。本発明の材料の減衰および他の要求される特徴は良好なままである。

本発明の実施例で、構造マトリクス材料はエポキシ、ポリエステル又はフェノール樹脂を含み、高ヒステリシス損材料はポリウレタンフィルムを含む。繊維状材料はガラス繊維マットである。

本発明は、音響又は機械的減衰のための複合材料を製造する方法も提供する。本方法は第１の構造マトリクス材料で含浸させた、少なくとも１つの第１の繊維状層を準備する工程と、少なくとも１つの第１の繊維状層をフォーマの上に積み重ねる工程と、高ヒステリシス損材料を含む少なくとも１つの第２の層を形成する工程と、少なくとも１つの第２の層を第１の繊維状層のスタックの上に積み重ねる工程と、第２の構造マトリクス材料に含浸させた、少なくとも１つの第３の繊維状層を形成する工程と、少なくとも１つの第３の層を第１および第２の層のスタックの上に積み重ねる工程と、第２の層の材料を第１および第３の層の両方に結合させるべく、第１、第２および第３の層のスタックを同時に加熱および圧縮する工程とを含む。本方法は更に、第２の層を積み重ねる工程の前に第２の層を穿孔する工程を含み、その結果構造マトリクス材料（１４）は、構造マトリクス材料に埋め込まれた繊維状材料（１２）の隣接層の間に穿孔（３４）を介して連続性である。穿孔の工程では、第２の層の面積の５〜５０％を占有する穿孔を形成し得る。

本方法は更に、構造強度、硬さ、減衰特性の所望の組み合せを提供すべく、繊維の方向および繊維状層の繊維の種類を選択する工程を含み得る。

第２の層は、粘弾性ポリマーフィルム材料のフィルムを含んでもよい。

圧縮の工程は、加熱工程の前に熱収縮性材料内にスタックを包囲することで実施してもよい。熱収縮性材料は、例えばポリアミドテープである。

第１および／又は第２の構造マトリクス材料は各々エポキシ、ポリエステル、フェノール樹脂又はポリウレタンを含み得る。高ヒステリシス損材料はポリウレタンを、繊維状層はガラス繊維マットを含んでもよい。

熱硬化性材料を構造マトリクス材料として有する実施例において、加熱および圧縮の工程は、熱硬化性材料を硬化させるのに有効である。

純エポキシ／ガラス又は金属層は、複合材料の一方の表面に配置できる。

加熱および圧縮工程は、層間に良好な結合と界面強度を生じさせるのに有効である。温度を上昇させることで、構造マトリクス材料中に、通例熱可塑性フィルムポリマを含み、高ヒステリシス損の材料を拡散又は混合し、それにより得られた構造の強度を向上させ、第１および第２の層と、第２および第３の層との間の接合の剥離を減少させ得る。

第１および／又は第２の構造マトリクス材料は、エポキシ又はポリエステル樹脂を含んでもよい。第２の層は、ポリウレタン又は他のポリマーフィルムを含んでもよい。繊維状層は、ガラス繊維マット又は非クリンプ織物を含んでもよい。電気絶縁が要求されない用途では、ガラス補強の全部又は一部を炭素やアラミド等のより高い強度の繊維と置換することで、材料を強化できる。

本発明の上記の、および更なる目的、特徴および特色を、そのある実施例の以下の説明を添付図面と併せて検討することで明らかにする。

図１は、本発明の１実施例による材料１０を示す。図１に示す実施例は、従来技術の金属、ゴム、金属構造から既知の４：１：１の相対厚の比を模擬する。材料は、多数の繊維状層１２を含む。図１〜３の説明図は、理解し易さのため、厚さを誇張している。繊維状層１２は、実際には図面に示すより更に緊密に圧縮される。繊維状層は各々製織又は非クリンプ繊維状材料、例えばガラス繊維布や炭素繊維マット、KEVLAR（登録商標）、スチールメッシュ又は他の構造的に強固な繊維状材料を含み得る。材料は、目的とする最終用途に応じて選択する。繊維状層は、構造マトリクス材料１４の各層内に埋め込まれる。

構造マトリクス材料１４は構造用複合樹脂を含み得る。構造用複合樹脂は、例えばエポキシ、ポリエステル、ビニルエステル、フェノールおよびポリウレタン樹脂である。

高ヒステリシス損材料は中間層２４に供給される。この材料は、例えばポリウレタン、ポリエステル、ポリエチレンおよび他のポリマーマトリクスを含む。この材料を以下「損失材料」と略称する。

本発明者らは、エポキシ樹脂が安価であるが、有効な構造マトリクス材料１４であることを見出した。本発明者らは、ポリウレタンが安価でありながら、なお有効な損失材料２４であることも見出した。本発明者らは、ガラス繊維非クリンプ布が安価であるが、繊維状層１２に有効な材料であることも見出した。以下で、これらの材料を代表例として述べるが、材料をこれらに限定するものとして解釈すべきではない。上に挙げた他の材料は、それらが要求される特性を有するなら使用可能である。

本発明の複合材料は、音響又は機械的減衰特性を有する。それは構造マトリクス材料１４に埋め込まれた複数の繊維状材料層１２を含む。構造マトリクス材料は、好ましくはエポキシ、フェノール、ポリエステル、ビニルエステルをベースとする、適切な熱硬化性積層樹脂や、ポリウレタン等の他の材料であり得るマトリクス樹脂を含む複合材を含む。補強繊維は、ガラス、炭素又はポリマをベースとなし得る。本発明の態様により、減衰特性は、熱可塑性材料等の損失材料のフィルム２４を構造マトリクス材料１４の層の間に積層することで得られる。この熱可塑性材料は、例えばポリエーテルベースポリウレタン、ポリエステルベースポリウレタン、ポリエチレン、ＰＶＣ又はコポリマーをベースとなし得る。フィルム２４は通例５０〜４００μｍの厚さである。

高強度の製品では、損失材料２４と構造マトリクス材料１４との間の良好な結合が、層２４の材料の処理中に内部離型剤が存在しないようにすることおよび／又はシート表面にコロナ処理を施すことによって促進される。

本発明により、穿孔３４が層２４の損失材料に設けられる。材料の圧縮中、層２６、２８の構造マトリクス材料１４の硬化前に、穿孔３４は層２６、２８からの構造マトリクス材料１４によって充填され、構造マトリクス材料１４の連続アーチファクトを提供する。穿孔３４は任意のサイズ又は形状でよい。例えばそれらは正方形、円形、細長、三角形又は六角形でもよい。それらは規則的に、又は不規則に隔設されてもよい。層間剪断強度を最大限にする必要がある場合、向上した減衰特徴を損なうことなく、穴の面積が５〜５５％の規則正しいパターンを持つ損失材料層２４の穿孔を供給できる。実際に、ある周波数において、減衰はそのような穿孔によって更に向上する。

損失材料層の穿孔を使用することで、連続的な層間界面を回避できる。この不明瞭な界面は、それに伴い減衰層を含む既知の積層体が構造層と減衰層との界面で発生する高い剪断応力のため剥離し易安いと言う、低い積層剪断強度の問題を回避する。本発明により、高い屈曲強度と硬さが保持され、同時に優れた音響減衰特徴が維持される。実際に、処理中に構造マトリクス材料で充填される穿孔３４の境界における剪断歪の増大は、ある周波数での減衰を増大させるように作用する。

使用中に、構造マトリクス材料１４は、高い構造強度と硬さを提供する。高い剪断は、層２４の損失材料における履歴損失の結果である。本発明の材料１０は防音被覆に使用され、そこで材料は自立することのみが必要であるか、又はかなりの静的印加荷重を負うという意味で構造性であってもよい。印加された静荷重の大半は、構造マトリクス材料１４のより厚い層２６が負う。構造マトリクス材料１４と繊維状材料１２は、要求された機械強度に従って選択および寸法決定すべきである。穿孔損失材料２４は、音響又は機械的振動の吸収体として働く。上層２８は固い外部表面を提供し、中間層２４を以下で述べるように機能させて、減衰される振動の収容体として作用する。上および／又は下表面２０、２２は、材料１０に一体化した装飾層を装備し得る。

音響又は機械的振動は、固体上層２８に、そのような層が損失層２４を経て振動を伝達するように印加される。上層２８は、振動の影響下である程度屈曲しよう。この屈曲は、繊維状材料１２の繊維内に張力を引き起こそう。繊維状材料は、繊維状材料が存在しない場合よりも上層２８のより広い面積に亘り或いは綿密な繊維レイアップ設計により選択した面積を経て、音響又は機械的振動により生じた応力を層２８中に分散させる。上層２８はこのより大きな、又は選択された上層２８の面積の振動を、損失層２４のそれ相応に決定された面積の部分に伝達する。それ故、繊維状層１２は印加された振動を、層２８と２４のより大きい、又は選択された面積に亘り分散させるべく機能する。このことはそれらの周知の特性に加え、構造硬さと強度を追加する。損失層２４は、比較的高いヒステリシス損を持つ材料を含む。この材料は、印加された振動の大部分を吸収し、それを少量の熱に変換する。当初印加された振動の極く僅かが下層２６に達し、従って材料は印加された振動を減衰する機能を果たす。同様に、下層２６に印加された音響又は機械的振動は層２４によって減衰され、印加された振動の極く僅かが上層２８に達する。

損失層２４の特徴的な経路長（厚さ）は、減衰すべき最低周波数振動の波長と少なくとも同じ〜２分の１であると望ましい。通例、本発明の材料は２００Ｈｚ以上の音波を効果的に減衰すると共に、４〜１２ｍｍの範囲の経路長（厚さ）を有するよう作成される。

図１を参照して説明した特定の組成と寸法は、本発明が提供する種類の材料の一例に過ぎない。更なる例を以下で説明する。

図１の材料を製造する方法の例を以下に説明する。最初にフォーマを用意する。これは平面状又は本発明の材料に作成する成形品の形態をなす。繊維状材料１２の第１の層は、選択した構造マトリクス材料１４、例えばエポキシ樹脂を含浸させ、層をフォーマに当てる。高ドレープが要求される場合、良好なドレープ特性を備えた繊維状材料１２を選択する。細断ストランドマット、不織フェルト又は±４５°非クリンプ織物ペダルが有効であることが解った。更にそのような層は、第１のかかる層に積み重ねることができる。高ヒステリシス損フィルム材料２４、例えばポリウレタンの少なくとも１つの層を、第１の層上に置く。損失層２４は図１に示すように穿孔３４されている。更なるそのような層は、構造マトリクス材料１４で含浸した繊維状材料１２の少なくとも１つの更なる層によって隔てて利用できる。最後に、繊維状材料１２の少なくとも１つの更なる層を構造マトリクス材料１４、例えばエポキシ樹脂で含浸し、上記の層のスタックに重ねる。得られたアセンブリは、「サンドイッチ」構造となり、構造マトリクス材料、例えばエポキシ樹脂で含浸した繊維状材料１２の層２６、２８の間に包囲された高ヒステリシス損フィルム材料、例えばポリウレタンの少なくとも１つの穿孔層を有する。層２６と２８の構造マトリクス材料として使用した材料は、相互に異なっていても、又は同じでもよい。

次に、得られたアセンブリを構造マトリクス材料１４、例えばエポキシ樹脂を硬化させるべく、既知の技法に従い圧縮および加熱する。損失材料２４は、フィルム材料の融点より低い温度で処理する場合、この操作中に非損傷のままであり又は加熱工程が十分高温に達するならフィルム２４が部分的に溶融し、一層剛性の構造マトリクス材料１４中に分散する。必要なら構造を更に加熱し、構造マトリクス材料を後硬化できる。

次に、得られた構造を冷却し、フォーマから取り外す。装飾層を繊維状層のスタック内の最初および／又は最後の層に施してもよい。圧縮工程は、どの適切な方法によっても、例えばプレス機又は膨張式カフ、真空封止或いは金型の閉鎖により実施できる。

圧縮工程は、上部フォーマを繊維状層のアセンブリに当て、圧力を加えることで実施してもよい。フォーマが各々装飾パターン２０、２２を持ち、これを本発明の材料の構造に転写してもよい。或いは圧縮工程は層のスタックを、比較的不活性であるが、硬化に必要な温度で収縮する材料の更なる層内に包囲することで実施できる。本発明者らは、ポリアミド布テープがこの目的に適することを見出した。真空を外部ポリマーフィルムに印加し構成要素をその厚さに亘り固化させ得る。

印加圧力の上昇は、構造樹脂、例えばエポキシと、高ヒステリシス損フィルム材料、例えばポリウレタンとの結合を強化し、複合材中の繊維の体積比を向上する傾向にある。

図２は、本発明の更なる実施例による材料４０１を示す。材料４０１は、損失層２４を構造内の中心に配置し、かつ層が図１の材料１０の対応する層と比べて大きな厚さを有する点で、図１の材料１０と異なる。本実施例は、静的および動的特徴の所望の組み合せを実現すべく、層２６、２８の相対位置と厚さを任意に変更できることを証明している。図２の材料は、図１の材料と同様の又はやや低い静的構造強度を有するが、更に有効な動的特性を提供する、即ち音響および機械的振動を減衰する点で更に有効である。

図３は、本発明の更なる実施例による材料６０１を示す。図３の材料は、主に複数の損失材料の層２４を備える点で前の実施例の材料と異なる。複数の層は、下層と上層２６、２８に対し、繊維状材料１２とエポキシ樹脂又は他の構造マトリクス材料１４を含む分離層３０で隔てられている。該材料６０１は、図１と２の材料に関し述べたのと同様の方法で製造できる。その際は１つ以上の含浸繊維状材料１２の層を損失層２４間に配置する。

図３の材料は、図３の損失層２４の厚さの合計に等しい厚さの単一損失層２４を持つ同様の材料と比べて著しく優れた動的（振動減衰）特徴を示す。

図３に示す如く、各種の層３０の穿孔３４は、サイズ、間隔、形状および向きが異なってもよい。所望の減衰性能を提供すべく、各層における穿孔の特徴を選択できる。再び所望の減衰性能を提供すべく、穿孔３４はいずれかの層２４に不規則に配置してもよい。

上述の如く、繊維状層１２の機能の１つは、振動を受ける層２６、２８、３０の大きな表面積に印加された振動を分散させることである。このことは、構造マトリクス材料の屈曲を引き起こす振動により達せられ、屈曲は次に繊維状材料１２の繊維に張力を生じさせ、これが振動の最初の印加点から離れた繊維状層の領域に張力を引き起こす。この結果、印加された振動を損失層２４のより広い面積に分散させ、全体の減衰効率を向上させる。張力を分散させるこの機能は、繊維状材料１２の繊維の方向のみに行える。

図４は、本発明による材料において繊維状材料１２として使用するのに適した、代表的な繊維状材料を示す。繊維状材料、例えばガラス繊維布は、それを利用するときの材料の供給方向に対し０°および９０°にて、ストランドを用いて別個の非クリンプ層に織り込むか、又は縫い付ける。この材料の使用で、ある点に印加された応力を衝撃点から０°および９０°の角度で分散させ得る。

同様に、図５は、本発明による材料で繊維状層として使用するのに適した別の繊維状材料を示す。この材料、例えばガラス繊維布は、それを利用する際の材料の供給方向に対し４５°および１３５°でストランドを用いて織り込む。この材料の使用により、ある点に印加された応力を衝撃点から４５°および１３５°の角度で分散させ得る。

同様に、図６は、本発明による材料で繊維状層として使用するのに適した別の繊維状材料を示す。繊維状材料、例えばガラス繊維布は、それを利用する際の材料の供給方向に対し３０°および１２０°にてストランドを用いて織り込まれる。この材料の使用で、ある点に印加された応力を衝撃点から３０°および１２０°の角度で分散させ得る。

本発明の態様により、本発明の材料の各種繊維状層１２等の材料のある組み合せの使用は、印加した応力を印加点から複数の方向に分散させ、分散の効率を上昇させ、従って材料の振動減衰特性の有効性を向上させる。

所望の用途に従い、本発明の材料で製造した製品は、応力を印加できる好ましい方向を有し得る。応力は、繊維状層に使用した繊維状材料、例えば図４〜６に示すものを慎重に選択および／又は配列することで、これらの方向に優先的に向け得る。静水圧を受ける材料では、構成要素の厚さの各点を通じた準等方性レイアップが最も適切である。

図７は、本発明の材料の繊維状層として用いるのに適した、更なる繊維状材料を示す。或いは図５と６に示した材料と同様に、又は別な形に配向させ得る。この材料では、一方の織り方向に、もう一方の方向よりも著しく大きい繊維密度を有する。張力は繊維状材料の繊維に沿って本発明の材料の層内に伝達されるため、図７の繊維状材料の使用は、応力を繊維のより高い密度の方向に優先的に伝達する。本発明の材料内の１つ以上の繊維状層として、かかる繊維状材料を適切に選択および配列することで、印加された音響又は機械的振動により生じた応力は選択した方向に優先的に分散される。かかる機能性に関する要件は、本発明の材料から製造される物品の要求される特徴により決まる。

図８は、本発明による材料の試料の各種の層の繊維状材料を断面図で示す。図示の如く図４〜７の各繊維状材料が材料内に各繊維状層として含まれている。これは詳細な、そして比較的複雑な印加応力の分散のパターンを提供する。本発明の材料の１つの試料中で、そのように多数の異なる繊維状材料を必要とすることは珍しく、最大２つ又は３つの異なる種類の材料又は方向が通例である。

図９は、本発明の材料の試料に対し実施した試験の結果を示す。０〜２５５７Ｈｚの周波数範囲で変化する振動を、本発明による材料の試料および従来のＧＲＰ、即ちガラス繊維マットを含有するエポキシ樹脂の試料に印加した。曲線５０は印加周波数の範囲に亘る従来のＧＲＰの試料の振動の振幅を示し、これに対し曲線６０は、同じ周波数範囲に亘る本発明の材料の試料の振動の対応する振幅を示す。図示の如く、本発明の材料は、音声周波数の振動の非常に有効な減衰を引き起こす。約２２０Ｈｚ以下の周波数で、本発明の材料の試験試料は減衰では有効でない。これは試料の減衰層２４が、２２０Ｈｚ以下の周波数の波長の半分未満の厚さを有したためである。材料の目的とする用途に必要なら、減衰層２４の厚さを増大させることで、これを修正できる。

従って本発明は、剥離に耐え、非磁性であり、安価で剛性の軽量減衰材料を提供する。

ある具体的な材料を開示したが、これらは制限的ではなく、得られた材料のコスト、要求される機械的特徴および要求される用途に応じ、多くの他の材料を使用できる。繊維状層１２は、例えばＲＦスクリーニングを提供すべく、炭素繊維又はスチールメッシュ等の導電性材料で構成してもよい。繊維状層１２は、各々異なる材料で構成するか、又は異なる材料、例えばガラス繊維、炭素繊維、ポリマー繊維、アラミド、銅、鋼鉄の要素を含む繊維状材料を特別に製造して、特定の用途に使用できる。

本発明が提供する材料は、多くの工業用途を持つ。例えば本発明の材料で作成した自動車用ダッシュボードは、騒音伝達を減少させ、ガタガタ揺れにくい。重量を増加させることなく「高級」感を与えるべく、自動車ボディ用部品や他の品目、例えば船舶用舵を本発明の材料から作成できる。本発明の材料の機械的および音響減衰特性は、当該部品が容易に共鳴せず、はるかに質量の大きい重い金属部品と同様に挙動することを意味する。本発明の材料でタービンブレードを形成できる。材料の特性は、例えばタービンブレードの先端に非常に有効な減衰を与え、機械的共鳴を防止すべく、頑丈な取り付け点を形成するためのタービンブレードの中心に向かう高い構造強度と併せて、層の各種の組み合せと組成を使用することで変更できる。例えば張力を受けて構造鋼線が振動するのを防止すべく、本発明の材料からダンパを作成できる。

更に考えられる用途は、車両用の軽量トランスミッションシャフト、ＭＲＩ（磁気共鳴映像法）磁気勾配ハウジング、ＭＲＩ磁気勾配コイル真空ハウジング、航空機エンジンカウル、航空機エンジン支持構造、機体部品、一次又は二次、飛行表面でのフラッタの制御、他の機器、例えば道路ドリル掘削／建築機器用のハウジング、自動システムにおける減衰振動、構造の設計において応力とたわみを最適化して静的および動的要件を満足するための、構造の荷重反応および幾何反応の変更、粉体送達システムの性能の向上、自動車、列車、航空機等の車両ノイズの削減等を含む。

従って本発明は、振動源を包囲又は設置する構造において、構造と動的特性の所望の組み合せを与え、振動の振幅および振動の優位周波数の数に関し振動を制御又は減少させるように調整可能な複合構造物を提供する。ハウジング又は構造の設計での詳細な静的および／又は動的応力要件は、本発明のある態様に従い、構造の荷重反応および幾何反応を変更することで満足できる。本発明の材料は、無応力又は低応力用途で使用すべく、低い強度を有するが、高い減衰を有するように改良できる。

或いは本発明の材料は、非常に高い構造強度を有するが、既知の材料よりもはるかに優れた減衰特性を持つように改良できる。本発明の構造から放出されるノイズと振動の全体のレベルは、従来材料、例えばエポキシ樹脂とガラス繊維単独の同様の構造から放出されるものより１０％〜２０％低減できる。具体的な例で、繊維ガラス１２とエポキシ樹脂１４との複合材は、構造特性が同様の減衰レベルを示す材料で得られる構造特性を超えると同時に、同様の機械強度を示す材料で得られる減衰特性を超えた減衰特性も示すように、エポキシ樹脂とガラス繊維の各層間に分散された穿孔熱可塑性ポリウレタンフィルム層２４を有する。フィルムのレベルと厚さ並びに穿孔のサイズ、形状および位置を配置および調整する工程により、ノイズと振動の振幅が減少し、周波数帯における優位周波数の合計数が構造物と同調するように減少される。同様の方法で、例えばＭＲＩ（磁気共鳴撮像）機器で使用するための薄壁容器を設計するのに必要な機械強度を同時に実現することもできる。そのようなレベルの強度と減衰の組み合せは、従来技術では見出し得ない。

材料の片面に純エポキシ／ガラス繊維又は金属層を設けると、真空中への気体抜けを防止できる。同様にこの静止層は、本発明の材料の高負荷超繊維に容易に施し得る。

材料の機械強度も、単位深さ当たりの繊維状材料の層を更に供給し或いは織りがより高密度の繊維状材料を供給することで、繊維状材料１２の密度を上昇させて向上させ得る。

本発明の実施例による材料の部分断面図を示す。 本発明の実施例による材料の部分断面図を示す。 本発明の実施例による材料の部分断面図を示す。 本発明の材料に包含させるのに適した製織繊維状層を示す。 本発明の材料に包含させるのに適した製織繊維状層を示す。 本発明の材料に包含させるのに適した製織繊維状層を示す。 本発明の材料に包含させるのに適した製織繊維状層を示す。 本発明の実施例の複数の非クリンプ繊維状層を断面図で示す。 従来材料の試料と比較した本発明の材料の試料の比較試験結果を示す。

符号の説明

１０、４０１、６０１ 複合材料、１２ 繊維状層、１４ 構造マトリクス材料、２０、２２ 下表面、２４ 中間層、２６、２８ 層、３０ 分離層、３４ 穿孔

Claims (20)

1. 音響又は機械的減衰のための複合材料（１０）であって、
   構造マトリクス材料（１４）に埋め込まれた複数の繊維状材料の層（１２）と、繊維状材料の連続する層間に配置された高ヒステリシス損材料の層（２４）とを備え、
   前記高ヒステリシス損材料が、構造マトリクス材料（１４）内に埋め込まれた繊維状材料の隣接する層（１２）に結合されているものにおいて、
   前記高ヒステリシス損材料の層（２４）が穿孔されており、
   前記構造マトリクス材料（１４）が、該材料（１４）に埋め込まれた繊維状材料の隣接する層（１２）間で穿孔（３４）を介して連続していることを特徴とする複合材料。
2. 穿孔が高ヒステリシス損材料の層（２４）の面積の５〜５０％を占有する請求項１記載の複合材料。
3. 構造マトリクス材料（１４）が樹脂を含む請求項１又は２記載の複合材料。
4. 高ヒステリシス損材料（２４）がポリウレタンフィルムを含む請求項１から３の１つに記載の複合材料。
5. 繊維状材料がガラス繊維マットである請求項１から４の１つに記載の複合材料。
6. 純エポキシ／ガラス繊維又は金属層が複合材料の表面に位置する請求項１から５の１つに記載の複合材料。
7. 音響又は機械的減衰のための複合材料（１０）を製造する方法であって、
   第１の構造マトリクス材料（１４）に含浸させた、少なくとも１つの第１の繊維状層（１２、２６）を準備する工程と、
   少なくとも１つの前記第１の繊維状層をフォーマの上に積み重ねる工程と、
   高ヒステリシス損材料を含む少なくとも１つの第２の層（２４）を準備する工程と、
   少なくとも１つの前記第２の層を第１の繊維状層のスタックの上に積み重ねる工程と、
   第２の構造マトリクス材料を含浸させた、少なくとも１つの第３の繊維状層を準備する工程と、
   少なくとも１つの前記第３の層を、第１および第２の層のスタック上に積み重ねる工程と、
   第２の層の材料を第１および第３の層の両方に結合させるべく、第１、第２および第３の層の得られたスタックの層を同時に加熱および圧縮する工程と、
   第２の層を積み重ねる工程の前に第２の層に穿孔（３４）を形成する工程とを含み、
   それにより構造マトリクス材料（１４）が、構造マトリクス材料に埋め込まれた繊維状材料（１２）の隣接層の間に穿孔（３４）を介して連続性である方法。
8. 穿孔の工程が第２の層の面積の５〜５０％を占有する穿孔を形成することを含む請求項７記載の方法。
9. 第２の層が粘弾性ポリマーフィルム材料のフィルムを含む請求項７から８の１つに記載の方法。
10. 加熱および圧縮の工程が、熱収縮性材料内にスタックを包囲して、次にスタックおよび熱収縮性材料を加熱することによって実施する請求項７から９の１つに記載の方法。
11. 熱収縮性材料がポリアミドテープである請求項１０記載の方法。
12. 第１および／又は第２の構造マトリクス材料がエポキシ、ポリエステル、フェノール樹脂又はポリウレタンを含む請求項７〜１１の１つに記載の方法。
13. 構造マトリクス材料が熱硬化性材料を含み、加熱および圧縮工程により熱硬化性材料を硬化させる請求項７〜１２の１つに記載の方法。
14. 高ヒステリシス損層がポリウレタンを含む請求項７〜１３の１つに記載の方法。
15. 繊維状層（１２）がガラス繊維マットを含む請求項７〜１４の１つに記載の方法。
16. 構造強度、硬さおよび減衰特性の所望の組み合せを提供すべく繊維状層（１２）の繊維の方向と繊維の種類を選択する工程を更に含む請求項７〜１５の１つに記載の方法。
17. 複合材料の１つの表面上に純エポキシ／ガラス繊維、又は金属層を供給する工程を更に含む請求項７〜１６の１つに記載の方法。
18. 高ヒステリシス損層が熱可塑性材料を含み、加熱および圧縮工程で熱可塑性材料を構造マトリクス材料中に拡散又は混合させる請求項７〜１７の１つに記載の方法。
19. 実質的に説明した通りおよび／又は添付図面に示した通りの材料。
20. 実質的に説明した通りの方法。

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