JP2016125051A - シート状物、このシート状物を用いた振動減衰部材およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】少なくとも一方の最表面に、全芳香族ポリエステル繊維およびマトリックス樹脂を含有する層を配したシート状物であって、前記層はその全重量に対して0.1〜80重量%の全芳香族ポリエステル繊維を含有し、前記全芳香族ポリエステル繊維の目付は20〜4000g/m2であり、前記マトリックス樹脂はその全重量に対して85重量%以上の熱硬化性樹脂を含み、前記層の厚さは0.03〜50mmである、シート状物。シート状物を、熱硬化性樹脂の軟化点以上であって硬化温度未満の温度で成形した後、硬化温度以上の温度で硬化させてなる振動減衰部材。シート状物を、熱硬化性樹脂の軟化点以上であって硬化温度未満の温度で成形した後、硬化温度以上の温度で硬化させることを含む振動減衰部材の製造方法。
【選択図】なし
Description
[1]少なくとも一方の最表面に、全芳香族ポリエステル繊維およびマトリックス樹脂を含有する層を配したシート状物であって、前記層はその全重量に対して0.1〜80重量%の全芳香族ポリエステル繊維を含有し、前記全芳香族ポリエステル繊維の目付は20〜4000g/m2であり、前記マトリックス樹脂はその全重量に対して85重量%以上の熱硬化性樹脂を含み、前記層の厚さは0.03〜50mmである、シート状物。
[2]前記シート状物が前記層のみからなる、[1]に記載のシート状物。
[3]前記シート状物が、基材の一方または両方の面に前記層を有する複合体である、[1]に記載のシート状物。
[4]前記基材が、無機繊維およびマトリックス樹脂を含む層または金属板である、[3]に記載のシート状物。
[5]前記全芳香族ポリエステル繊維は、一方向性織物、二方向性織物、三軸織物、多軸織物、または不織布のいずれかを構成する、[1]〜[4]のいずれかに記載のシート状物。
[6]前記全芳香族ポリエステル繊維を構成する全芳香族ポリエステル系ポリマーが40〜150℃において少なくとも1つのtanδのピークを有する、[1]〜[5]のいずれかに記載のシート状物。
[7][1]〜[6]のいずれかに記載のシート状物を、熱硬化性樹脂の軟化点以上であって硬化温度未満の温度で成形した後、前記硬化温度以上の温度で硬化させてなる、振動減衰部材。
[8][1]〜[6]のいずれかに記載のシート状物を、熱硬化性樹脂の軟化点以上であって硬化温度未満の温度で成形した後、前記硬化温度以上の温度で硬化させることを含む、振動減衰部材の製造方法。
本発明のシート状物を、基材を含む複合体構造とすることにより、曲げ強度および曲げ弾性率などの物理的性質にも優れた部材を製造することができる。
本発明のシート状物は、振動を減衰させることができる振動減衰部材を製造するための材料であり、例えば、いわゆるプリプレグとして使用することができる。本発明のシート状物は、後で詳述するように、所定の温度で所望形状に成形した後、また別の所定の温度で硬化させることにより、振動減衰性に十分に優れた振動減衰部材を低コストで製造することができる。
構造(s1);有機繊維含有層のみからなる構造;
構造(s2);基材の一方または両方の面に有機繊維含有層を有する複合体構造;および
構造(s3);2層以上の有機繊維含有層および2層以上の基材を積層してなり、最外層(最下層または最上層)の少なくとも一方の層として有機繊維含有層を有する複合体構造。
構造(s2)には、基材の一方または両方の面に2層以上の有機繊維含有層を連続して積層してなる態様が含まれる。
構造(s3)には、2層以上の連続する層が有機繊維含有層または基材(特に後述する無機繊維含有層)からなる態様が含まれる。
本発明において有機繊維含有層は、全芳香族ポリエステル繊維およびマトリックス樹脂としての熱硬化性樹脂を含む。
FTレオスペクトラーDVE−V4(レオロジー社製)、引張治具を装着し試験長20mm、測定温度は―150〜300℃、昇温3℃/分条件にて伸張変形を測定した。
(i)溶融または溶解したマトリックス樹脂にチョップドストランドとして全芳香族ポリエステル繊維を混合し、冷却または溶媒蒸発する方法;
(ii)溶融したマトリックス樹脂を、全芳香族ポリエステル繊維布帛に含浸させ、冷却する方法;
(iii)溶解したマトリックス樹脂を、全芳香族ポリエステル繊維布帛に含浸させ、溶媒蒸発する方法;
(iv)全芳香族ポリエステル繊維布帛と、布帛状またはシート状のマトリックス樹脂とを積層し、加熱および冷却する方法;または
(v)マトリックス樹脂を含むエマルジョンを全芳香族ポリエステル繊維布帛に含浸、乾燥後、積層して加熱および冷却する方法。
基材は、有機繊維含有層を直接的または間接的に支持可能な材料であれば、いかなる材料からなっていてもよい。基材として、例えば、アルミニウム、ステンレス、クロムモリブデン、ジュラルミン、マグネシウム合金、チタン合金などの金属板;炭素繊維、ガラス繊維などの無機繊維および樹脂を含む層(以下、単に「無機繊維含有層」という)が挙げられる。基材を使用することにより、振動減衰性だけでなく、物理的性質にも優れた振動減衰部材を製造できるシート状物が得られる。シート状物の成形性の観点からは、基材として無機繊維含有層のみを使用することが好ましい。
本発明のシート状物が有機繊維含有層のみからなる構造(s1)を有する場合、本発明のシート状物は、前記した有機繊維含有層の製造方法と同様の方法により製造することができる。このような構造において、有機繊維含有層を連続して2層以上積層して使用してもよい。このとき、積層体を熱プレス法で一体化すればよい。2層以上の有機繊維含有層は、それぞれ独立して、前記した有機繊維含有層から選択されてよい。
本発明の振動減衰部材は、伝達された振動を減衰させる作用を有するものである。振動を減衰させるとは、振動の振幅を減少させるという意味である。
両方の最表面に有機繊維含有層を有するシート状物を、既存の自転車用フレームの周りに巻き付けて使用する場合、いずれの最表面がフレームパイプの外側表面に接触するように巻き付けても、フレームからの振動および外部からフレームへの振動を減衰することができる。
例えば、本発明のシート状物においてシート形状の一方の最表面のみが有機繊維含有層から構成されている場合、他方の最表面に機能層を有していてもよい。
また例えば、本発明のシート状物においてシート形状の両方の最表面が有機繊維含有層から構成されている場合、いずれか一方の最表面に機能層を有していてもよい。
ポリマー試料をペンタフルオロフェノールに0.1質量%溶解し(60〜80℃)、60℃の恒温槽中で、ウベローデ型粘度計で相対粘度(ηrel)を測定し、次式によって計算した。
ηinh=ln(ηrel)/c
ここでcはポリマー濃度(g/dl)である。
示差走査熱量計(メトラー社製DSC)で観察される主吸熱ピークのピーク温度を融点Mp(℃)とした。
織物の厚さをJISL1096に準拠して測定した。
[織物の目付け]
織物の目付けをJISL1096に準拠して測定した。
有機繊維含有層の厚さおよび目付を試料より測定し、それらの測定値より、密度を算出した。無機繊維含有層の厚さおよび目付を試料より測定し、それらの測定値より、密度を算出した。なお、同じ種類の複合層であっても、異なる値が測定または算出されるのは、測定誤差に基づくものである。
有機繊維の目付と有機繊維含有層の目付より有機繊維の重量割合を算出した。無機繊維の目付と無機繊維含有層の目付より無機繊維の重量割合を算出した。
体積割合は全芳香族ポリエステル繊維の比重を1.44g/cm3、カーボンファイバーの比重を1.76g/cm3、アラミドファイバーの比重を1.45g/cm3、有機繊維含有層A1(実施例X1)および有機繊維含有層A3(実施例Y2)のマトリックス樹脂の比重を1.40g/cm3、有機繊維含有層D1(実施例Y4)のマトリックス樹脂の比重を1.37g/cm3、有機繊維含有層D2(比較例Y7)のマトリックス樹脂の比重を1.26g/cm3として、以下の計算式にて算出した。なお、同じ種類の複合層であっても、異なる値が測定または算出されるのは、測定誤差に基づくものである。
体積割合=繊維の体積÷(繊維の体積+樹脂の体積)×100
曲げ強度および弾性率を(JISK7074)に準拠して測定した。
実施例または比較例で得られたシート状物を、そのままのシート形状で真空プレス成形機を用いて170℃にて2MPaの圧力で1時間プレスすることにより、熱硬化性樹脂を硬化させた。硬化した樹脂は一般的なウォータージェットカッターで切断し試験片を作製した。試験片の振動減衰性を中央加振法に基づいて評価した減衰比を算出した。詳しくは、中央支持定常波加振法用装置を恒温槽(KATO社製、SP-43CI-A)内に設置し、所定の温度で測定を行った。シート状物が最表面に有機繊維含有層を有する場合、振動を伝達させる治具先端は有機繊維含有層表面に接触させた。シート状物が最表面に有機繊維含有層を有さない場合、無機繊維含有層または金属板の表面に治具先端を接触させた。
中央支持定常波加振法用装置は以下の機器からなる。
温度計;ND500(CHINO社製)
FFTアナライザー;CF−52202(ONO SOKKI社製)
パワーアンプ;371−A(EMIC社製)
加振器;512−A(EMIC社製)
アンプ;2692−OS2(Bruel & Kjaer社製)
インピーダンスヘッド;8001(Bruel & Kjaer社製)
(有機繊維含有層A1の製造)
(1)構成単位(A)と(B)が73/27(モル比)である全芳香族ポリエステルポリマーを用いた。このポリマーの物性は、ηinh=4.6dl/g、融点Mp=280℃であった。このポリマーを通常の溶融紡糸装置を用いて紡糸し、1670dtex/300フィラメントのマルチフィラメントを得た。このマルチフィラメントを窒素雰囲気中で280℃、20時間熱処理し、全芳香族ポリエステルポリマーフィラメント(強度23cN/dtex)を得た。このマルチフィラメントのtanδのピークは60℃と108℃に2つのピークが存在した。
(2)このフィラメントを用いて、緯糸密度13本/2.5cm、経糸密度13本/2.5cmの全芳香族ポリエステル繊維平織物を作製した。この織物の目付は、180g/m2であり、厚みは0.29mmであった。
(3)多官能エポキシ樹脂(三菱化学(株)製「YL604B80」)130質量部とフェノール型硬化剤(三菱化学(株)製「YLH129」)70質量部とイミダゾール型硬化促進剤(三菱化学(株)製「EMI24」)0.3質量部、およびメチルエチルケトン130質量部を混合しマトリックス樹脂(ワニス;エポキシ樹脂溶液)を調整した。
(4)上記(2)で用意した全芳香族ポリエステル繊維平織物に対して、上記(3)のワニスを含浸させ、100℃で20分間熱処理して有機繊維含有層A1(プリプレグ)を作製した。
カーボンファイバー織物(東邦テナックス(株)製、「ベスファイト W−3101」平織、繊度2000dtex、緯糸密度12本/2.5cm、経糸密度12本/2.5cm、目付199g/m2、厚さ0.25mm)に対して、有機繊維含有層A1の製造方法においてと同様のエポキシ樹脂溶液を含浸させ、100℃で20分間熱処理して無機繊維含有層B1(プリプレグ)を作製した。
無機繊維含有層B1を4枚連続して積層し、その上に有機繊維含有層A1をさらに4枚連続して積層し、これらを真空プレス成形機を用いて100℃にて0.1MPaの圧力で20分間プレスした。
(シート状物の製造)
有機繊維含有層A1を2枚連続して積層し、その上に無機繊維含有層B1を4枚連続して積層し、さらにその上に有機繊維含有層A1を2枚連続して積層してプレスしたこと以外、実施例X1のシート状物の製造方法と同様の方法により、シート状物を得た。
(シート状物の製造)
無機繊維含有層B1を2枚連続して積層し、その上に有機繊維含有層A1を4枚連続して積層し、さらにその上に無機繊維含有層B1を2枚連続して積層してプレスしたこと以外、実施例X1のシート状物の製造方法と同様の方法により、シート状物を得た。
(有機繊維含有層A2の製造)
所定の目付の全芳香族ポリエステル繊維平織物を作製したこと以外、有機繊維含有層A1の製造方法と同様の方法により、有機繊維含有層A2を得た。
無機繊維含有層B1を8枚連続して積層し、その上に有機繊維含有層A2を1枚積層してプレスしたこと以外、実施例X1のシート状物の製造方法と同様の方法により、シート状物を得た。
(シート状物の製造)
有機繊維含有層A1を1枚積層し、その上に無機繊維含有層B1を8枚連続して積層し、さらにその上に有機繊維含有層A1を1枚積層してプレスしたこと以外、実施例X1のシート状物の製造方法と同様の方法により、シート状物を得た。
(シート状物の製造)
無機繊維含有層B1を4枚連続して積層し、その上に有機繊維含有層A1を2枚連続して積層し、さらにその上に無機繊維含有層B1を4枚連続して積層してプレスしたこと以外、実施例X1のシート状物の製造方法と同様の方法により、シート状物を得た。
(シート状物の製造)
有機繊維含有層A1を10枚連続して積層してプレスしたこと以外、実施例X1のシート状物の製造方法と同様の方法により、シート状物を得た。
(シート状物の製造)
無機繊維含有層B1を10枚連続して積層してプレスしたこと以外、実施例Y1のシート状物の製造方法と同様の方法により、シート状物を得た。
(有機繊維含有層C1の製造)
アラミドファイバー織物(東レ・デュポン(株)製、「ケブラー29」、平織、繊度1670dtex、緯糸密度13本/2.5cm、経糸密度13本/2.5cm、目付175g/m2、厚さ0.26mm)を用いたこと以外、有機繊維含有層A1の製造方法と同様の方法により、有機繊維含有層C1を得た。
有機繊維含有層C1を10枚連続して積層してプレスしたこと以外、実施例Y1のシート状物の製造方法と同様の方法により、シート状物を得た。
(有機繊維含有層A3の製造)
ビスフェノール−Aとエピクロルヒドリンからなるエポキシ樹脂(ダウ・ケミカル製「DER−383J」)100質量部、酸無水物硬化剤(日立化成(株)製「HN−2000」)90質量部およびN,Nジメチルベンジルアミンエポキシ樹脂硬化触媒(花王(株)製「カオーライザーNo.20」)2質量部を混合しマトリックス樹脂(ワニス;エポキシ樹脂溶液)を調製したこと、およびこのマトリックス樹脂(ワニス;エポキシ樹脂溶液)を用いたこと以外、有機繊維含有層A1の製造方法と同様の方法により、有機繊維含有層A3を得た。
有機繊維含有層A3を6枚連続して積層してプレスしたこと以外、実施例Y1のシート状物の製造方法と同様の方法により、シート状物を得た。
(無機繊維含有層B2の製造)
有機繊維含有層A3の製造で使用したマトリックス樹脂を用いたこと以外、無機繊維含有層B1の製造方法と同様の方法により、無機繊維含有層B2を得た。
無機繊維含有層B2を7枚連続して積層してプレスしたこと以外、実施例Y1のシート状物の製造方法と同様の方法により、シート状物を得た。
(有機繊維含有層C2の製造)
有機繊維含有層A3の製造で使用したマトリックス樹脂を用いたこと以外、有機繊維含有層C1の製造方法と同様の方法により、有機繊維含有層C2を得た。
有機繊維含有層C2を8枚連続して積層してプレスしたこと以外、実施例Y1のシート状物の製造方法と同様の方法により、シート状物を得た。
(シート状物の製造)
有機繊維含有層A1を6枚連続して積層してプレスしたこと以外、実施例Y1のシート状物の製造方法と同様の方法により、シート状物を得た。
(シート状物の製造)
無機繊維含有層B1を6枚連続して積層してプレスしたこと以外、実施例Y1のシート状物の製造方法と同様の方法により、シート状物を得た。
(シート状物の製造)
有機繊維含有層C1を6枚連続して積層してプレスしたこと以外、実施例Y1のシート状物の製造方法と同様の方法により、シート状物を得た。
(有機繊維含有層D1の製造)
エポキシ樹脂溶液の代わりに、以下の方法で調製された混合溶液を用いたこと以外、有機繊維含有層A1の製造方法と同様の方法により、有機繊維含有層D1を得た。
まず、ポリビニルブチラール((株)クラレ製、「Mowital B30H」、水酸基含量20重量%、DIN53015に準じて測定した溶液粘度48mPa×s)10.4質量部をメチルエチルケトン溶液130質量部に溶解した。次いで、この溶液全量と、多官能エポキシ樹脂(三菱化学(株)製「YL604B80」)93.6質量部と、フェノール型硬化剤(三菱化学(株)製「YLH129」)63質量部と、イミダゾール型硬化促進剤(三菱化学(株)製「EMI24」)0.27質量部とを混合しマトリックス樹脂(ワニス)を調製した。
有機繊維含有層D1を6枚連続して積層してプレスしたこと以外、実施例Y1のシート状物の製造方法と同様の方法により、シート状物を得た。
(有機繊維含有層D2の製造)
エポキシ樹脂溶液の代わりに、以下の方法で調製された混合溶液を用いたこと以外、有機繊維含有層A1の製造方法と同様の方法により、有機繊維含有層D2を得た。
まず、ポリビニルブチラール((株)クラレ製、「Mowital B30H」、水酸基含量20重量%、DIN53015に準じて測定した溶液粘度48mPa×s)52質量部をメチルエチルケトン溶液260質量部に溶解した。次いで、この溶液全量と、多官能エポキシ樹脂(三菱化学(株)製「YL604B80」)52質量部と、フェノール型硬化剤(三菱化学(株)製「YLH129」)35質量部と、イミダゾール型硬化促進剤(三菱化学(株)製「EMI24」)0.15質量部とを混合しマトリックス樹脂(ワニス)を調製した。
有機繊維含有層D2を6枚連続して積層してプレスしたこと以外、実施例Y1のシート状物の製造方法と同様の方法により、シート状物を得た。
(シート状物の製造)
アルミニウム板(厚さ1mm)の両面に有機繊維含有層A1を1枚づつ配し、これらを熱プレスしたこと以外、実施例X1のシート状物の製造方法と同様の方法により、シート状物を得た。
(シート状物の製造)
アルミニウム板(厚さ1mm)の両面に有機繊維含有層C1を1枚づつ配し、これらを熱プレスしたこと以外、実施例Z1のシート状物の製造方法と同様の方法により、シート状物を得た。
(シート状物の製造)
アルミニウム板(厚さ1mm)をそのままシート状物として用いた。
(シート状物の製造)
ステンレス板(厚さ1mm)の両面に有機繊維含有層A1を1枚づつ配し、これらを熱プレスしたこと以外、実施例Z1のシート状物の製造方法と同様の方法により、シート状物を得た。
(シート状物の製造)
ステンレス板(厚さ1mm)の両面に有機繊維含有層C1を1枚づつ配し、これらを熱プレスしたこと以外、実施例Z1のシート状物の製造方法と同様の方法により、シート状物を得た。
(シート状物の製造)
ステンレス板(厚さ1mm)をそのままシート状物として用いた。
Claims (8)
- 少なくとも一方の最表面に、全芳香族ポリエステル繊維およびマトリックス樹脂を含有する層を配したシート状物であって、
前記層はその全重量に対して0.1〜80重量%の全芳香族ポリエステル繊維を含有し、
前記全芳香族ポリエステル繊維の目付は20〜4000g/m2であり、
前記マトリックス樹脂はその全重量に対して85重量%以上の熱硬化性樹脂を含み、
前記層の厚さは0.03〜50mmである、シート状物。 - 前記シート状物が前記層のみからなる、請求項1に記載のシート状物。
- 前記シート状物が、基材の一方または両方の面に前記層を有する複合体である、請求項1に記載のシート状物。
- 前記基材が、無機繊維およびマトリックス樹脂を含む層または金属板である、請求項3に記載のシート状物。
- 前記全芳香族ポリエステル繊維は、一方向性織物、二方向性織物、三軸織物、多軸織物、または不織布のいずれかを構成する、請求項1〜4のいずれかに記載のシート状物。
- 前記全芳香族ポリエステル繊維を構成する全芳香族ポリエステル系ポリマーが40〜150℃において少なくとも1つのtanδのピークを有する、請求項1〜5のいずれかに記載のシート状物。
- 請求項1〜6のいずれかに記載のシート状物を、熱硬化性樹脂の軟化点以上であって硬化温度未満の温度で成形した後、前記硬化温度以上の温度で硬化させてなる、振動減衰部材。
- 請求項1〜6のいずれかに記載のシート状物を、熱硬化性樹脂の軟化点以上であって硬化温度未満の温度で成形した後、前記硬化温度以上の温度で硬化させることを含む、振動減衰部材の製造方法。
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