コアマット積層ハイブリッドサンドイッチ複合材料の機械的、熱機械的、電磁性能における熱硬化性マトリックスタイプの効果
Effect of Thermoset Matrix Type on the Mechanical, Thermomechanical, and Electromagnetic Performance of Coremat Interlayered Carbon, Glass, and Aramid Fiber-Reinforced Hybrid Sandwich Composites
航空宇宙、防衛、輸送分野で利用される繊維強化ポリマー複合材料の研究において、炭素、ガラス、アラミド繊維とポリエステル、ビニルエステル、エポキシマトリックスを用いたコアマット積層サンドイッチ複合材料の機械的、熱機械的、電磁挙動に対する繊維システム、熱硬化性マトリックス、ハイブリッド化の影響を比較評価した。18種類の構成をハンドレイアップで製造し、引張試験、3点曲げ試験、HDT、VST、および4-40 GHzの2ポートSパラメータ測定で評価した。炭素/エポキシ構成が最も高い引張強度(231.2 MPa)を示し、ガラス/ビニルエステル構成が最も高い曲げ強度(160.5 MPa)、HDT(128.0 °C)、VST(132.7 °C)を示した。炭素含有システムは電磁波伝送を強く抑制したが、単一炭素システムは主に反射によるものであった。炭素/ガラスポリエステルハイブリッドS10は、厚さ3.30 mmで最も高い総シールド効果(38.45 dB)を示し、正規化シールド効果は11.65 dB/mmであった。一方、炭素/アラミドエポキシハイブリッドは、最も高い入射電力吸収率(22.4%)と非常に低い伝送率(0.22%)を示した。結果として、構造的、熱機械的、電磁的要求のバランスをとる際には、繊維システム、マトリックスタイプ、ハイブリッドアーキテクチャを共同で選択する必要があることが示された。
- 炭素・ガラス・アラミド繊維とポリエステル・ビニルエステル・エポキシマトリックスを組み合わせた18種類のコアマット積層サンドイッチ複合材料をハンドレイアップで試作し、引張・3点曲げ・HDT・VST・4-40 GHzのSパラメータで評価した比較研究。
- 炭素/エポキシ構成が最高の引張強度231.2 MPa、ガラス/ビニルエステル構成が最高の曲げ強度160.5 MPa、HDT 128.0 °C、VST 132.7 °Cを示した。
- 炭素/ガラスポリエステルハイブリッドS10が厚さ3.30 mmで最大の総シールド効果38.45 dB(正規化11.65 dB/mm)を記録し、単一炭素系は主に反射で電磁波を抑制した。
- 炭素/アラミドエポキシハイブリッドは最高の入射電力吸収率22.4%と極めて低い伝送率0.22%を達成し、構造・熱機械・電磁要求のバランスには繊維系・マトリックス・ハイブリッド構成の同時選択が必要と結論。
コアマット積層サンドイッチ複合材料18構成の比較評価は、素材(繊維+熱硬化性マトリックス)の組み合わせ最適化が機械特性と電磁シールド特性のトレードオフを決めることを定量的に示しており、航空宇宙・防衛・輸送向け複合材料サプライヤやEMI遮蔽材メーカーの差別化要因を占う材料設計データとして注目。炭素/エポキシの引張231.2 MPa、ガラス/ビニルエステルの曲げ160.5 MPa・HDT128.0 °C、炭素/ガラスポリエステルS10のシールド効果38.45 dB(11.65 dB/mm)といった具体値は、用途別の材料選定と価格プレミアムの根拠になり得る。ただし学術的な実験室評価の段階で、量産コストや供給体制への言及はなく、事業化には時間軸の確認が必要。