WO2002018127A1

WO2002018127A1 - Matiere composite, produit forme et preimpregne

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Publication number: WO2002018127A1
Application number: PCT/JP2001/007393
Authority: WO
Inventors: Kenji Kubomura; Akihito Watanabe
Original assignee: Sakase Adtech Co., Ltd.
Priority date: 2000-08-28
Filing date: 2001-08-28
Publication date: 2002-03-07
Also published as: EP1314548A1; US20040009728A1

Description

明細書複合材料、成形物及びプリプレダ技術分野

本発明は、例えば、樹脂が完全には硬化していないプリプレダを含む、三軸織物を用いた複合材料及びこの複合材料からなる成形物に関し、特に軽量、高強度で、導電性や、絶縁性や、熱伝導性や、断熱性を附与した複合材料、成形物及びプリプレダに関する。背景技術

従来の構造体に用いられる複合材料は、強化繊維に樹脂が含浸されている。このような複合材料を、以下、繊維強化樹脂複合材料ともいつ

繊維強化樹脂複合材料は、強化繊維とマトリックスとなる樹脂の種類の組み合わせを適宜に選ぶことができ。

そのため、繊維強化樹脂複合材料は、その使用条件に適した物理的、化学的性質を附与することができる。

そのため、繊維強化樹脂複合材料は、多くの分野において使用されている。

また、繊維強化樹脂複合材料は、比強度が高く、耐食性にも優れている。そのため、' 繊維強化樹脂複合材料は、軽量でかつ大きな応力を受ける構造物に適しており、多くの分野に用途を見出している。

繊維強化樹脂複合材料を用いた成形物として人工衛星用アンテナ構造材がある。

例えば、特開平 1 1 — 1 6 8 3 2 1号公報においては、平面アンテナ装置が開示されている。この平面アンテナ装置は、金属の放射素子を K F R P (ケプラー（登録商標）繊維強化プラスチック）の薄いフィルム（第 1のフィルム ) 上に配列している。

ここで、上記ケプラーはァラミド繊維に属するものである。

そして、第 1のフィルムに向かい合わせに、同じく K F R Pフィルム（第 2のフィルム）を配置している。

そして、第 2のフィルムに金属フィルム等の地導体金属フイルムを装着している。

そして、第 1のフィルムを放射素子シートとし、第 2のフィルムを地導体シートとしている。

そして、第 1のフィルム及び第 2のフィルムを展張機構によって平面に展張する。

そして、展張された第 1のフィルム及び第 2のフィルムにより平面アンテナを構成する。

ここで、従来の平面アンテナの構造について第 4図を参照して説明する。第 4図は、従来の平面アンテナの構造の概略図である。

従来の平面アンテナの構造は、第 4図に示すように K F R Pフィルム 4 0 1上に金属素子となる円形パッチ 4 0 5を装着している。

また、従来の平面アンテナの地導体フィルム 4 0 4は、金属フィルムゃ銅などの金属からなる繊維を紙を漉くようにティッシュ状に成形されている。

そして、従来の平面アンテナの構造は、 KF R Pフィルム 4 0 3に地導体フィルム 40 4を装着している。

また、 C F R P (カーボン繊維強化プラスチック）製の額縁形状の誘電材料（枠状部材） 4 0 2に、 K F R Pフィルム 4 0 1及ぴ K F R Pフィルム 4 0 3を接着固定して展張機構によって平面に展張してなるものである。このように、従来の平面アンテナは、 C F R Pの枠状部材等の展張機構及び K F R Pなどのフィルムにより金属素子や地導体層を支持することにより、軽量化を達成している。

しかしながら、平面アンテナと異なり、アンテナのリフレタター（アンテナリフレタター）では、導電層を一定の形状で展開する必要がある。

また、使用環境によってはアンテナリフレタター自体が十分な強度を有することが望まれる。

さらに、使用環境によってはアンテナリフレタターには、負荷応力などによって一時的に変形しても、復元するスプリングバック性などが望まれる。

そのため、これらのアンテナリフレタターなどに対しては、上記の K F R Pフィルムに金属繊維ティッシュなどを装着した構造では、フイルム若しくはシート状であって自立性がなく、構造として機能することができない。

そこでアンテナでは、繊維強化樹脂複合材料を放物面などの 3次元曲面に成形してリフレタターを構成している。

しかし、アンテナでは、電磁波反射面を形成するため導電性を附与する必要がある。

このため、従来のアンテナでは、 3次元曲面を構成する複合材料の強化繊維としての三軸織物自体に導電性のある炭素繊維を用いたり、これらの複合材料からなる成形体表面上に金属めつきを施したり、金属箔を貼り合わせた構造が採用されていた。

しかしながら、複合材料の強化繊維の三軸織物に炭素繊維を使用する場合、導電性の高い炭素繊維は高弾性率であるため製織や成形が困難であり、製造コストが高価となる。

さらに、複合材料の強化繊維の三軸織物に炭素繊維を使用する場合、導電性の高い炭素繊維は、体積抵抗率は最大でも 1 . 9 X 1 0 - 4 Ω - c mであり、より電波反射率を高くしたり、より高周波数に対応するには不十分である。

また、アンテナは寸法■形状が成形された状態で非常に大きなものである。そのため、アンテナに成形された複合材料面にめっきする場合も、湿式と乾式を問わず処理槽ゃチャンバ一の大きさに制約があり、まためつきの付廻り等も均等にし難い。

また、湿式めつきによる場合にはめつき液による複合材料の浸蝕やめっき液の複合材料への吸収なども生じて好ましくない。

さらに、成形された複合材料面に金属箔を貼り付ける場合は、極く軽量に仕上げられた人工衛星用アンテナリフレタターなどでは成形体が極めて薄いため、その表面に生じたわずかな応力によっても反りを生じて変形したり、或いはそれを防止するため接着力を控えると金属箔のはく離を生じることとなる。

また、打ち上げ時には、ロケットの衝撃波を伴う噴射ガスによる極めてエネルギーの高い音響振動がアンテナを格納したフェアリング内部においても伝えられる。

そのため、人工衛星用のアンテナでは、金属箔面が破れることがある。この金属箔面が破れることに耐えるため金属箔の厚さを大きくすると重くなつてしまう。

その上、これらの金属箔は本来 2次元平面であって、アンテナの 3 次元曲面に貼付する際にその曲面に対する追従性が無いため、単一の金属箔によって 3次元のアンテナ面を形成することは困難である。

また、立体形状に合わせて分割して裁断した金属箔を貼り合わせて 3次元曲面に形成する場合、接着剤が貼り合わせ面に介在するため導電性を維持しての重ね貼りができない。

この様な問題に対処するためアンテナを金属繊維からなる不織布によって構成することも試みられたが、金属不織布単体では強度、弾性率共に低く、この用途の構造材料としては成り立たないものであった一方、例えば宇宙で使用する成形物においては、導電性以外にも、例えばアンテナであれば厚さ方向への熱伝導性や、絶縁性や、断熱性も要求されていたが、従来の材料ではこれらの特性を附与することは困難であった。

本発明は、上記問題に鑑みなされたもので、その目的は、繊維強化樹脂複合材料と同様の強度、弾性率及び高い比強度を有し、かつ金属材料に匹敵する導電性、絶縁性、熱伝導性、断熱性の少なくともいずれかを有する複合材料、成形物及びプリプレダを提供することにある

発明の開示

本発明の複合材料は、少なくとも 1以上の三軸織物と少なくとも 1 以上の不織布とを積層して積層体とし、該積層体に樹脂を含浸させたまた、本発明の複合材料は、樹脂を含浸させた少なくとも 1以上の三軸織物と、樹脂を含浸させた少なくとも 1以上の不織布とを積層した。

また、本発明の複合材料は、樹脂を含浸させた少なくとも 1以上の三軸織物と少なくとも 1以上の不織布とを積層した。

また、本発明の複合材料は、前記三軸織物と前記不織布とが交互に積層されている。

また、本発明の複合材料は、前記樹脂が完全には硬化していない状態でめる。

また、本発明の複合材料は、前記不織布が導電性を有する。また、本発明の複合材料は、前記不織布が絶縁性を有する。

また、本発明の複合材料は、前記不織布が熱伝導性を有する。

また、本発明の複合材料は、前記不織布が断熱性を有する。

さらに、本発明の成形物は、少なくとも 1以上の三軸織物と少なくとも 1以上の不織布とを積層して積層体とし、該積層体に樹脂を含浸させて複合材料とし、該複合材料を完全には樹脂が硬化していない状態で型にレイアップし、前記レイァップされた複合材料の樹脂を硬化してなる。

また、本発明の成形物は、樹脂を含浸させた少なくとも 1以上の三軸織物と、樹脂を含浸させた少なくとも 1以上の不織布とを、互いに樹脂が完全には硬化していない状態で積層して複合材料とし、該複合材料を型にレイアップし、該レイァップされた複合材料の樹脂を硬化してなる。

また、本発明の成形物は、樹脂を含浸させた少なくとも 1以上の三軸織物と少なくとも 1以上の不織布とを、三軸織物の樹脂が完全には硬化していない状態で積層して複合材料とし、該複合材料を型にレイアップし、該レイアップされた複合材料の樹脂を硬化してなる。

また、本発明の成形物は、少なくとも 1以上の三軸織物と少なくとも 1以上の不織布とを積層して積層体とし、該積層体に樹脂を含浸させながら型にレイアップし、該.レイァップされた積層体の樹脂を硬化してなる。

また、本発明の成形物は、樹脂が含浸された三軸織物に不織布を積層して積層体とし、該積層体をレイアップし、樹脂を硬化してなる。また、本発明の成形物は、前記不織布が導電性を有する。

また、本発明の成形物は、前記不織布が絶縁性を有する。

また、本発明の成形物は、前記不織布が熱伝導性を有する。

また、本発明の成形物は、前記不織布が断熱性を有する。さらに、本発明のプリプレダは、強化繊維の三軸織物と導電性不織布とを交互若しくは任意の順序で積層し、樹脂を含浸させてなる。

また、本発明のプリプレダは、強化繊維の三軸織物に樹脂を含浸させてなるプリプレダと導電性不織布に樹脂を含浸させてなるプリプレグとを交互若しくは任意の順序で積層してなる。

さらに、本発明の複合材料は、上記プリプレダ同士又は上記プリプレグに他の構造のプリプレダを積層してなる。

また、本発明の複合材料は、強化繊維の三軸織物と導電性不織布とを交互若しくは任意の順序で積層し、樹脂を含浸し、硬化して得られる。

ここで、本明細書におけるプリプレダとは、複合材料の一種であり、三軸織物、一方向材、二軸織物などの繊維基材に樹脂を含浸し、この樹脂を半硬化状態（完全に硬化していない状態）にしたもの（中間基材）をいう。

また、本明細書において、プリプレダを硬化させるための方法及び条件には以下のような方法及ぴ条件を一例として用いることができるそして、以下のような方法及び条件の一例により硬化される前の複合材料がプリプレダとなる。

(方法）

1 . プレス成形、 2 . 真空バッグ成形、 3 . オートクレーブ成形、 4 . ファイバープレスメント成形、 5 . シートワインデイング成形、 6 . ローリングテーブル成形など。

(条件）

硬化温度： 1 2 0〜 1 8 0 °C

硬化時間： 1〜 3時間

成形圧力：大気圧〜 0 . 6 M P a また、レイアップとは、繊維基材またはプリプレダを（切って貼つて重ね合わせて）型上に附形する作業のことをいう。

また、不織布とは、短繊維が絡み合ってシート状になったものである。紙やフェルト、脱脂綿なども不織布といえる。

この不織布の特性としては、物性的に擬似等方性である点を上げることができる。

つまり、不織布は、 3次元曲面や鋭角な部分の型にも良く追従し、皺になり難い。また、不織布は、他の素材と張り合わせ場合、はく離が生じ難い。これは、サーマルショックテスト、はく離試験において明らかである。

また、不織布は、折り畳んでも、折り目が付き難く、展開後も機能性が失われない。

また、不織布は、金属箔などと比べると空隙があるので密度が小さく、軽くなる。

また、不織布は、空隙があるので、ロケット打上げ時の音響 ·振動に強く破れたり、はく離したりしない。

また不織布の導電性や熱伝導性は、金属繊維を使った場合または金属めっきした場合に金属の特性が反映されるということである。

このように、導電性かつ熱伝導性の不織布を複合材料に用いた場合、本発明は、以下のような効果を有する。

従来、炭素繊維複合材料は、高弾性率、軽い、微小熱膨張率、繊維方向の高い熱伝導率を有することにより、人工衛星の殆どの部材に使用されている。

しかし、炭素繊維の繊維軸と直角方向の熱伝導率が低い事とマトリックス樹脂の熱伝導率が極めて低いことにより、炭素繊維複合材料の板厚方向の熱伝導率は低く、板厚方向に熱を放出させる能力が極めて低かった。ここで、マトリックス樹脂とは、マトリックス用の樹脂、すなわちマトリックス（母材）となる樹脂をいう。

強化繊維にもサイジング剤という樹脂が使われているので、普通の樹脂とマトリックス樹脂とを区別して呼ぶが、一般的に複合材料の樹脂といえばマトリックス用の樹脂をいう。

そして、繊維強化プラスチック（F R P ) 、ポリマーマトリックスコンポジット（P M C ) 等の複合材料は大きく分けて次の 3つの構成から出来ている。

•強化繊維

' マトリックス（母材）： P M Cの場合は樹脂

•強化繊維とマトリックスの界面

そして、 P M Cの場合はマトリックスが樹脂（ポリマー）であるが、 MM C (メタノレマトリックスコンポジット）の場合は金属（メタノレ ) 、 C M C (セラミックマトリックスコンポジット）の場合はセラミックがマトリックス（母材）ということになる。

そして、炭素繊維強化複合材料において板厚方向からの高い熱放出を得られれば、人工衛星の熱放出のための構造を省略ないし、簡略化できる可能性がある。

すなわち、本発明のように、不織布に導電性かつ熱伝導性の不織布を用いた場合、人工衛星の性能向上、重量軽減、コスト低減に寄与することができる。

また、絶縁性かつ熱伝導性の不織布を複合材料に用いた本発明では、複合材料をプリント基板（表面と裏面が基本的に絶縁されている。 ) の様に用いることができる。

そして、このような複合材料は、実装された電子機器や絶縁を要する搭載機器などの放熱用としての効果を有する。

また、本発明の複合材料では、三軸織物に不織布を積層することにより、必要な箇所に適切な熱伝導性（放熱性）や断熱性を附与することができる。

そのため、本発明の複合材料を例えば人工衛星のパス（構体）や人ェ衛星の太陽電池パドルなどに用いれば、これらの熱制御が必要な部分に、必要なだけの熱制御を従来の製法を用い容易に行うことができる。図面の簡単な説明

第 1図は、本発明に係る複合材料の一実施形態の概略図であり、第 2図は、本発明に係る複合材料の一実施形態に用いられる三軸織物の部分拡大図であり、第 3図は、本発明に係る成形物としてのアンテナリフレタタ一の概略図であり、.第 4図は、従来の平面アンテナの構造の概略図である。発明を実施するための最良の形態

本発明をより詳細に説明するために、添付の図面に従ってこれを説明する。ただし、本発明に係る複合材料の実施形態の説明は、本発明に係るプリプレダの説明も兼ねる。

すなわち、本発明に係る複合材料において、複合材料の榭脂が完全には硬化していない場合がプリプレダである。

(複合材料の一実施形態の説明）

本発明に係る複合材料の一実施形態は、例えば、三軸織物ノ不織布三軸織物、或いは不織布/ 三軸織物/不織布の順に積層した不織布を含む対称積層構造という構造を有する。

また、三軸織物が複数積層されている場合に、任意の層の間に不織布を間に挟む構造でも良い。

すなわち、本発明に係る複合材料の一実施形態では、三軸織物と不織布とが任意に積層されている場合であって良い。

ここで、積層とは、層の種類が何であれ、層を 2層以上積み重ねることをいう。そして本発明では、三軸織物層に不織布層を積層している。

また、三軸織物の間に挟まれる不織布はシート状でなくても良く、円形、多角形、楕円形などの任意の形の不織布が少なくとも 1以上、三軸織物の間に挟まれているとしても良い。

このような複合材料の構造により、熱歪を最小化することができ、また、三軸織物からなる適宜の層の間に不織布を挟むことにより、高い密着強度を得ることができる。

また、本発明の複合材料の一実施形態は、強化繊維の三軸織物と不織布とを交互若しくは任意の順序で積層して樹脂を含浸させる。

そして、樹脂を含浸させた複合材料において、樹脂が完全には硬化していない場合はプリプレダである。

また、本発明に係る複合材料の一実施形態は、三軸織物に樹脂を含浸させてなるプリプレダと不織布に樹脂を含浸させてなるプリプレダとを交互若しくは任意の順序で積層して構成しても良い。

複合材料をプリプレダの形態としておくことにより、これらの組合せ適宜に選んで所要の構造/特性の複合材料とすることができる。

また、本発明の複合材料の一実施形態は、プリプレダ同士或いは必要により、更にこれらに他の構造のプリプレダを積層し、硬化させて任意に形態の複合材料としても良い。

また、本発明の複合材料の一実施形態は、強化繊維の三軸織物と不織布とを交互若しくは任意の順序で積層し、樹脂を含浸させ、硬化して得ることができる。

ここで、 Ξ軸織物と不織布とを積層させて複合材料とし、成形物を得る方法は次のバリエーションが考えられる。もちろん、本発明は以下のバリエーションに限定されるものではなく他の方法であっても良レ、。

1 . 少なくとも 1以上の三軸織物と少なくとも 1以上の不織布を積層してから樹脂を含浸させプリプレダとする。そして、このプリプレグを型にレイアップし硬化、成形物を得る。

2 . 少なくとも 1以上の三軸織物に樹脂を含浸したプリプレダと、少なくとも 1以上の不織布に樹脂を含浸したプリプレダを積層する。このプリプレダを型にレイアップし硬化、成形物を得る。

3 . 少なくとも 1以上の三軸織物に樹脂を含浸したプリプレダと、少なくとも 1以上の不織布（樹脂未含浸）を積層する。このプリプレグを型にレイアップし硬化、成形物を得る。

4 . 少なくとも 1以上の三軸織物と少なくとも 1以上の不織布を積層し、，樹脂を含浸させながら型にレイアップし硬化し、成形物を得る

5 . 少なくとも 1以上の三軸織物に樹脂を含浸し、少なくとも 1以上の不織布を積層してレイアップし硬化し、成形物を得る。

また、上記三軸織物と不織布とを積層させて複合材料を得る方法における積層には、少なくとも 1以上の三軸織物と少なくとも 1以上の不織布とを任意に積層する場合のみならず、両者を交互に積層する場合を含む。

ここで、樹脂の含浸方法には次の方法が考える。

1 . 樹脂フィルムを繊維基材に転写し加圧、加熱により含浸し半硬化状態のプリプレダを得る方法。（乾式（ホットメルト法）と呼ばれている。）

2 . 樹脂液に繊維基材を含浸し加圧、加熱し半硬化状態のプリプレグを得る方法。（湿式法（含浸法）と呼ばれている。）

また、本発明に係る成形物を生成する場合、プリプレダ（半硬化状態の中間基材）工程を省く場合もある。

すなわち、繊維基材ゃ不織布に型上で直接樹脂液を含浸、硬化するハンドレイアップ成形、または繊維基材に直接樹脂フィルムを転写、レイアップし、そのままオートクレーブ成形で硬化、成形物を得ることも可能である。

また、繊維基材ゃ不織布を型内にセットしておいて（プリフォームと言う。）樹脂液を注入し硬化、成形物を得る R T M成形という方法もある。

ここで、本発明に係る複合材料の一実施形態としての、三軸織物と不織布との積層構造の例を第 1図に示す。第 1図は、本発明に係る複合材料の一実施形態の概略図である。

第 1図に示される複合材料では、不織布として導電性不織布を用いた。第 1図に示される複合材料は、 2つの三軸織物プリプレダ 1 0 1 の間に導電性不織布 1 0 2をサンドィツチ状に挟んでなる構造である三軸織物プリプレダ 1 0 1は、強化繊維の三軸織物に樹脂を含浸させたものである。また、三軸織物プリプレダ 1 0 1に含浸されている樹脂は完全には硬化されていない。

そして、これらの積層体をマトリックス樹脂で含浸して、目的とする形状に成形し、キュアすれば良い。

また、三軸織物の織り構造では、第 2図に示すような表裏面を通ずる六角形の通孔 2 0 1ができる。

そのため、三軸織物の織り方によってこの通孔 2 0 1の大きさを調整することにより、三軸織物を挟んで表裏面に配置した導電性不織布の間を電気的に導通させることができる。第 2図は、本発明に係る複合材料の一実施形態に用いられる三軸織物の部分拡大図である。

第 1図に示されるような複合材料の構造においては、強化繊維からなる三軸織物プリプレダ 1 0 1 と不織布 1 0 2とを適宜の数重ね合わせて、機械的特性と電気的特性の両者を共に調整、向上することができる。'

また、例えば、三軸織物プリプレダ 1 0 1の通孔 2 0 1が存在するために、例えば不織布として導電性不織布を用いた場合は、複合材料の厚さ方向に導電性を持たせることができる。

ここで、厚さ方向とは、例えば第 1図に示される三軸織物プリプレグ 1 0 1 のシート表面に略垂直な方向のことをいう。

そのため、例えば第 1図に示される複合材料を用いた成形物の場合、その厚さ方向に対しても良好な導電性を附与することができる。また、例えば、三軸織物プリプレダ 1 0 1の通孔 2 0 1が存在するために、例えば不織布として熱伝導性不織布を用いた場合は、複合材料の厚さ方向に熱伝導性を持たせることができる。

そのため、例えば第 1図に示される複合材料を用いたアンテナなどの成形物の場合、その厚さ方向に対しても良好な熱伝導性を附与することができる。

また、不織布として絶縁性の不織布を用いた場合、三軸織物プリプレグ 1 0 1 も絶縁性を附与すれば、第 1図に示される複合材料自体が絶縁され、この複合材料上における装置や回路を設計する場合に容易に設計を行うことができる。

また、断熱性の不織布を用いた場合、簡便な方法により複合材料に断熱性を付与することができる。また、アンテナリフレクタ一のような用途においては、三軸織物からなる複合材料の表面側に導電性不織布を貼付して積層することにより、好適な電気的特性を附与することができる。

ここで、第 3図を参照して、本発明に係る複合材料の一実施形態を用いて生成された成形物（アンテナリフレタター）について説明する。第 3図は、本発明に係る成形物としてのアンテナリフレクタ一の概略図である。

このアンテナリフレタター 3 0 1は、三軸織物からなる複合材料の表面側に導電性不織布を貼付して積層することにより、好適な電気的特性を附与されている。

三軸織物はその製造上の問題から、開口部を小さくするのに限界がある。

電波反射率は開口部の大きさに依存するので、高周波数になればなるほど開口部を小さくしなければ電波は透過してしまい、電波反射率が低下する。

そこで、三軸織物だけの電波反射に対する限界を超える高周波数に対応するために、電波反射率の高い機能性をもつた導電性不織布を積層する。

そして、不織布（機能性不織布）は、三軸織物の特性を損なわずに、電気的、熱的性能などの機能性を高める（または付与する）ことを可能にする。

ここで、一般的に、三軸織物などの繊維機材から成形物を得るまでの工程について説明する。本実施形態の複合材料により成形物を得る方法としては例えば以下の 3つの方法がある。

(オートクレープ成形、真空バッグ成形）

1 . 繊維基材→プリプレダ（含浸 ' 半硬化） →レイアップ（金型上に附形） →成形（硬化） —成形物

( R T M成形）

2 . 繊維基材→プリフォーム（金型内にセット） →成形（樹脂注入 •硬化） →成形物

(ハンドレイァップ成形）

3 . 繊維基材→レイアップ（樹脂を含浸させながら金型上に附形 - 硬化） —成形物

[複合材料の特性について]

本発明の複合材料の一実施形態は、導電性や絶縁性や熱伝導性や断熱性や電波反射特性などの電気的特性を不織布により調整する。

すなわち、導電性や絶縁性や熱伝導性や断熱性や電波反射特性は、不織布に附与する繊維の種類、繊維の線径、密度（その空隙や厚さを変化させることにより調整）によって調整することができる。

例えば、本発明に係る複合材料の一実施形態の熱伝導性は、不織布に用いる材質により調整することができる。ただし、導電性が高い導電性不織布は、熱伝導性が高い熱伝導性不織布である場合が多い。すなわち、本実施形態の複合材料に使用される不織布は、熱伝導性不織布、断熱性不織布、導電性不織布、絶縁性不織布、熱伝導性かつ導電性不織布、熱伝導性かつ絶縁性不織布、断熱性かつ導電性不織布、断熱性かつ絶縁性不織布を考えることができる。

これらの不織布の特性に応じて、本発明に係る複合材料の一実施形態の特性も決定される。

また、ロケット噴射に伴う音響振動に対しては、これらの不織布は三軸織物と同様に空隙を持っため、軽量であってかつ強い音響振動にも耐え得る。

また、不織布の構造や形態として、例えば導電性不織布では、金属繊維やメタライズした繊維からなる不織布、或いは、不織布の上に金属蒸着してメタラィズした不織布等は、立体的に自由な形状を採ることができる。

そのため、不織布と三軸織物とを積層し、樹脂を完全には硬化させずにプリプレダとすることができる。

また、不織布と三軸織物とを積層した複合材料とすることができるまた、樹脂と三軸織物からなる複合材料に不織布を貼りつけることもできる。

そして、不織布を三軸織物で挟んで積層構造とした複合材料を成形することにより、反りやはく離が生じず、重ね貼りもでき、 3次元曲面にも附形できるものとなり、金属箔における成形性の欠陥を解消することができる。

さらに、複合材料が不織布の支持体であると同時に構造材料の役目を果たしているため、大きな強度、弾性率を維持できる。

このように三軸織物と不織布とが一体となって成形された構造は、負荷応力を受けて一時的に撓んで変形しても、応力が除かれればもとの形状に復元するスプリングバック特性が大きい。

この特性は、人工衛星に搭載されるアンテナリフレタター等では極めて好都合である。

そして、樹脂が含浸された三軸織物のプリプレダを極端に薄くして実質上フィルム状としても大気のない宇宙空間においては、その形状が維持されるから、著しい軽量化を達成することができる。

(実施例）

以下に、本発明に係る複合材料を用いた成形物の具体的構造を実施例として説明する。ここで、パラボリックアンテナ用リフレクタ一を本発明に係る成形物とした。また、不織布としては、導電性不織布を用いる。

実施例 1 . 線径 1 6 μ mの銅繊維を使った空隙率 5 3 . 3 %の焼結不織布を、 1 3 5 t e Xのガラス繊維を 9 . 2 5本/ i nの織密度で B a s i c組織に織り、エポキシ樹脂を含浸した三軸織物プリプレダの表面に貼った構成で、直径 3 5 0 m mの周波数 1 2 G H z帯用のパラボリックァンテナ用リフレタターを試作した。

実際に 1 1 . 8 4 2 5 6 G H zの B S放送電波をアンプを介して、スぺクトラムアナライザーで測定した結果、受信強度は一 5 3. 1 7 d Bであった。

重さは 3 1 g と軽量で、構造的にも金属製リフレタターの様に外的な負荷により塑性変形せず、スプリングバック機能を有し、形状保持性に優れることが分かった。

1 8 0度はく離試験において、銅繊維焼結不織布の材料破壊で、はく離は生じなかった。

+ 1 8 0 °Cのオーブン中から一 1 9 5 °Cの液体窒素中へのサーマルルショック試験において、三軸織物複合材料と銅繊維焼結不織布の間にはく離は生じなかった。

実施例 2. 単繊維径 8 IX mのステンレス繊維を使った空隙率 1 8. 2 %の焼結不織布を、 1 1 t e Xの P B 0繊維を 1 8. 5本/ i nの織密度で B a s i c組織に織り、シァネートエステル樹脂を含浸した三軸織物プリプレダで挟んだ構成で、直径 3 5 0 mmの周波数 1 2 G H z帯用のバラボリックァンテナ用リフレタターを試作した。

実際に 1 1. 8 4 2 5 6 GH zの B S放送電波をアンプを介して、スぺクトラムアナライザーで測定した結果、受信強度は— 5 3. 5 7 d Bであった。

重さは 1 8 g と軽量で、構造的にも金属製リフレクタ一の様に外的な負荷により塑性変形せず、スプリングバック機能を有し、形状保持性に優れることが分かった。

1 8 0度はく離試験において、ステンレス繊維焼結不織布の材料破壌で、はく離は生じなかった。

+ 1 8 0 °Cのオープン中から一 1 9 5 °Cの液体窒素中へのサーマルショック試験において、三軸織物複合材料とステンレス繊維焼結不織布の間にはく離は生じなかった。

比較例 1. 厚さ l mmのアルミニウムを使い、直径 3 6 0 mmの周波数 1 2 GH z帯用のパラボリックアンテナ用リフレタターを試作した。

実際に 1 1. 8 4 2 5 6 GH zの B S放送電波をアンプを介して、スぺクトラムアナライザーで測定した結果、受信強度は一 5 3. 1 5 d Bであった。重量は 3 1 6 gであった。

比較例 2. 厚さ 3 0 μ mの銅箔を、 1 3 5 t e xのガラス繊維を 9 . 2 5本/ i nの織密度で B a s i c組織に織り、エポキシ樹脂を含浸した三軸織物プリプレダの表面に貼った構成で、直径 3 5 0 m mの周波数 1 2 GH z帯用のパラボリックアンテナ用リフレタターを試作した。

銅箔を 1 2分割以下の立体裁断パターンにおいては 3次元曲面にフイットさせることが難しく、皺の入った鏡面精度の悪いリフレクタ一になってしまった。

重さは 5 5 gで、自重により橈んだ後、塑性変形により自然に形状を回復することは出来なかった。

1 8 0度はく離試験において、銅箔のはく離が生じ、はく離強度も 0. 0 9 3 k N/m以下と低かった。

サーマルショック試験後の試料を用い、はく離試験を行った結果、はく離強度が 0. 0 5 6 k N Z m以下とさらに低くなっていることが分かった。

比較例 3. 単繊維径 1 2 mのァラミド繊維を使った空隙率 1 7. 3 %の不織布にめっき厚 5 μ πιの銅めつきをし、シァネートエステル樹脂を含浸した不織布単体の構成で、直径 3 5 0 mmの周波数 1 2 G H z帯用のパラボリックアンテナ用リフレタターを試作した。

不織布単体のため重さは 5 gだったが、引裂き強度及び剛性が低く、スプリングバック性もないため、寸法精度を保つことが難しいことが分かった。以上の実施例では、導電性不織布として銅繊維及びステンレス繊維からなる不織布を用い、三軸織物を含む複合材料としてエポキシ樹脂を含浸したガラス繊維及びシァネートエステル樹脂を含浸した P B〇を用いたが、本発明の複合材料の構成はこれらの例に限られるものではない。

導電性不織布を構成する素材として、たとえば、銅、銀、金、ステンレス繊維焼結不織布（金属の腐蝕による性能低下を防ぐ目的で、金や銀を湿式めつき、真空蒸着ゃスパッタリングによつて形成してもよレ、。 ) などの金属繊維、或いはァラミド、 P B O、ガラス、炭素繊維等の適宜の材質の繊維に金属めつきを施したものでよく、また、例えば銅めっきしたァラミド繊維不織布のように、ァラミド、 P B O、ガラス、炭素繊維からなる不織布に金属めつきを行ったものでもよレ、。このように、導電性を有する繊維であって不織布に形成可能なものであれば繊維の素材は問わない。

また、不織布として、銅めつきァラミド繊維不織布（目付重量 3 8 gZm、めっき厚 5 ミクロン、空隙率 1 7 %) を用いることもできるこのような不織布では、金属繊維 1 0 0。/。の不織布に比べ軽くて強度が高く、熱膨張率が小さく、折り畳み後の機能性低下が小さく、切断加工もしゃすく切断面が綺麗に仕上がる。

また、このような不織布では、ミリ波領域においても高反射率、リフレタターや地導体以外にパツチゃスロットなど素子にも適用できる

さらに、不織布として、銅繊維焼結不織布（目付重量 5 0 g /m² 、繊維径 1 6 ミクロン、空隙率 5 3 %) を用いることができる。

このような不織布では、金属 1 0 0 %なので、耐熱性が高く、ァゥトガスの心配がなく、しなやかで、電気抵抗が小さい。さらに、不織布として、炭素繊維不織布（目付重量 1 0 g/m²、繊維径 8 ミクロン、空隙率 2 7 %) を用いることができる。

このような不織布では、炭素繊維なので導電性でありながら超軽量、熱膨張率も小さい。

そして、このような不織布を炭素繊維を用いた三軸織物と組み合わせれば、三軸織物の優れた特性はそのままに、より高周波数の電波反射特性を得ることがが可能となる。

また、本実施例では、成形物の機械的性質を附与する材料'として、ガラス及ぴ P B O繊維の三軸織物の例を挙げた。

そして、本実施例の複合材料は、成形物の強度、剛性や応力に対して復元するスプリングバック性などの機械的な性質が、繊維強化樹脂複合材料と共通する。

この成形物の材質を適宜に選択することによって、成形物を用途に適したものにできる„

特に長繊維を使用した三軸織物からなる複合材料が好適である。そして、成形物は、三軸織物の構造とすることによりその構造上の対称性によつて温度変化や機械的な応力の負荷などに対しても成形された形状の変形を生じ難く、また、これらの負荷が除かれれば、設計どおりの原形に復元することができ、形状の安定性に優れたものとなる。 '

三軸織物に用いる繊維として、ァラミド、 P B O、ガラス、炭素繊維などが挙げられ、その構造は、 1 6〜 6 4ゲージ B a s i c又は、 B i - 1 a i n組織、三軸織物の構造を採用できる。

さらに、三軸織物に用いる繊維として、繊度 1 1 t e xの P B〇繊維を用いた、 6 4 G B a s i c組織三軸織物（目付重量 2 6 g / m 、織密度 1 8. 5本/ i n) を用いることもできる。

この三軸織物は、 P B O繊維のため、高強度、高弾性率、耐熱性、熱膨張率がネガティブ、電波透過性を有し、繊維が 1 1 t e X と細く、織物厚が 6 0 ミクロンと薄く、目付も 2 6 g / m²と超軽量、織密度が 1 8 . 5本/ i nと高いので、面精度が高く不織布との接着性が高レゝ

また、このような三軸織物は、折り畳みやすく、三軸織物単体では電波透過性のため、折り畳みによる物性低下が小さい。

また、マトリックス樹脂としてエポキシ、シァネートエステル樹脂などが挙げられるが、三軸織物の組み合わせの適否や目的によって選定されるものであって、無論、これらに限定されるものではない。例えば、榭脂として、高温硬化型エポキシ樹脂ゃシァネートエステル樹脂（硬化温度 1 8 0 °C、硬化時間 2時間、成形圧力 0 . 6 M P a ) などを用いることができる。

そして、本発明に用いられる樹脂は、例えば成形物として宇宙構造物を対象にする場合は、宇宙環境に適応しているものであり、接着性に問題がなければ特にこれといって限定するものではない。

不織布と三軸織物との組み合わせ構造は、三軸織物に不織布を貼つた構造でも、あるいは三軸織物で不織布を挟んで積層した構造のいずれでもよレ、。

また、 2種以上の異なる素材の三軸織物で不織布を挟んで積層してもよい。

また、三軸織物と不織布とを積層した後、めっきしても良い。

また、三軸織物は樹脂を含浸させたプレブレグであっても良い。また、本発明は、パラボリックアンテナのリフレクタ一、スロットアンテナの素子および地導体、パッチアンテナの素子およぴ地導体およびマイクロストリップ線路、人工衛星の太陽電池パドル、人工衛星のバス（構体）等の成形物に適用することができる。

例えば、宇宙向けアンテナでは、収納 · 展開が可能でありながら、高性能の結果が得られている。産業上の利用可能性

以上の説明のように、本発明によって、次のような優れた効果が得られる。

不織布は、はく離や皺を生じないので複雑な立体形状を含め、構造を自由に設計できる。

不織布として導電性不織布を用いた場合、導電性不織布は、金属および繊維の種類、線径または単繊維径を自由に選べるので、導電性や反射率、空隙率、厚さや目付重量を自由に調整できる。

また、導電性不織布の表面を平らに加工すれば、鏡面精度を向上することができ、反射率を更に良くすることができる。

不織布として熱伝導性を有する不織布を用いた場合、例えばアンテナリフレタターなどの複合材料を用いた成形物の厚さ方向に熱伝導性を附与することができる。

不織布として断熱性の不織布を用いた場合、簡単な構造で人工衛星の部材における温度変化を軽減することが可能となる。

不織布として絶縁性の不織布を用いた場合、複合材料上における回路ゃ各種装置の配置を容易に設計することができる。

三軸織物は、寸法安定性や強度物性を受け持ち、不織布は導電性や反射特性、熱伝導率など機能性を受け持つため、それぞれの素材、構造の組み合わせにより、用途 · 条件に適した好適な設計が可能である三軸織物および不織布は、面内において擬似等方性であるため、温度変化や応力負荷に対して機能特性上影響が少なく、軽量な構造材料が得られる。

三軸織物おょぴ不織布は、空隙部を持つので、ロケット打ち上げ時の音響 · 振動に耐えることができる。

本発明では、寸法安定性に優れ、擬似等方性、軽量、高弾性率、高熱伝導性、高反射率を兼ね備えた、人工衛星用の機能性構造材に最適な材料が得られる。

また、三軸織物に熱伝導性や断熱性を有する不織布を積層して複合材料とすることから、この複合材料を用いれば、装置（例えば人工衛星に用いられる装置）の必要な箇所に必要なだけの熱制御を従来の製法を用い容易に行うことができる。

三軸織物は、その織構造が表裏面に通ずる六角形状の通孔を形成するため、その表裏面を導電性不織布で挟んだ構造とすることにより、表裏面の導電性不織布同士を電気的に導通させて一体の導電体として機能させることができ、これらの積層構造により、機械的強度と電気的特性とを強調することができる。

本発明は、電気回路基板を始めとし、各種アンテナの放射素子、反射面などに適している。

本発明は、パラボラアンテナ、ダイポールアンテナ等の線状アンテナ、或いはパッチアンテナなどの面状アンテナ等として、電気的特性に優れると共に極めて軽量であって、応力に対しても高弾性率であるためスプリングバック機能を発揮して大きな応力を受けても塑性変形に至らず原形に復元するため、多様な環境下において適用することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 少なくとも 1以上の三軸織物と少なくとも 1以上の不織布とを積層して積層体とし、

該積層体に樹脂を含浸させた複合材料。

2 . 樹脂を含浸させた少なくとも 1以上の三軸織物と、樹脂を含浸させた少なくとも 1以上の不織布とを積層した複合材料。

3 . 樹脂を含浸させた少なくとも 1以上の三軸織物と少なくとも 1 以上の不織布とを積層した複合材料。

4 . 前記三軸織物と前記不織布とが交互に積層されている請求の範囲第 1項から第 3項のいずれか 1項に記載の複合材料。

5 . 前記樹脂が完全には硬化していない状態である請求の範囲第 1 項から第 4項のいずれか 1項に記載の複合材料。

6 . 前記不織布が導電性を有する請求の範囲第 1項から第 5項のいずれか 1項に記載の複合材料。

7 . 前記不織布が絶縁性を有する請求の範囲第 1項から第 5項のいずれか 1項に記載の複合材料。

8 . 前記不織布が熱伝導性を有する請求の範囲第 1項から第 7項のいずれか 1項に記載の複合材料。

9 . 前記不織布が断熱性を有する請求の範囲第 1項から第 7項のいずれか 1項に記載の複合材料。

1 0 . 少なくとも 1以上の三軸織物と少なくとも 1以上の不織布とを積層して積層体とし、

該積層体に樹脂を含浸させて複合材料とし、

該複合材料を完全には樹脂が硬化していない状態で型にレイァップし、

前記レイァップされた複合材料の樹脂を硬化してなる成形物。

1 1 . 樹脂を含浸させた少なくとも 1以上の三軸織物と、樹脂を含浸させた少なくとも 1以上の不織布とを、互いに樹脂が完全には硬化していない状態で積層して複合材料とし、

該複合材料を型にレイアップし、

該レイァップされた複合材料の樹脂を硬化してなる成形物。

1 2 . 樹脂を含浸させた少なくとも 1以上の三軸織物と少なくとも 1以上の不織布とを、三軸織物の樹脂が完全には硬化していない状態で積層して複合材料とし、

該複合材料を型にレイアップし、

該レイアップされた複合材料の樹脂を硬化してなる成形物。

1 3 . 少なくとも 1以上の三軸織物と少なくとも 1以上の不織布とを積層して積層体とし、

該積層体に樹脂を含浸させながら型にレイアップし、

該レイアップされた積層体の樹脂を硬化してなる成型物。

1 4 . 樹脂が含浸された三軸織物に不織布を積層して積層体とし、該積層体をレイアップし、樹脂を硬化してなる成型物。

1 5 . 前記不織布が導電性を有する請求の範囲第 1 0項から第 1 4 項のいずれか 1項に記載の成形物。

1 6 . 前記不織布が絶縁性を有する請求の範囲第 1 0項から第 1 4 項のいずれか 1項に記載の成型物。

1 7 . 前記不織布が熱伝導性を有する請求の範囲第 1 0項から第 1 6項のいずれか 1項に記載の成型物。

1 8 . 前記不織布が断熱性を有する請求の範囲第 1 0項から第 1 6 項のいずれか 1項に記載の成型物。

1 9 . 強化繊維の三軸織物と導電性不織布とを交互若しくは任意の順序で積層し、樹脂を含浸させてなるプリプレダ。

2 0 . 強化繊維の三軸織物に樹脂を含浸させてなるプリプレダと導電性不織布に樹脂を含浸させてなるプリプレダとを交互若しくは任意の順序で積層してなるプリプレダ。

2 1 . 上記請求の範囲第 1 9項又は第 2 0項のプリプレダ同士又は上記請求の範囲第 1' 9項又は第 2 0項のプリプレダに他の構造のプリプレグを獱層してなる複合材料。

2 2 . 強化繊維の三軸織物と導電性不織布とを交互若しくは任意の順序で積層し、樹脂を含浸し、硬化して得られる複合材料。