JP2004291408A - 制振性複合材料 - Google Patents

Abstract

【課題】高強度および高弾性率を有し、かつ優れた制振性を備えた制振性複合材料を提供すること。
【解決手段】繊維強化複合材料層１２とゲル化した粘弾性材料層１３とを層状に配置して一体化したことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば車両、船舶、産業機械、ＯＡ機器、レジャー用品などの構造物の構造材料として使用できる制振性複合材料に関する。詳細には高強度および高弾性率を有し、かつ優れた制振性を備えた制振性複合材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
繊維強化複合材料は、炭素繊維やガラス繊維などの無機強化繊維あるいはアラミド繊維などの有機強化繊維に、エポキシ樹脂などの樹脂を含浸硬化してなるものであり、その軽量性、高力学特性（高強度および高弾性率）により、従来の金属材料の代替材料として、車両、船舶、産業機械、ＯＡ機器、レジャー用品などの構造物の構造材料として広く用いられている。
【０００３】
ところが、繊維強化複合材料は、従来の金属材料と同様に振動減衰性に乏しく、振動を生じ易いという欠点があり、例えばＯＡ機器などの用途に用いた場合には、振動による機器の誤作動など、種々の弊害を招いていた。
【０００４】
このような事情から、繊維強化複合材料に制振性を付与するという試みがなされており、その方法としては、繊維強化複合材料に制振性シートを貼り付ける方法や繊維強化複合材料層間に粘弾性樹脂を塗布する方法などがある。
【０００５】
繊維強化複合材料層間に粘弾性樹脂を塗布する方法として、図３に示すように、炭素繊維やガラス繊維などの無機強化繊維あるいはアラミド繊維などの有機強化繊維に、エポキシ樹脂などの樹脂を含浸硬化してなる２以上の繊維強化層２を積層し、前記繊維強化層２間に粘弾性材料層３を設けて一体化した制振性繊維強化複合材料１がある（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
この制振性繊維強化複合材料１は、繊維強化層２上に粘弾性材料樹脂を塗布し、さらに繊維強化層２を積層して、各層を一体化することにより、あるいは繊維強化層２上にＢステージ状態または熱接着性の粘弾性材料シート３を積層し、さらに繊維強化層２を積層して、各層を一体化することにより作製されていた。
【０００７】
【特許文献１】
特公平４−４３９３１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このようにして作製された制振性繊維強化複合材料１にあっては、積層された各層を一体化するときの熱と圧力で、粘弾性材料層３を構成する粘弾性材料が溶出し、これが隣接する繊維強化層２内へと入り込むことがあり、この場合、柔らかな粘弾性材料の侵入により維強化層２の持つ高強度・高弾性率が低下してしまうという不具合を生じる恐れがあった。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑なされたものであり、高強度および高弾性率を有し、かつ優れた制振性を備えた制振性複合材料を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、繊維強化複合材料層とゲル化した粘弾性材料層とを層状に配置して一体化したことを特徴とする制振性複合材料をその要旨とした。
【００１１】
この制振性複合材料において、粘弾性材料層は、強化繊維に粘弾性材料を含浸し、前記粘弾性材料をゲル化させてなる形態を採ることができる。また、粘弾性材料には、ベンゾチアジル基を持つ化合物、ベンゾトリアゾール基を持つ化合物、ジフェニルアクリレート基を持つ化合物、およびベンゾフェノン基を持つ化合物の中から選ばれる１種若しくは２種以上の混合物からなる有機振動減衰剤を含ませることもできる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の制振性複合材料を図面に従ってさらに詳しく説明する。本発明の制振性複合材料は、例えば車両、船舶、産業機械、ＯＡ機器、レジャー用品などの構造物の構造材料として使用することができる。
【００１３】
図１に示すように、本発明の制振性複合材料１１は、繊維強化複合材料層１２とゲル化した粘弾性材料層１３とを層状に配置して一体化したものである。
【００１４】
繊維強化複合材料層１２は、強化繊維に樹脂を含浸し硬化したものである。強化繊維としては、軟化点が非常に高く、かつ高強度、高弾性率を有するもの、例えば炭素繊維、ガラス繊維、炭化ケイ素繊維、金属繊維、アルミナ繊維などの無機強化繊維、あるいはアラミド繊維、高延伸ポリエチレン繊維などの有機強化繊維を挙げることができる。強化繊維は、単なる繊維状の他に、繊維ウェブ、不織布、織物などの形態を採り得る。
【００１５】
強化繊維の持つ高力学特性（高強度および高弾性率）は、その性質が繊維強化複合材料層１２の高力学特性、さらには制振性複合材料の高力学特性に大きく反映するため、いずれの強化繊維を使用するかは、当該制振性複合材料の用途や使用状態、要求される性能大小に応じて適宜決定するのが望ましい。
【００１６】
強化繊維に含浸する樹脂としては、芳香族ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレートなどの高軟化点を有する熱可塑性樹脂、エポキシ、フェノール、メラミン、不飽和ポリエステルなどの熱硬化性樹脂を挙げることができる。
【００１７】
粘弾性材料層は、本発明の最大の特徴をなすものであり、前述の繊維強化複合材料層間に配されて、該繊維強化複合材料層の持つ高強度および高弾性率を保持しつつ、かつ優れた制振性をもたらす層である。
【００１８】
粘弾性材料層はゲル化した粘弾性材料からなる。粘弾性材料としては、例えば芳香族ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレートなどの高軟化点を有する熱可塑性樹脂、クロロプレンゴム、ブチルゴム、ニトリルゴムなどのゴム材料、エポキシ、フェノール、メラミン、不飽和ポリエステルなどの熱硬化性樹脂といった高分子材料を挙げることができる。
【００１９】
本発明において「ゲル化した」とは、粘弾性材料として上記熱硬化性樹脂を用いる場合は、加熱により硬化反応が進行し、反応が終了したか、あるいはほぼ終了した状態であって、再加熱によっても軟化しない状態としたことをいう。また、粘弾性材料として熱可塑性樹脂またはゴム材料を用いる場合は、それら高分子材料が持つ高軟化点および架橋構造により、一旦、ゲル化（固化）した後、一体化時の加熱および圧力によっては軟化しない状態としたことをいう。
【００２０】
上述の粘弾性材料の１種若しくは２種以上の混合物をシート状に成形し、ゲル化した上で、繊維強化複合材料層に積層するのである。
【００２１】
このため、図１に示すように粘弾性材料層１３は、前記繊維強化複合材料層１２への積層時においてすでにゲル化した状態にあり、各層を一体化するときの熱と圧力によっても溶出することはない。従って、この粘弾性材料層１３が溶出して、各繊維強化複合材料層１２内へと入り込むこともなく、繊維強化複合材料層１２の持つ高強度・高弾性率に悪影響を及ぼすことはない。
【００２２】
尚、粘弾性材料層を構成する粘弾性材料中には、制振性の向上を目的として、例えばマイカ鱗片、ガラス片、炭酸カルシウム、バライト、沈降硫酸バリウムなどの無機充填材を充填することもできる。
【００２３】
この粘弾性材料層は、強化繊維に粘弾性材料を含浸し、この後粘弾性材料をゲル化させた形態を採ることもできる。この場合、使用する強化繊維は、繊維強化複合材料層に用いる強化繊維と同じく、炭素繊維、ガラス繊維、炭化ケイ素繊維、金属繊維、アルミナ繊維などの無機強化繊維、あるいはアラミド繊維、高延伸ポリエチレン繊維などの有機強化繊維といった高強度および高弾性率を有する繊維が望ましい。
【００２４】
また、図２に示すように、繊維強化複合材料層１２間に有機振動減衰剤１４を含む粘弾性材料層１３を積層一体化した制振性複合材料１１とすることもできる。この粘弾性材料層１３における有機振動減衰剤１４は、粘弾性材料中に配合することで、該粘弾性材料の持つ制振性を飛躍的に向上させる働きを有する成分である。
【００２５】
このような性能を持つ有機振動減衰剤としては、例えばＮ、Ｎ−ジシクロヘキシルベンゾチアジル−２−スルフェンアミド（ＤＣＨＢＳＡ）、２−メルカプトベンゾチアゾール（ＭＢＴ）、ジベンゾチアジルスルフィド（ＭＢＴＳ）、Ｎ−シクロヘキシルベンゾチアジル−２−スルフェンアミド（ＣＢＳ）、Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチルベンゾチアジル−２−スルフェンアミド（ＢＢＳ）、Ｎ−オキシジエチレンベンゾチアジル−２−スルフェンアミド（ＯＢＳ）、Ｎ、Ｎ−ジイソプロピルベンゾチアジル−２−スルフェンアミド（ＤＰＢＳ）などのベンゾチアジル基を持つ化合物、
ベンゼン環にアゾール基が結合したベンゾトリアゾールを母核とし、これにフェニル基が結合した２−｛２′−ハイドロキシ−３′−（３″，４″，５″，６″テトラハイドロフタリミデメチル）−５′−メチルフェニル｝−ベンゾトリアゾール（２ＨＰＭＭＢ）、２−｛２′−ハイドロキシ−５′−メチルフェニル｝−ベンゾトリアゾール（２ＨＭＰＢ）、２−｛２′−ハイドロキシ−３′−ｔ−ブチル−５′−メチルフェニル｝−５−クロロベンゾトリアゾール（２ＨＢＭＰＣＢ）、２−｛２′−ハイドロキシ−３′，５′−ジ−ｔ−ブチルフェニル｝−５−クロロベンゾトリアゾール（２ＨＤＢＰＣＢ）などのベンゾトリアゾール基を持つ化合物、
エチル−２−シアノ−３，３−ジ−フェニルアクリレートなどのジフェニルアクリレート基を持つ化合物、
あるいは２−ハイドロキシ−４−メトキシベンゾフェノン（ＨＭＢＰ）、２−ハイドロキシ−４−メトキシベンゾフェノン−５−スルフォニックアシド（ＨＭＢＰＳ）などのベンゾフェノン基を持つ化合物の中から選ばれた１種若しくは２種以上の混合物を挙げることができる。
【００２６】
上述の振動減衰性を飛躍的に向上させるという効果は、粘弾性材料の種類およびこれに配合する有機低分子材料の種類により、あるいは該材料に加わる振動エネルギーの大小により、さらに用途や使用状態により、変動を生じるものの、粘弾性材料１００重量部に対し、有機振動減衰剤の含有量を１〜１００重量部の割合とすることで、一定の効果が得ることができる。
【００２７】
尚、有機振動減衰剤の含有量が、上記範囲外の場合、上記効果が得られないだけではなく、材料の機械的強度が低下したりするなどの弊害を生じる恐れがある。
【００２８】
尚、本発明は、下記実施例に限定されるものではなく、「特許請求の範囲」に記載された範囲で自由に変更して実施することができる。
【００２９】
【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。尚、本発明がこれらの実施例によって何ら限定されるものでないことは言うまでもない。
樹脂Ａ：
アデカレジンＥＰ４１００（旭電化工業株式会社製）１００重量部、
ジシアンジアミド８重量部、
３−（３，４−ジクロロフェニル）−１，１−ジメチルユリア６重量部。
樹脂Ｂ：
グリシエールＰＰ３００Ｐ（三洋化成工業株式会社製）１００重量部、
アデカハードナーＥＨ２１０Ｂ（旭電化工業株式会社製）２２．６重量部、
トリルトリアゾール１３．６重量部。
炭素繊維：
トレカクロスＣＯ６１４２（東レ株式会社製）
樹脂／繊維の配合比率：
５０／５０（重量％）
実施例
図１に示すように、炭素繊維に樹脂Ｂを含浸させ、１００℃で６０分加熱して硬化させた粘弾性材料シート１３と、炭素繊維に樹脂Ａを含浸させた繊維強化複合シート１２を４枚積層し、その上に前記粘弾性材料シート１３を乗せた後、さらに炭素繊維に樹脂Ａを含浸させた繊維強化複合シート１２を４枚積層する。
【００３０】
次いで、この積層物を１８０℃で１５分間加熱して硬化させ、制振性炭素繊維複合材料１１を得た。
【００３１】
比較例
図４に示すように、炭素繊維に樹脂Ａを含浸させた繊維強化複合シート２２のみを９枚積層し、各層を一体化して炭素繊維複合材料２１を得た。
【００３２】
上記図１に示す実施例および図４に示す比較例の各複合材料について、曲げ弾性率（ＧＰａ）、曲げ強さ（ＭＰａ）および２００Ｈｚ、２５℃における損失係数を測定した。その結果を表１に示す。尚、曲げ強さ：ＪＩＳ Ｋ７０７４ ３点曲げ法に従って測定し、損失係数については中央加振法により測定した。
【００３３】
表１

表１から、実施例に係る複合複合材料にあっては、高強度および高弾性率を有しており、しかも制振性に優れていることが確認された。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の制振性複合材料にあっては、繊維強化複合材料層とゲル化した粘弾性材料層とを層状に配置して一体化したことから、高強度および高弾性率を有し、かつ優れた制振性を備えている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の制振性複合材料を示す模式図。
【図２】本発明の制振性複合材料の別例を示す模式図。
【図３】従来の制振性複合材料を示す模式図。
【図４】比較例の制振性複合材料を示す模式図。
【符号の説明】
１２・・・繊維強化複合材料層
１３・・・粘弾性材料層
１４・・・有機振動減衰剤

Claims (4)

1. 繊維強化複合材料層とゲル化した粘弾性材料層とを層状に配置して一体化したことを特徴とする制振性複合材料。
2. 粘弾性材料層が、強化繊維に粘弾性材料を含浸し、前記粘弾性材料をゲル化させてなることを特徴とする請求項１記載の制振性複合材料。
3. 粘弾性材料層が有機振動減衰剤を含有することを特徴とする請求項１または２記載の制振性複合材料。
4. 有機振動減衰剤が、ベンゾチアジル基を持つ化合物、ベンゾトリアゾール基を持つ化合物、ジフェニルアクリレート基を持つ化合物、およびベンゾフェノン基を持つ化合物の中から選ばれる１種若しくは２種以上の混合物であることを特徴とする請求項３記載の制振性複合材料。

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