JPS6124439A - サンドイツチパネル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は中間が多孔性材料で両面のスキン層が繊維強化
プラスチックス積層体から成るサンドイッチパネル、さ
らに詳しくいえば、強靭性、特に該積層体から成るスキ
ン層における各層間の耐剥離性に優れたサンドイッチパ
ネルに関するものである。

従来の技術 近年、ハニカムコアを中間材とし、その両面にそれぞれ
２枚以上の一方向性繊維プリプレグをたがいの繊維軸が
直交するように積層して成るサンドイッチパネルは、軽
量でかつ高強度、高剛性を有する構造材料として、特に
注目されておシ、例えば各種航空機材料、ロボット用材
料、パラボラアンテナ用材料などとして効果的に用いら
れつつある。

一般に、一方向性繊維プリプレグは、繊維軸方向に対し
ては極めて高強度及び高剛性であるが、繊維軸に直角な
方向に対しては、当然なことながら、その強度や剛性は
マトリックス樹脂の域を出ない。したがって、２枚以上
の一方向性繊維プリプレグをたがいの繊維軸が直交する
ように積層して成るサンドイッチパネルにおいては、パ
ネルの平面方向では高強度及び高剛性が達成されるもの
の、パネル面に垂直な方向では繊維による補強効果がな
く、特に引張シ応力や剥離応力に対しては相対的（二低
い耐性しか示さない。特にいくつかの場合、例えば交互
に積層する２種のプリプレグのマトリックス樹脂が異な
っている場合などでは、層間の剥離強度が著しく低下し
、その結果本来有しているサンドイッチパネルの特性が
損われると同時に、長期使用に耐えることができにくく
なる。

このことは、長期使用を前提とする構造材料にとっては
致命傷でｓｂ、そのため層間剥離強度の改善されたす°
ンドイッチパネルの開発が強ぐ要望されていた。

発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、このような要望にこたえ、優れた層間
剥離強度を有するサンドイッチパネルを提供することで
ある。

問題点を解決するための手段 本発明者らは種々研究の結果、サンドイッチパネルのス
キン層として、一方向性繊維プリプレグと方向性織物プ
リプレグの交互積層体を用いることによシ、その目的を
達成しうろことを見出し、この知見に基づいて本発明を
完成するに至った。

すなわち、本発明は、中間が多孔性材料で両面のスキン
層が繊維強化プラスチックス積層体がら成るサンドイッ
チパネルにおいて、該スキン層が一方向性繊維プリプレ
グと方向性織物プリプレグの交互積層体から成ることを
特徴とするサンドイッチパネルを提供するものである。

　　　　゛本発明のサンドイッチパネルを構成する中間
の多孔性祠料としては、例えばハニカムコアや、独立気
泡又は連続気泡を有する多孔体などが用いられるが、軽
量でかつ高物性が得られる点でハニカムコアが好適に用
いられる。このハニカムコアの形状や材質については特
に制限はないが、材質としては通常アルミニウムなどの
金属、ガラス、芳香族ポリアミド（例えばデュポン社製
、「ノメックス」〕、ポリカーボネート、紙などが用い
られ、また繊維質のものは樹脂固定によシその性能な同
形状や材質に関しては特に制限はなく、例えば連続気泡
又は独立気泡を有する金属、プラスチックス、ガラスな
ど発泡体、凝固の制御や溶媒抽出法によって得られるプ
ラスチックス多孔体、あるいは樹脂で固定された金属繊
維、セラミックス繊維、ガラス繊維、炭素繊維、有機質
繊維などから成る三次元織物や繊維集合体などが用いら
れる。

本発明において用いられる一方向性繊維プリプレグは、
一方向に引き揃えた繊維に樹脂を含浸させたものであシ
、これを最内層として用いる場合、通常その繊維軸方向
をハニカムのリボンの方向と直角方向に積層して成形さ
れるが、本発明においてはこれに限定されることがなく
、該繊維軸方向とリボンの方向のなす角度は、使用目的
に応じて適宜選択することができる。

この一方向性繊維プリプレグに用いられる繊維について
は、その性能がプラスチック強化材として十分に満足し
うるものであれば特に制限がなく、例えばスチール、ボ
ロンなどの金属繊維、シリコンカーバイド、アルミナな
どのセラミックス繊維、炭素繊維、ガラス繊維、李るい
はアラミド繊維ポリエステル繊維、ナイロン繊維、ポリ
アクリロニトリル繊維のような有機質繊維などが用いら
れる。

これらの中でパネルとしての性能及び価格の両面からガ
ラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維が好ましく用いられ
る。

これらの繊維に含浸させる樹脂としては、熱硬化性樹脂
及び熱可塑性樹脂の広い範囲から、目的に応じて適宜選
択することができる。熱硬化性樹脂としては、例えばエ
ポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシアクリ
レート樹脂、ジアリルフタレート樹脂、フェノール樹脂
、熱硬化型ポリイミド樹脂、メラミン樹脂などが挙げら
れ、熱可塑性樹脂としては、例えばポリエチレン、ポリ
プロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリ
エチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート
、ナイロン、ポリメチルメタクリレ−）　、　ＡＢＳ、
ポリスルホン、ポリ（２，６−シメチルフエニレンオキ
サイド〕、ポリオキシメチレン、ポリ７ツ化ビニル、ポ
リスチレン、ポリビニルブチラールなどが挙げられる。

これらは単独で用いてもよいし、あるいは２種以上を積
層又は混合して用いてもよ”い。これらの樹脂には、物
性や成形加工性を改良する目的で可塑剤、安定剤、その
他の各種添加物を加えることができる。

本発明においてスキン層の積層体に用いられる方向性織
物プリプレグは、本発明の核をなすものであシ、この使
用によって積層間の接着性を飛躍的に向上させることが
できる。この方向性織物とは、縦方向と横方向の繊維密
度が異なる織物のことであシ、縦、構いずれの方向が密
であってもよい。本発明においては、この両方向の繊維
密度の比が９８：２ないし６０：４０、特に９０：１０
ないし６５：３５のものが好適に用いられる。このよう
な方向性織物プリプレグの織組織については、特に制限
がなく平織、綾織、朱子織、横じゃ織などが用いられる
が、最外層以外に用いる場合、一方向性繊維プリプレグ
との密着性を向上させるために、両面が凹凸形状のもの
が好ましい。また最外層には表側は、繊維密度が高くス
ムースな形状を有′し、裏側は繊維密度が低く凹凸の形
状を有する方向性織物プリプレグ（例えば、朱子織で縦
方向の繊維密度が高く、横方向の繊維密度が低い場合に
はこのような形状を示す）を用いることが、表面８の平
滑性及び一方向性繊維プリプレグとの密着性の点から好
ましい。

また、該パネルの縦横の諸物性のバランスをとるために
、一方向性繊維プリプレグの方向と方向性織物プリプレ
グにおける高繊維密度の方向を直交させることが好まし
い。さらに織物の材質については、その性能がプラスチ
ック強化剤として十分に満足しうるものであれば特に制
限がなく、通常前記の一方向性繊維プリプレグに用いら
れる各種の繊維素材が有効に使用される。

この方向性織物プリプレグに含浸させる樹脂としては、
熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂の中から目的に応じて適宜
選択して用いることができ、例えば前記の一方向性繊維
プリプレグに用いられる各種の樹脂が挙げられる。

なお、方向性織物を用いることによる層間接着性効果は
、各プリプレグ層の樹脂が異なるときに特に顕著であ）
、フェノール樹脂とエポキシ樹脂の組合せでは驚異的に
層間接着強度が向上する。

また、中間の多孔性材料と接するスキン層の最内層に用
いるプリプレグの樹脂については、該プリプレグと多孔
性材料との密着性が重要であることから、エポキシ樹脂
が好ましく用すられる。

本発明のサンドイッチパネルにおけるスキン層は、前記
した一方向性繊維プリプレグと方向性織物プリプレグの
交互積層体から成るものであって、このようなパネルの
成形は、所定の順序でプリプレグ及び中間の多孔性材料
を積層してプレス法又はオートクレーブ法によって行わ
れる。この場合、所要の圧力及び温度については、樹脂
の種類や多孔性材料の種類によって左右されるが、通常
用いられている方法における圧力及び温度範囲で成形を
行うことができる。

発明の効果 本発明のサンドイッチパネルは軽量でかつ強靭性、特に
スキン層における各層間の耐剥離性に優れた構造材料で
あって、例えば各種航空機材料、ロボット用材料、パラ
ボラアンテナ用材料などとして、あるいは床材や壁材な
どに有効に用いられる。

実施例 次に実施例によシ本発明をさらに詳細に説明するが、本
発明はこの実施例によって何ら限定されるものではない
。

実施例１ 第１表に記載の各樹脂をそのままか又は必要に応じ溶媒
を用いて溶解若しくは希釈したのち、それぞれを方向性
ガラス朱子織物（縦糸と横糸の比率８：２）に含浸、乾
燥して外層となる方向性ガラス朱子織物プリプレグを得
た。また、これと比較するために、前記の樹脂又は樹脂
溶液を一方向性ガラス繊維ロービングに含浸させ、一方
向性ガラス繊維プリプレグ（外層用）を作成した。樹脂
及びガラス織物又はガラス繊維の目付はそれぞれ１００
ｇ／乳２及び２７Ｑ、９／ｍ２であった。

一方、サンドイッチパネルスキン層の内層には、一方向
性ガラス繊維ロービングに、エポキシ価１８８及ヒ工ボ
キシ価１５００のビスフェノールＡのジグリシジルエー
テル型のエポキシ樹脂それぞれ７０重量部及び３０重量
部に硬化剤として該樹脂に対して２３重量％の４，４′
−ジアミノシフ主ニルメタンを添加して成る硬化性組成
物を含浸したものを使用した。このもののガラス繊維及
びエポキシ樹脂の目付はそれぞれ２５０　ｊｉ　／　ｍ
２及び１５０Ｉ／ｍ２である。また多孔性材料としてハ
ニカムコア〔ヘキセル社製、ＨＲＨ１ｏ−／８−３．０
　（２）　）を用いた。

サンドイッチパネルの構成については、中間のハニカム
コアをはさんで、内層として一方向性ガラス繊維エポキ
シ樹脂プリプレグ、外層として方向性ガラス朱子織物プ
リプレグ又は一方向性ガラス繊維プリプレグを用いた。

この際、内層に用いる一方向性ガラス繊維プリプレグは
、その繊維方向がハニカムのリボン方向に直角となるよ
うに、一方外層に用いる方向性ガラス朱子織物プリプレ
グは、その繊維密度の高い方向がハニカムリボンと平行
になるように、また外層に一方向性ガラス繊維プリプレ
グを用いる場合は、その繊維方向がハニカムリボンと平
行になるように積層した。なお、方向性ガラス朱子織物
プリプレグの積層に際しては、朱子織物のスムースな面
がパネル、表面に出るように配慮した。

パネルの成形については、３ｋｇ　／　ａｎ２の圧力下
で熱プレス法によシ成形を行い、その際プレス温度は第
１段を１２０°Ｃ（１時間）に統一し、第２段は使用樹
脂に応じて１２０℃以上の適当な温度を選び、外層のマ
トリックス樹脂が熱硬化性樹脂の場合は１時間、熱可塑
性樹脂の場合は５分間加圧下で成形を継続した。

次に、冷却後、サンプルの長手方向がコアリボンの方向
に一致するように３００Ｘ７５ｆｆのサンプルを切シ出
し、クライミングドラムピール試験及び３点曲げ試験を
行った。その結果を第１表に併記する。

第１表から外層として方向性織物プリプレグを用いた場
合、一方向性繊維プリプレグな用いた場合に比べて、曲
げ物性を低下することなく極めて大きな層間接着強度が
得られることが分る。

実施例２ 実施例１における方向性ガラス朱子織物の代シに第２表
記載の各種繊維の平織物（縦横の繊維密度比７：３、目
付２（ＳＯｌ　／　ｍ２）を用いる以外は、実施例１と
全く同様にしてサンドイッチパネルを作成し、各試験を
行った。また、これと比較するタメニ、各繊維について
一方向性繊維プリプレグ（外層用、目付２５０９　／　
ｍ２）をっくシ、同様にパネルを作成して各試験を行っ
た。その結果を第２表に併記する。

第２表 この表から、外層として方向性平織物プリプレグを用い
る場合、一方向性繊維プリプレグを用いる場合に比べて
、極めて大きなりライミングドラムピール強度が得られ
、層間接着強度の向上に対する方向性織物の効果が明瞭
に認められた。また、実施例１と比較すると、同じ方向
性織物でも平織物より朱子織物の方が層間接着性に対し
て優れた効果を示すことが分る。

実施例６ 実施例１におけるハニカムコアの代シに、みかけ比重０
．２５のフェノール樹脂発泡体シート（厚み１ＯＮ）及
びみかけ比重０．３０のポリエーテルスルホン多孔膜（
厚み５酊〕をそれぞれ用い、実施例１と同じ方向性ガラ
ス朱子織物／フェノール樹脂プリプレグを外層としてサ
ンドイッチパネルを作成し、同様にクライミングドラム
ビール試験を行ったところ、強度はそれぞれ４３ｋｇ及
び４５ｋｇであった。

また、これと比較するために一方向性繊維／フェノール
樹脂プリプレグを外層としてパネルな作成し、クライミ
ングドラムビール試験を行ったところ、その強度はそれ
ぞれ８．０　ｋｇ、７．０＃であった。

実施例４ 目付２５０：９／ｍ２の縦繊維密度と横繊維密度の異な
る各種のガラス朱子織物に、フェノール樹脂（目付１２
０ＩＩ／−りを含浸させてプリプレグをつくり、これを
スキンの外層として実施例１と同様にサンドイッチパネ
ルを作成し、これらのサンプルにつき、実施例１の記載
の方法に従ってクライミングドラムビール試験及び曲げ
・強度試験を行った。その結果を横繊維密度の割合（チ
〕とクライミングドラムビール強度（実線）及び曲げ強
度（破線）との関係を示すグラフとして図面に示す。図
面において横軸は横繊維密度の割合を、左の縦軸はクラ
イミングドラムビール強度を、右の縦軸は曲げ強度の相
対値を示す。

実施例５ 目付２００９７ｍ”の縦繊維密度と横繊維密度との比が
７：３のケプラー（デュポン社製）織物に、実施例１に
記載のエポキシ樹脂を含浸させて（エポキシ樹脂目付１
００ｇ／ｍ２）方向性ケプラー織物プリプレグをつ〈シ
、一方、目付１Ｂｏｇ／ｒｎ”の一方向性ガラス繊維ロ
ービングに、エポキシアクリレートを含浸させて（エポ
キシアクリレート目付８０　ｇ　／　ｍ２）一方向性ガ
ラス繊維プリプレグを作成した。

次に、多孔性材料としてハニカムコア〔ヘキセル社製、
ＨＲＨ１０−１／ｌ、　−５，０（２）　）を用い、ス
キン層として （１）　（外層）ガラス繊維プリプレグ／ケブ２−織物
プリプレグ（内層） （２）（外層〕ガラス繊維プリプレグ／ケプラー織物プ
リプレグ／ガラス繊維プリプレグ／ケプラー織物プリプ
レグ（内層） の構成で、実施例１に従ってパネルを作成した。

この際ケプラー織物の縦方向がコアリボンの方向と直角
となル、ガラス繊維の方向がコアリボンの方向に一致す
るように積層した。

ガラス繊維プリプレグとケプラー織物プリプレグとの層
間接着性をクライミングドラム法で実施例１に準じて評
価した（前記（２）の場合は第２層と第３層の間）。接
着強度はそれぞれ４３に９及び４５＃であシ、極めて大
きな値を示した。

【図面の簡単な説明】

図面は、方向性ガラス朱子織物プリプレグをスキン層の
外層として、一方向性ガラス繊維プリプレグな内層とし
て用いた場合における、該織物プリプレグのガラス朱子
織物の横繊維密度の割合と、クライミングドラムビール
強度及び曲げ強度の相対値との関係を示すグラフである
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　中間が多孔性材料で両面のスキン層が繊維強化プラ
   スチックス積層体から成るサンドイッチパネルにおいて
   、該スキン層が一方向性繊維プリプレグと方向性織物プ
   リプレグの交互積層体から成ることを特徴とするサンド
   イッチパネル。