Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP6869857B2 - Laminated structure and its manufacturing method - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP6869857B2 - Laminated structure and its manufacturing method - Google Patents

Laminated structure and its manufacturing method Download PDF

Info

Publication number
JP6869857B2
JP6869857B2 JP2017173039A JP2017173039A JP6869857B2 JP 6869857 B2 JP6869857 B2 JP 6869857B2 JP 2017173039 A JP2017173039 A JP 2017173039A JP 2017173039 A JP2017173039 A JP 2017173039A JP 6869857 B2 JP6869857 B2 JP 6869857B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
composite material
laminated
laminated structure
outer layer
prepreg
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
JP2017173039A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2019048400A (en
Inventor
惇子 渡邉
惇子 渡邉
文人 武田
文人 武田
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 JP2017173039A priority Critical patent/JP6869857B2/en
Publication of JP2019048400A publication Critical patent/JP2019048400A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6869857B2 publication Critical patent/JP6869857B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Reinforced Plastic Materials (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Moulding By Coating Moulds (AREA)

Description

本発明は、耐圧タンクおよび極低温タンクに適用可能な複合材を積層させた積層構造体およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a laminated structure in which composite materials applicable to a pressure resistant tank and a cryogenic tank are laminated, and a method for manufacturing the same.

宇宙往還機に適用されるタンクのうち、例えば液体水素等を収容するタンクは、耐圧性および極低温への耐熱性が必要とされる。現在、耐圧性が必要とされるタンクの材質は金属(例えばアルミニウム(Al))が主である。 Among the tanks applied to the space plane, for example, a tank containing liquid hydrogen or the like is required to have pressure resistance and heat resistance to extremely low temperatures. Currently, the main material of the tank that requires pressure resistance is metal (for example, aluminum (Al)).

将来のロケット運用では、一段タンクの再使用が考えられている。再使用に伴い必要となる着陸構造および電気系統の冗長対策は重量増加を伴う。この重量増加を補うため、タンクの軽量化が必須とされている。 In future rocket operations, reuse of single-stage tanks is being considered. Redundancy measures for landing structure and electrical system required for reuse are accompanied by weight increase. In order to compensate for this increase in weight, it is essential to reduce the weight of the tank.

タンクを軽量化するには、軽量な材料を採用すればよい。例えば従来材料がAlであれば、この従来材料よりも軽い金属(例えばAl−Li合金)、あるいは、特許文献1に記載されているような繊維強化樹脂等の複合材の使用が考えられる。通常、耐圧性が必要とされるタンクの材質が複合材である場合、タンク内側には、ガス漏洩防止を目的としたライナが適用される。ライナは、金属製あるいは樹脂製である。 To reduce the weight of the tank, a lightweight material may be used. For example, if the conventional material is Al, it is conceivable to use a metal lighter than this conventional material (for example, Al—Li alloy) or a composite material such as a fiber reinforced resin as described in Patent Document 1. Normally, when the material of the tank that requires pressure resistance is a composite material, a liner for the purpose of preventing gas leakage is applied to the inside of the tank. The liner is made of metal or resin.

タンクを軽量化するための別の手段としては、ライナを有さないタンクの採用も考えられる。特許文献2には、航空機の浄化槽タンクおよび貯水槽タンクの製造方法が開示されている。特許文献2では、樹脂材料または樹脂複合材による内層の外周面に繊維強化プラスチックを巻付けたタンクが開示されている。 As another means for reducing the weight of the tank, it is conceivable to adopt a tank without a liner. Patent Document 2 discloses a method for manufacturing a septic tank and a water storage tank of an aircraft. Patent Document 2 discloses a tank in which a fiber-reinforced plastic is wound around an outer peripheral surface of an inner layer made of a resin material or a resin composite material.

特開2002−36235号公報JP-A-2002-36235 特開2007−268929号公報JP-A-2007-268929

表1に、タンク材料と重量およびコストとの関係を示す。表1において、重量およびコストの数値は、従来材料であるAlからなるタンクを基準とした規格値である。表1のガス漏洩の項目は、既出文献および過去の社内研究等により得られた知見である。 Table 1 shows the relationship between tank material and weight and cost. In Table 1, the numerical values of weight and cost are standard values based on a tank made of Al, which is a conventional material. The items of gas leak in Table 1 are the findings obtained from the published literature and past in-house research.

Figure 0006869857
Figure 0006869857

Al−Li合金および繊維強化樹脂(例えば炭素繊維強化樹脂(CFRP))は、軽量ではあるが、概してAlよりも高価である。そのため、従来よりも軽量な材料を用いると製造コストが高くなる。 Al-Li alloys and fiber reinforced resins (eg carbon fiber reinforced plastics (CFRP)) are lightweight but generally more expensive than Al. Therefore, if a material that is lighter than the conventional one is used, the manufacturing cost becomes high.

複合材に適用されるライナ材は、概して複合材と熱膨張係数が異なる。例えば、炭素繊維強化樹脂からなるタンクの内側に樹脂製ライナを適用した場合、極低温用途において、熱膨張差により炭素繊維強化樹脂と樹脂製ライナとが剥離することが懸念される。 Liners applied to composites generally have a different coefficient of thermal expansion than composites. For example, when a resin liner is applied to the inside of a tank made of carbon fiber reinforced resin, there is a concern that the carbon fiber reinforced resin and the resin liner may peel off due to a difference in thermal expansion in an extremely low temperature application.

液体水素等を収容するタンクでは、タンク内のガス圧によりタンク壁に歪が負荷される、あるいは、液体水素等との接触によりタンク内壁が極低温環境に曝される。このような場合、タンク内壁にマイクロクラック(微細なクラック)が発生し、このマイクロクラックを介してタンク内部からタンク外部にガスが漏洩する可能性がある。 In a tank containing liquid hydrogen or the like, strain is applied to the tank wall due to the gas pressure in the tank, or the inner wall of the tank is exposed to an extremely low temperature environment due to contact with liquid hydrogen or the like. In such a case, microcracks (fine cracks) may occur on the inner wall of the tank, and gas may leak from the inside of the tank to the outside of the tank through the microcracks.

従来は、タンクの内側に提供されたライナでガスの漏洩を防止できるが、特許文献2のようにライナレスのタンクとした場合、ガス漏洩を防止できないことが懸念される。特許文献2で製造される浄化槽タンクおよび貯水槽タンクは、圧力容器ではなく、ガス漏洩に対する評価について言及していない。よって、特許文献2に記載されたライナレスのタンクを、単純に液体水素等が収容されるタンクとして採用することはできない。 Conventionally, a liner provided inside the tank can prevent gas leakage, but when a linerless tank is used as in Patent Document 2, there is a concern that gas leakage cannot be prevented. The septic tank and the water storage tank manufactured in Patent Document 2 are not pressure vessels and do not mention the evaluation of gas leakage. Therefore, the linerless tank described in Patent Document 2 cannot be simply adopted as a tank in which liquid hydrogen or the like is stored.

表1によれば、CFRP(ライナなし)ではガス漏洩が生じる。表1のCFRPの積層構成は、後述の比較例と同じである。 According to Table 1, gas leaks occur in CFRP (without liner). The laminated structure of CFRP in Table 1 is the same as that of the comparative example described later.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、耐圧性および極低温への耐熱性の少なくとも一方が必要とされるタンクに適用可能であり、従来よりも軽量化され、かつ、ガス漏洩を抑えられる技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and is applicable to a tank that requires at least one of pressure resistance and heat resistance to extremely low temperatures, is lighter than the conventional one, and is lightweight. The purpose is to provide technology that can suppress gas leaks.

上記課題を解決するために、本発明の積層構造体およびその製造方法は以下の手段を採用する。 In order to solve the above problems, the laminated structure of the present invention and the manufacturing method thereof employ the following means.

本発明は、強化繊維とマトリックス樹脂とを含む複合材が積層された積層構造体であって、第1複合材で構成された下側外層と、第2複合材で構成された内層と、第1複合材で構成された上側外層と、を備え、前記内層は、前記下側外層と前記上側外層との間に挟まれるように配置され、前記第2複合材は、前記第1複合材よりも薄い積層構造体を提供する。 The present invention is a laminated structure in which a composite material containing reinforcing fibers and a matrix resin is laminated, and has a lower outer layer made of a first composite material, an inner layer made of a second composite material, and a first layer. The upper outer layer composed of one composite material is provided, the inner layer is arranged so as to be sandwiched between the lower outer layer and the upper outer layer, and the second composite material is made of the first composite material. Also provides a thin laminated structure.

また、本発明は、強化繊維とマトリックス樹脂とを含む複合材が積層された積層構造体の製造方法であって、第1プリプレグで構成されたプレ下側外層、前記第1プリプレグより薄い第2プリプレグで構成されたプレ内層、第1プリプレグで構成されたプレ上側外層、を順に積層させた後、加熱・加圧し、前記マトリックス樹脂を硬化させて成形品とする積層構造体の製造方法を提供する。ここで「プレ」とは、マトリックス樹脂が硬化される前の状態にあることを意味する。 Further, the present invention is a method for manufacturing a laminated structure in which a composite material containing a reinforcing fiber and a matrix resin is laminated, wherein the lower outer layer of the pre-preg composed of the first prepreg is thinner than the first prepreg. Provided is a method for producing a laminated structure in which a pre-inner layer composed of a prepreg and a pre-upper outer layer composed of a first prepreg are laminated in order, and then heated and pressurized to cure the matrix resin to form a molded product. To do. Here, "pre" means that the matrix resin is in a state before being cured.

本発明者らは、鋭意研究の結果、厚さの異なる複合材を積層構造体の厚さ中央に組み入れた積層構成とすることで、従来よりも長い時間、積層構造体のガスバリア性を維持できるとの知見を得た。 As a result of diligent research, the present inventors can maintain the gas barrier property of the laminated structure for a longer time than before by adopting a laminated structure in which composite materials having different thicknesses are incorporated in the center of the thickness of the laminated structure. I got the finding.

上記発明によれば、下側外層と上側外層との間に内層を設け、この内層を、外層を構成する第1複合材よりも薄い第2複合材で構成することにより、従来よりもガス漏洩にかかる時間を長くできる。その結果、時間経過に伴うガス漏洩量の増大が抑制される。 According to the above invention, an inner layer is provided between the lower outer layer and the upper outer layer, and the inner layer is composed of a second composite material thinner than the first composite material constituting the outer layer, thereby causing gas leakage as compared with the conventional case. You can increase the time it takes. As a result, an increase in the amount of gas leakage over time is suppressed.

成形品の厚さが同じであれば、複合材が薄いほど、積層枚数が増える。積層枚数の増加は、材料コストおよび作業コストの上昇につながるため、最小にするのが好ましい。上記発明に係る積層構造体は、すべてを第2複合材で構成せずに、第2複合材よりも厚い第1複合材で構成された下側外層および上側外層で、内層を挟むような積層構成とする。厚さの異なる第1複合材と第2複合材とを組み合わせることで、複合材のトータルの積層枚数を抑えつつ、必要なガスバリア性を確保できる。上側外層および下側外層の第1複合材は、従来用いられていた複合材と同等の厚さであってよい。 If the thickness of the molded product is the same, the thinner the composite material, the larger the number of laminated products. It is preferable to minimize the increase in the number of laminated sheets because it leads to an increase in material cost and working cost. In the laminated structure according to the above invention, the inner layer is sandwiched between the lower outer layer and the upper outer layer which are composed of the first composite material which is thicker than the second composite material, instead of being composed entirely of the second composite material. It is composed. By combining the first composite material and the second composite material having different thicknesses, it is possible to secure the necessary gas barrier property while suppressing the total number of laminated composite materials. The first composite material of the upper outer layer and the lower outer layer may have the same thickness as the conventionally used composite material.

上記発明において、前記内層は、複数の前記第2複合材が積層された構成であり、前記第2複合材は、前記強化繊維が任意の一方向に配向された一方向性複合材であり、前記内層において、隣接する第2複合材同士の繊維配向が異なっている。 Oite above onset bright, the inner layer has a structure in which a plurality of the second composite material are laminated, the second composite material, unidirectional composites where the reinforcing fibers are oriented in any direction , and the at the inner layer, that have different fiber orientation between the second composite adjacent.

隣接する第2複合材では、それぞれで独立してマイクロクラックが生じる。繊維配向が異なれば、マイクロクラックが生じやすい向きも変わる。隣接した第2複合材で生じたマイクロクラックの向きが異なっていれば、マイクロクラック同士が重なる面積が少なくなる。結果として、内層の厚さ方向でのガス漏洩パス断面積が小さくなり、一定時間でのガス漏洩量が低減される。よって、第2複合材を第1複合材よりも薄くしたことにより得られるメリットを生かすためには、異なる繊維配向の第2複合材を隣接させた方がよい。 In the adjacent second composite material, microcracks are independently generated in each. If the fiber orientation is different, the direction in which microcracks are likely to occur also changes. If the directions of the microcracks generated in the adjacent second composite materials are different, the area where the microcracks overlap each other is reduced. As a result, the cross-sectional area of the gas leak path in the thickness direction of the inner layer becomes small, and the amount of gas leak in a certain period of time is reduced. Therefore, in order to take advantage of the advantages obtained by making the second composite material thinner than the first composite material, it is better to place the second composite materials having different fiber orientations adjacent to each other.

上記発明の一態様において、前記第1複合材は、前記強化繊維が任意の一方向に配向された一方向性複合材であり、前記下側外層の前記第1複合材および前記上側外層の前記第1複合材は、前記内層を中心として繊維配向が鏡面対称に配置されていることが好ましい。 In one aspect of the above invention, the first composite material is a unidirectional composite material in which the reinforcing fibers are oriented in any one direction, and the first composite material in the lower outer layer and the upper outer layer. In the first composite material, the fiber orientation is preferably arranged symmetrically with respect to the inner layer.

積層構造体の厚さ方向中央にある内層を鏡面として、下側外層の繊維配向と上側外層の繊維配向とが対称となる疑似等方積層とすることで、成形品に発生する残留応力を小さく抑えることができる。 Residual stress generated in the molded product is reduced by forming a pseudo-isotropic laminate in which the fiber orientation of the lower outer layer and the fiber orientation of the upper outer layer are symmetrical, with the inner layer in the center of the laminated structure in the thickness direction as a mirror surface. It can be suppressed.

上記発明の一態様において、前記第2複合材の厚さは、前記第1複合材の厚さの1/2n(nは0を含まない自然数)とすることが好ましい。 In one aspect of the above invention, the thickness of the second composite material is preferably 1 / 2n (n is a natural number not including 0) of the thickness of the first composite material.

従来の積層構造体の設計では、積層させる複合材の厚さはすべて等しい。これに対して上記発明では、積層構造体を厚さ方向に下側外層/内層/上側外層と区分けし、厚さ中央にある内層を構成する第2複合材を、上下外層を構成する第1複合材よりも薄くする。言い換えると、上記発明では、従来の積層構成の一部を内層に置き換える。第2複合材の厚さを第1複合材の1/2n(nは自然数)とした場合、1層の第1複合材を2n層の第2複合材に置き換えれば、厚さを変えずに、容易に、上記発明の積層構成とすることができる。 In conventional laminated structure designs, the thicknesses of the composites to be laminated are all equal. On the other hand, in the above invention, the laminated structure is divided into a lower outer layer / inner layer / upper outer layer in the thickness direction, and the second composite material forming the inner layer in the center of the thickness is used to form the upper and lower outer layers. Make it thinner than the composite material. In other words, in the above invention, a part of the conventional laminated structure is replaced with an inner layer. When the thickness of the second composite material is 1 / 2n (n is a natural number) of the first composite material, if the first composite material of one layer is replaced with the second composite material of 2n layer, the thickness is not changed. , The laminated structure of the above invention can be easily obtained.

上記発明の一態様において、前記第2複合材の厚さは、50μm以上100μm以下であることが好ましい。 In one aspect of the above invention, the thickness of the second composite material is preferably 50 μm or more and 100 μm or less.

本発明者らは、鋭意研究の結果、第2複合材には最適なガスバリア性を得るための適切な厚さがあるとの知見を得た。第2複合材の厚さを上記範囲とすることで、第2複合材の積層数を最小にしつつ、ガス漏洩量を低く抑えられる。 As a result of diligent research, the present inventors have found that the second composite material has an appropriate thickness for obtaining optimum gas barrier properties. By setting the thickness of the second composite material within the above range, the amount of gas leakage can be kept low while minimizing the number of layers of the second composite material.

本発明によれば、外層の間に内層を設け、内層に薄い複合材を採用することで、ライナレスであってもガス漏洩量を低く抑えられる積層構造体となる。 According to the present invention, by providing an inner layer between the outer layers and adopting a thin composite material for the inner layer, a laminated structure in which the amount of gas leakage can be suppressed to a low level even if it is linerless.

一実施形態に係る積層構造体の積層構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the laminated structure of the laminated structure which concerns on one Embodiment. 実施例1〜3および比較例のプレ供試体の積層構成を示す図である。It is a figure which shows the laminated structure of the pre-specimen of Examples 1-3 and the comparative example. ガス漏洩量確認試験に用いた試験装置の概略図である。It is the schematic of the test apparatus used for the gas leakage amount confirmation test. ガス漏洩量確認試験の試験フロー図である。It is a test flow chart of a gas leakage amount confirmation test. ガス漏洩量測定の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the gas leakage amount measurement. 任意の第1複合材に発生したマイクロクラックの模式図である。It is a schematic diagram of the microcrack generated in an arbitrary first composite material. 隣接した第2複合材に発生したマイクロクラックの模式図である。It is a schematic diagram of the microcrack generated in the adjacent 2nd composite material. 第1複合材を4層積層させた場合の漏洩パスの模式図である。It is a schematic diagram of the leakage path when four layers of the first composite material are laminated. 第2複合材を8層積層させた場合の漏洩パスの模式図である。It is a schematic diagram of the leakage path when 8 layers of the 2nd composite material are laminated.

本実施形態に係る積層構造体は、極低温タンクおよび耐圧タンク等へ適用できる。極低温タンクおよび耐圧タンクは、例えば液体水素が収容された宇宙往還機用の燃料タンク等である。「極低温」とは、−200℃以上−189℃以下である。「耐圧」とは、例えばタンク内の0.5MPa以上50MPa以下のガス圧に耐えうる構成であることを意味する。 The laminated structure according to this embodiment can be applied to a cryogenic tank, a pressure resistant tank, and the like. The cryogenic tank and the pressure resistant tank are, for example, a fuel tank for a space plane containing liquid hydrogen. “Ultra-low temperature” is −200 ° C. or higher and -189 ° C. or lower. The "pressure resistance" means, for example, a configuration that can withstand a gas pressure of 0.5 MPa or more and 50 MPa or less in the tank.

以下で、本発明に係る積層構造体の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図1に、本実施形態に係る積層構造体の積層構成を示す。本実施形態に係る積層構造体1は、下側外層2と内層3と上側外層4とが順に積層された構成とされる。内層3は、下側外層2と上側外層4との間に挟まれるよう配置されている。ここで「上側」は、内層3の一方の面側であり、「下側」は内層3の他方の面側である。
Hereinafter, an embodiment of the laminated structure according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a laminated structure of the laminated structure according to the present embodiment. The laminated structure 1 according to the present embodiment has a configuration in which the lower outer layer 2, the inner layer 3, and the upper outer layer 4 are laminated in this order. The inner layer 3 is arranged so as to be sandwiched between the lower outer layer 2 and the upper outer layer 4. Here, the "upper side" is one surface side of the inner layer 3, and the "lower side" is the other surface side of the inner layer 3.

下側外層2は、1層以上の第1複合材5で構成されている。上側外層4は、1層以上の第1複合材6で構成されている。下側外層2を構成する第1複合材5と、上側外層4を構成する第1複合材6の積層数は等しい。図1において、下側外層2および上側外層4は、それぞれ3つの第1複合材5,6が積層された3層構成である。 The lower outer layer 2 is composed of one or more first composite materials 5. The upper outer layer 4 is composed of one or more first composite materials 6. The number of layers of the first composite material 5 constituting the lower outer layer 2 and the first composite material 6 forming the upper outer layer 4 are equal. In FIG. 1, the lower outer layer 2 and the upper outer layer 4 each have a three-layer structure in which three first composite materials 5 and 6 are laminated.

第1複合材5,6は、強化繊維およびマトリックス樹脂によって構成される。強化繊維は、炭素繊維である。マトリックス樹脂は、エポキシ樹脂等を用いることができる。第1複合材5,6において、マトリックス樹脂は、完全またはほぼ完全に硬化した後の状態で存在する。 The first composite materials 5 and 6 are composed of reinforcing fibers and a matrix resin. Reinforcing fibers are carbon fibers. As the matrix resin, an epoxy resin or the like can be used. In the first composite materials 5 and 6, the matrix resin exists in a state after being completely or almost completely cured.

第1複合材5,6に含まれる強化繊維およびマトリックス樹脂の量は一様である。第1複合材5,6中に占めるマトリックス樹脂の含有量(RC)は、30重量%以上40重量%以下とするのが好ましい。RCを上記範囲とすることで、複合材構造に適した繊維体積含有率となる。マトリックス樹脂は、均一相構造であることが好ましい。強化繊維の径および長さは、特に限定されない。 The amounts of the reinforcing fibers and the matrix resin contained in the first composite materials 5 and 6 are uniform. The content (RC) of the matrix resin in the first composite materials 5 and 6 is preferably 30% by weight or more and 40% by weight or less. By setting RC in the above range, the fiber volume content is suitable for the composite material structure. The matrix resin preferably has a uniform phase structure. The diameter and length of the reinforcing fibers are not particularly limited.

第1複合材5,6は、硬化剤および硬化促進剤等を含んでもよい。硬化剤および硬化促進剤は、マトリックス樹脂の硬化を促進させるものであればよい。 The first composite materials 5 and 6 may contain a curing agent, a curing accelerator and the like. The curing agent and curing accelerator may be any as long as they accelerate the curing of the matrix resin.

第1複合材5,6の厚さは、適用製品に応じて適宜設定され得る。航空宇宙機の技術分野に適する第1複合材の厚さは、100μm以上200μm以下である。 The thickness of the first composite materials 5 and 6 can be appropriately set according to the applicable product. The thickness of the first composite material suitable for the technical field of aerospace aircraft is 100 μm or more and 200 μm or less.

第1複合材5,6は、強化繊維が任意の一方向に配向された一方向性複合材である。図1では、強化繊維が主に0°に配向された第1複合材からなる層、強化繊維が主に45°に配向された第1複合材からなる層および強化繊維が主に−45°に配向された第1複合材からなる層が示されている。 The first composite materials 5 and 6 are unidirectional composite materials in which reinforcing fibers are oriented in any one direction. In FIG. 1, the layer composed of the first composite material in which the reinforcing fibers are mainly oriented at 0 °, the layer composed of the first composite material in which the reinforcing fibers are mainly oriented at 45 °, and the reinforcing fibers are mainly −45 °. A layer of first composite material oriented in is shown.

図1に示されるように、下側外層2の第1複合材5および上側外層4の第1複合材6は、それぞれ積層構造体の板厚中央(内層)を鏡面として繊維配向が対称に配置されていることが好ましい。下側外層2と上側外層4との積層構成を疑似等方積層とすることで、成形品での残留応力の発生を抑制できる。 As shown in FIG. 1, the first composite material 5 of the lower outer layer 2 and the first composite material 6 of the upper outer layer 4 are arranged symmetrically with each other with the center (inner layer) of the thickness of the laminated structure as a mirror surface. It is preferable that it is. By forming the laminated structure of the lower outer layer 2 and the upper outer layer 4 into a pseudo isotropic layer, it is possible to suppress the generation of residual stress in the molded product.

内層3は、複数の第2複合材7が積層された構成である。 The inner layer 3 has a structure in which a plurality of second composite materials 7 are laminated.

第2複合材7は、強化繊維およびマトリックス樹脂によって構成される。第2複合材7は、厚さ以外の要素について、第1複合材5,6と同様である。第2複合材7の厚さは、第1複合材5,6の厚さの1/2n(nは0を含まない自然数)であるとよい。第2複合材7の厚さは、25μm以上100μm、好ましくは50μm以上100μm以下である。 The second composite material 7 is composed of reinforcing fibers and a matrix resin. The second composite material 7 is the same as the first composite materials 5 and 6 in terms of elements other than the thickness. The thickness of the second composite material 7 is preferably 1 / 2n (n is a natural number not including 0) of the thickness of the first composite materials 5 and 6. The thickness of the second composite material 7 is 25 μm or more and 100 μm, preferably 50 μm or more and 100 μm or less.

内層3では、繊維配向の異なる層が隣接されるように第2複合材7が積層されている。第2複合材7は、可能な範囲で、繊維配向が積層構造体の板厚中央mで鏡面対称に近づくように配置されることが好ましい。積層構造体の板厚中央mを挟む2つの中央層は、繊維の積層角度が重ならないことを優先させる。 In the inner layer 3, the second composite material 7 is laminated so that layers having different fiber orientations are adjacent to each other. It is preferable that the second composite material 7 is arranged so that the fiber orientation approaches mirror symmetry at the center m of the plate thickness of the laminated structure to the extent possible. The two central layers sandwiching the center m of the thickness of the laminated structure give priority to the fact that the fiber stacking angles do not overlap.

内層3において、第2複合材7は、積層構造体の板厚中央mに対して力学的な対称性を保持できる層数が積層される。第2複合材7の積層数は、偶数単位にできるとよい。その場合、第2複合材7の積層最小数は、4である。 In the inner layer 3, the second composite material 7 is laminated with a number of layers capable of maintaining mechanical symmetry with respect to the center m of the plate thickness of the laminated structure. It is preferable that the number of layers of the second composite material 7 can be an even number unit. In that case, the minimum number of layers of the second composite material 7 is 4.

「力学的な対称性を保持できる」とは、内層3を板厚中央mで2つに区分けした場合に、各区画に含まれる第2複合材7のトータルの繊維配向バランスが2つの区画間で均等または略均等であることを意味する。 "Mechanical symmetry can be maintained" means that when the inner layer 3 is divided into two at the center m of the plate thickness, the total fiber orientation balance of the second composite material 7 included in each compartment is between the two compartments. Means even or substantially equal.

例えば、積層構成が90°/45°/0°/−45°/45°/0°/−45°/90°である内層3を板厚中央mで2つに区分けした場合、各区画は『90°/45°/0°/−45°』および『45°/0°/−45°/90°』なる。この2つの区画は、ともに0°、±45°,90°の第2複合材7を含む。0°および90°の第2複合材7は、板厚中央mで繊維配向が鏡面対称に配置されている。2つの区画間で対称位置にあるが繊維配向が一致しない層(45°と−45°)は、その繊維配向が90°異なる関係にある。2つの区画間で繊維配向が一致しない層同士の繊維配向が90°異なる関係である場合、本実施形態では、トータルの繊維配向バランスが略均等になるものとする。繊維方向が同一である層を隣接させると、第2複合材7を第1複合材5,6よりも薄くする効果が損なわれる。当該積層構成では、隣接する層の繊維方向は異なるよう配置されている。 For example, when the inner layer 3 having a laminated structure of 90 ° / 45 ° / 0 ° / −45 ° / 45 ° / 0 ° / −45 ° / 90 ° is divided into two at the center m of the plate thickness, each compartment is divided into two. It becomes "90 ° / 45 ° / 0 ° / -45 °" and "45 ° / 0 ° / -45 ° / 90 °". The two compartments both contain a second composite of 0 °, ± 45 °, 90 °. In the 0 ° and 90 ° second composite materials 7, the fiber orientations are mirror-symmetrically arranged at the center m of the plate thickness. Layers (45 ° and −45 °) that are symmetrically located between the two compartments but whose fiber orientations do not match are 90 ° different in fiber orientation. When the fiber orientations of the layers in which the fiber orientations do not match between the two compartments are different by 90 °, the total fiber orientation balance is assumed to be substantially equal in the present embodiment. Adjacent layers having the same fiber direction impair the effect of making the second composite 7 thinner than the first composites 5 and 6. In the laminated structure, the adjacent layers are arranged so that the fiber directions are different.

例えば、第2複合材7の積層構成が90°/45°/−45°/90°である内層3を板厚中央mで2つに区分けした場合、各区画は『90°/45°』および『−45°/90°』となる。この2つの区画では、各区画に含まれるトータルの繊維配向が完全に一致しないが、2つの区画間で一致しない層(45°と−45°)は、その繊維配向が90°異なる関係にある。90°の第2複合材7は、板厚中央mで繊維配向が鏡面対称に配置されている。よって、当該積層構成では、トータルの繊維配向バランスが略均等になる。 For example, when the inner layer 3 in which the laminated structure of the second composite material 7 is 90 ° / 45 ° / −45 ° / 90 ° is divided into two at the center m of the plate thickness, each section is “90 ° / 45 °”. And "-45 ° / 90 °". In these two compartments, the total fiber orientation contained in each compartment does not completely match, but the layers (45 ° and −45 °) that do not match between the two compartments have a relationship in which their fiber orientations differ by 90 °. .. In the 90 ° second composite material 7, the fiber orientation is mirror-symmetrically arranged at the center m of the plate thickness. Therefore, in the laminated structure, the total fiber orientation balance becomes substantially uniform.

以下で、本実施形態に係る積層構造体1の製造方法を説明する。 Hereinafter, a method for manufacturing the laminated structure 1 according to the present embodiment will be described.

本実施形態に係る製造方法では、第1プリプレグで構成されたプレ下側外層、第1プリプレグより薄い第2プリプレグで構成されたプレ内層、第1プリプレグで構成されたプレ上側外層、を順に積層させた後、加熱・加圧し、マトリックス樹脂を硬化させて成形品(積層構造体1)とする。 In the manufacturing method according to the present embodiment, the pre-lower outer layer composed of the first prepreg, the pre-inner layer composed of the second prepreg thinner than the first prepreg, and the pre-upper outer layer composed of the first prepreg are laminated in this order. After that, it is heated and pressurized to cure the matrix resin to obtain a molded product (laminated structure 1).

詳細には、まず、強化繊維が45°方向に配向された第1プリプレグ、強化繊維が0°方向に配向された第1プリプレグ、および強化繊維が−45°方向に配向された第1プリプレグを順に積層し、プレ下側外層を形成する。 Specifically, first, the first prepreg in which the reinforcing fibers are oriented in the 45 ° direction, the first prepreg in which the reinforcing fibers are oriented in the 0 ° direction, and the first prepreg in which the reinforcing fibers are oriented in the −45 ° direction are first. They are laminated in order to form a pre-lower outer layer.

次に、プレ下側外層の上に、強化繊維が90°方向に配向された第2プリプレグ、強化繊維が45°方向に配向された第2プリプレグ、強化繊維が−45°方向に配向された第2プリプレグ、強化繊維が90°方向に配向された第2プリプレグを順に積層し、プレ内層を形成する。 Next, on the lower outer layer of the pre, the second prepreg in which the reinforcing fibers were oriented in the 90 ° direction, the second prepreg in which the reinforcing fibers were oriented in the 45 ° direction, and the reinforcing fibers were oriented in the −45 ° direction. The second prepreg and the second prepreg in which the reinforcing fibers are oriented in the 90 ° direction are laminated in this order to form a pre-inner layer.

次に、プレ内層の上に、強化繊維が−45°方向に配向された第1プリプレグ、強化繊維が0°方向に配向された第1プリプレグ、および強化繊維が45°方向に配向された第1プリプレグを順に積層し、プレ上側外層を形成する。 Next, on the pre-inner layer, the first prepreg in which the reinforcing fibers are oriented in the −45 ° direction, the first prepreg in which the reinforcing fibers are oriented in the 0 ° direction, and the first prepreg in which the reinforcing fibers are oriented in the 45 ° direction. 1 The prepregs are laminated in order to form the pre-upper outer layer.

プレ下側外層/プレ内層/プレ上側外層を加熱・加圧成形し、マトリックス樹脂を硬化させる。これにより、下側外層2/内層3/上側外層4を備えた積層構造体1が得られる。 The pre-lower outer layer / pre-inner layer / pre-upper outer layer is heat-press molded to cure the matrix resin. As a result, the laminated structure 1 including the lower outer layer 2 / inner layer 3 / upper outer layer 4 can be obtained.

「プリプレグ」は、複合材の中間材料である。「プリプレグ」は、強化繊維などの長繊維(連続繊維)からなる補強材にマトリックス樹脂を含浸させたシートである。「プリプレグ」においてマトリックス樹脂は半硬化の状態にある。「プリプレグ」のマトリックス樹脂をさらに硬化させたものが複合材となる。第1プリプレグおよび第2プリプレグのマトリックス樹脂を完全にまたは略完全に硬化させたものは、第1複合材5,6および第2複合材7となる。本明細書において「硬化させる」とは、マトリックス樹脂を、プリプレグの半硬化の状態から、さらに硬化させた状態にすることを意味する。 "Prepreg" is an intermediate material for composite materials. "Prepreg" is a sheet in which a reinforcing material made of long fibers (continuous fibers) such as reinforcing fibers is impregnated with a matrix resin. In the "prepreg", the matrix resin is in a semi-cured state. A composite material is obtained by further curing the matrix resin of "prepreg". The first prepreg and the matrix resin of the second prepreg are completely or substantially completely cured to obtain the first composite materials 5 and 6 and the second composite material 7. As used herein, "curing" means changing the matrix resin from a semi-cured state of the prepreg to a further cured state.

本実施形態において、第1プリプレグの厚さは、100μm以上200μm以下が好ましい。このようなプリプレグは、成形品の厚さの調整がしやすい。 In the present embodiment, the thickness of the first prepreg is preferably 100 μm or more and 200 μm or less. With such a prepreg, it is easy to adjust the thickness of the molded product.

第2プリプレグは、第1プリプレグよりも薄い。第2プリプレグの厚さは、第1プリプレグの厚さの1/2n(nは0を含まない自然数)である。第2プリプレグの厚さは、例えば、25μm以上100μm、好ましくは50μm以上100μm以下にするとよい。 The second prepreg is thinner than the first prepreg. The thickness of the second prepreg is 1 / 2n (n is a natural number not including 0) of the thickness of the first prepreg. The thickness of the second prepreg may be, for example, 25 μm or more and 100 μm, preferably 50 μm or more and 100 μm or less.

加熱・加圧成形は、既存の方法で実施されうる。 Heat / pressure molding can be performed by existing methods.

<ガス漏洩量確認試験>
上記実施形態に係る構成の積層構造体(実施例1〜3)および従来構成の積層構造体(比較例)を用いて、ガス漏洩量の確認試験を実施した。
<Gas leak confirmation test>
A confirmation test of the amount of gas leakage was carried out using the laminated structure having the configuration according to the above embodiment (Examples 1 to 3) and the laminated structure having the conventional configuration (comparative example).

(供試体の作製)
プリプレグには、福井県工業技術センター・セーレン社製のものを用いた。強化繊維は、炭素繊維(T800SC−24000−10E)とした。マトリックス樹脂は、一般エポキシ樹脂(jER828+jER1001/硬化剤:DICY15、硬化促進剤:DCMU99)とした。
(Preparation of specimen)
For the prepreg, the one manufactured by Fukui Prefectural Industrial Technology Center Seiren Co., Ltd. was used. The reinforcing fiber was carbon fiber (T800SC-24000-10E). The matrix resin was a general epoxy resin (jER828 + jER1001 / curing agent: DICY15, curing accelerator: DCMU99).

使用したプリプレグの概要を表2に示す。

Figure 0006869857
Table 2 shows an outline of the prepreg used.
Figure 0006869857

表3に、実施例1〜3および比較例のプレ供試体の積層構成の概略を示す。各プレ供試体のトータルの厚さは、同一とした。

Figure 0006869857
Table 3 shows an outline of the laminated structure of the pre-specimens of Examples 1 to 3 and Comparative Examples. The total thickness of each pre-specimen was the same.
Figure 0006869857

図2に、繊維配向を表示したプレ供試体の積層構成を示す。実施例1〜3では、積層角度が重ならないように、異なる繊維配向のプリプレグを隣接させた。比較例では、従来設計に従って、繊維配向がプレ供試体の板厚中央で鏡面対称となるようにプリプレグを疑似等方積層させた。 FIG. 2 shows the laminated structure of the pre-specimen whose fiber orientation is displayed. In Examples 1 to 3, prepregs having different fiber orientations were adjacent to each other so that the stacking angles did not overlap. In the comparative example, the prepregs were quasi-isotropically laminated so that the fiber orientation was mirror-symmetrical at the center of the plate thickness of the pre-specimen according to the conventional design.

表3および図2に示した構成となるように、プリプレグをハンドレイアップ法により積層してプレ供試体とした。プレ供試体をオートクレーブにより加熱・加圧(130℃、0.5MPa、2Hrs)し、マトリックス樹脂を硬化させたものを供試体とした。 The prepregs were laminated by the hand lay-up method to form a pre-specimen so as to have the configurations shown in Table 3 and FIG. The pre-specimen was heated and pressurized (130 ° C., 0.5 MPa, 2 Hrs) by an autoclave to cure the matrix resin, and used as the specimen.

図3および図4を参照して試験の概要を説明する。図3は、試験装置の概略図である。図4は、操作フロー図である。 The outline of the test will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. 3 is a schematic view of the test apparatus. FIG. 4 is an operation flow diagram.

(S1)He漏洩量測定−1
まず、給気管10および吸気管11を備えた密閉治具12を供試体13の中央部に設置した。常温(25℃)・歪付与なしの状態で、Heガスボンベ14と接続している給気管10からのHeガスで加圧(0.49MPa)するとともに、吸引機能を有したHeリークディテクター15(株式会社アルバック製)に接続した吸気管11によって吸引し、供試体13を透過したHe量(He漏洩量)を測定した。
(S1) He leakage amount measurement-1
First, a sealing jig 12 provided with an air supply pipe 10 and an intake pipe 11 was installed in the central portion of the specimen 13. He leak detector 15 (stock) that has a suction function while being pressurized (0.49 MPa) with He gas from the air supply pipe 10 connected to the He gas cylinder 14 at room temperature (25 ° C) and without distortion. The amount of He (He leakage amount) that was sucked by the intake pipe 11 connected to (manufactured by ULVAC, Inc.) and passed through the specimen 13 was measured.

(S2)He漏洩量測定−2
次に、供試体13の両端部をチャック16で挟持し、引っ張り荷重により4500μ歪みを付与した状態(室温:25℃)で、供試体を透過したHe量(He漏洩量)を測定した。
(S2) He leakage amount measurement-2
Next, the amount of He (He leakage amount) that passed through the specimen was measured in a state where both ends of the specimen 13 were sandwiched between chucks 16 and a strain of 4500 μm was applied by a tensile load (room temperature: 25 ° C.).

(S3)極低温歪み負荷
次いで、供試体を液体窒素(LN)中に浸漬し、4500μ歪みを付与した状態で30分保持した。
(S3) Cryogenic strain load Next, the specimen was immersed in liquid nitrogen (LN 2 ) and held for 30 minutes with a strain of 4500 μm.

(S4)He漏洩量測定−3
その後、供試体を室温に戻し、4500μ歪みを付与した状態(室温:25℃)で、上記(S2)と同様にHe漏洩量を測定した。
(S4) He leakage amount measurement-3
Then, the specimen was returned to room temperature, and the amount of He leakage was measured in the same manner as in (S2) above in a state where a strain of 4500 μm was applied (room temperature: 25 ° C.).

上記試験の結果を以下で説明する。
上記(S1),(S2)において、供試体からのガス漏洩量は、検出限界(バックグランドノイズレベル:1×10-9Ncm3/cm2/s)以下であった。これにより、供試体に初期不良がないことが確認された。
The results of the above tests will be described below.
In the above (S1) and (S2), the amount of gas leaked from the specimen was below the detection limit (background noise level: 1 × 10 -9 Ncm 3 / cm 2 / s). From this, it was confirmed that there was no initial defect in the specimen.

図5に、上記(S4)He漏洩量測定−3の結果を示す。同図において縦軸はガス漏洩量(cc/cm2/sec)である。同図では、実施例1〜3および比較例について、Heガスでの加圧開始から10分後および60分後のガス漏洩量の測定結果を示す。 FIG. 5 shows the result of the above (S4) He leakage amount measurement-3. In the figure, the vertical axis is the amount of gas leak (cc / cm 2 / sec). In the figure, the measurement results of the gas leakage amount 10 minutes and 60 minutes after the start of pressurization with He gas are shown for Examples 1 to 3 and Comparative Examples.

10分後のガス漏洩量は、比較例と実施例1〜3とでほとんど差はなかった。比較例において、60分後のガス漏洩量は大幅に上昇した。これに対し実施例1〜3では60分後のガス漏洩量が抑制されており、比較例と比べてかなり少なかった。 The amount of gas leak after 10 minutes was almost the same between Comparative Examples and Examples 1 to 3. In the comparative example, the amount of gas leak after 60 minutes increased significantly. On the other hand, in Examples 1 to 3, the amount of gas leak after 60 minutes was suppressed, which was considerably smaller than that in Comparative Example.

この結果から、積層構成のうち、厚さ中央にある層(内層)に第2プリプレグ(ThinあるいはUltra−Thin)を適用することで、時間経過に伴うガス漏洩量の増大を抑制できることが確認された。 From this result, it was confirmed that by applying the second prepreg (Thin or Ultra-Thin) to the layer (inner layer) in the center of the thickness of the laminated structure, the increase in the amount of gas leakage with the passage of time can be suppressed. It was.

ガス漏洩量を抑制できた理由について、図6〜図9を参照して説明する。 The reason why the gas leakage amount can be suppressed will be described with reference to FIGS. 6 to 9.

図6は、任意の第1複合材25(マトリックス樹脂硬化後の第1プリプレグ)に発生したマイクロクラックXの模式図である。図7は、隣接した任意の2層の第2複合材27(マトリックス樹脂硬化後の第2プリプレグ)に発生したマイクロクラックY,Zの模式図である。 FIG. 6 is a schematic view of microcracks X generated in an arbitrary first composite material 25 (first prepreg after curing the matrix resin). FIG. 7 is a schematic view of microcracks Y and Z generated in the second composite material 27 (second prepreg after curing the matrix resin) of any two adjacent layers.

図8は、第1複合材25を4層積層させた場合の漏洩パスの模式図である。図9は、第1複合材25の1/2の厚さの第2複合材27を8層積層させた場合の漏洩パスの模式図である。図8,9中の矢印は、漏洩パスであり、すべての複合材にマイクロクラック(厚さ方向の矢印)が発生したものとする。 FIG. 8 is a schematic view of a leakage path when the first composite material 25 is laminated in four layers. FIG. 9 is a schematic view of a leakage path when eight layers of the second composite material 27 having a thickness of 1/2 of that of the first composite material 25 are laminated. The arrows in FIGS. 8 and 9 are leakage paths, and it is assumed that microcracks (arrows in the thickness direction) have occurred in all the composite materials.

一般的に、強化繊維とマトリックス樹脂からなる複合材では、繊維方向と平行にマイクロクラックが発生しやすい。よって、1層の第1複合材25では、図6に示すように、厚さ方向を貫くようにマイクロクラックXが発生する。 Generally, in a composite material composed of reinforcing fibers and a matrix resin, microcracks are likely to occur in parallel with the fiber direction. Therefore, in the one-layer first composite material 25, as shown in FIG. 6, microcracks X are generated so as to penetrate in the thickness direction.

一方、第1複合材25よりも薄い第2複合材27を2層積層させた場合、図7に示すように、各層で別々にマイクロクラックY,Zが発生する。隣接した2層の第2複合材27は、繊維配向が重複していないため、マイクロクラックY,Zは異なる方向を向く。図7で示されているように、マイクロクラックYとマイクロクラックZとは、両者の交差部のみで連絡される。すなわち、マイクロクラックYとマイクロクラックZとの接続部分Sだけが漏洩パスPとなるため、漏洩パス断面積が小さくなる。 On the other hand, when two layers of the second composite material 27, which is thinner than the first composite material 25, are laminated, microcracks Y and Z are generated separately in each layer as shown in FIG. 7. Since the fiber orientations of the two adjacent layers of the second composite material 27 do not overlap, the microcracks Y and Z face different directions. As shown in FIG. 7, the microcracks Y and the microcracks Z are connected only at the intersection of the two. That is, since only the connecting portion S between the microcrack Y and the microcrack Z becomes the leakage path P, the leakage path cross-sectional area becomes small.

2層の第2複合材27を合わせた厚さが、第1複合材25の厚さと同じであった場合、図7の方が一定厚さあたりを貫通するクラック面積(漏洩パス断面積)が小さくなる。貫通するクラック面積が小さくなれば、その中を通るガス量が制限される。これによりガス漏洩に要する時間が、図6よりも長くなる。 When the combined thickness of the two layers of the second composite material 27 is the same as the thickness of the first composite material 25, the crack area (leakage path cross-sectional area) penetrating per fixed thickness is larger in FIG. It becomes smaller. If the crack area that penetrates becomes smaller, the amount of gas that passes through it is limited. As a result, the time required for gas leakage becomes longer than that in FIG.

また、マイクロクラックY,Zが直接連絡していない部分では、隣接する複合材間の境界に沿ってガスが移動すると考えられる(図8,9の面方向の矢印参照)。図8,9を比較するとわかるように、積層構造体のトータルの厚さを一定とした場合、複合材の積層数が増えると、漏洩パスPが長くなる。 Further, in the portion where the microcracks Y and Z are not directly connected, it is considered that the gas moves along the boundary between the adjacent composite materials (see the arrows in the plane direction in FIGS. 8 and 9). As can be seen by comparing FIGS. 8 and 9, when the total thickness of the laminated structure is constant, the leakage path P becomes longer as the number of laminated composite materials increases.

以上より、実施例1〜3では、Nominalの間にThinあるいはUltra−Thinを配置したことで、比較例よりもガスの流通量が制限され、漏洩パスが長くなり、結果として、時間経過に伴うガス漏洩量の増大を抑制できたものと考えられる。隣接する複合材の繊維配向が同一であると、マイクロクラックの向きが隣接する複合材間で同一となる。一定厚さにおけるクラック面積を小さくしてガスバリア性を発現させるためには、隣接する複合材を、同一積層角度が重ならないような構成とするとよい。 From the above, in Examples 1 to 3, by arranging Thin or Ultra-Thin between Nominal, the gas flow amount is limited and the leakage path becomes longer than in Comparative Example, and as a result, it accompanies the passage of time. It is probable that the increase in gas leakage amount could be suppressed. If the fiber orientations of adjacent composites are the same, the orientation of the microcracks will be the same between the adjacent composites. In order to reduce the crack area at a constant thickness and develop gas barrier properties, it is preferable that adjacent composite materials have a configuration in which the same stacking angles do not overlap.

次に、Thinが適用された実施例1,2と、Ultra−Thinが適用された実施例3とを比較する。実施例3は、実施例1,2よりも複合材の積層数が多いが、60分におけるガス漏洩量は実施例1,2よりも高かった。 Next, Examples 1 and 2 to which Thin is applied are compared with Example 3 to which Ultra-Thin is applied. In Example 3, the number of laminated composite materials was larger than in Examples 1 and 2, but the amount of gas leaked in 60 minutes was higher than in Examples 1 and 2.

複合材中のマトリックス樹脂は、ガスバリア性を有するが、ガスの透過を完全にブロックできるものではない。実施例3のUltra−Thinは、Thinよりもガスバリア性に寄与するマトリックス樹脂の層が薄いため、ガスバリア性が低減したものと考えられる。 The matrix resin in the composite material has a gas barrier property, but cannot completely block the permeation of gas. It is considered that Ultra-Thin of Example 3 has a reduced gas barrier property because the layer of the matrix resin that contributes to the gas barrier property is thinner than that of Thin.

この結果から、最適なガスバリア性を得るための適切な第2複合材(第2プリプレグ)厚さが存在することが示唆された。上記結果によれば、第2複合材(第2プリプレグ)の適切な厚さは、50μm以上100μm以下であった。 From this result, it was suggested that there is an appropriate second composite material (second prepreg) thickness for obtaining the optimum gas barrier property. According to the above results, the appropriate thickness of the second composite material (second prepreg) was 50 μm or more and 100 μm or less.

次に、Thinを4層積層した実施例1と、Thinを8層積層した実施例2とを比較する。実施例1は、実施例2よりも複合材の積層数が少なかったが、60分におけるガス漏洩量は実施例2よりも低かった。この結果から、力学的な対称性を保持できる最小積層数だけThinを適用する場合にも十分なガスバリア性が得られることが示唆された。 Next, Example 1 in which four layers of Thin are laminated and Example 2 in which eight layers of Thin are laminated are compared. In Example 1, the number of laminated composite materials was smaller than that in Example 2, but the amount of gas leaked in 60 minutes was lower than that in Example 2. From this result, it was suggested that sufficient gas barrier property can be obtained even when Thin is applied to the minimum number of layers capable of maintaining mechanical symmetry.

1 積層構造体
2 下側外層
3 内層
4 上側外層
5,6,25 第1複合材(マトリックス樹脂硬化後の第1プリプレグ)
7,27 第2複合材(マトリックス樹脂硬化後の第2プリプレグ)
10 給気管
11 吸気管
12 密閉治具
13 供試体
14 Heガスボンベ
15 Heディテクター測定装置
16 チャック
1 Laminated structure 2 Lower outer layer 3 Inner layer 4 Upper outer layer 5, 6, 25 1st composite material (1st prepreg after curing matrix resin)
7,27 Second composite material (second prepreg after curing the matrix resin)
10 Air supply pipe 11 Intake pipe 12 Sealing jig 13 Specimen 14 He gas cylinder 15 He detector measuring device 16 Chuck

Claims (5)

強化繊維とマトリックス樹脂とを含む複合材が積層された積層構造体であって、
第1複合材で構成された下側外層と、第2複合材で構成された内層と、第1複合材で構成された上側外層と、を備え、
前記内層は、前記下側外層と前記上側外層との間に挟まれるように配置され、
前記第2複合材は、前記第1複合材よりも薄く、
前記内層は、複数の前記第2複合材が積層された構成であり、
前記第2複合材は、前記強化繊維が任意の一方向に配向された一方向性複合材であり、
前記内層において、隣接する第2複合材同士の繊維配向が異なっている積層構造体。
It is a laminated structure in which a composite material containing reinforcing fibers and a matrix resin is laminated.
The lower outer layer made of the first composite material, the inner layer made of the second composite material, and the upper outer layer made of the first composite material are provided.
The inner layer is arranged so as to be sandwiched between the lower outer layer and the upper outer layer.
The second composite material, rather thin than the first composite,
The inner layer has a structure in which a plurality of the second composite materials are laminated.
The second composite material is a unidirectional composite material in which the reinforcing fibers are oriented in any one direction.
A laminated structure in which the fiber orientations of adjacent second composite materials are different in the inner layer.
前記第1複合材は、前記強化繊維が任意の一方向に配向された一方向性複合材であり、
前記下側外層の前記第1複合材および前記上側外層の前記第1複合材は、前記内層を中心として繊維配向が鏡面対称に配置されている請求項1に記載の積層構造体。
The first composite material is a unidirectional composite material in which the reinforcing fibers are oriented in any one direction.
The laminated structure according to claim 1, wherein the first composite material of the lower outer layer and the first composite material of the upper outer layer are arranged with fiber orientations mirror-symmetrical about the inner layer.
前記第2複合材の厚さは、前記第1複合材の厚さの1/2n(nは0を含まない自然数)である請求項1または請求項2に記載の積層構造体。 The laminated structure according to claim 1 or 2 , wherein the thickness of the second composite material is 1 / 2n (n is a natural number not including 0) of the thickness of the first composite material. 前記第2複合材の厚さは、50μm以上100μm以下である請求項1から請求項のいずれかに記載の積層構造体。 The laminated structure according to any one of claims 1 to 3 , wherein the thickness of the second composite material is 50 μm or more and 100 μm or less. 強化繊維とマトリックス樹脂とを含む複合材が積層された積層構造体の製造方法であって、
第1プリプレグで構成されたプレ下側外層、前記第1プリプレグより薄い第2プリプレグで構成されたプレ内層、第1プリプレグで構成されたプレ上側外層、を順に積層させた後、加熱・加圧し、前記マトリックス樹脂を硬化させて成形品とし、
前記第2プリプレグとして、前記強化繊維が任意の一方向に配向された複合材の中間材料を用い、
隣接する第2プリプレグ同士の繊維配向が異なるよう、複数の前記第2プリプレグを積層して前記プレ内層とする積層構造体の製造方法。
A method for manufacturing a laminated structure in which a composite material containing reinforcing fibers and a matrix resin is laminated.
The lower outer layer of the pre-preg composed of the first prepreg, the inner layer of the pre-preg composed of the second prepreg thinner than the first prepreg, and the upper outer layer of the pre-preg composed of the first prepreg are laminated in this order, and then heated and pressurized. , The matrix resin is cured to obtain a molded product .
As the second prepreg, an intermediate material of a composite material in which the reinforcing fibers are oriented in any one direction is used.
A method for producing a laminated structure in which a plurality of the second prepregs are laminated to form the pre-inner layer so that the fiber orientations of adjacent second prepregs are different.
JP2017173039A 2017-09-08 2017-09-08 Laminated structure and its manufacturing method Active JP6869857B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017173039A JP6869857B2 (en) 2017-09-08 2017-09-08 Laminated structure and its manufacturing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017173039A JP6869857B2 (en) 2017-09-08 2017-09-08 Laminated structure and its manufacturing method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019048400A JP2019048400A (en) 2019-03-28
JP6869857B2 true JP6869857B2 (en) 2021-05-12

Family

ID=65905709

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017173039A Active JP6869857B2 (en) 2017-09-08 2017-09-08 Laminated structure and its manufacturing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6869857B2 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7076656B1 (en) * 2020-09-17 2022-05-27 三井化学株式会社 Molded product and its manufacturing method
CN115179611A (en) * 2022-07-04 2022-10-14 北京兴天通电讯科技有限公司 Bistable fiber sheet
CN118009217A (en) * 2023-08-29 2024-05-10 北京航星机器制造有限公司 Ultra-light composite layer ultra-low temperature storage tank and manufacturing method thereof
CN221629487U (en) * 2023-09-08 2024-08-30 福建省弘懋新复合材料有限公司 A thermoplastic combined high-pressure hydrogen storage tank

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4578068B2 (en) * 2003-06-18 2010-11-10 株式会社Ihiエアロスペース Laminated body for shell and pressure vessel using the same
JP4599118B2 (en) * 2004-08-30 2010-12-15 富士重工業株式会社 Fuel tank
JP2007125745A (en) * 2005-11-02 2007-05-24 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Glass fiber reinforced plastic material, glass fiber reinforced plastic prepreg, glass fiber reinforced plastic layer and lng tank
JP2008291944A (en) * 2007-05-25 2008-12-04 Kobe Steel Ltd Mounted-type light hydrogen gas storing tank
JP2010270878A (en) * 2009-05-25 2010-12-02 Nissan Motor Co Ltd Pressure vessel structure
JP5621631B2 (en) * 2011-02-02 2014-11-12 トヨタ自動車株式会社 High pressure tank manufacturing method and high pressure tank

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019048400A (en) 2019-03-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6869857B2 (en) Laminated structure and its manufacturing method
Subagia et al. Effect of stacking sequence on the flexural properties of hybrid composites reinforced with carbon and basalt fibers
Islam et al. Investigation of woven composites as potential cryogenic tank materials
Zhang et al. Cryogenic mechanical and hydrogen-barrier properties of carbon fiber composites for type V cryo-compressed hydrogen storage vessels
Zheng et al. The application of carbon fiber composites in cryotank
CN101723086A (en) Containing ring of aircraft engine fan made of fiber-reinforced composite material
JP5044310B2 (en) Low temperature liquefied gas storage tank
Tomita et al. Bending fatigue of long carbon fiber-reinforced epoxy composites
Islam et al. Hybrid textile composites as potential cryogenic tank materials
Yonemoto et al. Application of CFRP with high hydrogen gas barrier characteristics to fuel tanks of space transportation system
Srivastava et al. Fatigue behaviour of alumina-fibre-reinforced epoxy resin composite pipes under tensile and compressive loading conditions
Stokes Hydrogen permeability of a polymer based composite tank material under tetra-axial strain
Sun et al. High-performance composites and their applications
Guangquan et al. Study on cure-induced residual stresses for fibre metal laminate
Prasanraj et al. Advanced composite materials in cryogenic propellant tank
Atli-Veltin Cryogenic composite fuel tanks: The mechanical performance of advanced composites at low temperatures
Haight et al. Microcrack Resistant Matrix Materials for Out-of-Autoclave Processing of Composite Cryogenic Tanks
Sippel et al. Progress on advanced cryo-tanks structural design achieved in CHATT-project
Saha Gas permeability of 3D stitched composites for cryogenic applications
Stautner et al. Cryotankage: Structural Thoughts
Schneider et al. Lightweight cryogenic composit over-wrapped pressure vessels (COPVs) for launch vehicle applications
Buendia Low Weight Design of a Pressure-fed System for a Small Payload Launch Vehicle
Stokes Hydrogen permeability of polymer based composites under bi-axial strain and cryogenic temperatures
Avila et al. Thermal gradient on hybrid composite propellant tank materials at cryogenic temperatures
McVay et al. Permeability of various hybrid composites subjected to extreme thermal cycling and low-velocity impacts

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200117

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20201012

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20201027

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20201201

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: 20210316

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210414

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6869857

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150