ポリアラミドハニカム：安定性、製造、用途

ポリアラミドハニカム構造は、主にノーメックスなどのアラミド繊維からなる高強度、軽量、高密度のコア製品でできています。ハニカムは今日、航空宇宙産業における内装材から防衛レベルのブラストパネルに至るまで、高複合材用途における一般的な特徴となっている。本稿では、ハニカムの構造と様々な産業における主な用途について技術的に要約する。

1.ポリアラミドハニカム構造の紹介

ポリアラミドハニカムコアは、フェノール樹脂を含浸またはコーティングしたアラミド繊維のシート、典型的にはNomex®紙を膨張させることによって作られます。これにより、軽量でありながら、六角形または過膨張のセル構造を持つセル構造が形成されます。この構造は天然のハニカムの強度特性を反映し、サンドイッチ複合システムにおいてより優れた性能を発揮する。

また、接着剤（炭素繊維やガラス繊維強化プラスチックなど）で接着された薄い高強度複合材スキンが両面に接着されたサンドイッチパネルのコア材としても使用されています。ポリアラミドコアは、重量を減らすことなく剛性、エネルギー吸収、断熱性を提供するため、重量が重要な用途に特に適しています。

図1 ポリアラミドハニカム

2.ポリアラミドハニカムコアの機械的特性

ポリアラミドハニカムの機械的性能は、その典型的な強みの一つである。

その主な特徴は以下の通りです：

• 高い強度対重量比：重量が軽いにもかかわらず、コアはせん断と圧縮の両方で大きな荷重に耐える能力があります。
• 耐疲労性：ポリアラミドハニカムには繰り返し荷重に耐える能力があり、長期荷重がかかる航空機や輸送要素に有用です。
• 損傷耐性：脆いコア材とは異なり、ポリアラミドハニカムは強い衝撃を受けると塑性変形し、壊滅的な破壊に対する緩衝ゾーンを作り出します。

これらの特性により、ポリアラミドハニカムは、民間および軍事プラットフォームにおける構造および半構造用途に適しています。

3.アラミドベースのハニカムの熱的・化学的安定性

ポリアラミドハニカムコアは優れた化学的・熱的安定性を示します。ポリアラミドハニカムは、通常180℃までの環境で非常に良好に機能し、広い温度範囲での寸法安定性を示します。さらに、熱劣化に強いため、高温硬化接着アセンブリに適しています。

化学的には、耐湿性、耐溶剤性、耐燃料性、耐弱酸性である。この特性は、海洋や湿気の多いサービス用途で特に有益です。第二に、その耐火性能は疑う余地のないものであり、FAR 25.853のような航空機内装品の炎、煙、毒性に関する要件を満たしている。

4.他のハニカム素材との比較

エンジニアがハニカム素材を選択する際、重量、強度、耐久性、耐食性、コストのバランスを考慮します。ポリアラミドハニカムはこの点で優れています：

• 対アルミハニカムポリアラミドハニカムは軽量で耐食性に優れ、FST（火炎、煙、毒性）の影響を受けやすい。
• 対熱可塑性プラスチック：熱可塑性プラスチックハニカムは、コストが低く、リサイクル可能ですが、通常、アラミドベースのコアに比べ、機械的強度に欠け、熱安定性が低くなります。
• 対カーボン/ケブラーハニカム：カーボンとケブラーのコアはより強力ですが、はるかに高価です。

これらの比較から、ポリアラミドハニカムは、あらゆる産業で幅広く使用できる素材であると言えます。その他のハニカム製品については、Stanford Advanced Materials (SAM)をご覧ください。

図2 アルミニウムハニカム

5.ポリアラミドパネルの音響・制振性

2つ目の重要な利点は、ポリアラミドハニカムの音響および機械的振動吸収能力です。サンドイッチパネルのコアとして、この材料は振動エネルギーを吸収し、音響バリアとして機能します。航空機キャビン、鉄道車両、自動車内装などの輸送産業では、騒音の低減が快適性と顧客満足度を向上させます。

6.ポリアラミドハニカムコアの用途

航空宇宙用サンドイッチ構造

ポリアラミドハニカムは、床板、側壁、天井、荷物室、間仕切りなどの航空機内装に幅広く使用されています。難燃性、発煙の低減、優れた機械的特性により、性能と安全性の両方が向上します。また、この素材は航空機の軽量化を促進し、燃費と積載量に直接貢献します。

自動車内装

アラミドハニカムは、ドアパネル、トランクカバー、ヘッドライナーの芯材として自動車に使用されています。自動車の重量を減らしながらも、内装の燃焼性要件を損なうことなく、燃費基準を満たすのに役立っています。また、エネルギー吸収能力により、事故時の乗客の安全性も確保されます。

船舶・鉄道用パネル

海洋用途では、ポリアラミドハニカムの耐食性は優れた資産です。船舶の内装、隔壁、甲板などに使用されています。鉄道用途では、特に高速鉄道や地下鉄で、メーカーが重量目標や厳しい防火要求を満たすのに役立ちます。

防衛とエネルギー吸収

ポリアラミドハニカムは、エネルギー吸収が重要な装甲システム、車両ブラストパネル、展開可能なシェルターに採用されています。ポリアラミドハニカムは軽量で衝撃変形が可能なため、爆風や弾道エネルギーを吸収・消散させる構造物に最適です。

UAVおよびドローン構造物

無人航空機（UAV）やドローンには、超軽量で強靭な構造体が求められます。ポリアラミドハニカムコアは、構造の完全性を犠牲にすることなく究極の飛行耐久性と操縦性を確保するために、翼、胴体シェル、および制御面に使用されています。

結論

航空宇宙から防衛に至るまで、ポリアラミドハニカムは機械的、熱的、音響的な技術要件を満たし、複合材料工学において重要なコア材料となっています。新しい加工技術と樹脂システムが利用可能になるにつれて、ポリアラミドハニカムは次世代の軽量構造の柱であり続けるでしょう。