JPH09239847A - 低密度frpアブレータ - Google Patents
低密度frpアブレータInfo
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- JPH09239847A JPH09239847A JP8057295A JP5729596A JPH09239847A JP H09239847 A JPH09239847 A JP H09239847A JP 8057295 A JP8057295 A JP 8057295A JP 5729596 A JP5729596 A JP 5729596A JP H09239847 A JPH09239847 A JP H09239847A
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- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
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Abstract
度が大であると共に、全体としての強度および剛性も大
であって、クロスを層状に配設した場合の耐層間剥離強
度にも優れた低密度FRPアブレータを提供する。 【解決手段】 マトリックス樹脂12中に縦糸13aと
横糸13bとをメッシュ間隙をおいて織ったメッシュ織
物からなるクロス13を層状に配設すると共に、クロス
13の層間のマトリックス樹脂12中にマイクロバルー
ン14と短繊維15を混合し、クロス13のメッシュ間
隙に短繊維15を介在させてなる低密度FRPアブレー
タ11。
Description
熱ガスから保護するのに利用される軽量でかつ耐層間剥
離性に優れた低密度FRPアブレータに関するものであ
る。
時には、大気との摩擦によって高熱状態となるので、内
部機器などへの熱影響を回避するためには、飛翔体の表
面を高熱ガスから保護することが必要である。
のための方法としては、例えば、(i)比較的弱い加熱
を長時間受ける場合に適したものとして、耐熱性に優れ
た表面材料を高温に保持し、表面からの輻射放熱によっ
て熱保護を行うようにした輻射冷却法、具体的には、耐
熱タイルを用いる方法や、(ii)比較的強い加熱を短
時間受ける場合に適したものとして、熱容量の大きい機
体で熱を吸収して、機体表面の溶融・燃焼等による変形
を防ぐようにした加熱吸収法、具体的にはノーズキャッ
プを用いる方法や、(iii)強い加熱を長時間受ける
場合に適したものとして、樹脂を主材料とする表面材の
熱分解・燃焼・昇華に伴う低温気体の噴出によって加熱
を減じ、高温表面からの輻射冷却と併せて熱防護を行う
ようにしたアブレーション法、具体的には高密度FRP
アブレータや低密度FRPアブレータを用いる方法、な
どがある。
ン法に採用されるFRPアブレータに関するものである
が、従来のFRPアブレータとしては、例えば、図5な
いし図7に示すものがあった。
1は、マトリックス樹脂52中に縦糸53aと横糸53
bとを通常に(緻密に)織りあげたクロス53を層状に
配設すると共に、低密度のアブレータとするためにマト
リックス樹脂52中にマイクロバルーン54を混合して
なるものである。
は、マトリックス樹脂62中に縦糸63aと横糸63b
とを通常に(緻密に)織りあげたクロス63を層状に配
設すると共に、低密度のアブレータとするためにマトリ
ックス樹脂62中にマイクロバルーン64を混合し、さ
らに、マトリックス樹脂62の強度を高めるためにマト
リックス樹脂62中に短繊維65を混合してなるもので
ある。
は、マトリックス樹脂72中に低密度のアブレータとす
るためにマイクロバルーン74を混合すると共にマトリ
ックス樹脂72の強度を高めるために短繊維75を混合
してなるものである。
示したFRPアブレータ51では、マトリックス樹脂5
2中にクロス53を層状に配設していると共にマイクロ
バルーン54を混合していることから、比較的強度が大
でかつ軽量な低密度FRPアブレータではあるものの、
層状に配設した上側の緻密なクロス53とその下側の緻
密なクロス53との間でのつながりがほとんどないた
め、熱が加わった場合に層間での剥離を生じることがあ
り、耐層間剥離性があまり良くないという問題点があっ
た。また、緻密に編んだクロス53の部分とマトリック
ス樹脂52の部分との間でのリセッション速度に相違を
有することから、均一なリセッション速度を得ることが
できがたい場合もあり得るという問題点があった。
では、マトリックス樹脂62中にクロス63を層状に配
設していると共にマイクロバルーン64および短繊維6
5を混合していることから、比較的強度が大でかつ軽量
であり、短繊維65の混合によってマトリックス樹脂6
2もより一層強化された低密度FRPアブレータとなっ
ているものの、この場合にも、層状に配設した上側の緻
密なクロス63とその下側の緻密なクロス63との間で
のつながりがほとんどないため、熱が加わった場合に層
間での剥離を生じることがあり、耐層間剥離性があまり
良くないという問題点があった。また、緻密に編んだク
ロス63の部分とマトリックス樹脂62の部分との間で
のリセッション速度に相違を有することから、均一なリ
セッション速度を得ることができがたい場合もあり得る
という問題点があった。
1では、マトリックス樹脂72中にマイクロバルーン7
4を混合していると共に短繊維75を混合しているた
め、軽量であると共にマトリックス樹脂72の強化もな
された低密度FRPアブレータとなっているものの、ク
ロスが配合していないために全体としての強度および剛
性に劣るものになっているという問題点があった。
した従来の低密度FRPアブレータがもつ問題点を解消
し、軽量(低密度)でかつマトリックス樹脂の強度が大
であると共に、全体としての強度および剛性も大であっ
て、クロスを層状に配設した場合の耐層間剥離性にも優
れた低密度FRPアブレータの開発が望まれているとい
う課題があった。
てみなされたものであって、低密度で軽量であり、マト
リックス樹脂の強度が大であると共に、全体としての強
度および剛性も大であり、クロスを層状に配設した場合
の耐層間剥離性にも優れた低密度FRPアブレータを提
供することを目的としている。
RPアブレータは、請求項1に記載しているように、マ
トリックス樹脂中にメッシュ織物からなるクロスを層状
に配設すると共に、クロスの層間のマトリックス樹脂中
にマイクロバルーンと短繊維を混合し、クロスのメッシ
ュ間隙に短繊維を介在させてなる構成としたことを特徴
としている。
レータの実施態様においては、請求項2に記載している
ように、マトリックス樹脂は熱硬化性樹脂であるものと
することができ、また、請求項3に記載しているよう
に、メッシュ織物からなるクロスの両面側におけるマト
リックス樹脂にメッシュ間隙を介して相互につながりを
有しているものとすることができ、さらに、請求項4に
記載しているように、メッシュ織物からなるクロスのメ
ッシュ間隙が4〜15mmであるものとすることがで
き、請求項5に記載しているように、メッシュ織物から
なるクロスは、縦糸と横糸との交点を接着剤で接着して
なるものとすることができ、請求項6に記載しているよ
うに、メッシュ織物からなるクロスは、縒った2条の縦
糸の間に横糸を通して織ったものとすることができ、請
求項7に記載しているように、マイクロバルーンはその
大きさが30〜300μmであるものとすることがで
き、請求項8に記載しているように、短繊維はその直径
が1〜20μmでかつその長さが5〜25mmであるも
のとすることができる。
9に記載しているように、マイクロバルーンの配合量は
アブレータ密度が0.40〜1.20g/cm3の低密
度となる量とすることができる。
10に記載しているように、表面にアブレータ密度が
1.20〜1.90g/cm3の高密度アブレータをそ
なえているものとすることも可能である。
は、請求項1に記載しているように、マトリックス樹脂
中にメッシュ織物からなるクロスを層状に配設すると共
に、クロスの層間のマトリックス樹脂中にマイクロバル
ーンと短繊維を混合し、クロスのメッシュ間隙に短繊維
を介在させ(ないしは貫通させ)てなる構成としたか
ら、層状に配設されたクロスの間隙に短繊維が介在し
(ないしは貫通し)ていることによってマトリックス樹
脂とクロスとは短繊維を介して係合したものとなってお
り、層状に配設したクロスにつながりができた擬似3D
構造のものとなるので、熱を受けたときにクロスの部分
で剥離を生じがたいものとなって、耐層間剥離性に優れ
た低密度FRPアブレータを提供することが可能であ
り、また、クロスは従来のような緻密に編んだものでは
なくメッシュ間隙を有するメッシュ織物からなるもので
あるので、従来の緻密に編んだクロスを用いる場合ほど
クロスの部分とマトリックス樹脂の部分とでリセッショ
ン速度の違いがなくなって、より均一なリセッション速
度を得ることが可能であり、さらには、いわゆる3D構
造ではなく擬似3D構造のものとなっていて従来の2D
構造の製造工程を得ることができるので、3D構造のも
のを製造する場合に比べて製造性にも著しく優れたもの
とすることが可能であるという著大なる効果がもたらさ
れる。
マトリックス樹脂は熱硬化性樹脂であるものとすること
によって、所要の強度および剛性を有すると共に、樹脂
を主原料とする表面材の熱分解・燃焼・昇華に伴う低温
気体の噴出によって加熱を減じることにより熱防護を行
うのに適したアブレータを得ることが可能であるという
著しく優れた効果がもたらされる。
ッシュ織物からなるクロスの両面側におけるマトリック
ス樹脂にメッシュ間隙を介して相互につながりを有して
いるものとするによって、耐層間剥離により一層優れた
低密度FRPアブレータを得ることが可能であるという
著しく優れた効果がもたらされる。
に、メッシュ織物からなるクロスのメッシュ間隙が4〜
15mmであるものとするによって、マトリックス樹脂
中に含ませる短繊維をクロスのメッシュ間隙に良好に介
在させそして適宜貫通させることが可能となって耐層間
剥離性をより一層向上したものにすることが可能になる
という著大なる効果がもたらされる。
メッシュ織物からなるクロスは、縦糸と横糸との交点を
接着剤で接着してなるものであるようになすことによっ
て、クロスのメッシュ間隙を一定したものとすることが
可能であり、メッシュ間隙への短繊維の介在ないしは貫
通状態をより一層平均化することが可能になり、また、
メッシュ間隙を介して両側のマトリックス樹脂を相互に
つながりのあるものにすることが可能であるという著し
く優れた効果がもたらされる。
に、メッシュ織物からなるクロスは、縒った2条の縦糸
の間に横糸を通して織ったものであるようになすことに
よって、より強固なクロスにできると共にメッシュ間隙
もより安定して一定したものにすることが可能となり、
メッシュ間隙への短繊維の介在ないしは貫通状態をより
一層平均化することが可能となり、メッシュ間隙を介し
て両側のマトリックス樹脂を相互につながりのあるもの
とすることが可能であるという著大なる効果がもたらさ
れる。
に、マイクロバルーンはその大きさが30〜300μm
であるものとすることによって、マトリックス樹脂の強
度を低下させることなく低密度のFRPアブレータとす
ることが可能になるという著大なる効果がもたらされ
る。
に、短繊維はその直径が1〜20μmでかつその長さが
5〜25mmであるものとすることによって、クロスの
メッシュ間隙に短繊維を良好に介在させないしは貫通さ
せることができ、マトリックス樹脂の強度を高めると共
にアブレータの耐層間剥離性をより一層向上させること
が可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。
に、マイクロバルーンの配合量はアブレータ密度が0.
40〜1.20g/cm3の低密度となる量とすること
によって、軽量なアブレータとすることが可能であると
いう著大なる効果がもたらされる。
うに、表面にアブレータ密度が1.20〜1.90g/
cm3の高密度アブレータをそなえているものとするこ
とによって、高密度アブレータがもつ高剛性,低リセッ
ション速度,耐高加熱率性の特長を十分に活かすことが
できると共に低密度アブレータがもつ軽量性,断熱性の
特長を十分に活かすことができるようになるという複合
的効果を得ることができるようになり、例えば、大気圏
に再突入して飛翔体の前方部分が強く加熱される加熱ピ
ークの間は低リセッション速度の高密度アブレータによ
り十分に熱保護することが可能となって、全体としての
リセッション量をさらに少なくすることが可能であると
いう著大なる効果がもたらされる。
RPアブレータの一実施形態を示すものであって、この
図1に示す低密度FRPアブレータ11は、マトリック
ス樹脂12中に縦糸13aと横糸13bとをクロス間隙
を設けて織り上げたメッシュ織物からなるクロス13を
層状に配設すると共に、クロス13の層間にあるマトリ
ックス樹脂12中にマイクロバルーン14と短繊維15
を混合し、クロス13のメッシュ間隙に短繊維15を介
在させないしは貫通させてなる構成をなすものである。
Pアブレータの他の実施形態を示すものであって、この
図2に示す低密度FRPアブレータ21は、図1に示し
た低密度FRPアブレータ11の表面に、縦糸23aと
横糸23bとを緻密に織り上げたクロス23,23の間
にマトリックス樹脂22を有していると共に、マトリッ
クス樹脂22中に短繊維25を混合させた高密度アブレ
ータを設けた構造をなすものである。
説明する。
硬化性樹脂、例えば、フェノール樹脂やエポキシ樹脂を
使用することができ、また、シリコーン樹脂などを使用
することもできる。
は、素材としてカーボンやシリカなどのものを用いるこ
とができ、図3に示すように、1条の縦糸13aと1条
の横糸13bとを単純に織り込んでその交差部分を接着
剤17により接着したものや、図4に示すように、縒っ
た2条の縦糸13aの間に1条の横糸13bを通して織
り込んでその交差部分を接着剤17により接着したもの
などを使用することができ、交差部分を接着剤17によ
り接着したものとすることによって、縦糸13aと横糸
13bとの間でのずれを防止してクロス間隙をばらつき
のない均一なものにすることができる。
は接着剤を用いないときでも図3に示す場合に比べて縦
糸13aと横糸13bとの間でのずれをより防止するこ
とが可能である。
クロス13において、メッシュ間隙は4〜15mmであ
るものとすることがより望ましく、メッシュ間隙が4m
mよりも小さいと短繊維15がメッシュ間隙に入りずら
くなってクロス13とマトリックス樹脂12との間での
短繊維15による機械的なつながりやクロス13の両面
におけるマトリックス樹脂12,12同士のつながりが
小さくなることによって耐層間剥離性の向上が得がたい
ものになる傾向となり、メッシュ間隙が15mmよりも
大きいと取り扱い性が悪くなると共にクロス13による
強度向上の作用が小さくなる傾向となる。
脂12中にマイクロバルーン14を混合してアブレータ
密度が0.40〜1.20g/cm3の低密度のものと
なるように配合量を調整することがより望ましく、この
場合、密度が0.40g/cm3よりも小さいと断熱性
は良好になるものの強度が低下する傾向となり、密度が
1.20g/cm3よりも大きいと重量が増大すると共
に断熱性が低下する傾向となって内部機器等に対する熱
保護性が低下する傾向となる。
は、フェノール,ガラス,シリカなどよりなるものを使
用することができ、シリカ系のものであればなじみの良
いものとすることができる。そして、このマイクロバル
ーン14の大きさは30〜300μmであるものとする
ことがより望ましい。
が30μmよりも小さいと低密度化の作用が小さい傾向
となり、また、マイクロバルーン14の大きさが300
μmよりも大きいとマトリックス樹脂12の強度が低下
する傾向となる。
樹脂12中に混合してマトリックス樹脂12の強化を行
うと共にクロス13のメッシュ間隙に介在しないしは貫
通することによって隣接するクロス13,13間で機械
的なつながりを持たせることによりクロス13の耐層間
剥離性を向上させるようにした短繊維15としては、カ
ーボン繊維,シリカ繊維,(芳香族)ポリアミド(ナイ
ロン)繊維などを用いることができ、この場合の短繊維
15は、平均直径が1〜20μm,長さが5〜25mm
のものを使用することが望ましく、短繊維の平均直径が
1μmよりも小さいと強度向上の作用が小さく、また、
混合時に折れやすくなって所望の繊維長さを維持するこ
とができなくなる傾向となり、平均直径が20μmより
も大きいと混合時の配合が困難になると共にアブレータ
の柔軟性が低下したものになる傾向となり、また、短繊
維15の長さが5mmよりも小さいとマトリックス樹脂
12に対する強度向上の作用が小さい傾向となり、短繊
維15の長さが25mmよりも大きいとクロス13のメ
ッシュ間隙中に入りづらくなる傾向となる。
を向上させる炭化珪素粉末,カーボンブラック粉末など
を混入させることができ、また、補強剤として煙霧質シ
リカなどを含ませることもできる。
2中にマイクロバルーン14を混合することによって、
アブレータの密度が低下したものとなり、所要の密度を
得ることができるようにマイクロバルーン14の混合量
を調整する。
短繊維15をメッシュ織物からなるクロス13のメッシ
ュ間隙に介在させないしは貫通させるようにしたから、
従来の単純な2次元的構成のものから3次元的構成に近
いものとすることができることによって、リセッション
速度がより一層均一化されるものとなる。そして、この
ように擬似的に3次元構造としたものは、従来の2次元
構造としたものと同様な手法によって成形を行うことが
可能であり(例えば、オートクレーブ成形)、従来の3
次元構造のものを製造する場合に比べて成形手法はかな
り簡易なもので済むこととなる。
ブレータを製造したのち、大気雰囲気で加熱時間20秒
のレーザ加熱試験を行って、加熱率による表面リセッシ
ョン速度(表面後退速度)および層間剥離への影響を調
べた。この結果を表2に示す。
織物からなるクロスを用いたものでは、比較例の緻密織
物からなるクロスを用いたものに比べて、表面リセッシ
ョン速度がやゝ小さいと共に層間剥離を生じがたく耐層
間剥離性に著しく優れたものであることが認められた。
アブレータを製造したのち、大気雰囲気で加熱時間20
秒のレーザ加熱試験を行って、加熱率による表面リセッ
ション速度および層間剥離への影響を調べた。この結果
を表4に示す。
織物からなるクロスを用いたものでは、比較例の緻密織
物からなるクロスを用いたものに比べて、表面リセッシ
ョン速度がやゝ小さいと共に層間剥離を生じがたく耐層
間剥離性に著しく優れたものであることが認められた。
が1.73である55体積%SiO2−FRP高密度ア
ブレータを設けて加熱実験を行ったところ、加熱率2,
4,8,12MW/m2における表面リセッション速度
は実施例2の場合に比べてさらに遅くすることが可能で
あり、低密度アブレータがもつ軽量性,断熱性の特長な
らびに高密度アブレータがもつ高剛性,低リセッション
速度,耐高加熱率性の特長をそれぞれ活かした良好なる
特性のアブレータとすることが可能であった。
形態を示す模型的断面説明図である。
施形態を示す模型的断面説明図である。
示す説明図である。
を示す説明図である。
型的断面説明図である。
模型的断面説明図である。
を示す模型的断面説明図である。
Claims (10)
- 【請求項1】 マトリックス樹脂中にメッシュ織物から
なるクロスを層状に配設すると共に、クロスの層間のマ
トリックス樹脂中にマイクロバルーンと短繊維を混合
し、クロスのメッシュ間隙に短繊維を介在させてなるこ
とを特徴とする低密度FRPアブレータ。 - 【請求項2】 マトリックス樹脂は熱硬化性樹脂である
請求項1に記載の低密度FRPアブレータ。 - 【請求項3】 メッシュ織物からなるクロスの両面側に
おけるマトリックス樹脂にメッシュ間隙を介して相互に
つながりを有している請求項1または2に記載の低密度
FRPアブレータ。 - 【請求項4】 メッシュ織物からなるクロスのメッシュ
間隙が4〜15mmである請求項1ないし3のいずれか
に記載の低密度FRPアブレータ。 - 【請求項5】 メッシュ織物からなるクロスは、縦糸と
横糸との交点を接着剤で接着してなるものである請求項
1ないし4のいずれかに記載の低密度FRPアブレー
タ。 - 【請求項6】 メッシュ織物からなるクロスは、縒った
2条の縦糸の間に横糸を通して織ったものである請求項
1ないし5のいずれかに記載の低密度FRPアブレー
タ。 - 【請求項7】 マイクロバルーンはその大きさが30〜
300μmである請求項1ないし6のいずれかに記載の
低密度FRPアブレータ。 - 【請求項8】 短繊維はその直径が1〜20μmでかつ
その長さが5〜25mmである請求項1ないし7のいず
れかに記載の低密度FRPアブレータ。 - 【請求項9】 マイクロバルーンの配合量はアブレータ
密度が0.40〜1.20g/cm3の低密度となる量
とした請求項1ないし8のいずれかに記載の低密度FR
Pアブレータ。 - 【請求項10】 表面にアブレータ密度が1.20〜
1.90g/cm3の高密度アブレータをそなえている
請求項1ないし9のいずれかに記載の低密度FRPアブ
レータ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8057295A JPH09239847A (ja) | 1996-03-14 | 1996-03-14 | 低密度frpアブレータ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8057295A JPH09239847A (ja) | 1996-03-14 | 1996-03-14 | 低密度frpアブレータ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09239847A true JPH09239847A (ja) | 1997-09-16 |
Family
ID=13051570
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8057295A Pending JPH09239847A (ja) | 1996-03-14 | 1996-03-14 | 低密度frpアブレータ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09239847A (ja) |
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-
1996
- 1996-03-14 JP JP8057295A patent/JPH09239847A/ja active Pending
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