JP4107709B2

JP4107709B2 - 繊維強化プラスチック製サンドイッチボードの評価方法

Info

Publication number: JP4107709B2
Application number: JP10983698A
Authority: JP
Inventors: 斎児玉; 秀博竹本; 巧石森; 喜春沼田
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 1998-04-20
Filing date: 1998-04-20
Publication date: 2008-06-25
Anticipated expiration: 2018-04-20
Also published as: JPH11300870A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、信頼性の高い繊維強化プラスチック製（以下、ＦＲＰ製という。）サンドイッチボードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＦＲＰ製サンドイッチボードは、その軽量性と低コスト性から有用な構造であり、軽量、高強度な構造を必要とする車両、航空機等には特に好適に使用されている。
【０００３】
このような構造で最も重要なのは、表面材と芯材との接着の信頼性であり、この接着の信頼性がＦＲＰ製サンドイッチボードの耐久性等に大きく影響する。事実上、ＦＲＰ製サンドイッチボードの製造時に表面材と芯材はいくらかの剥離部、接着強度不足部等の欠陥部分を有し、１００％完全な構造を得ることは不可能である。ガラス繊維強化プラスチックを表面材に用い、塗装が無く、表面材が透明である場合では、表面材と芯材の剥離は目視でも確認出来るため、検査は比較的容易である。しかしながら、炭素繊維強化プラスチック、アラミド繊維強化プラスチック等の複合材料を用いた場合、及びガラス繊維強化プラスチックでも着色樹脂、表面コートを用いた場合には、材料が不透明であり、表面材と芯材との界面を目視で確認出来ない問題点があった。
【０００４】
実際に全く欠陥の無いＦＲＰ製サンドイッチボードを得ることは非常に難しいことから、実用上耐久性に支障の無い欠陥レベルを規定し、支障のある欠陥部分を非破壊的に評価し、欠陥のあるＦＲＰ製サンドイッチボードを除くことが求められているが、従来、このような信頼性の高いＦＲＰ製サンドイッチボードは知られていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、性能に有害な表面材と芯材との界面の欠陥部分を非破壊的に検出、除去した信頼性の高く、耐久性に優れたＦＲＰ製サンドイッチボードを提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、芯材層と、繊維強化材に樹脂を含浸した表面材層を有する繊維強化プラスチック製サンドイッチボードの評価方法において、非破壊試験法により、欠陥部分の個々の面積がサンドイッチボードの面積の２．６％未満であり、且つ欠陥部分の面積合計がサンドイッチボードの面積の５０％未満であるかを測定することを特徴とする繊維強化プラスチック製サンドイッチボードの評価方法にある。
【０００７】
本発明において、発明者らは、耐久性能としてＦＲＰ製サンドイッチボードの曲げ疲労強度を用いれば実用時の耐久性と良く対応することを見い出した。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明のＦＲＰ製サンドイッチボードを構成する芯材層としては、比重が小さく軽量の、望ましくは機械的強度の高い、硬質樹脂発泡体、気泡を散在させた繊維綿体、又は木材などが挙げられる。
【０００９】
硬質樹脂発泡体しては、好適には、降伏（破断）点強度で表して、圧縮、引張、曲げ及び剪断がそれぞれ、１．５ｋｇ／ｃｍ²、３．５ｋｇ／ｃｍ²、４．０ｋｇ／ｃｍ²、及び２．０ｋｇ／ｃｍ²以上の機械的強度を有し、見かけ密度７０ｋｇ／ｍ³以下の硬質樹脂発泡体が用いることができる。例えば、鐘淵化学工業社製の塩化ビニル発泡体、商品名クレゲセル（登録商標）Ｈ１００やＨ７５が好適に使用できる。
【００１０】
ここで、気泡を散在させた繊維綿体とは、気体を閉じ込めたカプセル又はバルーンを繊維綿中に散在させたもので、軽量かつ一応の機械的強度を備えた材料である。このような材料としては、例えば、日本ユピカ社製の商品名：ユピカマット又はランター社製の商品名：コアマットＩＩのようにポリエステル繊維綿にマイクロカプセルを入れたもの、又はＧＰＰ社製の商品名：スペアマットのようにガラス繊維綿にマイクロバルーンを入れたもの等が好適に使用できる。
【００１１】
そして、本発明のＦＲＰ製サンドイッチボードにおいて、繊維強化プラスチックからなる表面材層は、強化繊維に樹脂を含浸し、樹脂を硬化したものである。その強化形態としては、強化繊維を一方向に引き揃えたもの、強化繊維を製織しクロス材としたもの、強化繊維をステッチしたロービングクロス、強化繊維に接着剤を用いてマット状に仕上げたコンティニュアスストランドマット、強化繊維を５〜５０ｍｍ程度に切断した短繊維を無定方向に分散してチョップドストランドマット等が用いることができる。
【００１２】
強化繊維としては、通常ＦＲＰを成形するのに用いられる強化繊維であればよく、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、炭化珪素繊維、ステンレススチール繊維等が好適に用いられる。
【００１３】
強化繊維に含浸する樹脂としては、その種類を特に限定するものではないが、熱硬化性樹脂が含浸しやすく、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、マレイミド樹脂、フェノール樹脂等を好適に用いられる樹脂として挙げることができる。
【００１４】
さらに芯材層とＦＲＰからなる表面材層を積層して、ＦＲＰ製サンドイッチボードとする成型方法、或いは接着方法について、本発明は特に限定するものではないが、本発明のＦＲＰ製サンドイッチボードが特徴とする高信頼性を奏するためには、非破壊試験により求めた欠陥部分の個々の面積がサンドイッチボードの面積の５％未満、好ましくは３％未満、より好ましくは２．６％未満であり、且つ欠陥部分の面積合計がサンドイッチボードの面積の５０％未満、好ましくは４０％未満、より好ましくは２５％未満であることが耐久性に優れ、信頼性の高いＦＲＰ製サンドイッチボードとする上で必要である。本発明で欠陥部分というのは、ＦＲＰ製サンドイッチボードの芯材と表面材の間の剥離部、接着強度不足部等をいう。
【００１５】
本発明のＦＲＰ製サンドイッチボードの非破壊試験法としては、ＦＲＰ製サンドイッチボード中の欠陥部の面積を測定することができればよく、特に限定はしないが、従来から公知のＸ線法、レーザホログラフィー法、アコースチックエミッション法、超音波法、又はタッピング法等を用いることができる。
【００１６】
その中でもＦＲＰ製サンドイッチボードを軽く打撃してその反発係数の差により表面材層と芯材層の界面特性を特定し、健全な部分と不健全な部分を差別化するタッピング法、又は、ＦＲＰ製サンドイッチボードに超音波あて欠陥部分からの反射により表面材層と芯材層の界面特性を特定し、健全な部分と不健全な部分を差別化する超音波法が、多くのケースにおいて有効且つ実用的であり特に好ましい。
【００１７】
所望の板厚で非破壊試験によって欠陥部分の面積を正確に測定するには、前もって、同じ板厚のＦＲＰ製サンドイッチボードの成形時に芯材層と表面材層との間に任意の大きさの油含浸紙又はプラスチックフィルムを挟み込み人工的に欠陥部分を入れた供試体を用い、測定条件を調整しておくことが肝要である。
【００１８】
非破壊試験を行うピッチが有害な剥離寸法以下のピッチであれば、より信頼性高く繊維強化プラスチック製サンドイッチボードの評価を行うことができるので好ましい。
【００１９】
本発明の好適な実施態様としては、芯材層と、ＦＲＰからなる表面材層とが、繊維マットに樹脂を含浸させてなる接着層を介して接着、積層してなることが挙げられる。この接着剤層は力学特性の異なる芯材層と表面材層を強固に接着するために挿入するもので、芯材層と表面材層間の接着性が良好な場合は必ずしも必要ではない。ここで、繊維マットとしては上記のコンティニュアスストランドマットやチョップドストランドマットが好適に用いられる。ただし、繊維マットを構成する繊維は強化繊維のように高強度高弾性率の強化繊維である必要はない。接着層を構成する樹脂としては、芯材層と表面材層を強固に接着するものであればよく特に限定しないが、一般に表面材層と同じ樹脂であることが接着性の向上に役立つ。
【００２０】
本発明のもう一つ好適な実施態様としては、繊維強化プラスチックからなる表面材層の外側に繊維マットに樹脂を含浸させてなる保護層を有することが挙げられる。この保護層は表面材層を晒される環境から保護するものである。ここで、繊維マットとしては上記のコンティニュアスストランドマッットやチョップドストランドマットが好適に用いられる。ただし、繊維マットを構成する繊維は強化繊維のように高強度高弾性率の強化繊維である必要はない。保護層を構成する樹脂としては、表面材層と強固に接着するものであればよく特に限定しないが、一般に表面材層と同じ樹脂であることが接着性の向上に役立つ。
【００２１】
【実施例】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。
（材料）
ＦＲＰ製サンドイッチボードの各層に使用する樹脂以外の材料を表１に示した。実施例において各材料は略号をもって呼ぶことにする。
【００２２】
【表１】

【００２３】
（樹脂組成）
昭和高分子社製リポキシ＃８０２ビニルエステル樹脂１００重量部、ナフテン酸コバルト１重量部、日本化薬社製過酸化物、商品名カヤック３２８Ｅを配合した樹脂を用意した。
【００２４】
（非破壊試験の評価）
ＦＯの上下面に用意した樹脂を含浸しながらＭを積層した。その上から所望の厚みになるようさらにＣに用意した樹脂を含浸しながら積層し、さらに樹脂を含浸しながらＭを積層し、Ｍ／Ｃ／Ｍ／ＦＯ／Ｍ／Ｃ／Ｍからなる積層構成とした。
この積層物を２５℃で５時間放置して硬化し、表面材（Ｍ／Ｃ／Ｍ）厚さ４ｍｍのＦＲＰ製サンドイッチボードを得た。
【００２５】
上記の積層の途中で、ＭとＦＯの間に１００、１５０、２００、２５０ｍｍφに切った厚み０．１ｍｍの油含浸紙を挿入しておき、剥離直径１００、１５０、２００、２５０ｍｍφの人工剥離をいれたモデルＦＲＰ製サンドイッチボードを作製した。
【００２６】
また、Ｃの積層枚数を４、６、８、１０、及び１２枚に変更し、表面材（Ｍ／Ｃ／Ｍ）厚さ６、８、１０、１２、１４ｍｍのＦＲＰ製サンドイッチボードをそれぞれ得た。
【００２７】
（１）タッピング法
上記の様にして製作したＦＲＰ製サンドイッチボードをタッピング非破壊試験装置（三井造船社製ＷＯＯＤＰＥＣＫＥＲＷＰ−６３１）を用いてタッピングピッチ２０ｍｍで測定した。その結果を表２に示した。この評価結果よりタッピング法での表面材厚さに応じた剥離に対する感度が判明した。すなわち、表面材厚さ８ｍｍ以下であれば有害である２００ｍｍφの大きさの剥離が検出できることが判明した。
【００２８】
【表２】

【００２９】
（２）超音波法
上記の様にして製作したＦＲＰ製サンドイッチボードを超音波非破壊試験装置（ＮＤＴｓｙｓｔｅｍ社製ＱＵＡＮＴＵＭＱＢＴ−２＋）を用いてピッチ２０ｍｍで測定した。
その結果を表３に示した。この評価結果より超音波法での表面材厚さに応じた剥離に対する感度が判明した。すなわち、表面材厚さ１２ｍｍ以下であれば有害である２００ｍｍφの大きさの剥離が検出できることが判明した。
【００３０】
【表３】

【００３１】
（実施例）
１０００×１２００ｍｍのＦＯを用意し、その上に４０ｍｍφに切った厚み０．１ｍｍの油含浸紙を重ならないように４７８枚ランダムに配置し、その上からＣに用意した樹脂を含浸しながら積層し、さらに樹脂を含浸しながらＭを積層した。ＦＯの逆の面には油含浸紙を配置せず樹脂を含浸しながらＭ、Ｃ、及びＭを順に積層し、Ｍ／Ｃ／Ｍ／ＦＯ／Ｍ／Ｃ／Ｍからなる積層構成とした。
【００３２】
この積層物を２５℃で５時間放置して硬化し、表面材（Ｍ／Ｃ／Ｍ）厚さ３ｍｍ、全厚み３０ｍｍ、剥離大きさ４０ｍｍφ、剥離部面積比が５０％のＦＲＰ製サンドイッチボードを得た。
【００３３】
このＦＲＰ製サンドイッチボードを１００×１２００ｍｍの曲げ疲労試験片に切り分けた後、すべての試験片に対して、スパン／板厚＝３０で片振り３点曲げにより疲労試験を実施した。応力−繰り返し回数試験の結果（最高値及び最低値）を図１に示した。
【００３４】
ＦＯとＭの間にランダムに配置する油含浸紙の大きさ（４０、１００、及び２００ｍｍφ）と配置する枚数を変化し、上記のようにＦＲＰ製サンドイッチボードを成形して、剥離大きさ−剥離部面積比が、それぞれ４０ｍｍφ−１０％、１００ｍｍφ−１０％、１００ｍｍφ−５０％、２００ｍｍφ−１０％、及び２００ｍｍφ−５０％のＦＲＰ製サンドイッチボードを得た。更に油含浸紙を配置しないＦＲＰ製サンドイッチボードを成形した。これらのＦＲＰ製サンドイッチボードに対して上記と同様にして３点曲げにより疲労試験を実施し、応力−繰り返し回数試験の結果（最高値及び最低値）を図１に併せて示した。
【００３５】
この結果からＦＲＰ製サンドイッチボードの疲労強度の低下は、非破壊試験により求めた欠陥部分の個々の面積がサンドイッチボードの面積の２．６％の２００ｍｍφ、且つ欠陥部分の面積合計がサンドイッチボードの面積の５０％以上となると急激に低下することが判明した。
【００３６】
【発明の効果】
本発明のＦＲＰ製サンドイッチボードの評価方法は、性能に有害な表面材と芯材との界面の剥離を非破壊的に検出、除外しているので、信頼性の高く、耐久性に優れたＦＲＰ製サンドイッチボードとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＦＲＰ製サンドイッチボードの曲げ疲労試験の応力−繰り返し回数を示したグラフである。

Claims

芯材層と、繊維強化材に樹脂を含浸した表面材層を有する繊維強化プラスチック製サンドイッチボードの評価方法において、非破壊試験法により、欠陥部分の個々の面積がサンドイッチボードの面積の２．６％未満であり、且つ欠陥部分の面積合計がサンドイッチボードの面積の５０％未満であるかを測定することを特徴とする繊維強化プラスチック製サンドイッチボードの評価方法。
上記芯材層と表面材層とが、繊維マットに樹脂を含浸させてなる接着層を介して接着、積層してなることを特徴とする請求項１記載の繊維強化プラスチック製サンドイッチボードの評価方法。
上記表面材層の外層として繊維マットに樹脂を含浸させてなる保護層を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の繊維強化プラスチック製サンドイッチボードの評価方法。
上記非破壊試験法が、タッピングによる繊維強化プラスチック製サンドイッチボード表面の局所的な反発係数の差異により上記欠陥部分を知る試験法であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック製サンドイッチボードの評価方法。
上記非破壊試験法が、各層からの超音波の反射の差異により上記欠陥部分を知る試験法であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック製サンドイッチボードの評価方法。