JPH06270311A - 熱可塑性制振複合材料およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高強度・高弾性率を有し、一次構造材に適用
可能であると共に、高い制振性を有する熱可塑性制振複
合材料を提供する。 【構成】 制振層と非制振層が交互に層状構造を有して
一体化している制振複合材料であって、該制振層が連続
強化繊維および熱可塑性エラストマーから構成される織
物を少なくとも１枚以上積層したものから形成され、該
非制振層が連続強化繊維および熱可塑性樹脂繊維から構
成される織物を少なくとも１枚以上積層したものから形
成されていることを特徴とする制振複合材料、およびそ
の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高強度・高弾性率を有す
る熱可塑性制振複合材料に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】繊維強化複合材料は、その軽量性、高力
学的特性により、従来の金属系材料の代替材料として現
在注目されており、航空機、自動車、スポーツ・レジャ
ー用品等の構造体に広く用いられてきている。

【０００３】しかし、一方では、繊維強化複合材料は、
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＝ａ×１０^-3〜ａ×１０^-2）を有するため、振
動を生じ易い、あるいは振動源からの振動を伝達して、
環境等に悪影響を及ぼすという欠点を有している。

【０００４】このような振動吸収特性および制振性にお
ける欠点を改良するため、繊維強化材料においても種々
の方法が提案されている。また、材料そのものに制振性
を付与する方法についても種々の提案がなされている。
その例として、材料に制振性を有するシートまたはゴム
を張り付ける方法、制振性を有するシートまたはゴムを
挟み込む方法、制振材料樹脂および強化繊維よりなる複
合材料のシートを挟み込む方法、制振性を発現する成分
をマトリックスに添加する方法および材料に制振塗料を
塗布する方法が挙げられる。

【０００５】制振性を有するシート（複合材料を含む）
またはゴムを挟み込む方法としては、例えば、特開平３
−２７４１４３号、特開平４−２５１７１４号、特開平
２−８４３２９号、特開平４−４２３３号、特開平４−
１２５１３６号等が挙げられる。前者の２つは制振層が
シートの場合であり、後者の３つは制振層が、制振性を
発現させる成分をマトリックスとする複合材料である場
合である。

【０００６】また、材料に制振性を有するシートまたは
ゴムを張り付ける方法としては、例えば、特公昭６０−
５６９３７号、特開平３−２９７６３９号等が挙げられ
る。さらに、特開平１−２０４７３５号および特開平３
−２６５７３６号には、制振層をコーティングにより形
成し、これを積層する方法が開示されている。制振性を
発現する成分をマトリックスに添加する方法としては、
例えば、特開昭５４−３８５８号、特開昭６１−２８７
９３５号、特開平１−９６２２７号、特公昭５７−９７
４６号等が挙げられる。

【０００７】しかし、以上に示されている材料では、複
合材料層のマトリックスおよび非制振層はいずれも熱硬
化性樹脂が主体であるため、比較的低温・長時間の成形
が必要となる。また、得られた品物のリサイクル性を考
えた場合、強化繊維とマトリックスを別々に処理するこ
とは不可能であり、処理方法に限度がある。

【０００８】特開平４−１２５１３６号には、繊維強化
複合材料層にポリエーテルエーテルケトン樹脂等の高剛
性樹脂を予め含浸し、各種形状に加熱成形したものを用
い、拘束型制振材料としてポリウレタン系樹脂や熱硬化
型樹脂を含浸させたものを用いることが開示されてい
る。この場合、形状を有するものは予め加熱成形する必
要があることが記載されており、製造工程が複雑となる
という欠点を有する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、高強度・高
弾性率を有するとともに、制振性、成形性、リサイクル
性にも優れた複合材料を得ることを目的とする。本発明
者らは、成形後に制振層を形成する強化繊維および熱可
塑性エラストマー繊維から構成される織物を少なくとも
１枚以上積層したものと、成形後に非制振層を形成する
強化繊維および熱可塑性樹脂繊維から構成される織物を
少なくとも１枚以上積層したものとを、交互に重ねて積
層体を形成した後、加熱加圧成形することにより、その
目的が達成できることを見い出し、本発明を完成するに
至った。

【００１０】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、制
振層と非制振層が交互に層状構造を有して一体化してい
る制振複合材料であって、該制振層が連続強化繊維およ
び熱可塑性エラストマー繊維から構成される織物を少な
くとも１枚以上積層したものから形成され、該非制振層
が連続強化繊維および熱可塑性樹脂繊維から構成される
織物を少なくとも１枚以上積層したものから形成されて
いることを特徴とする制振複合材料を要旨とするもので
ある。

【００１１】本発明は、また、連続強化繊維および熱可
塑性エラストマー繊維から構成される織物を少なくとも
１枚以上積層したものと、連続強化繊維および熱可塑性
樹脂繊維から構成される織物を少なくとも１枚以上積層
したものとを、交互に重ねて積層体を形成した後、加熱
加圧成形することを特徴とする制振層と非制振層が交互
に層状構造を有して一体化している制振複合材料の製造
方法を要旨とするものである。

【００１２】本明細書中、「連続強化繊維」とは、連続
強化材料として用い得る連続繊維形態のすべての繊維を
意味し、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊
維、金属繊維、ポリベンゾオキサゾール繊維、アルミナ
繊維、炭化ケイ素等が挙げられる。

【００１３】連続強化繊維は、マトリックス成分として
の熱可塑性樹脂より高い融点および／または分解点を有
する高強度・高弾性繊維であることが必要である。

【００１４】本発明において、制振層を構成するマトリ
ックス成分である「熱可塑性エラストマー」とは、その
構造中にソフトセグメントとハードセグメントを有する
ためにゴム弾性を発現するものを意味し、これらが有す
る熱可塑性を利用し、熱または溶媒によって溶解して繊
維形状で使用される。

【００１５】熱可塑性エラストマーとしては、ポリスチ
レン系、ポリオレフィン系、ポリウレタン系、ポリエス
テル系、ポリアミド系のものが挙げられる。例えば、ポ
リスチレン系の場合、ブタジエン、ポリイソプレン、ポ
リエチレン、ポリブチレン等のソフトセグメントと、ス
チレンのハードセグメントを有し、ポリオレフィン系の
場合、ニトリルゴム等のソフトセグメントと、ポリプロ
ピレン、ポリエチレン等のハードセグメントを有し、ポ
リウレタン系の場合、長鎖のポリオールとジイソシアネ
ートを重合したポリマーのソフトセグメントと、短鎖の
ポリオールとジイソシアネートを重合したポリマーのハ
ードセグメントを有し、ポリエステル系の場合、ポリテ
トラメチレンエーテルグリコール等のソフトセグメント
と、ポリブチレンテレフタレート等のハードセグメント
を有し、ポリアミド系の場合、ポリエーテル、ポリエス
テル等のソフトセグメントと、ナイロン６、サイロン６
６、ナイロン１２等のハードセグメントを有する。

【００１６】また、非制振層を構成するマトリックス成
分である「熱可塑性樹脂繊維」とは、構造的には前述の
ようなソフトセグメントを含まない熱可塑性樹脂を熱ま
たは溶媒によって溶解して繊維化したものを意味する。
熱可塑性樹脂は特に限定されないが、例えば、ポリオレ
フィン類、ポリエステル類、ポリアミド類、ポリアリレ
ート、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンエ
ーテル、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルエーテ
ルケトン、ポリエーテルイミド、ポリイミド等のポリマ
ー類またはコポリマー類が挙げられる。この熱可塑性樹
脂繊維と熱可塑性エラストマーを組み合せる場合、熱可
塑性樹脂繊維が十分に成形可能な程度において、熱可塑
性エラストマーも十分に成形可能であると共に、劣化、
分解を起こさないように選択することが必要である。

【００１７】以下、本発明の制振複合材料の製造方法に
ついて詳しく説明する。まず、連続強化繊維と熱可塑性
樹脂繊維／熱可塑性エラストマー繊維を用いて織物を作
製するが、その方法としては、連続強化繊維と熱可塑性
樹脂繊維／熱可塑性エラストマー繊維を交織する方法、
連続強化繊維と熱可塑性樹脂繊維／熱可塑性エラストマ
ー繊維を引き揃えまたは混繊した糸を編織成する方法等
が用いることができる。混繊を行う方法は特に限定され
ないが、例えば、エアーにより開繊を行って混合する方
法、液中で開繊を行って混合する方法、静電気により開
繊を行って混合する方法等、従来から公知の方法を使用
することができる。

【００１８】ここで得られる織物は、一般的な織物の組
織として知られる平織り、綾織り、朱子織りおよびその
変化組織が可能である。また、熱可塑性樹脂繊維／熱可
塑性エラストマー繊維と２種類以上の連続強化繊維を用
いることもでき、この場合、交織、引き揃え、混繊等を
適当に組み合せることにより織布を得ることができる。
経織り密度および緯織り密度を任意に設定できるため、
限りなく種々の織物を用いることができる。

【００１９】さらに、連続強化繊維と熱可塑性樹脂繊維
／熱可塑性エラストマー繊維との接着性を改良するた
め、公知のカップリング剤処理、酸化処理、プラズマ処
理等を行うこともできる。

【００２０】次に、連続強化繊維と熱可塑性樹脂繊維／
熱可塑性エラストマー繊維を交織することによって得ら
れた織物をｍ枚積層する場合、まず連続強化繊維と熱可
塑性樹脂繊維を交織することにより得られた、非制振層
を形成する織物ａ₁枚を強化繊維の方向を９０度ずらし
ながら積層する。次に、連続強化繊維と熱可塑性エラス
トマー繊維を交織することにより得られた、制振層を形
成する織物ｂ枚を、強化繊維の方向を９０度ずらしなが
ら積層し、さらに前述の非制振層を形成する織物ａ₂枚
を、強化繊維の方向に９０度ずらしながら積層する。こ
こで、ｍ＝ａ₁＋ｂ＋ａ₂であり、ａ₁≧ａ₂である。ま
た、ｂ≧ａ₁またはｂ≦ａ₁であり、一般的に、前者の方
がその材料の制振性に対する効果が高くなる。

【００２１】積層する際、それぞれの織物を、その積層
面内での連続強化繊維の方向に対して、例えば、４５
°、６０°または９０°ずつずらして積層することによ
り、面内等方性材料を得ることができる。

【００２２】また、強化繊維の方向を０°に統一しても
よく、両外層（非制振層）および中間層（制振層）で強
化繊維を方向性を変えてもよい。ここでは特に連続強化
繊維と熱可塑性樹脂繊維／熱可塑性エラストマー繊維維
から構成される公織布の場合について説明したが、引き
揃え布や混繊布についても同様である。

【００２３】次に、このようにして得られた積層体を加
熱加圧成形するが、この場合、従来より複合材料の成形
方法として一般的に使用されている加熱プレス法、オー
トクレーブ法およびダイヤフラム法を用いることができ
る。加熱プレス法の場合、減圧を行いながら加熱プレス
を行うのが好ましい。織物を構成する熱可塑性樹脂ある
いは熱可塑性エラストマーのいずれか高融点側の温度域
まで一気に昇温し、所定の加圧応力を負荷した後、樹脂
の流動が完了するまで保持することにより、非制振層と
制振層を同時に成形加工することができる。

【００２４】本発明において重要なことは、成形後に制
振層を形成するための部分が連続強化繊維と熱可塑性エ
ラストマー繊維からなる織物によって構成されることで
ある。このような構成にしたことにより、成形時に溶融
した熱可塑性エラストマー成分が、連続強化繊維が重な
ることによりできる空間で保持され、これが制振層を形
成する。このことは、熱可塑性エラストマーの融点が本
発明で用いる熱可塑性樹脂の融点より低い場合、非常に
重要となる。また、このような構成とすることにより、
一体成形が可能となる。また、この部分にも連続強化繊
維が用いられているため、高強度・高弾性率を発現す
る。

【００２５】成形後に制振層を形成する部分に熱可塑性
エラストマーシートを用いた場合、この熱可塑性エラス
トマーの融点が本発明で用いる熱可塑性樹脂の融点より
低いと、連続強化繊維と熱可塑性樹脂繊維からなる織物
を積層した側に溶融した熱可塑性エラストマーが侵入す
るため、制振性が十分に発揮できないばかりか、本発明
と同じ厚さの材料を作成した場合に強度、弾性率が低い
ものとなり、一次構造材等への使用に適さない。

【００２６】また、成形後に制振層を形成する部分に短
繊維を含む熱可塑性エラストマーシートを用いた場合、
本発明の場合と同様に短繊維が構成する空間で熱可塑性
エラストマーが保持され、制振性の発現は起こるが、本
発明と同じ材料を作成した場合、強度、弾性率が低いも
のとなり、一次構造材等への使用に適さない。

【００２７】

【実施例】次に、実施例および比較例により本発明をさ
らに具体的に説明する。実施例１ １３５テックス、８００フィラメントのガラス繊維を経
糸として、４２０デニール、４８フィラメントのナイロ
ン６繊維を緯糸として用い、成形後に非制振層を形成す
る、経糸と緯糸の密度がそれぞれ２５本／インチおよび
２５本／インチである平織物を作成した。一方、１３５
テックス、８００フィラメントのガラス繊維を経糸とし
て、３６０デニール、２４フィラメントのポリウレタン
エラストマー繊維を緯糸として用い、成形後に制振層を
形成する、経糸と緯糸の密度がそれぞれ２５本／インチ
および３０本／インチである平織物を作成した。これら
の織物は、積層する前に、ガラス繊維に付着している糊
剤を除去すると共に、強化繊維とマトリックス繊維の接
着性を改良するためにアミノシランカップリング剤溶液
で処理を行った。

【００２８】次に、非制振層を形成する織物を、強化繊
維の方向が０°／９０°となるように９枚積層し、その
上に制振層を形成する織物を、強化繊維の方向が０°／
９０°となるように４枚積層した。さらに、その上に非
制振層を形成する織物を、強化繊維の方向が０°／９０
°となるように９枚積層して積層体を得た。

【００２９】その後、１０torrの真空下、最初に圧力１
０kg／cm²まで加圧し、１２℃／分で３００℃まで昇温
した後、３０kg／cm²まで加圧した。この状態で１５分
間保持した後、１５℃／分で５０℃まで降温し、雰囲気
を大気圧に戻して成型品を取り出し、制振複合材料を得
た。一回の成形に要する時間は約１時間であった。

【００３０】実施例１の制振複合材料および後記実施例
および比較例で得られた制振複合材料について、以下の
評価試験を行った。結果を表１、表２および図２に示
す。 （１）曲げ試験：ＪＩＳ−Ｋ７０５５に準じて行った。
比較例１の値を１００として示した。 （２）制振性評価試験：図１に示すように、インパルス
ハンマーを用い、打点から一定方向および一定距離に張
り付けた加速度センサーを介してＦＦＴ（高速フーリエ
変換）アナライザーで共振周波数を求め、本周波数にお
ける損失係数を求めることにより行った。また、振動数
の減衰の測定も行った。ここで、打点と加速度センサー
の距離はいずれの場合も５０mmとし、また、方向は強化
繊維方向に対して０°、４５°または９０°で測定を行
った。なお測定はすべて温度２２.５℃、相対湿度６５
％の環境下で行った。

【００３１】実施例２ 非制振層を形成する織物を８枚積層し、制振層を形成す
る織物を６枚積層する以外は実施例１と同様にして制振
複合材料を得た。

【００３２】実施例３ 非制振層を形成する織物を７枚積層し、制振層を形成す
る織物を８枚積層する以外は実施例１と同様にして制振
複合材料を得た。

【００３３】実施例４ 非制振層を形成する織物を１１枚積層し、制振層を形成
する織物を１１枚積層し、１層の非制振層と１層の制振
層の２層のみからなる積層体を得る以外は実施例１と同
様にして制振複合材料を得た。

【００３４】比較例１ １３５テックス、８００フィラメントのガラス繊維を経
糸として、４２０デニール、４８フィラメントのナイロ
ン６繊維を緯糸として用い、経糸と緯糸の密度がそれぞ
れ２５本／インチおよび２５本／インチである平織物を
作成し、該織物を強化繊維の方向が０°／９０°となる
ように２２枚積層した後、実施例１と同様にして加熱加
圧成形した。比較例１では実施例１のような制振層が形
成されない。

【００３５】比較例２ 制振層を形成する織物の代わりに、該織物が占める容積
と同じ容積を有するポリウレタンエラストマーフィルム
を用いる以外は実施例１と同様にして制振複合材料を得
た。

【００３６】

【表１】

【００３７】表１から明らかなように、比較例１に対
し、実施例１〜４は強度、弾性率とも遜色ないものであ
った。また、比較例２は強度、弾性率とも低い値を示し
た。

【００３８】

【表２】

【００４９】表２から明らかなように、実施例１〜４の
制振複合材料は優れた制振性を示した。

【００４０】図２から明らかなように、実施例１では振
動波の減衰が１３msec.程度で完了しているのに対し、
比較例１では１５msec.以上、比較例２では１５msec.程
度と遅かった。また、制振層の厚さが大きくなるにつれ
て振動波の減衰が早くなり、実施例３では振動波の減衰
が８msec.程度で完了した。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、制振性や強度が要求さ
れる構造部材、機械部品等に使用できる優れた力学的特
性および振動減衰特性を有すると共に、リサイクル性に
優れた制振複合材料が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 制振複合材料の制振特性の評価に用いる装置
を示す図である。

【図２】 実施例および比較例の制振複合材料の減衰波
曲線を示すグラフである。

【符号の説明】

１…ＦＦＴアナライザー、２…加速度センサー、３…イ
ンパルスハンマー、４…試料

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【手続補正書】

【提出日】平成５年４月２７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２２】また、強化繊維の方向を０°に統一しても
よく、両外層（非制振層）および中間層（制振層）で強
化繊維を方向性を変えてもよい。ここでは特に連続強化
繊維と熱可塑性樹脂繊維／熱可塑性エラストマー繊維維
から構成される交織布の場合について説明したが、引き
揃え布や混繊布についても同様である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 貴志 佳久 京都府宇治市宇治小桜23番地 ユニチカ株 式会社中央研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 制振層と非制振層が交互に層状構造を有
   して一体化している制振複合材料であって、該制振層が
   連続強化繊維および熱可塑性エラストマー繊維から構成
   される織物を少なくとも１枚以上積層したものから形成
   され、該非制振層が連続強化繊維および熱可塑性樹脂繊
   維から構成される織物を少なくとも１枚以上積層したも
   のから形成されていることを特徴とする制振複合材料。
2. 【請求項２】 制振層が２層の非制振層に挟まれた構造
   を有する請求項１記載の制振複合材料。
3. 【請求項３】 １層の制振層と１層の非制振層の２層の
   みからなる請求項１記載の制振複合材料。
4. 【請求項４】 連続強化繊維および熱可塑性エラストマ
   ー繊維から構成される織物を少なくとも１枚以上積層し
   たものと、連続強化繊維および熱可塑性樹脂繊維から構
   成される織物を少なくとも１枚以上積層したものとを、
   交互に重ねて積層体を形成した後、加熱加圧成形するこ
   とを特徴とする制振層と非制振層が交互に層状構造を有
   して一体化している制振複合材料の製造方法。