JP6061667B2 - 疑似生体材料 - Google Patents
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Description
この防護体用衝撃吸収材が用いられる防護体は、セラミック部材で形成された表面部材の裏面側に衝撃吸収材を付設したものであり、衝撃吸収材として、表面部材の裏面側に形成された熱硬化性樹脂を含む裏打ち部材と、裏打ち部材に接着シートを介して形成された高強度繊維強化プラスチック部材とから構成されている。裏打ち部材の熱硬化性樹脂として、例えば、エポキシ樹脂、イミド樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂などが挙げられるが、FRP用途で実績の多いポリエステル樹脂が好ましいとされている。また、高強度繊維強化プラスチック部材は、その高強度繊維として、例えば、高強度ガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維、芳香族ポリエステル繊維、高強度ポリエチレン繊維、及び高強度ナイロン繊維からなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましいとされ、高強度繊維強化プラスチック部材を構成する樹脂は、熱硬化性樹脂では、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂及びポリイミド樹脂等が挙げられている。
本発明は上記の点に鑑みて為されたもので、エポキシ樹脂を用いて衝撃吸収性の向上を図った防護体用衝撃吸収材を提供することを目的とする。
硬化剤は、好ましくは、15〜50重量部、より好ましくは、20〜40重量部含有する。また、アスカーC硬度は、好ましくは、1〜30、より好ましくは、2〜10である。
これにより、この防護体用衝撃吸収材を用いた防護体では、高速飛翔体が表面部材に衝突すると表面部材を通して伝達される衝撃波が衝撃吸収材に吸収され、人体や物体への衝撃が阻止され、保護が図られる。この場合、エポキシ樹脂が、鎖状脂肪族アミン類で構成される硬化剤によって、衝撃吸収性能に優れる物性を呈する。
エポキシ当量は、好ましくは、350g/eq以上500g/eq以下、より好ましくは、400g/eq以上450g/eq以下である。
特に、オキシプロピレンジアミンに代表される鎖状脂肪族アミンをエポキシ樹脂の硬化剤に選定する事で衝撃吸収材に適した柔軟性と強靭性が発現される。
フィラーは、好ましくは、1〜50重量部、より好ましくは、10〜20重量部含有する。
硬化促進剤は、好ましくは、1〜30重量部、より好ましくは、10〜20重量部含有する。これにより、衝撃吸収率が65%以上になる。
難燃剤は、好ましくは、50〜100重量部、より好ましくは、100重量部含有する。これにより、難燃性はV−0レベルを達成する。
これにより、より一層安全性が確保される。
本発明の実施の形態に係る防護体用衝撃吸収材は、表面部材を有した防護体に用いられ、表面部材の裏面側に付設される。この防護体用衝撃吸収材は、エポキシ樹脂100重量部に対し、鎖状脂肪族アミン類で構成される硬化剤を50重量部以下含有し、アスカーC硬度を1〜40の範囲に設定したものである。表面部材としては、例えば、アルミナ、窒化珪素、炭化珪素、ジルコニア、ボロンカーバイド等の周知のセラミックで構成される。
このうち、好ましくは二酸化珪素(無水珪酸、シリカ)、珪酸マグネシウム(滑石、タルク)、珪酸アルミニウム、珪酸カリウム、珪酸ナトリウム、珪酸鉄及びその混合物(マイカ)、酸化アルミニウム(アルミナ)、アルミナシリケート、カオリン等から一つが選択される。
また、ガラス、シリカ、シラス、フェノール、カーボン、アルミナ、ジルコニアを成分とした中空体構造を有するバルーンと呼ばれるフィラーを選択する事が出来る。実施の形態では、例えば、シリカアルミナを主成分としたフライアッシュバルーンでその粒子径が5〜300(μm)のものを選択した。
先ず、実施例で用いる材料は以下のとおりである。
1.エポキシ樹脂
(1−1)ビスフェノールA型エポキシ樹脂
エピクロン850〔エポキシ当量;190g/eq、粘度;15000(mPa.s/25℃)〕(DIC社製)
(1−2)変性BPA型エポキシ樹脂
エピクロンEXA-4850-150〔エポキシ当量;450g/eq 、粘度;15000(mPa.s/25℃)〕(DIC社製)
(1−3)ゴム変性エポキシ樹脂
エピクロンTSR-601〔エポキシ当量;475g/eq 、粘度;100000(mPa.s/25℃)以上〕(DIC社製)
(2−1)ポリオキシプロピレンジアミン(1)
ジェファーミンD-230〔分子量;230 、粘度;10(mPa.s/25℃)〕(PTIジャパン社製)
(2−2)ポリオキシプロピレンジアミン(2)
ジェファーミンD-400〔分子量;400 、粘度;100(mPa.s/25℃)〕(PTIジャパン社製)
三級アミン類(AC399:PTIジャパン社製)
4.難燃剤
(4−1)
リン酸トリブチル(大八化学製)
(4−2)
レゾルシノールビスジフェニルホスフェート(CR-733S:大八化学製)
(5−1)
カオリン(ユニオンクレーRC-1:竹原化学製)
(5−2)
水酸化アルミニウム(ハイジライトH-42M:昭和電工製)
(5−3)
タルク(ハイラック:竹原化学製)
(5−4)
アルミナシリケート(フィライト52/7(FG):日本フィライト製)
1.エポキシ樹脂
(1−1)ビスフェノールA型エポキシ樹脂
エピクロン850〔エポキシ当量;189g/eq、粘度;15000(mPa.s/25℃)〕(DIC社製)
(1−2)ゴム変性エポキシ樹脂
エピクロンTSR-601〔エポキシ当量;475g/eq 、粘度;100000(mPa.s/25℃)以上〕(DIC社製)
ヘキサヒドロフタル酸無水物(HHPA)〔分子量;152.2〕(和光純薬工業製)
3.硬化促進剤
ベンジルジメチルアミン(BDMA)(カオライザーNO.20:花王製)
4.難燃剤
(4−1)
リン酸トリブチル(大八化学製)
(4−2)
レゾルシノールビスジフェニルホスフェート(CR-733S:大八化学製)
5.フィラー
アルミナシリケート(フィライト52/7(FG):日本フィライト製)
1.硬度測定:アスカーゴム硬度計C型にて硬度を測定した。(N=3)
2.引張強度;オートグラフAGS-1000B(島津製作所社製)を使用し、厚さ;5mm、幅;12.5mm、長さ;200mmの試験片を使用し、引張り速度;500mm/minにより引張強度を測定した(N=5(JIS K6911準拠))。
3.耐燃性;厚さ;3mm、幅;13mm、長さ;125mmの試験片を使用し、耐燃性試験を行った。N=5(UL-94)
衝撃吸収率測定においては、セラミック板(5mm)に積層板(5mm)を複合したものを表面部材として衝突時の衝撃波を加速度で測定した。ハンマー重量3Kg、振り上げ角度45度にて、ハンマー面がセラミック板に当たるようにセットし加速度センサーを積層板側にセットし、衝撃加速度を測定したものに対し、積層板と加速度センサ−の間に実施例若しくは比較例に係る衝撃吸収体(10mm)を加えたものの衝撃加速度〔m/S2〕を測定し、衝撃吸収体を加える事で低減した加速度について衝撃吸収率を算出した。なお、セラミック板としてアルミナ、積層板はL-6706B 5t(ニッカン工業製)を使用した。
衝撃加速度B;セラミック板(5mm)+積層板(5mm)
衝撃吸収率(%);(B−A)/B×100
衝撃サンプルサイズ;A;10mm(縦)×6mm(横)×20mm(厚さ)
B; 10mm(縦)×6mm(横)×10mm(厚さ)
(実施例1〜8)
エポキシ樹脂と硬化剤としてポリオキシプロピレンジアミン、硬化促進剤に3級アミン、難燃剤としてリン酸トリブチル、レゾルノールビスジフェニルホスフェートを含む樹脂組成物を成形した衝撃吸収体は柔軟性と衝撃吸収率の良好な衝撃吸収体が得られる。
フィラーとして中空構造を有するアルミナシリケートを使用する事で衝撃吸収特性と難燃性がV−0まで向上した。また衝撃吸収率は80%を得る事が出来た。
(実施例10)
実施例9と同配合樹脂を液晶ポリマークロスに含侵成型した積層体では難燃性はV−0を保持し衝撃吸収率は65%を得る事が出来た。
(実施例11)
ゴム変性エポキシ樹脂、硬化剤にポリオキシプロピレンジアミン、硬化促進剤として3級アミン、難燃剤としてリン酸トリブチル及びレゾルノールビスジフェニルホスフェートを含む樹脂組成物を成形した衝撃吸収体は、柔軟性と70%の衝撃吸収率を得る事が出来るが、難燃性はUL-94試験で不合格であった。
(実施例12)
ゴム変性エポキシ樹脂及び変性ビスフェノールA型エポキシ樹脂、硬化剤としてポリオキシプロピレンジアミン、硬化促進剤として3級アミン、難燃剤としてリン酸トリブチル及びレゾルノールビスジフェニルホスフェートを含む樹脂組成物を成形した衝撃吸収体は、難燃性はHBまで向上し、衝撃吸収率は65%を得る事が出来た。
ゴム変性エポキシ樹脂(または、ゴム変性エポキシ樹脂及びビスフェノールA型エポキシ樹脂)、硬化剤にヘキサヒドロフタル酸無水物、硬化促進剤にベンジルジメチルアミン、難燃剤としてリン酸トリブチル及びレゾルノールビスジフェニルホスフェートを含む樹脂組成物を成形した衝撃吸収体は十分な衝撃吸収率が得られず、難燃剤を加えても難燃性が不合格であった。
中空構造を有するアルミナシリケートを使用する(比較例3)事で衝撃吸収率は若干向上するが満足する特性が得られない。
(比較例4)
ビスフェノールA型エポキシ樹脂、硬化剤にヘキサヒドロフタル酸無水物、硬化促進剤にベンジルジメチルアミン、難燃剤としてリン酸トリブチル、レゾルノールビスジフェニルホスフェートを含む樹脂組成物を成形した衝撃吸収体は難燃性がV−1を得たが、十分な衝撃吸収率が得られなかった。
また、銃弾以外の高速飛翔体として航空機等の衝突安全性開発に使用する模擬生体材料(ファントム)にも応用可能である。
Claims (10)
- エポキシ樹脂100重量部に対し、鎖状脂肪族アミン類で構成される硬化剤を50重量部以下含有することを特徴とする、航空機の衝突安全性の評価に使用する疑似生体の材料用のエポキシ樹脂組成物。
- 上記エポキシ樹脂が、ビスフェノールA型,ビスフェノールF型,ビスフェノールE型の中から選択される1種もしくは2種以上である、請求項1に記載のエポキシ樹脂組成物。
- 上記エポキシ樹脂組成物が、上記エポキシ樹脂100重量部に対して、フィラーを30重量部以下含有し、該フィラーは、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、苦土石灰、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、石膏、二酸化ケイ素、ホワイトカーボン、含水ケイ酸アルミニウム、クレー、カオリン、白土、封土、珪酸マグネシウム(滑石、タルク)、ケイソウ土、酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化チタン、チタンホワイト、マイカ、雲母、カーボンブラック、セルロース粉、カゼイン、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、セルロースグリコール酸、小麦粉、大豆粉、二酸化珪素(無水珪酸、シリカ)、珪酸マグネシウム、珪酸アルミニウム、珪酸カリウム、珪酸ナトリウム、珪酸鉄、酸化アルミニウム(アルミナ)、アルミナシリケート、ガラス、シラス、フェノール、カーボン、ジルコニアの中から選択される1種もしくは2種以上を成分とすることを特徴とする請求項1又は2に記載のエポキシ樹脂組成物。
- 上記フィラーは、中空構造を有することを特徴とする請求項3に記載のエポキシ樹脂組成物。
- 高強度ガラス繊維、高強度カーボン繊維、高強度アラミド繊維、高強度芳香族ポリエステル繊維、高強度ポリエチレン繊維、高強度ナイロン繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール(PBO)繊維クロス、液晶ポリマークロスのうち1種もしくは2種以上を含むことを特徴とする請求項1乃至4何れかに記載のエポキシ樹脂組成物。
- エポキシ樹脂100重量部に対し、鎖状脂肪族アミン類で構成される硬化剤を50重量部以下含有するエポキシ樹脂組成物を疑似生体の材料として用いることを特徴とする、航空機の衝突安全性の評価方法。
- 上記エポキシ樹脂が、ビスフェノールA型,ビスフェノールF型,ビスフェノールE型の中から選択される1種もしくは2種以上である、請求項6に記載の評価方法。
- 上記エポキシ樹脂組成物が、上記エポキシ樹脂100重量部に対して、フィラーを30重量部以下含有し、該フィラーは、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、苦土石灰、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、石膏、二酸化ケイ素、ホワイトカーボン、含水ケイ酸アルミニウム、クレー、カオリン、白土、封土、珪酸マグネシウム(滑石、タルク)、ケイソウ土、酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化チタン、チタンホワイト、マイカ、雲母、カーボンブラック、セルロース粉、カゼイン、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、セルロースグリコール酸、小麦粉、大豆粉、二酸化珪素(無水珪酸、シリカ)、珪酸マグネシウム、珪酸アルミニウム、珪酸カリウム、珪酸ナトリウム、珪酸鉄、酸化アルミニウム(アルミナ)、アルミナシリケート、ガラス、シラス、フェノール、カーボン、ジルコニアの中から選択される1種もしくは2種以上を成分とすることを特徴とする請求項7に記載の評価方法。
- 上記フィラーは、中空構造を有することを特徴とする請求項8に記載の評価方法。
- 上記エポキシ樹脂組成物が、高強度ガラス繊維、高強度カーボン繊維、高強度アラミド繊維、高強度芳香族ポリエステル繊維、高強度ポリエチレン繊維、高強度ナイロン繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール(PBO)繊維クロス、液晶ポリマークロスのうち1種もしくは2種以上を含むことを特徴とする請求項7乃至9何れかに記載の評価方法。
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