JPH0443931B2 - - Google Patents
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- JPH0443931B2 JPH0443931B2 JP63325217A JP32521788A JPH0443931B2 JP H0443931 B2 JPH0443931 B2 JP H0443931B2 JP 63325217 A JP63325217 A JP 63325217A JP 32521788 A JP32521788 A JP 32521788A JP H0443931 B2 JPH0443931 B2 JP H0443931B2
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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の宇宙構造物、OA機器、
自動車、レジヤー用品などの構造体に用いて振
動・騒音の低減を実現する繊維強化複合材料に関
するものである。
自動車、レジヤー用品などの構造体に用いて振
動・騒音の低減を実現する繊維強化複合材料に関
するものである。
CFRPなど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。
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、高強度であること、及び繊維配向
角を制御すれば所望の機械特性を実現できる点で
優れている。このため、軽量化が特に要求される
宇宙構造物、航空機、自動車、レジヤー用品など
の構造材料に巾広く用いられる用になつてきてい
る。
較して、軽量、高強度であること、及び繊維配向
角を制御すれば所望の機械特性を実現できる点で
優れている。このため、軽量化が特に要求される
宇宙構造物、航空機、自動車、レジヤー用品など
の構造材料に巾広く用いられる用になつてきてい
る。
ところで、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つて
いる。
用途の拡大に伴い、構造体の振動が問題となつて
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=0.001〜0.1)をもつため、振動を生じ易
い。また、構造物を一体成型で作製することが多
く、従来の金属構造材料とは異なり、接続部での
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故障、アンテナの
位置精度の低下などの問題が生じ、繊維強化複合
材料の振動減衰特性の改善は、重要な課題となつ
ている。
構造材料と同程度の小さな振動減衰特性(損失係
数η=0.001〜0.1)をもつため、振動を生じ易
い。また、構造物を一体成型で作製することが多
く、従来の金属構造材料とは異なり、接続部での
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故障、アンテナの
位置精度の低下などの問題が生じ、繊維強化複合
材料の振動減衰特性の改善は、重要な課題となつ
ている。
これらの問題を解決する目的で、マトリツクス
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
トリツ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、振動減衰特性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を
数十倍程度に改善できるものの、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、また大
きな剛性の低下を伴うので効果的ではない。
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
トリツ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、振動減衰特性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を
数十倍程度に改善できるものの、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、また大
きな剛性の低下を伴うので効果的ではない。
本発明は前記課題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にある。
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にある。
上記目的を達成するため、本発明の繊維強化複
合材料においては、カーボン、ガラス繊維などの
無機強化繊維又はアラミド繊維などの有機強化繊
維をエポキシ樹脂などの樹脂に含浸した2以上の
複合材料層を繊維の配向角が各層又は一部の層で
異なるように積層し、配向の異なる層間の一部又
は全部に粘弾性材料を積層一体化したものであ
る。
合材料においては、カーボン、ガラス繊維などの
無機強化繊維又はアラミド繊維などの有機強化繊
維をエポキシ樹脂などの樹脂に含浸した2以上の
複合材料層を繊維の配向角が各層又は一部の層で
異なるように積層し、配向の異なる層間の一部又
は全部に粘弾性材料を積層一体化したものであ
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、マトリツクス樹脂の振動
減衰特性ηn(損失係数)及び弾性率En、繊維の振
動減衰特性ηf、及び弾性率Efをそれぞれ用いて次
式で表わされる。
合、振動減衰特性ηcは、マトリツクス樹脂の振動
減衰特性ηn(損失係数)及び弾性率En、繊維の振
動減衰特性ηf、及び弾性率Efをそれぞれ用いて次
式で表わされる。
ηc=ηn(1−νf)+Ef/En・ηf・νf/1−νf
+Ef/En・νf……(1) ここでνfは繊維の体積含有率である。
+Ef/En・νf……(1) ここでνfは繊維の体積含有率である。
例えば、カーボン繊維を50Vol%充填した場合
を考える。樹脂の弾性率は200Kg/mn2程度であ
るので、弾性率比Ef/En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。
を考える。樹脂の弾性率は200Kg/mn2程度であ
るので、弾性率比Ef/En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=ηn+100ηf/101≒ηn/100+ηf ……(2)
通常、樹脂の振動減衰特性ηn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ηcは0.002程度になる。また可撓性
を付与し、樹脂のηn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。
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ηcは0.002程度になる。また可撓性
を付与し、樹脂のηn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、配向角の異なる層の間
に粘弾性材料を設けている。したがつて、前記複
合材料が伸縮変形を生じた場合、各層の異方性に
より各層の変形状態が異なるため、層間の粘弾性
材料にせん断変形を生じる。粘弾性材料は一般に
粘性が大きいので、前記せん断変形により振動エ
ネルギーの一部が熱エネルギーに変わり、振動を
吸収する。このため、振動減衰特性が増加する。
前記振動減衰特性は、粘弾性材料の振動エネルギ
ーを熱エネルギーに変換する効率(力学的損失
tanδ)に依存する。そこで、低周波数tanδの大き
な粘弾性材料を用いることで、低周波数でも大き
な振動減衰特性を実現できる。
に粘弾性材料を設けている。したがつて、前記複
合材料が伸縮変形を生じた場合、各層の異方性に
より各層の変形状態が異なるため、層間の粘弾性
材料にせん断変形を生じる。粘弾性材料は一般に
粘性が大きいので、前記せん断変形により振動エ
ネルギーの一部が熱エネルギーに変わり、振動を
吸収する。このため、振動減衰特性が増加する。
前記振動減衰特性は、粘弾性材料の振動エネルギ
ーを熱エネルギーに変換する効率(力学的損失
tanδ)に依存する。そこで、低周波数tanδの大き
な粘弾性材料を用いることで、低周波数でも大き
な振動減衰特性を実現できる。
また、前記複合材料が曲げの変形を受けた場合
に、制振鋼板と同様な拘束タイプの制振機構が生
じ、高周波で大きな振動減衰特性を実現できる。
に、制振鋼板と同様な拘束タイプの制振機構が生
じ、高周波で大きな振動減衰特性を実現できる。
同じ配向角をもつ層の間に、粘弾性材料を設け
ると、後者の拘束タイプの制振機構のみ生じ、伸
縮変形下での大きな振動減衰特性は期待できな
い。
ると、後者の拘束タイプの制振機構のみ生じ、伸
縮変形下での大きな振動減衰特性は期待できな
い。
粘弾性材料としては、ビスフエノール型エポキ
シ樹脂、ポリオールまたはその重合体のポリグリ
シジルエーテルであるエポキシ樹脂、ポリイソシ
アネート化合物とポリオール樹脂とを反応させて
得られるポリウレタン系樹脂などの熱硬化性樹脂
をベースにしたもの、又は、ポリオレフイン樹
脂、塩化ビニル樹脂、アクリル樹脂などの熱可塑
性樹脂をベースにしたもの等公知のものが使用で
きる。また、これら材料としては、弾性率50Kg
f/mm2以下、好ましくは10Kgf/mm2以下のもの、
力学的損失tanδは0.1以上のもの、好ましくは0.5
以上のものが使用できる。
シ樹脂、ポリオールまたはその重合体のポリグリ
シジルエーテルであるエポキシ樹脂、ポリイソシ
アネート化合物とポリオール樹脂とを反応させて
得られるポリウレタン系樹脂などの熱硬化性樹脂
をベースにしたもの、又は、ポリオレフイン樹
脂、塩化ビニル樹脂、アクリル樹脂などの熱可塑
性樹脂をベースにしたもの等公知のものが使用で
きる。また、これら材料としては、弾性率50Kg
f/mm2以下、好ましくは10Kgf/mm2以下のもの、
力学的損失tanδは0.1以上のもの、好ましくは0.5
以上のものが使用できる。
複合材料層は、強化用繊維にエポキシ樹脂、ポ
リイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂
などの高強度樹脂を予め含浸し、各種形状に加熱
成形したものを使用する。エポキシ樹脂やポリイ
ミド樹脂のような熱硬化性樹脂では、強化繊維に
これら樹脂を含浸後、温和な加熱によりやや硬化
反応を進めたいわゆるBステージ状態のプリプレ
グとして使用してもよい。
リイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂
などの高強度樹脂を予め含浸し、各種形状に加熱
成形したものを使用する。エポキシ樹脂やポリイ
ミド樹脂のような熱硬化性樹脂では、強化繊維に
これら樹脂を含浸後、温和な加熱によりやや硬化
反応を進めたいわゆるBステージ状態のプリプレ
グとして使用してもよい。
強化繊維は、公知のものが使用でき、炭素繊
維、アルミナ繊維、炭化ケイ素繊維、などの無機
繊維、アラミド繊維などの有機繊維が使用でき
る。これら繊維の利用形態としては、一方向に引
揃えたもの、織物(平織、あや織、しゆす織、な
ど)などが使用できる。
維、アルミナ繊維、炭化ケイ素繊維、などの無機
繊維、アラミド繊維などの有機繊維が使用でき
る。これら繊維の利用形態としては、一方向に引
揃えたもの、織物(平織、あや織、しゆす織、な
ど)などが使用できる。
本発明の複合材料として、上記成形物又はプリ
プレグに粘弾性材料樹脂を塗布の上、積層して成
形しても良いし、Bステージ状態または熱接着性
を有する粘弾性材料シートを上記成形物又はプリ
プレグと共に積層し成形することも可能である。
プレグに粘弾性材料樹脂を塗布の上、積層して成
形しても良いし、Bステージ状態または熱接着性
を有する粘弾性材料シートを上記成形物又はプリ
プレグと共に積層し成形することも可能である。
〔実施例〕
以下に本発明の実施例を図によつて説明する。
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、実施例はカーボン繊維及びエポ
キシ樹脂からなるプリプレグシート(AS/
J1201;住友化学工業(株))1を〔0/±45/90〕
Sに積層し、各層間に粘弾性材料2を設けて積層
一体化した例を示している。粘弾性材料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材料を用い
た。前記材料は、室温で、tanδ=1.5の値をもつ。
す。図において、実施例はカーボン繊維及びエポ
キシ樹脂からなるプリプレグシート(AS/
J1201;住友化学工業(株))1を〔0/±45/90〕
Sに積層し、各層間に粘弾性材料2を設けて積層
一体化した例を示している。粘弾性材料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材料を用い
た。前記材料は、室温で、tanδ=1.5の値をもつ。
尚、実施例ではプリプレグシートに未硬化の粘
弾性材料を塗布し、前記の積層順に重ね合せ、圧
力下で加熱硬化させて作製した。
弾性材料を塗布し、前記の積層順に重ね合せ、圧
力下で加熱硬化させて作製した。
第2図に、+45°及び−45°の単層板10に引張
応力Fを加えた場合の変形の様子を示す。前記層
間に設けられた粘弾性材料は、これらの変形を拘
束するように働き、せん断変形を生じる。
応力Fを加えた場合の変形の様子を示す。前記層
間に設けられた粘弾性材料は、これらの変形を拘
束するように働き、せん断変形を生じる。
第3図に、第1図の積層体による実施例の繊維
強化複合材料の損失係数を周波数との関係を示
す。図中、実線3は曲げ振動での特性、破線4は
縦振動での特性である。どちらの場合において
も、損失係数は、0.02以上の大きな値となつてい
る。
強化複合材料の損失係数を周波数との関係を示
す。図中、実線3は曲げ振動での特性、破線4は
縦振動での特性である。どちらの場合において
も、損失係数は、0.02以上の大きな値となつてい
る。
第4図に、第1図の積層体で同じ配向角をもつ
層間(すなわち90°層の間)にのみ粘弾性材料を
設けた場合の特性である。縦振動及び曲げ振動で
は100Hz以下の周波数で、損失係数は第3図の場
合に比較して小さくなつている。
層間(すなわち90°層の間)にのみ粘弾性材料を
設けた場合の特性である。縦振動及び曲げ振動で
は100Hz以下の周波数で、損失係数は第3図の場
合に比較して小さくなつている。
以上実施例ではカーボン繊維を使用した例を示
したが、その他ガラス繊維などの無機強化繊維、
アラミド繊維などの有機強化繊維を用いても同効
である。
したが、その他ガラス繊維などの無機強化繊維、
アラミド繊維などの有機強化繊維を用いても同効
である。
以上のように本発明によれば、振動減衰特性の
大きな繊維強化複合材料を実現することが可能と
なり、人工衛星などの宇宙構造物における搭載機
器の故障やアンテナの位置精度の低下、自動車な
どの騒音問題を解決できる効果を有するものであ
る。
大きな繊維強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
器の故障やアンテナの位置精度の低下、自動車な
どの騒音問題を解決できる効果を有するものであ
る。
第1図は本発明の実施例を示す断面図、第2図
は±45°層の変形の様子を示す図、第3図は第1
図実施例の複合材料の損失係数の周波数特性を示
す図、第4図は90°層間に粘弾性材料を設けた場
合の損失係数の周波数特性を示す図である。 1……プリプレグシート、2……粘弾性材料。
は±45°層の変形の様子を示す図、第3図は第1
図実施例の複合材料の損失係数の周波数特性を示
す図、第4図は90°層間に粘弾性材料を設けた場
合の損失係数の周波数特性を示す図である。 1……プリプレグシート、2……粘弾性材料。
Claims (1)
- 1 カーボン、ガラス繊維などの無機強化繊維又
はアラミド繊維などの有機強化繊維をエポキシ樹
脂などの樹脂に含浸した2以上の複合材料層を繊
維の配向角が各層又は一部の層で異なるように積
層し、配向の異なる層間の一部又は全部に粘弾性
材料層を設けて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 (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63325217A JPH02169633A (ja) | 1988-12-22 | 1988-12-22 | 繊維強化複合材料 |
US07/905,222 US5487928A (en) | 1988-12-22 | 1992-06-29 | Fiber reinforced composite material and a process for the production thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63325217A JPH02169633A (ja) | 1988-12-22 | 1988-12-22 | 繊維強化複合材料 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02169633A JPH02169633A (ja) | 1990-06-29 |
JPH0443931B2 true JPH0443931B2 (ja) | 1992-07-20 |
Family
ID=18174333
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63325217A Granted JPH02169633A (ja) | 1988-12-22 | 1988-12-22 | 繊維強化複合材料 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH02169633A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015164833A (ja) * | 2014-02-05 | 2015-09-17 | 株式会社マルイ | 自転車用サドルとその製造方法 |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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