JP7406753B2 - 振動減衰材 - Google Patents
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Description
[1] セルロースナノファイバーと炭素繊維とマトリックス樹脂とを含み、前記セルロースナノファイバーの平均繊維長が30~100μmである振動減衰材。
[2] 前記マトリックス樹脂100質量部に対して、前記セルロースナノファイバーを0.05~1質量部含む[1]に記載の振動減衰材。
[3] 前記マトリックス樹脂を形成するの樹脂が熱硬化性樹脂である[1]又は[2]に記載の振動減衰材。
[4] 前記炭素繊維の繊維体積含有率(Vf)は、30~60%である[1]~[3]のいずれかに記載の振動減衰材。
[5] 損失係数ηが0.015超である[1]~[4]のいずれかに記載の振動減衰材。
(CNF)
本実施形態に係るCNFは、既述のとおり、平均繊維長が30~100μmとなっている。平均繊維長が30μm未満では、適度に絡み合った網目状構造が形成されづらいことが確認されており、そのため、優れた振動減衰性が得られにくい。また、平均繊維長が100μmを超えると、CNFの分散性が低下することがある。
本実施形態に係る炭素繊維としては、PAN系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、セルロース系炭素繊維、気相成長系炭素繊維、これらの黒鉛化繊維などが挙げられ、コストと取扱い性の観点から、PAN系またはピッチ系の炭素繊維が好ましい。
また、炭素繊維の繊維長は、特に限定されないが、1mm~50mmであることが好ましい。炭素繊維は、公知の方法により製造してもよいし、市販の炭素繊維を入手してもよい。
本実施形態に係るマトリックス樹脂を形成する樹脂としては、熱硬化性樹脂であることが好ましい。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイソシアネート樹脂、ポリイソシアヌレート樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、およびポリイミド樹脂からなる群から選択される少なくとも一種が挙げられる。上記の中でも、エポキシ樹脂は、他の樹脂に比べて炭素繊維との密着性が高く、かつ弾性率も高いため好ましい。
なお、当該樹脂が熱硬化性樹脂である場合、この熱硬化性樹脂が硬化することでマトリックス樹脂が形成される。
・炭素繊維
三菱ケミカル(株)製のPAN系平織り炭素繊維束(TR3110M:縦、横原束ともにTR30S 3L(引張強度:4.12GPa、引張弾性率:234GPa、伸度:1.8%))
・熱硬化性樹脂
三菱ケミカル(株)製のJER828(エポキシ当量190)
・硬化剤
三菱ケミカル(株)製の変性脂環族アミン系のJERキュア113
・CNF
CNF-A:平均繊維長68μm、平均径20nmの粉末状CNF((株)スギノマシン製)
CNF-B:平均繊維長6μm、平均径20nmの粉末状CNF((株)スギノマシン製)
CNF-C:平均繊維長22μm、平均径20nmの粉末状CNF((株)スギノマシン製)
CNF-D:平均繊維長126μm、平均径20nmの粉末状CNF((株)スギノマシン製)
(CNF含有樹脂組成物の作製)
熱硬化性樹脂及びCNF-Aのそれぞれに含まれる気泡をバキューム装置(-95kPa)によって30分間真空脱泡した。
脱泡後の熱硬化性樹脂100質量部と脱泡後のCNF-A0.1質量部とを混合して混合液とし、これを汎用のプロセスホモジナイザー((株)エスエムテー製PH91)を用いて10,000rpmの条件下で30分撹拌してCNF含有樹脂組成物を得た。
得られたCNF含有樹脂組成物について10分間真空脱泡し、熱硬化性樹脂100質量部に対して、硬化剤33質量部を混合した。その後、当該樹脂組成物を用いて8枚の炭素繊維をハンドレイアップ法により積層し、80℃で1時間、150℃で3時間、0.86MPaの条件の下で加圧硬化させ、加圧状態のまま徐冷し、厚み2mm,繊維体積含有率Vfが45%の振動減衰材を作製した。作製した振動減衰材について、下記評価を行った。
(動的粘弾性試験)
動的粘弾性試験としてJISK7244に基づき評価した。作製した振動減衰材からダイヤモンドカッタによって50mm×16mm×2mmの短冊状試験片に加工し、これを試験に供した。試験には動的粘弾性特性評価装置(DMA7100,(株)日立ハイテクノロジーズ)を用いた。両持ち曲げとし、試験片中央部に正弦波加振荷重(10μm)を与えた。加振周波数を10Hzとし、5℃/minの一定昇温速度で室温から220℃まで加熱した。それぞれの試験片の粘弾性応答を測定し、貯蔵弾性率E’、損失弾性率E”からtanδ(=E”/E’)を求めた。結果を表1に示す。
脱泡後のCNF-Aを0.1質量部から0.3質量部に変更した以外は実施例1と同様にして振動減衰材を作製し、既述の動的粘弾性試験による評価と下記の評価を行った。結果を表1に示す。
(振動試験)
機械加工により、作製した振動減衰材から短冊状試験片(180mm×10mm×2mm)に切り出し、曲げ振動の減衰特性を評価した。片持ち試験片の片側を治具により固定した。先端側から120mmの位置にひずみゲージを接着した。梁の先端に初期変位5mmを加え,変形を解放することで振動中のひずみの変化を測定した。減衰自由振動波形より最大振幅(正ピーク)から30点の減衰率を平均化し、対数減衰率Δを求めた。
その後、式:η=Δ/πにより損失係数ηを算出し、試験片自体の減衰特性を評価した。結果を表1に示す。
CNFを含有しなかった以外は実施例1と同様にして振動減衰材を作製し、既述の評価(動的粘弾性試験及び振動試験)を行った。結果を表1に示す。
CNF-AをCNF-Bに変更した以外は実施例1と同様にして振動減衰材を作製し、既述の評価(振動試験)を行った。結果を表1に示す。
CNF-AをCNF-Bに変更し、含有量を0.1質量部から0.3質量部に変更した以外は実施例1と同様にして振動減衰材を作製し、既述の評価(動的粘弾性試験及び振動試験)を行った。結果を表1に示す。
CNF-AをCNF-Cに変更した以外は実施例1と同様にして振動減衰材を作製し、既述の評価(振動試験)を行った。結果を表1に示す。
CNF-AをCNF-Cに変更し、含有量を0.1質量部から0.3質量部に変更した以外は実施例1と同様にして振動減衰材を作製し、既述の評価(動的粘弾性試験及び振動試験)を行った。結果を表1に示す。
CNF-AをCNF-Dに変更した以外は実施例1と同様にして振動減衰材を作製し、既述の評価(振動試験)を行った。結果を表1に示す。
CNF-AをCNF-Dに変更し、含有量を0.1質量部から0.3質量部に変更した以外は実施例1と同様にして振動減衰材を作製し、既述の評価(動的粘弾性試験及び振動試験)を行った。結果を表1に示す。
Claims (2)
- セルロースナノファイバーと炭素繊維とマトリックス樹脂とを含み、前記セルロースナノファイバーの平均繊維長が50~80μmであり、
前記マトリックス樹脂100質量部に対して、前記セルロースナノファイバーを0.07~0.4質量部含み、
損失係数ηが0.015超であり、
前記マトリックス樹脂を形成する樹脂が熱硬化性樹脂である振動減衰材。 - 前記炭素繊維の繊維体積含有率(Vf)は、30~60%である請求項1に記載の振動減衰材。
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