JP5644329B2 - ハニカムサンドイッチ構造複合材およびハニカムサンドイッチ構造複合材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ハニカムサンドイッチ構造複合材およびハニカムサンドイッチ構造複合材の製造方法に関し、特に、ハニカムコアのセル空間内の樹脂量を少なくすることができ、軽量で優れた強度と耐久性とを有し、さらに電磁波を反射および減衰吸収するシールド効果を有するハニカムサンドイッチ構造複合材およびその製造方法に関する。

従来から、樹脂トランスファー（ＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ））成形法を利用したハニカムサンドイッチ構造複合材がある。
例えば、特許文献１には、ハニカム構造からなる開放セル心層が、２つの樹脂／水分遮断フィルム層の間に、および２つの繊維質補強材層の間に挟まれている樹脂トランスファー成形（ＲＴＭ）法によって製造した複合サンドイッチ構造物が記載されている。

また、特許文献２には、第１繊維質補強材層、第１接合材層、多孔質コア材層、第２接合材層及び第２繊維質補強材層がこの順番に積層された積層成形物が記載されている。
特許文献３には、ドライファブリック、不浸透性樹脂フィルム、非低粘度型樹脂フィルム、ハニカムコア、非低粘度型樹脂フィルム、不浸透性樹脂フィルム、ドライファブリックの順に積層したハニカムサンドイッチ構造複合材が記載されている。

また、特許文献４には、ハニカムコアの両端面に繊維強化プラスチック製の表面板が接着されたハニカムパネルが記載されている。
特許文献５には、ハニカムコアと、このハニカムコアの両面に配置されたシール材と、各シール材の上に配置された複数枚のドライファブリックからなるハニカムサンドイッチ構造複合材パネルが記載されている。

特開平９−２９５３６２号公報 特開２００５−３１９７０４号公報 特開２００３−３９５７９号公報 特開２００９−６６７８４号公報 特許第４３４２６２０号公報

近年、電磁波シールド対策が重要となってきており、ハニカムサンドイッチ構造複合材においても電磁波シールド効果を有するものが要求されるようになってきている。
また、従来のハニカムサンドイッチ構造複合材においては、さらなる軽量化のためにハニカムコアのセル空間内の樹脂量を少なくすることが要求されていた。
また、従来のハニカムサンドイッチ構造複合材においては、強度および耐久性をさらに向上させることが要求されていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ハニカムコアのセル空間内の樹脂量を少なくすることができ、軽量で、優れた強度と耐久性とを有するとともに、電磁波を反射および減衰吸収するシールド効果を有するハニカムサンドイッチ構造複合材を提供することを目的とする。
また、本発明は、本発明のハニカムサンドイッチ構造複合材を製造するハニカムサンドイッチ構造複合材の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記の課題を解決するために、鋭意検討を重ねた。その結果、ハニカムコアの両面に接着層を介して金属シートを配置し、金属シートの外側に絶縁部材を介してカーボン繊維シートを接着して、樹脂トランスファー（ＲＴＭ）成形法で成形することにより、ハニカムコアのセル空間内の樹脂量を少なくすることができ、軽量で、優れた強度と耐久性とを有するとともに、電磁波を反射および減衰吸収するシールド効果を有するハニカムサンドイッチ構造複合材が得られることを見出し、本発明を想到した。本発明は以下の構成を採用した。

本発明のハニカムサンドイッチ構造複合材は、ハニカムコアと、前記ハニカムコアの両面に接着層を介して配置され、厚さ方向全体または一部が金属からなる樹脂含浸防止シートと、前記樹脂含浸防止シートの前記ハニカムコアと反対側の面に不織布を介して配置されたカーボン繊維シートとを備える積層体をコア材に用いて樹脂トランスファー成形法で成形されたものであり、前記樹脂含浸防止シートおよび前記不織布が、前記ハニカムコアの形状に沿って形成された凹凸を有することを特徴とする。
また、本発明のハニカムサンドイッチ構造複合材は、前記樹脂含浸防止シートの前記金属が、アルミニウムからなるものとすることができる。
また、本発明のハニカムサンドイッチ構造複合材は、前記ハニカムコアの外周に枠状封止材が配置され、前記枠状封止材の両面に、前記接着層と前記樹脂含浸防止シートと前記不織布と前記カーボン繊維シートとが、前記ハニカムコアの両面から延在して配置されているものとすることができる。

また、本発明のハニカムサンドイッチ構造複合材の製造方法は、ハニカムコアの両面に接着層を介して厚さ方向全体または一部が金属からなる樹脂含浸防止シートを配置し、前記樹脂含浸防止シートの前記ハニカムコアと反対側の面に不織布を介してカーボン繊維シートを配置してなる積層体を形成する工程と、前記積層体をコア材に用いて樹脂トランスファー（ＲＴＭ）成形法で成形することにより、前記樹脂含浸防止シートおよび前記不織布に前記ハニカムコアの形状に沿って凹凸を形成する工程とを備えることを特徴とする。
本発明のハニカムサンドイッチ構造複合材の製造方法は、前記積層体を形成する工程が、ハニカムコアの外周に枠状封止材を配置する工程と、前記ハニカムコアの両面および前記枠状封止材の両面に接着層を介して樹脂含浸防止シートを配置し、前記樹脂含浸防止シートの前記ハニカムコアと反対側の面に不織布を介してカーボン繊維シートを配置してなる積層体を形成する工程とを備える方法とすることができる。

本発明のハニカムサンドイッチ構造複合材は、ハニカムコアと、前記ハニカムコアの両面に接着層を介して配置された金属シートと、前記金属シートの前記ハニカムコアと反対側の面に絶縁部材を介して配置されたカーボン繊維シートとを備え、ＲＴＭ成形法で成形されたものであるので、成形する際にハニカムコアのセル空間がハニカムコアの両面に配置された金属シートにより封止され、セル空間内に樹脂が入り込むことが防止される。したがって、本発明のハニカムサンドイッチ構造複合材は、ハニカムコアのセル空間内に存在する樹脂量の少ない軽量のものとなる。

さらに、本発明のハニカムサンドイッチ構造複合材は、金属シートを備えるものであるので、電磁波を反射および減衰吸収するシールド効果を有するものとなる。
また、本発明のハニカムサンドイッチ構造複合材は、金属シートの優れた強度と耐久性によって、優れた強度および耐久性が得られるものとなる。
なお、カーボン繊維シートは、導電性を有するものであるので、金属シートとカーボン繊維シートとが電気的に接続されると、金属シートに電蝕が生じやすくなる。本発明のハニカムサンドイッチ構造複合材では、金属シートとカーボン繊維シートとの間に絶縁部材が配置されているので、金属シートとカーボン繊維シートとが電気的に接続されることによる金属シートの電蝕を防止できる。

また、本発明のハニカムサンドイッチ構造複合材の製造方法は、ハニカムコアの両面に接着層を介して金属シートを配置し、前記金属シートの前記ハニカムコアと反対側の面に絶縁部材を介してカーボン繊維シートを配置してなる積層体を形成する工程と、前記積層体をＲＴＭ成形法で成形する工程とを備える方法であるので、ハニカムコアのセル空間内の樹脂量を少なくすることができ、軽量で優れた強度と耐久性とを有するとともに、電磁波を反射および減衰吸収するシールド効果を有する本発明のハニカムサンドイッチ構造複合材を実現できる。

図１は本発明の実施形態であるハニカムサンドイッチ構造複合材の一例を示す断面模式図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、本発明の実施形態の構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の寸法関係とは異なる場合がある。
「ハニカムサンドイッチ構造複合材」
図１は本発明の実施形態であるハニカムサンドイッチ構造複合材の一例を示す断面模式図である。本実施形態のハニカムサンドイッチ構造複合材「以下「複合材」と記載する場合がある」１０は、ＲＴＭ成形法で成形されたものである。

図１に示す複合材１０は、ハニカムコア１の両面に接着層２と金属シート３と絶縁部材４とカーボン繊維シート５とが、この順で配置されたものである。また、本実施形態の複合材１０では、図１に示すように、ハニカムコア１の外周に枠状封止材６が配置されている。そして、枠状封止材６の両面には、接着層２と金属シート３と絶縁部材４とカーボン繊維シート５とが、ハニカムコア１の両面から延在して配置されている。

ハニカムコア１は、図１に示すように、略六角柱状の複数のセル空間１ａが備えられたものである。各セル空間１ａは、ハニカムコア１の厚み方向に貫通して形成されており、壁部１ｂによってそれぞれ仕切られている。ハニカムコア１を構成する材料としては、特に限定されないが、フェノール含浸紙などの紙、アルミニウムなどの金属、樹脂などが挙げられ、複合材１０の用途等によって適宜決定することができる。
また、ハニカムコア１の寸法は、複合材１０の用途等によって適宜決定することができ特に限定されないが、例えば、厚みが１ｍｍ〜３０ｍｍ、壁部１ｂの厚みが１ｍｍ〜３０ｍｍ、セル空間１ａのピッチが２ｍｍ〜４０ｍｍのものなどを用いることができる。

枠状封止材６は、ハニカムコア１の外周に沿うように形成された内壁６ａを備える枠状のものである。枠状封止材６は、ＲＴＭ成形法で成形する際にハニカムコア１の外周からハニカムコア１のセル空間１ａに樹脂が入り込むことが防止するとともに、複合材１０の強度を向上させるものである。
枠状封止材６を構成する材料としては、特に限定されないが、アルミニウムなどの金属、アクリル、ウレタンなどの樹脂、木材など、ＲＴＭ成形法で成形する際に樹脂が浸透しにくい材料を用いることが好ましく、複合材１０の用途等によって適宜決定することができる。
また、枠状封止材６の寸法は、複合材１０の用途等によって適宜決定することができ特に限定されないが、例えば、厚みが１ｍｍ〜３０ｍｍ、枠の幅が１ｍｍ〜３０ｍｍのものなどを用いることができる。なお、枠状封止材６の厚みと、ハニカムコア１の厚みとの差は、小さいほど好ましく、具体的には０．５ｍｍ以下であることが好ましい。

図１に示すように、ハニカムコア１および枠状封止材６の両面には、接着層２を介して金属シート３が配置されている。接着層２の材料は、ハニカムコア１および枠状封止材６と金属シート３とを接着できればよく、特に限定されないが、熱可塑性接着剤や熱硬化性接着剤などを用いることができる。熱可塑性接着剤としては、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリウレタンなどを含む接着剤が挙げられる。熱硬化性接着剤としては、エポキシ、ビニルエステル、不飽和ポリエステル、フェノール、ポリイミドなどを含む接着剤が挙げられる。また、接着層２の厚みは、ハニカムコア１および枠状封止材６と金属シート３とを接着できればよく、特に限定されないが、例えば０．０５ｍｍ〜２ｍｍとすることができる。

金属シート３の材料は、ＲＴＭ成形法で成形する際に樹脂が浸透せず、電磁波を反射および減衰吸収するシールド効果を有する金属であればよく、特に限定されないが、軽量で耐食性に優れたアルミニウムなどを用いることが好ましい。

本実施形態において、金属シート３は、表面に金属膜の設けられた樹脂シートであってもよい。金属膜の設けられた樹脂シートとしては、例えば、樹脂シートに蒸着法やスパッタ法などの方法により金属膜を設けたものや、樹脂シートに金属膜を接着したものなどが挙げられる。金属膜の設けられた樹脂シートに用いられる樹脂シートとしては、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）などが挙げられる。また、金属膜としては、ＲＴＭ成形法で成形する際に樹脂が浸透せず、電磁波を反射および減衰吸収するシールド効果を有する金属膜であればよく、特に限定されないが、軽量で耐食性に優れたアルミニウムなどの金属からなるものであることが好ましい。

金属シート３の厚み（または金属膜の設けられた樹脂シートの金属膜の厚み）は、複合材１０の用途等によって適宜決定することができ、特に限定されないが、２μｍ〜５００μｍの範囲であることが好ましい。
金属シート３の厚み（または金属膜の設けられた樹脂シートの金属膜の厚み）が上記範囲未満であると、金属シート３（または金属膜）を設けることによる強度および耐久性を向上させる効果や、シールド効果が十分に得られない場合がある。また、金属シート３の厚み（または金属膜の設けられた樹脂シートの金属膜の厚み）が上記範囲未満であると、金属シート３（または金属膜）の強度が不十分となり、ＲＴＭ成形法で成形する際に金属シート３（または金属膜）が破れ、ハニカムコア１のセル空間１ａ内に樹脂が入り込むことを十分に防止できなくなる恐れがある。また、金属シート３（または金属膜）の厚みが上記範囲を超えると、ＲＴＭ成形法で成形する際に金属シート３（または金属膜）がハニカムコア１の形状に沿って変形しにくくなり、金属シート３（または金属膜）によるハニカムコア１のセル空間１ａを封止する効果が不十分となる恐れがある。

金属シート３のハニカムコア１と反対側の面には、絶縁部材４を介してカーボン繊維シート５が配置されている。絶縁部材４としては、ＲＴＭ成形法で成形する際に、不織布に樹脂が染み込むことにより得られた不織布に樹脂が入り込んでなる厚み０．０５ｍｍ〜５ｍｍの絶縁部材４などが挙げられる。このような絶縁部材４に用いられる不織布としては、例えば、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、アラミドなどからなるものが挙げられる。また、上記材料のような樹脂フィルムであってもよい。

本実施形態の複合材１０においては、以下に示すように、金属シート３および絶縁部材４がハニカムコア１の形状に沿って形成された凹凸を有するものであることが好ましい。
絶縁部材４が不織布に樹脂が入り込んでなるものである場合、ＲＴＭ成形法で成形する際に金属シート３がハニカムコア１の各セル空間１ａを仕切る壁部によって絶縁部材４となる不織布に押し付けられると、不織布が容易に圧縮変形されて凹凸を有するものとされる。すなわち、不織布によってハニカムコア１の凹凸形状が吸収される。
このようにして形成された絶縁部材４となる不織布の凹凸内には、ＲＴＭ成形法で成形した際に使用した樹脂が入り込む。このため、絶縁部材４となる凹凸を有する不織布には、凹凸の形成されていない不織布と比較して、ＲＴＭ成形法で成形することにより多量の樹脂が含浸される。その結果、絶縁部材４は、金属シート３との密着性に優れたものとなり、より一層優れた強度および耐久性が得られるとともに、金属シート３とカーボン繊維シート５とをより確実に絶縁できる。

また、絶縁部材４が不織布に樹脂が入り込んでなるものである場合、ＲＴＭ成形法で成形する際に金属シート３がハニカムコア１の各セル空間１ａを仕切る壁部によって絶縁部材４となる不織布に押し付けられると、金属シート３がハニカムコア１の形状に沿って変形する。その結果、金属シート３の絶縁部材４側の一部が絶縁部材４に埋め込まれるとともに、金属シート３のハニカムコア１側の一部がハニカムコア１の形状に追従されて各セル空間１ａ内に埋め込まれる。したがって、ＲＴＭ成形法で成形することにより、金属シート３は、凹凸を有するものとなる。このようにして形成された凹凸を有する金属シート３によって、ＲＴＭ成形法で成形する際に、ハニカムコア１のセル空間１ａが、より確実に密閉され、セル空間内１ａに樹脂が入り込むことがより効果的に防止される。

カーボン繊維シート５としては、厚みが０．０５ｍｍ〜５ｍｍのものなどを用いることができる。カーボン繊維シート５は、導電性を有するものであるので、金属シート３とカーボン繊維シート５とが電気的に接続されると、金属シート３に電蝕が生じやすくなる。本実施形態の複合材１０では、金属シート３とカーボン繊維シート５との間に絶縁部材４が配置されているので、金属シート３とカーボン繊維シート５とが電気的に接続されることがなく、金属シート３の電蝕を防止できる。したがって、本実施形態の複合材１０は、長期に渡って優れた耐久性を有するものとなる。

「ハニカムサンドイッチ構造複合材の製造方法」
次に、本発明のハニカムサンドイッチ構造複合材の製造方法の一例として、図１に示す複合材１０の製造方法を説明する。
図１に示す複合材１０を製造するには、まず、ハニカムコア１の外周に枠状封止材６を配置する。次いで、ハニカムコア１の両面および枠状封止材１の両面に接着層２を介して金属シート３を配置する。

次いで、金属シート３のハニカムコア５と反対側の面に絶縁部材４を介してカーボン繊維シート５を配置して積層体とする。なお、積層体を製造する際には、カーボン繊維シート５の絶縁部材４側の面に、スプレー糊などを用いて予め接着剤を塗布しておくことが好ましい。
その後、積層体をＲＴＭ成形法で成形する。この際、本実施液体においては、金属シート３および枠状封止材６によって、ハニカムコア１のセル空間１ａ内に樹脂が入り込むことが防止される。以上の工程を行うことにより図１に示す複合材１０が得られる。

本実施形態の複合材１０は、ハニカムコア１と、ハニカムコア１の両面に接着層２を介して配置された金属シート３と、金属シート３のハニカムコア１と反対側の面に絶縁部材４を介して配置されたカーボン繊維シート５とを備え、ＲＴＭ成形法で成形されたものであるので、金属シート３によって、ＲＴＭ成形法で成形する際にハニカムコア１のセル空間１ａが封止され、セル空間１ａ内に樹脂が入り込むことが防止される。このため、セル空間１ａ内に存在する樹脂量が少なく、軽い複合材１０となる。
さらに、本実施形態の複合材１０は、金属シート３を備えるものであるので、電磁波を反射および減衰吸収するシールド効果を有するものとなる。

また、本実施形態の複合材１０によれば、金属シート３の優れた強度と耐久性によって、優れた強度および耐久性が得られる。
また、本実施形態の複合材１０は、ハニカムコア１の外周に枠状封止材６が配置され、枠状封止材６の両面に、接着層２と金属シート３と絶縁部材４とカーボン繊維シート５とが、ハニカムコア６の両面から延在して配置されているものであるので、より一層優れた強度を有するものとなるとともに、ＲＴＭ成形法で成形する際に、ハニカムコア１の外周からハニカムコア１のセル空間１ａに樹脂が入り込むことがより一層効果的に防止され、非常に軽いものとなる。

また、本実施形態の複合材１０の製造方法によれば、ハニカムコア１のセル空間１ａ内の樹脂量が少なく、軽量で、優れた強度と耐久性とを有し、電磁波を反射および減衰吸収するシールド効果を有する複合材１０が得られる。

１…ハニカムコア、２…接着層、３…金属シート、４…絶縁部材、５…カーボン繊維シート、６…枠状封止材、１０…ハニカムサンドイッチ構造複合材（複合材）。

Claims (5)

1. ハニカムコアと、
   前記ハニカムコアの両面に接着層を介して配置され、厚さ方向全体または一部が金属からなる樹脂含浸防止シートと、
   前記樹脂含浸防止シートの前記ハニカムコアと反対側の面に不織布を介して配置されたカーボン繊維シートとを備える積層体をコア材に用いて樹脂トランスファー成形法で成形されたものであり、
   前記樹脂含浸防止シートおよび前記不織布が、前記ハニカムコアの形状に沿って形成された凹凸を有することを特徴とするハニカムサンドイッチ構造複合材。
2. 前記樹脂含浸防止シートの前記金属は、アルミニウムからなることを特徴とする請求項１に記載のハニカムサンドイッチ構造複合材。
3. 前記ハニカムコアの外周に枠状封止材が配置され、
   前記枠状封止材の両面に、前記接着層と前記樹脂含浸防止シートと前記不織布と前記カーボン繊維シートとが、前記ハニカムコアの両面から延在して配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のハニカムサンドイッチ構造複合材。
4. ハニカムコアの両面に接着層を介して厚さ方向全体または一部が金属からなる樹脂含浸防止シートを配置し、前記樹脂含浸防止シートの前記ハニカムコアと反対側の面に不織布を介してカーボン繊維シートを配置してなる積層体を形成する工程と、
   前記積層体をコア材に用いて樹脂トランスファー成形法で成形することにより、前記樹脂含浸防止シートおよび前記不織布に前記ハニカムコアの形状に沿って凹凸を形成する工程とを備えることを特徴とするハニカムサンドイッチ構造複合材の製造方法。
5. 前記積層体を形成する工程が、ハニカムコアの外周に枠状封止材を配置する工程と、
   前記ハニカムコアの両面および前記枠状封止材の両面に接着層を介して樹脂含浸防止シートを配置し、前記樹脂含浸防止シートの前記ハニカムコアと反対側の面に不織布を介してカーボン繊維シートを配置してなる積層体を形成する工程とを備えることを特徴とする請求項４に記載のハニカムサンドイッチ構造複合材の製造方法。

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