JPH0554824B2 - - Google Patents

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JPH0554824B2
JPH0554824B2 JP63029480A JP2948088A JPH0554824B2 JP H0554824 B2 JPH0554824 B2 JP H0554824B2 JP 63029480 A JP63029480 A JP 63029480A JP 2948088 A JP2948088 A JP 2948088A JP H0554824 B2 JPH0554824 B2 JP H0554824B2
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JP
Japan
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vibration damping
fibers
composite material
resin
material layer
Prior art date
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JP63029480A
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English (en)
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JPH01204735A (ja
Inventor
Atsushi Fujimoto
Ryosuke Usato
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NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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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、人工衛生等宇宙構造体、OA機器、
自動車、ゴルフクラブなどのレジヤー用品の構造
材料に用いる繊維強化複合材料に関するものであ
る。 〔従来の技術〕 CERP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形
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
宙公造物・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ようになつた。 〔発明が解決しようとする課題〕 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。 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。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
となつている。 これら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
100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。 〔課題を解決するための手段〕 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一
体化したことを特徴とする繊維強化複合材料であ
る。 〔作用〕 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。 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。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。 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。 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。 一つのユニツト(拘束板/制振材/基板)の制
振特性ηuは次式で表わすことができる。 ηu=13E3h3/E1h1(h1+2h2+h3/2h1)2・g・η2/
(1+g)2+(g・η2)2(3) g=G2h1/4πfE3h3h2√E1/3ρ1 (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、前述のユニツト
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ER*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。 拘束型制振材料としては、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。 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。 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)や切断した短繊維、短繊維をマツト状に加工
したものが使用できる。 本発明の複合材料として、上記成形物又はプリ
プレグに拘束型制振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
性を有する拘束型制振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をコーテイングしたものを重ね合
せ、圧力下で加熱硬化させて一体化した。 複合材料層1の厚みは平均で100μm、制振材
料層2の厚みは平均で10μm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ツプ法)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、300×30×5mmの
ビーム材を用いて行つた。400Hz付近及び800Hz付
近にビームの固有振動が見られる。一次モード
(〜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。
〔発明の効果〕
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、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。
【図面の簡単な説明】
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。 1……複合材料層、2……拘束型制振材料層。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  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し、高温
    および圧力下で一体化したことを特徴とする繊維
    強化複合材料。
JP63029480A 1988-02-09 1988-02-09 繊維強化複合材料 Granted JPH01204735A (ja)

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JP63029480A JPH01204735A (ja) 1988-02-09 1988-02-09 繊維強化複合材料

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JPH01204735A JPH01204735A (ja) 1989-08-17
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