JP4311749B2 - Shape memory composite material and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、形状記憶複合材料およびその製造方法に関し、さらに詳しくは、形状記憶性を有する繊維強化プラスチック(FRP)や炭素繊維強化プラスチック(CFRP:以下、FRPに含めることもある)の層を含む多層構造の積層体であって、インフレータブル性を有する形状記憶複合材料に関する。   The present invention relates to a shape memory composite material and a method for producing the same, and more particularly, includes a layer of fiber reinforced plastic (FRP) or carbon fiber reinforced plastic (CFRP: hereinafter may be included in FRP) having shape memory properties. The present invention relates to a shape memory composite material having a multilayer structure and having inflatability.

宇宙空間などへ材料を持ち出して構造物を組み立てるには、運搬中における構造物の体積を出来るだけ小さくする必要がある。例えば人工衛星や宇宙構造物では、太陽電池用のパネル等の大型の装置が取り付けられるが、地上からの運搬時には小型化しておくことが要求される。そして、運搬時には折り畳んであったものを、衛星軌道などの宇宙空間では使用状態である所定形状に展開する。このような運搬時にはコンパクトに圧縮可能であって、使用時には所定形状に展開可能な膨張性や展開性を有する材料特性を、いわゆるインフレータブル性という。
このようなインフレータブル性を有することは、地上構造物に用いる材料特性としても当然に重要なものであり、インフレータブル性材料を用いれば、運搬車両等に積載される際にはコンパクトに収納可能(容積が小さくなる)であり、組立や建設を行う現場での使用時には所定形状に展開できる。
In order to assemble materials by taking materials into outer space, etc., it is necessary to reduce the volume of the structure during transportation as much as possible. For example, in a satellite or space structure, a large device such as a panel for a solar cell is attached, but it is required to be downsized when transported from the ground. And what was folded at the time of conveyance is expand | deployed to the predetermined shape which is a use condition in outer space, such as a satellite orbit. Such a material characteristic that has compressibility and expandability that can be compactly compressed during transportation and can be expanded into a predetermined shape during use is referred to as so-called inflatable property.
Having such an inflatable property is of course important as a material property used for the ground structure. When an inflatable material is used, it can be stored compactly when loaded on a transport vehicle (volume). And can be developed into a predetermined shape when used at the site of assembly and construction.

インフレータブル性を有する構造物には、ジョイント部の折り畳み等による機械的作用によるものと、加熱して元の形状に復する材料特性的作用によるものがある。
従来のインフレータブル性は、機械的な構造によるものが多く、ジョイント部分で折り畳むような態様であった。よって、使用時には何らかの力を加えて、所定形状に展開することが必要であった。また構造上、展開時に故障や事故等のトラブルが起きかねないという問題があった。
Inflatable structures include those due to mechanical action such as folding of joint parts, and those due to material characteristic actions that return to their original shape upon heating.
Conventional inflatable properties are mostly due to a mechanical structure, and are in a form that folds at a joint portion. Therefore, it has been necessary to apply some force during use and to develop it into a predetermined shape. In addition, due to the structure, there has been a problem that troubles such as breakdowns and accidents may occur during deployment.

一方これまでも、材料特性的作用によるインフレータブル性を有する構造物について幾つかの研究がなされてきた。インフレータブル性を有する材料を大型構造物に使用するには、ある程度の強度を有する硬質化した材料であることも必要である。強度を有する硬質化した高分子材料としては、繊維強化プラスチック(FRP)や炭素繊維強化プラスチック(CFRP)等が好適に挙げられ、インフレータブル性を付与するには、形状記憶ポリマーを用いて、内部に繊維材料を含有するようなFRPが考えられる。   On the other hand, several studies have been made on structures having inflatable properties due to material characteristic effects. In order to use a material having an inflatable property for a large structure, it is also necessary to be a hardened material having a certain degree of strength. Suitable examples of the hardened polymer material having strength include fiber reinforced plastic (FRP) and carbon fiber reinforced plastic (CFRP). In order to impart inflatability, a shape memory polymer is used inside. FRPs containing fiber materials are conceivable.

形状記憶ポリマーとは、通常のポリマーの中にあって、成形形状と変形形状とを熱による温度操作で使い分けることのできる樹脂である。この樹脂を用いた形状記憶ポリマー成形体は、ポリマーのガラス転移点以上、溶融温度又は分解温度未満の温度で変形を加え、その形状を保持した状態でガラス転移点(Tg)以下まで冷却することにより、変形形状を固定し、また、ガラス転移点以上で溶融温度又は分解温度未満の温度に加熱することにより、元の成形形状を回復するもので、温度操作により変形形状と成形形状を使い分けることのできるものである(例えば、特許文献1を参照)。   The shape memory polymer is a resin that can be used in a normal polymer and can selectively use a molded shape and a deformed shape by a temperature operation by heat. The shape memory polymer molded body using this resin is deformed at a temperature higher than the glass transition point of the polymer and lower than the melting temperature or the decomposition temperature, and is cooled to the glass transition point (Tg) or lower while maintaining the shape. By fixing the deformed shape and heating it to a temperature above the glass transition point and below the melting temperature or decomposition temperature, the original molded shape is recovered. (For example, refer to Patent Document 1).

通常FRPは、連続繊維材料を含んでなる繊維強化型プラスチィクであり、硬さはセラミック並で、金属並の強度があり、重さは金属材料の約1/8程度である。弾性率は鉄の約3〜4倍程度と優れる。このようなFRPやCFRPにおいては、その断面積中にどれだけ繊維と樹脂を密に詰めることができるかが、従来からの重要な研究課題であった。
FRPでは繊維の割合が強度を決定するので、繊維割合を増加すれば強度には優れるが、板状等の成形体形状にするには、相互の繊維を接着させる意味からも樹脂が必要である。そして、FRPに用いる繊維の織り方、撚り方によっても、いろいろな種類があり、例えばクロス(布)では幅10m位のものを用いることも可能であり、大型構造物用の板やパイプ等に利用できる。
Usually, FRP is a fiber reinforced plastic comprising a continuous fiber material, and has a hardness similar to that of ceramic, a strength similar to that of metal, and a weight of about 1/8 that of a metal material. The elastic modulus is about 3 to 4 times that of iron. In such FRP and CFRP, it has been an important research subject from the past how much the fibers and the resin can be packed in the cross-sectional area.
In FRP, the fiber ratio determines the strength, so if the fiber ratio is increased, the strength is excellent. However, in order to form a molded body such as a plate shape, a resin is also required from the viewpoint of bonding the fibers to each other. . There are various types depending on the weaving and twisting of the fibers used for FRP. For example, cloth (cloth) with a width of about 10 m can be used, such as plates and pipes for large structures. Available.

一般に、形状記憶繊維強化プラスチック材料は通常のFRP同様に強度・剛性に優れるものである。しかし、形状記憶性能に関連して一定以上の変形量を有するような薄い状態においては、一定以上の剛性を得るのは困難な場合があった。つまり、FRPの変形量は小さいので、コンパクトな変形を求める場合、板状にするには板厚に制限があり、薄くして変形量を維持することが必要になる。   In general, a shape memory fiber reinforced plastic material is excellent in strength and rigidity like ordinary FRP. However, in a thin state having a certain amount of deformation related to shape memory performance, it has been difficult to obtain a certain degree of rigidity. That is, since the deformation amount of FRP is small, when a compact deformation is required, there is a limit to the plate thickness in order to obtain a plate shape, and it is necessary to reduce the thickness and maintain the deformation amount.

一方、FRPを有効に利用する場合、一枚の薄い板状体のFRPでは剛性(曲げ剛性)が低いので、板状体の剛性を向上して、曲げにくい板状体を得ることが必要である。しかし、薄い状態の方が形状回復・形状記憶性能は優れるので、形状記憶繊維強化プラスチック自体の厚みを増すと、形状回復や形状記憶性(固定性)は減少してしまう。よって、形状記憶繊維強化プラスチック自体の厚みを薄くしたまま、剛性にも優れる構造体が望まれていた。   On the other hand, when FRP is used effectively, the rigidity (bending rigidity) of a single thin plate-like FRP is low, so it is necessary to improve the rigidity of the plate-like body and obtain a plate-like body that is difficult to bend. is there. However, since the shape recovery / shape memory performance is better in the thin state, the shape recovery and shape memory (fixability) decrease when the thickness of the shape memory fiber reinforced plastic itself is increased. Therefore, there has been a demand for a structure having excellent rigidity while reducing the thickness of the shape memory fiber reinforced plastic itself.

他方、従来から繊維強化プラスチックを用いた張り合わせ構造は知られている。例えば軽量パネルなどの分野では、ポリイミド系の材料板の両面に、薄いFRPなどの剛体が張り合わせて、軽量であり且つ強度を有する積層体パネルが成型されている。しかしながら、積層体が形状記憶性を有するような積層体については、未だ十分な研究が行われていない。
特開平5−320366号公報
On the other hand, a laminated structure using a fiber reinforced plastic has been known. For example, in the field of lightweight panels and the like, a rigid panel such as a thin FRP is laminated on both surfaces of a polyimide-based material plate to form a lightweight and strong laminate panel. However, sufficient research has not yet been conducted on laminates in which the laminate has shape memory properties.
JP-A-5-320366

本発明者らは、上記問題点に鑑み、形状記憶性を有する構造体において、十分な剛性を付与できると共に、本来の形状固定・回復機能などの形状記憶作用も十分に発揮できる、優れた強度およびインフレータブル性を併せ持つ構造体を開発すべく、鋭意検討した。
その結果、本発明者らは、形状記憶繊維強化プラスチックを他の成分からなる層と組み合わせて積層するとともに、形状記憶繊維強化プラスチックの形状記憶機能を積層体としても十分発揮できるような多層構造とすることによって、かかる問題点が解決されることを見出した。本発明は、かかる見地より完成されたものである。
In view of the above-mentioned problems, the present inventors have excellent strength that can provide sufficient rigidity in a structure having shape memory properties, and can sufficiently exhibit shape memory effects such as an original shape fixing / recovery function. In addition, in order to develop a structure that has both inflatable properties, we have intensively studied.
As a result, the present inventors have laminated a shape memory fiber reinforced plastic in combination with a layer composed of other components, and a multilayer structure that can sufficiently exhibit the shape memory function of the shape memory fiber reinforced plastic as a laminate. It was found that this problem can be solved by doing so. The present invention has been completed from such a viewpoint.

本発明の目的とする構造体は、積層体自体が形状記憶性を発揮する多層構造であり、積層体の剛体部分に、形状記憶性を有する繊維強化プラスチックを用いるものである。本発明では、張り合わせる剛体自体が形状記憶性を有することにより、全体として積層体にも形状記憶性を付与する。よって、積層される他の材料には、繊維強化プラスチックよりも軟体である材料が用いられ、これによって積層体の形状記憶性が維持される。この剛体である繊維強化プラスチックと軟体である層の組み合わせによって、曲げることが難しい剛体部分の厚さを抑えつつ、軟体部分で厚さを増して、十分な剛性も発揮可能とするものである。   The structure targeted by the present invention is a multilayer structure in which the laminate itself exhibits shape memory properties, and a fiber reinforced plastic having shape memory properties is used for the rigid portion of the laminate. In the present invention, the rigid body itself to be bonded has shape memory, so that the laminated body as a whole is also given shape memory. Therefore, a material that is softer than the fiber reinforced plastic is used as the other material to be laminated, and thereby the shape memory property of the laminated body is maintained. The combination of the fiber reinforced plastic which is a rigid body and the layer which is a soft body suppresses the thickness of the rigid body portion which is difficult to bend, while increasing the thickness at the soft body portion so that sufficient rigidity can be exhibited.

すなわち、本発明は、少なくとも形状記憶繊維強化プラスチックからなる層とポリウレタン系形状記憶発泡体からなる層を積層させた多層構造からなる形状記憶複合材料であって、前記形状記憶繊維強化プラスチックからなる層が、前記形状記憶複合材料の外側に配置されており、前記形状記憶繊維強化プラスチックからなる層に挟まれるコア層が、前記ポリウレタン系形状記憶発泡体からなる層であるサンドイッチ構造を特徴とする形状記憶複合材料を提供するものである。 That is, the present invention provides a shape memory composite material consisting of a multilayer structure formed by laminating a layer made of at least a shape memory fiber-reinforced plastic layers and a polyurethane based shape memory foam, a layer made of the shape memory fiber reinforced plastic Is disposed outside the shape memory composite material, and the core layer sandwiched between the layers made of the shape memory fiber reinforced plastic has a sandwich structure in which the layer is made of the polyurethane-based shape memory foam. A memory composite material is provided.

また、本発明は、形状記憶繊維強化プラスチックからなる層を形成する工程と、ポリウレタン系形状記憶発泡体からなる層を形成する工程と、前記形状記憶繊維強化プラスチックからなる層で前記ポリウレタン系形状記憶発泡体からなる層を挟み、前記形状記憶繊維強化プラスチックからなる層が外側に配置されるサンドイッチ構造となるように積層して多層構造からなる複合材料を成形する工程と、を含むことを特徴とする形状記憶複合材料の製造方法を提供するものである。
層を積層して多層構造からなる複合材料を成形する工程においては、層間に接着剤を用いて貼り合わせ、加熱して硬化させることができる。加熱は接着剤の種類によって任意に行われるが、例えば常温〜200℃程度で10分〜5時間程度行うことができる。接着剤には、例えば形状記憶繊維強化プラスチックに用いられている形状記憶ポリマー成分や他形状記憶ポリマー及び形状記憶発泡体の形状記憶ポリマー成分を使用することができる。
The present invention also includes a step of forming a layer made of shape memory fiber reinforced plastic, a step of forming a layer made of polyurethane shape memory foam, and a layer made of shape memory fiber reinforced plastic. Sandwiching a layer made of foam, and laminating the layer made of shape memory fiber reinforced plastic to form a sandwich structure arranged outside, and forming a composite material made of a multilayer structure, A method for producing a shape memory composite material is provided.
In the step of forming a composite material having a multilayer structure by laminating layers, the layers can be bonded using an adhesive and cured by heating. Although heating is arbitrarily performed according to the kind of adhesive agent, it can be performed for about 10 minutes-about 5 hours, for example at normal temperature-about 200 degreeC. As the adhesive, for example, a shape memory polymer component used in a shape memory fiber reinforced plastic, another shape memory polymer, and a shape memory polymer component of a shape memory foam can be used.

本発明の製造方法では、前記形状記憶繊維強化プラスチックとしてプリプレグを用いることができる。例えば、プリプレグとして形状記憶繊維強化プラスチックを複数枚積層した積層体を用いることができる。   In the production method of the present invention, a prepreg can be used as the shape memory fiber reinforced plastic. For example, a laminate in which a plurality of shape memory fiber reinforced plastics are laminated as a prepreg can be used.

また、本発明の製造方法では、前記複合材料を成形する工程において、積層における各層の貼合わせ部分に形状記憶樹脂成分を塗布することができる。この形状記憶樹脂成分は、前記形状記憶繊維強化プラスチック又は前記ポリウレタン系樹脂のいずれか1つと同一の樹脂組成物であることが好ましい。これによって、簡易に各層間の接着性を十分なレベルまで向上させることができる。   Moreover, in the manufacturing method of this invention, in the process of shape | molding the said composite material, a shape memory resin component can be apply | coated to the bonding part of each layer in lamination | stacking. The shape memory resin component is preferably the same resin composition as any one of the shape memory fiber reinforced plastic and the polyurethane resin. This makes it possible to easily improve the adhesion between the layers to a sufficient level.

さらに、本発明は、形状記憶繊維強化プラスチックからなる層を形成する工程と、得られる該形状記憶繊維強化プラスチックからなる層を形状記憶発泡体成形用の型内に配置する工程と、該型内にて形状記憶発泡体からなる層を形成するとともに、前記形状記憶繊維強化プラスチックからなる層が外側に配置され、前記形状記憶繊維強化プラスチックからなる層に挟まれるコア層が、前記形状記憶発泡体からなる層であるサンドイッチ構造に積層された多層構造からなる複合材料を同時に成形する工程と、を含むことを特徴とする形状記憶複合材料の製造方法を提供するものである。 Furthermore, the present invention provides a step of forming a layer made of shape memory fiber reinforced plastic, a step of placing the obtained layer made of shape memory fiber reinforced plastic in a mold for shape memory foam molding, Forming a layer made of a shape memory foam, a core layer having the shape memory fiber reinforced plastic layer disposed outside and sandwiched between the shape memory fiber reinforced plastic layers, the shape memory foam And a step of simultaneously molding a composite material having a multi-layer structure laminated in a sandwich structure, which is a layer made of the above-mentioned layers, and a method for producing a shape memory composite material.

本発明では、サンドイッチ構造として、剛体である形状記憶繊維強化プラスチックが外側に配置されて層を形成しているため、この形状記憶繊維強化プラスチックからなる層に挟まれる層(コア層)発泡体(フォーム材)でも、シェル効果によって複合材料の剛性や強度が向上する。一方、サンドイッチ構造では形状固定・回復機能などの作用は、コア層が形状記憶繊維強化プラスチックよりも軟体であるため、同じ厚さでコア層を有さない場合よりも優れた形状記憶性能を発揮する。 In the present invention, as a sandwich structure, the shape memory fiber-reinforced plastic is rigid is to form a layer placed outside, a layer sandwiched layer made of the shape memory fiber-reinforced plastic (core layer) foam But (foam), the shell effect, improving the rigidity and strength of the composite material. On the other hand, in the sandwich structure, the shape fixing / recovery function, etc., exhibits a better shape memory performance than the case where the core layer has the same thickness because the core layer is softer than the shape memory fiber reinforced plastic. To do.

また、上記サンドイッチ構造において、外側に形状記憶繊維強化プラスチックを配置し、コア材に変形自由度の大きい材質を配置すれば、高強度・高剛性で且つ変形自由度の高い材料となる。特に、コア材を発泡体とした場合、変形時にはコア部が圧縮可能であることから板厚が薄くなり変形自由度は飛躍的に向上する。特に、形状記憶発泡体をコア材に用いた場合には、コア材自体も形状記憶特性を有するため好適である。   Further, in the above sandwich structure, if a shape memory fiber reinforced plastic is disposed on the outer side and a material having a large degree of deformation freedom is disposed on the core material, a material having high strength, high rigidity and high degree of deformation freedom is obtained. In particular, when the core material is a foam, the core portion can be compressed during deformation, so that the plate thickness is reduced and the degree of freedom of deformation is dramatically improved. In particular, when a shape memory foam is used for the core material, the core material itself has a shape memory characteristic, which is preferable.

本発明で用いられる形状記憶発泡体や形状記憶ポリマーはポリウレタン系樹脂であるため、宇宙環境を考えた場合、紫外線や電子線等で劣化しやすい。本発明では、これらのポリウレタン系樹脂と形状記憶繊維強化プラスチックとを組み合わせることにより、外側を(形状記憶)CFRP等で覆うことによる遮蔽効果によって、コア層部材の材料劣化を抑制することができる。   Since the shape memory foam and the shape memory polymer used in the present invention are polyurethane-based resins, when space environment is considered, they are easily deteriorated by ultraviolet rays, electron beams or the like. In the present invention, by combining these polyurethane-based resins and shape memory fiber reinforced plastic, the material deterioration of the core layer member can be suppressed by the shielding effect by covering the outside with (shape memory) CFRP or the like.

本発明の形状記憶複合材料は形状記憶繊維強化プラスチックの層を有し、ポリウレタン系樹脂等の層と積層してあるので、インフレータブル性を有して、熱を加えることによって第2の形状をとることができる。このような2以上の形状及びその形状における物性を使い分けることにより、本発明の形状記憶複合材料を種々の用途に適用することができる。特に、ポリマーのガラス転移点を室温付近に設定した場合については、簡易な加熱手段を用いて、随時簡単に変形固定、展開、膨張させることができる。   Since the shape memory composite material of the present invention has a layer of shape memory fiber reinforced plastic and is laminated with a layer of polyurethane resin or the like, it has an inflatable property and takes the second shape by applying heat. be able to. By properly using such two or more shapes and physical properties in the shapes, the shape memory composite material of the present invention can be applied to various applications. In particular, when the glass transition point of the polymer is set to around room temperature, it can be easily deformed, fixed, developed and expanded as needed using a simple heating means.

本発明の形状記憶複合材料によれば、形状記憶繊維強化プラスチック自体の厚みを薄くしたまま、曲げ性や形状固定・形状回復性を十分に維持しながら、剛性にも優れた積層体を提供できる。つまり本発明の形状記憶複合材料は、形状記憶性を有する構造体として、十分な剛性および強度を付与できる。また、積層体であっても、本来の形状固定・回復機能などの形状記憶作用を十分に発揮できる。   According to the shape memory composite material of the present invention, it is possible to provide a laminate having excellent rigidity while sufficiently maintaining bendability, shape fixing, and shape recoverability while reducing the thickness of the shape memory fiber reinforced plastic itself. . That is, the shape memory composite material of the present invention can impart sufficient rigidity and strength as a structure having shape memory properties. Moreover, even if it is a laminated body, shape memory actions, such as an original shape fixing / recovery function, can fully be exhibited.

以下、本発明の形状記憶複合材料に用いられる各成分とともに、形状記憶複合材料の製造方法について説明する。
本発明は、2以上の層を積層させた多層構造からなる形状記憶複合材料を提供する。多層構造の内の少なくとも1以上の層は、形状記憶繊維強化プラスチックからなる層である。他の層としては、ポリウレタン系樹脂からなる層が挙げられ、このポリウレタン系樹脂としては、形状記憶ポリマーや形状記憶発泡体が好適である。
Hereinafter, the manufacturing method of a shape memory composite material is demonstrated with each component used for the shape memory composite material of this invention.
The present invention provides a shape memory composite material having a multilayer structure in which two or more layers are laminated. At least one layer in the multilayer structure is a layer made of shape memory fiber reinforced plastic. Examples of the other layer include a layer made of a polyurethane-based resin. As the polyurethane-based resin, a shape memory polymer or a shape memory foam is preferable.

本発明で用いられるFRPは形状固定・回復機能を有しているので、この形状固定・回復機能を生かすためには、形状記憶繊維強化プラスチックからなる層が一定以下の薄さである必要がある。一方において、薄い層では、FRPが本来有するはずの剛性に劣ってしまうため、材料全体としては一定以上の厚みが必要である。この厚みを持たせるために、本発明では他の成分からなる層を含む多層構造とするものである。他の成分からなる層には、形状回復性の観点から形状記憶ポリマーを用いるのが好適であり、形状記憶発泡体を用いれば、さらに形状回復機能に優れる。
また、本発明の多層構造においては最外郭の層にFRPを設け、軟体の層を内側に少なくとも1層以上設けることが好ましく、コア層に形状記憶発泡体を用いる態様が挙げられる。コア層の厚みが大きければ、シェル効果により剛性が向上するとともに、積層体に負荷する変形歪みを吸収することができるので、剛性を有したまま変形可能であり、変形能力が高まる。特にコア層に形状記憶発泡体を用いた場合には、変形時にコア層自体も圧縮され変形して板厚を大幅に薄くできるため変形で発生する歪み量を大幅に小さくでき、このことから大きな形状変形能力を有することができる。
Since the FRP used in the present invention has a shape fixing / recovering function, in order to make use of this shape fixing / recovering function, the layer made of shape memory fiber reinforced plastic needs to have a certain thickness or less. . On the other hand, since the thin layer is inferior in rigidity inherent to FRP, the material as a whole needs to have a certain thickness or more. In order to provide this thickness, the present invention has a multilayer structure including layers composed of other components. For the layer composed of other components, it is preferable to use a shape memory polymer from the viewpoint of shape recovery, and if a shape memory foam is used, the shape recovery function is further improved.
Further, in the multilayer structure of the present invention, it is preferable to provide FRP in the outermost layer and provide at least one soft body layer on the inner side, and an embodiment using a shape memory foam in the core layer can be mentioned. If the thickness of the core layer is large, the rigidity is improved by the shell effect and the deformation strain applied to the laminated body can be absorbed. Therefore, the core layer can be deformed while having rigidity, and the deformation ability is enhanced. In particular, when a shape memory foam is used for the core layer, the core layer itself is also compressed and deformed at the time of deformation, so that the thickness of the plate can be greatly reduced. It can have shape deformation ability.

本発明で用いられる形状記憶繊維強化プラスチックは、具体的には、例えば2官能及び3官能の液状イソシアネートと、2官能のポリオールと、活性水素基を含む2官能の鎖延長剤とを官能基のモル比で、イソシアネート:ポリオール:鎖延長剤=5.0〜1.0:1.0:4.0〜0にて調製した樹脂組成物(組成1)に、繊維材料を含浸した後、硬化させることによって得られるものが挙げられる。また、他の樹脂組成物(組成2)としては、2官能又は3官能のイソシアネートと、平均分子量100〜550のポリオールとを、官能基のモル比でイソシアネート:ポリオール=0.9〜1.1:1.0にて含むものが挙げられる。   Specifically, the shape memory fiber reinforced plastic used in the present invention includes, for example, a bifunctional and trifunctional liquid isocyanate, a bifunctional polyol, and a bifunctional chain extender containing an active hydrogen group. What is obtained by impregnating a fiber material into a resin composition (composition 1) prepared in a molar ratio of isocyanate: polyol: chain extender = 5.0 to 1.0: 1.0: 4.0 to 0 and then curing the resin composition. It is done. In addition, as another resin composition (Composition 2), a difunctional or trifunctional isocyanate and a polyol having an average molecular weight of 100 to 550 are represented by a molar ratio of functional groups: isocyanate: polyol = 0.9 to 1.1: 1.0. Including.

上記樹脂組成物の特性としては、繊維材料を十分に浸透させるために、初期の含浸性が必要であると同時に、一定以上の可使時間の長さが必要である。樹脂組成物は、強化繊維への含浸性を考慮すると、粘弾性測定による樹脂組成物の粘度は1000cps以下であることが好ましい。また、繊維材料への樹脂組成物の十分な含浸時間を確保して密なFRP成型体を得るには、可使時間が30分以上好ましくは60分以上であるのがよい。ここでの可使時間は、樹脂組成物の粘度の立ち上がり時間として例えば1000cpsになるまでの時間である。一方、成形したFRPのインフレータブル機能を発現させるためには、形状記憶性を保持する観点から、樹脂組成物のTgは40〜150℃、好ましくは70〜120℃程度であることが望ましい。   As a characteristic of the resin composition, in order to sufficiently permeate the fiber material, initial impregnation is required and at the same time, a certain pot life is required. The resin composition preferably has a viscosity of 1000 cps or less by measuring the viscoelasticity in consideration of the impregnation property into the reinforcing fiber. Moreover, in order to secure a sufficient impregnation time of the resin composition into the fiber material and obtain a dense FRP molded product, the pot life is preferably 30 minutes or longer, preferably 60 minutes or longer. The pot life here is the time until the viscosity rise time of the resin composition reaches, for example, 1000 cps. On the other hand, in order to develop the inflatable function of the molded FRP, it is desirable that the Tg of the resin composition is about 40 to 150 ° C., preferably about 70 to 120 ° C., from the viewpoint of maintaining shape memory properties.

上記樹脂組成物に使用可能な原料を次に例示するが、これらに限定されるものではない。
2官能及び3官能のイソシアネートの例としては、一般式でOCN−R−NCOと表記することができ、Rにはベンゼン環を1、2個有するものと全く有しないものがあるが、いずれも使用可能であり、具体的には、2.4−トリエンジイソシアネート、4.4′−ジフェニルメタンジイソシアネート、カルボジイミド変性の4.4′−ジフェニルメタンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート等を挙げることができる。
Although the raw material which can be used for the said resin composition is illustrated next, it is not limited to these.
Examples of difunctional and trifunctional isocyanates can be represented by the general formula OCN-R-NCO, where R has one or two benzene rings and none at all. Specific examples thereof include 2.4-triene diisocyanate, 4.4'-diphenylmethane diisocyanate, carbodiimide-modified 4.4'-diphenylmethane diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, and the like.

2官能のポリオールの例としては、一般式でHO−R′−OHと表記することができ、R′にはベンゼン環を1、2個有するものと有しないもの、更には上記の2官能のポリオールに対して2官能のカルボン酸若しくは環状エーテルを反応させた生成物などが挙げられ、具体的には、ポリプロピレングリコール、1.4−ブタングリコールアジペート、ポリテトラメチレングリコール、ポリエチレングリコール、ビスフェノール−A+プロピレンオキサイド等を挙げることができる。
本発明においては上記ポリオールの中で、加水分解が懸念されないエーテル系であって、分子設計的に高Tg化が可能な芳香族系もしくは脂肪族側鎖系が好ましい。特に上記化合物中では、ポリプロピレングリコールが好ましく、ポリオール成分中のモノマーとして通常50重量%以上好ましくは70重量%以上さらに好ましくは90重量%以上含むのがよい。
Examples of bifunctional polyols can be represented by the general formula HO-R'-OH, where R 'has one or two benzene rings, and those having the above two functions. Examples thereof include products obtained by reacting a polyol with a bifunctional carboxylic acid or a cyclic ether, such as polypropylene glycol, 1.4-butane glycol adipate, polytetramethylene glycol, polyethylene glycol, bisphenol-A + propylene oxide. Etc.
In the present invention, among the above polyols, an ether type which is not concerned with hydrolysis and is preferably an aromatic type or an aliphatic side chain type which can increase Tg in terms of molecular design. In particular, in the above compound, polypropylene glycol is preferable, and the content of the monomer in the polyol component is usually 50% by weight or more, preferably 70% by weight or more, and more preferably 90% by weight or more.

活性水素基を含む2官能の鎖延長剤の例としては、一般式でHO−R″−OHで表記することができ、R″には(CH2)n基、ベンゼン環を1、2個有する基など、いずれも使用可能であり、具体的には、エチレングリコール、1.4−ブタングリコール、ビス(2−ハイドロキシエチル)ハイドロキノン、ビスフェノール−A+エチレンオキサイド、ビスフェノール−A+プロピレンオキサイド等を挙げることができる。このような鎖延長剤は、樹脂組成物の中でTg調整剤の役割を有するものであり、特に高Tgを維持するのに用いられる。   As an example of a bifunctional chain extender containing an active hydrogen group, it can be represented by the general formula HO-R "-OH, where R" has a (CH2) n group and one or two benzene rings. Any of these groups can be used. Specific examples include ethylene glycol, 1.4-butane glycol, bis (2-hydroxyethyl) hydroquinone, bisphenol-A + ethylene oxide, bisphenol-A + propylene oxide, and the like. Such a chain extender has a role of a Tg adjusting agent in the resin composition, and is particularly used to maintain a high Tg.

なお、上記組成2の樹脂組成物は、上記鎖延長剤を含有しない。鎖延長剤は、ボリマー組成物の中でTg調整剤の役割を有するものであり、高いTgを維持するのに用いられているが、その一方で可使時間を短くする傾向があるため、このような鎖延長剤を用いずに、低分子量のポリオールを用い且つイソシアネートとポリオールの含有割合を制御することで組成2の樹脂組成物は高いTgを有する。
樹脂組成物としては、2官能又は3官能のイソシアネートと、ポリオールとを、官能基のモル比でイソシアネート:ポリオール=0.9〜1.1:1.0にて含むものを用いる場合には、ポリオールとして平均分子量が通常100〜550のものを用いる。この樹脂組成物の場合、ポリオールの分子量が550を超えると、得られる形状記憶ポリマーの可使時間が長くなる利点があるものの、Tgが低下するため、宇宙環境において形状固定及び形状回復といった形状記憶性を発現させるために必要なポリマー組成物のTgを40℃以上に維持することができなくなる。一方、平均分子量が100未満の場合、FRPの成形に必要な可使時間を確保できなくなる。ポリオールの平均分子量は、好ましくは150〜250である。
この樹脂組成物(組成2)においては、イソシアネートとポリオールとの混合比は、官能基のモル比で、イソシアネート:ポリオール=0.9〜1.1:1.0(すなわち、NCO/OH=O.9〜1.1)である。このような混合比とすることで、必要な可使時間を確保しつつ、形状固定及び形状回復といった形状記憶性を発現することができる高いTgを有するポリマー組成物を得ることができる。
The resin composition of composition 2 does not contain the chain extender. Chain extenders have the role of Tg modifiers in polymer compositions and are used to maintain high Tg, while tending to shorten pot life, Without using such a chain extender, the resin composition of Composition 2 has a high Tg by using a low molecular weight polyol and controlling the content ratio of isocyanate and polyol.
When using a resin composition containing a difunctional or trifunctional isocyanate and a polyol in a functional group molar ratio of isocyanate: polyol = 0.9 to 1.1: 1.0, the average molecular weight is usually the polyol. Use 100-550. In the case of this resin composition, when the molecular weight of the polyol exceeds 550, there is an advantage that the usable time of the obtained shape memory polymer becomes long, but since Tg is lowered, shape memory such as shape fixation and shape recovery in the space environment is reduced. It becomes impossible to maintain the Tg of the polymer composition necessary for developing the property at 40 ° C. or higher. On the other hand, when the average molecular weight is less than 100, the pot life required for FRP molding cannot be secured. The average molecular weight of the polyol is preferably 150 to 250.
In this resin composition (composition 2), the mixing ratio of isocyanate and polyol is the molar ratio of functional groups, and is: isocyanate: polyol = 0.9 to 1.1: 1.0 (ie, NCO / OH = O.9 to 1.1). is there. By setting it as such a mixing ratio, the polymer composition which has high Tg which can express shape memory property, such as shape fixation and shape recovery, can be obtained, ensuring required pot life.

上記いずれの樹脂組成物にも硬化可能な範囲で添加剤を添加できる。添加剤としては、各種フィラー、有機成分、希釈剤等の慣用される添加剤を一種以上添加することができる。   Additives can be added to any of the above resin compositions within a curable range. As the additive, one or more commonly used additives such as various fillers, organic components, and diluents can be added.

繊維材料については、有機材料による繊維に限定されるものではなく、ガラス繊維等の無機繊維や炭素繊維を用いることができる。具体的には、例えばアラミド繊維などが好適である。織組織も限定されないが、例えばタテ糸とヨコ糸からなる平織りの素材が挙げられ、厚さは例えば0.1〜1.0mmの範囲のものが用いられる。
また、本発明で用いられる繊維強化プラスチックには、上記樹脂組成物および繊維材料以外に、補強用繊維や色素等が含まれていても良く、それらの量比は特に限定されるものではない。
The fiber material is not limited to fibers made of organic materials, and inorganic fibers such as glass fibers and carbon fibers can be used. Specifically, for example, an aramid fiber is suitable. Although the woven structure is not limited, for example, a plain weave material made of warp and weft is used, and the thickness is, for example, in the range of 0.1 to 1.0 mm.
Further, the fiber reinforced plastic used in the present invention may contain reinforcing fibers, pigments and the like in addition to the resin composition and the fiber material, and the amount ratio thereof is not particularly limited.

本発明に用いられる繊維強化プラスチックについて、樹脂組成物と繊維材料の組成比は特に限定されるものではないが、繊維材料の体積含有率が通常5〜75体積%、好ましくは10〜60体積%、さらに好ましくは20〜55体積%の割合で含まれることがよい。ここでFRP中の繊維材料の理論体積は、単位面積当たりの繊維材料重量に積層枚数を考慮した値を、繊維材料の密度で割った値として計算できる。繊維材料が5体積%未満では繊維材料による強度が十分に発揮されないので好ましくなく、繊維材料が75体積%を越えると難成形性で、樹脂の含浸が不十分となって良品を得ることが難しい。また、繊維材料が60体積%を超えると、ポリマー組成物によるインフレータブル性が十分に発揮されにくくなる。上記体積含有率の範囲内においては、繊維材料の組成比を多くした場合、得られる成形体は強度が高くなり、一方、樹脂を多く配合した場合、形状固定の特性が向上する。   Regarding the fiber reinforced plastic used in the present invention, the composition ratio between the resin composition and the fiber material is not particularly limited, but the volume content of the fiber material is usually 5 to 75% by volume, preferably 10 to 60% by volume. More preferably, it is contained in a proportion of 20 to 55% by volume. Here, the theoretical volume of the fiber material in the FRP can be calculated as a value obtained by dividing the value of the fiber material weight per unit area into consideration by the density of the fiber material. If the fiber material is less than 5% by volume, the strength due to the fiber material is not sufficiently exhibited, which is not preferable. If the fiber material exceeds 75% by volume, it is difficult to form and the resin impregnation is insufficient and it is difficult to obtain a good product. . On the other hand, when the fiber material exceeds 60% by volume, the inflatability by the polymer composition is not sufficiently exhibited. Within the range of the volume content, when the composition ratio of the fiber material is increased, the obtained molded body has high strength, whereas when a large amount of resin is blended, the shape fixing property is improved.

本発明に用いられる形状記憶発泡体(ポリウレタンフォーム)としては、具体的には、発泡剤およびシロキサン−オキシアルキレンブロック共重合体を含む整泡剤の存在下で、ポリイソシアネートと、ポリオールと、鎖延長剤及び/又は架橋剤と、を含むフォーム原料を反応させて得られる形状記憶ポリウレタンフォームが挙げられる。上記鎖延長剤の配合割合は、ポリオール100重量部に対して1〜15重量部であり、上記架橋剤の配合割合は、ポリオール100重量部に対して5〜45重量部である。
このような形状記憶ポリウレタンフォームのガラス転移温度は、室温での扱い易さを保証するとともに、使いやすい温度範囲で形状記憶性を発現するための重要な物性でもあり、40〜80℃である。ガラス転移温度が40℃未満では室温での形状記憶性が発現せず、80℃を超えるとゴム状態とするまでに付与する熱量が大きくなり過ぎるので好ましくない。一方、ガラス転移温度が上記範囲にあれば、形状を固定したときの安定性と、ガラス転移温度を超えて変化したときの形状回複性の双方が好ましいものとなる。
Specifically, the shape memory foam (polyurethane foam) used in the present invention is a polyisocyanate, a polyol, a chain in the presence of a foam stabilizer and a foam stabilizer including a siloxane-oxyalkylene block copolymer. Examples thereof include a shape memory polyurethane foam obtained by reacting a foam material containing an extender and / or a crosslinking agent. The blending ratio of the chain extender is 1 to 15 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polyol, and the blending ratio of the crosslinking agent is 5 to 45 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polyol.
The glass transition temperature of such a shape memory polyurethane foam is 40 to 80 ° C., which is an important physical property for ensuring ease of handling at room temperature and for exhibiting shape memory properties in an easy-to-use temperature range. If the glass transition temperature is less than 40 ° C., shape memory property at room temperature does not appear, and if it exceeds 80 ° C., the amount of heat imparted until the rubber state is increased is not preferable. On the other hand, if the glass transition temperature is in the above range, both stability when the shape is fixed and shape reproducibility when the temperature changes beyond the glass transition temperature are preferable.

このような形状記憶ポリウレタンフォームは、ガラス転移温度以上、溶融温度又は分解温度未満の温度で変形を加え、その形状を保持した状態でガラス転移温度以下まで冷却することにより変形形状を固定し、また、ガラス転移温度以上で溶融温度又は分解温度未満の温度に加熱することにより、元の成形形状を回復するものであり、温度操作により形状を使い分けることができる。   Such a shape memory polyurethane foam is deformed at a temperature not lower than the glass transition temperature and lower than the melting temperature or the decomposition temperature, and the deformed shape is fixed by cooling to a temperature lower than the glass transition temperature while maintaining the shape. By heating to a temperature above the glass transition temperature and below the melting temperature or decomposition temperature, the original molded shape is recovered, and the shape can be properly used depending on the temperature operation.

本発明で用いられる形状記憶ポリマーとしては、ポリウレタンなどの形状記憶ポリマー材料から構成されるものであり、上記フォーム材である形状記憶発泡体や上記繊維材料を含む形状記憶繊維強化プラスチックとは区別される。組成としては、上記形状記憶繊維強化プラスチックの製造に用いられる樹脂組成物(上記組成1、2など)からなるシート状のもの等が挙げられる。   The shape memory polymer used in the present invention is composed of a shape memory polymer material such as polyurethane, and is distinguished from the shape memory foam as the foam material and the shape memory fiber reinforced plastic including the fiber material. The As a composition, the sheet-like thing etc. which consist of resin compositions (the said composition 1, 2 etc.) used for manufacture of the said shape memory fiber reinforced plastics are mentioned.

図1(c)及び(d)に、本発明の多層構造からなる形状記憶複合材料の積層を模式的に示す断面図を示す。なお、図1(a)及び(b)は参考図である。図中の構成材料A、B、Cには、形状記憶繊維強化プラスチックの他、形状記憶発泡体、形状記憶ポリマー材料、ゴム材料又はエラストマー等を適宜選択可能である。 In FIG. 1 (c) and (d), it shows a cross-sectional view schematically showing a lamination of a multilayer structure shape memory composites of the present invention. 1A and 1B are reference diagrams. As the constituent materials A, B, and C in the drawing, a shape memory foam reinforced material, a shape memory polymer material, a rubber material, an elastomer, and the like can be appropriately selected in addition to the shape memory fiber reinforced plastic.

図1(a)に示す2層構造の場合、構成材料Aに剛性材料である形状記憶FRPを用いる場合、構成材料Bにはゴムシート等の軟体を用いることができる。AにCFRP、Bにゴムシートの場合、AのFRPの剛性によって、複合材料としての形状固定・回復が可能である。ゴムシートは十分に変形できるので、ゴムシートに形状記憶性のFRPが張合わされている場合には、積層体の複合材料を曲げて変形させると、ゴムの復元力よりFRPの剛性の方が大きければ、そのままの形状を記憶(固定)することができる。また、この2層構造の場合、構成材料AにFRP、Bに形状記憶発泡体とすることもできる。
構成材料Aに用いるFRPとして具体的には、上記組成2の樹脂組成物に繊維材料を含浸させて成型した形状記憶繊維強化プラスチックを用いることができる。A層のCFRPの厚さとしては、より具体的には0.1〜1.0mmの範囲、例えば0.25mmとすることができる。構成材料Bに用いる発泡体の厚さとしては、より具体的には1.0〜30.0mmの範囲、例えば5.0mmとすることができる。
In the case of the two-layer structure shown in FIG. 1A, when the shape memory FRP, which is a rigid material, is used as the constituent material A, a soft body such as a rubber sheet can be used as the constituent material B. In the case of CFRP for A and a rubber sheet for B, the shape of the composite material can be fixed and recovered by the rigidity of FRP of A. Since the rubber sheet can be deformed sufficiently, when shape memory FRP is bonded to the rubber sheet, bending and deforming the composite material of the laminate will increase the rigidity of the FRP rather than the restoring force of the rubber. In this case, the shape as it is can be stored (fixed). In the case of this two-layer structure, the constituent material A can be FRP, and the shape B can be a shape memory foam.
Specifically, the shape memory fiber reinforced plastic formed by impregnating the fiber composition into the resin composition of the above composition 2 can be used as the FRP used for the constituent material A. More specifically, the thickness of the CFRP of the A layer can be set in the range of 0.1 to 1.0 mm, for example, 0.25 mm. More specifically, the thickness of the foam used for the constituent material B can be set in the range of 1.0 to 30.0 mm, for example, 5.0 mm.

図1(b)に示す3層構造の場合、例えば構成材料AにCFRP、Bに形状記憶発泡体、Cに耐光性を有するゴムシート等を用いることができる。また、構成材料Cには、上記組成2の樹脂組成物にタルクを5〜30重量%含有させて、シート状に成型した形状記憶ポリマー(組成3)を用いることができる。構成材料Cに用いるポリマー材料の厚さとしては、より具体的には0.1〜1.0mmの範囲、例えば0.25mmとすることができる。A層のCFRPの厚さ、および、構成材料Bに用いる発泡体の厚さは、図1(a)の場合と同様である。この多層構造からなる積層体の場合にも、形状記憶・回復が可能である。   In the case of the three-layer structure shown in FIG. 1B, for example, CFRP can be used as the constituent material A, a shape memory foam can be used as B, and a rubber sheet having light resistance can be used as C. In addition, as the constituent material C, a shape memory polymer (composition 3) obtained by adding 5 to 30% by weight of talc to the resin composition of the above composition 2 and molding it into a sheet shape can be used. More specifically, the thickness of the polymer material used for the constituent material C can be set in the range of 0.1 to 1.0 mm, for example, 0.25 mm. The thickness of CFRP of the A layer and the thickness of the foam used for the constituent material B are the same as in the case of FIG. In the case of a laminated body having this multilayer structure, shape memory / recovery is possible.

図1(c)に示す3層構造(サンドイッチ構造)の場合、外面の層である構成材料Aが形状記憶FRPであり、コア層である構成材料Bが形状記憶発泡体である。このサンドイッチ構造は、コア層にポリウレタン系樹脂を用いることが好ましく、外側両面に設けられる形状記憶繊維強化プラスチックとの接着性が良好となる。より具体的には、構成材料AにCFRP、Bに形状記憶発泡体の場合、構成材料AにCFRP、Bに上記組成3の形状記憶ポリマー好適に挙げられる。
A層のCFRPの厚さ、および、構成材料Bに用いる発泡体の厚さ、図1(b)の場合と同様である。構成材料B形状記憶発泡体のように一定以上の温度で軟体に変化する材料が用いられる。
図1(d)のような4層構造の場合、上記サンドイッチ構造に加えて、さらにコア層に構成材料Bとは異なる他のポリウレタン系樹脂からなる軟体の層を設ける。
The case of a three-layer structure (sandwich structure) shown in FIG. 1 (c), the material A is a layer of the outer surface is a shape memory FRP, the material B is the core layer is Ru shape memory foam der. In this sandwich structure, it is preferable to use a polyurethane-based resin for the core layer, and the adhesiveness with the shape memory fiber reinforced plastic provided on both outer surfaces is good. More specifically, when the constituent material A is CFRP and the shape memory foam is B, CFRP is preferably used as the constituent material A, and the shape memory polymer of the above composition 3 is preferably used as the B material.
The thickness of the CFRP of the layer A, and the thickness of the foam used for the constituent material B, and the same as in FIG. 1 (b). Construction material B material is used to vary the soft body at a constant temperature above as the shape memory foam.
In the case of a four-layer structure as shown in FIG. 1D, in addition to the sandwich structure, a soft layer made of another polyurethane resin different from the constituent material B is further provided in the core layer.

また、図1(b)(c)(d)の構成からなる積層体の場合、コア層である構成材料Bを発泡体にすることにより、積層体の状態ではシェル効果による剛性を有しながら、発泡体層を潰して減容効果を発揮させることができる。そして、構成材料Aが形状記憶繊維強化プラスチックであれば、減容した後には同じ厚さの薄いFRPと同様の形状固定・回復機能を有する。例えば、約10mmの厚さを有する積層体を潰した後の厚みが約1mmとなる場合、1mmの厚みの形状記憶FRPと同様の変形量、形状記憶性能を有する。そして、発泡体を復元して広げた後には、10mmの剛性の厚みを得ることができる。
コア層に用いる発泡体としては、形状記憶発泡体であるポリウレタンフォームを用いることができる。形状記憶発泡体は発泡倍率が5〜50倍程度まで発泡できるので、体積で5〜50分の1にできるという減容効果が期待でき、形状記憶繊維強化プラスチックとの貼り合わせも容易である。
Further, in the case of a laminate having the structure shown in FIGS. 1B, 1C and 1D, the constituent material B which is the core layer is made into a foamed body, so that the laminated body has rigidity due to the shell effect. The foam layer can be crushed to exhibit a volume reduction effect. If the constituent material A is a shape memory fiber reinforced plastic, it has a shape fixing / recovery function similar to that of a thin FRP having the same thickness after volume reduction. For example, when the thickness after crushing a laminate having a thickness of about 10 mm is about 1 mm, the deformation and shape memory performance are the same as the shape memory FRP having a thickness of 1 mm. And after restoring and expanding the foam, a rigid thickness of 10 mm can be obtained.
As the foam used for the core layer, a polyurethane foam which is a shape memory foam can be used. Since the shape memory foam can be expanded to an expansion ratio of about 5 to 50 times, it can be expected to have a volume-reducing effect that the volume can be reduced to 1/50, and can be easily bonded to a shape memory fiber reinforced plastic.

本発明の複合材料が図1(c)及び(d)のような積層体構成の場合も、形状記憶繊維強化プラスチックからなる層以外の各層がポリウレタン系樹脂であることにより、積層が極めて容易であり、剥離も少ない。そして、複合材料を成形する工程においては、積層における各層の貼合わせ部分に形状記憶樹脂成分を塗布することができる。この形状記憶樹脂成分は、形状記憶繊維強化プラスチック又はポリウレタン系樹脂のいずれか1つと同一の樹脂組成物であることが好ましい。 Even if the composite material of the present invention is a laminate structure as shown in FIG. 1 (c) and (d), by the other layers except the layer consisting of a shape memory fiber-reinforced plastic is a polyurethane-based resin, laminating extremely easy There is little peeling. And in the process of shape | molding a composite material, a shape memory resin component can be apply | coated to the bonding part of each layer in lamination | stacking. This shape memory resin component is preferably the same resin composition as any one of shape memory fiber reinforced plastic and polyurethane resin.

図1で示される本発明の形状記憶複合材料は、その用途や目的に従って任意に厚さを変化させることが可能であり、その厚さは何ら限定されるものではない。
例えば、図1(c)に示されるサンドイッチ構造において、コア層の構成材料Bが厚さ10mmの形状記憶発泡体であり、構成材料Aが厚さ0.25mmのCFRPであり、形状記憶複合材料全体の厚さが10.5mmの積層体である場合が挙げられる。この積層体は、コア層の構成材料Bが発泡体であり、この層を潰して減容化することにより、全体の厚さが約0.5〜1.5mm程度の板状体とすることができる。このように減容化した板状体は、十分な折曲げが可能であり、形状記憶機能を有する。
The shape memory composite material of the present invention shown in FIG. 1 can be arbitrarily changed in thickness according to its use and purpose, and the thickness is not limited at all.
For example, in the sandwich structure shown in FIG. 1C, the constituent material B of the core layer is a shape memory foam having a thickness of 10 mm, the constituent material A is CFRP having a thickness of 0.25 mm, and the shape memory composite material The case where it is a laminated body whose whole thickness is 10.5 mm is mentioned. In this laminate, the constituent material B of the core layer is a foam, and the layer is crushed to reduce the volume, thereby forming a plate-like body having an overall thickness of about 0.5 to 1.5 mm. Can do. The plate-like body reduced in volume as described above can be bent sufficiently and has a shape memory function.

形状記憶繊維強化プラスチックがCFRPであって、CFRP中の繊維の量が40%程度の場合、層の厚みは例えば0.1mm〜2.0mmの範囲で形状回復機能を発現する。
本発明に用いられる形状記憶繊維強化プラスチックは、FRPとしての基本物性に加え、インフレータブル性を有することが重要な特性であるが、これには樹脂特性や繊維材料の特性に加え、樹脂含有率、繊維の配向、あるいはFRP自体の積層構成なども影響する。一般的な炭素繊維布(CFクロス)と2液硬化タイプの形状記憶ポリマーを用い、熱プレスにてFRPを成形する場合には、積層するCFクロスを1〜5枚と変化させても、FRPの厚みが上記範囲内においては、インフレータブル性を有する。
本発明の積層体が形状記憶機能を有することから、形状記憶繊維強化プラスチックからなる層の厚さは、形状記憶繊維強化プラスチックが形状記憶性能を発揮する範囲である。
When the shape memory fiber reinforced plastic is CFRP and the amount of fibers in the CFRP is about 40%, the layer thickness exhibits a shape recovery function in the range of, for example, 0.1 mm to 2.0 mm.
The shape memory fiber reinforced plastic used in the present invention is an important characteristic that has inflatable properties in addition to the basic physical properties as FRP, but in addition to resin properties and fiber material properties, the resin content, The orientation of the fiber or the laminated structure of the FRP itself also affects. When a general carbon fiber cloth (CF cloth) and a two-part curing type memory polymer are used, and FRP is molded by hot press, the FRP can be changed even if the number of laminated CF cloth is changed from 1 to 5. When the thickness is within the above range, it has inflatable properties.
Since the laminate of the present invention has a shape memory function, the thickness of the layer made of the shape memory fiber reinforced plastic is within a range in which the shape memory fiber reinforced plastic exhibits shape memory performance.

本発明の形状記憶複合材料を製造する方法について、その一例を説明する。本発明の製造方法では、先ず、形状記憶繊維強化プラスチックからなる層を形成する。別途、ポリウレタン系樹脂からなる層を形成する。これらの層を積層して多層構造からなる複合材料を成形する。この際、接着剤を用いずに圧着することも可能であるが、上記樹脂組成物の一部を一方の層に塗布すること等によって、両層を確実に接着させることができる。接着の際には、加熱することによって行うこともできる。
具体的には、層を積層して複合材料を成形する工程においては、層間に接着剤を用いて貼り合わせ、加熱して硬化させることができる。加熱する場合には、通常80〜200℃程度、例えば150℃にて、通常10分〜5時間程度、例えば約1時間行うことができる。接着剤には、形状記憶繊維強化プラスチックに用いられている樹脂組成物(組成1、2など)を使用することができる。
An example of the method for producing the shape memory composite material of the present invention will be described. In the production method of the present invention, first, a layer made of shape memory fiber reinforced plastic is formed. Separately, a layer made of polyurethane resin is formed. These layers are laminated to form a composite material having a multilayer structure. At this time, it is possible to perform pressure bonding without using an adhesive, but it is possible to securely bond both layers by applying a part of the resin composition to one layer. The bonding can be performed by heating.
Specifically, in the step of forming a composite material by laminating layers, the layers can be bonded together using an adhesive and heated to be cured. In the case of heating, it can be carried out usually at about 80 to 200 ° C., for example, 150 ° C., usually for about 10 minutes to 5 hours, for example about 1 hour. As the adhesive, a resin composition (composition 1, 2, etc.) used for shape memory fiber reinforced plastics can be used.

前記形状記憶繊維強化プラスチックとしては、プリプレグを用いることができる。また、前記形状記憶ポリマーとして半硬化材料を用いることができる。
また、本発明では、形状記憶繊維強化プラスチックからなる層を形成する工程と、得られる該形状記憶繊維強化プラスチックを形状記憶発泡体成形用の型内に配置する工程と、該型内にて形状記憶発泡体からなる層を形成するとともに多層構造からなる複合材料を同時に成形する工程と、を含む製造方法とすることもできる。
A prepreg can be used as the shape memory fiber reinforced plastic. A semi-cured material can be used as the shape memory polymer.
Further, in the present invention, a step of forming a layer made of shape memory fiber reinforced plastic, a step of placing the obtained shape memory fiber reinforced plastic in a mold for shape memory foam molding, and a shape in the mold Forming a layer made of a memory foam and simultaneously molding a composite material made of a multilayer structure.

以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は既述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び変更を加え得るものである。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and changes can be made without departing from the scope of the present invention. is there.

(c)及び(d)は、本発明の形状記憶複合材料の構成例を模式的に示す図であり、(a)及び(b)は、参考図である。 (C) and (d), an example of the structure of the shape memory composites of the present invention Ri FIG der schematically showing, (a) and (b), Ru reference diagram der.

Claims (6)

少なくとも形状記憶繊維強化プラスチックからなる層とポリウレタン系形状記憶発泡体からなる層を積層させた多層構造からなる形状記憶複合材料であって、前記形状記憶繊維強化プラスチックからなる層が、前記形状記憶複合材料の外側に配置されており、前記形状記憶繊維強化プラスチックからなる層に挟まれるコア層が、前記ポリウレタン系形状記憶発泡体からなる層であるサンドイッチ構造を特徴とする形状記憶複合材料。 A shape memory composite material consisting of a multilayer structure formed by laminating a layer made of at least a shape memory fiber-reinforced plastic layers and a polyurethane based shape memory foam, a layer made of the shape memory fiber-reinforced plastic, said shape memory composite A shape memory composite material characterized by having a sandwich structure in which a core layer disposed outside the material and sandwiched between layers made of the shape memory fiber reinforced plastic is a layer made of the polyurethane-based shape memory foam . 形状記憶繊維強化プラスチックからなる層を形成する工程と、ポリウレタン系形状記憶発泡体からなる層を形成する工程と、前記形状記憶繊維強化プラスチックからなる層で前記ポリウレタン系形状記憶発泡体からなる層を挟み、前記形状記憶繊維強化プラスチックからなる層が外側に配置されるサンドイッチ構造となるように積層して多層構造からなる複合材料を成形する工程と、を含むことを特徴とする形状記憶複合材料の製造方法。 A step of forming a layer made of shape memory fiber reinforced plastic, a step of forming a layer made of polyurethane shape memory foam, a layer made of shape memory fiber reinforced plastic and a layer made of polyurethane shape memory foam A shape memory composite material comprising a step of sandwiching and stacking the shape memory fiber reinforced plastic layers so as to form a sandwich structure disposed outside, and forming a composite material having a multilayer structure. Production method. 前記形状記憶繊維強化プラスチックとしてプリプレグを用いることを特徴とする請求項に記載の形状記憶複合材料の製造方法。 The method for producing a shape memory composite material according to claim 2 , wherein a prepreg is used as the shape memory fiber reinforced plastic. 前記複合材料を成形する工程において、積層における各層の貼合わせ部分に形状記憶樹脂成分を塗布することを特徴とする請求項2または3に記載の形状記憶複合材料の製造方法。 The method for producing a shape memory composite material according to claim 2 or 3 , wherein, in the step of molding the composite material, a shape memory resin component is applied to a bonded portion of each layer in the lamination. 前記形状記憶樹脂成分が、前記形状記憶繊維強化プラスチック又は前記ポリウレタン系樹脂のいずれか1つと同一の樹脂組成物であることを特徴とする請求項に記載の形状記憶複合材料の製造方法。 The method of manufacturing a shape memory composite material according to claim 4 , wherein the shape memory resin component is the same resin composition as any one of the shape memory fiber reinforced plastic and the polyurethane resin. 形状記憶繊維強化プラスチックからなる層を形成する工程と、得られる該形状記憶繊維強化プラスチックからなる層を形状記憶発泡体成形用の型内に配置する工程と、該型内にて形状記憶発泡体からなる層を形成するとともに、前記形状記憶繊維強化プラスチックからなる層が外側に配置され、前記形状記憶繊維強化プラスチックからなる層に挟まれるコア層が、前記形状記憶発泡体からなる層であるサンドイッチ構造に積層された多層構造からなる複合材料を同時に成形する工程と、を含むことを特徴とする形状記憶複合材料の製造方法。 A step of forming a layer made of shape memory fiber reinforced plastic, a step of placing the obtained layer made of shape memory fiber reinforced plastic in a mold for shape memory foam molding, and a shape memory foam in the mold A sandwich made of the shape memory fiber reinforced plastic, the core layer sandwiched between the shape memory fiber reinforced plastic layers is a layer made of the shape memory foam Forming a composite material having a multilayer structure laminated on the structure at the same time, and manufacturing the shape memory composite material.
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