JP2010058381A - Fiber-reinforced composite material and process for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、3次元形状の繊維強化複合材料とその製造方法に関し、プリフォームとなる繊維基材を作製する過程に特徴を有する。 The present invention relates to a fiber-reinforced composite material having a three-dimensional shape and a method for producing the same, and is characterized by a process of producing a fiber base material to be a preform.
3次元形状の繊維強化複合材料のプリフォームを得る際には、作製が容易な2次元形状の繊維基材を、当該3次元形状を有する賦形型に密着させて賦形する手法が多く採られている。このことは、例えば特許文献1および2などに公知である。
When obtaining a preform of a three-dimensional shape fiber-reinforced composite material, there are many techniques for shaping a two-dimensional shape fiber base material that is easy to manufacture by bringing it into close contact with a shaping die having the three-dimensional shape. It has been. This is known, for example, in
上記手法によれば、もともとは2次元形状の繊維基材を3次元形状に変形させるため、繊維基材には若干のシワが生じる。ここでシワとは、繊維が極端に折り曲げられた状態を指す。このシワは、後にプリフォームを繊維強化複合材料とした場合に、当該複合材料の強度低下の原因となる。シワが生じないように、2次元形状の繊維基材に切れ目を設けてから、3次元形状の賦形型に密着させることも考えられるが、その場合は、当該切れ目が新たに強度低下の原因になってしまう。 According to the above method, since the two-dimensional fiber base material is originally deformed into a three-dimensional shape, the fiber base material is slightly wrinkled. Here, the wrinkle refers to a state in which the fiber is extremely bent. This wrinkle causes a decrease in strength of the composite material when the preform is used as a fiber-reinforced composite material later. In order to prevent wrinkles, it is conceivable that a cut is made in a two-dimensional shaped fiber base material and then brought into close contact with a three-dimensional shaped shaping mold. Become.
そこで本発明者等は、プリフォームとなる繊維基材として組物を採用することを考えた。組物を構成する2方向の組糸は、織物を構成する緯糸と経糸に比べて互いに動き易く、交差角度が変化し易いという特徴がある。この組糸の動きによれば、組糸の配列を乱すことなく、繊維基材の全体形状を変化させることができる。つまり織物の場合は、3次元形状の賦形型に対して織物を正確に密着させようとすると、シワが生じるのを避けられない。しかし、組物の場合は、賦形型の形状に対応して組糸が動くので、賦形時にシワが生じることはなく、繊維強化複合材料とした際の強度を向上できる。 Then, the present inventors considered adopting a braid as a fiber base material used as a preform. Compared with the weft and the warp constituting the woven fabric, the two-way braid constituting the braid is characterized by being easy to move and the crossing angle being easily changed. According to the movement of the braid, the overall shape of the fiber base material can be changed without disturbing the arrangement of the braid. In other words, in the case of a woven fabric, wrinkles are inevitable if the woven fabric is to be brought into close contact with the three-dimensional shaped mold. However, in the case of a braid, the braided yarn moves corresponding to the shape of the shaping mold, so that wrinkles do not occur during shaping, and the strength of the fiber-reinforced composite material can be improved.
このように、繊維基材として組物を採用すれば、最終的に、強度の高い繊維強化複合材料を得ることができる。しかし、賦形形状が異なる複数個の賦形部を含む複雑な3次元形状の繊維強化複合材料を製造する場合は、その強度にムラが生じるおそれがある。湾曲しない賦形部(直線部)では、組糸は互いに変位せず、組糸の密度は賦形過程の前後で変化しない。これに対し、湾曲する賦形部(湾曲部)では、組糸が互いに変位するため、その密度は賦形過程の前後で変化する。また、同じ湾曲部でも、湾曲方向または曲率が異なると、組糸の変位量が異なるため、密度の変化は異なる。つまり、繊維基材で組糸の密度を一定化しておいても、賦形過程後のプリフォームにおいて、その密度は一定にはならない。組糸の密度が一定でないプリフォームは、繊維強化複合材料とした際に強度が不均一となり、強度の低い箇所で破損し易く、信頼性に問題がある。 Thus, if a braid is employ | adopted as a fiber base material, a fiber reinforced composite material with high intensity | strength can be finally obtained. However, when manufacturing a complex three-dimensional fiber-reinforced composite material including a plurality of shaping portions having different shaping shapes, there is a possibility that unevenness may occur in the strength. In the shaping part (straight part) that does not bend, the braiding yarns are not displaced from each other, and the density of the braiding yarn does not change before and after the shaping process. On the other hand, since the braids are displaced from each other in the curved shaped part (curved part), the density changes before and after the shaping process. Further, even in the same bending portion, if the bending direction or the curvature is different, the displacement of the braid is different, so that the density change is different. That is, even if the density of the braid is made constant with the fiber base material, the density does not become constant in the preform after the shaping process. Preforms in which the density of the braid is not constant have non-uniform strength when used as a fiber-reinforced composite material, and are liable to break at low-strength locations, causing a problem in reliability.
本発明の目的は、プリフォームとなる繊維基材の組糸構造を好適化して、複雑な3次元形状に形成されたプリフォームの組糸の密度を一定にして、繊維強化複合材料の強度を均一化し、その信頼性を向上することにある。 The purpose of the present invention is to optimize the braid structure of the fiber base material to be a preform, to make the density of the braid of the preform formed into a complicated three-dimensional shape constant, and to increase the strength of the fiber-reinforced composite material. It is to make it uniform and improve its reliability.
本発明は、組物からなる繊維基材を作製する組成過程と、繊維基材を賦形型に密着させて賦形することにより、屈折線を備えた3次元形状のプリフォームを形成する賦形過程と、プリフォームに溶融樹脂を含浸させたのち硬化させる樹脂含浸硬化過程とを経て得られる3次元形状の繊維強化複合材料に関する。プリフォームに、賦形形状が異なる複数個の賦形部が、屈折線に沿って設けられる。繊維基材の編組面には、各賦形部の形成箇所に対応して、複数個の賦形編組部が設けられる。各賦形編組部における組糸の密度が、賦形過程における各賦形部の組糸の密度変化を補償する密度に設定される。複数個の賦形編組部を備えた繊維基材でプリフォームを形成して、複数個の賦形部における組糸の密度が一定化してあることを特徴とする。繊維基材の組糸の密度は、組糸の組角度の調整などにより変化させることができる。 The present invention relates to a composition process for producing a fiber base material composed of a braid and to form a three-dimensional shape preform with a refractive line by forming the fiber base material in close contact with the shaping mold. The present invention relates to a three-dimensional fiber reinforced composite material obtained through a shaping process and a resin impregnation curing process in which a preform is impregnated with a molten resin and then cured. The preform is provided with a plurality of shaping portions having different shaping shapes along the refraction line. On the braided surface of the fiber base material, a plurality of shaped braided portions are provided corresponding to the forming locations of the shaped portions. The density of the braiding yarn in each shaping braid is set to a density that compensates for the density change of the braiding yarn in each shaping portion in the shaping process. A preform is formed of a fiber base material having a plurality of shaped braided portions, and the density of the braided yarn in the plurality of shaped portions is constant. The density of the braid of the fiber base material can be changed by adjusting the braid angle of the braid.
本発明に係るプリフォームの最も簡単な具体例としては、湾曲しない1個の賦形部(直線部)と湾曲する1個の賦形部(湾曲部)とで構成されるもの、あるいは、形状が異なる2個の湾曲部で構成されるものを挙げることができる。後者において形状が異なるとは、湾曲方向あるいは曲率などが異なっていることを指す。3個以上の賦形部を含むプリフォームの場合も同様に考えることができ、この場合は、同一形状の賦形部を2個以上備えていてもよい。 As the simplest specific example of the preform according to the present invention, a preform constituted by one shaping part (straight part) that does not bend and one shaping part (curving part) that is curved, or a shape There can be mentioned those composed of two curved portions having different values. The difference in shape in the latter means that the bending direction or the curvature is different. The case of a preform including three or more shaped portions can be considered in the same manner. In this case, two or more shaped portions having the same shape may be provided.
具体的には、プリフォームが、湾曲する賦形部を含んで形成される。繊維基材は、組糸の間に中央糸が組み込まれた組物からなり、プリフォームの湾曲する賦形部を通るように中央糸が配置してある。 Specifically, the preform is formed including a curved shaping portion. The fiber base material is formed of a braid in which the central yarn is incorporated between the braided yarns, and the central yarn is arranged so as to pass through the curved shaping portion of the preform.
繊維基材が平打組物からなる形態を採ることができる。もしくは繊維基材が丸打組物からなる形態を採ることができる。後者の場合は、賦形過程に先行して、丸打組物を扁平に押し潰して2層状に形成し、賦形過程において、得られた2層状の繊維基材を賦形型に密着させて、プリフォームを形成する。 A form in which the fiber base material is made of a flat punched article can be adopted. Or the form which a fiber base material consists of a round punching thing can be taken. In the latter case, prior to the shaping process, the round punched product is flattened into two layers, and in the shaping process, the obtained two-layer fiber substrate is brought into close contact with the shaping mold. To form a preform.
また本発明は、組物からなる繊維基材を作製する組成過程と、繊維基材を賦形型に密着させて賦形することにより、屈折線を備えた3次元形状のプリフォームを形成する賦形過程と、プリフォームに溶融樹脂を含浸させたのち硬化させる樹脂含浸硬化過程とを含む3次元形状の繊維強化複合材料の製造方法に関する。プリフォームに、賦形形状が異なる複数個の賦形部が、屈折線に沿って設けられる。繊維基材の編組面には、各賦形部の形成箇所に対応して、複数個の賦形編組部が設けられる。各賦形編組部における組糸の密度が、賦形過程における各賦形部の組糸の密度変化を補償する密度に設定される。複数個の賦形編組部を備えた繊維基材でプリフォームを形成して、複数個の賦形部における組糸の密度が一定化してあることを特徴とする。 In addition, the present invention forms a three-dimensional shape preform having a refractive line by forming a fiber substrate made of a braid and forming the fiber substrate in close contact with the shaping mold. The present invention relates to a method for producing a three-dimensional fiber reinforced composite material including a shaping process and a resin impregnation curing process in which a preform is impregnated with a molten resin and then cured. The preform is provided with a plurality of shaping portions having different shaping shapes along the refraction line. On the braided surface of the fiber base material, a plurality of shaped braided portions are provided corresponding to the forming locations of the shaped portions. The density of the braiding yarn in each shaping braid is set to a density that compensates for the density change of the braiding yarn in each shaping portion in the shaping process. A preform is formed of a fiber base material having a plurality of shaped braided portions, and the density of the braided yarn in the plurality of shaped portions is constant.
本発明では、繊維基材の編組面に、プリフォームに設けられる各賦形部の形成箇所に対応して、複数個の賦形編組部を設け、各賦形編組部における組糸の密度を、賦形過程における各賦形部の組糸の密度変化を補償する密度に設定する。具体例を挙げると、湾曲しない賦形部(直線部)では、組糸は変位せず、その密度は変化しないので、対応する賦形編組部の組糸の密度は基準値に設定する。プリフォームの湾曲する賦形部(湾曲部)が、組糸の中心線の間隔が広がるように湾曲しており、賦形前に比べて組糸の密度が小さくなる場合は、対応する賦形編組部の組糸の密度を基準値よりも大きく設定する。逆に湾曲部が、組糸の中心線の間隔が狭まるように湾曲しており、賦形前に比べて組糸の密度が大きくなる場合は、対応する賦形編組部の組糸の密度を基準値よりも小さく設定する。密度を大きくあるいは小さく設定する際の基準値との差は、賦形過程での密度の変化に応じて定める。 In the present invention, on the braided surface of the fiber base material, a plurality of shaped braided portions are provided corresponding to the forming locations of the shaped portions provided on the preform, and the density of the braided yarn in each shaped braided portion is determined. The density is set to compensate for the change in density of the braiding yarn of each shaping part in the shaping process. To give a specific example, in the shaped part (straight part) that does not bend, the braid is not displaced and its density does not change, so the density of the braid in the corresponding shaped braid is set to the reference value. If the shaped part (curved part) of the preform is curved so that the distance between the center lines of the braid is widened, and the density of the braid is smaller than before shaping, the corresponding shaping The density of the braided yarn in the braided portion is set larger than the reference value. Conversely, if the curved part is curved so that the interval between the center lines of the braid is narrowed, and the density of the braid is greater than before shaping, Set smaller than the reference value. The difference from the reference value when the density is set large or small is determined according to the change in density during the shaping process.
このように、繊維基材の各賦形編組部の組糸の密度を、賦形過程における組糸の密度変化を補償する密度に設定していると、賦形過程において、複数個の賦形部における組糸の密度が一定化されたプリフォームを得ることができ、最終的には、強度が均一で信頼性の高い繊維強化複合材料を得ることができる。 As described above, when the density of the braiding yarn of each shaping braided portion of the fiber base material is set to a density that compensates for the density change of the braiding yarn in the shaping process, a plurality of shaping is performed in the shaping process. A preform in which the density of the braiding yarn in the part is constant can be obtained, and finally, a fiber-reinforced composite material having a uniform strength and high reliability can be obtained.
以上のように本発明は、賦形過程における密度変化を補償できるように、繊維基材の組糸の密度を設定するものであり、同じ繊維基材と賦形型を用いる限り、密度の変化は同一であることを前提としている。これを常に同一にするためには、各組糸に常に同じ動きをさせる必要がある。しかし、プリフォームの湾曲部においては、組糸が予定とは異なる動きをする場合がある。湾曲部内には、組糸が互いに大きく動く箇所と、あまり動かない箇所とがあり、組糸の動きを常に同じにするためには、これらの箇所を常に同一にする必要がある。しかし、全ての組糸が比較的自由に動ける状態にあると、これらの箇所が賦形する度に異なってしまう場合があり、組糸の密度が一定でない不良品のプリフォームが度々製造されてしまう。 As described above, the present invention sets the density of the braiding yarn of the fiber base material so that the density change in the shaping process can be compensated, and as long as the same fiber base material and shaping mold are used, the density change Are assumed to be identical. In order to make this always the same, it is necessary to make each braid always perform the same movement. However, there is a case where the braided yarn moves differently from the expected in the curved portion of the preform. In the curved portion, there are a portion where the braided yarn moves greatly and a portion where the braided yarn does not move so much, and in order to make the movement of the braided yarn always the same, these portions need to be always the same. However, if all the braids are in a relatively free-moving state, these locations may differ each time they are shaped, and defective preforms with non-constant braid density are often produced. End up.
そこで本発明では、組糸の間に中央糸を組み込むようにした。中央糸の周辺部では組糸の動きが拘束されるので、プリフォームの湾曲部を通るように中央糸を配置しておけば、湾曲部内で組糸の動かない箇所を定めることができる。そして、組糸の動かない箇所が定まると、組糸の動く箇所も自然と定まる。つまり、湾曲部内の組糸の動きを常に同一にすることができる。換言すれば、組糸が常に予定した通りに動くようになる。これにより、プリフォームの組糸の密度をより確実に一定化できる。 Therefore, in the present invention, the center yarn is incorporated between the braiding yarns. Since the movement of the braiding yarn is constrained at the peripheral portion of the central yarn, if the central yarn is arranged so as to pass through the curved portion of the preform, a place where the braiding yarn does not move can be determined in the curved portion. When the place where the braiding yarn does not move is determined, the place where the braiding yarn moves is also determined naturally. That is, the movement of the braiding yarn in the curved portion can always be the same. In other words, the braid always moves as planned. Thereby, the density of the braid of the preform can be more reliably made constant.
繊維基材を平打組物とした場合は、賦形前の加工を必要とせず、その状態のままで賦形型に密着させて賦形することができるので、繊維強化複合材料の製造工程の工数を削減することができる。一方、繊維基材を丸打組物とした場合は、扁平に押し潰すという簡単な作業で2層状に形成することができ、プリフォームの強度、すなわち、繊維強化複合材料の強度を容易に高めることができる。 When the fiber base material is a flat braided product, processing before shaping is not necessary, and it can be shaped by adhering to the shaping mold as it is, so that the manufacturing process of the fiber reinforced composite material Man-hours can be reduced. On the other hand, when the fiber base material is a round punched product, it can be formed into two layers by a simple operation of crushing flatly, and the strength of the preform, that is, the strength of the fiber-reinforced composite material can be easily increased. be able to.
(第1実施形態) 本発明に係る繊維強化複合材料とその製造方法の第1実施形態を、図1から図11を用いて説明する。ここでの繊維強化複合材料は、繊維基材2を作製する組成過程と、繊維基材2を賦形型3に密着させて賦形することによりプリフォーム1を形成する賦形過程と、プリフォーム1に溶融樹脂を含浸させたのち熱硬化させる樹脂含浸硬化過程とを経て、得ることができる。繊維基材2は、多数の組糸4を組んで成る平打組物である。以下ではまず、平打組物2を作製する組成過程について、図2から図5を用いて説明する。
(1st Embodiment) 1st Embodiment of the fiber reinforced composite material which concerns on this invention, and its manufacturing method is described using FIGS. 1-11. The fiber-reinforced composite material here includes a composition process for producing the
平打組物2を組成するための平打組機は、図2および図3に示すように、中心部が開口する円板状のプレート5と、プレート5に穿設された軌道6に沿って走行する多数のボビンキャリア7などで構成される。マンドレル8は、径方向より軸方向に長い中空円筒状に形成されており、プレート5の開口9の中心部を上下方向に貫通するように配置される。各ボビンキャリア7は、下部が軌道6内に収まるキャリアと、キャリアの上側に装着されたボビンと、ボビンに巻き付けられた組糸4の繰出機構とを備える。組糸4は、複数のガラス繊維あるいはカーボン繊維などを束ねた繊維束である。マンドレル8を上方向に移動させながら、各ボビンキャリア7を軌道6に沿って走行させることにより、マンドレル8の外周面上に組糸4を順次組み付けることができる。
As shown in FIGS. 2 and 3, the flat assembly machine for composing the
図2に示すように軌道6は、全体として、無限大の記号(∞)を複数個横一列に繋げたものを円形状に湾曲させたような形状を呈している。具体的には、軌道6は、各ボビンキャリア7が蛇行しながら平面視で時計回り方向に周回する往路11と、蛇行しながら反時計回り方向に周回する復路12と、往路11の終点から復路12の始点に繋がる第1折り返し点13と、復路12の終点から往路11の始点に繋がる第2折り返し点14とを備える。往路11と復路12は多数の箇所で交錯している。
As shown in FIG. 2, the
マンドレル8の外周面には、図3および図4に示すように、マンドレル8の軸方向に並ぶ多数のピン16からなる一対のピン列17・17が突出するように形成してあり、各ピン16の先端は、軌道6の折り返し点13・14に指向している。また、プレート5の上面から各ピン列17に向けて、一対の棒状のガイド18・18が配置される。詳しくは、各ガイド18は、軌道6の往路11と復路12に囲まれた折り返し点13・14の近接位置を基端として、そこから上斜め方向に伸びるように配置されている。図4に示すように、ボビンキャリア7が折り返し点13(14)に接近すると、当該ボビンキャリア7の組糸4がガイド18の基端部に引っ掛かる。そこからボビンキャリア7がさらに進むと、引っ掛かった組糸4はガイド18の先端方向に進み、やがて図4に実線で示すように、ガイド18の先端から1つのピン16に移る。ピン16に引っ掛かった組糸4は、図3に示すように、それまでとは逆方向に周回するようにマンドレル8に巻き付けられる。
As shown in FIGS. 3 and 4, a pair of
図5は、マンドレル8に対する組糸4の組み付けが完了した状態を示しており、多数の組糸4で構成された1つの組成体20が、マンドレル8の外周面上に形成されている。組成体20の横断面はC字形状を呈する。この組成体20をマンドレル8から分離すると、図6に示すような帯状の平打組物2が得られる。
FIG. 5 shows a state in which the assembly of the
図6に示すように、平打組物2の幅方向両端部には、平打組物2の長手方向に伸びる中央糸22がそれぞれ配置される。中央糸22は、組成過程において、各ガイド18の基端に隣接する位置からマンドレル8の軸方向に送給されており、組糸4がマンドレル8に巻き付けられる際に組糸4の間に組み込まれる。中央糸22は組糸4と同様に繊維束からなる。中央糸22を構成する繊維は、組糸4のそれと同じでもよく、また異なっていてもよい。図6において符号Lで示した想像線は、平打組物2を幅方向に等分する二等分線である。2本の中央糸22・22は、二等分線Lと平行であり、また二等分線Lに対して対称である。
As shown in FIG. 6,
組成過程に次いで行われる賦形過程では、図7(a)に示すように、繊維基材2を賦形型3に密着させて賦形することにより、3次元形状のプリフォーム1を形成する。賦形型3は、形成対象となるプリフォーム1の形状に対応して成形されており、この賦形型3の形状に合致するように平打組物2を賦形することにより、所望する形状のプリフォーム1を得ることができる。賦形過程ではまず、平打組物2の長手方向の一端側を賦形型3に密着させる。その状態から、密着の範囲を他端側へと広げていき、平打組物2の全体を賦形型3に密着させたところで、賦形過程は完了となる。この作業は手作業で行われる。
In the shaping process performed after the composition process, as shown in FIG. 7A, the
図7に示すようにプリフォーム1は、湾曲する1本の屈折線24と、屈折線24に連続する2個の構成面25・25とからなり、断面はV字形状を呈する。屈折線24の形成箇所は、図6に示した平打組物2の二等分線Lに一致する。平打組物2を密着させる作業は、図6に示した二等分線Lに沿う折り目を平打組物2に対して先に設けてから行うこともできる。符号26はプリフォーム1の遊端線を示しており、各遊端線26の近傍に1本の中央糸22が配置される。賦形過程において中央糸22は、その周辺部で組糸4を拘束するため、遊端線26の長さ寸法は平打組物2の長手方向寸法にほぼ等しい。図7(b)に示すように、2個の構成面25・25および2本の中央糸22・22は、屈折線24の全体を含む垂直面Xに対して対称である。完成したプリフォーム1は、賦形型3に密着した状態のまま、次の樹脂含浸硬化過程に移される。賦形型3から離型すると、目的の繊維強化複合材料が完成する。
As shown in FIG. 7, the
図1に示すように、本実施形態に係るプリフォーム1は、屈折線24に沿って一列に並ぶ7個の賦形部Z1〜Z7を備えており、湾曲しない賦形部(直線部)Z1・Z3・Z5・Z7と、湾曲する賦形部(湾曲部)Z2・Z4・Z6とが交互に配置される。3個の湾曲部Z2・Z4・Z6のうち両端側の湾曲部Z2・Z6は、屈折線24がV字断面の頂角方向に凸曲状に湾曲する凸湾曲部であり、中間の湾曲部Z4は、凸湾曲部Z2・Z6とは逆方向に湾曲する凹湾曲部である。各湾曲部Z2・Z4・Z6の曲率は、屈折線24の全長にわたって一定であり、両凸湾曲部Z2・Z6の曲率は等しい。
As shown in FIG. 1, the
賦形過程において、各直線部Z1・Z3・Z5・Z7では組糸4は変位していないが、各湾曲部Z2・Z4・Z6では組糸4が互いに変位している。各遊端線26の近傍には中央糸22が配置されており、この中央糸22の周辺部では組糸4が拘束されるので、各湾曲部Z2・Z4・Z6の組糸4は、屈折線24側で大きく変位している。凸湾曲部Z2・Z6の屈折線24上では、賦形前と比べて隣接する組糸4の中心線の間隔が広がって、繊維束からなる組糸4の幅寸法が大きくなり、組糸4の密度が小さくなる。一方、凹湾曲部Z4の屈折線24上では、賦形前と比べて隣接する組糸4の中心線の間隔が狭まって、組糸4の幅寸法が小さくなり、組糸4の密度が大きくなる。
In the shaping process, the
以上のように、屈折線24の周辺部の組糸4の密度は、凸湾曲部Z2・Z6では賦形前より小さくなり、凹湾曲部Z4では大きくなり、そして直線部Z1・Z3・Z5・Z7では変化しない。そのため、平打組物2で組糸4の密度を一定にしていると、賦形過程を経たプリフォーム1では、各賦形部Z1〜Z7で密度がバラバラになってしまう。組糸4の密度が一定でなければ、繊維強化複合材料とした際に強度が不均一となる。本実施形態の繊維強化複合材料は、使用形態において、屈折線24の周辺部に最も大きい負荷が掛かることが想定されており、複合材料の信頼性の向上のためには、屈折線24の周辺部の強度を均一化する必要がある。そして、強度の均一化のためには、屈折線24の周辺部の組糸4の密度を一定化する必要がある。
As described above, the density of the
そこで本実施形態では、図8に示すように、平打組物2の編組面に、各直線部Z1・Z3・Z5・Z7に対応する賦形編組部(直線編組部)Y1・Y3・Y5・Y7と、各湾曲部Z2・Z4・Z6に対応する賦形編組部(湾曲編組部)Y2・Y4・Y6とをそれぞれ設けた。そして、湾曲編組部Y2・Y4・Y6の組糸4の密度を、賦形過程における組糸4の密度変化を補償する密度に設定した。具体的には、直線編組部Y1・Y3・Y5・Y7の組糸4の密度を基準値に設定する。凸湾曲部Z2・Z6では賦形過程で密度が小さくなるので、それに対応する凸湾曲編組部Y2・Y6の密度を基準値より大きく設定する。凹湾曲部Z4では賦形過程で密度が大きくなるので、それに対応する凹湾曲編組部Y4の密度を基準値より小さく設定する。各湾曲編組部Y2・Y4・Y6の密度の基準値との差は、対応する各湾曲部Z2・Z4・Z6での密度の変化に応じて設定する。密度の変化は、湾曲部Z2・Z4・Z6の曲率などにより定まる。以上のように各賦形編組部Y1〜Y7の密度を設定しておくと、平打組物2を賦形してプリフォーム1を形成したときに、屈折線24の周辺部の組糸4の密度が一定となる。
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 8, on the braided surface of the flat
各賦形編組部Y1〜Y7で組糸4の密度が異なる平打組物2は、組成過程において組糸4の組角度を順次変化させることにより、作製することができる。組角度とは、マンドレル8の中心軸に対して組糸4がなす鋭角のことであり、これが90°に近付くほど組糸4の密度は大きくなる。組角度を変更する手段としては、ボビンキャリア7からの組糸4の繰出角度を変更する方法の他、マンドレル8の移動速度あるいはボビンキャリア7の走行速度を変更する方法などを適用することができる。これらの方法を単独または組み合わせて適用して組角度を変化させると、組糸4が引っ掛かるピン16の間隔がそれまでとは変化する。つまり、組角度を大きくするほど間隔は小さくなり、逆に組角度を小さくするほど間隔は大きくなる。組角度を大きくしたとき、1本のピン16に2本以上の組糸4が引っ掛かることがないように、各ピン列17のピン16の間隔は充分に小さく設定されている。
The flat punched
図8において符号θ1〜θ3は、平打組物2の各賦形編組部Y1〜Y7での2方向の組糸4の交差角度を示しており、組糸4の組角度が大きくなるほど交差角度は小さくなる。組糸4の密度が基準値である直線編組部Y1・Y3・Y5・Y7の交差角度θ1と比較して、組角度が大きく組糸4の密度が大きい凸湾曲編組部Y2・Y6では、交差角度θ2がθ1より小さい。また、組角度が小さく組糸4の密度が小さい凹湾曲編組部Y4では、交差角度θ3がθ1より大きい。
In FIG. 8, reference signs θ <b> 1 to θ <b> 3 indicate crossing angles of the two-
図9は、プリフォーム1の直線部Z1・Z3・Z5・Z7の組糸4の構成を拡大して示す図であり、組糸4の交差角度φ1および幅寸法W1は任意の位置で等しい。これら直線部Z1・Z3・Z5・Z7では、賦形過程で組糸4が動かないことから、賦形過程の前後で交差角度および幅寸法は変化しておらず、交差角度φ1は、直線編組部Y1・Y3・Y5・Y7の交差角度θ1に等しい。
FIG. 9 is an enlarged view showing the configuration of the
図10(a)は、平打組物2の凸湾曲編組部Y2・Y6を示しており、ここでは組糸4の交差角度θ2および幅寸法V2が任意の位置で等しい。これら凸湾曲編組部Y2・Y6で幅寸法V2は、直線編組部Y1・Y3・Y5・Y7に比べて組角度を大きくしている関係で、直線編組部Y1・Y3・Y5・Y7のそれより若干小さくなっている。
FIG. 10A shows the convex curved braided portions Y2 and Y6 of the flat
図10(b)は、凸湾曲編組部Y2・Y6が凸曲してできるプリフォーム1の凸湾曲部Z2・Z6を示す。ここで組糸4の交差角度は、交差箇所が屈折線24に近寄るほど小さくなっており、屈折線24上(φ21)で最小、遊端線26上(φ22)で最大となる。一方、組糸4の幅寸法は、屈折線24に近寄るほど大きくなっており、屈折線24上で最大、遊端線26上で最小となる。遊端線26上の幅寸法W22は、その近傍に配置された中央糸22により組糸4が拘束されるために、凸湾曲編組部Y2・Y6での幅寸法V2にほぼ等しい。屈折線24上の幅寸法W21は、着目すべき点として、直線部Z1・Z3・Z5・Z7での幅寸法W1にほぼ等しい。つまり、屈折線24の周辺部の組糸4の密度は、直線部Z1・Z3・Z5・Z7と凸湾曲部Z2・Z6とでほぼ等しい。なお、凸湾曲部Z2・Z6において、組糸4の交差角度とは、交差する組糸4の長手方向の中心線どうしがなす角のうち小さい方の角度を指し、組糸4の幅方向とは、前記中心線に直交する方向を指す。次の図11(b)に示す凹湾曲部Z4でも同様とする。
FIG. 10B shows convex curved portions Z2 and Z6 of the
図11(a)は、平打組物2の凹湾曲編組部Y4を示しており、ここでは組糸4の交差角度θ3および幅寸法V3が任意の位置で等しい。この凹湾曲編組部Y4で幅寸法V3は、直線編組部Y1・Y3・Y5・Y7に比べて組角度を小さくしている関係で、直線編組部Y1・Y3・Y5・Y7のそれより若干大きくなっている。
Fig.11 (a) has shown the concave curve braid part Y4 of the flat
図11(b)は、凹湾曲編組部Y4が凹曲してできるプリフォーム1の凹湾曲部Z4を示す。ここで組糸4の交差角度は、交差箇所が屈折線24に近寄るほど大きくなっており、屈折線24上(φ31)で最大、遊端線26上(φ32)で最小となる。一方、組糸4の幅寸法は、屈折線24に近寄るほど小さくなっており、屈折線24上で最小、遊端線26上で最大となる。遊端線26上の幅寸法W32は、その近傍に配置された中央糸22により組糸4が拘束されるために、凹湾曲編組部Y4での幅寸法V3にほぼ等しい。屈折線24上の幅寸法W31は、着目すべき点として、直線部Z1・Z3・Z5・Z7での幅寸法W1にほぼ等しい。つまり、屈折線24の周辺部の組糸4の密度は、直線部Z1・Z3・Z5・Z7と凹湾曲部Z4とでほぼ等しい。
FIG. 11B shows a concavely curved portion Z4 of the
以上のように本実施形態では、屈折線24の周辺部の組糸4の密度が一定であるプリフォーム1を得ることができ、最終的に、屈折線24の周辺部の強度が均一な繊維強化複合材料を製造できる。この複合材料は、屈折線24の周辺部に大きい負荷が掛かっても破損し難く、信頼性の高いものである。
As described above, in the present embodiment, the
(第2実施形態) 本発明に係る繊維強化複合材料の第2実施形態を、図12を用いて説明する。本実施形態は、各中央糸22を屈折線24の近傍に配置する点が、先の第1実施形態と相違する。この配置によれば、屈折線24の近傍で組糸4の動きが拘束されるので、屈折線24の長さ寸法は平打組物2の長手方向寸法にほぼ等しい。
(2nd Embodiment) 2nd Embodiment of the fiber reinforced composite material which concerns on this invention is described using FIG. This embodiment is different from the first embodiment in that each
賦形過程において各湾曲部Z2・Z4・Z6の組糸4は、遊端線26側で大きく変位している。凸湾曲部Z2・Z6の遊端線26上では、賦形前と比べて隣接する組糸4の中心線の間隔が狭まって、組糸4の幅寸法が小さくなり、組糸4の密度が大きくなる。そのため、凸湾曲部Z2・Z6に対応する平打組物2の凸湾曲編組部Y2・Y6では、組糸4の密度が基準値より小さく設定してある。一方、凹湾曲部Z4の遊端線26上では、賦形前と比べて隣接する組糸4の中心線の間隔が広がって、組糸4の幅寸法が大きくなり、組糸4の密度が小さくなる。そのため、凹湾曲部Z4に対応する平打組物2の凹湾曲編組部Y4では、密度が基準値より大きく設定してある。本実施形態のプリフォーム1は、各遊端線26の周辺部で組糸4の密度が一定である。
In the shaping process, the
(第3実施形態) 本発明に係る繊維強化複合材料の第3実施形態を、図13から図15を用いて説明する。本実施形態は、プリフォーム1となる繊維基材として丸打組物2を採用する点が、先の第1実施形態と相違する。図13および図14は、丸打組物2を組成するための丸打組機を示しており、ピン16とガイド18を備えない点の他、軌道6の構成が第1実施形態とは異なっている。軌道6は、半数のボビンキャリア7が蛇行しながら平面視で時計回り方向に周回する無端状の第1軌道31と、残り半数のボビンキャリア7が蛇行しながら反時計回り方向に周回する無端状の第2軌道32とを備える。第1軌道31と第2軌道32は多数の箇所で交錯している。軌道6に沿ってボビンキャリア7が走行すると、マンドレル8の外周面上に、組糸4が螺旋状に巻き付けられる。
(3rd Embodiment) 3rd Embodiment of the fiber reinforced composite material which concerns on this invention is described using FIGS. 13-15. This embodiment is different from the first embodiment in that a round punched
マンドレル8に対する組糸4の組み付けが完了すると、図15に想像線で示すような円筒状の丸打組物2が得られる。この丸打組物2は、マンドレル8から分離した後、図15に実線で示すように、外周面側から扁平に押し潰して2層帯状に成形する。その後、賦形過程に移り、得られた2層状の丸打組物2を賦形型3に密着させて賦形することにより、プリフォーム1を形成することができる。それ以外の点は先の第1実施形態と同様であるため、同様の部材には同様の符号を付してその説明を省略する。
When the assembly of the
その他本発明は、プリフォーム1が、曲率の異なる複数の湾曲部を備える場合、あるいは、直線部を備えずに複数個の湾曲部のみで構成される場合などにも適用することができる。プリフォーム1の湾曲部Z2・Z4・Z6のみに中央糸22を配置する形態を採ることができる。
In addition, the present invention can also be applied to the case where the
1 プリフォーム
2 繊維基材(平打組物・丸打組物)
3 賦形型
4 組糸
22 中央糸
24 屈折線
26 遊端線
Y1・Y3・Y5・Y7 繊維基材の賦形編組部(直線編組部)
Y2・Y6 繊維基材の賦形編組部(凸湾曲編組部)
Y4 繊維基材の賦形編組部(凹湾曲編組部)
Z1・Z3・Z5・Z7 プリフォームの賦形部(直線部)
Z2・Z6 プリフォームの賦形部(凸湾曲部)
Z4 プリフォームの賦形部(凹湾曲部)
1
3 Shaping
Y2 ・ Y6 shaped braided part of fiber base (convex curved braided part)
Y4 shaped braided part of fiber base (concave curved braided part)
Z1, Z3, Z5, Z7 preform shaping part (straight line part)
Z2 ・ Z6 preform shaping part (convex curved part)
Z4 preform shaping part (concave curved part)
Claims (8)
前記繊維基材を賦形型に密着させて賦形することにより、屈折線を備えた3次元形状のプリフォームを形成する賦形過程と、
前記プリフォームに溶融樹脂を含浸させたのち硬化させる樹脂含浸硬化過程とを経て得られる3次元形状の繊維強化複合材料であって、
前記プリフォームに、賦形形状が異なる複数個の賦形部が、前記屈折線に沿って設けられており、
前記繊維基材の編組面には、前記各賦形部の形成箇所に対応して、複数個の賦形編組部が設けられており、
前記各賦形編組部における組糸の密度が、前記賦形過程における前記各賦形部の組糸の密度変化を補償する密度に設定されており、
複数個の前記賦形編組部を備えた前記繊維基材で前記プリフォームを形成して、複数個の前記賦形部における組糸の密度が一定化してあることを特徴とする繊維強化複合材料。 A composition process for producing a fiber substrate composed of a braid;
A shaping process for forming a three-dimensional preform with a refractive line by forming the fibrous base material in close contact with the shaping mold;
A three-dimensional fiber reinforced composite material obtained through a resin impregnation curing process in which the preform is impregnated with a molten resin and then cured,
The preform is provided with a plurality of shaping portions having different shaping shapes along the refraction line,
On the braided surface of the fiber base material, a plurality of shaped braided portions are provided corresponding to the formation locations of the respective shaped portions,
The density of the braiding yarn in each shaping braided part is set to a density that compensates for the density change of the braiding yarn in each shaping part in the shaping process,
A fiber-reinforced composite material, wherein the preform is formed from the fiber base material having a plurality of the shaped braided portions, and the density of the braided yarn in the plurality of shaped portions is constant. .
前記繊維基材は、組糸の間に中央糸が組み込まれた組物からなり、
前記中央糸が、前記湾曲する賦形部を通るように配置してある請求項1記載の繊維強化複合材料。 The preform is formed to include a curved shaping portion,
The fiber base material is composed of a braid in which a central yarn is incorporated between braids,
The fiber-reinforced composite material according to claim 1, wherein the central yarn is disposed so as to pass through the curved shaped portion.
前記賦形過程に先行して、前記丸打組物を扁平に押し潰して2層状に形成し、
前記賦形過程において、得られた2層状の前記繊維基材を前記賦形型に密着させて、前記プリフォームが形成してある請求項1または2記載の繊維強化複合材料。 The fiber base material comprises a round punched structure,
Prior to the shaping process, the round punched product is flattened into two layers,
The fiber-reinforced composite material according to claim 1 or 2, wherein the preform is formed by bringing the obtained two-layer fiber base material into close contact with the shaping mold in the shaping process.
前記繊維基材を賦形型に密着させて賦形することにより、屈折線を備えた3次元形状のプリフォームを形成する賦形過程と、
前記プリフォームに溶融樹脂を含浸させたのち硬化させる樹脂含浸硬化過程とを含む3次元形状の繊維強化複合材料の製造方法であって、
前記プリフォームに、賦形形状が異なる複数個の賦形部が、前記屈折線に沿って設けられており、
前記繊維基材の編組面には、前記各賦形部の形成箇所に対応して、複数個の賦形編組部が設けられており、
前記各賦形編組部における組糸の密度が、前記賦形過程における前記各賦形部の組糸の密度変化を補償する密度に設定されており、
複数個の前記賦形編組部を備えた前記繊維基材で前記プリフォームを形成して、複数個の前記賦形部における組糸の密度が一定化してあることを特徴とする繊維強化複合材料の製造方法。 A composition process for producing a fiber substrate composed of a braid;
A shaping process for forming a three-dimensional preform with a refractive line by forming the fibrous base material in close contact with the shaping mold;
A method for producing a three-dimensional fiber reinforced composite material comprising a resin impregnation curing process in which the preform is impregnated with a molten resin and then cured.
The preform is provided with a plurality of shaping portions having different shaping shapes along the refraction line,
On the braided surface of the fiber base material, a plurality of shaped braided portions are provided corresponding to the formation locations of the respective shaped portions,
The density of the braiding yarn in each shaping braided part is set to a density that compensates for the density change of the braiding yarn in each shaping part in the shaping process,
A fiber-reinforced composite material, wherein the preform is formed from the fiber base material having a plurality of the shaped braided portions, and the density of the braided yarn in the plurality of shaped portions is constant. Manufacturing method.
前記繊維基材は、組糸の間に中央糸が組み込まれた組物からなり、
前記中央糸が、前記湾曲する賦形部を通るように配置してある請求項5記載の繊維強化複合材料の製造方法。 The preform is formed to include a curved shaping portion,
The fiber base material is composed of a braid in which a central yarn is incorporated between braids,
The method for producing a fiber-reinforced composite material according to claim 5, wherein the central yarn is disposed so as to pass through the curved shaped portion.
前記賦形過程に先行して、前記丸打組物を扁平に押し潰して2層状に形成し、
前記賦形過程において、得られた2層状の前記繊維基材を前記賦形型に密着させて、前記プリフォームを形成する請求項5または6記載の繊維強化複合材料の製造方法。 The fiber base material comprises a round punched structure,
Prior to the shaping process, the round punched product is flattened into two layers,
The method for producing a fiber-reinforced composite material according to claim 5 or 6, wherein, in the shaping process, the two-layered fiber base material obtained is brought into close contact with the shaping mold to form the preform.
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| JP2008226701A JP2010058381A (en) | 2008-09-04 | 2008-09-04 | Fiber-reinforced composite material and process for manufacturing the same |
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013100871A (en) * | 2011-11-09 | 2013-05-23 | Nippon Pillar Packing Co Ltd | Gland packing and packing set |
| JP2013100854A (en) * | 2011-11-08 | 2013-05-23 | Nippon Pillar Packing Co Ltd | Gland packing |
| JP2015105450A (en) * | 2013-12-02 | 2015-06-08 | 株式会社豊田自動織機 | Three-dimensional fiber structure and reinforcement |
| WO2020195455A1 (en) * | 2019-03-28 | 2020-10-01 | 株式会社豊田自動織機 | Reinforcement fiber structure, and method for manufacturing reinforcement fiber structure |
-
2008
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