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JP6196658B2 - サンドイッチパネル，一方向プリプレグの製造方法及びサンドイッチパネルの製造方法 - Google Patents

サンドイッチパネル，一方向プリプレグの製造方法及びサンドイッチパネルの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、サンドイッチパネル，一方向プリプレグの製造方法及びサンドイッチパネルの製造方法に関するものである。
ハニカムコアの上下両面に繊維強化樹脂製のスキン層が積層されたハニカムサンドイッチパネルは軽量で剛性があり、航空機や車両の内装材として広く用いられている。
ところで、例えば特許文献１に開示されるように、スキン層を、繊維束を一方向に引き揃えた一方向繊維体とマトリックス樹脂とから成る一方向繊維強化樹脂体と、繊維束を経糸及び緯糸として織成した織成繊維体とマトリックス樹脂とから成る織物繊維強化樹脂体とを積層した構成とし、スキン層の一方向繊維体を炭素繊維束で構成することで、ハニカムパネルの軽量化を図る技術がある。
しかしながら、炭素繊維は高価であり（ガラス繊維の約１０倍の価格）、より安価な構成が要望されている。
また、炭素繊維は剛性は高いが、破壊するときに破壊点付近で一気に破壊する性質があり、好ましくない。即ち、人を乗せる航空機や車両では一気に破壊するのではなく、破壊点付近で徐々に破壊するような粘りがある方が好ましい。
更に、スキン層に炭素繊維束の一方向繊維強化樹脂体を用いた場合、ハニカムパネル同士を接合したり、ドアコックなどの取付部材をハニカムパネルに取り付けたりする際に必要となるボルト穴加工等の機械加工時に、一方向繊維強化樹脂体の繊維と並行な方向に微小なクラックが走り易いという問題点がある。
特許第４２７８６７８号公報
本発明は、上述のような現状に鑑みなされたもので、軽量であるのは勿論、安価に作製でき、しかも、破壊点付近で一気に破壊せず徐々に破壊する破壊モードを有し、更に、機械加工時に一方向繊維体の繊維方向に生じるクラックを軽減することが可能な画期的なサンドイッチパネル，一方向プリプレグの製造方法及びサンドイッチパネルの製造方法を提供するものである。
添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。
コア１の上下面にスキン層２が設けられたサンドイッチパネルであって、前記スキン層２は、炭素繊維束Ａ及びガラス繊維束Ｂを一方向に引き揃えた一方向繊維体とマトリックス樹脂とから成る一方向繊維強化樹脂体３，４と、ガラス繊維束を経糸及び緯糸として織成した織成繊維体とマトリックス樹脂とから成る織物繊維強化樹脂体５，６とが積層されたものであり、前記一方向繊維強化樹脂体３，４にして隣接する炭素繊維束Ａとガラス繊維束Ｂとの間には、前記炭素繊維束Ａ及びガラス繊維束Ｂの毛羽が混在する混在部Ｃ若しくは前記炭素繊維束Ａの毛羽のみが存在する単在部が各繊維束の長さ方向に設けられていることを特徴とするサンドイッチパネルに係るものである。
また、請求項１記載のサンドイッチパネルにおいて、前記一方向繊維強化樹脂体３，４の前記炭素繊維束Ａ及び前記ガラス繊維束Ｂに設けられる前記各毛羽の長さは１ｍｍ〜５ｍｍに設定されていることを特徴とするサンドイッチパネルに係るものである。
また、請求項１，２いずれか１項に記載のサンドイッチパネルにおいて、前記一方向繊維体は、前記炭素繊維束Ａ及び前記ガラス繊維束Ｂが交互に並設された構成であることを特徴とするサンドイッチパネルに係るものである。
また、請求項１〜３いずれか１項に記載のサンドイッチパネルにおいて、前記スキン層２は、コア１側から、第１の前記織物繊維強化樹脂体５、繊維束が所定方向に配された第１の前記一方向繊維強化樹脂体３、第２の前記織物繊維強化樹脂体６、繊維束が前記第１の一方向繊維強化樹脂体３の繊維束と直交する方向に配された第２の前記一方向繊維強化樹脂体４の順に積層された構成であり、各繊維強化樹脂体の樹脂含有率が、前記第１の織物繊維強化樹脂体５は６０ｗｔ％以上、前記第２の織物繊維強化樹脂体６は５５ｗｔ％以上、前記第１の一方向繊維強化樹脂体３及び前記第２の一方向繊維強化樹脂体４は２９ｗｔ％以下に設定されていることを特徴とするサンドイッチパネルに係るものである。
また、請求項４記載のサンドイッチパネルにおいて、前記スキン層２の前記第２の一方向繊維強化樹脂体４の外側に、ガラス繊維束を経糸及び緯糸として織成した織成繊維体とマトリックス樹脂とから成り樹脂含有率が３０ｗｔ％以上で前記マトリックス樹脂に黒色顔料が１ｗｔ％以上含有された黒色織物繊維強化樹脂体７が設けられていることを特徴とするサンドイッチパネルに係るものである。
また、請求項１〜５いずれか１項に記載のサンドイッチパネルにおいて、前記スキン層２で用いるマトリックス樹脂は、フェノール樹脂若しくはフェノール樹脂とエポキシ樹脂との混合物から成り、前記フェノール樹脂は、ヒートリリース試験で５分間の熱量のピーク値が３０ｋＷ／ｍ２以下且つ２分間の熱量の積分値が２５ｋＷ／ｍ２以下のものであることを特徴とするサンドイッチパネルに係るものである。
また、請求項１〜６いずれか１項に記載のサンドイッチパネルにおいて、前記コア１はハニカムコア１であることを特徴とするサンドイッチパネルに係るものである。
また、炭素繊維束Ａ及びガラス繊維束Ｂが一方向に引き揃えられた一方向繊維体とマトリックス樹脂とから成る一方向プリプレグの製造方法であって、前記炭素繊維束Ａ及び前記ガラス繊維束Ｂの両方若しくは前記炭素繊維束Ａのみ、側部に毛羽立たせ処理を施し、前記炭素繊維束Ａ及び前記ガラス繊維束Ｂを一方向に引き揃え、加熱して半硬化させることを特徴とする一方向プリプレグの製造方法に係るものである。
また、請求項８記載の一方向プリプレグの製造方法において、前記炭素繊維束Ａ及び前記ガラス繊維束Ｂを夫々、複数の接触体13に蛇行するように交互に掛け回した状態で連続的に搬送し、前記炭素繊維束Ａ及び前記ガラス繊維束Ｂと前記接触体13との摩擦により前記炭素繊維束Ａ及び前記ガラス繊維束Ｂ夫々の両側部に連続的に毛羽立たせ処理を施すことを特徴とする一方向プリプレグの製造方法に係るものである。
また、請求項１〜７いずれか１項に記載のサンドイッチパネルにおける前記一方向繊維強化樹脂体を、請求項８，９いずれか１項に記載の一方向プリプレグの製造方法により製造された一方向プリプレグを硬化して形成することを特徴とするサンドイッチパネルの製造方法に係るものである。
本発明は上述のように構成したから、軽量であるのは勿論、安価に作製でき、しかも、破壊点付近で一気に破壊せず徐々に破壊する破壊モードを有し、更に、機械加工時に一方向繊維体の繊維方向に生じるクラックを軽減することが可能な画期的なサンドイッチパネル，一方向プリプレグの製造方法及びサンドイッチパネルの製造方法となる。
本実施例の一部を切り欠いた概略説明斜視図である。 本実施例の分解説明斜視図である。 本実施例の混在部の模式図である。 一方向プリプレグの製造装置の概略説明図である。 図４のＸ部分の拡大概略説明平面図である。 毛羽開繊用部材の概略説明斜視図である。 毛羽開繊用の平板状部材の概略説明斜視図である。 穴加工時に生じるクラックの概略説明図である。 ４点曲げ試験の結果を示すグラフである。
好適と考える本発明の実施形態を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。
スキン層２の一方向繊維強化樹脂体が炭素繊維束Ａのみの構成に比し、それだけ安価となる。
また、一方向繊維強化樹脂体が、炭素繊維束Ａのみではなく、クラックが生じ難いガラス繊維束Ｂが混在する構成で、且つ、一方向繊維強化樹脂体３，４の炭素繊維束Ａとガラス繊維束Ｂとの間に、炭素繊維束Ａとガラス繊維束Ｂの両者の毛羽が混在する混在部Ｃ、若しくは炭素繊維束Ａの毛羽のみが存在する単在部が存在するから、プリプレグに成形した際に炭素繊維束Ａとガラス繊維束Ｂとの接着性が良好となる。さらに、成形硬化後のサンドイッチパネルにおいては機械加工等の衝撃が加わった場合でも、繊維に沿ったクラックが生じ難いものとなる。
また、この一方向繊維強化樹脂体３，４は、炭素繊維束Ａとガラス繊維束Ｂとの間に、両者の毛羽が混在する混在部Ｃ若しくは炭素繊維束Ａの毛羽のみが存在する単在部が存在するから一方向繊維体の炭素繊維束Ａとガラス繊維束Ｂとが幅方向に強固に接着され、且つ、ガラス繊維の特性も良好に反映され、よって、破壊点付近で徐々に破壊する破壊モードとなる。
しかも、混在部Ｃ若しくは単在部により炭素繊維束Ａとガラス繊維束Ｂとの幅方向における接着性が改善され、これにより、一方向繊維強化樹脂体の樹脂含有量を低減させることができる。具体的には、サンドイッチパネルの機械加工における一方向繊維体の繊維束方向に発生する割れを抑えるために樹脂含有量を増やすことが一般的であるが、上述の混在部Ｃ若しくは単在部を有する一方向繊維体を用いることで樹脂含有量を増やすことなく接着性を改善することができる。即ち、混在部Ｃ若しくは単在部には炭素繊維束Ａ及びガラス繊維束Ｂの毛羽若しくは炭素繊維束Ａの毛羽が存在するため、毛羽がない場合に比べて樹脂含有量を減らすことができる。この結果、炭素繊維束Ａとガラス繊維束Ｂとを十分に接着させるために必要なマトリックス樹脂の量を低減できるから、各一方向繊維強化樹脂体の樹脂含有量（樹脂含有率）を低減することが可能となり、一方向繊維体の炭素繊維束Ａの一部がガラス繊維束Ｂであっても、一方向繊維体の繊維を全て炭素繊維束Ａとした場合と同等の重量とすることが可能となる。
本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。
本実施例は、コア１の上下面にスキン層２が設けられたサンドイッチパネルであって、前記スキン層２は、炭素繊維束Ａ及びガラス繊維束Ｂを一方向に引き揃えた一方向繊維体とマトリックス樹脂とから成る一方向繊維強化樹脂体と、ガラス繊維束を経糸及び緯糸として織成した織成繊維体とマトリックス樹脂とから成る織物繊維強化樹脂体とが積層されたものであり、前記一方向繊維体にして隣接する炭素繊維束Ａとガラス繊維束Ｂとの間には該炭素繊維束Ａ及びガラス繊維束Ｂの毛羽が混在する混在部Ｃが各繊維束の長さ方向に設けられているものである。
具体的には、本実施例は、図１に図示したように、ハニカムコア１を繊維強化樹脂製のスキン層２で挟んだハニカムサンドイッチパネルである。ハニカムコア１としては、アラミド繊維製、セルロース繊維製、アルミニウム製等、用途に応じて種々の素材からなるものを採用できる。なお、横断面が六角形のハニカムコア１以外のコア材、例えば、横断面が四角形のコア材や波形のコア材をコア１としても良い。
図１，２に図示したように、本実施例のスキン層２は、コア１側から、第１の織物繊維強化樹脂体５、繊維束がサンドイッチパネルの（長さ方向側の）一辺と平行（０°）に配された第１の一方向繊維強化樹脂体３、第２の織物繊維強化樹脂体６、繊維束がサンドイッチパネルの前記一辺と直交する（幅方向側の）他辺と平行（９０°）に配された第２の一方向繊維強化樹脂体４の順に積層された構成である。なお、一方向繊維強化樹脂体３，４は、互いの繊維束が直交する関係であれば、サンドイッチパネルの長さ方向及び幅方向に繊維束を配する構成に限らず、他の構成としても良い。
また、織物繊維強化樹脂体５，６は、一方向繊維強化樹脂体３，４の繊維束と同様に、経糸及び緯糸がサンドイッチパネルの前記一辺及び前記他辺（長さ方向及び幅方向）と平行（０°及び９０°）に配向するように積層した場合に比し、一方向繊維強化樹脂体３，４の繊維束に対して斜めに配置されるように経糸及び緯糸が＋４５°及び−４５°に配向するように積層した場合には、面内せん断力（ＩＰＳ）をより大きくすることができる。具体的には、ボーイング社で用いられる面内せん断試験（BMS4-17）に準拠して測定した面内せん断力は、織物繊維強化樹脂体５，６の経糸及び緯糸を０°及び９０°に配向するようにした場合には２５ｋＮ、＋４５°及び−４５°に配向するようにした場合には３２ｋＮとなる。
また、図３に図示したように、一方向繊維強化樹脂体の炭素繊維束Ａ及びガラス繊維束Ｂの間には、炭素繊維束Ａ及びガラス繊維束Ｂの毛羽が混在する混在部Ｃが各繊維束の長さ方向にその全長に渡って設けられている。本実施例においては炭素繊維束Ａ及びガラス繊維束Ｂは交互に並設している。
図３（ａ）は混在部が存在しない（繊維を毛羽立たせていない）一方向繊維強化樹脂体の模式図（概略平面図及び概略断面図）であり、（ｂ）は本実施例の一方向繊維強化樹脂体の模式図（概略平面図及び概略断面図）である。なお、混在部Ｃは分かり易いように大きさを誇張して記載している。
混在部Ｃは、互いに隣接する炭素繊維束Ａ及びガラス繊維束Ｂの側部の毛羽同士がマトリックス樹脂で接着されて構成される。また、各毛羽の長さは１ｍｍ〜５ｍｍに設定されている。１ｍｍ未満では毛羽同士の接着が不十分となり、５ｍｍを越える毛羽が生じると繊維束の強度が不足する可能性があるためである。好ましくは隣接する繊維束の毛羽同士を可及的に良好に接着するために４ｍｍ〜５ｍｍに設定する。なお、各繊維束の幅は５ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。
また、各繊維強化樹脂体の樹脂含有率は、第１の織物繊維強化樹脂体５は５７(樹脂含有率の管理値で６０±３)ｗｔ％以上、第２の織物繊維強化樹脂体６は５２(樹脂含有率の管理値で５５±３)ｗｔ％以上、第１の一方向繊維強化樹脂体３及び第２の一方向繊維強化樹脂体４は３２（樹脂含有率の管理値で２９±３）ｗｔ％以下に設定されている。これらの樹脂含有率を無視してもサンドイッチパネルの製作は可能だが、各繊維強化樹脂体を一体化できなかったり、重量が重くなったりして、硬化後に一方向繊維強化樹脂体３，４が全て炭素繊維のサンドイッチパネルと同等な軽さで同等の強度を発生させることができない。それゆえ、発明者らは製造上の樹脂含有率の管理値を定め、好適なサンドイッチパネルを製造する条件を確立している。
また、スキン層２の第２の一方向繊維強化樹脂体４の外側に、ガラス繊維束を経糸及び緯糸として織成した織成繊維体とマトリックス樹脂とから成り、樹脂含有率が３０ｗｔ％以上で前記マトリックス樹脂に黒色顔料が１ｗｔ％以上含有された黒色織物繊維強化樹脂体７が設けられている。ここでは、マトリックス樹脂に黒色顔料を含有させて織物を黒くしているが、ガラス繊維自体に着色したり、黒く染めた織物を用いても良い。
第２の一方向繊維強化樹脂体４は、炭素繊維束Ａとガラス繊維束Ｂとを交互に並設した構成であり、炭素繊維束Ａとガラス繊維束Ｂとが異なる色合いであることから、黒（炭素繊維束Ａ）とこげ茶（ガラス繊維束Ｂ）の縞模様となる。そのため、第２の一方向繊維強化樹脂体４に内装用の表面材（ポリフッ化ビニリデンフィルム等）を設けた際、縞模様が表面材から透け、体裁が悪くなる場合がある。
この点、本実施例は、黒色に着色した黒色織物繊維強化樹脂体７を、第２の一方向繊維強化樹脂体４の外側に設けることで、第２の一方向繊維強化樹脂体４の表面を隠蔽することができ、表面材を設けた際に縞模様が透けて見えない構成となる。尚、一方向繊維強化樹脂体３を黒色に着色した場合はさらに隠蔽効果が増すことが確認できている。また、黒色織物繊維強化樹脂体７を第２の一方向繊維強化樹脂体４に積層することで、一方向強化繊維樹脂体を織物繊維強化樹脂体で上から押さえ付けた構成となり、穴明け加工等の機械加工時に一方向繊維強化樹脂体にクラックが生じることを一層良好に防止することが可能となる。
スキン層２で用いるマトリックス樹脂は、フェノール樹脂若しくはフェノール樹脂及びエポキシ樹脂の混合物を採用することができる。前記フェノール樹脂としては、不燃性を考慮し、ヒートリリース試験で５分間の熱量のピーク値が３０ｋＷ／ｍ２以下且つ２分間の熱量の積分値が２５ｋＷ／ｍ２以下のものを採用するのが好ましい。
スキン層２は各繊維強化樹脂体となるシート状のプリプレグを積層して硬化させることで形成される。
本実施例においては、硬化することで一方向繊維強化樹脂体３，４となる一方向プリプレグを製造する際、炭素繊維束Ａ及びガラス繊維束Ｂの側部に毛羽立たせ処理を施して毛羽立たせることで、隣接する繊維束同士の間に、両者の毛羽（繊維）が混在する混在部Ｃを形成する。また、織物繊維強化樹脂体は、公知の方法により織物プリプレグを製造し、この織物プリプレグを硬化することで得ることができる。
なお、炭素繊維束Ａ及びガラス繊維束Ｂは、多数の炭素繊維フィラメント若しくはガラス繊維フィラメントを収束剤で収束したものであり、毛羽は、図４，５に示すような機構を用いることで繊維束の両側面のフィラメントをわずかに切断することで形成する。なお、これら機構については後述する。本実施例においては、炭素繊維束Ａとして８００ＴＥＸのもの（例えば、東レ製Ｔ−７００ＳＣ：１２０００フィラメント）を採用し、ガラス繊維束Ｂとして１２００ＴＥＸのもの（例えば、ＪＵＳＨＩファイバー製３１８処理品）を採用している。
本実施例の一方向繊維強化樹脂体３，４となる一方向プリプレグは、例えば図４に図示したような一方向プリプレグの製造装置を用いて製造することができる。
具体的には、クリール11には、炭素繊維束Ａ及びガラス繊維束Ｂが巻回されたボビンが多数搭載されており、このボビンから引き出された繊維束Ａ，Ｂは、筬12により所定の配列に揃えた状態で、一方向繊維体の繊維束の幅方向への毛羽立たせ処理、樹脂含浸処理が施され、引き揃え状態で加熱処理が施される。なお、毛羽立たせ処理と樹脂含浸処理はいずれを先に行っても良いが、樹脂含浸前に毛羽立たせ処理を行う方が毛羽を生じさせ易い。
毛羽立たせ処理は繊維束Ａ，Ｂを接触体13に接触させることで行う。接触体13は回転不能に固定された円筒体で、周面を粗面として接触時に繊維束Ａ，Ｂの側部が適宜毛羽立つように構成されている。また、接触体13は、図５に図示したように、各繊維束Ａ，Ｂを挟むように夫々ジグザグに４つずつ配置されており、繊維束Ａ，Ｂを夫々、複数の接触体13に蛇行するように交互に掛け回し、繊維束Ａ，Ｂの側部が交互に接触体13に接触する状態で連続的に搬送されるようにしている。図中、符号14は支持ロールである。
これにより、炭素繊維束Ａ及びガラス繊維束Ｂは、接触体13との摩擦によりその両側部に連続的に毛羽立たせ処理が施される。本実施例においては繊維束Ａ，Ｂを４つの接触体13に接触させる構成としているが、３つ以下若しくは５つ以上の接触体13に接触させる構成としても良い。また、本実施例においては、接触体13は、望ましい状態として搬送方向と直交する垂直方向（９０°）に配置した構成としているが、搬送方向と直交する水平方向（０°）に配置した構成としても良い。更に、搬送方向と直交し且つ水平方向（０°）に対して５°〜１０°傾けて配置しても良い。接触体13を水平方向ではなく、僅かに傾けて繊維束に接触させることで、繊維束の幅方向全体ではなく、端部にのみ毛羽を発生させることが可能となる。
毛羽立たせ処理により生じる毛羽の長さは、接触体13への接触度合い等を調整することで適宜設定できる。例えば、各繊維束のクリール11でのバックテンションや接触体13の配置関係（接触体13による繊維束の蛇行湾曲度合い）、接触体13の表面粗度等を調整することで適宜設定できる。
毛羽立たせ処理を施された繊維束Ａ，Ｂは、一般的なプリプレグと同様に、マトリックス樹脂15が貯められた樹脂槽16内で樹脂が含浸され、下面側にセパレータ18、上面側に離型フィルム20を重ねた状態でヒータ21で加熱され半硬化せしめられた後、ラミネートロール22によりラミネートされて離型フィルム20が別途離型フィルム巻取ロール23に巻取られ、一方向プリプレグがセパレータ18と共に巻取ロール24に巻き取られる。図中、符号17はセパレータ送りロール、19は離形フィルム送りロールである。
また、マトリックス樹脂により毛羽が繊維束Ａ，Ｂと一体となり広がらない場合には、樹脂含浸後、ヒータ21による加熱前の位置（図４中Ｙの位置）に、図６に示したような上面を円筒面状とした所謂かまぼこ形状の毛羽開繊用部材25を設ける。図７に示したような上面を平面状とした平板状部材26であっても一定の開繊効果が得られるが、図６のようなかまぼこ形状の方がより効果的に毛羽を開繊できる（毛羽を繊維束の側方に配することが可能となる）。繊維束Ａ，Ｂをこの毛羽開繊用部材25の上面に沿って搬送して開繊させることで、繊維束Ａ，Ｂが円筒面に押し付けられて開繊され、この際、毛羽も共に開繊され（図６拡大図内の矢印）、繊維束の側方に配することができる。また、開繊された繊維束Ａ，Ｂから流出する樹脂によっても毛羽の開繊が促進される。毛羽を強制的に開繊させることで、隣接する繊維束Ａ，Ｂの毛羽同士が確実に近接してマトリックス樹脂により接着され、混在部Ｃが良好に形成されることになる。
以上のようにして形成した一方向プリプレグと前記織物プリプレグとを所定の順序でハニカムコア１１の上下面に積層し硬化して一体化させることで、上記構成のサンドイッチパネルを製造できる。
なお、本実施例においては、炭素繊維束Ａ及びガラス繊維束Ｂの毛羽が混在する混在部Ｃを設けた構成について説明しているが、混在部Ｃに替えて、ガラス繊維束Ｂには毛羽立たせ処理を施さず、炭素繊維束Ａにのみ毛羽立たせ処理を施して、炭素繊維束Ａの毛羽とマトリックス樹脂とで構成される単在部を設ける構成としても良い。この場合は、混在部Ｃを設けた構成に比し若干劣るが、本実施例と同様の効果を得ることができる。
本実施例は上述のように構成したから、スキン層２の一方向繊維強化樹脂体が炭素繊維束Ａのみの構成に比し、それだけ安価となる。
また、一方向繊維強化樹脂体が、炭素繊維束Ａのみではなく、クラックが生じ難いガラス繊維束Ｂが混在する構成となり、且つ、一方向繊維強化樹脂体３，４の炭素繊維束Ａとガラス繊維束Ｂとの間に、両者の毛羽が混在する混在部Ｃが存在するから、炭素繊維束Ａとガラス繊維束Ｂとの接着性が良好となり、機械加工等の衝撃が加わった場合でも、繊維に沿ったクラックが生じ難い構成となる。
具体的には、炭素繊維は弾性率が高く（例えば、２３０ＧＰａ）、伸び難い（例えば、繊維の伸びは２％）。一方、ガラス繊維は弾性率が低く（例えば、７０ＧＰａ）、伸び易い（例えば、繊維の伸びは４％）。そのため、炭素繊維の一方向繊維強化樹脂体は、機械加工時に微小クラックが発生し易い。一方、ガラス繊維の一方向繊維強化樹脂体は、微小クラックが発生し難い特徴がある。しかし、単に一方向繊維強化樹脂体の炭素繊維束を微小クラックが生じ難いガラス繊維束に置き換えても、伸びの違いから両者の界面でのクラックが発生し易い（図８（ａ））。
この点、本実施例は、炭素繊維束とガラス繊維束とを強制的に毛羽立てて隣接する異種繊維束の毛羽同士を接着することで界面を強固に接合できるから、炭素繊維束のみで一方向繊維強化樹脂体を構成した場合に比し、一部がクラックが生じ難いガラス繊維束に置き換わるだけでなく、混在部Ｃにおける伸びを炭素繊維とガラス繊維の伸びの中間程度とすることができ異種繊維束の界面におけるクラックも良好に防止できる構成となり、繊維に沿ったクラックが生じ難い構成となる（図８（ｂ））。
更に、この一方向繊維強化樹脂体３，４は、炭素繊維束Ａとガラス繊維束Ｂとが強固に接着することで、ガラス繊維の特性も良好に反映され、破壊点付近で徐々に破壊する破壊モードとなる。
具体的には、炭素繊維束を一方向に引き揃えて成る一方向繊維強化樹脂体や混在部が存在しない単に炭素繊維束及びガラス繊維束を交互に並設した一方向繊維強化樹脂体Ｐについて、曲げ試験規格ＭＩＬ−ＳＴＤ４０１Ｂで示されるような４点曲げ試験を行い、図９に図示したように、横軸に変位量、縦軸に曲げ荷重を示すグラフを作成すると、破壊点近傍で三角形状の破壊線が得られる。即ち、Ｐは、破壊点で一気に破壊してしまう所謂線形域におけるぜい性破壊を示す。
これに対し、本実施例に係る炭素繊維束及びガラス繊維束を一方向に引き揃えて成る一方向繊維強化樹脂体Ｑについて上記同様のグラフを作成すると、破壊点近傍でサメの背びれ状の破壊線が得られる。即ち、Ｑは、破壊点では一気に破壊せずに破壊点近傍で徐々に破壊する、所謂非線形領域における延性破壊を示す。Ｑの破壊点近傍では、ハニカムパネルに印加される荷重による応力がかかっているのに、その応力に拮抗しながら応力を逃がしている（試験機は応力をかけているのにその応力が試験片であるハニカムパネルに伝わっていない）ということになり、外からの応力による破壊の進展を防いでいることになる。この試験ではハニカムパネルには応力がかかりながら、徐々に変形が大きくなるためにやがては破壊に至る。この破壊点近傍の挙動は、外からの応力を逃がしながら破壊の進展を防いでいること、即ち、所謂破壊じん性が高いことを示している。破壊じん性が高いということは旅客や貨物を運ぶ、航空機や車両にとっては、破壊点近傍で粘りがあることになり、何らかの衝撃で一気に破壊することがないので利点となる。
また、混在部Ｃにより炭素繊維束Ａとガラス繊維束Ｂとの接着性を改善でき、炭素繊維束Ａとガラス繊維束Ｂとを十分に接着させるために必要なマトリックス樹脂の量を低減できるため、各一方向繊維強化樹脂体の樹脂含有量を低減することが可能となり、一方向繊維体の炭素繊維束Ａの一部をガラス繊維束Ｂに置き換えても、一方向繊維体の繊維を全て炭素繊維束Ａとした場合と同等の重量とすることが可能となる。
よって、本実施例は、軽量であるのは勿論、安価に作製でき、しかも、破壊点付近で一気に破壊せず徐々に破壊する破壊モードを有し、更に、機械加工時に一方向繊維体の繊維方向に生じるクラックを軽減することが可能な画期的なサンドイッチパネルとなる。
１ コア
２ スキン層
３ （第１の）一方向繊維強化樹脂体
４ （第２の）一方向繊維強化樹脂体
５ （第１の）織物繊維強化樹脂体
６ （第２の）織物繊維強化樹脂体
７ 黒色織物繊維強化樹脂体
13 接触体
Ａ 炭素繊維束
Ｂ ガラス繊維束
Ｃ 混在部

Claims (10)

  1. コアの上下面にスキン層が設けられたサンドイッチパネルであって、前記スキン層は、炭素繊維束及びガラス繊維束を一方向に引き揃えた一方向繊維体とマトリックス樹脂とから成る一方向繊維強化樹脂体と、ガラス繊維束を経糸及び緯糸として織成した織成繊維体とマトリックス樹脂とから成る織物繊維強化樹脂体とが積層されたものであり、前記一方向繊維強化樹脂体にして隣接する炭素繊維束とガラス繊維束との間には、前記炭素繊維束及びガラス繊維束の毛羽が混在する混在部若しくは前記炭素繊維束の毛羽のみが存在する単在部が各繊維束の長さ方向に設けられていることを特徴とするサンドイッチパネル。
  2. 請求項１記載のサンドイッチパネルにおいて、前記一方向繊維強化樹脂体の前記炭素繊維束及び前記ガラス繊維束に設けられる前記各毛羽の長さは１ｍｍ〜５ｍｍに設定されていることを特徴とするサンドイッチパネル。
  3. 請求項１，２いずれか１項に記載のサンドイッチパネルにおいて、前記一方向繊維体は、前記炭素繊維束及び前記ガラス繊維束が交互に並設された構成であることを特徴とするサンドイッチパネル。
  4. 請求項１〜３いずれか１項に記載のサンドイッチパネルにおいて、前記スキン層は、コア側から、第１の前記織物繊維強化樹脂体、繊維束が所定方向に配された第１の前記一方向繊維強化樹脂体、第２の前記織物繊維強化樹脂体、繊維束が前記第１の一方向繊維強化樹脂体の繊維束と直交する方向に配された第２の前記一方向繊維強化樹脂体の順に積層された構成であり、各繊維強化樹脂体の樹脂含有率が、前記第１の織物繊維強化樹脂体は６０ｗｔ％以上、前記第２の織物繊維強化樹脂体は５５ｗｔ％以上、前記第１の一方向繊維強化樹脂体及び前記第２の一方向繊維強化樹脂体は２９ｗｔ％以下に設定されていることを特徴とするサンドイッチパネル。
  5. 請求項４記載のサンドイッチパネルにおいて、前記スキン層の前記第２の一方向繊維強化樹脂体の外側に、ガラス繊維束を経糸及び緯糸として織成した織成繊維体とマトリックス樹脂とから成り樹脂含有率が３０ｗｔ％以上で前記マトリックス樹脂に黒色顔料が１ｗｔ％以上含有された黒色織物繊維強化樹脂体が設けられていることを特徴とするサンドイッチパネル。
  6. 請求項１〜５いずれか１項に記載のサンドイッチパネルにおいて、前記スキン層で用いるマトリックス樹脂は、フェノール樹脂若しくはフェノール樹脂とエポキシ樹脂との混合物から成り、前記フェノール樹脂は、ヒートリリース試験で５分間の熱量のピーク値が３０ｋＷ／ｍ２以下且つ２分間の熱量の積分値が２５ｋＷ／ｍ２以下のものであることを特徴とするサンドイッチパネル。
  7. 請求項１〜６いずれか１項に記載のサンドイッチパネルにおいて、前記コアはハニカムコアであることを特徴とするサンドイッチパネル。
  8. 炭素繊維束及びガラス繊維束が一方向に引き揃えられた一方向繊維体とマトリックス樹脂とから成る一方向プリプレグの製造方法であって、前記炭素繊維束及び前記ガラス繊維束の両方若しくは前記炭素繊維束のみ、側部に毛羽立たせ処理を施し、前記炭素繊維束及び前記ガラス繊維束を一方向に引き揃え、加熱して半硬化させることを特徴とする一方向プリプレグの製造方法。
  9. 請求項８記載の一方向プリプレグの製造方法において、前記炭素繊維束及び前記ガラス繊維束を夫々、複数の接触体に蛇行するように交互に掛け回した状態で連続的に搬送し、前記炭素繊維束及び前記ガラス繊維束と前記接触体との摩擦により前記炭素繊維束及び前記ガラス繊維束夫々の両側部に連続的に毛羽立たせ処理を施すことを特徴とする一方向プリプレグの製造方法。
  10. 請求項１〜７いずれか１項に記載のサンドイッチパネルにおける前記一方向繊維強化樹脂体を、請求項８，９いずれか１項に記載の一方向プリプレグの製造方法により製造された一方向プリプレグを硬化して形成することを特徴とするサンドイッチパネルの製造方法。
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