JP2660563B2 - 金属シート及び連続ガラスフィラメントで強化された合成材料のラミネート - Google Patents
金属シート及び連続ガラスフィラメントで強化された合成材料のラミネートInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は少くとも２枚の金属シートを含み、該金属シ
ートの間に該金属シートに結合された合成層が設けら
れ、該層が50GPaより大きな弾性率を有する連続ガラス
フィラメントを含むラミネートに関する。
ートの間に該金属シートに結合された合成層が設けら
れ、該層が50GPaより大きな弾性率を有する連続ガラス
フィラメントを含むラミネートに関する。
そのようなラミネートはオランダ特許出願第8 100 08
7号及び第8 100 088号から公知である。該特許出願の２
ページ及び３ページにそれぞれ引用されているKh.Hille
rmeier及びH.G.Weijlandによる論文、「強化プラスチッ
ク用のアラミドヤーン」,Plastica,1977年11月,No.11,3
74〜380ページには、ガラスの強化フィラメントとして
いわゆるＥ−ガラスが記載されている。Ｅ−ガラスは引
張荷重の下で70GPaの弾性率及び1.9GPaの引張強度を示
す（前記Plasticaの論文375ページの表１参照）。該Ｅ
−ガラスは一般に、55重量％のSiO2、15重量％のAl
2O3、19重量％のCaO、７重量％のB2O3、及び３重量％の
MgO、及び場合によっては少量の他の物質から実質的に
なっている。実用的にはＥ−ガラスの強化フィラメント
及びファイバーは強化合成材料用に非常に広い範囲にお
いて数十年間うまく適用されてきた。概して適用な結果
が冒頭で述べたＥ−ガラスで強化された合成層から構成
される公知のラミネートを用いて得られるが、これらの
公知のラミネートの性能は特定のしばしば生じる荷重状
態に置かれた場合に最適ではない。特に、公知のラミネ
ートは航空機及び宇宙船の構造パネルの非鋭利ノッチ挙
動（blunt notch behavior）の高度な要求を十分に満足
することができない。テストでは、アルミニウム合金の
簡単な安価な一体シートの非鋭利ノッチ挙動は引張荷重
の下で、アルミニウム合金及びＥ−ガラスフィラメント
で強化された合成層のシートからなるより高価なより複
雑な公知のラミネートから構成されるシートの非鋭利ノ
ッチ挙動よりも特定の状況下でより好ましいということ
が示された。
7号及び第8 100 088号から公知である。該特許出願の２
ページ及び３ページにそれぞれ引用されているKh.Hille
rmeier及びH.G.Weijlandによる論文、「強化プラスチッ
ク用のアラミドヤーン」,Plastica,1977年11月,No.11,3
74〜380ページには、ガラスの強化フィラメントとして
いわゆるＥ−ガラスが記載されている。Ｅ−ガラスは引
張荷重の下で70GPaの弾性率及び1.9GPaの引張強度を示
す（前記Plasticaの論文375ページの表１参照）。該Ｅ
−ガラスは一般に、55重量％のSiO2、15重量％のAl
2O3、19重量％のCaO、７重量％のB2O3、及び３重量％の
MgO、及び場合によっては少量の他の物質から実質的に
なっている。実用的にはＥ−ガラスの強化フィラメント
及びファイバーは強化合成材料用に非常に広い範囲にお
いて数十年間うまく適用されてきた。概して適用な結果
が冒頭で述べたＥ−ガラスで強化された合成層から構成
される公知のラミネートを用いて得られるが、これらの
公知のラミネートの性能は特定のしばしば生じる荷重状
態に置かれた場合に最適ではない。特に、公知のラミネ
ートは航空機及び宇宙船の構造パネルの非鋭利ノッチ挙
動（blunt notch behavior）の高度な要求を十分に満足
することができない。テストでは、アルミニウム合金の
簡単な安価な一体シートの非鋭利ノッチ挙動は引張荷重
の下で、アルミニウム合金及びＥ−ガラスフィラメント
で強化された合成層のシートからなるより高価なより複
雑な公知のラミネートから構成されるシートの非鋭利ノ
ッチ挙動よりも特定の状況下でより好ましいということ
が示された。
本発明は冒頭で述べたラミネートであって、前記欠点
が克服されたラミネートを提供することを目的とするも
のである。
が克服されたラミネートを提供することを目的とするも
のである。
本発明のラミネートは、ガラスフィラメントが少くと
も80GPa、特に80〜100GPaの弾性率を有し、かつ実質的
に次のものから構成されていることを特徴としている。
も80GPa、特に80〜100GPaの弾性率を有し、かつ実質的
に次のものから構成されていることを特徴としている。
成 分 重量％ SiO2 58〜69、好ましくは60〜65 Al2O3 18〜29、好ましくは20〜25 MgO ７〜19、好ましくは９〜15 本発明のラミネートは次のような有利な特徴をもって
いる。すなわち、 ガラスフィラメントの引張強度が少くとも4GPa、特に
４〜6GPaでありかつそれらの破断点伸びが少くとも４
％、特に５〜６％であり； ガラスフィラメントの密度が2.4〜2.5g/cm3であり； ガラスフィラメントの各々の直径が５〜25μｍ、特に
８〜12μｍであり； 金属シートが0.20GPaより高い、特に0.35より高い引
張強度を有する材料からなり； 金属シートが各々1.5mm未満の厚さ、特に0.1〜0.8mm
の厚さを有し； 金属シートの数が２〜20の範囲にあり； 多数の連続ガラスフィラメントが少くとも一方向に相
互に平行に延びており； 該ガラスフィラメントが、それらを合成材料に結合す
るための物質で被覆され；そして 該ガラスフィラメントが、結合された合成材料及びガ
ラスフィラメントの全体積の35〜75体積％、特に40〜65
体積％を構成する。
いる。すなわち、 ガラスフィラメントの引張強度が少くとも4GPa、特に
４〜6GPaでありかつそれらの破断点伸びが少くとも４
％、特に５〜６％であり； ガラスフィラメントの密度が2.4〜2.5g/cm3であり； ガラスフィラメントの各々の直径が５〜25μｍ、特に
８〜12μｍであり； 金属シートが0.20GPaより高い、特に0.35より高い引
張強度を有する材料からなり； 金属シートが各々1.5mm未満の厚さ、特に0.1〜0.8mm
の厚さを有し； 金属シートの数が２〜20の範囲にあり； 多数の連続ガラスフィラメントが少くとも一方向に相
互に平行に延びており； 該ガラスフィラメントが、それらを合成材料に結合す
るための物質で被覆され；そして 該ガラスフィラメントが、結合された合成材料及びガ
ラスフィラメントの全体積の35〜75体積％、特に40〜65
体積％を構成する。
本発明のラミネート中の金属シートは次の群の材料か
ら選ばれる金属から作られることができる。すなわち、
スチール、アルミニウム合金、特にアルミニウム−銅合
金、例えばAA（USA）No.2024型又はアルミニウム−亜鉛
合金、例えばAA（USA）No.7075型、チタン合金、及び
銅。本発明のラミネートの好ましい実施態様は、合成層
がプラスチックを含浸されたガラスフィラメントの１以
上の層から構成され、該フィラメント層には金属シート
と接触しかつそれに結合されている合成境界層が両側に
設けられ、そして該境界層がガラスフィラメントを実質
的に含まないことを特徴とするものである。好ましい結
果が、合成層が非熱可塑性合成材料、例えばエポキシ樹
脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル、又はフ
ェノール樹脂からなることを特徴とする本発明のラミネ
ートを使用して得られた。
ら選ばれる金属から作られることができる。すなわち、
スチール、アルミニウム合金、特にアルミニウム−銅合
金、例えばAA（USA）No.2024型又はアルミニウム−亜鉛
合金、例えばAA（USA）No.7075型、チタン合金、及び
銅。本発明のラミネートの好ましい実施態様は、合成層
がプラスチックを含浸されたガラスフィラメントの１以
上の層から構成され、該フィラメント層には金属シート
と接触しかつそれに結合されている合成境界層が両側に
設けられ、そして該境界層がガラスフィラメントを実質
的に含まないことを特徴とするものである。好ましい結
果が、合成層が非熱可塑性合成材料、例えばエポキシ樹
脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル、又はフ
ェノール樹脂からなることを特徴とする本発明のラミネ
ートを使用して得られた。
本発明のラミネートが比較的高い変形性を必要とする
用途に使用される場合には、合成層は熱可塑性材料で作
られるべきである。本発明によればこの目的に対してま
ず第１に、少くとも80℃、特に130゜又は140℃より高い
温度、好ましくは160℃より高い温度のガラス転移温度
を有する実質的に非晶質の熱可塑性材料、例えばポリア
リーレート（PAR）、ポリスルホン（PSO）、ポリエーテ
ルスルホン（PES）、ポリエーテルイミド（PEI）、又は
ポリフェニレンエーテル（PPE）、特にポリ−2,6ジメチ
ルフェニレンエーテルを使用することができる。本発明
によればさらに、少なくとも130℃、特に170℃より高い
温度、好ましくは270℃より高い温度の結晶融点Tmを有
する半晶質又は準晶質熱可塑性合成材料、例えばポリフ
ェニレンスルフィド（PPS）、ポリアミド−4,6、ポリケ
トンスルフィド、ポリエーテルケトン、特にポリエーテ
ル−エーテルケトン（PEEK）、ポリエーテルケトン（PE
K）、及びポリエーテルケトン−ケトン（PEKK）、又は
液晶ポリマー、例えばビスフェノール、テレフタル酸、
及びヒドロキシ安息香酸のモノマーから構成されるダル
トコ社（Dartco）のXYDARを使用することができる。本
発明によれば、130℃より高いガラス転位温度Tgを有す
る熱可塑性材料の形の合成材料を有利に使用することが
できる。
用途に使用される場合には、合成層は熱可塑性材料で作
られるべきである。本発明によればこの目的に対してま
ず第１に、少くとも80℃、特に130゜又は140℃より高い
温度、好ましくは160℃より高い温度のガラス転移温度
を有する実質的に非晶質の熱可塑性材料、例えばポリア
リーレート（PAR）、ポリスルホン（PSO）、ポリエーテ
ルスルホン（PES）、ポリエーテルイミド（PEI）、又は
ポリフェニレンエーテル（PPE）、特にポリ−2,6ジメチ
ルフェニレンエーテルを使用することができる。本発明
によればさらに、少なくとも130℃、特に170℃より高い
温度、好ましくは270℃より高い温度の結晶融点Tmを有
する半晶質又は準晶質熱可塑性合成材料、例えばポリフ
ェニレンスルフィド（PPS）、ポリアミド−4,6、ポリケ
トンスルフィド、ポリエーテルケトン、特にポリエーテ
ル−エーテルケトン（PEEK）、ポリエーテルケトン（PE
K）、及びポリエーテルケトン−ケトン（PEKK）、又は
液晶ポリマー、例えばビスフェノール、テレフタル酸、
及びヒドロキシ安息香酸のモノマーから構成されるダル
トコ社（Dartco）のXYDARを使用することができる。本
発明によれば、130℃より高いガラス転位温度Tgを有す
る熱可塑性材料の形の合成材料を有利に使用することが
できる。
本発明のラミネートの非鋭利ノッチ挙動は引張荷重の
下で、Ｅ−ガラスフィラメントを有する前述の公知ラミ
ネートの非鋭利ノッチ挙動よりもずっと好ましいこと及
び本発明のラミネートはアルミニウム合金の一体シート
よりもずっと好ましい非鋭利ノッチ挙動さえも示すであ
ろうことがわかった。アルミニウム合金の一体シートが
特に好ましい非鋭利ノッチ挙動を示すことは周知である
ので、これは驚くべきことである。構造部材の非鋭利ノ
ッチ挙動とは引張強度に関する材料の構造歪みの影響を
意味する。
下で、Ｅ−ガラスフィラメントを有する前述の公知ラミ
ネートの非鋭利ノッチ挙動よりもずっと好ましいこと及
び本発明のラミネートはアルミニウム合金の一体シート
よりもずっと好ましい非鋭利ノッチ挙動さえも示すであ
ろうことがわかった。アルミニウム合金の一体シートが
特に好ましい非鋭利ノッチ挙動を示すことは周知である
ので、これは驚くべきことである。構造部材の非鋭利ノ
ッチ挙動とは引張強度に関する材料の構造歪みの影響を
意味する。
ボルト孔、ケーブル又はライン用の通路の形の材料の
変形はしばしば生じるので、本発明のラミネートの好ま
しい非鋭利ノッチ挙動は実用的に非常に有利であると考
えられるべきである。
変形はしばしば生じるので、本発明のラミネートの好ま
しい非鋭利ノッチ挙動は実用的に非常に有利であると考
えられるべきである。
本発明のラミートに適用されるガラスフィラメント
は、公知のラミネートに使用されるＥ−ガラスフィラメ
ントよりも大きな剛性をもっている。そのために、本発
明のラミネートの疲れクラックは容易には伝播しない。
従って、本発明のラミネートはＥ−ガラスフィラメント
に基づく公知のラミネートより低いクラック伝播速度を
示す。
は、公知のラミネートに使用されるＥ−ガラスフィラメ
ントよりも大きな剛性をもっている。そのために、本発
明のラミネートの疲れクラックは容易には伝播しない。
従って、本発明のラミネートはＥ−ガラスフィラメント
に基づく公知のラミネートより低いクラック伝播速度を
示す。
本発明のラミネートに使用されるＥ−ガラスフィラメ
ントの比較的高い破断点伸び（５〜６％）のために、さ
らにラミネートを加工するためにしばしば適用される変
形処理（フィラメントに長さ方向の荷重をかける）はほ
とんど問題を生じない。また、前記高い破断点伸びが、
ガラスが破壊する瞬間までより高いエネルギー吸収を生
じるために、本発明のラミネートのより好ましい耐衝撃
性を生じる。
ントの比較的高い破断点伸び（５〜６％）のために、さ
らにラミネートを加工するためにしばしば適用される変
形処理（フィラメントに長さ方向の荷重をかける）はほ
とんど問題を生じない。また、前記高い破断点伸びが、
ガラスが破壊する瞬間までより高いエネルギー吸収を生
じるために、本発明のラミネートのより好ましい耐衝撃
性を生じる。
本発明のラミネートの合成層が特に熱可塑性合成材料
からなっている場合、ラミネートのいくつかの構成層
は、使用される材料のタイプに依存して比較的高い加工
温度、例えば約200〜400℃で圧縮されなければならな
い。この高い加工温度は、ラミネートが室温に冷却され
た後、金属シートとガラスフィラメントとの膨張率の相
異によって全く高い残留応力をラミネートの中に生じさ
せる。本発明によれば、そのような好ましくない残留応
力（金属シートにおいて優勢な引張応力及びガラスフィ
ラメントの圧縮応力）はラミネート全体をプレストレス
処理にかけることによる簡単な方法で除去することがで
きる。そのようなプレストレスを与えることにおいて、
ラミネート全体が伸ばされるので、金属シートはガラス
フィラメントを破壊させることなしに塑性変形を受け
る。ラミネートに十分なプレストレスを与えた後、外部
から完全に荷重を除去したラミネートの金属シートでは
圧縮応力が優勢であり、ガラスフィランメントでは引張
応力が優勢である。ある意味では本発明のラミネートの
高い破断点伸び（５〜６％）のために、該ラミネートに
簡単な方法で十分にプレストレスを与えることができ
る。従って、約400℃の非常に高い加工温度を有する熱
可塑性材料の合成層を使用した場合でさえも、最適に適
用できる最終ラミネートを前記プレストレスを与えた後
に得ることができる。本発明のラミネートの圧縮性はＥ
−ガラスの強化フィラメントを有する公知のラミネート
の圧縮性よりも好ましいものであるということが予想さ
れる。
からなっている場合、ラミネートのいくつかの構成層
は、使用される材料のタイプに依存して比較的高い加工
温度、例えば約200〜400℃で圧縮されなければならな
い。この高い加工温度は、ラミネートが室温に冷却され
た後、金属シートとガラスフィラメントとの膨張率の相
異によって全く高い残留応力をラミネートの中に生じさ
せる。本発明によれば、そのような好ましくない残留応
力（金属シートにおいて優勢な引張応力及びガラスフィ
ラメントの圧縮応力）はラミネート全体をプレストレス
処理にかけることによる簡単な方法で除去することがで
きる。そのようなプレストレスを与えることにおいて、
ラミネート全体が伸ばされるので、金属シートはガラス
フィラメントを破壊させることなしに塑性変形を受け
る。ラミネートに十分なプレストレスを与えた後、外部
から完全に荷重を除去したラミネートの金属シートでは
圧縮応力が優勢であり、ガラスフィランメントでは引張
応力が優勢である。ある意味では本発明のラミネートの
高い破断点伸び（５〜６％）のために、該ラミネートに
簡単な方法で十分にプレストレスを与えることができ
る。従って、約400℃の非常に高い加工温度を有する熱
可塑性材料の合成層を使用した場合でさえも、最適に適
用できる最終ラミネートを前記プレストレスを与えた後
に得ることができる。本発明のラミネートの圧縮性はＥ
−ガラスの強化フィラメントを有する公知のラミネート
の圧縮性よりも好ましいものであるということが予想さ
れる。
Journal of Non−Crystalline Solids 80（1986年）
３月,No.1/3,122〜134ページ、アムステルダム，オラン
ダ，の中のS.Kumarによる“Glass Composition for Spi
nning Fibre"と題された論文において、ガラスファイバ
ーで強化されたポリマー複合材料が述べられている。こ
の論文は種々のガラスファィバー、例えばＥ−ガラス、
Ｃ−ガラス、Ｓ−ガラス及びAR−ガラス及びＮ−ガラス
ファイバーの使用を記載している。Ｓ−ガラスそれ自体
の組成物を記載しているフランス特許FR−Ａ−1 357 39
3にも言及しておく。さらに、両側を金属層で被覆され
た合成材料の比較的厚い熱可塑性層を含むラミネートに
関するヨーロッパ特許EP−0 013 146Aが挙げられる。こ
の特許出願には大旨、合成材料の層が場合によっては、
ガラスファイバーを含むことができるということが述べ
られている。
３月,No.1/3,122〜134ページ、アムステルダム，オラン
ダ，の中のS.Kumarによる“Glass Composition for Spi
nning Fibre"と題された論文において、ガラスファイバ
ーで強化されたポリマー複合材料が述べられている。こ
の論文は種々のガラスファィバー、例えばＥ−ガラス、
Ｃ−ガラス、Ｓ−ガラス及びAR−ガラス及びＮ−ガラス
ファイバーの使用を記載している。Ｓ−ガラスそれ自体
の組成物を記載しているフランス特許FR−Ａ−1 357 39
3にも言及しておく。さらに、両側を金属層で被覆され
た合成材料の比較的厚い熱可塑性層を含むラミネートに
関するヨーロッパ特許EP−0 013 146Aが挙げられる。こ
の特許出願には大旨、合成材料の層が場合によっては、
ガラスファイバーを含むことができるということが述べ
られている。
本発明のラミネートの利点を説明するために、本発明
のラミネートの試験片の非鋭利ノッチ挙動といくつかの
他の材料の非鋭利ノッチ挙動との間の比較を図１におい
て行った。その目的のために、縦座標に正味引張強度を
MPaでプロットしそして横座標に応力集中係数Ktの大き
さをプロットしてある。本発明のラミネートの試験片の
非鋭利ノッチ挙動の曲線はALGLA−2S42で示される線に
よって描かれている。該ラミネートは各々0.4mmの厚さ
を有するAA（USA）No.2024−T3型のアルミニウム−銅合
金の２枚のシートから構成されている。ガラスフィラメ
ントは商標S2−ガラスの下にOwens Corning Fiberglas
社によって市販されている型であった。使用されたS2−
ガラスフィラメントは弾性率約88.5GPa、引張強度約4.7
GPa、破断点伸び約5.4％、密度2.5g/cm3、及び線膨張率
約2.5×10-6mm/mm/℃であった。使用されたS2−ガラス
フィラメントは各々約10μｍの直径をもちそしてMinnes
ota Mining and Manufacturing Companyによって市販さ
れているAF163−２型のエポキシ樹脂を基とした熱硬化
性合成マトリックスへ導入された。ガラスフィラメント
は合成材料及びガラスフィラメントの総体積の50体積％
を構成していた。ガラスフィラメントで強化された合成
層によって形成されたプレプレグは約0.3mmの全厚さを
有していた。ラミネートの製造に際してそのプレプレグ
を２枚のアルミニウムシートの間に置いて、それらに密
着させた。本発明のラミネートはプレストレスを与えら
れていなかった。図１のALGLA−2S42線は、図１に描か
れている試験片を引張テストにかけることによってプロ
ットされた。ALGLA−2S42線のピークは、描かれている
ような、穴のない試験片（Kt＝1.0）について繰返し測
定した平均から決定された。次のより下部の点は、描か
れている直径10mmの円形の穴（材料の歪み）を設けられ
た試験片（Kt＝2.08）について繰返し測定した平均から
決定された。図１のALGLA−2S42線の最下部の点は、描
かれている細長い穴（材料の歪み）を設けられた試験片
（Kt＝3.18）について繰返し測定した平均から決定され
た。従来のラミネートの非鋭利ノッチ挙動の曲線がALGL
A−2E42破線によって図１に示されている。そのような
ラミネートと本発明のラミネートとの間の異なりは単
に、強化フィラメントがS2−ガラスの代わりにＥ−ガラ
スから作られているということだけである。約74GPaの
弾性率、約3.5GPaの引張強度、約4.8％の破断点伸び、
約2.6g/cm3の密度、及び約5.1×10-6mm/mm/℃の線膨張
率を有するＥ−ガラスが使用された。さらに、２つの異
なるアルミニウム合金、すなわちAA（USA）No.7075−T6
型のアルミニウム−亜鉛合金及びAA（USA）No.2024−T3
型のアルミニウム−銅合金の２つの一体シートの非鋭利
ノッチ挙動が図１に描かれている。図１に示されるよう
に本発明のALGLA−2S42の非鋭利ノッチ挙動は比較の従
来のALGLA−2E42ラミネートの非鋭利ノッチ挙動よりも
かなり良好である。本発明のALGLA−2S42線ラミネート
の非鋭利ノッチ挙動もまた7075−T6及び2024−T3アルミ
ニウム合金の一体シートの非鋭利ノッチ挙動よりも良好
である。さらに、図１は、約2.2より大きな応力集中係
数について従来のラミネートALGLA−2E42の非鋭利ノッ
チ挙動が7075−T6アルミニウム合金の簡単な一体シート
の非鋭利ノッチ挙動よりも好ましくないということを示
している。応力集中係数Ktは次の式を用いて当該技術分
野において慣用の方法で計算されることを付言しておく
べきである。
のラミネートの試験片の非鋭利ノッチ挙動といくつかの
他の材料の非鋭利ノッチ挙動との間の比較を図１におい
て行った。その目的のために、縦座標に正味引張強度を
MPaでプロットしそして横座標に応力集中係数Ktの大き
さをプロットしてある。本発明のラミネートの試験片の
非鋭利ノッチ挙動の曲線はALGLA−2S42で示される線に
よって描かれている。該ラミネートは各々0.4mmの厚さ
を有するAA（USA）No.2024−T3型のアルミニウム−銅合
金の２枚のシートから構成されている。ガラスフィラメ
ントは商標S2−ガラスの下にOwens Corning Fiberglas
社によって市販されている型であった。使用されたS2−
ガラスフィラメントは弾性率約88.5GPa、引張強度約4.7
GPa、破断点伸び約5.4％、密度2.5g/cm3、及び線膨張率
約2.5×10-6mm/mm/℃であった。使用されたS2−ガラス
フィラメントは各々約10μｍの直径をもちそしてMinnes
ota Mining and Manufacturing Companyによって市販さ
れているAF163−２型のエポキシ樹脂を基とした熱硬化
性合成マトリックスへ導入された。ガラスフィラメント
は合成材料及びガラスフィラメントの総体積の50体積％
を構成していた。ガラスフィラメントで強化された合成
層によって形成されたプレプレグは約0.3mmの全厚さを
有していた。ラミネートの製造に際してそのプレプレグ
を２枚のアルミニウムシートの間に置いて、それらに密
着させた。本発明のラミネートはプレストレスを与えら
れていなかった。図１のALGLA−2S42線は、図１に描か
れている試験片を引張テストにかけることによってプロ
ットされた。ALGLA−2S42線のピークは、描かれている
ような、穴のない試験片（Kt＝1.0）について繰返し測
定した平均から決定された。次のより下部の点は、描か
れている直径10mmの円形の穴（材料の歪み）を設けられ
た試験片（Kt＝2.08）について繰返し測定した平均から
決定された。図１のALGLA−2S42線の最下部の点は、描
かれている細長い穴（材料の歪み）を設けられた試験片
（Kt＝3.18）について繰返し測定した平均から決定され
た。従来のラミネートの非鋭利ノッチ挙動の曲線がALGL
A−2E42破線によって図１に示されている。そのような
ラミネートと本発明のラミネートとの間の異なりは単
に、強化フィラメントがS2−ガラスの代わりにＥ−ガラ
スから作られているということだけである。約74GPaの
弾性率、約3.5GPaの引張強度、約4.8％の破断点伸び、
約2.6g/cm3の密度、及び約5.1×10-6mm/mm/℃の線膨張
率を有するＥ−ガラスが使用された。さらに、２つの異
なるアルミニウム合金、すなわちAA（USA）No.7075−T6
型のアルミニウム−亜鉛合金及びAA（USA）No.2024−T3
型のアルミニウム−銅合金の２つの一体シートの非鋭利
ノッチ挙動が図１に描かれている。図１に示されるよう
に本発明のALGLA−2S42の非鋭利ノッチ挙動は比較の従
来のALGLA−2E42ラミネートの非鋭利ノッチ挙動よりも
かなり良好である。本発明のALGLA−2S42線ラミネート
の非鋭利ノッチ挙動もまた7075−T6及び2024−T3アルミ
ニウム合金の一体シートの非鋭利ノッチ挙動よりも良好
である。さらに、図１は、約2.2より大きな応力集中係
数について従来のラミネートALGLA−2E42の非鋭利ノッ
チ挙動が7075−T6アルミニウム合金の簡単な一体シート
の非鋭利ノッチ挙動よりも好ましくないということを示
している。応力集中係数Ktは次の式を用いて当該技術分
野において慣用の方法で計算されることを付言しておく
べきである。
ここで σピーク＝歪みの端におけるシート材料のピーク応力
（この歪みは、例えば円形の穴又はスロットであること
ができる）。
（この歪みは、例えば円形の穴又はスロットであること
ができる）。
σ公称＝歪んでいる試験片の断面の残存している（公
称）表面積で割った引張強度から計算された歪みにおけ
る引張応力。
称）表面積で割った引張強度から計算された歪みにおけ
る引張応力。
図２は、シート材料の（鋭利な）のこ引きクラックの
引張強度に対する影響を示すテスト結果を与えている。
この目的のために図２においては、縦座標に正味引張強
度をMPaでプロットしそして横座標に図面の方向に対し
て横の予じめ作られたクラック又はのこ引きの長さをプ
ロットしてある。また、使用されたシート材料の試験片
の形も図２に描かれている。本発明のラミネートの試験
片の残留引張強度又は残留強度の変化はALGLA−2S32で
表示される線によって示される。ラミネートと図１で記
載したALGLA−2S42との間の異なりは単に、ALGLA−2S32
ラミネートのアルミニウムシートが各々0.3mmの厚さを
もっているということだけである。ALGLA−2S32曲線
は、10mm、30mm、又は60mmの全長2aの（鋭利な）のこ引
きクラックが作られているところの描かれている試験片
について一定の繰返し試験によってプロットされた。従
来のラミネートの試験片についての残留強度の曲線はAL
GLA−2E32で示される破線によって与えられる。このラ
ミネートと図１に関して記載したALGLA−2E42ラミネー
トとの間の異なりは、ただALGLA−2E32ラミネートのア
ルミニウムシートが各々0.3mmの厚さをもっているとい
うことだけである。さらに、図２は、同じ表示のアルミ
ニウム−銅合金についての線2024−T3で示される一体シ
ートの試験片の残留強度の曲線を示している。図２に示
されるように、本発明のALGLA−2S32ラミネートは、比
較の従来のALGLA−2E32ラミネートが示すよりも良好な
残留強度挙動を比較的鋭利なクラックの場合に示す。ま
た、図２は、本発明のラミネートの該残留強度挙動がAA
（USA）2024−T3型の銅−アルミニウム合金の一体シー
ト材料の残留強度挙動よりも良好であるということも示
している。図２に示されるように、特に本発明のALGLA
−2S32ラミネートの残留強度挙動は2a＝10mm程度の長さ
を有する比較的短いのこ引きクラックの場合に比較的良
好である。
引張強度に対する影響を示すテスト結果を与えている。
この目的のために図２においては、縦座標に正味引張強
度をMPaでプロットしそして横座標に図面の方向に対し
て横の予じめ作られたクラック又はのこ引きの長さをプ
ロットしてある。また、使用されたシート材料の試験片
の形も図２に描かれている。本発明のラミネートの試験
片の残留引張強度又は残留強度の変化はALGLA−2S32で
表示される線によって示される。ラミネートと図１で記
載したALGLA−2S42との間の異なりは単に、ALGLA−2S32
ラミネートのアルミニウムシートが各々0.3mmの厚さを
もっているということだけである。ALGLA−2S32曲線
は、10mm、30mm、又は60mmの全長2aの（鋭利な）のこ引
きクラックが作られているところの描かれている試験片
について一定の繰返し試験によってプロットされた。従
来のラミネートの試験片についての残留強度の曲線はAL
GLA−2E32で示される破線によって与えられる。このラ
ミネートと図１に関して記載したALGLA−2E42ラミネー
トとの間の異なりは、ただALGLA−2E32ラミネートのア
ルミニウムシートが各々0.3mmの厚さをもっているとい
うことだけである。さらに、図２は、同じ表示のアルミ
ニウム−銅合金についての線2024−T3で示される一体シ
ートの試験片の残留強度の曲線を示している。図２に示
されるように、本発明のALGLA−2S32ラミネートは、比
較の従来のALGLA−2E32ラミネートが示すよりも良好な
残留強度挙動を比較的鋭利なクラックの場合に示す。ま
た、図２は、本発明のラミネートの該残留強度挙動がAA
（USA）2024−T3型の銅−アルミニウム合金の一体シー
ト材料の残留強度挙動よりも良好であるということも示
している。図２に示されるように、特に本発明のALGLA
−2S32ラミネートの残留強度挙動は2a＝10mm程度の長さ
を有する比較的短いのこ引きクラックの場合に比較的良
好である。
図３には、前記ALGLA−2S32型の本発明のラミネート
の試験片の疲れ性能が前記従来のALGLA−2E32の疲れ性
能と比較して描かれている。2024−T3アルミニウム−銅
合金の一体シート材料の試験片の疲れ性能も図３に与え
られている。使用された試験片の形状もまた図３に描か
れ、そして全長2a＝3mmの（鋭利な）のこ引きクラック
が作られている試験片が使用されるということを示して
いる。図３には、クラックの半分の長さを縦座標にプロ
ットしてある。横座標には使用された正弦波的に一定の
振幅で変化する引張疲れ荷重のサイクルの合計数をプロ
ットしてある。変化する荷重の振動数は10ヘルツであっ
た。荷重は最大引張応力σmax＝120MPaから最小引張応
力σmin＝０まで変化した。従って、使用された疲れ荷
重は次の型である。
の試験片の疲れ性能が前記従来のALGLA−2E32の疲れ性
能と比較して描かれている。2024−T3アルミニウム−銅
合金の一体シート材料の試験片の疲れ性能も図３に与え
られている。使用された試験片の形状もまた図３に描か
れ、そして全長2a＝3mmの（鋭利な）のこ引きクラック
が作られている試験片が使用されるということを示して
いる。図３には、クラックの半分の長さを縦座標にプロ
ットしてある。横座標には使用された正弦波的に一定の
振幅で変化する引張疲れ荷重のサイクルの合計数をプロ
ットしてある。変化する荷重の振動数は10ヘルツであっ
た。荷重は最大引張応力σmax＝120MPaから最小引張応
力σmin＝０まで変化した。従って、使用された疲れ荷
重は次の型である。
図３に示されるように、本発明のALGLA−2S32ラミネ
ートは前記変化する荷重の影響下で、ALGLA−2E32従来
のラミネートが示すよりも低いクラック伝播速度を示
す。従って、本発明のラミネートの疲れ性能は従来のラ
ミネートの疲れ性能よりも良好であるということができ
る。両方のラミネートは、2024−T3型のアルミニウム−
銅合金の一体シート材料のラミネートが示すよりもずっ
と良好な疲れを性能する。
ートは前記変化する荷重の影響下で、ALGLA−2E32従来
のラミネートが示すよりも低いクラック伝播速度を示
す。従って、本発明のラミネートの疲れ性能は従来のラ
ミネートの疲れ性能よりも良好であるということができ
る。両方のラミネートは、2024−T3型のアルミニウム−
銅合金の一体シート材料のラミネートが示すよりもずっ
と良好な疲れを性能する。
図３と同様に、図４は前記ALGLA−2S32型の本発明の
ラミネートの試験片の疲れ性能を前記ALGLA−2E32従来
のラミネートと比較して示している。しかしこの場合、
いくらか異なる型の荷重を使用する。使用される試験片
の型もまた図４に描かれ、全長2a＝3mmの（鋭利な）の
こ引きクラックが作られている試験片が使用されるとい
うことを示している。
ラミネートの試験片の疲れ性能を前記ALGLA−2E32従来
のラミネートと比較して示している。しかしこの場合、
いくらか異なる型の荷重を使用する。使用される試験片
の型もまた図４に描かれ、全長2a＝3mmの（鋭利な）の
こ引きクラックが作られている試験片が使用されるとい
うことを示している。
図４においてもまた半分のクラックの長さを縦座標に
プロットしてある。横座標にもまた使用された一定の振
幅で変化する引張疲れ荷重のサイクルの合計数をプロッ
トしてある。この場合には、荷重の変化は正弦波ではな
くて図４に図示されているような多少ブロック形であ
る。この変化する荷重の振動数はわずかに0.02ヘルツで
あるにすぎない。荷重は最大引張応力σmax＝120MPaか
ら最小引張応力σmin＝０まで変化した。従って、使用
された疲れ荷重もまた次の型である。
プロットしてある。横座標にもまた使用された一定の振
幅で変化する引張疲れ荷重のサイクルの合計数をプロッ
トしてある。この場合には、荷重の変化は正弦波ではな
くて図４に図示されているような多少ブロック形であ
る。この変化する荷重の振動数はわずかに0.02ヘルツで
あるにすぎない。荷重は最大引張応力σmax＝120MPaか
ら最小引張応力σmin＝０まで変化した。従って、使用
された疲れ荷重もまた次の型である。
図４においても示されるように、本発明のALGLA−2S3
2ラミネートはこの型の変化する荷重の影響下で、ALGLA
−2E32従来のラミネートが示すよりも小さいクラック伝
播を示す。従って、このタイプの荷重に対する本発明の
ラミネートの疲れ性能は従来のラミネートの疲れ性能よ
りも良好である。
2ラミネートはこの型の変化する荷重の影響下で、ALGLA
−2E32従来のラミネートが示すよりも小さいクラック伝
播を示す。従って、このタイプの荷重に対する本発明の
ラミネートの疲れ性能は従来のラミネートの疲れ性能よ
りも良好である。
飛行中に航空機の室内は室外の圧力よりも高い圧力を
受け、シェル表面被覆は引張荷重を受けるので、低い振
動数及びＲ＝σmin/σmax＝０を有する図３及び４に関
して論じられた疲れ荷重は特に航空機の胴体に生じる。
飛行機、胴体のその荷重は０に戻る。航空機の胴体の疲
れ荷重の振動数は非常に低く、すなわち0.001ヘルツよ
り低い。そのために、本発明のラミネートのシートは、
航空機圧力機室のスキンシート又はスキンのシェル表面
被覆として使用するのに非常に適していると考えられ
る。
受け、シェル表面被覆は引張荷重を受けるので、低い振
動数及びＲ＝σmin/σmax＝０を有する図３及び４に関
して論じられた疲れ荷重は特に航空機の胴体に生じる。
飛行機、胴体のその荷重は０に戻る。航空機の胴体の疲
れ荷重の振動数は非常に低く、すなわち0.001ヘルツよ
り低い。そのために、本発明のラミネートのシートは、
航空機圧力機室のスキンシート又はスキンのシェル表面
被覆として使用するのに非常に適していると考えられ
る。
図５は、数字１によって一般に言及される本発明のラ
ミネートの実施態様の透視図である。ラミネート１は、
ガラスの多数の平行又は単一方向の糸又はフィラメント
４で強化された合成層から構成されたプレプレグ３を間
に有する２枚の金属シート２からなっている。合成層３
をプラスチックを含浸されたフィラメント５からなるコ
ア層及びその両側で金属シート２に密着した境界層６か
ら構成することができる。この境界層は実質的にフィラ
メントを含まない。
ミネートの実施態様の透視図である。ラミネート１は、
ガラスの多数の平行又は単一方向の糸又はフィラメント
４で強化された合成層から構成されたプレプレグ３を間
に有する２枚の金属シート２からなっている。合成層３
をプラスチックを含浸されたフィラメント５からなるコ
ア層及びその両側で金属シート２に密着した境界層６か
ら構成することができる。この境界層は実質的にフィラ
メントを含まない。
図６は本発明のラミネート１の断面図である。このラ
ミネートは、平行なガラスフィラメント４で強化された
２つの合成層３を間に有している３枚の金属シート２か
ら構成されているという点においてのみ図５のラミネー
トから異なっている。
ミネートは、平行なガラスフィラメント４で強化された
２つの合成層３を間に有している３枚の金属シート２か
ら構成されているという点においてのみ図５のラミネー
トから異なっている。
図５に示される本発明のラミネートの製造においては
まず最初に、前記プレプレグの挿入物を有する適当なア
ルミニウム合金の同じ２枚の金属シートから可動の支持
体の上に重ね合せを構成した。このプレプレグは例え
ば、エポキシ樹脂を基とする熱硬化性合成材料を含浸し
た多数の平行な（単一方向の）連続ガラスフィラメント
から構成されることができる。一方、支持体上の取り付
けられていない平行な部品；すなわちプレプレグを間に
有する２枚の金属シートからなる得られたラミネートを
フィルムで被覆した。次に、フィルムで包まれかつまだ
取り付けられていない部品からなるラミネートをラミネ
ートの包装の内側を真空にすることによって外部から圧
縮した。次にその包装されたラミネートを可動の支持体
といっしょにオートクレーブ中に置いた。オートクレー
ブを閉じた後、その中のラミネートに４バールの空気圧
をかけそして温度を120℃に上げた。オートクレーブ中
に66分間置いた後、ラミネートを完成させてオートクレ
ーブから取り出した。場合によっては、冷却したラミネ
ートに前記方法で、外部から完全に荷重を除去した状態
のラミネートの金属シートでは圧縮応力が優勢でありそ
してフィラメントでは引張応力が優勢であるようにプレ
ストレスを与えることもできる。
まず最初に、前記プレプレグの挿入物を有する適当なア
ルミニウム合金の同じ２枚の金属シートから可動の支持
体の上に重ね合せを構成した。このプレプレグは例え
ば、エポキシ樹脂を基とする熱硬化性合成材料を含浸し
た多数の平行な（単一方向の）連続ガラスフィラメント
から構成されることができる。一方、支持体上の取り付
けられていない平行な部品；すなわちプレプレグを間に
有する２枚の金属シートからなる得られたラミネートを
フィルムで被覆した。次に、フィルムで包まれかつまだ
取り付けられていない部品からなるラミネートをラミネ
ートの包装の内側を真空にすることによって外部から圧
縮した。次にその包装されたラミネートを可動の支持体
といっしょにオートクレーブ中に置いた。オートクレー
ブを閉じた後、その中のラミネートに４バールの空気圧
をかけそして温度を120℃に上げた。オートクレーブ中
に66分間置いた後、ラミネートを完成させてオートクレ
ーブから取り出した。場合によっては、冷却したラミネ
ートに前記方法で、外部から完全に荷重を除去した状態
のラミネートの金属シートでは圧縮応力が優勢でありそ
してフィラメントでは引張応力が優勢であるようにプレ
ストレスを与えることもできる。
プレプレグに接着する前に、金属シートを種々な適当
な前処理、例えばアルカリ脱脂、クロム−硫酸浴でのエ
ッチング、クロム酸又はリン酸での陽極酸化、使用され
る合成材料のタイプに適当な、例えばエポキシフェノー
ルを基とし、腐蝕を抑制する性質を有するプライマーの
塗布等を当然に行なうべきである。
な前処理、例えばアルカリ脱脂、クロム−硫酸浴でのエ
ッチング、クロム酸又はリン酸での陽極酸化、使用され
る合成材料のタイプに適当な、例えばエポキシフェノー
ルを基とし、腐蝕を抑制する性質を有するプライマーの
塗布等を当然に行なうべきである。
本明細書で使用されている用語のガラスフィラメント
の引張強度とは、フィラメントの縦方向の引張荷重にお
けるバージン靭性（virgin tenacity）を常に意味す
る。この引張強度は接着剤を含まない単一のフィラメン
ト、すなわちバージンフィラメント（virgin filamen
t）について測定される。測定はASTM No.D3379−75に従
って行なわれる。弾性率もまたASTM No.D3379−75に従
って測定されなければならない。
の引張強度とは、フィラメントの縦方向の引張荷重にお
けるバージン靭性（virgin tenacity）を常に意味す
る。この引張強度は接着剤を含まない単一のフィラメン
ト、すなわちバージンフィラメント（virgin filamen
t）について測定される。測定はASTM No.D3379−75に従
って行なわれる。弾性率もまたASTM No.D3379−75に従
って測定されなければならない。
前記実質的に非晶質の熱可塑性材料の前記ガラス転移
点はTgは、Rheometrics製のRDA−700型の動的機械的測
定装置を使用し、高々１ヘルツの振動数及び２℃／分の
加熱速度を使用して測定されるべきである。Tgは最大減
衰モジュラス（maximum damping modules）Ｇ″がある
温度である。
点はTgは、Rheometrics製のRDA−700型の動的機械的測
定装置を使用し、高々１ヘルツの振動数及び２℃／分の
加熱速度を使用して測定されるべきである。Tgは最大減
衰モジュラス（maximum damping modules）Ｇ″がある
温度である。
半晶質熱可塑性材料の前記結晶融点Tmは示差走査熱量
法（DSC）によって測定される。この測定はDSC−７型Pe
rkin Elmerの測定装置を用いて20℃／分の加熱速度で行
なられる。ここに、TmはDSC曲線の吸熱ピークの最高ピ
ークとして定義される。
法（DSC）によって測定される。この測定はDSC−７型Pe
rkin Elmerの測定装置を用いて20℃／分の加熱速度で行
なられる。ここに、TmはDSC曲線の吸熱ピークの最高ピ
ークとして定義される。
本発明の範囲内において種々な変化が可能である。本
発明のラミネートにおいて、同じ厚さを有する金属シー
トを使用することが好ましいが、同一のラミネートが２
以上の厚さを有しかつ対称的又は非対称的に配列されて
いる金属シートを含むことも原則として可能である。一
般に、２つの相次ぐ金属シートの間の金属層の厚さは金
属シートの各々の厚さとほぼ同じ程度の厚さである。
発明のラミネートにおいて、同じ厚さを有する金属シー
トを使用することが好ましいが、同一のラミネートが２
以上の厚さを有しかつ対称的又は非対称的に配列されて
いる金属シートを含むことも原則として可能である。一
般に、２つの相次ぐ金属シートの間の金属層の厚さは金
属シートの各々の厚さとほぼ同じ程度の厚さである。
場合によっては、合成層は充填剤のようないくつかの
普通の添加物を含むことができる。合成層の中の連続強
化糸又はフィラメントは１つの方向に相互に平行に延び
ることができる。すなわち、それらを単一方向に配列す
ることができる。また、２つの群の強化フィラメントを
適用することもできる。この場合、各々の群は非常に多
数の平行なフィラメントを含み、１つの群の糸又はフィ
ラメントが他の群のフィラメントに対して直角に延びて
いる。そのような配列を例えば、ファブリックの形の２
つの群のフィラメントを提供することによって実現する
ことができる。
普通の添加物を含むことができる。合成層の中の連続強
化糸又はフィラメントは１つの方向に相互に平行に延び
ることができる。すなわち、それらを単一方向に配列す
ることができる。また、２つの群の強化フィラメントを
適用することもできる。この場合、各々の群は非常に多
数の平行なフィラメントを含み、１つの群の糸又はフィ
ラメントが他の群のフィラメントに対して直角に延びて
いる。そのような配列を例えば、ファブリックの形の２
つの群のフィラメントを提供することによって実現する
ことができる。
図１は応力集中係数と引張正味強度との関係及びその試
験に用いられた試験片の形を表す図である。 図２はのこ引きクラックの長さと引張正味強度との関係
及びその試験に用いられた試験片の形を表わす図であ
る。 図３及び４は本発明のラミネートの試験片の疲れ性能と
従来のラミネートの試験片の疲れ性能との比較試験の結
果及び試験片の形を表わす図である。 図５は本発明のラミネートの透視図である。 図６は本発明のラミネートの断面図である。
験に用いられた試験片の形を表す図である。 図２はのこ引きクラックの長さと引張正味強度との関係
及びその試験に用いられた試験片の形を表わす図であ
る。 図３及び４は本発明のラミネートの試験片の疲れ性能と
従来のラミネートの試験片の疲れ性能との比較試験の結
果及び試験片の形を表わす図である。 図５は本発明のラミネートの透視図である。 図６は本発明のラミネートの断面図である。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−9951（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−60797（ＪＰ，Ａ) 実開 昭50−45372（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭54−98877（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭62−1337（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (11)
- 【請求項１】少くとも２枚の金属シートを含み、該金属
シートの間に該金属シートに結合された合成層が設けら
れ、該合成層が50GPaより大きな弾性率を有するガラス
フィラメントを含むラミネートにおいて、該ガラスフィ
ラメントが少くとも80GPaの弾性率を有しかつ58〜69重
量％のSiO2、18〜29重量％のAl2O3及び７〜19重量％のM
gOから実質的に成ることを特徴とするラミネート。 - 【請求項２】前記ガラスフィラメントの引張強度が少く
とも4GPaであることを特徴とする請求項第１項のラミネ
ート。 - 【請求項３】前記ガラスフィラメントの破断点伸びが少
くとも４％であることを特徴とする請求項第１又は２項
のラミネート。 - 【請求項４】前記ガラスフィラメントが60〜65重量％の
SiO2、20〜25重量％のAl2O3及び９〜15重量％のMgOから
実質的に成ることを特徴とする請求項第１〜３項のいず
れか１つに記載のラミネート。 - 【請求項５】前記金属シートが0.20GPaより大きな引張
強度を有する材料からなっていることを特徴とする請求
項第１〜４項のいずれか１つに記載のラミネート。 - 【請求項６】前記金属シートが各々1.5mm未満の厚さを
有することを特徴とする請求項第１〜５項のいずれか１
つに記載のラミネート。 - 【請求項７】金属シートの数が２〜20の範囲にあること
を特徴とする請求項第１〜６項のいずれか１つに記載の
ラミネート。 - 【請求項８】前記ガラスフィラメントが、結合された合
成物質及びガラスフィラメントの全体積の35〜75体積％
を構成することを特徴とする請求項第１〜７項のいずれ
か１つに記載のラミネート。 - 【請求項９】連続的ガラスフィラメントが、少なくとも
１つの方向に相互に平行に延びていることを特徴とする
請求項１〜８のいずれか１つに記載のラミネート。 - 【請求項１０】請求項第１項乃至第９項のいずれか１項
のラミネートから作られることを特徴とする構造部材。 - 【請求項１１】スキンシートが、請求項第１項乃至第９
項のいずれか１項のラミネートから構成されることを特
徴とする胴体用スキンシート。
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| NL8702453 | 1987-10-14 | ||
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