JP5574835B2 - ハニカムコアサンドイッチ構造体 - Google Patents
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Description
また、ハニカムコアの軸方向の熱膨張係数が負の熱膨張係数であり、表皮の表面と直交する方向の熱膨張係数は、含浸樹脂の熱膨張係数が支配的となり、正の熱膨張係数となる。そこで、表皮の表面と直交する方向に関し、表皮の正の熱膨張係数がハニカムコアの負の熱膨張係数により差し引かれ、零又は小さな値となる。
図1はこの発明の実施の形態1に係るハニカムコアサンドイッチパネルの構成を説明する分解斜視図、図2はこの発明の実施の形態1に係るハニカムコアサンドイッチパネルにおけるハニカムコアの構成を説明する図であり、図2の(a)はハニカムコアを構成するCFRPの第1プリプレグシートの炭素繊維方向を示し、図2の(b)はハニカムコアを構成するCFRPの第2プリプレグシートの炭素繊維方向を示している。図3はこの発明の実施の形態1に係るハニカムコアサンドイッチパネルにおけるハニカムコアの製造方法を説明する要部断面図、図4は比較例のハニカムコアサンドイッチパネルのユニットセルにおける熱歪みを示す模式図、図5はこの発明の実施の形態1に係るハニカムコアサンドイッチパネルにおける熱膨張係数の測定方法を説明する図である。
ここで、ハニカムコアサンドイッチパネル1の面内方向のうち、ハニカムコア3のリボン方向をX軸方向、ハニカムコア3のセル幅(セルサイズ)方向をY軸方向、パネルの面外方向をZ軸方向とする。また、炭素繊維の配向方向を示すために、表皮2とハニカムコア3の座標系を示す。表皮2では、0°方向をX軸方向とし、90°方向をY軸方向とする。ハニカムコア3では、0°方向をZ軸方向とし、90°をX軸方向とする。
まず、例えば、長さ方向が揃えられた表皮用炭素繊維としての高弾性炭素繊維M60J(東レ製)の集合体に含浸樹脂としてのシアネート樹脂EX1515(TENCATE製)を含浸させた1軸配向のシート(プリプレグシート)を作製する。このプリプレグシートは、炭素繊維の方向がプリプレグシートの長さ方向に一致している。ついで、プリプレグシートを前に置いたプリプレグシートに対して一定の角度をもつように順次積み重ね、重ねたプリプレグシートの積層体に180℃程度の熱、および3気圧程度の圧力をかけて硬化させて表皮2を作製する。ここで、プリプレグシートは、例えば、最初の1枚を置いた方向を基準としてこれを0°とし、0°、60°、−60°、−60°、60°、0°の順で6枚重ねる。あるいは、0°、45°、−45°、90°、90°、−45°、45°、0°の順で8枚重ねてもよい。このように作製されたCFRPからなる表皮2は、表面と平行な全ての方向について性質をほぼ等しくする擬似等方性を有する。
ハニカムコアサンドイッチパネル1は、図5に示されるように、レーザ反射鏡12を一対の表皮2に接着固定されてサンプル支持台13に載置され、恒温槽14内に配置される。恒温槽14内の温度を制御して、ハニカムコアサンドイッチパネル1の温度を変化させる。そして、レーザフォーカス変位計15からレーザ光を照射し、レーザ反射鏡12からの反射光を受光し、加熱によるハニカムコアサンドイッチパネル1の変位量を測定し、熱膨張係数を算出した。
ここで、ハニカムコア3は、弾性率が約900GPaの超高弾性炭素繊維K13Cを用いているので、ハニカムコア3のZ軸方向の熱膨張係数が、表皮2および接着剤4のZ軸方向の正の熱膨張係数をほぼ相殺する大きさの負の熱膨張係数となる。また、炭素繊維は、炭素繊維の弾性率が大きくなるほど熱膨張係数が小さくなり、弾性率が600GPa以上で、熱膨張係数がほぼ一定となる特性を有する。そこで、ハニカムコア3を構成する炭素繊維には、600GPa以上の弾性率を有する炭素繊維を用いることが好ましい。
図6はこの発明の実施の形態2に係るハニカムコアサンドイッチパネルの構成を説明する分解斜視図、図7はこの発明の実施の形態2に係るハニカムコアサンドイッチパネルにおけるハニカムコアの構成を説明する図であり、図7の(a)はハニカムコアを構成するCFRPの第1プリプレグシートの炭素繊維方向を示し、図7の(b)はハニカムコアを構成するCFRPの第2プリプレグシートの炭素繊維方向を示し、図7の(c)はハニカムコアを構成するCFRPの第3プリプレグシートの炭素繊維方向を示している。
長さ方向が揃えられたピッチ系の超高弾性炭素繊維K13C(三菱樹脂製)の束を直交するように編み込んで作製された集合体にシアネート樹脂EX1515(TENCATE製)を含浸させて、直交する二軸配向のプリプレグシートを作製する。このように作製された3枚のプリプレグシートを、炭素繊維の長さ方向が互いに一致するように重ね、母材シートを作製する。
したがって、上述の比較例のハニカムコアサンドイッチパネルの面外方向の熱膨張係数(0.68ppm/K)との差分である0.38ppm/Kがハニカムコアの歪みによる影響である。
Claims (5)
- ハニカムコアと、該ハニカムコアの両側両面を覆う一対の表皮と、を有するハニカムコアサンドイッチ構造体において、
上記一対の表皮のそれぞれは、表皮用炭素繊維が擬似等方性を有するように配列された表皮用炭素繊維強化プラスチックで作製され、
上記ハニカムコアは、コア用炭素繊維をその長さ方向が互いに直交するように編み込んだ炭素繊維集合体に樹脂を含浸させてなるプリプレグシートをコア用炭素繊維の長さ方向が互いに45°ずれるように回転させて積層一体化してなるコア用炭素繊維強化プラスチックで作製され、該コア用炭素繊維強化プラスチックを構成する該コア用炭素繊維の長さ方向の一つが上記表皮の表面と平行となっており、
上記ハニカムコアのリボン方向をX軸方向、セルサイズ方向をY軸方向,および上記リボン方向と上記セルサイズ方向と直交する方向をZ軸方向としたときに、上記ハニカムコアの上記Z軸方向の熱膨張係数が負であることを特徴とするハニカムコアサンドイッチ構造体。 - ハニカムコアと、該ハニカムコアの両側両面を覆う一対の表皮と、を有するハニカムコアサンドイッチ構造体において、
上記一対の表皮のそれぞれは、表皮用炭素繊維が擬似等方性を有するように配列された表皮用炭素繊維強化プラスチックで作製され、
上記ハニカムコアは、コア用炭素繊維をその長さ方向が互いに直交するように編み込んだ炭素繊維集合体に樹脂を含浸させてなるプリプレグシートをコア用炭素繊維の長さ方向を互いに一致するように3層以上積層一体化してなるコア用炭素繊維強化プラスチックで作製され、該コア用炭素繊維強化プラスチックを構成する該コア用炭素繊維の長さ方向が上記表皮の表面に直交する線分に対して±45°傾斜しており、
上記ハニカムコアのリボン方向をX軸方向、セルサイズ方向をY軸方向,および上記リボン方向と上記セルサイズ方向と直交する方向をZ軸方向としたときに、上記ハニカムコアの上記Z軸方向の熱膨張係数が負であることを特徴とするハニカムコアサンドイッチ構造体。 - 上記ハニカムコアのX−Y面内の方向の引張り剛性が上記表皮のX−Y面内の方向の引張り剛性と同等以上となるように調整されていることを特徴とする請求項1又は請求項2記載のハニカムコアサンドイッチ構造体。
- 上記ハニカムコアの上記Z軸方向の負の熱膨張係数が上記表皮の上記Z軸方向の熱膨張係数を相殺する大きさに調整されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のハニカムコアサンドイッチ構造体。
- 上記コア用炭素繊維は、600GPa以上の弾性率を有することを特徴とする請求項4記載のハニカムコアサンドイッチ構造体。
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