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振動減衰性の改善とは？課題と対策・製品を解説
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炭素繊維複合材における振動減衰性の改善とは？
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開発材料総合ガイド カラヤン株式会社
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炭素繊維複合材における振動減衰性の改善
炭素繊維複合材における振動減衰性の改善とは？
炭素繊維複合材（CFRP）は、軽量かつ高強度であることから航空宇宙、自動車、スポーツ用品など幅広い分野で利用されています。しかし、その特性上、振動を吸収しにくいという課題があります。本テーマでは、CFRPの振動減衰性を向上させるための技術や材料開発について解説します。これにより、製品の性能向上、騒音・振動の低減、快適性の向上を目指します。
課題
固有振動数の高まりによる共振リスク
CFRPは剛性が高いため、固有振動数が高くなりやすく、特定の周波数で共振が発生しやすくなります。これにより、意図しない振動や騒音が増幅される可能性があります。
材料自体の減衰能の低さ
炭素繊維自体は振動エネルギーを吸収する能力が低く、複合材全体としても十分な減衰性能を発揮しにくい傾向があります。これが振動が伝播しやすい原因となります。
構造設計の制約と複雑化
振動減衰性を高めるために構造を複雑化させると、製造コストの増加や軽量化のメリットが損なわれる可能性があります。設計自由度の制約も課題となります。
異種材料との界面での振動伝達
CFRPが他の材料と接合される場合、界面でのインピーダンスミスマッチにより振動が効率的に伝達されず、共振や騒音の原因となることがあります。
対策
高減衰性樹脂マトリックスの導入
ゴム成分や粘弾性ポリマーを配合した高減衰性樹脂をマトリックスとして使用することで、材料自体の振動吸収能力を高めます。
異方性材料の積層設計最適化
炭素繊維の配向や積層順序を制御することで、特定の方向への振動伝達を抑制し、全体的な減衰性能を向上させます。
制振材・吸音材の複合化
CFRPの内部や表面に、高分子系制振材や多孔質吸音材を積層・一体化させることで、振動エネルギーを効果的に吸収・散逸させます。
構造的ダンピングの付与
ハニカム構造や中空構造などの内部構造を工夫したり、減衰層を設けることで、構造全体で振動を吸収する設計を取り入れます。
対策に役立つ製品例
粘弾性ポリマー配合樹脂
この樹脂は、外部からの振動エネルギーを熱エネルギーに変換する能力が高く、CFRPの振動減衰性を直接的に向上させます。材料自体の特性改善に寄与します。
特殊繊維配向積層板
炭素繊維の配向を精密に制御した積層板は、特定の振動モードに対して高い減衰効果を発揮します。構造設計と材料特性を両立させます。
制振・吸音機能付与複合シート
このシートは、CFRPと一体化させることで、振動の吸収・散逸と騒音の低減を同時に実現します。後加工なしで機能付与が可能です。
内部減衰構造形成用コア材
このコア材をCFRPで挟み込むことで、構造内部に減衰機能を持たせることができます。軽量性を維持しながら、高い振動抑制効果を発揮します。
