JPH05147031A - 高エネルギー吸収用多軸強化三次元成形基材 - Google Patents
高エネルギー吸収用多軸強化三次元成形基材Info
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- JPH05147031A JPH05147031A JP3317940A JP31794091A JPH05147031A JP H05147031 A JPH05147031 A JP H05147031A JP 3317940 A JP3317940 A JP 3317940A JP 31794091 A JP31794091 A JP 31794091A JP H05147031 A JPH05147031 A JP H05147031A
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Abstract
度に優れた複合材料を得ることのできる高エネルギー吸
収用多軸強化三次元成形基材を得る。 【構成】 外部負荷軸5に対して、±15〜60゜の範
囲で斜交配向する線条1を、多軸方向に三次元的に組合
わせている。
Description
る繊維強化複合材料の強化材として用いられる高エネル
ギー吸収用多軸強化三次元成形基材に関するものであ
る。
より、プラスチック、セラミックスおよび金属等のマト
リックスを強化したものであり、その比剛性、比強度に
優れた特性を示す。しかしながら従来の繊維強化複合材
料では外部負荷に対して脆弱的な破壊挙動を示すためエ
ネルギー吸収を必要とする構造部材への適用は非常に困
難であった。
有する樹脂が多く適用されており、また複合材料では、
例えば特公昭57−20900号公報に示されているよ
うに、強化材が三次元的に配向された三次元複合材料で
内部に空隙を有する多孔質のものが提案されている。図
4は上記公報に示された従来の格子状多孔性構造部材の
斜視図であり、図において11は強化材、2はマトリッ
クスである。この格子状多孔性構造部材ではマトリック
ス2は強化材11およびその交差部のみに含浸固化され
ており、各強化材間に空隙を有している。外部負荷に対
して強化材の持つ高剛性と空隙部での易変形性によりエ
ネルギーが吸収され緩衝作用を示すようになっている。
ムまたはゴム状弾性を有する樹脂や内部に空隙を有する
多孔質な三次元複合材料は、構造物として必要な剛性や
強度が低く、適用範囲が限定されるという課題があっ
た。
なされたもので、広範囲の構造部材に適用可能な比剛
性、比強度に優れた複合材料を得ることのできる高エネ
ルギー吸収用多軸強化三次元成形基材を得ることを目的
とするものである。
吸収用多軸強化三次元成形基材は、外部負荷軸に対し
て、±15〜60゜の範囲で斜交配向する線条を、多軸
方向に三次元的に組合わせてなるものである。
荷がかかるとまず最初に材料全体の弾性変形が起こり、
次に成形基材の大変形に伴う非線形な変形を生じる。こ
の時斜交配向した線条は互いに干渉することなく滑りな
がら変形を行うので成形基材自身が損傷を受けることは
なく、外部負荷がさらに大きくなって材料全体が終局破
壊を迎えるまで非常に大きなエネルギー吸収を行う。ま
たマトリックスにゴムのように伸びのあるものを用いれ
ばマトリックスが成形基材に追随した変形を行うので変
形に可逆性が生じ繰り返し荷重にも対応できる。
収用多軸強化三次元成形基材である4軸強化三次元成形
基材にマトリックスを含浸した複合材料の配向概念図、
図2は上記成形基材に用いた線条の一部拡大断面図であ
る。図において、1は線条、2はマトリックス、3は炭
素繊維、4はエポキシ樹脂、5は外部負荷方向である。
即ち、線条としては炭素繊維3およびエポキシ樹脂4か
らなる炭素繊維強化プラスチックを用い、立方体の対向
頂点を結ぶ4軸方向(外部負荷軸に対して各軸共に45
゜方向)に配向させて組み上げている。このようにして
組み上げた成形基材にマトリックス2としてエポキシ樹
脂を真空含浸し、加熱硬化させて4軸方向に強化された
この発明の一実施例を用いた三次元複合材料を作製す
る。
から試験片を切り出し、圧縮試験を行った時の4軸強化
三次元複合材料の荷重による変位変化を示す変位曲線図
である。図中Xは複合材料全体の変形が起こっている領
域、Zは斜交配向した線条が相互に滑りながら圧縮変形
し、終局破壊点Aに至るまで非常に大きなエネルギー吸
収挙動を示す。この時成形基材における線条の配向角度
を変化させれば材料の剛性や強度をコントロールするこ
とができる。ただし、外部負荷軸に対し、強化材配向角
が±15゜以内になると成形基材のマイクロバッタリン
グが急激に多くなり十分なエネルギー吸収機能を発揮で
きなくなり、また配向角が±60〜90゜の範囲内であ
ると外部負荷に対して成形基材の変形が十分行われ無く
なりこれも十分なエネルギー吸収機能が発揮できない。
即ち、高エネルギー吸収を発揮するには外部負荷軸に対
して全ての軸方向において線条は15〜60゜の範囲で
三次元的に斜向配向していなければならない。この場
合、線条を三次元的に組み上げた成形基材として線条の
配向軸数は3〜9軸のいずれでも良いが、成形基材の体
積密度を高めるには4軸が、また特性の等方化を考慮す
ると7軸が望ましい。また上記実施例では強化繊維とし
て炭素繊維を用いたが、他の無機繊維や有機繊維を用い
ても良く、マトリックスとしても熱可塑性樹脂を用いる
ことができるのは言うまでもない。表1に従来の二次元
強化複合材料(積層板)および
当りの吸収エネルギーを示す。また比較のため、立方体
の対向面心を結ぶ方向(負荷軸に対して0゜および90
゜方向)に線条を配向させた成形基材を用いた3軸強化
三次元複合材料(3A3D)および3A3Dと4A3D
を組み合わせた方向に線条を配向させた成形基材を用い
た7軸強化三次元複合材料(7A3D)の値も併記す
る。この表で言うエネルギー吸収量とは図3の荷重−変
位曲線における最大荷重点までの曲線と変位軸に囲まれ
た面積に相当する仕事量を試験片の体積で割って求めた
もので、材料のエネルギー吸収特性を示す。表から分か
るように4軸強化三次元複合材料は高いエネルギー吸収
特性を示しており従来の二次元強化複合材料に比べて約
10倍の特性改善が見られる。
結果を示す。ここで用いた4軸強化
作製した成形基材にゴム弾性を有するエポキシ樹脂を真
空含浸したものである。表中、表中ネオプレンゴム、ブ
チルゴムは制振材料として汎用的にしようされているゴ
ム材料の値である。結果から分かるように4A3Dは制
振特性、強度ともにゴム材料を大き越えている。
料および4軸強化複合材料
り、表からこの発明の一実施例の成形基材を用いた複合
材料は構造材料として必要な絶対強度の優位性を立証す
ることができる。
軸に対して、±15〜60゜の範囲で斜交配向する線条
を、多軸方向に三次元的に組合わせてなるものを用いる
ことにより、広範囲の構造部材に適用可能な比剛性、比
強度に優れた複合材料を得ることのできる高エネルギー
吸収用多軸強化三次元成形基材を得ることができる。
強化三次元成形基材である4軸強化三次元成形基材にマ
トリックスを含浸した複合材料の配向概念図である。
面図である。
線図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 外部負荷軸に対して、±15〜60゜の
範囲で斜交配向する線条を、多軸方向に三次元的に組合
わせてなる高エネルギー吸収用多軸強化三次元成形基
材。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3317940A JP2551287B2 (ja) | 1991-12-02 | 1991-12-02 | 高エネルギー吸収用多軸強化三次元成形基材およびこれを用いた高エネルギー吸収複合材料 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3317940A JP2551287B2 (ja) | 1991-12-02 | 1991-12-02 | 高エネルギー吸収用多軸強化三次元成形基材およびこれを用いた高エネルギー吸収複合材料 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05147031A true JPH05147031A (ja) | 1993-06-15 |
JP2551287B2 JP2551287B2 (ja) | 1996-11-06 |
Family
ID=18093719
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3317940A Expired - Lifetime JP2551287B2 (ja) | 1991-12-02 | 1991-12-02 | 高エネルギー吸収用多軸強化三次元成形基材およびこれを用いた高エネルギー吸収複合材料 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2551287B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006214524A (ja) * | 2005-02-03 | 2006-08-17 | Honda Motor Co Ltd | エネルギ吸収構造体 |
CN108488309A (zh) * | 2018-05-04 | 2018-09-04 | 东南大学 | 一种周期复合结构点阵材料 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02263835A (ja) * | 1989-04-04 | 1990-10-26 | Three D Konpo Res:Kk | 三次元多軸強化複合材料の製造方法 |
-
1991
- 1991-12-02 JP JP3317940A patent/JP2551287B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02263835A (ja) * | 1989-04-04 | 1990-10-26 | Three D Konpo Res:Kk | 三次元多軸強化複合材料の製造方法 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2006214524A (ja) * | 2005-02-03 | 2006-08-17 | Honda Motor Co Ltd | エネルギ吸収構造体 |
JP4664694B2 (ja) * | 2005-02-03 | 2011-04-06 | 本田技研工業株式会社 | エネルギ吸収構造体 |
CN108488309A (zh) * | 2018-05-04 | 2018-09-04 | 东南大学 | 一种周期复合结构点阵材料 |
CN108488309B (zh) * | 2018-05-04 | 2024-04-26 | 东南大学 | 一种周期复合结构点阵材料 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2551287B2 (ja) | 1996-11-06 |
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