NCAMPに登録されたHexWeb HRH-10ハニカム
National Center for Advanced Materials Performance（以下、NCAMP）にHexWeb HRH-10ハニカムが新たに登録されました。
NCAMPと聞いてすぐにイメージを持てる方はAAMを含む航空業界において型式証明に関係する業務をされている、若しくはこれから取り組もうとされる方々に限られると考えられます。
よって今回はその概要から入り、
新たに登録されたHexWeb HRH-10ハニカムについても述べたいと思います。
参考にしたのは以下の記事です。
※参考情報
Hexcel HexWeb HRH-10 Honeycomb Core Earns NCAMP Qualification
NCAMPとは
一言でいえば航空機向けの型式証明の一助となるシステムです。
FAAは航空機業界で型式証明に使用された材料データをAGATE材料として公開していました。
AGATEはNASAにその源流があるようです。
航空機業界での型式証明にも活用された材料データは、
試験計画、試験実施、試験結果のそれぞれにFAA、またはその代理人であるFARやDMIRの承認や立ち合いを経て取得された大変手間のかかったFRPでは数少ない”公的データ”の扱いです。
それをデータを取得した企業や研究機関だけでとどめていては材料の活用が進まない、
という課題解決の意味合いもあり、AGATEとして公開されたと私は理解しています。
使ってもらわないとコストも下がらないうえに、
安定供給にも不安があるという型式証明をとったユーザ都合によるものでしょう。
この公的FRP材料データの管理をWichita State University内のNational Institute for Aviation Researchに引き継ぎ、さらに
「AGATE同等の信頼性を担保できるデータを取得するスキームを提供する」
のがNCAMPの役割です。
型式証明において材料データはその一部でしかない
航空業界での型式証明は何度か述べたことがありますが、
当該証明の基軸は設計、材料、工程の3つです。
その中の材料で型式証明に向けて求められるものの一つが材料データであり、
それが前出のデータと概ね同等のものになります。
たまに航空機業界における材料認証という言葉を聴くことがありますが、
恐らく当該業界において材料認証という考えはありません。
航空機業界においてFRPは今でも信頼が無く、
耐空証明を取得するのに構成される部品の各型式証明に対し、
”それぞれに”材料データを取得し、材料規格並びに設計許容値を算出することが求められます。
既に型式証明を取得した部品に使われたFRP材料であっても、
それをそのまま顔パスで型式証明にそのまま活用できることは難しいのが一般的で、
どのような部品か、そして求められる技術要件に応じたデータを取得する必要があります。
よって材料認証というのは正確には存在せず、
強いて言うならばAGATEは型式証明の実績のある部品に用いられた材料（主にFRP）である、
と言えるに過ぎません。
FRP材料にお墨付きを与えるという考えが航空業界にはそもそも無いのです。
NCAMPで繰り返し記述されるQualification
NCAMPでは何度もQualificationという単語が用いられています。
この意味を正確に理解されている方はあまり多くないかもしれません。
ここでいうQualificationというのは航空業界での型式証明の中で材料に関するもののうち、
「材料規格内の表示数値を算出すること」
を意味しています。
なお、これ以外にAllowableという考えもあり、こちらは設計許容値を算出することを意味します。
材料規格というのは、
「その材料が何者か」
を示す名札のようなものです。
このような言葉の定義の意味からも、
NCAMPは材料がどういう物なのかを知ってもらうための第一歩となる材料を提供する、
というスタンスであることを理解できるかと思います。
型式証明を取得するまでに求められるフローに近い形でデータを取得して一般公開することで裾野を広げるのがNCAMP
NCAMPは、
- 型式証明を取得する”フロー”を再現して
- ”信頼性を担保できる”材料データ取得を促し
- それを”公開する”ことで、使用するユーザを増やす
ことが念頭にあります。
（なお、公開前提のものだけではないようです。詳細は後述します。）
NCAMPで新たにデータを取得しようとするFRPを含む材料は必ずしも型式証明を得た部品採用実績が無くとも、それに近い形で取得できればそれは信頼あるデータであり、
「航空機業界に限らず、幅広い産業界でその材料を使用する際の参考になるはずだ」
ということを主張したいというのが私の理解です。
よって、HexWeb HRH-10ハニカムを含むNCAMPで新たに公開される（公開されている）材料は、
必ずしも航空業界での実績があるとは限らないことに注意が必要です。
あくまでNCAMPとして公開する材料データが、
航空機業界の型式証明にも活用できるレベルの管理体制で取得されたものである、
と言っているにすぎないのです。
ただFRP等の特殊な材料について、ゼロからデータを取得する時間やコストを抑制しつつ、
妥当なデータを求めるユーザにとっては大変有意義なものとなり得るでしょう。
過去にもNCAMPについて何度か取り上げたことがあります。
※関連コラム
Advanced Air Mobility と Unmanned Aircraft Systems に関連するFRP材料と工程の概況
HexWeb HRH-10の概要
HexcelのページでHexWeb HRH-10のデータシートを見ることができます。
概要を述べます。
ハニカム構造
ハニカム（Honeycomb）はその名の通りハチの巣の形をしています。
この形は軽量ながら厚み方向に高い剛性や強度を備えることから、
外側をFRP等の剛性材、内部をハニカムにしたハニカムサンドウィッチ構造を形成し、
高剛性で軽量の構造材料として活用されています。
宇宙衛星などの筐体のスキン材はもちろん、
より身近なものだと航空機構造材や内装材である床材に用いられることがあります。
一方で縦、または横方向からの力に非常に弱いという異方性を有することも知られています。
この辺りは以下のコラムで述べたことがあります。
※関連コラム
ガラス繊維強化/フェノール樹脂製の耐熱性と難燃性を有するハニカム
材料構成
フェノール樹脂とアラミド繊維を組み合わせています。
いわゆるNomex(R)ハニカムです。
難燃性のフェノール樹脂を用いていることから難燃性はもちろん、
優れた誘電特性や耐水性、そして断熱性を有すると書かれています。
誘電率については、9375 MHzでの計測結果が示されており、
比誘電率で概ね1.04から1.19で当該特性は高いと言えると考えます。
1に近いほどほぼ材料内での分極が起こらないことを意味しており、
高い絶縁性を示すこととイコールになります。
材料の構造に対する磁場の方向によって比誘電率が多少異なるのは興味深い結果です。
比誘電率については過去にも述べています。
※関連コラム
難燃性はFAR25.853の自己消火の要件を満たしているとのことです。
FAR25.853については過去のコラムでも触れたことがあります。
※関連コラム
PPS をマトリックスとした Toray Cetex(R) TC1100 と FAR 25.853 難燃性評価
また接着性も高いと書かれています。
ハニカムサンドウィッチ構造にするには接着性は不可欠ですので、
当然ともいえる特性でしょう。
寸法
ハニカムパネルの基本的な寸法は以下のように述べられています。
- 長さ：1250±50mm
- 幅：2500±100mm
- 厚み：最大850mm 最小2mm
- パネル面積：3.125sqm
用途に応じて加工して購入するのが一般的のようで、
柔軟に対応できると書かれています。
商品名に上記以外の情報が記載されると書かれています。
一例として製品名が、
HRH-10-3.2-48(XXX)
の場合、3.2がセルのサイズ（六角セルのサイズ）、48が目付（kg/CBM）、XXXは追加情報を意味するとのことです。
セルの形状によって代表的な六角形であるHexagonal、
特定方向に六角形を引き延ばしたOverexpandedという二種類のセルの形状があることが図で示されています。
なおハニカムのセル形状は六角形だけでなく、Flex-Core等の特殊な形状のものもあります。
材料特性
圧縮とせん断に関する記述があり、
様々なセルサイズと目付のものが一覧として表示されています。
要点を述べたいと思います。
圧縮特性
圧縮特性はBare、Stabilisedの2種類が示されています。
Bareというのはハニカムをそのまま圧縮荷重をかけた際の特性を示し、
Stabilizedというのはハニカム形状維持に向けて固定や補強をするものだと考えられます。
例えば以下の文献の2.2項を見るとハニカムのStabilizing方法にはいくつかあり、
大きく分けて面内Stabilizingと側面Stabilizingがあると書かれています。
使用する材料はフィルム接着剤やプリプレグがあり、
どちらもハニカム形状が移動して当該形状が維持できなくなることを防ぐとのことです。
側面Stabilizingの一例は同文献のFigure 11にも示されています。
※参考情報
Honglong Lu et al, Journal of Physics: Conference Series, 2023, 2468, 012065
圧縮について特筆すべきは、目付が大きくなるほど圧縮強度や弾性率が上がることです。
セルサイズが変わらずに目付が大きいということは厚くなることとイコールなので、
厚いハニカムの方が圧縮特性が高いことを意味しています。
座屈しにくいハニカム故の興味深い性質です。
ここでいう圧縮は厚み方向に関するハニカムサンドウィッチ構造材の圧縮試験である、
ASTM C365のイメージになるようです。
※参考情報
ASTM C365 Compression Testing of Sandwich Core Materials
また、セルの形がHexagonalとOverexpandedで比較すると、
後者の方が高い傾向にあります。
以上のことから、圧縮荷重がかかるところにハニカムを使う場合、
できるだけ厚めのハニカムを用い、
セルの形はOverexpandedが望ましいと推測されます。
せん断特性
せん断特性はハニカムサンドウィッチ構造にしたうえで、
スキン材の平行を維持したまま片面を上に、
逆面を下に引張ることでハニカムにせん断荷重をかける試験のようです。
せん断特性も目付の上昇に伴い、向上することが示されています。
剛性の高い金属板で挟み込むことで面外変形を抑えていることから、
面内せん断試験という理解で問題ないと思います。
またセル形状がHexagonの場合、W方向（ハニカムセルが形づくられるときに膨らむ方向）とL方向（W方向と垂直方向）で顕著な差があり、当然ながら構造的な剛性が高いと考えられるL方向が2倍近く高い強度と弾性率になることがわかります。
これに対してOverexpandedはこの異方性が大幅に抑制されています。
恐らくこの面内せん断の異方性抑制がOverexpandedというセル形状採用の動機になっていると考えます。
一方で数値そのものはHexagonのそれよりも低く、
特性値そのものの低下を受け入れて異方性をおさえるか、
異方性の存在を理解した上でせん断特性の向上を目指すのかという、
設計思想によってセル形状を選ぶという考え方が重要になるでしょう。
圧縮やせん断に関する試験の詳細については、
以下の様な技術資料内のp.12から13に述べられています。
※参考情報
HexWeb(R) Honeycomb Attributes and Properties / Hexcel
HexWeb HRH-10はNCAMPのサイトでは未公開
ここでご紹介したHRH-10のNCAMPを通じて公開されるデータは、
上記のデータシートと比べてどうなのかが興味あるところでしたが、
残念ながら2026年11月9日現在では未公開です。
以下のNCAMPのページの下の方に”UPCOMING PUBLISHABLE”と書かれた部分があり、
その中にHexcel HexWeb(R) HRH-10-1/8-3.0’, NOMEX(R) aramid fiber Coreという記述があります。
※参照情報
National Center for Advanced Materials Performance
NCAMPに登録された材料にはCMCやBMIなどの特殊なものも含まれる
今後NCAMPで公開されるものとして、
伝統的な熱硬化のCFRPだけでなく強化繊維がガラスのGFRP、
PEKKとチョップCFを組み合わせたCFRTPや接着剤、3Dプリンタ向け材料、
中にはマトリックスがセラミックスのCMCもあります。
公開するものだけでなくPROPRIETARYと書かれたものもあり、
公開に制限が出るものもあることを示唆していると感じます。
ここではBMIやCMCなどの特殊な複合材があり、
申請者はNCAMPを運営するWichita State University内のNIAR ATLASに加え、
北米の超音速航空機航の開発に取り組むStratolaunch、そしてTorayやIHIといった日系企業の名前もあります。
今後も様々な複合材料がNCAMPを通じて適用拡大されることが期待されます。
ただあくまで材料は最終製品を形作る素材の役割なので、
ユーザ側がその材料を活かすための適切な設計を行うことが前提であることは言うまでもありません。
最後に
今回はNCAMPと当該掲載が決まったHexWeb HRH-10について述べました。
NCAMPはあくまでQualificationを念頭に置いて、
然るべき手順で材料特性を取得する仕組みのことで、
ここで公開されたデータは材料規格に活用できるデータである、
いわゆるお墨付きを与えるものであることをご説明しました。
ただし型式証明に向けた取り組みにおいて材料データ取得はごく一部であり、
設計許容値を算出するAllowable向けのデータにはQualificationに追加データが必要など、
その意味合いが異なることを理解することが肝要です。
そしてハニカムは目付やセルサイズで圧縮やせん断特性が変化し、
基本的には厚目付のものが特性が高いことをご紹介しました。
一般的なHexagonのセルはこれらの性能が高い一方で異方性が強く、
Overexpandedは特性そのものが低いものの異方性が抑制されるといった違いがあることも述べた通りです。
セルの形状がこれほど特性変化に影響を与えることは意外と感じた方もいらっしゃったかもしれません。
ハニカムはそれを単体で活用することは少なく、
既述の通りFRPと組み合わせてハニカムサンドウィッチ構造にする、
場合によってはフィリングコンパウンドをハニカムの中に充填して空間をなくす、
ということを行うこともあります。
FRPとの併用が多いハニカムのイメージをつかむ一助になれば幸いです。
