JP2628716B2 - ソーナー透過率の高い組成物 - Google Patents

ソーナー透過率の高い組成物

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ほとんど音レベルの損失がない複合材料に
よるソーナーの透過に関する。さらに特に本発明は、高
強度物質および結合剤に含まれる低損失ソーナー透過物
質の複合材料に関する。
Cluzelらの米国特許第4,197,920号は、水中音響レフ
レクターに関しおよび電極を電解質溶液に浸漬し、その
後電流に接続することによるその製造方法に関する。電
極は、泡が形成し、少なくとも１本の電極が音響反射泡
の層を与えるよう選ばれる。この特許は、プレートが実
質的に透明な硬質プラスチック物質、例えばポリエチレ
ンより製造できることは示していない。
Dwuletの米国特許第4,600,643号は、少なくとも３種
のフィルム層より製造された複合材料樹脂ラミネートの
ストランドから製造される、ゆがみおよび割れに対し強
度および耐性が改良された複合材料糸生成物に関する。
このフィルム層は接着剤により互いに結合している。３
枚のフィルム層は、例えばポリエステル、ポリオレフィ
ン、ポリ塩化ビニル、等のようなポリマーより製造され
る。
Harpellの米国特許第4,613,535号は、少なくとも160g
/デニールの引張弾性および少なくとも7g/デニールの靭
性を有する高強度繊維の網状構造から製造された、耐衝
撃性が改良された複合材料製品に関する。高強度繊維の
網状構造は、例えば巨大分子量ポリエステル繊維、巨大
分子量ポリプロピレン繊維、アラミド繊維、ポリビニル
アルコール繊維、およびそれらの組み合わせのような種
々の物質より製造される。この複合材料は耐衝撃性が改
良された物質として利用される。
ソーナー透過率の高いプラスチック組成物を提供する
ことが本発明の目的である。通常、例えばポリエチレン
のような音響透過特性の高い繊維形状の物質が用いられ
る。ガラス繊維、アラミド等のような繊維形状の引張強
度の高い物質が、用いられる。そのような繊維は、繊維
からなるあらゆる組織の組み合わせ内、または残ってい
る物質の１種以上の組織、層等に隣接した物質の１種以
上の組織、層等であるクラスター内に含まれる。ソーナ
ー透過率の高い物質の融点以下の温度（例えば、ポリエ
チレンでは250゜F以下）において加工可能であり、硬化
する比較的硬質あるいは強い結合剤がこの繊維を互いに
接着し複合材料を形成するため用いられる。ポリエチレ
ンは加熱すると収縮し、一方ガラス繊維は加熱により膨
張するので、この複合材料は良好な弾性および他の機械
特性（例えば、耐疲労性、耐圧縮性および耐衝撃性）を
有する。本発明は以下の詳細な説明によって、より理解
されるであろう。
本発明の音響透過率の高い物質は、通常極性の低いポ
リマーである。この物質は良好な透過率を有する、つま
りキロサイクルからメガサイクルの周波数範囲を有する
ソーナー波に関し音レベルの損失が低いことが望まし
い。100キロヘルツにおいて、損失は0.5デシベル未満、
望ましくは0.2デシベル未満である。そのような適当な
および好ましい物質の例は、例えば少なくとも500,00
0、望ましくは少なくとも100万、好ましくは約200万〜
約500万の分子量を有する巨大分子量ポリエチレンのよ
うなポリエチレンである。そのような巨大分子量ポリエ
チレンはAllied Chemical Corporation製造の製品名Spe
ctraとして入手可能である。他の適当な透過率の高いソ
ーナー物質は、ポリテトラフルオロエチレンである。
この透過率の高い物質あるいはポリマーの形状は様々
であってよく、固体、例えばシートであってもよいが、
織布等の形状の繊維が好ましい。
ソーナー透過率の高い物質は引張強度の高い物質と共
に用いられ、結合剤により構造材、ハウジング、製品等
に加工され、そこを通してソーナーが透過することが望
ましい。そのような適当な強度の高い物質の例は、ガラ
ス繊維、アラミド、カーボンあるいはグラファイト繊維
等を含む。そのような物質はシート形状等で用いられる
が通常繊維形状である。この引張強度の高い物質は少な
くとも200,000psi、望ましくは少なくとも300,000psi、
好ましくは少なくとも400,000psiの引張強度を有する。
複合材料を形成するため結合剤が引張強度の高い物質
およびソーナー透過率の高い物質と共に用いられる。ポ
リエチレンを用いる場合、結合剤はソーナー透過率の高
い物質の融点以下の温度、例えば250゜F以下で硬化する
あらゆる適当な比較的硬質結合剤であってよい。「比較
的硬質」結合剤とは、その引張弾性率が50,000psi以
上、通常200,000psi以上であることを意味する。種々の
エポキシドが有効な比較的硬質結合剤として提供され、
通常技術上および文献に周知のあらゆる従来のエポキシ
を用いてよい。種々の従来のポリエステル、種々の従来
のビニルエステル等を、上記の引張弾性率を有する技術
上並びに文献に周知の他のタイプの比較的硬質結合剤と
同様用いてもよい。この結合剤は通常強度の高い物質に
接着するが、ソーナー透過率の高い物質に接着する必要
はない。それにもかかわらず強い複合材料が製造され
る。
ソーナー透過率の高い物質、結合剤、および強度の高
い物質により形成された複合材料は、通常どんな形であ
ってもよい。例えば、強度の高い物質のシートは強度の
高い物質のシートに結合して利用される。その他におよ
び好ましくは、ソーナー透過率の高い物質の織物、つま
り織布の１枚以上の層をクラスター装置内で強度の高い
物質の織物の１枚以上の層に結合させてもよい。この他
にソーナー透過率の高い物質および強度の高い物質の両
方の繊維を含む１枚以上の織物の層を用いる。特定の形
状あるいは複合材料を形成する種々の物質の配列にかか
わらず、約100キロヘルツの周波数において、公称1/4イ
ンチの厚さの組成物が４デシベルあるいはそれ以下、望
ましくは３デシベルあるいはそれ以下、好ましくは２デ
シベルあるいはそれ以下の低いレベルの音の損失を有す
るように有効量のソーナー透過率の高い物質が用いられ
る。本発明により、例えばポリエチレンのようなソーナ
ー透過率の高い物質を少量用いた場合、かなり高いソー
ナー透過率が得られることがわかった。ソーナー透過率
の高い物質の量は、このソーナー透過率の高い物質並び
に強度の高い物質の総体積に対し約10パーセント〜約90
パーセント、望ましくは約25パーセント〜約80パーセン
トである。強度の高い物質の量は異なる。結合剤の量は
通常、結合剤およびソーナー透過率の高い物質並びに強
度の高い物質の総量に対し約30パーセント〜約70パーセ
ント、好ましくは約40パーセント〜約60パーセントであ
る。強度の高い物質およびソーナー透過率の高い物質の
量は異なる。
上記のように、本発明の組成物は、例えばポリエチレ
ンのようなソーナー透過率の高い物質が加熱の際収縮
し、一方例えばガラス繊維のような強度の高い物質が加
熱の熱膨張する限り、温度に関して良好な曲げ強度およ
び耐疲労性を有する。従って、本発明の組成物は良好な
耐候能を有する。
本発明の複合材料は、例えばソーナードーム、レード
ーム等のソーナー放射装置を収容する構造に用いられ、
例えば引張強度、曲げ強度、曲げ弾性率、圧縮強度、圧
縮弾性率、等のような良好な物理特性を有する。この複
合材料の引張強度は少なくとも100,000psi、好ましくは
少なくとも150,000psiであり、一方この複合材料の曲げ
強度は通常少なくとも7,000psi、望ましくは少なくとも
15,000psi、好ましくは少なくとも20,000psiである。こ
の複合材料の曲げ弾性率は通常少なくとも700,000、望
ましくは少なくとも1,500,000、好ましくは少なくとも
2,500,000である。この複合材料の圧縮強度は通常少な
くとも6,000psi、望ましくは少なくとも14,000psi、好
まくしくは少なくとも20,000psiである。この複合材料
の圧縮弾性率は少なくとも500,000、望ましくは少なく
とも1,300,000、好ましくは少なくとも2,000,000であ
る。
例１ Spectra−1000あるいはSpectra−900（Allied Corpor
ation,Morristown,New Jersey製造のポリエチレン）お
よびＳ−２ガラス繊維（Owens Corning Fiberglass Cor
p.,Toledo,Ohio製造のガラス繊維）を平坦な織物に織っ
た。Ｓ−２ガラス繊維に対するポリエチレン（Spectra
−1000）の体積比を25.0パーセントに維持した。この布
を以下の組成のエポキシ樹脂に含浸した。
1.NL IndustriesのKelpoxy G293（BF Goodrich のカルボキシ末端ブタジエンニトリル反応性液体エラス
トマー） 77.5部 2.BF Goodrich製の末端ブタジエンニトリル反応製液体
エラストマー40パーセント、 Epon828（Shell製のエポキシ樹脂）60パーセント37.5部 3.Omicron Chemical Inc.製のジシアンジアミド 6.0部 4.Fike Chemical製の硬化剤、Fikure62−Ｕ 2.0部 123.0部 布をペイントブラシを用いて上記配合物を含浸させ
た。樹脂含量は、ガラス繊維、ポリエチレン繊維、およ
び樹脂の総体積に対し50体積パーセントであった。プレ
プレグは空気循環オーブン中245゜Fにおいて25分間でＢ
ステージであった。６″×６″のプライを切り、金型円
に積重ねた。1/4″の厚さのラミネートを硬化させるに
十分なプライを切った。このラミネートを60psi油圧で2
50゜F２時間加熱金型内で硬化させた。次いでこのラミ
ネートを室温に冷却した。このラミネートについて音響
および機械的テストを行った。
例２ 周知の周波数の音波を通すことにより、挿入損失を測
定した。表Ｉは励起周波数による挿入損失を示す。
表 Ｉ Spectra−1000/S−２ガラス複合材料の挿入損失 テスト周波数kHz インサートロスdb 100 3.71 200 2.16 400 5.02 例３ 例１に示した方法で製造したラミネートより試験片を
機械加工した。曲げ特性（弾性および強度）を、テスト
法ASTM−D790あたり４ポイント曲げテストを用いて測定
した。表IIは曲げ特性を示す。
本発明の複合材料は、曲げ弾性率および強度が高いこ
とがわかった。
例４ Spectra−1000（ポリエチレン）の体積比を73パーセ
ントに増した。例１に従ってラミネートを製造した。音
響測定（インサートロス）を表IIIに示す。
表 III Spectra−1000/S−２ガラス複合材料のインサートロステスト周波数、Hz インサートロス、db 100 1.51 200 2.66 400 4.50 上記例より明らかなように、73パーセントの高体積の
ポリエチレンにより曲げ弾性率および曲げ強度が大きく
低下する。
例５ Spectra−1000ラミネート（ガラス繊維を含まな
い）、すなわちポリエチレン100体積パーセント、を例
１記載の方法に従い製造した。音響測定（インサートロ
ス）を表VIIに示す。曲げ特性を表VIIIに示す。
表 Ｖ Spectra−1000/エポキシラミネートのインサートロス
（db） テスト周波数、kHz インサートロス、db 100 0.2 200 1.2 400 1.1 この例はポリエチレンのみで製造したラミネートが良
好なソーナー透過率を有するが、曲げ弾性率および曲げ
強度が乏しいことを示している。
例６ Ｓ−２ガラスおよびSpectra−1000プライを散在しお
よび密集した配列のラミネートに組み合わせた。すなわ
ちＳ−２ガラス／エポキシプライあるいはSpectra−100
0/エポキシプライと交互したSpectra−1000/エポキシプ
ライをＳ−２ガラス／エポキシプライのクラスターによ
り密集させた。
音響および曲げ特性を以下の表に示す。
対照として、ポリエチレン繊維のようなソーナー透過
率の高い物質を含まない50体積パーセントのSpectra−1
000ガラス繊維を用いた。50体積パーセントの量のエポ
キシを用い、例１に示した方法で布を製造した。インサ
ートロスのテストをした場合、7.35dbの値が得られた。
対照的に、12.5体積パーセントのポリエチレン含量を含
む例１の複合材料は、100kHzにおいて3.71のインサート
ロスを有していた。その値は予想した値約6.4よりずっ
と低い。同様に繊維含量として約73体積パーセントのポ
リエチレンを用いる例４で得られるデシベルロス1.51は
予想された値2.65デシベルより低い。従って、ソーナー
ロスに関する相乗作用が配合物全体に少量のポリエチレ
ンを用いることにより得られる。
本明細書により、最良の態様が示されたが、本発明の
範囲を限定するものではない。

Claims (20)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】音のレベルの損失が低い物質、引張強度の
    高い物質、および比較的硬質の結合剤を含むプラスチッ
    ク複合材料を含んでなり、前記音のレベルの損失が低い
    物質の量が、前記複合材料が100kHzにおいて約４デシベ
    ルあるいはそれ以下の音のレベルの損失を有するように
    有効な量である、ソーナー透過率の高い組成物。
  2. 【請求項２】前記引張強度の高い物質が少なくとも200,
    000psiの強度を有し、前記引張強度の高い物質の量が少
    なくとも7,000psiの曲げ強度を有する複合材料を形成す
    るに有効な量である、請求項１記載のソーナー透過率の
    高い組成物。
  3. 【請求項３】前記音のレベル損失の低い物質がポリエチ
    レン、あるいはポリテトラフルオロエチレンであり、前
    記引張強度の高い物質がガラス繊維、アミド、炭素繊
    維、あるいは黒鉛繊維であり、前記結合剤がエポキシ、
    ポリエステル、あるいはビニルエステルであり、前記音
    のレベルの損失の低い物質が、この音のレベルの損失の
    低い物質と前記引張強度の高い物質の総体積の約10〜約
    90体積パーセントであり、前記引張強度の高い物質の量
    が、前記音のレベルの損失の低い物質と引張強度の高い
    物質の総体積の約10〜約90体積パーセントであり、前記
    結合剤の量が前記樹脂、前記引張強度の高い物質および
    前記音のレベルの損失の低い物質の総体積の約30〜約70
    体積パーセントである、請求項２記載のソーナー透過率
    の高い組成物。
  4. 【請求項４】前記複合材料が少なくとも15,000psiの曲
    げ強度および少なくとも1,500,000の曲げ弾性率を有す
    る、請求項３記載のソーナー透過率の高い組成物。
  5. 【請求項５】前記音のレベルの損失の低い物質が少なく
    とも500,000の分子量を有するポリエチレンであり、前
    記引張強度の高い物質がガラス繊維であり、前記結合剤
    がエポキシであり、前記ポリエチレンの量が約25〜約80
    体積パーセントであり、前記ガラス繊維の量が約20〜約
    75体積パーセントであり、前記エポキシの量が約40〜約
    65体積パーセントであり、前記複合材料が少なくとも2
    0,000psiの曲げ強度を有し、そして少なくとも2,500,00
    0の曲げ弾性率を有する、請求項４記載のソーナー透過
    率の高い組成物。
  6. 【請求項６】前記音のレベルの損失の低い物質が繊維の
    形状であり、前記引張強度の高い物質が繊維の形状であ
    り、前記結合剤が前記音のレベルの損失の低い繊維を前
    記引張強度の高い繊維に結合し、前記複合材料が約３デ
    シベルあるいはそれ以下の音のレベルの損失を有する、
    請求項３記載のソーナー透過率の高い組成物。
  7. 【請求項７】前記音のレベルの損失の低い物質が結合剤
    プライの形状であり、前記引張強度の高い物質が結合剤
    プライの形状である、請求項４記載のソーナー透過率の
    高い組成物。
  8. 【請求項８】請求項１記載の組成物より製造されたソー
    ナードーム。
  9. 【請求項９】請求項３記載の組成物より製造されたソー
    ナードーム。
  10. 【請求項１０】請求項５記載の組成物より製造されたソ
    ーナードーム。
  11. 【請求項１１】引張強度の高い物質、ソーナー透過率の
    高い物質、および前記引張強度の高い物質を前記ソーナ
    ー透過率の高い物質に結合する結合剤を含んでなり、前
    記ソーナー透過率の高い物質の量が、前記複合材料が多
    量のソーナーの透過可能であるような有効量である、ソ
    ーナー透過能の高い複合材料。
  12. 【請求項１２】前記複合材料が少なくとも100,000psiの
    引張強度を有する、請求項11記載の複合材料。
  13. 【請求項１３】前記複合材料が100kHzの周波数において
    約４デシベルあるいはそれ以下のソーナー透過ロスを有
    する、請求項12記載の複合材料。
  14. 【請求項１４】前記ソーナー透過率の高い物質がポリエ
    チレン、あるいはポリテトラフルオロエチレンであり、
    前記引張強度の高い物質がガラス繊維、アラミド、炭素
    繊維、あるいは黒鉛繊維であり、前記結合剤が少なくと
    も50,000psiの引張弾性率を有し、前記ソーナー透過率
    の高い物質が、このソーナー透過率の高い物質と前記引
    張強度の高い物質の総体積の約10〜約90体積パーセント
    であり、前記引張強度の高い物質の量が、前記ソーナー
    透過率の高い物質と引張強度の高い物質の総体積の約10
    〜約90体積パーセントであり、前記結合剤の量が前記樹
    脂、前記引張強度の高い物質および前記ソーナー透過率
    の高い物質の総体積の約30〜約70体積パーセントであ
    る、請求項13記載の複合材料。
  15. 【請求項１５】前記結合剤がエポキシ、ポリエステル、
    あるいはビニルエステルであり、前記複合材料が少なく
    とも150,000psiの引張強度を有し、前記複合材料が100k
    Hzの周波数において約４デシベルあるいはそれ以下のソ
    ーナー透過率損失を有する、請求項14記載の複合材料。
  16. 【請求項１６】前記ソーナー透過率の高い物質が互いに
    密集した少なくとも２種の結合剤プライシートの形状で
    ある、請求項11記載の複合材料。
  17. 【請求項１７】前記ソーナー透過率の高い物質が織布層
    の形状であり、前記引張強度の高い物質が織布層の形状
    である、請求項14記載の複合材料。
  18. 【請求項１８】前記ソーナー透過率の高い物質および前
    記引張強度の高い物質が一枚の織布に織り込まれた繊維
    の形状である、請求項14記載の複合材料。
  19. 【請求項１９】請求項12記載の複合材料を含んでなるソ
    ーナードーム。
  20. 【請求項２０】請求項15記載の複合材料を含んでなるソ
    ーナードーム。
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