WO2010147231A1 - 強化繊維シート材 - Google Patents
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Definitions
- the present invention is an improvement of a reinforcing fiber sheet material. More specifically, the reinforcing fiber bundle is prevented from meandering, and a plurality of sheets are laminated and formed into FRP (Fiber-Reinforced-Plastics, hereinafter referred to as “FRP”).
- FRP Fiber-Reinforced-Plastics
- the present invention also relates to a reinforcing fiber sheet material that does not decrease in strength and can increase the volume content of reinforcing fibers.
- a thread made of a low-melting point thermoplastic resin (hereinafter simply referred to as a “polymer”) is spirally wound around the auxiliary insertion thread to cover the chain structure.
- the reinforcing fiber bundles were sandwiched between both sides by knitting together, separating the reinforcing fiber bundles for every fixed course, knitting them into chain structures parallel to the sides, and connecting the chain structures together. .
- the sheet material of ⁇ Patent Document 1> has a low-melting point thermoplastic resin yarn (hereinafter referred to as “low-melting point polymer yarn”) or simply “ Polymer yarn) is firmly heat-sealed over the entire width of the flat reinforcing fiber bundle surface, so if the chain structure is deformed or contracts in the longitudinal direction of the sheet, it is strengthened with this deformation and contraction. There is a problem that the fiber bundle is drawn into each longitudinal section and the meandering occurs in the sheet. When the meandering occurs in the reinforcing fiber bundle, the strength of the sheet is greatly reduced, and the desired strength of the FRP There was a problem that could not be obtained.
- auxiliary yarn warp knitted fabric As described above, deformation and shrinkage of the chain structure in the auxiliary yarn warp knitted fabric (hereinafter also simply referred to as “warp knitted fabric”) is knitted sheet material combined with thermal fusion between the insertion yarn and the reinforcing fiber bundle. This causes the meandering of the reinforcing fiber bundle that constitutes, and the cause is as follows.
- the chain knitted fabric yarn contracts to return to its original state due to elasticity, and the portion that is refracted at the extremely refracted portion of the portion where the loops are connected and the loops are connected to each other is gently rounded. As a result, the loop becomes shorter and the reinforcing warp knitted fabric shrinks in the longitudinal direction of the sheet.
- the insertion yarn knitted into the chain structure is coated with a polymer yarn, and this polymer yarn is fused to the chain structure and the insertion yarn by heat treatment, and the chain structure and the insertion yarn are bonded.
- the heat treatment conditions of the chain knitted fabric yarn and the insertion yarn are not sweet enough, the warp knitted fabric will shrink in the longitudinal direction of the sheet without suppressing the shrinkage of the chain knitted fabric yarn and the insertion yarn. There is.
- the sheet outer surface in the roll A difference in length due to a path difference (circumferential diameter difference) on the inner surface cannot be absorbed, and the outer surface side of the sheet may change from a convex state to a concave state.
- the length of the outer portion in the reinforcing fiber bundle is longer than that of the inner portion, but the insertion yarns are arranged in the width direction of the sheet. It is firmly fused over the entire width of the reinforcing fiber bundle surface and integrated with the warp knitted fabric. Therefore, a phenomenon in which the reinforcing fiber bundle meanders in the width direction or the thickness direction of the sheet surface without being able to absorb the elongated reinforcing fiber anywhere.
- the polymer yarn covered with the insertion yarn adheres the chain knitted fabric yarn and the insertion yarn to stop the movement of the insertion yarn in the chain structure, and the insertion yarn extends over the entire width of the flat reinforcing fiber bundle surface. Since the inserted yarn could not be stretched in the sheet width direction due to bonding, the shape stability was excellent, but conversely, the shapeability inherent to the knitted fabric structure was not sufficiently obtained.
- the sheet material of ⁇ Patent Document 1> uses a relatively thick yarn as a chain knitted fabric yarn or an insertion yarn, and a polymer yarn is wound around the insertion yarn in a spiral manner to cover it.
- a problem that the diameter of the yarn as the whole yarn becomes thick and the chain structure protrudes in the thickness direction in the sheet surface.
- the insertion yarn intersects the reinforcing fiber bundle and sandwiches both sides of the reinforcing fiber bundle, and the polymer is inserted over at least one of the insertion yarns sandwiching both surfaces. Since the yarn is covered, the diameter of the inserted yarn as a whole is large when the covered portion is included.
- the insertion yarn partially presses the reinforcing fiber bundle, so that the reinforcing fiber bundle may meander in the thickness direction. It was.
- the sheet material of ⁇ Patent Document 1> was a sheet material having a high ratio of polymer components other than reinforcing fibers because all the chain structures were knitted by inserting insertion yarns coated with polymer yarns.
- the structure of the outermost edge portion is denser in the sheet width direction than the central portion in the sheet width direction, a large difference occurs in the basis weight of the reinforcing fibers at the central portion and the outermost edge portion.
- the basis weight at the center in the sheet width direction becomes light and the end edge becomes heavy.
- the present invention has been made in view of the above-mentioned drawbacks of conventional reinforcing fiber sheet materials, and its purpose is to prevent deformation and shrinkage of the chain structure holding the reinforcing fiber bundle, Reinforced fiber sheet that prevents meandering of fiber bundles, and has excellent formability, FRP with high Vf, and excellent mechanical properties even when multiple sheets are laminated to form FRP To provide materials.
- the present invention is configured by holding the reinforcing fiber bundles 1... With the required width in which the reinforcing fibers are arranged flatly by the auxiliary warp knitted fabric,
- the auxiliary yarn warp knitted fabric includes a chain knitted fabric yarn 2 forming a plurality of rows of chain structures W ⁇ W arranged along a predetermined wale interval between the reinforcing fiber bundles 1 and 1, and the chain knitted fabric. While comprising the auxiliary insertion yarn 3 knitted into the chain structure W formed by the yarn 2, Each of the auxiliary insertion yarns 3 knitted into these chain structures W ⁇ W is swung to the outside for every fixed course, and one or a plurality of reinforcing fiber bundles 1 are spaced apart and parallel to the side.
- the chain structure W is knitted, and the chain structures W and W are connected to each other in a subtracted state to sandwich both surfaces of the reinforcing fiber bundle 1,
- Reinforcing fiber sheet material was completed by adopting special means.
- the present invention inserts the low-melting polymer yarn 4 along the longitudinal direction of the reinforcing fiber bundle 1 in addition to the above means as necessary, and a part of the auxiliary insertion yarn 3 At least the surface is brought into contact, the polymer yarn 4 is melted by heat treatment, and the reinforcing fiber bundle 1 and the auxiliary insertion yarn 3 are fused in the form of dots, whereby the reinforcing fiber bundle 1 and the insertion yarn 3 are loosely contacted.
- a technical means of sandwiching the reinforcing fiber bundle 1 was adopted.
- the present invention includes a composite yarn obtained by coating the low knitted polymer yarn 4 on the chain knitted fabric yarn 2 and the auxiliary insertion yarn 3 in addition to the above means as necessary.
- the technical means of knitting integrally and fusing the low melting point polymer yarn 4 to the chain knitted fabric yarn 2 by heat treatment to fix the structure was adopted.
- the present invention knitted the low melting point polymer yarn 4 into the chain structure W by inserting one needle in addition to the above means as necessary, and the chain knitting of this chain structure W.
- a technical means was adopted in which the ground yarn 2 and the auxiliary insertion yarn 3 were knitted together and the low-melting polymer yarn 4 was fused to the chain-knitted fabric yarn 2 by heat treatment to fix the structure.
- the present invention knitted together with the auxiliary insertion yarn 3 by pulling together the low-melting point polymer yarn 4 and the chain knitted fabric yarn 2 together in addition to the above means as necessary. Then, a technical means was adopted in which the low melting point polymer yarn 4 was fused to the chain knitted fabric yarn 2 by heat treatment to fix the structure.
- the present invention employs a technical means of attaching the low melting point polymer yarn 4 along all the chain structures W in addition to the above means as necessary.
- the present invention employs technical means that the fineness of the low-melting polymer yarn 4 is 10 to 120 dtex, in addition to the above means as necessary.
- the present invention sets the fineness of the chain knitted fabric yarn 2 and the auxiliary insertion yarn 3 to 10 to 90 dtex in addition to the above means as necessary.
- the technical means of preventing the contraction in the longitudinal direction of the chain structure W was adopted.
- the present invention in addition to the above means, in addition to the dry heat shrinkage rate (JIS L 1013 (Method B)) of the chain knitted fabric yarn 2 and the auxiliary insertion yarn 3, The technical means of 4.0% or less was adopted.
- the present invention employs technical means in which the chain knitted fabric yarn 2 and the auxiliary insertion yarn 3 are made into multifilament yarns in addition to the above-described means as necessary.
- the present invention comprises one or more kinds of reinforcing fibers of the reinforcing fiber bundle 1 among carbon fibers, glass fibers, and aramid fibers in addition to the above means as necessary. The technical means of doing so was adopted.
- the present invention provides a technique for making the chain-knitted fabric yarn 2 and the auxiliary insertion yarn 3 into a thermoplastic resin yarn that melts into an epoxy resin, in addition to the above-described means, if necessary. Adopted the means.
- a reinforcing fiber bundle having a required width in which reinforcing fibers are arranged in parallel is held by a warp knitted fabric, and the warp knitted fabric is arranged between the reinforcing fiber bundles along a predetermined wale interval.
- a chain knitted fabric yarn that forms a chain structure of a plurality of rows and an insert yarn knitted into the chain fabric formed by this chain knitted fabric yarn each of the insert yarns knitted into these chain fabrics.
- Each of the chain structures is swung outwardly for every predetermined course, and one or a plurality of reinforcing fiber bundles are separated and knitted into a chain structure parallel to the side, and these chain structures are connected to each other in a subtracted state.
- a polymer adheres to the surface of the chain knitted fabric yarn and a part of the surface of the insertion yarn, and the polymer is melted by heat treatment to fuse the chain knitted fabric yarn and the insertion yarn. Therefore, the reinforcing fiber bundle and the insertion yarn are loosely contacted (referred to as being in contact with each other without being fixed to each other), and the reinforcing fiber bundle is sandwiched with clearance so as to be relatively slidable in the longitudinal direction of the sheet. As a result, the bending history of the reinforcing fiber bundle can be prevented from remaining, and the meandering of the reinforcing fiber bundle in the sheet can be prevented.
- the warp knitted fabric shrinks in the longitudinal direction of the sheet because the polymer adheres to the chain knit fabric yarn and the warp knitted fabric and the reinforcing fiber bundle are not fused together. Even if it does not affect the reinforcing fiber bundle. Therefore, a sheet material in which the reinforcing fiber bundle does not meander is obtained.
- the reinforcing fiber bundle can move freely in the warp knitted fabric, and thus has excellent shapeability.
- the sheet material of the present invention is very easy to install because it is excellent in formability and hardly wrinkles.
- the sheet obtained by fusing the insertion yarn and the reinforcing fiber bundle is also a chain knitted fabric yarn. The same effect can be obtained with a sheet in which the insertion yarn is fused.
- the reinforcing fiber bundle and the insertion yarn are fused.
- the adhesion between the bundle and the insertion yarn is not a strong adhesion over the entire width of the flat reinforcing fiber bundle surface, but the adhesion with the insertion yarn across the reinforcing fiber bundle is a point-like partial adhesion.
- the reinforcing fiber bundle and the chain knitted fabric yarn are not bonded, so the reinforcing fiber bundle does not meander, and even if the chain structure shrinks. Even if the reinforcing fiber bundle is affected, the entire reinforcing fiber bundle does not meander, and the few fibers constituting the fiber bundle are fibers at the portion where the reinforcing fiber bundle and the insertion thread are bonded, that is, on the surface of the reinforcing fiber bundle. The strength of the FRP is not reduced by the meandering on the bundle surface.
- the reinforcing fiber is only enough to meander the few fibers constituting the fiber bundle on the surface of the fiber bundle. Since the bundle can move freely in the warp knitted fabric, it is excellent in formability even when molding FRP with many curved surfaces. Similarly, meandering of the reinforcing fiber bundle in the sheet due to shrinkage of the chain knitted fabric yarn and a path difference between the sheet outer surface and the inner surface in the roll can be prevented.
- seat material chain knitted fabric thread, insertion thread: 110 dtex
- the reinforcing fiber bundle 1 has reinforcing fibers bundled in parallel in a flat shape and bundled in a required width.
- the materials used are carbon fiber, glass fiber, and aramid.
- One or a plurality of types selected from fibers can be used.
- polyester fiber, polyamide fiber, polyolefin fiber, vinylon fiber, boron fiber, and ceramic fiber can be selected as the material used.
- the chain knitted fabric yarn 2 includes polyester fiber, polyamide fiber, polyolefin fiber, vinylon fiber, glass fiber, aramid fiber and polysulfone.
- a high-melting-point or high-tensile fiber such as a fiber can be used, and a material having a function such as conductivity, moisture absorption / release, or antibacterial property, or a metal wire can be used as necessary.
- yarn which consists of a thermoplastic resin material (for example, polyhydroxy ether etc.) fuse
- auxiliary insertion yarn 3 constituting a warp knitted fabric, and this auxiliary insertion yarn 3 is adopted from those listed as the material of the chain knitted fabric yarn 2.
- what is indicated by reference numeral 4 is a polymer yarn, which facilitates continuous heat treatment in the sheet manufacturing process, and does not adversely affect the coupling agent or sizing agent adhering to the surface of the reinforcing fiber.
- a low melting point polymer having a melting point of about 80 ° C. to 150 ° C. is preferable.
- polyester type, polyamide type, polyacrylonitrile type, and polyolefin type are preferable, and among them, copolymer nylon that can provide strong adhesive force even in a small amount is preferable. These polymer materials are used after being spun into a yarn.
- the present invention passes through a reinforcing fiber bundle (in this embodiment, 12,000 filaments, 800 tex carbon fibers) 1 ⁇ 1...
- the reinforcing fiber sheet material of the present invention which is knitted using a knitting machine and held integrally, will be described below.
- the warp knitted fabric has a plurality of rows of chain structures W ⁇ W arranged along a predetermined wale interval (for example, six per inch or 4.2 mm pitch) between the reinforcing fiber bundles 1 and 1. And a supplementary insertion yarn 3 knitted in the chain structure W formed by the chain knitted fabric yarn 2.
- the low melting point polymer yarn 4 is inserted along the longitudinal direction of the sheet material, and fused at the intersection of the auxiliary insertion yarn 3, so that the reinforcing fiber bundle 1 and the auxiliary yarn warp knitted fabric are integrated. Yes.
- the low melting point polymer yarn 4 is inserted along the longitudinal direction of the reinforcing fiber bundle 1, and at least in contact with a part of the surface of the auxiliary insertion yarn 3, the polymer yarn 4 is melted by heat treatment.
- the reinforcing fiber bundle 1 and the auxiliary insertion thread 3 are loosely contacted (referred to as being in contact with each other without being fixed to each other). As a result, the reinforcing fiber bundle 1 is sandwiched.
- the composite yarn obtained by coating the polymer yarn 4 on the chain knitted fabric yarn 2 and the insertion yarn 3 are integrally knitted, and the polymer yarn 4 is fused to the chain knitted fabric yarn 2 by heat treatment. To fix the tissue.
- the polymer yarn 4 is knitted into the chain structure W by inserting one needle, and the chain knitted fabric 2 and the insertion thread 3 of the chain structure W are knitted integrally (see FIGS. 1 and 2). ).
- the polymer yarn 4 passes between the loops and is arranged almost linearly with respect to the longitudinal direction of the sheet, so that the chain structure W of the warp knitted fabric is reliably contracted in the longitudinal direction of the sheet. Can be suppressed.
- the polymer yarn 4 and the chain knitted fabric yarn 2 may be aligned together to knit the chain structure, or the aligned yarn may be twisted to knit the chain structure. (See FIGS. 3 and 4), and the polymer yarn 4 can be fused to the chain knit fabric yarn 2 by heat treatment to fix the structure.
- the polymer yarn 4 is inserted into the chain structure with the polymer yarn 4 attached along all the chain structures W, or inserted into the chain structure at intervals of a plurality of chain structures. Can do.
- the polymer yarn 4 is inserted into all chain structures, the polymer component increases, so that the fineness of the polymer yarn 4 can be appropriately changed.
- the insert yarns 3 and the chain structures W existing in all the chain structures W can be fused, and the insert yarns 3 are formed in the warp knitted fabric. Since the expansion and contraction is restrained by being fixed, the portion does not extend when pulled in the sheet width direction, and the form in the width direction can be stabilized.
- the polymer yarn 4 When the polymer yarn 4 is inserted into the chain structure W with a plurality of intervals, it is preferable to fuse the chain structure W at intervals of 1 to 10, and the intervals at this time are not necessarily regular and constant. It is not necessary to fuse with an interval, and it may be irregular.
- the embodiment in which the polymer yarn 4 is inserted into the chain structure W as the warp knitted fabric and the polymer yarn 4 is fused to the insertion yarn 3 has been described.
- the polymer yarn 4 is inserted into the reinforcing fiber bundle 1 in parallel on the surface of the flat reinforcing fiber bundle 1 without inserting the wire, and the polymer yarn 4 is melted by heat treatment and fused to the insertion yarn 3 in the form of dots. (See FIGS. 5 to 8).
- the position of the reinforcing fiber bundle 1, the polymer yarn 4 and the insertion yarn 3 in the sheet is such that the reinforcing fiber bundle 1, the polymer yarn 4 and the insertion yarn 3 are in the order of the thickness direction of the sheet. 4 is inserted between the reinforcing fiber bundle 1 and the insertion yarn 3, and is restrained by the reinforcing fiber bundle 1 and the insertion yarn 3, so that the position of the polymer yarn 4 with respect to the reinforcing fiber bundle 1 is stabilized, which is preferable.
- the polymer yarn 4 is inserted into the reinforcing fiber bundle 1 so as to be positioned substantially along the center of the surface of the reinforcing fiber bundle 1, and is heated and fused. can do.
- the polymer yarn 4 may be double-sided or single-sided.
- the polymer yarn 4 can be inserted so as to be positioned at the end of the surface of the reinforcing fiber bundle 1, and when the polymer yarn 4 is melted by the heat treatment, the reinforcing fiber bundle It is also possible to partially adhere the polymer yarn 4 to the chain knitted fabric yarn 2 adjacent thereto.
- the fineness of the polymer yarn 4 is 10 in order to fuse the chain structure W and the insertion yarn 3 in the chain structure W to prevent shrinkage of the warp knitted fabric and to provide stability in the sheet width direction. It is preferable to be in the range of ⁇ 120 dtex.
- the sheet material has a large amount of polymer components other than the reinforcing fibers, resulting in a low Vf when FRP is used, and a decrease in heat resistance.
- the polymer yarn 4 is melted by heat treatment and fused to the chain knitted fabric yarn 2 and the insertion yarn 3 respectively, and both these members are fixed.
- This heat treatment can be performed, for example, by heating with a dry heat far infrared heater or the like for a heating time of 10 seconds to 20 seconds.
- the reinforcing fiber bundle 1 and the insertion yarn 3 are in loose contact with each other, and the reinforcing fiber bundle 1 is curved in a longitudinal direction of the sheet so as to be relatively slidable so as to be curved. It is possible to prevent the history from remaining.
- the polymer yarn 4 When the polymer yarn 4 is melted, it may slightly adhere to the end portion of the adjacent flat reinforcing fiber bundle 1, but the reinforcing fiber against the shrinkage of the reinforcing fiber bundle 1 and chain structure W in the warp knitted fabric.
- the end of the bundle 1 is only slightly meandering, and does not cause a big problem.
- the sheet material of the present invention is structured by continuously arranging the polymer yarn 4 in the chain structure W, the polymer yarn 4 can be fused to the entire chain structure W. Therefore, in the knitting process, the chain knitted fabric yarn 2 and the insertion yarn 3 tend to return to the original straight shape due to tension or winding tension, or the loop tends to be rounded. However, the polymer yarn 4 can fuse
- shrinkage of the warp knitted fabric in the longitudinal direction of the sheet can be suppressed, and further, the reinforcing fiber bundle 1 is prevented from meandering because the reinforcing fiber bundle 1 and the warp knitted fabric are not fixed integrally. It can be done.
- the fineness of the chain knitted fabric yarn 2 and the insertion yarn 3 forming the warp knitted fabric has a great influence on the physical properties when FRP is used, the fineness is preferably 10 to 90 dtex.
- an epoxy resin when laminating sheet materials to form an FRP, an epoxy resin, a vinyl ester resin, an unsaturated polyester resin, a phenol resin, or the like can be used.
- the chain knitted fabric yarn 2 and the insertion yarn 3 are too thick, the chain structure W formed by the chain knitted fabric yarn 2 and the insertion yarn 3 protrudes from the surface of the sheet in the thickness direction, and the apparent sheet thickness increases.
- the proportion of the chain structure W between the reinforcing fiber bundles 1 increases, the volume of the resin reservoir (resin rich) in which only the resin component exists when molded is increased, and the Vf of the FRP is reduced. FRP with excellent mechanical characteristics cannot be obtained (see FIG. 9). Therefore, it is preferable to form the chain structure W with the chain knitted fabric yarn 2 and the insertion yarn 3 of 10 to 90 dtex.
- a thick insertion thread exists partially between the sheet layers, so that the portion becomes thick and the apparent sheet thickness is reduced. Become thicker. Therefore, a gap that becomes rich in resin in the thickness direction is increased.
- the volume of the resin-rich layer increases and the Vf is reduced, or when a pressure is applied in the thickness direction when molding is performed by laminating the reinforcing fiber sheet material and impregnating the resin.
- the reinforcing fiber meanders in the thickness direction at the place where the insertion yarn 3 is present (see FIG. 10), and the thicker the insertion yarn 3 is, the local meandering occurs. Therefore, the stress concentration when a load is applied by configuring the FRP In the same manner, FRP having excellent mechanical properties cannot be obtained.
- the chain structure W with the chain knitted fabric yarn 2 and the insertion yarn 3 of 10 to 90 dtex (see FIG. 11).
- thermoplastic resin yarn melted in an epoxy resin can be adopted.
- the reinforcing fiber bundles 1 are more uniformly dispersed in the molded product by the pressure during molding, and local Vf variation can be reduced. Therefore, it is possible to obtain an FRP with a small variation in mechanical characteristics.
- This amount of shrinkage is greatly affected by the “dry heat shrinkage rate” of the chain knitted fabric yarn 2 and the insertion yarn 3 and the fineness of the yarn.
- the greater the dry heat shrinkage rate the greater the amount of shrinkage due to heat treatment. Even if the dry heat shrinkage rate is the same, the greater the fineness of the yarn, the greater the force of shrinkage due to heat treatment. That is, the shrinkage phenomenon tends to occur because the shrinkage rate increases as the dry heat shrinkage rate increases and the fineness of the yarn increases.
- the dry heat shrinkage in this embodiment is based on the following measuring methods.
- Heat shrinkage ratio [%] (length before heating ⁇ length after heating) ⁇ (length before heating) ⁇ 100
- the warp knitted fabric is made into a sheet by reducing the dry heat shrinkage rate of the chain knit fabric yarn 2 and the insertion yarn 3 and reducing the shrinkage force due to heat by using a thinner yarn.
- the shrinkage in the longitudinal direction can be suppressed, the reinforcing fiber bundle 1 can be prevented from meandering, and a high-strength sheet material can be obtained.
- dry heat shrinkage rate is 4.0% or less (more preferably 1). .5% or less).
- a comparative example using the boundary condition of about 4.0% yarn will be described later.
- the chain knitted fabric yarn 2 and the insertion yarn 3 in this embodiment are, for example, water obtained by heating a relatively low shrinkage yarn having a dry heat shrinkage rate of 3 to 4%, which is a polyester fiber yarn, to 100 ° C. or higher with a high-temperature high-pressure kettle. It can be obtained by processing it on
- auxiliary yarn having a dry heat shrinkage ratio of 1.5% or less it is not always necessary to perform a heat treatment in a wet manner, and a dry heat treatment may be employed.
- the type of yarn used may be synthetic fiber other than polyester fiber, or may be glass fiber yarn having a very low dry heat shrinkage rate. In the case of glass fiber yarn, the productivity is slightly inferior, but since the dry heat shrinkage rate is almost zero, the difference in basis weight between the central portion and both end portions in the sheet width direction becomes very small, and a uniform sheet material can be obtained.
- the present invention is generally configured as described above. However, the present invention is not limited to the illustrated embodiment, and various modifications are possible within the description of “Claims”. The material used can be appropriately changed according to the application.
- Example 1 The sheet material of the present invention was produced by knitting by needle insertion, melting the polymer by heat treatment, and bonding the chain knitted fabric yarn and the insertion yarn.
- Example 1 On the other hand, the same reinforcing fiber bundle, chain knitted fabric yarn, insertion yarn and polymer yarn as in Example 1 were used, and the polymer yarn was coated (covering) on the insertion yarn, and the other production conditions were the same as in Example 1. A sheet material was produced (Comparative Example 1).
- a polyester fiber yarn composed of 22 dtex multifilament was used as the insertion yarn, and a yarn having a dry heat shrinkage of 10% was used.
- the insertion yarn was covered with a polymer yarn (covering).
- Other manufacturing conditions were the same as in Example 1, and a sheet material was produced (Comparative Example 2).
- the ratio of the yarn length difference indicates the degree of meandering of the reinforcing fiber bundle in the sheet material.
- the basis weight difference indicates the uniformity of the basis weight in the width direction of the sheet material, that is, the smaller the basis weight difference, the more uniform the basis weight.
- the thickness of the sheet material was almost the same as the thickness of the reinforcing fiber in the sheet material of Example 1.
- the sheet material of Comparative Example 1 since the polymer was covered with the insertion yarn, the thickness of the entire insertion yarn became thick, and when the heat treatment was performed, the entire insertion yarn became a monofilament yarn, and the thickness of the sheet material was increased. It was thicker than the sheet material of Example 1. Further, with respect to Comparative Example 2, the reinforcing fiber bundle became denser and the basis weight increased due to the large shrinkage of the width, so that the thickness became thicker.
- Example 1 there was almost no difference between Example 1 and Comparative Example 1, and the basis weight distribution was almost uniform.
- Comparative Example 2 used an insertion yarn having a higher dry heat shrinkage than Example 1 and Comparative Example 1, the shrinkage force in the width direction was increased by the heat treatment, and the width of the sheet material was reduced.
- the shrinkage at the outermost edge portion of the sheet material was large, and the basis weight difference between the central portion of the sheet material and the outermost edge portion was also larger than that in Example 1.
- Example 1 had a smaller yarn length difference ratio and smaller reinforcing fiber bundle meanders than Comparative Example 1 and Comparative Example 2. Also in appearance, the sheet material of Example 1 had smaller reinforcing fiber meanders than the comparative example.
- the FRP using the sheet material of Example 1 was thicker than the FRP using the sheet material of Comparative Example 1. This is because, in the sheet material of Comparative Example 1 compared to the sheet material of Example 1, when a plurality of sheet materials are stacked and an FRP is formed, the insertion yarn is partially covered between the sheet layers by covering the polymer yarn. Since a thick insertion thread is present, the portion becomes thick and the apparent sheet thickness increases. Therefore, the gap that becomes rich in the resin in the thickness direction is increased, and the thickness when the resin is impregnated to form the FRP is increased accordingly.
- the FRP using the sheet material of Example 1 was larger than the FRP using the sheet material of Comparative Example 1.
- the tensile strength / elastic modulus of the FRP using the sheet material of Example 1 is larger than that of the FRP using the sheet material of Comparative Example 1, but converted to 100% considering the Vf value. Also in terms of value, the sheet material of Example 1 is superior to Comparative Example 1.
- Example 2 a 22 dtex multifilament yarn having a dry heat shrinkage of 2.5% was used as the chain knitted fabric yarn 2 and the insertion yarn 3. The other conditions were the same as in Example 1 to produce a sheet material.
- Comparative Example 3 a 22 dtex multifilament yarn was used as the chain knitted fabric yarn 2 and the insertion yarn 3 and the dry heat shrinkage rate was 5.0%.
- the other conditions were the same as in Example 1 to produce a sheet material.
- the following table 3 shows the results of measuring the width of each sheet material, the ratio of the difference in yarn length, and the basis weight of the sheet material, the basis weight of the end edge of the sheet material, and the basis weight difference.
- the thickness of the sheet material is almost the same as the thickness of the reinforcing fibers, and the sheet material of Comparative Example 3 is denser as the reinforcing fiber bundle 1 becomes dense because the width is slightly contracted compared to Example 1. Because of the increase in thickness, the thickness became slightly thicker.
- Example 2 the sheet material of Example 2 was slightly smaller in width than Comparative Example 3 as compared with Example 1, but the difference in thickness hardly occurred.
- Example 1 there was almost no difference between Example 1 and Example 2, but Comparative Example 3 was larger than Example 1.
- the polymer yarn 4 inserted into the chain structure W is bonded to the chain knitted fabric yarn 2 and the insertion yarn 3, and the shrinkage in the longitudinal direction of the warp knitted fabric is suppressed. This is because when the dry heat shrinkage rate of the yarn 3 is large, a large heat shrinkage history during the heat treatment remains.
- Example of preform molding Next, the specific example which shape
- the sheet material of Example 1 is cut into a length of 300 mm and a width of 150 mm, and laminated in one direction so that the orientation directions of the reinforcing fibers are the same direction.
- the laminated product is put into a vacuum bag with a suction port made of a sealant and a bag film, and the pressure is reduced from the suction port and is kept at 130 ° C. while applying atmospheric pressure for 10 minutes. After leaving it, it was taken out to complete Preform A.
- Example 4 a sheet material (Comparative Example 4) manufactured under the same conditions as in Example 1 except that no polymer yarn is used is prepared. Using the sheet material of Comparative Example 4, the preform A and Preform B was completed under similar manufacturing conditions.
- both the warp yarn and weft yarn spacings composed of 56 dtex polymer yarns from both sides of the sheet with the carbon fibers aligned in one direction without gaps are both After combining the meshes arranged at 10 mm intervals, the carbon fiber sheet and the mesh are bonded by heat treatment to align them in one direction to complete an integrated sheet material (Comparative Example 5).
- Preform C was obtained under the same production conditions as Preform A.
- the preforms A to C thus obtained were impregnated with a resin, the flow rate of the resin was observed, and the impregnation property was evaluated. Specifically, a film bag is formed around the preform, and a resin having a viscosity of 1.0 poise is impregnated at 60 ° C. while vacuuming ( ⁇ 0.1 MPa) inside the bag by a vacuum pump, and the resin flows 20 cm. The time taken was measured.
- the mold temperature, the room temperature, and the resin temperature are 60 ° C.
- the sheet longitudinal direction of the laminated sheet material is the resin flow direction, the resin inlet at one end of the sheet material longitudinal direction, and the resin suction at the other one end Mouth set up.
- Preform A and Preform C are integrated in the process of obtaining the preform by melting the polymer yarn when heated and bonding the strands of each layer and warp knitted fabrics together. Therefore, each layer did not vary during handling, and the handleability as a preform was good.
- Preform B has no polymer yarn, the layers are not bonded and integrated, and therefore, each layer is scattered during handling, and the handleability as a preform is poor.
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Abstract
本発明は、強化繊維束を保持する鎖組織の変形や収縮を防止することができ、強化繊維束の蛇行を防止して、しかも、複数枚を積層してFRPを成形する場合であっても、賦形性に優れ、Vfの高いFRPが得られ、機械的性質に優れた強化繊維シート材を提供することを目的とする。 具体的には、鎖組織W・W…に編込まれた各補助挿入糸3は、一定のコース毎に外側に振られており、かつ、単数または複数の強化繊維束1を離間して側方に並行する鎖組織Wに編絡しており、これらの鎖組織W・W同士を勾引状態に接結して当該強化繊維束1の両面を挟持しているとともに、低融点ポリマー糸4をシート材の長手方向に沿って挿入して、前記補助挿入糸3の交差箇所において融着して、前記強化繊維束1と補助糸経編地とを一体化するという技術的手段を採用した。
Description
本発明は、強化繊維シート材の改良、更に詳しくは、強化繊維束の蛇行を防止し、複数枚を積層してFRP(Fiber−Reinforced−Plastics、繊維強化プラスチック、以下「FRP」という)に成形しても強度低下がなく、しかも、強化繊維の体積含有率を大きくすることが出来る強化繊維シート材に関するものである。
周知のとおり、建設現場においては、既存のコンクリート構造物(例えば橋脚など)の補強や表面における剥離を防止するために、炭素繊維等の強化繊維シートに樹脂を含浸した後、樹脂を硬化させて作製したFRPを接着させる補強作業が行われており、本件出願人も、嘗て、かかる強化繊維シート材を開発した(特許文献1参照)。
かかる<特許文献1>のシート材にあっては、補助挿入糸に低融点熱可塑性樹脂(以下、単に「ポリマー」という)により作製した糸を螺旋状に巻き付けて被覆させており、鎖組織に一体に編み込んで、一定コース毎に強化繊維束を離間して側方に並行する鎖組織に編絡させて鎖組織同士を接結することによって強化繊維束の両面を挟持して構成されていた。
しかしながら、この<特許文献1>のシート材は、この補助挿入糸(以下、単に「挿入糸」ともいう)に被覆した低融点熱可塑性樹脂糸(以下、「低融点ポリマー糸」または、単に「ポリマー糸」という)が扁平状の強化繊維束表面の幅全体にわたり強固に熱融着されているので、鎖組織が変形したりシート長手方向に収縮したりすると、この変形や収縮に連れて強化繊維束が長手方向の各区分内に引き寄せられて、シート内で蛇行が発生してしまうという問題があり、強化繊維束に蛇行が発生した場合、シートの強度が大きく低下し、FRPの所望強度を得られないという問題があった。
このように補助糸経編地(以下、単に「経編地」ともいう)における鎖組織の変形や収縮は、挿入糸と強化繊維束との熱融着と相俟って、編成したシート材を構成する強化繊維束に蛇行を発生させる原因となるが、この原因としては以下のようなものがある。
まず、シート材を編成するときには、鎖編地糸および挿入糸には張力がかけられる一方で、ロール状に巻き取るときには、張力によりこれらの経編地が引っ張られているため、鎖組織のループはシート長手方向に伸びた状態になり、ループ同士が結接する箇所では、不可避的に鎖編地糸が極端に屈折してしまうことがある。
このシートを巻き取ったロールを解くと鎖編地糸は弾性により元に戻ろうと収縮することと、シート長手方向に伸びてループ同士の接結した箇所の極端に屈折した部分では緩やかに丸まろうとするのでその分ループは短くなり、補強糸経編地がシート長手方向に収縮してしまう。
次に、鎖組織に編み込まれている挿入糸にはポリマー糸が被覆されており、加熱処理により、このポリマー糸は鎖組織と挿入糸に融着し、鎖組織と挿入糸とを接着するのであるが、この際、鎖編地糸と挿入糸の加熱処理条件が甘いと、鎖編地糸と挿入糸の収縮を抑えるまでにいたらず、経編地がシート長手方向に収縮してしまうことがある。
また、鎖組織の変形や収縮以外の蛇行原因として、例えば、シート材を巻き取ったロールから次工程の成形時の積層やプリプレグ工程でシートを解いたときに、ロール内でのシート外側表面と内側表面の経路差(周径差)による長さの違いを吸収できず、シート外側表面側は凸状態から凹状態になることがある。
即ち、強化繊維束内の外側の部分の長さが内側の部分より長くなるが、挿入糸がシートの幅方向に配列しているので、挿入糸と強化繊維束とが交差して扁平状の強化繊維束表面の幅全体にわたり強固に融着し、経編地と一体となっている。したがって、その長くなった強化繊維がどこにも吸収することができずにシート面の幅方向や厚さ方向に強化繊維束が蛇行する現象が発生してしまうのである。
また、挿入糸に被覆されたポリマー糸が鎖編地糸と挿入糸を接着し、鎖組織内での挿入糸の動きを止めており、挿入糸が扁平状の強化繊維束表面の幅全体にわたり接着して挿入糸がシート幅方向へ伸びることができなかったため、形態安定性には優れていたが、逆に編物組織が本来持つ賦形性が十分に得られていなかった。
更にまた、<特許文献1>のシート材には、鎖編地糸や挿入糸に比較的太めの糸を使用し、かつ挿入糸にポリマー糸を螺旋状に巻き付けて被覆させているので、挿入糸全体としての糸の径が太くなり、鎖組織がシート面内の厚み方向に出っ張ってしまうという問題があった。
更にまた、<特許文献1>のシート材は、挿入糸が強化繊維束と交差して強化繊維束の両面を挟持しており、この両面を挟持している少なくとも片面側の挿入糸全体にポリマー糸が被覆されているため、その被覆された分を含めると挿入糸全体としての糸の径が太くなっていた。
そして、このようなシート材を複数積層してFRPを成形すると、シート層間に部分的に太い挿入糸が存在することになるため、その部分が厚くなり、厚み方向への樹脂リッチ(樹脂溜まり)となる間隙が大きくなる。
即ち、シート材を積層したときに、層間に強化繊維が存在しない隙間ができるので、この間隙部に樹脂が充填されて、FRPの強化繊維の繊維含有率Vf(Fiber−volume−content、以下「Vf」という)が低くなってしまうという問題があった。
また、かかる構成では、成形の際、シートの厚さ方向に圧力がかかると、挿入糸が強化繊維束を部分的に押さえることになるので、強化繊維束が厚さ方向に蛇行するおそれもあった。
このようなことから、機械的特性に優れるFRPが得られないといった問題があった。なお、ここでは編み形態を採用したシート材を例に挙げているが、緯糸に補助糸を用いた一方向織物にもいえることである。
また、<特許文献1>のシート材は、すべての鎖組織にポリマー糸を被覆した挿入糸を挿入して編み込んでいたため、強化繊維以外であるポリマー成分割合の多いシート材となっていた。
このように、強化繊維以外の成分が多いと、FRPの成形を行ったときにVfが低くなり、機械的特性に優れるFRPが得られないという問題がある。また、ポリマー成分の含有量が多いと、その耐熱温度が低いため、FRP全体としての耐熱性が低下するという問題もあった。
また、<特許文献1>のシート材にあっては、挿入糸がシート幅方向に亙っても配列されている箇所があり、加熱処理により熱収縮して、シート幅方向にも収縮する。そうすると、一枚のシート単位についてみると、幅方向の中央部では挿入糸が各鎖組織をお互いに引っ張って釣り合っているため安定的であるが、シートの最端縁部では、その外側には隣り合う組織がないためにお互いに引っ張り合って釣り合いを取ることができず、シートの中央部へと収縮する力が大きくなり、シートの最端縁部での収縮量は、中央部に比べて大きくなる。
よって、シート幅方向の中央部より最端縁部の組織がシート幅方向に密になるため、中央部と最端縁部での強化繊維の目付けに大きな差が生じてしまう。つまり、シート幅方向の中央部の目付けが軽くなり、最端縁部が重くなってしまう。
このようなシート材では、幅方向に強化繊維の量が違う箇所があるので、強化繊維量の多い最端縁部ではFRPを作製した場合に厚みが厚くなるが、中央部では薄くなる。このように厚みが均一なFRPが得られず、品質としてバラツキの大きいものになってしまうという問題があった。
本発明は、従来の強化繊維シート材の上記欠点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、強化繊維束を保持する鎖組織の変形や収縮を防止することができ、強化繊維束の蛇行を防止して、しかも、複数枚を積層してFRPを成形する場合であっても、賦形性に優れ、Vfの高いFRPが得られ、機械的性質に優れた強化繊維シート材を提供することにある。
本発明者が上記課題を解決するために採用した手段を、添付図面を参照して説明すれば次のとおりである。
即ち、本発明は、強化繊維が扁平に並列した所要幅の強化繊維束1・1…を補助糸経編地により保持して構成して、
前記補助糸経編地は、前記強化繊維束1・1間において所定のウェール間隔に沿って配置される複数列の鎖組織W・W…を形成する鎖編地糸2と、この鎖編地糸2の形成する鎖組織Wに編込まれた補助挿入糸3とから構成する一方、
これら鎖組織W・W…に編込まれた前記各補助挿入糸3は、一定のコース毎に外側に振られており、かつ、単数または複数の強化繊維束1を離間して側方に並行する鎖組織Wに編絡しており、これらの鎖組織W・W同士を勾引状態に接結して当該強化繊維束1の両面を挟持しているとともに、
低融点ポリマー糸4をシート材の長手方向に沿って挿入して、前記補助挿入糸3の交差箇所において融着して、前記強化繊維束1と補助糸経編地とを一体化するという技術的手段を採用したことによって強化繊維シート材を完成させた。
前記補助糸経編地は、前記強化繊維束1・1間において所定のウェール間隔に沿って配置される複数列の鎖組織W・W…を形成する鎖編地糸2と、この鎖編地糸2の形成する鎖組織Wに編込まれた補助挿入糸3とから構成する一方、
これら鎖組織W・W…に編込まれた前記各補助挿入糸3は、一定のコース毎に外側に振られており、かつ、単数または複数の強化繊維束1を離間して側方に並行する鎖組織Wに編絡しており、これらの鎖組織W・W同士を勾引状態に接結して当該強化繊維束1の両面を挟持しているとともに、
低融点ポリマー糸4をシート材の長手方向に沿って挿入して、前記補助挿入糸3の交差箇所において融着して、前記強化繊維束1と補助糸経編地とを一体化するという技術的手段を採用したことによって強化繊維シート材を完成させた。
また、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、低融点ポリマー糸4を強化繊維束1の長手方向に沿って挿入して、補助挿入糸3の一部表面に少なくとも接触して、加熱処理により当該ポリマー糸4を溶融させて強化繊維束1と補助挿入糸3とを点状に融着することによって、強化繊維束1と挿入糸3とを遊接しつゝ、この強化繊維束1を挟持するという技術的手段を採用した。
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、低融点ポリマー糸4を鎖編地糸2に被覆してなる複合糸と、補助挿入糸3とを一体に編成し、加熱処理により低融点ポリマー糸4を鎖編地糸2に融着して組織固定するという技術的手段を採用した。
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、低融点ポリマー糸4を鎖組織Wに1針挿入により編み込んで、かつ、この鎖組織Wの鎖編地糸2と補助挿入糸3とを一体に編成して、加熱処理により低融点ポリマー糸4を鎖編地糸2に融着して組織固定するいう技術的手段を採用した。
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、低融点ポリマー糸4と鎖編地糸2とを共に引き揃えて、補助挿入糸3と一体に編成して、加熱処理により低融点ポリマー糸4を鎖編地糸2に融着して組織固定するという技術的手段を採用した。
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、すべての鎖組織Wに沿って、低融点ポリマー糸4を付着するという技術的手段を採用した。
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、低融点ポリマー糸4の繊度を10~120デシテックスにするという技術的手段を採用した。
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、鎖編地糸2および補助挿入糸3の繊度を10~90デシテックスにして、この鎖編地糸2により編成して、鎖組織Wの長手方向への収縮を防止するという技術的手段を採用した。
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、鎖編地糸2および補助挿入糸3の乾熱収縮率(JIS L 1013(B法))を、4.0%以下にするという技術的手段を採用した。
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、鎖編地糸2および補助挿入糸3をマルチフィラメント糸にするという技術的手段を採用した。
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、強化繊維束1の強化繊維を、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維の中から一種または複数種から成るようにするという技術的手段を採用した。
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、鎖編地糸2および補助挿入糸3を、エポキシ系樹脂に溶融する熱可塑性樹脂製糸にするという技術的手段を採用した。
本発明では、強化繊維を扁平に並列した所要幅の強化繊維束を経編地により保持して構成し、前記経編地を、前記強化繊維束間において所定のウェール間隔に沿って配置される複数列の鎖組織を形成する鎖編地糸と、この鎖編地糸の形成する鎖組織に編込まれた挿入糸とから構成する一方、これら鎖組織に編込まれた前記各挿入糸は、一定コース毎に外側に振られており、かつ、単数または複数の強化繊維束を離間して側方に並行する鎖組織に編絡しており、これらの鎖組織同士を勾引状態に接結して当該強化繊維束の両面を挟持しているとともに、低融点ポリマー糸をシート材の長手方向に沿って挿入して、前記補助挿入糸の交差箇所において融着して、前記強化繊維束と補助糸経編地とを一体化しているので、
適度な形態安定性が得られるばかりか、強化繊維束が経編地に適度に拘束されているので自由に動け、曲面の多いFRPを成形する場合でも賦形性に優れる。また、鎖編地糸の収縮やロール内でのシート外側表面と内側表面の経路差に起因するシート内での強化繊維束の蛇行を防止することが出来る。
適度な形態安定性が得られるばかりか、強化繊維束が経編地に適度に拘束されているので自由に動け、曲面の多いFRPを成形する場合でも賦形性に優れる。また、鎖編地糸の収縮やロール内でのシート外側表面と内側表面の経路差に起因するシート内での強化繊維束の蛇行を防止することが出来る。
より具体的には、前記鎖編地糸の表面と、挿入糸の一部表面にはポリマーが付着し、加熱処理により当該ポリマーを溶融させて鎖編地糸と挿入糸を融着させているので、前記強化繊維束と挿入糸とが遊接(互いに固着されず遊びのある状態で接触していることをいう)し、この強化繊維束をシート長手方向に比較的摺動自在にクリアランス挟持されることになり、当該強化繊維束の褶曲履歴の残存を防止することができ、シート内における強化繊維束の蛇行発生を防ぐことが出来るのである。
このように、本発明の強化繊維シート材は、鎖編地糸にポリマーが付着し、経編地と強化繊維束とは一体に融着されていないため、経編地がシート長手方向に収縮しても強化繊維束には影響しない。したがって、強化繊維束が蛇行しないシート材となる。
また、挿入糸と強化繊維束とが接着していないため、強化繊維束も経編地の中を自由に動けるため賦形性に非常に優れている。
また、曲面の多いFRPを成形する際に、型に積層するとき、本発明のシート材は賦形性に優れシワが入ることが少ないため非常に設置しやすい。
更にまた、少なくとも強化繊維束の片面に強化繊維束に並行にポリマーを付着させ、加熱処理により当該ポリマーを溶融させているので、挿入糸と強化繊維束を融着したシートも鎖編地糸と挿入糸を融着させたシートも同様な効果が得られる。
つまり、強化繊維束の片面にポリマー糸が強化繊維束と並行して挿入されて付着しているので、強化繊維束と挿入糸が融着することになるが、従来のシートのように強化繊維束と挿入糸の接着が扁平状の強化繊維束表面の幅全体にわたる強固な接着ではなく、強化繊維束を横切る挿入糸との付着は点状の部分的な接着となる。
したがって、熱セットが不十分で鎖組織が長手方向へ収縮しても強化繊維束と鎖編地糸は接着していないので強化繊維束が蛇行することはなく、また、たとえ鎖組織の収縮が強化繊維束に影響を及ぼしたとしても強化繊維束全体が蛇行せず、強化繊維束と挿入糸が接着している箇所、つまり強化繊維束の表面で、繊維束を構成する僅かな繊維が繊維束表面で蛇行する程度で、FRPとしての強度低下をもたらすようなことは無い。
また、強化繊維束を横切る挿入糸との付着は点状の部分的な接着なので、曲面の多いFRPを成形する場合でも繊維束を構成する僅かな繊維が繊維束表面で蛇行する程度で強化繊維束が経編地内で自由に動けるので、曲面の多いFRPを成形する場合でも賦形性に優れる。同様に、鎖編地糸の収縮やロール内でのシート外側表面と内側表面の経路差に起因するシート内での強化繊維束の蛇行を防止することが出来る。
本発明を実施するための形態を、具体的に図示した図面に基づいて更に詳細に説明すると、次のとおりである。
本発明の実施形態を図1から図12に基づいて説明する。図中、符号1で指示するものは強化繊維束であり、この強化繊維束1は強化繊維が扁平に並列して所要幅に束ねられており、使用材料としては、炭素繊維、ガラス繊維およびアラミド繊維、の中から選ばれた一種または複数種で、作製することができる。使用材料としてこれら以外にもポリエステル繊維、ポリアミド繊維、ポリオレフィン繊維、ビニロン繊維、ボロン繊維、セラミック繊維を選択することもできる。
また、符号2で指示するものは経編地を構成する鎖編地糸であり、この鎖編地糸2としては、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、ポリオレフィン繊維、ビニロン繊維、ガラス繊維、アラミド繊維やポリスルホン繊維などの高融点または高張力繊維を使用することができ、必要に応じて、導電性、吸放湿性、抗菌性などの機能を有する材料や金属線材を使用することもできる。また、エポキシ系樹脂に溶融する熱可塑性樹脂材料(例えば、ポリヒドロキシエーテルなど)からなる糸を採用することもできる。
また、符号3で指示するものは経編地を構成する補助挿入糸であり、この補助挿入糸3は、前記鎖編地糸2の材料として挙げたものの中から採用する。
また、符号4で指示するものはポリマー糸であり、シートの製造工程で連続的な熱処理を容易にする、また強化繊維の表面に付着しているカップリング剤やサイジング剤に悪影響を及ぼさないようにする観点で、融点が80℃~150℃程度の低融点ポリマーが好ましい。この低融点ポリマーとしては、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリアクリロニトリル系、ポリオレフィン系のものであるが、中でも少量でも強い接着力が得られる共重合ナイロンが好ましい。そして、これらのポリマー材料を糸状に紡糸して使用する。
しかして、本発明は、強化繊維が扁平に並列した所要幅の強化繊維束(本実施形態ではフィラメント数が12,000本、800テックスの炭素繊維)1・1…と経編地とを経編機を用いて編込んで、一体に保持して構成する本発明の強化繊維のシート材であって、その構成について以下に説明する。
まず、この経編地は、前記強化繊維束1・1間において所定のウェール間隔(例えば1インチに6本、もしくは4.2mmピッチ)に沿って配置される複数列の鎖組織W・W…を形成する鎖編地糸2と、この鎖編地糸2の形成する鎖組織Wに編込まれた補助挿入糸3とから構成する。
そして、これら鎖組織W・W…に編込まれた前記各挿入糸3を、一定のコース毎に外側に振って、かつ、単数または複数の強化繊維束1を離間して側方に並行する鎖組織Wに編絡させて、これらの鎖組織W・W同士を勾引状態に接結して当該強化繊維束1の両面を挟持している。
そして、低融点ポリマー糸4をシート材の長手方向に沿って挿入して、前記補助挿入糸3の交差箇所において融着して、前記強化繊維束1と補助糸経編地とを一体化している。
本実施形態では、低融点ポリマー糸4を強化繊維束1の長手方向に沿って挿入して、補助挿入糸3の一部表面に少なくとも接触して、加熱処理により当該ポリマー糸4を溶融させて強化繊維束1と補助挿入糸3とを点状に融着することによって、強化繊維束1と挿入糸3とを遊接(互いに固着されず遊びのある状態で接触していることをいう)しつゝ、この強化繊維束1を挟持している。
本実施形態では、このポリマー糸4を鎖編地糸2に被覆してなる複合糸と、挿入糸3とを一体に編成して、加熱処理によりポリマー糸4を鎖編地糸2に融着して組織固定することができる。
この際、このポリマー糸4を鎖組織Wに1針挿入により編み込んで、かつ、この鎖組織Wの鎖編地2と挿入糸3とを一体に編成するのが好ましい(図1および図2参照)。こうすることにより、ポリマー糸4が各ループ間を通っていき、シート長手方向に対してほとんど直線的に配置されるため、経編地の鎖組織Wがシート長手方向に収縮するのを確実に抑えることができる。
また、このポリマー糸4の挿入方法として、ポリマー糸4と鎖編地糸2とを共に引き揃えて鎖組織を編成したり、引き揃えた糸を撚って鎖組織を編成したりすることもでき(図3および図4参照)、加熱処理によりポリマー糸4を鎖編地糸2に融着させて組織固定することもできる。
更に、本実施形態では、ポリマー糸4は、すべての鎖組織Wに沿って、ポリマー糸4を付着させて鎖組織に挿入させるか、鎖組織複数本の間隔をあけて鎖組織に挿入させることができる。ポリマー糸4をすべての鎖組織に挿入させる場合には、ポリマーの成分が多くなるため、ポリマー糸4の繊度を適宣設計変更することができる。
また、すべての鎖組織Wにポリマー糸4を挿入させた場合、すべての鎖組織W内に存在する挿入糸3と鎖組織Wとを融着することができ、経編地内で挿入糸3が固着されることにより伸縮を拘束するため、シート幅方向に引っ張ったときにその部分が伸びず、幅方向の形態を安定させることができる。
この場合、シート全体に対して、強化繊維以外のポリマー成分の割合が多くなり過ぎると、FRPにしたときにVfが低くなり好ましくない。また、耐熱温度の低いポリマー成分が多いため、耐熱性が低くなるおそれがあるので、複数本の間隔をあけて鎖組織Wに挿入糸3を挿入することによって、強化繊維以外のポリマー成分を少なくすることにより、耐熱性の低下を軽減することができる。
なお、鎖組織Wにポリマー糸4を挿入させる間隔をあまり広くし過ぎると、鎖組織W内で挿入糸3が自由に動ける箇所も多くなってシート幅方向への安定性が悪くなってしまうし、また、シートを切断したときにポリマー糸4で融着されていない鎖組織Wが切断面付近で収縮し、強化繊維束1が剥き出しの状態になって取り扱い性が悪くなるので、ポリマー糸4をすべての鎖組織Wに挿入させるか、複数本の間隔をあけて鎖組織Wに挿入させるかを適宣選択すると良い。
複数本の間隔をあけて鎖組織Wにポリマー糸4を挿入させる場合には、1~10本の間隔で鎖組織Wを融着するのが好ましく、この際の間隔は、必ずしも規則正しく一定本数毎に間隔をあけて融着する必要はなく、不規則であっても良い。
図1から図4では、経編地としてポリマー糸4を鎖組織Wに挿入し、ポリマー糸4が挿入糸3に融着している実施形態について説明したが、経編地にはポリマー糸4を挿入せず、扁平状の強化繊維束1の表面にポリマー糸4を強化繊維束1に並行に挿入し、加熱処理により当該ポリマー糸4を溶融して挿入糸3にそれぞれ点状に融着させてもよい(図5から図8参照)。
シートにおける強化繊維束1、ポリマー糸4と挿入糸3の位置関係は、シートの厚み方向に対して強化繊維束1、ポリマー糸4、挿入糸3の順序になるようにした方が、ポリマー糸4が強化繊維束1と挿入糸3の間に挿入され、強化繊維束1と挿入糸3で抑えられるので、強化繊維束1に対するポリマー糸4の位置が安定するので好ましい。
また、強化繊維束1に対するポリマー糸4の位置は、図5および図6に示すように、強化繊維束1の表面のほぼ中央部に沿って位置させるようにして挿入して、加熱・融着することができる。この際、ポリマー糸4は両面でも片面でも良い。
なお、図7および図8に示すように、強化繊維束1表面の端部にポリマー糸4を位置させるようにして挿入することもでき、加熱処理によりポリマー糸4が溶融する際、強化繊維束に隣接する鎖編地糸2にもポリマー糸4を部分的に接着させることもできる。
本実施形態では、鎖組織Wおよび鎖組織W内の挿入糸3を融着し、経編地の収縮を防ぐことやシート幅方向への安定性を出すために、ポリマー糸4の繊度を10~120デシテックスの範囲にすることが好ましい。
これは、繊度が細すぎると、鎖組織Wおよび挿入糸3への接着が不十分となるし、糸の強度が小さいため編成するときに糸切れを起こしやすく操業性も悪くなるからである。
逆に、繊度が太すぎると、強化繊維以外のポリマー成分が多いシート材となり、FRPとしたときのVfが低くなり、また、耐熱性が低下してしまう。
次いで、加熱処理により当該ポリマー糸4を溶融させて鎖編地糸2および挿入糸3にそれぞれ融着させて、これら両部材を固着する。この加熱処理は、例えば、乾熱遠赤外線ヒーター等で加熱時間10秒~20秒間加熱することにより行うことができる。
こうすることによって、鎖組織Wにおける長手方向への収縮をほぼ防止することができる。そして、前記強化繊維束1と挿入糸3とは遊接しており、この強化繊維束1をシート長手方向に比較的摺動自在にクリアランス挟持することによって、当該強化繊維束1・1…の褶曲履歴の残存を防止することができる。なお、ポリマー糸4が溶融すると隣接する扁平状の強化繊維束1の端部に若干付着することがあるが、経編地内での強化繊維束1や鎖組織Wの収縮に対しては強化繊維束1の端部が若干蛇行する程度であり、大きな問題とはならない。
また、本発明のシート材は、ポリマー糸4を鎖組織Wに連続的に配置して組織されているため、ポリマー糸4を鎖組織W全体に融着することができる。したがって、編成工程において、鎖編地糸2および挿入糸3には張力や巻取り張力によりシート長手方向に伸びたループが元のまっすぐな形状に戻ろうとしたり、ループが丸まろうとしたりするが、ポリマー糸4が鎖組織W全体を融着し、それを防ぐことができる。
つまり、経編地のシート長手方向への収縮を抑えることができ、さらに強化繊維束1と経編地とが一体に固着されていないために、強化繊維束1が蛇行するのを防ぐことができるのである。
また、経編地を形成する鎖編地糸2と挿入糸3の繊度は、FRPにしたときに物性に大きな影響を与えるため、10~90デシテックスにすることが好ましく、かかる範囲の太さの鎖編地糸2により編成して、鎖組織Wの長手方向への収縮を防止することができる。
なお、シート材同士を積層してFRPを成形する場合には、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂やフェノール樹脂などを使用することができる。
鎖編地糸2および挿入糸3が太すぎると、この鎖編地糸2および挿入糸3によって形成される鎖組織Wがシートの表面から厚み方向に出っ張り、見かけのシート厚みが厚くなる。また、強化繊維束1間の鎖組織Wの占める割合が大きくなるので、成形したときに樹脂成分ばかりが存在する樹脂溜まり(樹脂リッチ)となる体積が大きくなり、FRPのVfを低下させ、機械的特性に優れるFRPが得られなくなる(図9参照)。したがって10~90デシテックスの鎖編地糸2および挿入糸3により鎖組織Wを形成することが好ましい。
また、挿入糸3が太すぎる場合には、シート材を複数積層してFRPを成形すると、シート層間に部分的に太い挿入糸が存在することになるためその部分が厚くなり見かけのシート厚みが厚くなる。したがって、厚み方向への樹脂リッチとなる間隙が大きくなる。
即ち、挿入糸3が太いほど層間の樹脂リッチとなる体積が大きくなりVfを低下させることや、強化繊維シート材を積層して樹脂を含浸させる成形を行うときに厚さ方向に圧力をかけると挿入糸3が存在する箇所で強化繊維が厚さ方向に蛇行し(図10参照)、挿入糸3が太いほど局部的な蛇行が生じるため、FRPを構成して負荷がかかったときの応力集中が大きくなり破壊をまねくおそれがあるため、同様に、機械的特性に優れるFRPが得られない。
逆に、鎖編地糸2および挿入糸3が細すぎると、強化繊維シート材を編成する際に糸切れを起こしやすく編成しにくくなる。
このようなことから、10~90デシテックスの鎖編地糸2ならびに挿入糸3により鎖組織Wを形成することが好ましい(図11参照)。
また、同じ繊度であっても、複数のフィラメントが引き揃えられたマルチフィラメントを使用すると、シートを積層した際に、各フィラメントが広がって全体に扁平状に潰れ広がった形状となるため(図12参照)、見かけのシート厚みを薄くすることができる。
そして、本実施形態では、シート材に使用する鎖編地糸2および補助挿入糸3として、エポキシ系樹脂に溶融する熱可塑性樹脂製糸を採用することができる。
即ち、FRPを成形する場合には、強化繊維シートを積層したものに、主にエポキシ樹脂を含浸して硬化させる。したがって、かかる溶融性を有する糸を用いることにより、エポキシ樹脂を含浸した際に、鎖編地糸2および補助挿入糸3が溶融して無くなるため、完成したFRPには鎖編地糸2および補助挿入糸3が存在しなくなる。このように鎖編地糸と補助挿入糸が溶融すると、積層したシート材の各層間における補助挿入糸3が無くなるため、適切な樹脂リッチのスペースが形成され、補強挿入糸3の存在による強化繊維の局部的な蛇行(図10参照)を防止することができる。
また、強化繊維束1同士の間に存在する鎖組織Wも無くなるため、成形時の圧力によって強化繊維束1が、成形品においてより均一に分散され、局部的なVfのバラツキを小さくすることができるので、機械的特性のバラツキが小さいFRPを得ることができる。
次に、本実施形態におけるシート材の加熱処理による収縮量について説明する。この収縮量は、鎖編地糸2および挿入糸3の「乾熱収縮率」や糸の繊度により大きく影響する。この乾熱収縮率が大きいほど加熱処理による収縮量は大きくなるし、乾熱収縮率が同じでも、糸の繊度が太いほど加熱処理により収縮する力は大きくなる。つまり、乾熱収縮率が大きく、糸の繊度が太いほど収縮する力が大きくなるので、収縮現象が起こりやすいことになる。
なお、本実施形態における乾熱収縮率とは、次のような測定方法に基づくものである。
(1)JIS L 1013 乾熱収縮率(B法)に準拠する。
(2)初荷重は2.94mN×糸の繊度(テックス)
(3)加熱温度は180℃
(4)加熱時間は30分
(5)熱収縮率[%]=(加熱前の長さ−加熱後の長さ)÷(加熱前の長さ)×100
(1)JIS L 1013 乾熱収縮率(B法)に準拠する。
(2)初荷重は2.94mN×糸の繊度(テックス)
(3)加熱温度は180℃
(4)加熱時間は30分
(5)熱収縮率[%]=(加熱前の長さ−加熱後の長さ)÷(加熱前の長さ)×100
本発明のシート材においては、鎖編地糸2および挿入糸3の乾熱収縮率を小さくするとともに、更に細い糸を使用することによって熱による収縮力を小さくすることによって、経編地がシート長手方向へと収縮するのを抑え、強化繊維束1が蛇行するのを防ぐことができ、高強度なシート材を得ることができる。
なお、このような乾熱収縮率が小さい糸を採用することは、加熱処理による経編地のシート幅方向への収縮を抑えることによってシート幅方向の中央部と両端部の強化繊維の目付け差をより小さくするという目的達成にも資する。
よって、シート幅方向に強度や厚さのバラツキが小さくなったシート材を得ることができ、シート材を積層するときにも全体として厚さが均一になるし、また、樹脂を含浸させてFRPとしたときに強度のバラツキが小さくなり好ましい。
また、本実施形態では、鎖編地糸2および挿入糸3の乾熱収縮率は、できるだけ小さいほど加熱処理による収縮が小さくなるため、乾熱収縮率は4.0%以下(より好ましくは1.5%以下)にすることできる。この境界条件である4.0%前後の糸を用いた比較実施例については後述する。
本実施形態における鎖編地糸2および挿入糸3は、例えば、ポリエステル繊維糸で乾熱収縮率が3~4%である比較的低収縮な糸を高温高圧釜により100℃以上に熱した水につけて処理することで得ることができる。
また、乾熱収縮率が1.5%以下である補助糸を得るにあたっては、必ずしも湿式で加熱処理する必要はなく、乾式での加熱処理であっても良い。また、使用する糸の種類はポリエステル繊維以外の合成繊維であっても良いし、乾熱収縮率が極めて小さいガラス繊維糸であっても良い。ガラス繊維糸の場合、生産性はやや劣るが乾熱収縮率がほぼ零なのでシート幅方向の中央部と両端部の目付け差が非常に小さくなり、均一なシート材を得ることができる。
本発明は概ね上記のように構成されるが、図示の実施形態に限定されるものでは決してなく、「特許請求の範囲」の記載内において種々の変更が可能であって、例えば、強化繊維1の使用材料は、用途に応じて適宜変更し得る。
下記の材料を使用し、130本の強化繊維束と鎖編地糸をウェール間隔が4.2mmピッチになるように配置し、挿入糸を6mmピッチに振り、ポリマー糸4を鎖組織Wに1針挿入により編み込んで、加熱処理によりポリマーを溶融して鎖編地糸と挿入糸を接着させて、本発明のシート材(以下、「実施例1」という)を作製した。
<実施例1の材料条件>
強化繊維束;12,000本のマルチフィラメントからなる800テックス、サイジング付着量が1重量%の炭素繊維束
鎖編地糸;22デシテックスのマルチフィラメントからなるポリエステル繊維糸で、乾熱収縮率が0.6%
挿入糸;22デシテックスのマルチフィラメントからなるポリエステル繊維糸で、乾熱収縮率が0.6%
ポリマー糸;共重合ナイロン樹脂からなる、繊度が33デシテックスのマルチフィラメント糸
強化繊維束;12,000本のマルチフィラメントからなる800テックス、サイジング付着量が1重量%の炭素繊維束
鎖編地糸;22デシテックスのマルチフィラメントからなるポリエステル繊維糸で、乾熱収縮率が0.6%
挿入糸;22デシテックスのマルチフィラメントからなるポリエステル繊維糸で、乾熱収縮率が0.6%
ポリマー糸;共重合ナイロン樹脂からなる、繊度が33デシテックスのマルチフィラメント糸
一方、実施例1と同じ強化繊維束、鎖編地糸、挿入糸ならびにポリマー糸を使用し、ポリマー糸を挿入糸に被覆(カバーリング)し、その他の製造条件は実施例1と同じにして、シート材を作製した(比較例1)。
また、別の比較例として、挿入糸に22デシテックスのマルチフィラメントからなるポリエステル繊維糸でその乾熱収縮率が10%の糸を使用し、この挿入糸にポリマー糸を被覆(カバーリング)した。その他の製造条件は実施例1と同じにして、シート材を作製した(比較例2)。
そして、各々のシート材のマイクロメータで測定した厚さならびにシート材の幅、ならびに、基準長さのシート材の経編地を分解して、強化繊維束を取り出し適度な張力をかけて真直ぐ伸ばした強化繊維束の長さを測定し、[(分解後の強化繊維束長さ)−(基準長さ)]/(基準長さ)×100=(糸長差の割合)から算出した糸長差の割合、さらにシート材中央部の目付と最端縁部の目付との差を目付差とし、各測定箇所の鎖組織6本間の間隔と強化繊維量から測定した結果を以下の〔表1〕に示す。この糸長差の割合はシート材内での強化繊維束の蛇行の程度を示すことになる。また、目付差はシート材の幅方向における目付の均一性、すなわち目付差が小さいほど均一であることを示すことになる。
シート材の厚さについては、実施例1のシート材ではほぼ強化繊維の厚みと同様の厚みであった。比較例1のシート材では挿入糸にポリマーをカバーリングしたため、挿入糸全体の太さが太くなり、また、加熱処理した際に挿入糸全体がモノフィラメント糸のようになり、シート材の厚みが実施例1のシート材に比較して厚くなった。また、比較例2に関しては幅が大きく収縮した分強化繊維束が密になり目付が大きくなったため厚さがより厚くなった。
また、シート材の幅については実施例1と比較例1の差はほとんど現れず、目付分布についてもほぼ均一であった。しかし比較例2は実施例1や比較例1に比べて乾熱収縮率の大きい挿入糸を使用したため、加熱処理により幅方向への収縮力が大きく、シート材の幅が狭くなった。特にシート材の最端縁部での収縮が大きく、その分シート材中央部と最端縁部との目付差も実施例1に比べて大きくなった。
糸長差の割合については、実施例1は比較例1や比較例2に比べて糸長差の割合が小さく、強化繊維束の蛇行が小さかった。外観においても実施例1のシート材は強化繊維の蛇行が比較例に比べて小さかった。
次に、上記の各々のシート材の幅方向の中央部から35cm×35cmのサンプルを切り出し、成形型に強化繊維が同じ方向になるように5枚積層し、その上をフィルムで覆い、真空下で、常温で液状のビニルエステル樹脂を含浸した後、樹脂を加熱硬化してFRP板を作製した。
このFRP板の厚さならびにJIS K7165に準じて測定したFRP板の強化繊維配列方向の機械的特性の代表値である引張強度、引張弾性率とJIS K7075に準じて測定したVf、ならびに実施例1と比較例1のVfにおいて繊維体積含有率を100%換算した引張強度、引張弾性率の値を以下の〔表2〕に示す。
FRP板の厚さについては、実施例1のシート材を用いたFRPの方が比較例1のシート材を用いたFRPに比較して厚くなった。これは、実施例1のシート材と比較して比較例1のシート材では、シート材を複数積層してFRPを成形すると、挿入糸にポリマー糸をカバーリングさせた分シート層間に部分的に太い挿入糸が存在することになるためその部分が厚くなり見かけのシート厚みが厚くなる。したがって、厚み方向への樹脂リッチとなる間隙が大きくなり、その分樹脂を含浸させてFRPにしたときの厚さが厚くなったためである。
また、FRP板のVfについても、実施例1のシート材を用いたFRPの方が比較例1のシート材を用いたFRPに比較して大きくなった。
更にまた、引張強度・弾性率についても、実施例1のシート材を用いたFRPの方が比較例1のシート材を用いたFRPに比較して大きいが、Vf値を考慮し100%換算した値においても実施例1のシート材が比較例1に比べて優れている。
次に、本実施形態における鎖編地糸2および挿入糸3の最適な乾熱収縮率(4.0%以下)について、この境界条件である4.0%前後の糸を用いた実施比較例を以下に説明する。
まず、実施例2として、鎖編地糸2、挿入糸3に22デシテックスのマルチフィラメント糸でその乾熱収縮率が2.5%の糸を使用した。その他の条件は実施例1と同じにして、シート材を作製した。
また、比較例3として、鎖編地糸2、挿入糸3に22デシテックスのマルチフィラメント糸でその乾熱収縮率が5.0%の糸を使用した。その他の条件は実施例1と同じにして、シート材を作製した。
そして、各々のシート材の幅、ならびに糸長差の割合、さらにシート材中央部目付、シート材最端縁部目付、目付差を測定した結果を以下の〔表3〕に示す。
シート材の厚さについては、ほぼ強化繊維の厚みと同様の厚みであり、比較例3のシート材は、実施例1と比較すると幅が若干収縮した分、強化繊維束1が密になり目付が大きくなったため、厚さが若干厚くなった。
一方、実施例2のシート材は、実施例1と比較して比較例3ほどではなく幅が若干収縮しているが、厚みの差はほどんど生じなかった。
また、シート材の幅については、実施例1>実施例2>比較例3の順に幅が狭くなっており、幅が収縮している傾向が現れた。これは使用した鎖編地糸2、挿入糸3の乾熱収縮率が実施例1<実施例2<比較例3の順に大きく、乾熱収縮率が大きいと加熱処理による幅方向への収縮が大きくなるためである。
この際、特にシート材の最端縁部での収縮が大きく、シート材中央部とシート材最端縁部との目付差は、実施例1と実施例2との差はほとんど現れなかったが、比較例3は実施例1に比べ大きくなった。
また、糸長差の割合については、実施例1と実施例2にはほとんど差が現れなかったが、比較例3は実施例1に比べ大きくなった。鎖組織Wに1針挿入させたポリマー糸4が鎖編地糸2と挿入糸3を接着し、経編地の長手方向への収縮を抑制してはいるが、鎖編地糸2と挿入糸3の乾熱収縮率が大きいと、加熱処理時の熱収縮履歴が大きく残ってしまうためである。
<プリフォームの成形実施例>
次に、本発明の強化繊維シート材を使用してプリフォームを成形する具体例を以下に説明する。まず、実施例1のシート材を長さ300mm、幅150mmにカットし、強化繊維の配向方向が同じ方向となるよう一方向に積層する。
次に、本発明の強化繊維シート材を使用してプリフォームを成形する具体例を以下に説明する。まず、実施例1のシート材を長さ300mm、幅150mmにカットし、強化繊維の配向方向が同じ方向となるよう一方向に積層する。
そして、この積層したものを、シーラントとバッグフィルムにて作成した吸引口を取り付けた真空バッグ内に入れ、吸引口から減圧し大気圧をかけながら130℃に調温された恒温槽内に10分放置した後、取り出してプリフォームAを完成させた。
次に、ポリマー糸を使用しない点を除いて、実施例1と同様の条件で製造したシート材(比較例4)を作製し、この比較例4のシート材を用いて、前記プリフォームAと同様の製造条件でプリフォームBを完成させた。
また、実施例1のシート材と同じ炭素繊維を使用して、炭素繊維を一方向に隙間なく引きそろえたシートの表面両側から、56デシテックスのポリマー糸から構成されるたて糸とよこ糸の間隔がともに10mm間隔で配列されたメッシュを合わせた後、加熱処理することによりこれらを一方向に引きそろえて炭素繊維シートとメッシュとを接着し、一体化したシート材を完成させ(比較例5)、この比較例5のシート材を用いて、前記プリフォームAと同様の製造条件でプリフォームCを得た。
そして、こうして得られたプリフォームA~Cにそれぞれ樹脂を含浸させて樹脂の流動速度を観察し、含浸性の評価を実施した。具体的には、プリフォームの周囲をフィルムバッグし、バキュームポンプによりそのバッグ内を真空(−0.1MPa)にしながら60℃で粘度1.0ポイズの樹脂を含浸させ、樹脂が20cm流動するのにかかった時間を測定した。
このときの型温度、室内温度、樹脂温度を60℃とし、積層したシート材のシート長手方向を樹脂流動方向として、シート材長手方向の片側端に樹脂注入口、もう一方の片側端に樹脂吸引口を設置した。この結果を以下の〔表4〕に示す。
取扱性については、プリフォームAとプリフォームCは、プリフォームを得る工程において、加熱した際にポリマー糸が溶け出して、積層した各層のストランド同士や経編地同士が接着して一体化されるため、取扱いの際に各層がバラけることがなく、プリフォームとしての取扱性が良かった。
一方、プリフォームBは、ポリマー糸がないため、各層が接着されず一体化されないため、取扱いの際に各層がバラけてしまい、プリフォームとしての取扱性が悪かった。
また、樹脂含浸性については、プリフォームAとプリフォームBに使用した実施例1と比較例4のシート材には、強化繊維束同士の間に鎖組織Wが存在し、この鎖組織Wは立体的組織されて組織内には隙間があるので、樹脂が流動しやすく樹脂の含浸時間がプリフォームCに比べて速かった。
一方、プリフォームCに使用した比較例5のシート材は、強化繊維束が引きそろえられているため、強化繊維束同士の間に隙間がなく密に詰まっていて樹脂が流動しにくく、樹脂が含浸しなかった。
以上より、シート材における鎖編地糸2および補助挿入糸3を、エポキシ系樹脂に溶融する熱可塑性樹脂製糸にすることにより、本発明のシート材を用いてFRPを成形するに際し、プリフォームとしての取扱性を更に向上させることができる。
1 強化繊維束
2 鎖編地糸
3 補助挿入糸
4 低融点ポリマー糸
W 鎖組織
2 鎖編地糸
3 補助挿入糸
4 低融点ポリマー糸
W 鎖組織
Claims (12)
- 強化繊維が扁平に並列した所要幅の強化繊維束1・1…を補助糸経編地により保持して構成されており、
前記補助糸経編地は、前記強化繊維束1・1間において所定のウェール間隔に沿って配置される複数列の鎖組織W・W…を形成する鎖編地糸2と、この鎖編地糸2の形成する鎖組織Wに編込まれた補助挿入糸3とから構成されている一方、
これら鎖組織W・W…に編込まれた前記各補助挿入糸3は、一定のコース毎に外側に振られており、かつ、単数または複数の強化繊維束1を離間して側方に並行する鎖組織Wに編絡しており、これらの鎖組織W・W同士を勾引状態に接結して当該強化繊維束1の両面を挟持しているとともに、
低融点ポリマー糸4がシート材の長手方向に沿って挿入されており、
前記補助挿入糸3の交差箇所において融着して、前記強化繊維束1と補助糸経編地とを一体化していることを特徴とする強化繊維シート材。 - 低融点ポリマー糸4が強化繊維束1の長手方向に沿って挿入されており、補助挿入糸3の一部表面に少なくとも接触して、加熱処理により当該ポリマー糸4を溶融させて強化繊維束1と補助挿入糸3とを点状に融着することによって、強化繊維束1と挿入糸3とを遊接しつゝ、この強化繊維束1を挟持していることを特徴とする請求項1に記載の強化繊維シート材。
- 低融点ポリマー糸4を鎖編地糸2に被覆してなる複合糸と、補助挿入糸3とが一体に編成され、加熱処理により低融点ポリマー糸4が鎖編地糸2に融着して組織固定されていることを特徴とする請求項1または2に記載の強化繊維シート材。
- 低融点ポリマー糸4が鎖組織Wに1針挿入により編み込まれて、かつ、この鎖組織Wの鎖編地糸2と補助挿入糸3とが一体に編成され、加熱処理により低融点ポリマー糸4が鎖編地糸2に融着して組織固定されていることを特徴とする請求項1~3の何れか一つに記載の強化繊維シート材。
- 低融点ポリマー糸4と鎖編地糸2とが共に引き揃えられて、補助挿入糸3と一体に編成され、加熱処理により低融点ポリマー糸4が鎖編地糸2に融着して組織固定されていることを特徴とする請求項1~3の何れか一つに記載の強化繊維シート材。
- すべての鎖組織Wに沿って、低融点ポリマー糸4が付着されていることを特徴とする請求項1~5の何れか一つに記載の強化繊維シート材。
- 低融点ポリマー糸4の繊度が10~120デシテックスであることを特徴とする請求項1~6の何れか一つに記載の強化繊維シート材。
- 鎖編地糸2および補助挿入糸3の繊度が10~90デシテックスであり、この鎖編地糸2により編成されて、鎖組織Wの長手方向への収縮を防止したことを特徴とする請求項1~7の何れか一つに記載の強化繊維シート材。
- 鎖編地糸2および補助挿入糸3の乾熱収縮率(JIS L 1013(B法))が、4.0%以下であることを特徴とする請求項1~8の何れか一つに記載の強化繊維シート材。
- 鎖編地糸2および補助挿入糸3が、マルチフィラメント糸であることを特徴とする請求項1~9の何れか一つに記載の強化繊維シート材。
- 強化繊維束1の強化繊維が、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維の中から一種または複数種から成ることを特徴とする前記請求項1~10の何れか一つに記載の強化繊維シート材。
- 鎖編地糸2および補助挿入糸3が、エポキシ系樹脂に溶融する熱可塑性樹脂製糸であることを特徴とする請求項1~11の何れか一つに記載の強化繊維シート材。
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