Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

JP4658620B2 - 構造部材、構造部材の形成方法 - Google Patents

構造部材、構造部材の形成方法 Download PDF

Info

Publication number
JP4658620B2
JP4658620B2 JP2005004855A JP2005004855A JP4658620B2 JP 4658620 B2 JP4658620 B2 JP 4658620B2 JP 2005004855 A JP2005004855 A JP 2005004855A JP 2005004855 A JP2005004855 A JP 2005004855A JP 4658620 B2 JP4658620 B2 JP 4658620B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
resin
structural member
frp
reinforcing fiber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2005004855A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2006192629A (ja
Inventor
川節  望
健太郎 新藤
理介 名山
敏文 工藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP2005004855A priority Critical patent/JP4658620B2/ja
Publication of JP2006192629A publication Critical patent/JP2006192629A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4658620B2 publication Critical patent/JP4658620B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Laminated Bodies (AREA)
  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Description

本発明は、強化繊維を用いた複合材と他の材料とを組み合わせて形成される構造部材、およびその形成方法に関する。
旧来より、各種構造物を構成する材料として、金属、樹脂、ゴム等があり、これらの材料は、その用途に応じて求められる特性(強度、重量、振動吸収性、導電性等)や、加工性、コスト等、様々な条件から最適なものが選択されて用いられている。
また、例えば、強度と振動吸収等、複数の特性を満足することが要求される場合、金属とゴムを組み合わせることも行われており、このような材料は、多機能材料と称されることもある。
近年、軽量かつ高強度を有した材料として、FRP(Fiber Reinforced Plastic)、CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic)等の複合材料が、航空機の主翼、船舶、大型風車の回転翼、鉄道車両、建築分野の構造部材等をはじめとする様々な分野で多用されている。FRP、CFRP(以下、単にFRPと総称する)は、ガラス繊維やカーボン繊維等の強化繊維からなるテープ状、あるいはマット状の強化繊維基材を型によって成形にした状態で、熱硬化性樹脂等の樹脂を含浸させ、これを硬化させることで、所定形状に形成される。
このようなFRP材料においても、金属、ポリエチレン、ガラスウールやロックウール等と組み合わせることで、目的に応じた特性を発揮できる多機能材料が種々提案されている(例えば、特許文献1、2参照。)。
特開平8−48002号公報(請求項1等) 特開平8−94295号公報(請求項1等)
しかしながら、従来の多機能材料では、それぞれの材料を別々に製造した後、これらを接着剤等で貼り合わせることが多い。このような手法では、多機能材料を形成するのに手間がかかるという問題がある。
また、異種材料を接着剤等で貼り合わせたのでは、双方の材料間の接合強度が弱く、長期にわたる使用の間に双方の材料が剥離してしまい、耐久性に問題が生じることもある。
さらに、強度と電波吸収性能が要求される用途の材料としては、金属(主に鉄)で強度を確保し、その表面に電波吸収塗料を塗布するのが一般的であった。しかし、金属が主体であることから、振動吸収性に劣り、また軽量化も困難であるという問題があった。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、電波透過性、振動吸収性等に優れ、しかも高強度を有し、軽量化にも寄与できる構造部材、およびそのような構造部材を効率良く形成することのできる構造部材の形成方法を提供することを目的とする。
かかる目的のもと、本発明の構造部材は、強化繊維基材に樹脂が含浸されることで形成された第一の層と、第一の層に積層され、第一の層を構成する樹脂により第一の層に接合された、ゴム系材料またはウレタン材料からなる第二の層と、一端が第二の層側から第一の層に挿入されて当該第一の層を非貫通とし、他端が第一の層側から第二の層に挿入されて当該第二の層を非貫通とすることで、第一の層と第二の層の双方に埋め込まれ、第一の層と第二の層の接合強度を補強する補強部材と、を備えることを特徴とする。
このような構造部材は、強化繊維から形成された強化繊維基材と、ゴム系材料またはウレタン材料からなるシートを型の表面に沿わせた状態で積層する工程と、強化繊維基材およびシートを、気密性を有する気密シートで覆い、気密シートの外周部を型に対して気密にシールする工程と、気密シートと型の間の空間の雰囲気を吸引し、空間を負圧とする工程と、空間に樹脂を注入し、空間内の強化繊維基材に樹脂を含浸させる工程と、を含む構造部材の形成方法により形成できる。
つまり、強化繊維基材に樹脂を含浸させることによって第一の層を構成する複合材料を形成する工程で、強化繊維基材とともにシートをセットし、ここに樹脂を注入することで、複合材料の形成と同時に、注入した樹脂によって複合材料とシートを一体に接合できる。
このような樹脂としては、複合材料を構成するのに用いられる、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂のいずれかを用いるのが好ましい。
さらに、第二の層に、一方向に連続する溝を一以上形成しておけば、樹脂を注入し、強化繊維基材に含浸させる工程で、この溝が強化繊維基材に対する樹脂の供給経路として機能し、樹脂の供給・含浸を効率よく行える。
このようにして形成された構造部材は、第二の層に、一方向に連続する溝が一以上形成され、樹脂が溝に充填された構成を有することになる。
このような構造部材は、強化繊維基材に樹脂が含浸された複合材料から形成される第一の層によって、高強度を有し、かつ金属に比較して大幅な軽量化を図ることができ、さらに、ゴム系材料またはウレタン材料から形成される第二の層により、電波透過性、振動吸収性等を有することができる。
特に、このように電波透過性能を有した構造部材は、一般に電波反射率が高くなってしまう、全体として平面形状を有するものを形成する場合に好適である。本発明の構造部材によれば、平面においても、電波透過率を70%以上とできるからである。
本発明によれば、強化繊維基材と樹脂を含む複合材料から形成される層と、ゴム系材料またはウレタン材料からなる層を、複合材料を構成する樹脂で接合することによって構造部材を形成することで、この構造部材を、電波透過性、振動吸収性等に優れ、しかも高強度を有し、軽量化にも寄与するものとすることができる。また、複合材料を形成する工程で、強化繊維基材にゴム系材料またはウレタン材料からなるシートを重ねた状態で、ここに樹脂を注入することで、前記の構造部材を効率良く形成することが可能となる。
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図1は、本実施の形態における多機能材料(構造部材)100の構成を説明するための図である。
図1(a)に示すように、多機能材料100は、所定形状に成形されており、FRP層(第一の層)110と、電波や音等を吸収(減衰)する吸収層(第二の層)120とが厚さ方向に積層されて一体化した構成を有している。
図1(b)に示すように、FRP層110は、FRP材料で形成されたもので、FRP材料は、ガラス繊維やカーボン繊維等の強化繊維をテープ状、あるいはマット状とし、これを一層あるいは複数層に積層させることで形成された強化繊維基材111と、この強化繊維基材111に含浸した樹脂112とから形成される複合材料である。強化繊維基材111は、強化繊維を複数層に積層することで、例えば厚さ10〜100mmの厚板状のものとすることもできる。また、樹脂112には、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等、レジン材料として用いられるものを好適に用いることができる。
吸収層120は、ポリウレタン、発泡ウレタン等のウレタン系材料、発泡ゴム、空気泡入りゴム等のゴム系材料で形成された吸収シート121によって構成される。この吸収層120は、例えば、ウレタン系材料の場合は20〜50mm、ゴム系材料の場合には、200〜500mmとすることができる。
図1(a)に示すように、このような多機能材料100において、FRP層110と吸収層120は、接着層130を介して一体に接合されている。図1(b)に示すように、接着層130は、FRP層110を構成する樹脂112によって形成されている。すなわち、FRP層110を形成する際に、強化繊維基材111に含浸させる樹脂112により、FRP層110と吸収層120を接着しているのである。なお、図1(a)においては、接着層130が、FRP層110とは別体であるかのような図示を行っているが、FRP層110に吸収層120を接合するという接着層130の機能の理解を助けるためであり、実際には、図1(b)に示すような構造を有している。
このような多機能材料100は、FRP層110を複数層備えるようにしても良い。その場合、図2に示すように、FRP層110で、吸収層120を挟み込むようなサンドイッチ構造とすることもできる。
また、FRP層110と吸収層120の接合強度を高めるため、図3(a)に示すように、ピン(補強部材)140をFRP層110と吸収層120の双方に埋め込むように設ける。さらには、図3(b)に示すように、ピン140の断面形状を例えばI型として端部に側方に張り出す張り出し部140aを設けることによって、ピン140の引き抜き抵抗を大きいものとし、これをFRP層110と吸収層120に埋め込むようにしても良い。これ以外にもピン140の表面に凹凸を形成する等して、ピン140の引き抜き抵抗を高めても良い。
このような多機能材料100は、所定の形状、大きさを有したパネル状とし、これを複数並べて連結することで、構造物を構成することもできる。そのような場合、パネル状の多機能材料100の端部に、連結のための構造を備えるのが好ましい。
例えば、図4(a)に示すように、FRP層110、吸収層120を互い違いに側方に突出させ、突出させた端部にピン孔150を形成する。そして、多機能材料100同士を連結するときには、図4(b)に示すように、一方の多機能材料100の端部と、他方の多機能材料100の端部を噛み合わせて、FRP層110、吸収層120のそれぞれのピン孔150を合致させた状態でピン151をピン孔150に刺し込む。これにより、パネル状の多機能材料100を容易かつ確実に連結できる。
もちろん、パネル状の多機能材料100同士を連結するための構造はこれに限るものではなく、適宜他の構成を採用することができる。
さて、上記したような多機能材料100は、以下のようにして形成することができる。
本実施の形態において、多機能材料100は、真空成形法によって形成する。
図5は、真空成形法により多機能材料100を形成するための成形装置10の構成を示すものである。
成形装置10は、FRP部材の形成に用いられるもので、型11と、シート状のバッグ材(気密シート)12を備えており、通常のFRP部材の形成の際には、型11とバッグ材12とで強化繊維基材111を挟み込んだ状態で型11とバッグ材12の間の空間Sに樹脂112を導入して強化繊維基材111に樹脂を含浸させることでFRP部材を形成する。
この成形装置10において、型11は、形成すべきFRP部材の形状に応じた成形面11aを有している。図1において成形面11aは略平面状とされているが、もちろん、形成すべきFRP部材の形状に応じ、湾曲面や凹凸面等、成形面11aを様々な形状とすることができる。また、バッグ材12は、ゴム系材料等、可撓性と気密性を有した材料で形成されている。このバッグ材12は、その外周部を、シール材13を介して型11の成形面11aに固定できるようになっている。
さらに、成形装置10は、型11の成形面11aとバッグ材12の内面との間の空間Sに樹脂112を注入するための樹脂注入機構(図示無し)と、空間Sの雰囲気を吸引するための吸引機構(図示無し)とを備えている。
本実施の形態においては、この成形装置10において、FRP層110を形成するとともに、吸収層120をFRP層110に積層して一体化し、多機能材料100を形成する。以下、その方法について説明する。
まず、図5に示すように、型11の成形面11a上に、FRP層110を構成する強化繊維基材111を沿わせた状態でセットし、さらに強化繊維基材111上に吸収層120を構成する吸収シート121を重ねてセットする。さらに、重ねた強化繊維基材111および吸収シート121に、バッグ材12を被せてセットし、その外周部を型11に対し気密にシールする。
この後、吸引機構(図示無し)により、空間S内の雰囲気の吸引を開始し、その雰囲気圧を減圧していく。そして、空間S内の雰囲気圧が所定の真空圧(負圧)にまで到達した後、樹脂注入機構(図示無し)により、空間Sへの樹脂112の注入を開始する。
すると、空間S内に注入された樹脂112は、空間Sを埋めていき、さらに強化繊維基材111に含浸していく。その結果、図1(b)に示したように、注入された樹脂112は、強化繊維基材111と吸収シート121の間に介在することになる。
しかる後は、得られた積層物に熱を加える等して樹脂112を硬化させることで、所定形状の多機能材料100を形成することができる。このようにして、強化繊維基材111に含浸した樹脂112が硬化するFRP層110が形成される。また、強化繊維基材111と吸収シート121の間に介在する樹脂112によって接着層130が形成され、これによってFRP層110と吸収シート121が積層状態で一体化される。したがって、この後、バッグ材12を型11から取り外し、成形された多機能材料100を取り出せばよい。
ところで、上記のようにして真空成形法を用いて多機能材料100を形成する場合、図6(a)に示すように、吸収シート121の、強化繊維基材111に面する側に、複数の溝122を形成するのが有効である。このようにすることで、図6(b)に示すように、成形装置10によって上記と同様に樹脂112の注入・含浸を行うに際し、雰囲気の吸引および樹脂112の注入をこの溝122を通して行うことが可能となり、その効率を高めることができる。特に、樹脂112の注入に対して溝122は有効であり、強化繊維基材111に複数個所(複数方向)から樹脂112を含浸させることが可能となり、樹脂112の含浸を確実かつ効率よく行える。
このようにして形成される多機能材料100は、図6(c)に示すように、吸収層120を形成する吸収シート121の溝122に、接着層130を形成する樹脂112が入り込んだ構成を有することになる。これによって、吸収層120とFRP層110の剥離強度を高める効果もある。さらに、溝122を、FRP層110から離間するにしたがいその幅が大きくなるような、いわゆる逆テーパ状の断面を有するものとすれば、吸収層120とFRP層110の剥離強度はさらに高くなる。
上述したように、多機能材料100はFRP層110と吸収層120とが積層されて一体化された構成となっているので、FRP層110の有する高強度(高剛性)、軽量という特徴と、吸収層120によって発揮される電波透過性、吸音性、振動吸収性という特徴とを兼ね備えた、多機能なものとすることができる。
しかも、FRP層110と吸収層120は、FRP層110を構成する樹脂112によって一体に接合されているため、FRP層110を形成する工程で、同時に吸収層120を積層・接合することができ、非常に効率良く多機能材料100を形成することができる。
また、多機能材料100を形成するには、真空成形法を用いるようにしたので、樹脂112の充填、およびFRP層110に対する樹脂112の含浸を迅速かつ確実に行うことができる。
さらにまた、ピン140をFRP層110と吸収層120の双方向に埋め込む(刺し込む)ことで、FRP層110と吸収層120の剥離強度を高めることができ、耐久性を大幅に向上させることができる。
なお、上記実施の形態では、多機能材料100をあたかもパネル状であるかのように示したが、もちろんこれに限るものではなく、湾曲形状、凹凸形状等、多機能材料100で形成すべき構造物に対応した形状とすることができるのは言うまでもない。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
本実施の形態における多機能材料の断面を示す図である。 積層数を増やした多機能材料の断面を示す図である。 補強部材によってFRP層と吸収層の接合強度を高めた多機能材料の例を示す断面図である。 パネル状の多機能材料を接合するための構造の例を示す図である。 多機能材料を形成するための成形装置を示す断面図である。 吸収シートに溝を形成し、樹脂の含浸効率を高める例を示す図である。
符号の説明
10…成形装置、11…型、12…バッグ材(気密シート)、100…多機能材料(構造部材)、110…FRP層(第一の層)、111…強化繊維基材、112…樹脂、120…吸収層(第二の層)、121…吸収シート、122…溝、130…接着層、140…ピン(補強部材)

Claims (5)

  1. 強化繊維基材に樹脂が含浸されることで形成された第一の層と、
    前記第一の層に積層され、前記第一の層を構成する前記樹脂により前記第一の層に接合された、ゴム系材料またはウレタン材料からなる第二の層と、
    一端が前記第二の層側から前記第一の層に挿入されて当該第一の層を非貫通とし、他端が前記第一の層側から前記第二の層に挿入されて当該第二の層を非貫通とすることで、前記第一の層と前記第二の層の双方に埋め込まれ、前記第一の層と前記第二の層の接合強度を補強する補強部材と、
    を備えることを特徴とする構造部材。
  2. 前記樹脂が、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂のいずれかであることを特徴とする請求項1に記載の構造部材。
  3. 前記第二の層に、一方向に連続する溝が一以上形成され、前記樹脂が前記溝に充填されていることを特徴とする請求項1または2に記載の構造部材。
  4. 全体として平面形状を有することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の構造部材。
  5. 電波透過率が70%以上であることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の構造部材。
JP2005004855A 2005-01-12 2005-01-12 構造部材、構造部材の形成方法 Active JP4658620B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005004855A JP4658620B2 (ja) 2005-01-12 2005-01-12 構造部材、構造部材の形成方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005004855A JP4658620B2 (ja) 2005-01-12 2005-01-12 構造部材、構造部材の形成方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2006192629A JP2006192629A (ja) 2006-07-27
JP4658620B2 true JP4658620B2 (ja) 2011-03-23

Family

ID=36799067

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005004855A Active JP4658620B2 (ja) 2005-01-12 2005-01-12 構造部材、構造部材の形成方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4658620B2 (ja)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5638492B2 (ja) * 2011-09-22 2014-12-10 三菱電機株式会社 繊維強化プラスチック構造体およびその製造方法
GB201305325D0 (en) * 2013-03-22 2013-05-08 Hexcel Composites Ltd Composite material
KR101649569B1 (ko) * 2014-03-05 2016-08-22 주식회사 제이에프코리아 레이더 흡수 구조물의 제조 방법 및 이로 인해 제조된 레이더 흡수 구조물
GB201915453D0 (en) 2019-10-24 2019-12-11 Univ Limerick Composite materials for damping acoustic vibrations

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS51143728U (ja) * 1975-05-12 1976-11-18
JP2000043173A (ja) * 1998-07-31 2000-02-15 Toray Ind Inc コア材とそれを用いたfrp構造体およびその製造方法
JP2004174790A (ja) * 2002-11-26 2004-06-24 Toray Ind Inc 複合材料の製造方法
JP2004291408A (ja) * 2003-03-27 2004-10-21 Cci Corp 制振性複合材料

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS51143728U (ja) * 1975-05-12 1976-11-18
JP2000043173A (ja) * 1998-07-31 2000-02-15 Toray Ind Inc コア材とそれを用いたfrp構造体およびその製造方法
JP2004174790A (ja) * 2002-11-26 2004-06-24 Toray Ind Inc 複合材料の製造方法
JP2004291408A (ja) * 2003-03-27 2004-10-21 Cci Corp 制振性複合材料

Also Published As

Publication number Publication date
JP2006192629A (ja) 2006-07-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6177611B2 (ja) 相互薄板状の金属シートで補強された積層複合材の屈曲および補強部材
KR101621275B1 (ko) 터빈 블레이드 절반부의 제조 방법, 터빈 블레이드 절반부, 터빈 블레이드의 제조 방법 및 터빈 블레이드
US7531058B2 (en) Reinforced rampdown for composite structural member and method for same
KR100971873B1 (ko) 운송차량용 일체형 복합소재 차체 및 그 제조방법
JP4191343B2 (ja) ハニカムサンドイッチパネルの製造方法
JP5427503B2 (ja) 繊維強化樹脂部品およびその製造方法並びに製造装置
US10611328B2 (en) Composite material structural member and method of manufacturing the composite material structural member
US20180093430A1 (en) Fiber-reinforced sheet and structure
JP4658620B2 (ja) 構造部材、構造部材の形成方法
JP2011116504A (ja) エレベータ用かご及びその製造方法
JP5247255B2 (ja) ハニカムサンドイッチパネルおよびその製造方法
JP3968895B2 (ja) Frp構造体の製造方法
JP5972854B2 (ja) 繊維強化複合部材の接合方法及び接合体、並びに風車翼の製造方法
JP5377754B2 (ja) 繊維強化プラスチック成形体、その製造方法、及びエレベーター
CN213627809U (zh) 一种固体火箭发动机用内埋电缆罩
JP5644329B2 (ja) ハニカムサンドイッチ構造複合材およびハニカムサンドイッチ構造複合材の製造方法
JP4015584B2 (ja) ドアおよびその製造方法
JP2006130873A (ja) Frpサンドイッチ成形物及びその製造方法
JP3822182B2 (ja) 複合材料ハニカムサンドイッチ構造の製造方法
JP2014015159A (ja) プロペラ翼体及びその製造方法
JP2020001269A (ja) 複合材、複合材の製造方法、及び複合材の硬化方法
KR101205812B1 (ko) 샌드위치 패널 및 그 제조방법
JP2019077061A (ja) 樹脂構造体及びその製造方法
KR102693399B1 (ko) 복합소재로 결합된 선체 및 그의 제조방법
US20140374011A1 (en) Method for the manufacturing of a cladding element for a passenger cabin of a vehicle

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070124

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20090713

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090722

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090914

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20100224

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100521

A911 Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20100601

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20101201

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20101224

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140107

Year of fee payment: 3

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 4658620

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140107

Year of fee payment: 3