JPH01204735A - 繊維強化複合材料 - Google Patents
繊維強化複合材料Info
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- JPH01204735A JPH01204735A JP2948088A JP2948088A JPH01204735A JP H01204735 A JPH01204735 A JP H01204735A JP 2948088 A JP2948088 A JP 2948088A JP 2948088 A JP2948088 A JP 2948088A JP H01204735 A JPH01204735 A JP H01204735A
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Landscapes
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、人工衛星等宇宙構造体、ＯＡ機器、自動車、
ゴルフクラブなどのレジャー用品の構造材料に用いる繊
維強化複合材料に関するものである。
ゴルフクラブなどのレジャー用品の構造材料に用いる繊
維強化複合材料に関するものである。
ＣＦＲＰなとの繊維強化複合材料は、カーボンやガラス
繊維などの無機繊維又はアラミド繊維などの有機繊維を
エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルエーテル
ケトン樹脂などの樹脂で固型化したものである。
繊維などの無機繊維又はアラミド繊維などの有機繊維を
エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルエーテル
ケトン樹脂などの樹脂で固型化したものである。
繊維強化複合材料は、従来の金属構造材料に比較して軽
量・高強度である、繊維配向角を制御することにより所
望の機械特性を実現できる点で優れている。このため、
強く軽量化が要求される宇宙構造物・航空機・自動車・
レジャー用品などの構造材料に巾広く用いられるように
なった。
量・高強度である、繊維配向角を制御することにより所
望の機械特性を実現できる点で優れている。このため、
強く軽量化が要求される宇宙構造物・航空機・自動車・
レジャー用品などの構造材料に巾広く用いられるように
なった。
この種複合材料で作製した構造体の用途の拡大に伴い、
構造体の振動が問題となっている。
構造体の振動が問題となっている。
繊維強化複合材料は軽量であり、従来の金属構造材料と
同程度の小さな振動減衰特性（損失係数η＝０．００１
〜０．０１）をもつため、振動を生じ易い。また、構造
物を一体成形で作製することが多く、従来の金属構造材
料の場合とは異なり、継手部での摩擦による振動減衰（
構造減衰）を期待できない。
同程度の小さな振動減衰特性（損失係数η＝０．００１
〜０．０１）をもつため、振動を生じ易い。また、構造
物を一体成形で作製することが多く、従来の金属構造材
料の場合とは異なり、継手部での摩擦による振動減衰（
構造減衰）を期待できない。
このため、人工衛星などの宇宙構造物では、構造体の振
動による搭載機器の破損、アンテナの位置精度の低下な
どが生じている。このため、繊維強化複合材料の振動減
衰特性増加は重要な課題となっている。
動による搭載機器の破損、アンテナの位置精度の低下な
どが生じている。このため、繊維強化複合材料の振動減
衰特性増加は重要な課題となっている。
これら問題を解決する目的で、マトリックス樹脂の振動
減衰を増加させて複合材料の振動減衰を増加させる手法
が検討されている。これは、マトリックス樹脂にポリエ
チレングリコール・ポリプロピレングリコール・液状ゴ
ムなどの可撓性付与剤を添加し、振動減衰を増加させた
樹脂を用いて複合材料を作製する手法である。しかし、
可撓性付与剤の添加により樹脂の振動減衰特性は最大】
ＯＯ倍程度に大きく増加するものの、複合材料の振動減
衰特性は数倍程度の増加しか得られず効果的ではない。
減衰を増加させて複合材料の振動減衰を増加させる手法
が検討されている。これは、マトリックス樹脂にポリエ
チレングリコール・ポリプロピレングリコール・液状ゴ
ムなどの可撓性付与剤を添加し、振動減衰を増加させた
樹脂を用いて複合材料を作製する手法である。しかし、
可撓性付与剤の添加により樹脂の振動減衰特性は最大】
ＯＯ倍程度に大きく増加するものの、複合材料の振動減
衰特性は数倍程度の増加しか得られず効果的ではない。
本発明は前記問題点を解決するものであり、その目的と
するところは、大きな振動減衰特性を有する繊維強化複
合材料を提供することある。
するところは、大きな振動減衰特性を有する繊維強化複
合材料を提供することある。
本発明はカーボン繊維、ガラス繊維などの無機繊維又は
アラミド繊維などの有機繊維を樹脂に充填した複合材料
層と拘束型制振材料層とを積層−体化したことを特徴と
する繊維強化複合材料である。
アラミド繊維などの有機繊維を樹脂に充填した複合材料
層と拘束型制振材料層とを積層−体化したことを特徴と
する繊維強化複合材料である。
一方向繊維強化複合材料に曲げ振動を加えた場合、振動
減衰特性ηＣは、マトリックス樹脂の振動減衰特性η、
（損失係数）及び弾性率ＥＩ、１．繊維の振動減衰特性
ηｆ、及び弾性率Ｅ、をそれぞれ用いて次式で表わされ
る。
減衰特性ηＣは、マトリックス樹脂の振動減衰特性η、
（損失係数）及び弾性率ＥＩ、１．繊維の振動減衰特性
ηｆ、及び弾性率Ｅ、をそれぞれ用いて次式で表わされ
る。
ここでν、は繊維の体積含有率である。
例えば、カーボン繊維を５０Ｖｏ１％充填した場合を考
える。樹脂の弾性率は２００ ｋｇ ／ ｍｎ”程度で
あるので、弾性率比Ｅ、／Ｅ、は〜１００となる。この
場合（１）式は次式のように書き換えられる。
える。樹脂の弾性率は２００ ｋｇ ／ ｍｎ”程度で
あるので、弾性率比Ｅ、／Ｅ、は〜１００となる。この
場合（１）式は次式のように書き換えられる。
ηｃ＝Ｅｌｘ呈〃士そ上材ηｆ（２）
通常、樹脂の振動減衰特性η、は０．０１以下であり、
またカーボン繊維のηｆは０．００２程度であるので、
（２）式よりη。は０．００２程度になる。また可撓性
を付与し、樹脂のη、を増加させても、（２）式より明
らかなように、ηＣの大きな増加は期待できない。
またカーボン繊維のηｆは０．００２程度であるので、
（２）式よりη。は０．００２程度になる。また可撓性
を付与し、樹脂のη、を増加させても、（２）式より明
らかなように、ηＣの大きな増加は期待できない。
本発明の複合材料では、拘束型制振材料層を設けている
ため、材料内部で前記制振材料のせん断変形による振動
減衰が生じる。この場合、繊維と樹脂とからなる複合材
料層は拘束板及び基板に相当し、拘束板（又は基板）と
拘束型制振材料とを組合せて積層されたものと考えるこ
とができる。
ため、材料内部で前記制振材料のせん断変形による振動
減衰が生じる。この場合、繊維と樹脂とからなる複合材
料層は拘束板及び基板に相当し、拘束板（又は基板）と
拘束型制振材料とを組合せて積層されたものと考えるこ
とができる。
一つのユニット（拘束板／制振材ｌ基板）の制振特性η
Ｕは次式で表わすことができる。・ｇ＝晶’ｚＪｈ
（４） ここでＥ：ヤング率、ｈ；厚み、Ｇ：せん断弾性率、ｆ
；周波数、ρ；密度、η；振動減衰特性（損失係数）で
ある。また添字１，２．３はそれぞれ拘束板、制振材、
基板を表わす。
Ｕは次式で表わすことができる。・ｇ＝晶’ｚＪｈ
（４） ここでＥ：ヤング率、ｈ；厚み、Ｇ：せん断弾性率、ｆ
；周波数、ρ；密度、η；振動減衰特性（損失係数）で
ある。また添字１，２．３はそれぞれ拘束板、制振材、
基板を表わす。
多層にした場合の制振特性は、前述のユニットを新たな
拘束板又は基板として考えて計算し、これらの操作を繰
り返すことにより求めることができる。ただしその場合
、（３）式及び（４）式におけるヤング率Ｅは、損失を
考慮した複素弾性率Ｅ＊で考える必要がある。
拘束板又は基板として考えて計算し、これらの操作を繰
り返すことにより求めることができる。ただしその場合
、（３）式及び（４）式におけるヤング率Ｅは、損失を
考慮した複素弾性率Ｅ＊で考える必要がある。
いずれにしても、（３）式より明らかなように、複合材
料の振動減衰特性は各層の厚みに依存するので、弾性率
の低下を考慮し、最も効果的な特性が得られるような構
成を求めて作製することが重要である。
料の振動減衰特性は各層の厚みに依存するので、弾性率
の低下を考慮し、最も効果的な特性が得られるような構
成を求めて作製することが重要である。
以下に、本発明の実施例を図によって説明する。
第１図に本発明繊維強化複合材料の断面図を示す。図に
おいて、実施例はエポキシ樹脂にカーボン繊維（一方向
）を充填した複合材料層１と、拘束型制振材料層２とを
積層一体化した例を示している。拘束型制振材料層２に
は、ポリオール樹脂をポリイソシアネート化合物と反応
させて作製したポリウレタン樹脂系制振材料を用いた。
おいて、実施例はエポキシ樹脂にカーボン繊維（一方向
）を充填した複合材料層１と、拘束型制振材料層２とを
積層一体化した例を示している。拘束型制振材料層２に
は、ポリオール樹脂をポリイソシアネート化合物と反応
させて作製したポリウレタン樹脂系制振材料を用いた。
なお実施例ではカーボン繊維のプリプレグに前記制振材
料層２をコーティングしたものを重ね合せ、圧力下で加
熱硬化させて作製した。
料層２をコーティングしたものを重ね合せ、圧力下で加
熱硬化させて作製した。
複合材料層１の厚みは平均で１００ Ｉｍ、制振材料層
２の厚みは平均で１０．である。
２の厚みは平均で１０．である。
第２図は制振材料層２を一層だけ設けた例である。実施
例は数層を重ね合せた複合材料層１の間に制振材料層２
を設けている。なお、実施例において、２種類のみの構
成について述べたが、この構成は限定されるものではな
い、他に無数の組合せを考えることが可能である。また
、作製方法も実施例ではプリプレグを用いたが、他の作
製方法（例えばハンドレイアップ法）を適用することが
できる。
例は数層を重ね合せた複合材料層１の間に制振材料層２
を設けている。なお、実施例において、２種類のみの構
成について述べたが、この構成は限定されるものではな
い、他に無数の組合せを考えることが可能である。また
、作製方法も実施例ではプリプレグを用いたが、他の作
製方法（例えばハンドレイアップ法）を適用することが
できる。
第３図に第１図に示す実施例の繊維強化複合材料と、従
来のエポキシ樹脂−カーボン繊維による複合材料の振動
伝達関数の比較を示す。図中、破線３は従来の複合材料
の特性、実線４は本発明複合材料の特性である。測定は
、３００ Ｘ ３０ Ｘ ５ｎｎのビーム材を用いて行
った。４００Ｈｚ付近及び８００４１ｚ付近にビームの
固有振動が見られる。−次モード（〜４００Ｈｚ）の固
有振動数及び伝達関数の半値巾より求めた、曲げ弾性率
及び振動減衰特性を表１に示す。
来のエポキシ樹脂−カーボン繊維による複合材料の振動
伝達関数の比較を示す。図中、破線３は従来の複合材料
の特性、実線４は本発明複合材料の特性である。測定は
、３００ Ｘ ３０ Ｘ ５ｎｎのビーム材を用いて行
った。４００Ｈｚ付近及び８００４１ｚ付近にビームの
固有振動が見られる。−次モード（〜４００Ｈｚ）の固
有振動数及び伝達関数の半値巾より求めた、曲げ弾性率
及び振動減衰特性を表１に示す。
表 １
本発明の複合材料は従来のものに比較して、３０倍の振
動減衰特性が得られる。曲げ弾性率は若干小さくなって
いるが、構造材料として用いるうえに問題はない。
動減衰特性が得られる。曲げ弾性率は若干小さくなって
いるが、構造材料として用いるうえに問題はない。
以上のように本発明によれば、振動減衰の大きな繊維強
化複合材料を実現することが可能となり。
化複合材料を実現することが可能となり。
人工衛星などの宇宙構造物における搭載機器の破損やア
ンテナの位置精度の低下、自動車などの騒音問題を解消
できる効果を有するものである。
ンテナの位置精度の低下、自動車などの騒音問題を解消
できる効果を有するものである。
第１図は本発明の第１の実施例を示す断面図、第２図は
第２の実施例を示す断面図、第３図は第１図の実施例の
複合材料と従来の複合材料（ＣＦＲＰ）との振動伝達関
数を比較した図である。
第２の実施例を示す断面図、第３図は第１図の実施例の
複合材料と従来の複合材料（ＣＦＲＰ）との振動伝達関
数を比較した図である。
Claims (1)
- １、カーボン繊維、ガラス繊維などの無機繊維又はアラ
ミド繊維などの有機繊維を樹脂に充填した複合材料層と
拘束型制振材料層とを積層一体化したことを特徴とする
繊維強化複合材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2948088A JPH01204735A (ja) | 1988-02-09 | 1988-02-09 | 繊維強化複合材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2948088A JPH01204735A (ja) | 1988-02-09 | 1988-02-09 | 繊維強化複合材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01204735A true JPH01204735A (ja) | 1989-08-17 |
| JPH0554824B2 JPH0554824B2 (ja) | 1993-08-13 |
Family
ID=12277249
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2948088A Granted JPH01204735A (ja) | 1988-02-09 | 1988-02-09 | 繊維強化複合材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01204735A (ja) |
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-
1988
- 1988-02-09 JP JP2948088A patent/JPH01204735A/ja active Granted
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