WO2012014613A1 - Fiber substrate and fiber-reinforced composite material - Google Patents
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- D10B2505/00—Industrial
- D10B2505/02—Reinforcing materials; Prepregs
Definitions
- the present invention relates to a fiber base material and a fiber reinforced composite material, and more particularly to a fiber base material suitable as a reinforcing material for the composite material and a fiber reinforced composite material including the fiber base material as a reinforcing material.
- a fiber-reinforced composite material (hereinafter simply referred to as a composite material) is used as a lightweight, high-strength material.
- a composite material mechanical characteristics (mechanical characteristics) are enhanced by mixing reinforcing fibers in a matrix of resin, metal, or the like, as compared to the matrix itself. For this reason, a composite material is preferable as a structural component.
- a method for producing a composite material First, a fabric composed of warps and wefts (for example, a plain fabric) or a sheet composed of fiber bundles arranged in one direction is prepared. Next, this sheet is impregnated with a resin to form a prepreg. Subsequently, a plurality of prepregs are formed and laminated to form a laminate. And a composite material is formed by heating and pressurizing a laminated body using a shaping
- the arrangement direction of the fiber bundles constituting the laminate is 0 °, 90 °, + 45 °, and ⁇ 45 °.
- a method for obtaining such a laminate a plurality of sheets made of fiber bundles arranged in one direction are prepared, and the arrangement direction of the fiber bundles is 0 °, 90 °, + 45 °, and ⁇ 45 °.
- Patent Document 1 discloses a method for producing a long axially threaded oblique fiber fabric with an axial yarn used for a very large FRP product (for example, a length of 6 m). .
- a braider having an oblique yarn supply unit and an axial yarn supply unit is used.
- the oblique yarn supply unit supplies oblique yarn (braided yarn) at a predetermined angle ⁇ ⁇ with respect to the mandrel axis on the outer peripheral surface of the mandrel.
- the axial yarn supply unit supplies axial yarns arranged in the axial direction of the mandrel.
- the mandrel is inserted so as to be movable along the axial direction with respect to the braider.
- a plurality of axial yarns are supplied from the axial yarn supply unit and a plurality of oblique yarns are supplied from the oblique yarn supply unit to the outer peripheral surface of the mandrel.
- a slanted yarn fiber fabric with a long axial direction yarn in which a plurality of slanting yarns are obliquely arranged and the axial direction yarns are arranged in the long direction is manufactured.
- a known round hit braider is used as the brader.
- Patent Document 2 discloses a unidirectional reinforcing fabric that exhibits excellent characteristics for composite materials.
- the unidirectional reinforcing fabric is a sheet composed of a group of flat reinforcing fiber multifilament yarns, a weft direction auxiliary yarn group which is provided on both upper and lower surfaces of the sheet and intersects with the reinforcing fiber multifilament yarn, and a weave structure together with the weft direction auxiliary yarn group And a warp direction auxiliary yarn group parallel to the reinforcing fiber multifilament yarn.
- the reinforcing fiber multifilament yarns are aligned in one direction and in parallel with each other so as not to bend the sheet.
- Patent Document 1 regarding the oblique yarn fiber woven fabric with the axial direction yarn, no consideration is given to a cross portion between the oblique yarns and a crimp generated at the intersection portion between the oblique yarn and the axial direction yarn. For this reason, when manufacturing a composite material including an axially threaded oblique yarn fiber woven fabric as a reinforcing material, one reinforcing fiber is arranged in a matrix while a crimp exists at each intersection with another reinforcing fiber. ing. For this reason, the characteristic which should originally express a reinforced fiber is not fully utilized.
- Patent Document 1 relates to the production of a long fiber fabric having fiber bundles (diagonal yarns) arranged obliquely with respect to the longitudinal direction (0 ° direction) of the fabric.
- Patent Document 2 does not mention anything about yield deterioration and productivity deterioration during manufacturing.
- JP 2001-310393 A Japanese Patent No. 3279049
- An object of the present invention is to provide a fiber base material having at least reinforcing fibers arranged so as to intersect with the longitudinal direction of the fiber base material, and suppressing crimping of the reinforcing fibers and having high productivity, and fiber It is providing the fiber reinforced composite material which contains a base material as a reinforcing material.
- a plurality of first fiber bundles arranged in parallel with each other and arranged so as to intersect with each other in parallel with each other.
- a fiber substrate composed of a plurality of second fiber bundles and a plurality of third fiber bundles that have the same angle intersecting the first fiber bundle and the second fiber bundle and are arranged in parallel to each other.
- the fiber base is a reinforcing fiber bundle composed of reinforcing fibers intersecting with the third fiber bundle, and an auxiliary yarn that is at least part of the first fiber bundle, the second fiber bundle, or the third fiber bundle.
- an auxiliary yarn whose weight of auxiliary yarn is 20% or less of the weight of the reinforcing fiber.
- all of the crossing reinforcing fiber bundles are in the thickness direction of the fiber base material. Are arranged in the same order.
- auxiliary yarn refers to a yarn that plays a role in preventing the fiber base material from being disturbed when the fiber base material is handled in the manufacturing process of the composite material. means. The auxiliary yarn itself need not contribute to the mechanical strength of the composite material. The auxiliary yarn also includes a single filament and is not necessarily a bundle of fibers. “Weight” means the weight of a predetermined length of yarn and is reflected in the thickness of the yarn.
- the fiber base material is formed of a structure in which the first, second and third fiber bundles are arranged in three axial directions.
- the fiber base material has at least reinforcing fibers that intersect with the third fiber bundle.
- all of the intersecting reinforcing fiber bundles are arranged in the same order in the thickness direction of the fiber base material.
- the reinforcing fiber bundle which comprises a fiber base material can be arranged in the state which suppressed the crimp.
- the productivity is higher than when forming a fabric base (one-way reinforced fabric) in which fiber bundles are arranged in one direction (for example, the angle ⁇ direction). Become.
- either one of the first and second fiber bundles is constituted by a reinforcing fiber bundle and the other is constituted by an auxiliary yarn.
- the reinforcing fibers do not intersect at the intersection of the first fiber bundle and the second fiber bundle. For this reason, compared with the case where the intersection part of reinforced fiber exists, the crimp of a reinforced fiber is easy to be suppressed.
- reinforcing fiber bundles and auxiliary yarns constituted by reinforcing fibers are alternately arranged.
- the reinforcing fibers intersecting with the third fiber bundle are biaxial.
- a fiber substrate arranged in the direction can be obtained. It is also possible to obtain a fiber base material in which reinforcing fibers and auxiliary yarns are evenly arranged.
- the third fiber bundle is a reinforcing fiber bundle that is arranged so as to correspond to all the intersections of the first fiber bundle and the second fiber bundle, and is configured by reinforcing fibers. It is preferable that the auxiliary yarns are alternately arranged.
- the number of fibers constituting the third fiber bundle can be maximized.
- all the third fiber bundles are made of auxiliary yarns.
- the fiber base material has only reinforcing fibers arranged so as to intersect with the longitudinal direction (0 ° direction) of the composite material. For this reason, when laminating
- the first fiber bundle and the second fiber bundle constitute a bundle of skewed yarns of the tubular braid
- the third fiber bundle comprises a bundle of axial yarns of the tubular braid. It is preferable to configure.
- the present invention it is possible to manufacture a composite material including a reinforcing fiber layer having reinforcing fibers that are arranged so as to intersect with the longitudinal direction (0 ° direction) of the composite material and in which crimping is suppressed.
- the productivity of the tubular braid is higher than that in the case of forming a fabric base material (unidirectional reinforcing fabric) in which fiber bundles are arranged in one direction (for example, the angle ⁇ direction). For this reason, productivity of a fiber base material can also be improved.
- the fiber base material is preferably formed by flattening a tubular braid composed of the first fiber bundle, the second fiber bundle, and the third fiber bundle.
- the fiber base material is obtained by flattening the tubular braid. For this reason, when a some reinforcing fiber layer is required as a reinforcement of a composite material, the effort which piles up a fiber base material decreases.
- the fiber base material is formed in a sheet shape by opening a tubular braid, and the first fiber bundle and the second fiber bundle constitute a bundle of skew yarns of the tubular braid,
- the third fiber bundle preferably constitutes a bundle of axial yarns of a tubular braid.
- the reinforcing fiber layer constituting the fiber base is one layer. For this reason, when using as a reinforcing material of a composite material, it is possible to prevent the reinforcing fiber layers arranged in the 0 ° direction from overlapping. Therefore, the degree of freedom of the laminated configuration of the reinforcing fiber layer is increased.
- the fiber base material is formed into a sheet shape by cutting the cylindrical braid along the axial direction thereof, and the first fiber bundle and the second fiber bundle are the skewed yarns of the cylindrical braid.
- the third fiber bundle constitutes a bundle of axial threads of a tubular braid.
- the reinforcing fiber layer constituting the fiber base is one layer.
- the reinforcing fiber layers arranged in the 0 ° direction can be prevented from overlapping. Therefore, the degree of freedom of the laminated configuration of the reinforcing fiber layer is increased.
- the angle is preferably 45 °.
- a fiber base material in which fiber bundles are arranged at 45 ° or 45 ° can be obtained. Accordingly, the mechanical properties of the composite material can be made pseudo-isotropic.
- the auxiliary yarn is preferably composed of organic fibers.
- the organic fiber is more flexible than the inorganic fiber.
- the auxiliary yarn can be preferentially bent at the intersection of the auxiliary yarn and the reinforcing fiber. Thereby, the crimp which arises in a reinforced fiber can be suppressed.
- a fiber reinforced composite material including the above fiber base material as a reinforcing material.
- the reinforcing material used in the fiber-reinforced composite material of the present invention has the effect of the fiber base according to any one of claims 1 to 11.
- a prepreg obtained by impregnating the above fiber base material with a resin.
- (A) is a top view of the braid layer located on the upper side of the fiber base material of 1st Embodiment
- (b) is a top view of the braid layer located on the lower side of the fiber base material
- (c) is FIG. ) Is a cross-sectional view taken along line 1c-1c
- (d) is a cross-sectional view taken along line 1d-1d in FIG. 1 (a)
- (e) is a third fiber bundle without first and second fibers. Sectional drawing of the fiber base material whose fiber bundle is all reinforced fiber.
- (A) is a plan view of the braid layer positioned on the upper side of the fiber base material of the second embodiment
- (b) is a sectional view taken along line 4b-4b of FIG. 4 (a)
- (c) is FIG. Sectional drawing along the 4c-4c line of a).
- (A) is a top view of the braid layer located above the fiber base material of 4th Embodiment
- (b) is a top view of the braid layer located below the fiber base material.
- the partially broken perspective view of a composite material is a plan view of the braid layer positioned on the upper side of the fiber base material of the second embodiment
- (b) is a sectional view taken along line 4b-4b of FIG. 4 (a)
- (c) is FIG. Sectional drawing along the 4c-4c line of a).
- (A) is a top view of the fiber base material of 5th Embodiment
- (b) is a partially broken perspective view of a composite material.
- the top view of the fiber base material of another embodiment The top view of the fiber base material of another embodiment.
- (A), (b) is a top view which shows the state which cuts out the fiber base material of another embodiment, respectively.
- the fiber base material 10 includes a plurality of first fiber bundles 11, a plurality of second fiber bundles 12, and a plurality of third fiber bundles 13. It is configured.
- the plurality of first fiber bundles 11 are arranged in parallel to each other.
- the plurality of second fiber bundles 12 are arranged in parallel to each other and cross the first fiber bundle 11.
- the plurality of third fiber bundles 13 intersect with each of the first and second fiber bundles 11 and 12 at the same angle and are arranged in parallel to each other.
- the fiber base material 10 is formed by flattening a tubular braid 14 formed in a tubular shape.
- Each of the first and second fiber bundles 11 and 12 constitutes a bundle of skew yarns of the tubular braid 14.
- the third fiber bundle 13 constitutes a bundle of axial threads of the tubular braid 14.
- the first fiber bundle 11 intersects with the axial direction of the tubular braid 14 (vertical direction in FIGS. 1A and 1B) at an angle ⁇ .
- the second fiber bundle 12 intersects the axial direction of the tubular braid 14 at an angle ⁇ . That is, the angle that intersects the axial direction of the tubular braid 14 of the second fiber bundle 12 is opposite to the angle ⁇ that intersects the axial direction of the tubular braid 14 of the first fiber bundle 11. .
- the angle ⁇ is 45 °.
- the third fiber bundle 13 is arranged in parallel to the axial direction of the tubular braid 14.
- first and second fiber bundles 11 and 12 is constituted by a fiber reinforcing bundle 15 and the other is constituted by an auxiliary thread 16.
- first fiber bundle 11 is constituted by the fiber reinforcing bundle 15, and the second fiber bundle 12 is constituted by the auxiliary yarn 16.
- the third fiber bundle 13 is arranged so as to correspond to all the intersecting portions of the first fiber bundle 11 and the second fiber bundle 12.
- fiber reinforcing bundles 15 and auxiliary yarns 16 are alternately arranged.
- the first fiber bundle 11 constituted by the fiber reinforced bundle 15 intersects the third fiber bundle 13 constituted by the reinforced fiber on the same side.
- the fiber reinforced bundles 15 intersect.
- the second and third fiber bundles 12 and 13 constituted by the auxiliary yarn 16 and the first fiber bundle 11 constituted by the fiber reinforcing bundle 15 intersect.
- Reinforcing fiber means a fiber that plays a role of reinforcing the matrix of the composite material when the fiber substrate 10 is used as a reinforcing material for the composite material.
- the fiber reinforced bundle 15 a non-twisted fiber of light weight, high breaking strength, and high elastic modulus is used.
- carbon fiber is used as the fiber reinforced bundle 15.
- the carbon fiber has, for example, about 10,000 to several tens of thousands of filaments depending on the required performance of the composite material, and has a number of filaments suitable for the required performance.
- the auxiliary yarn 16 prevents the arrangement of the fiber reinforcing bundles 15 constituting the fiber base material 10 from being disturbed or the fiber base material 10 from being deformed when the composite material is manufactured.
- the auxiliary yarn 16 does not necessarily contribute to the mechanical strength of the composite material.
- the auxiliary yarn 16 is composed of a yarn or a fiber bundle.
- the basis weight of the auxiliary yarn 16 is 20% or less of the basis weight of the fiber reinforced bundle 15, and preferably less than 10%.
- the auxiliary yarn 16 is set according to the strength required for the fiber base material 10 as a reinforcing material of the composite material and the material of the auxiliary yarn 16. “Weight” means the weight of a predetermined length of yarn and is reflected in the thickness.
- the auxiliary yarns 16 are preferably made of organic fibers that are lighter and more flexible than inorganic fibers, and here are made of polyester fibers.
- the fiber base material 10 has a two-layer structure in which the tubular braid 14 is flattened.
- the first fiber bundle 11 intersects the axis of the tubular braid 14 at an angle ⁇ as shown in FIG. Intersects with the axial direction of the tubular braid 14 at an angle ⁇ .
- the third fiber bundle 13 is parallel to the axial direction of the tubular braid 14. Therefore, as shown in FIGS.
- the fiber base material 10 has a two-layer structure including an upper layer 10a and a lower layer 10b.
- the upper layer 10a has a fiber reinforced bundle 15 arranged at 0 ° with respect to the axial direction of the tubular braid 14 and a fiber reinforced bundle 15 arranged at 45 °.
- the lower layer 10b has a fiber reinforced bundle 15 arranged at 0 ° with respect to the axial direction of the tubular braid 14 and a fiber reinforced bundle 15 arranged at ⁇ 45 °.
- the cylindrical braid 14 constituting the fiber base material 10 is a three-dimensional braider (rotor carrier type three-dimensional weaving loom) disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. 3-64619 and Japanese Patent Publication No. 4-13463.
- a mandrel having an outer diameter equal to the inner diameter of the tubular braid 14 to be formed is used.
- the third fiber bundle 13 is wound around the outer peripheral surface of the mandrel so as to extend in the axial direction of the mandrel and to intersect the first and second fiber bundles 11 and 12 at a predetermined angle.
- the tubular braid 14 is formed by forming the braid structure. After the tubular braid 14 is cut to the length of the fiber base material 10, the tubular braid 14 is crushed and flattened. Thereby, the fiber base material 10 used as a reinforcement of a composite material is completed.
- the fiber base material 10 is cut into a predetermined length. At the same time, the fiber base material 10 is laminated on another fiber base material to constitute a four-axis (0 °, 45 °, ⁇ 45 °, 90 °) reinforcing material.
- the other fiber base material has a reinforcing fiber bundle 15 having an angle of 90 ° with the longitudinal direction of the composite material, that is, the arrangement direction of the third fiber bundles 13 of the fiber base material 10.
- a plain woven fabric using auxiliary yarns for warps and reinforcing fibers for wefts is used.
- the composite material 18 shown in FIG. 3 is formed by laminating a plain fabric W1 on both sides of the fiber base material 10, and impregnating and hardening the resulting laminate with a matrix resin.
- An auxiliary yarn is used for the warp of the fiber substrate 10 and a reinforcing fiber is used for the weft.
- FIG. 3 shows the upper layer 10a and the lower layer 10b of the fiber base material 10, respectively.
- the composite material 18 having pseudo-isotropic mechanical characteristics can be obtained.
- the number of the fiber base material 10 and the plain fabric W1 to be laminated is set.
- the reinforcing fibers of the plain woven fabric W1 are indicated by thick lines, and the auxiliary yarns are indicated by thin lines.
- the composite material 18 is manufactured by laminating the fiber base material 10 together with other fiber base materials in a mold, impregnating the laminate with a resin serving as a matrix, and curing the resin.
- a resin serving as a matrix
- the matrix resin for example, a thermosetting resin such as an epoxy resin, an unsaturated polyester resin, or a vinyl ester resin is used.
- the resin is impregnated and cured by an RTM (resin transfer molding) method.
- both the first and second fiber bundles 11 and 12 are constituted by the reinforcing fiber bundle 15, at the intersection where the first fiber bundle 11 and the second fiber bundle 12 constituting the fiber base material 10 intersect.
- the first and second fiber bundles 11 and 12 are both bent by receiving the same pressure.
- one of the first and second fiber bundles 11 and 12 is constituted by the reinforcing fiber bundle 15 and the other is constituted by the auxiliary yarn 16
- the fiber bundle constituted by the fiber reinforcing bundle 15 is almost bent. Instead, the fiber bundle constituted by the auxiliary yarns 16 is greatly bent. Therefore, when both the first and second fiber bundles 11 and 12 are constituted by the fiber reinforcing bundle 15, the cross section of the fiber base material 10 along the first fiber bundle 11 is shown in FIG.
- the first fiber bundle 11 has a crimp that bends in the opposite direction to the second fiber bundle 12 at a location corresponding to the second fiber bundle 12.
- the second fiber bundle 12 is in the opposite direction to the first fiber bundle 11 for each portion corresponding to the first fiber bundle 11. There are bending crimps. Therefore, when the composite material 18 including the fiber base material 10 as a reinforcing material is manufactured, the high tensile strength of the reinforcing fiber bundle 15 is not sufficiently exhibited in the first and second fiber bundles 11 and 12.
- the first fiber bundle 11 and the second fiber bundle 12 there is no intersection between the first fiber bundle 11 and the second fiber bundle 12 where the fiber reinforcing bundles 15 intersect each other. That is, the intersecting portion of the first fiber bundle 11 and the second fiber bundle 12 is limited to the intersecting portion 17 a between the fiber reinforcing bundle 15 and the auxiliary yarn 16.
- the first fiber bundle 11 constituted by the reinforcing fiber bundle 15 is on the same side (here, the outer side in the tubular braid 14) with respect to the third fiber bundle 13 constituted by the fiber reinforcing bundle 15. Crossed.
- the first fiber bundle 11 constituted by the fiber reinforced bundle 15 and the third fiber bundle 13 constituted by the fiber reinforced bundle 15 are formed on the fiber base material 10 at the intersecting portion 17b where the fiber reinforced bundles 15 intersect each other. They are arranged in the same order in the thickness direction. Therefore, the third fiber bundle 13 constituted by the fiber reinforced bundle 15 is arranged in a state of extending straight in the axial direction of the tubular braid 14.
- FIG. 1C shows a cross section of the fiber base material 10 cut along the first fiber bundle 11. As shown in the figure, the first fiber bundle 11 constituted by the fiber reinforced bundle 15 is composed of the third fiber bundle 13 constituted by the fiber reinforced bundle 15 and the second fiber bundle constituted by the auxiliary yarn 16. 12 are arranged straight at a position corresponding to 12.
- the second fiber bundle 12 constituted by the auxiliary yarn 16 corresponds to the first fiber bundle 11 and the third fiber bundle 13 constituted by the fiber reinforced bundle 15. It is bent in the opposite direction to the fiber reinforced bundle 15 at the place where it does. Therefore, when the composite material 18 including the fiber base material 10 as a reinforcing material is manufactured, the first and third fiber bundles 11 and 13 configured by the fiber reinforced bundle 15 have sufficient high tensile strength of the fiber reinforced bundle 15. To be demonstrated. In FIGS. 1C and 1D, hatching representing a cross section of the fiber bundle along the cut surface is omitted. Further, the difference in the shape and size of the fiber bundle cross section due to the difference in angle intersecting the cut surface is ignored.
- the fiber substrate 10 includes a plurality of first fiber bundles 11 arranged in parallel to each other and a plurality of second fiber bundles arranged in parallel to each other so as to intersect the first fiber bundle 11. 12 and a plurality of third fiber bundles 13 having the same angle intersecting with the first and second fiber bundles 11 and 12 and arranged in parallel to each other.
- the fiber base 10 has at least a fiber reinforced bundle 15 that intersects with the third fiber bundle 13. Further, the fiber base 10 has an auxiliary yarn 16 that is at least a part of the first fiber bundle 11, the second fiber bundle 12, or the third fiber bundle 13.
- the basis weight of the auxiliary yarn 16 is 20% or less of the basis weight of the fiber reinforced bundle 15.
- the fiber reinforced bundle 15 (first fiber bundle 11) arranged so as to intersect with the third fiber bundle 13 is arranged in a state where the crimp is suppressed. Therefore, the fiber base material 10 in which at least the fiber reinforcing bundles 15 are arranged so as to intersect with the longitudinal direction of the fiber base material 10 and crimping of the fiber reinforcing bundles 15 is suppressed can be configured.
- the third fiber bundle 13 is arranged so as to correspond to all the intersections of the first fiber bundle 11 and the second fiber bundle 12.
- the fiber reinforcing bundles 15 and the auxiliary yarns 16 are alternately arranged. For this reason, the number of the 3rd fiber bundle 13 comprised by the fiber reinforcement bundle 15 can be made the most. Therefore, the composite material 18 can be manufactured without using another fabric base material including a reinforcing fiber layer extending in the longitudinal direction of the composite material 18.
- the fiber base material 10 is formed by flattening the tubular braid 14.
- the first and second fiber bundles 11 and 12 constitute a bundle of skewed yarns of the tubular braid 14, and the third fiber bundle 13 constitutes a bundle of axial yarns of the tubular braid 14. Therefore, the fiber base material 10 can be provided with a reinforced fiber layer having fiber reinforced bundles 15 that are arranged so as to intersect with the longitudinal direction (0 ° direction) of the composite material and in which crimping is suppressed.
- the productivity of the fiber base material 10 can be increased as compared with the conventional unidirectional reinforcing fabric.
- the fiber base material 10 is formed by flattening the tubular braid 14, it can have two reinforcing fiber layers. For this reason, when a some reinforcement fiber layer is required as a reinforcement of the composite material 18, the effort which overlaps the fiber base material 10 can be saved.
- the angle ⁇ formed by the fiber reinforced bundle 15 constituting the first fiber bundle 11 and the third fiber bundle 13 is 45 °.
- the fiber base material 10 in which the fiber bundles are arranged at 45 ° or ⁇ 45 ° can be obtained, and the mechanical properties of the composite material 18 can be made pseudo-isotropic.
- the arrangement direction of the first fiber bundles 11 constituted by the fiber reinforced bundles 15 is different between the upper layer 10 a and the lower layer 10 b of the fiber base material 10.
- a single fiber base material 10 allows a reinforcing fiber layer in which the fiber reinforcing bundles 15 are arranged at 45 ° and a reinforcing fiber layer arranged at ⁇ 45 °. Can be provided.
- the auxiliary thread 16 is made of organic fibers. For this reason, compared with the case where inorganic fiber is used as the auxiliary yarn 16, it is easy to suppress the crimping of the fiber reinforced bundle 15.
- the second embodiment differs from the first embodiment in the arrangement configuration of the first and second fiber bundles 11 and 12.
- the same parts as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
- the fiber reinforcing bundle 15 and the auxiliary yarn 16 are alternately arranged.
- two auxiliary yarns 16 (second and third fiber bundles 12 and 13) and one fiber reinforcing bundle 15 (first fiber bundle 11) intersect.
- two auxiliary yarns 16 one of the first and second fiber bundles 11 and 12 and the third fiber bundle 13
- one fiber reinforced bundle 15 first and second fiber bundles.
- 11 and the other and the three fiber reinforcing bundles 15 intersect.
- the three fiber reinforced bundles 15 are arranged in the same order at all locations in the thickness direction of the fiber base material 10.
- the first fiber bundle 11, the third fiber bundle 13, and the second fiber bundle 12 are arranged in this order from the outside of the tubular braid 14.
- the third fiber bundle 13 configured by the fiber reinforced bundle 15 includes a crossing portion of the first fiber bundle 11 and the second fiber bundle 12 configured by the fiber reinforced bundle 15 and the auxiliary yarn 16.
- the first fiber bundle 11 and the second fiber bundle 12 intersect each other at the intersection of one fiber bundle 11 and the second fiber bundle 12.
- the third fiber bundle 13 constituted by the auxiliary yarns 16 is the first fiber at the intersection of the first fiber bundle 11 and the second fiber bundle 12 which is the intersection of the fiber reinforcement bundle 15 and the auxiliary yarn 16. It intersects with the bundle 11 and the second fiber bundle 12, respectively.
- the cross section of the fiber base material 10 along the first fiber bundle 11 constituted by the fiber reinforced bundle 15 is as shown in FIG. That is, on the inner side of the first fiber bundle 11 constituted by the fiber reinforced bundle 15 (lower side in FIG. 4B), the third fiber bundle 13 constituted by the fiber reinforced bundle 15 is the first fiber bundle.
- the second fiber bundle 12 formed by the fiber reinforced bundle 15 is orthogonal to the first fiber bundle 11 while intersecting 11 and 45 °.
- the third fiber bundle 13 constituted by the auxiliary yarn 16 is 45 ° with the first fiber bundle 11.
- the second fiber bundle 12 constituted by the auxiliary yarns 16 is orthogonal to the first fiber bundle 11.
- the second and third fiber bundles 12 and 13 constituted by the second and third fiber bundles 12 and 13 constituted by the fiber reinforced bundle 15 and the auxiliary yarn 16 are both provided at a predetermined interval.
- yarn 16 becomes as shown in FIG.4 (c). That is, the second fiber bundle 12 constituted by the auxiliary yarn 16 is greatly bent.
- intersects the 2nd fiber bundle 12 comprised by the auxiliary yarn 16 are the same positions in the thickness direction of the fiber base material 10. Held in a relationship.
- the first fiber bundle 11, the second fiber bundle 12, and the third fiber bundle 13 configured by the fiber reinforced bundle 15 are The fiber substrate 10 is held in the same positional relationship in the thickness direction. For this reason, the crimp in the 1st fiber bundle 11, the 2nd fiber bundle 12, and the 3rd fiber bundle 13 is suppressed. Therefore, when the composite material 18 is manufactured using the fiber base material 10 as a reinforcing material, the first fiber bundle 11, the second fiber bundle 12, and the third fiber bundle 13 have high tensile strength that the fiber reinforcing bundle 15 has. It is fully demonstrated.
- the fiber reinforcing bundles 15 and the auxiliary yarns 16 are alternately arranged. For this reason, unlike the fiber base material 10 in which any one of the first and second fiber bundles 11 and 12 is constituted by the fiber reinforcement bundle 15, the fiber reinforcement bundle intersecting the third fiber bundle 13.
- the fiber base material 10 in which 15 is arranged in the biaxial direction can be obtained. Further, the fiber reinforced bundle 15 and the auxiliary yarns 16 can be evenly arranged.
- the third embodiment is different from the first embodiment in that the fiber base material 20 is not one layer but one layer.
- the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
- the fiber base material 20 is formed in a sheet shape by cutting the tubular braid 14 along its axial direction. Therefore, when the same cylindrical braid 14 is used, as shown in FIG. 5, the width of the fiber base 20 is twice the width of the fiber base 10 in which the cylindrical braid 14 is flattened.
- the fiber base material 20 all the first fiber bundles 11 are constituted by the fiber reinforcing bundles 15, and all the second fiber bundles 12 are constituted by the auxiliary yarns 16. For this reason, in the fiber base material 20, the fiber reinforced bundle 15 intersects the axial direction of the tubular braid 14 at an angle ⁇ (45 °).
- the composite material 18 having pseudo-isotropic mechanical properties is manufactured using the fiber base material 20.
- the fiber base material 20 is laminated
- the other fiber base material has reinforcing fibers whose angle formed with the longitudinal direction of the composite material 18 is 90 °.
- a plain woven fabric W1 using reinforcing fibers as wefts and auxiliary yarns as warps is used.
- At least two fiber base materials 20 are necessary. Both fiber base materials 20 are laminated with the front and back sides reversed. As shown in FIG.
- both the fiber base materials 20 sandwich the plain woven fabric W ⁇ b> 1 and connect the first fiber bundle 11 of one fiber base material 20 and the first fiber bundle 11 of the other fiber base material 20. They are stacked in a symmetrical arrangement. Depending on the required performance of the composite material 18, the number of the fiber base material 20 and the plain fabric W1 to be laminated is set.
- the fiber base material 20 is formed in a sheet shape by cutting the tubular braid 14 along its axial direction.
- the reinforcing fiber layer of the fiber base 20 is one layer.
- the fiber base material 20 as a reinforcing material of the composite material 18, it is possible to prevent the two reinforcing fiber layers intersecting the fiber reinforcing bundle 15 arranged in the 0 ° direction from overlapping. Therefore, the degree of freedom of the laminated configuration of the reinforcing fiber layer is increased.
- the fourth embodiment differs from the first embodiment in the configuration of the third fiber bundle 13.
- the same parts as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
- all the first fiber bundles 11 are constituted by the fiber reinforcing bundles 15, and all the second fiber bundles 12 are formed by the auxiliary yarns 16. It is configured.
- All the third fiber bundles 13 are constituted by the auxiliary yarns 16. That is, there is no fiber reinforced bundle 15 arranged in the longitudinal direction (0 ° direction) of the composite material 18.
- the fiber bundles constituted by the fiber reinforced bundles 15 are arranged in directions of 45 ° and ⁇ 45 °, respectively.
- the fiber base material 10 is laminated on another fiber base material to constitute a four-axis reinforcing material.
- the fiber base material has reinforcing fibers whose angles to the longitudinal direction of the composite material 18 are 0 ° and 90 °.
- a plain fabric in which crimping of reinforcing fibers is suppressed by alternately arranging reinforcing fibers and auxiliary yarns on warps and wefts is used.
- a plain fabric using reinforcing fibers as warps and auxiliary yarns as wefts is used as a fiber base material in which reinforcing fibers are arranged only in the direction of 0 °.
- a plain fabric W1 using reinforcing fibers as wefts and auxiliary yarns as warps is used as a plain fabric W1 using reinforcing fibers as wefts and auxiliary yarns as warps is used.
- a plain woven fabric W2 in which reinforcing fibers and auxiliary yarns are alternately arranged on warps and wefts is used as another fiber base material.
- the composite material 18 is manufactured by impregnating a matrix resin into a laminate in which a plain woven fabric W2 is laminated on both sides of the fiber substrate 10 and curing the laminate.
- FIGS. 9 (a) and 9 (b) a fifth embodiment will be described with reference to FIGS. 9 (a) and 9 (b).
- the fifth embodiment is greatly different from the above embodiments in that the angle ⁇ formed by the first fiber bundle 11 and the second fiber bundle 12 and the axial direction of the tubular braid 14 is 30 ° instead of 45 °.
- Other configurations are basically the same as those of the second embodiment, and the same parts as those of the second embodiment are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted.
- fiber reinforcing bundles 15 and auxiliary yarns 16 are alternately arranged. All of the third fiber bundles 13 are auxiliary yarns 16 and are arranged at positions corresponding to the intersecting portions 17b of the first fiber bundle 11 and the second fiber bundle 12 where the fiber reinforcing bundles 15 intersect each other. Yes.
- the crossing part 17b of the fiber reinforcement bundles 15 exists in the fiber base material 10.
- the intersecting portion 17b is constituted by fiber reinforcing bundles 15 constituting the first and second fiber bundles 11 and 12, respectively.
- the second fiber bundle 12 intersects the first fiber bundle 11 on the same side. For this reason, as in the second embodiment, although there is an intersecting portion 17b between the fiber reinforced bundles 15, crimping in the first fiber bundle 11 and the second fiber bundle 12 is suppressed.
- the first fiber bundle 11 and the second fiber bundle 12 intersect so as to form an angle of 60 °.
- the other fiber base has reinforcing fibers having an angle of 90 ° with the longitudinal direction of the composite material 18.
- a plain woven fabric W1 using reinforcing fibers as wefts and auxiliary yarns as warps is used as the other fiber base as described above.
- the angle ⁇ formed by the fiber reinforced bundle 15 and the axial direction of the tubular braid 14 is 30 °.
- the fiber base material 10 is formed by flattening the tubular braid 14. Therefore, the fiber base material 10 is suitable as a reinforcing material for the composite material 18 having pseudoisotropy in which triaxial reinforcing fibers are arranged so as to cross each other at 60 °.
- the third fiber bundles 13 constituting the fiber base materials 10 and 20 are arranged corresponding to all the intersections of the first fiber bundle 11 and the second fiber bundle 12. There is no need to be done. For example, as shown in FIG. 10, you may remove all the 3rd fiber bundles 13 comprised with the auxiliary thread 16 from the fiber base material 10 of 1st Embodiment.
- the third fiber bundle 13 is arranged corresponding to all the intersections of the first fiber bundle 11 and the second fiber bundle 12.
- the fiber bundles configured by the fiber reinforced bundle 15 do not have to be adjacent to each other. That is, in the third fiber bundle 13, a portion where a plurality of auxiliary yarns 16 are adjacent to each other and one fiber reinforced bundle 15 may be mixed. Moreover, you may remove a part or all of the 3rd fiber bundle 13 comprised by the auxiliary thread 16 from this structure.
- the tubular braid 14 all of the first fiber bundles 11 pass outside the specific third fiber bundle 13 (fiber bundle constituted by the fiber reinforced bundle 15), and It is not necessary for all the two fiber bundles 12 to pass inside the specific third fiber bundle 13.
- the third fiber bundle 13 fiber reinforcing bundles 15 and auxiliary yarns 16 are alternately arranged.
- the first fiber bundle 11 includes a fiber bundle that passes through the inside of the specific third fiber bundle 13, and a fiber bundle that passes through the outside of the specific third fiber bundle 13 (fiber bundle formed by the auxiliary yarns 16). You may comprise by.
- the second fiber bundle 12 may be constituted by the auxiliary yarn 16 and may be constituted by a fiber bundle passing through the inside of the specific third fiber bundle 13 (fiber bundle constituted by the fiber reinforcing bundle 15). .
- the inner side and the outer side of the fiber bundle correspond to the inner side and the outer side of the cylindrical braid 14 constituting the fiber base material 10.
- one skewed yarn (for example, the first fiber bundle 11) is continuous on the upper side (or the lower side) with respect to the plurality of other skewed yarns (second fiber bundle 12). May be arranged.
- the fiber base materials 10 and 20 have the same angle at which the first fiber bundle 11, the second fiber bundle 12 that intersects the first fiber bundle 11, and the first and second fiber bundles 11 and 12 intersect.
- the third fiber bundle 13 arranged in this manner and at least a part of the fiber bundle intersecting with the third fiber bundle 13 may be constituted by the reinforcing fibers.
- the angle ⁇ formed by the first fiber bundle 11 and the third fiber bundle 13 is not limited to 30 ° or 45 °, but 0 ° ⁇ ⁇ 30 °, 30 ° ⁇ ⁇ 45 °, or 45 °. It may be ⁇ ⁇ 90 °.
- the angle ⁇ is preferably set to 30 ° or 45 °.
- the fiber base materials 10 and 20 include at least a fiber reinforced bundle 15 that is a part of the first fiber bundle 11 or the second fiber bundle 12 that intersects the third fiber bundle, the first fiber bundle 11, and the second fiber bundle 12.
- the auxiliary yarn 16 that is at least a part of the third fiber bundle 12 or the third fiber bundle 13 and satisfy the following conditions.
- the condition is that when the intersecting portions 17b and 17c where the fiber reinforcing bundles 15 intersect each other do not exist or when the intersecting portions 17b and 17c exist, all the intersecting fiber reinforcing bundles 15 are in the same order in the thickness direction of the fiber base material. It is arranged in.
- one fiber bundle constituted by the fiber reinforced bundle 15 and a set of a plurality of auxiliary yarns 16 may be alternately arranged.
- the fiber reinforced bundle 15 is reduced, and the strength of the fiber substrate 10 and the like is weakened.
- the fiber base material 20 formed by cutting the tubular braid 14 along the axial direction into a sheet shape is not limited to the configuration of the third embodiment.
- the fiber reinforcing bundles 15 and the auxiliary yarns 16 are alternately arranged, or the third fiber bundle 13 assists.
- the thread 16 may be omitted.
- a part of the fiber reinforced bundle 15 may be used as the auxiliary yarn 16.
- the direction in which the cylindrical braid 14 is cut open is not limited to the axial direction of the cylindrical braid 14.
- all of the first fiber bundles 11 are composed of fiber reinforcing bundles 15
- all of the second fiber bundles 12 and third fiber bundles 13 are composed of auxiliary yarns 16, and the first The fiber bundle 11 intersects with the axial direction of the tubular braid 14 at an angle of 45 °
- the second fiber bundle 12 intersects the axial direction of the tubular braid 14 with an angle of ⁇ 45 °. You may cut along the fiber bundle 12.
- the fiber reinforced bundles 15 are arranged so as to form + 90 ° with respect to the two-dot chain line indicating the direction of opening the tubular braid 14.
- all of the first fiber bundles 11 are constituted by the fiber reinforcing bundles 15, and all of the second fiber bundles 12 and the third fiber bundles 13 are constituted by the auxiliary yarns 16.
- the first fiber bundle 11 intersects with the axial direction of the tubular braid 14 at an angle of 60 °
- the second fiber bundle 12 intersects with the axial direction of the tubular braid 14 at an angle of ⁇ 60 °. May be cut along the second fiber bundle 12.
- the fiber reinforced bundles 15 are arranged so as to form + 120 ° with respect to the two-dot chain line indicating the direction of opening the tubular braid 14.
- the direction in which the tubular braid 14 is opened is not limited to the arrangement direction of the second fiber bundle 12 (auxiliary yarn 16).
- all of the first fiber bundles 11 are constituted by the fiber reinforcing bundles 15, and all of the second fiber bundles 12 and the third fiber bundles 13 are constituted by the auxiliary yarns 16.
- the first fiber bundle 11 intersects with the axial direction of the tubular braid 14 at an angle of 60 °
- the second fiber bundle 12 intersects with the axial direction of the tubular braid 14 at an angle of ⁇ 60 °. May be cut along a line that forms an angle of 15 ° with the axial direction.
- the fiber reinforced bundles 15 are arranged so as to form + 45 ° with respect to a two-dot chain line indicating a direction in which the tubular braid 14 is opened.
- a longer unidirectional fiber base material can be obtained as compared with the case where the tubular braid 14 is cut along the axial direction.
- the fiber reinforced bundle 15 arranged in one direction is supported by the auxiliary yarns 16 arranged in two directions, the shape of the fiber reinforced bundle 15 is stabilized.
- the fiber base material is not limited to the flat tubular braid 14 and may be bent in a cylindrical shape, a wave shape, or a zigzag shape, for example.
- the fiber reinforced bundle 15 has high strength and high elastic modulus such as inorganic fibers such as glass fibers and ceramic fibers, or aramid fibers, poly-p-phenylenebenzobisoxazole fibers, and ultrahigh molecular weight polyethylene fibers in addition to carbon fibers.
- Organic fibers may be used.
- Carbon fiber is preferable when the required performance of rigidity and strength is high.
- Inexpensive glass fiber may be used for the reinforcing fiber because of low cost.
- Different fiber reinforced bundles 15 may be used as the fiber reinforced bundles 15 constituting the first fiber bundle 11 and the second fiber bundle 12, respectively.
- the first fiber bundle 11 may be a carbon fiber
- the second fiber bundle 12 may be a glass fiber.
- the first fiber bundle 11 may be an aramid fiber and the second fiber bundle 12 may be a carbon fiber.
- the organic fiber constituting the auxiliary yarn 16 may be polyamide other than polyester.
- the organic fiber constituting the auxiliary yarn 16 is preferably one that does not melt due to the curing temperature of the thermosetting resin that is the matrix resin of the composite material 18.
- the auxiliary yarn 16 may be composed of reinforcing fibers. In that case, the basis weight of the auxiliary yarn 16 may be 20% or less of that of the fiber reinforced bundle 15.
- the composite material 18 may be manufactured by laminating only the fiber base materials 10 and 20 in which the fiber reinforced bundles 15 are arranged in the biaxial direction or the triaxial direction.
- the composite material 18 is manufactured by laminating the fiber substrate 10 together with other fiber substrates in a mold, and impregnating the matrix in the mold with a matrix resin and curing it.
- the fiber base material 10 and other fiber base materials are laminated in advance outside the mold, and a laminate such as the adjacent fiber base material 10 is bonded with a binder resin or binder fiber, and the resulting mold is used as a preform. You may make it accommodate in.
- the composite material 18 may be manufactured by pressurizing and heating a prepreg in which the fiber base material 10 is previously impregnated with a resin with a molding die.
- the matrix is a metal other than the resin. May be. When the matrix is a metal, organic fibers cannot be used as the fiber reinforced bundle 15. Fibers that do not soften or melt at the melting point of the metal that forms the matrix, such as carbon fibers or ceramic fibers, are used.
- the matrix resin constituting the fiber reinforced composite material may be a thermoplastic resin such as polyamide, polybutylene terephthalate, polycarbonate, polyoxymethylene, or polyphenylene ether, in addition to the thermosetting resin.
- a thermoplastic resin such as polyamide, polybutylene terephthalate, polycarbonate, polyoxymethylene, or polyphenylene ether
- a thermosetting resin is more preferable than a thermoplastic resin in terms of strength.
- thermoplastic resins are superior to thermosetting resins. In this case, the entire cross section does not break at a stretch with respect to the collision load, and energy absorption is large and safety is improved.
- polyamide is preferable in terms of moldability, mechanical properties, and cost.
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Abstract
Description
本発明は、繊維基材及び繊維強化複合材料に係り、詳しくは、複合材料の強化材として好適な繊維基材、及びその繊維基材を強化材として含む繊維強化複合材料に関する。 The present invention relates to a fiber base material and a fiber reinforced composite material, and more particularly to a fiber base material suitable as a reinforcing material for the composite material and a fiber reinforced composite material including the fiber base material as a reinforcing material.
軽量、高強度の材料として、繊維強化複合材料(以下、単に、複合材料と称す)が用いられている。複合材料では、樹脂や金属等のマトリックス中に強化繊維を混在させることにより、マトリックス自体に比べて力学的特性(機械的特性)が高められている。このため、複合材料は、構造部品として好ましい。 A fiber-reinforced composite material (hereinafter simply referred to as a composite material) is used as a lightweight, high-strength material. In a composite material, mechanical characteristics (mechanical characteristics) are enhanced by mixing reinforcing fibers in a matrix of resin, metal, or the like, as compared to the matrix itself. For this reason, a composite material is preferable as a structural component.
複合材料の製造方法として、以下のようなものが知られている。まず、経糸及び緯糸により構成された織物(例えば、平織物)又は一方向に配列された繊維束により構成されたシートを準備する。次に、このシートに樹脂を含浸させて、プリプレグを形成する。続いて、複数のプリプレグを形成し、これらを積層して積層体を形成する。そして、成形型を用いて積層体を加熱及び加圧することにより、複合材料が形成される。これとは別に、複数の平織物又は前記シートを成形型内にて積層し、成形型内の積層体に樹脂を注入し、含浸させてから、硬化させる方法も挙げられる。 The following is known as a method for producing a composite material. First, a fabric composed of warps and wefts (for example, a plain fabric) or a sheet composed of fiber bundles arranged in one direction is prepared. Next, this sheet is impregnated with a resin to form a prepreg. Subsequently, a plurality of prepregs are formed and laminated to form a laminate. And a composite material is formed by heating and pressurizing a laminated body using a shaping | molding die. In addition to this, there may be mentioned a method of laminating a plurality of plain woven fabrics or the sheets in a mold, injecting a resin into the laminate in the mold, impregnating it, and then curing.
複合材料に疑似等方性を持たせるには、積層体を構成する繊維束の配列方向を、0°、90°、+45°、-45°に設定することが好ましい。このような積層体を得る方法として、一方向に配列された繊維束からなる複数のシートを準備し、繊維束の配列方向が0°、90°、+45°、-45°となるように、各シートを積層する方法がある。これとは別に、平織物から経糸及び緯糸に対して斜め45°方向に織物を切り出し、切り出された織物を平織物上に積層する方法がある。しかしながら、前者の場合、一方向(例えば、45°方向)に繊維束が配列されたプリプレグを形成するのに時間がかかる。また、後者の場合、平織物から斜め±45°方向に織物を切り出す方法では、使用できない部分が多く発生する。このため、歩留まりが悪く、特に長尺物の形成では、著しく生産性が悪化する。また、切り出した織物同士を継ぎ合わせる際の精度を保つことが難しく、継ぎ目の部分の強度も低下し易い。 In order to give the composite material quasi-isotropic properties, it is preferable to set the arrangement direction of the fiber bundles constituting the laminate to 0 °, 90 °, + 45 °, and −45 °. As a method for obtaining such a laminate, a plurality of sheets made of fiber bundles arranged in one direction are prepared, and the arrangement direction of the fiber bundles is 0 °, 90 °, + 45 °, and −45 °. There is a method of laminating each sheet. Apart from this, there is a method in which a woven fabric is cut from a plain woven fabric in an oblique 45 ° direction with respect to warp and weft and the cut woven fabric is laminated on the plain woven fabric. However, in the former case, it takes time to form a prepreg in which fiber bundles are arranged in one direction (for example, 45 ° direction). In the latter case, there are many unusable parts in the method of cutting the fabric from the plain fabric in an oblique ± 45 ° direction. For this reason, the yield is poor, and the productivity is remarkably deteriorated particularly in the formation of long objects. In addition, it is difficult to maintain accuracy when the cut-out fabrics are joined together, and the strength of the seam portion is likely to decrease.
これらの問題を解消するため、特許文献1には、非常に大きなFRP製品(例えば、長さ6m)に使用される長尺の軸方向糸付斜向糸繊維織物の製造方法が開示されている。この文献に開示の製造方法では、斜向糸供給部と軸方向糸供給部とを有するブレーダー(組紐機)が使用される。斜向糸供給部は、マンドレルの外周面上に、マンドレルの軸芯に対して所定角度±θで斜向糸(組糸)を供給する。軸方向糸供給部は、マンドレルの軸芯方向に配列される軸方向糸を供給する。マンドレルは、ブレーダーに対し軸芯方向に沿って移動可能に挿入される。この状態で、マンドレルの外周面上に、軸方向糸供給部から複数の軸方向糸が、斜向糸供給部から複数の斜向糸がそれぞれ供給される。こうしてマンドレルの外周面上に筒状織物を形成することで、軸方向糸と筒状織物とを重合してなる重合筒状織物が形成される。続いて、筒状織物が、マンドレルの軸芯方向に沿って切り開かれる。これにより、複数の斜向糸が斜めに配列されかつ軸方向糸が長尺方向に配列された長尺の軸方向糸付斜向糸繊維織物が製造される。ブレーダーとして、公知の丸打ブレーダーが用いられる。
In order to solve these problems,
特許文献2には、複合材料用として優れた特性を発揮する一方向性補強織物が開示されている。一方向性補強織物は、扁平な強化繊維マルチフィラメント糸の群からなるシートと、シートの上下両面に設けられて強化繊維マルチフィラメント糸と交差するよこ方向補助糸群と、よこ方向補助糸群と共に織組織を形成し、かつ強化繊維マルチフィラメント糸と並行なたて方向補助糸群とを備えている。強化繊維マルチフィラメント糸は、シートを屈曲させないように一方向にかつ互いに並行に引き揃えられている。 Patent Document 2 discloses a unidirectional reinforcing fabric that exhibits excellent characteristics for composite materials. The unidirectional reinforcing fabric is a sheet composed of a group of flat reinforcing fiber multifilament yarns, a weft direction auxiliary yarn group which is provided on both upper and lower surfaces of the sheet and intersects with the reinforcing fiber multifilament yarn, and a weave structure together with the weft direction auxiliary yarn group And a warp direction auxiliary yarn group parallel to the reinforcing fiber multifilament yarn. The reinforcing fiber multifilament yarns are aligned in one direction and in parallel with each other so as not to bend the sheet.
ところが、特許文献1では、軸方向糸付斜向糸繊維織物に関し、斜向糸同士の交差部や斜向糸と軸方向糸との交差部に生じるクリンプについて、考慮されていない。そのため、軸方向糸付斜向糸繊維織物を強化材として含む複合材料を製造する際、一本の強化繊維は、他の強化繊維との交差部毎にクリンプを存在させながらマトリックス中に配列されている。このため、強化繊維の本来発現すべき特性が十分に活用されていない。また、特許文献1は、織物の長手方向(0°方向)に対して斜めに配列される繊維束(斜向糸)を有する長尺の繊維織物の製造に関連している。しかしながら、特許文献2には、製造時の歩留まり悪化や生産性の悪化について、何ら触れられていない。
However, in
本発明の目的は、繊維基材の長手方向に対して交差するように配列される強化繊維を少なくとも有し、かつ強化繊維のクリンプが抑制されると共に高い生産性を有する繊維基材、及び繊維基材を強化材として含む繊維強化複合材料を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a fiber base material having at least reinforcing fibers arranged so as to intersect with the longitudinal direction of the fiber base material, and suppressing crimping of the reinforcing fibers and having high productivity, and fiber It is providing the fiber reinforced composite material which contains a base material as a reinforcing material.
上記課題を解決するため、本発明の第一の態様によれば、互いに平行に配列された複数の第1の繊維束と、互いに平行にかつ第1の繊維束と交差するように配列された複数の第2の繊維束と、第1の繊維束及び第2の繊維束と交差する角度が等しく、かつ互いに平行に配列された複数の第3の繊維束とにより構成された繊維基材が提供される。繊維基材は、第3の繊維束と交差する強化繊維により構成された強化繊維束と、第1の繊維束、第2の繊維束又は第3の繊維束の少なくとも一部である補助糸であって、補助糸の目付けが強化繊維の目付けの2割以下である補助糸とを含む。また、繊維基材では、強化繊維束同士が交差する交差部が存在しないか、又は強化繊維束同士が交差する交差部が存在する場合、交差する強化繊維束は全て、繊維基材の厚み方向において同じ順番に配置されている。 In order to solve the above problems, according to the first aspect of the present invention, a plurality of first fiber bundles arranged in parallel with each other and arranged so as to intersect with each other in parallel with each other. A fiber substrate composed of a plurality of second fiber bundles and a plurality of third fiber bundles that have the same angle intersecting the first fiber bundle and the second fiber bundle and are arranged in parallel to each other. Provided. The fiber base is a reinforcing fiber bundle composed of reinforcing fibers intersecting with the third fiber bundle, and an auxiliary yarn that is at least part of the first fiber bundle, the second fiber bundle, or the third fiber bundle. And an auxiliary yarn whose weight of auxiliary yarn is 20% or less of the weight of the reinforcing fiber. Moreover, in the fiber base material, when there is no crossing portion where the reinforcing fiber bundles cross each other, or when there is a crossing portion where the reinforcing fiber bundles cross each other, all of the crossing reinforcing fiber bundles are in the thickness direction of the fiber base material. Are arranged in the same order.
ここで、「強化繊維」とは、繊維基材を複合材料の強化材として使用した際に、複合材料のマトリックスを強化する役割を担う繊維を意味する。「補助糸」とは、複合材料の製造工程で繊維基材を取り扱う際、強化繊維の配列が乱れたり繊維基材の移送時に繊維基材が変形したりするのを防止する役割を担う糸を意味する。補助糸自身が複合材料の機械的強度に寄与する必要はない。補助糸は、1本のフィラメントのようなものも含み、繊維の束であるとは限らない。「目付け」とは、所定長さの糸の重さを意味し、糸の太さに反映される。 Here, “reinforcing fiber” means a fiber that plays a role of reinforcing the matrix of the composite material when the fiber base material is used as the reinforcing material of the composite material. “Auxiliary yarn” refers to a yarn that plays a role in preventing the fiber base material from being disturbed when the fiber base material is handled in the manufacturing process of the composite material. means. The auxiliary yarn itself need not contribute to the mechanical strength of the composite material. The auxiliary yarn also includes a single filament and is not necessarily a bundle of fibers. “Weight” means the weight of a predetermined length of yarn and is reflected in the thickness of the yarn.
この発明によれば、繊維基材は、第1、第2及び第3の繊維束を3軸方向に配列した組織で形成されている。また、繊維基材は、第3の繊維束と交差する強化繊維を少なくとも有している。強化繊維同士が交差する場合、交差する強化繊維束は全て、繊維基材の厚み方向において同じ順番に配置されている。これにより、繊維基材を構成する強化繊維束を、クリンプを抑制した状態で配列することができる。また、繊維基材を筒状組紐から形成すれば、一方向(例えば、角度θ方向)に繊維束を配列した織物基材(一方向性補強織物)を形成する場合に比べて生産性が高くなる。従って、繊維基材の長手方向に対して交差するように配列される強化繊維を少なくとも有し、かつ強化繊維のクリンプが抑制された繊維基材を構成することができる。また、繊維基材の生産性を高めることもできる。 According to this invention, the fiber base material is formed of a structure in which the first, second and third fiber bundles are arranged in three axial directions. The fiber base material has at least reinforcing fibers that intersect with the third fiber bundle. When the reinforcing fibers intersect with each other, all of the intersecting reinforcing fiber bundles are arranged in the same order in the thickness direction of the fiber base material. Thereby, the reinforcing fiber bundle which comprises a fiber base material can be arranged in the state which suppressed the crimp. Also, if the fiber base is formed from a cylindrical braid, the productivity is higher than when forming a fabric base (one-way reinforced fabric) in which fiber bundles are arranged in one direction (for example, the angle θ direction). Become. Therefore, it is possible to configure a fiber base material having at least reinforcing fibers arranged to intersect with the longitudinal direction of the fiber base material and suppressing crimping of the reinforcing fibers. In addition, the productivity of the fiber base material can be increased.
上記の繊維基材において、第1及び第2の繊維束のいずれか一方は強化繊維束により構成され、他方は補助糸により構成されていることが好ましい。 In the above fiber base material, it is preferable that either one of the first and second fiber bundles is constituted by a reinforcing fiber bundle and the other is constituted by an auxiliary yarn.
この発明によれば、第1の繊維束及び第2の繊維束の交差部で強化繊維同士が交差することはない。このため、強化繊維同士の交差部が存在する場合に比べて、強化繊維のクリンプが抑制され易い。 According to this invention, the reinforcing fibers do not intersect at the intersection of the first fiber bundle and the second fiber bundle. For this reason, compared with the case where the intersection part of reinforced fiber exists, the crimp of a reinforced fiber is easy to be suppressed.
上記の繊維基材において、第1の繊維束及び第2の繊維束ではそれぞれ、強化繊維により構成された強化繊維束と補助糸とが交互に配列されていることが好ましい。 In the above fiber base material, in the first fiber bundle and the second fiber bundle, it is preferable that reinforcing fiber bundles and auxiliary yarns constituted by reinforcing fibers are alternately arranged.
この発明によれば、第1の繊維束及び第2の繊維束のいずれか一方が強化繊維により構成されている繊維基材と異なり、第3の繊維束に対して交差する強化繊維を2軸方向に配列した繊維基材を得ることができる。また、強化繊維及び補助糸が均等に配列された繊維基材を得ることもできる。 According to this invention, unlike the fiber base material in which either one of the first fiber bundle and the second fiber bundle is composed of reinforcing fibers, the reinforcing fibers intersecting with the third fiber bundle are biaxial. A fiber substrate arranged in the direction can be obtained. It is also possible to obtain a fiber base material in which reinforcing fibers and auxiliary yarns are evenly arranged.
上記の繊維基材において、第3の繊維束は、第1の繊維束と第2の繊維束との全ての交差部と対応するように配列され、かつ強化繊維により構成された強化繊維束と補助糸とを交互に配列させて構成されていることが好ましい。 In the above fiber base material, the third fiber bundle is a reinforcing fiber bundle that is arranged so as to correspond to all the intersections of the first fiber bundle and the second fiber bundle, and is configured by reinforcing fibers. It is preferable that the auxiliary yarns are alternately arranged.
この発明によれば、第3の繊維束を構成する繊維の数を最多とすることができる。 According to the present invention, the number of fibers constituting the third fiber bundle can be maximized.
上記の繊維基材において、第3の繊維束は全て、補助糸により構成されていることが好ましい。 In the above fiber base material, it is preferable that all the third fiber bundles are made of auxiliary yarns.
この発明によれば、繊維基材は、複合材料の長手方向(0°方向)と交差するように配列された強化繊維のみを有している。このため、複合材料の0°方向に配列される強化繊維を有する他の繊維基材(織物基材)に積層して複合材料を形成する際、強度計算が容易に行える。 According to this invention, the fiber base material has only reinforcing fibers arranged so as to intersect with the longitudinal direction (0 ° direction) of the composite material. For this reason, when laminating | stacking on the other fiber base material (woven fabric base material) which has the reinforced fiber arranged in the 0 degree direction of a composite material, and forming a composite material, strength calculation can be performed easily.
上記の繊維基材において、第1の繊維束及び第2の繊維束は、筒状組紐の斜行糸の束を構成し、第3の繊維束は、筒状組紐の軸方向糸の束を構成することが好ましい。 In the above fiber base material, the first fiber bundle and the second fiber bundle constitute a bundle of skewed yarns of the tubular braid, and the third fiber bundle comprises a bundle of axial yarns of the tubular braid. It is preferable to configure.
この発明によれば、複合材料の長手方向(0°方向)に対して交差するように配列され、かつクリンプが抑制された強化繊維を有する強化繊維層を備えた複合材料を製造することができる。また、筒状組紐の生産性は、一方向(例えば、角度θ方向)に繊維束が配列された織物基材(一方向性補強織物)を形成する場合よりも高い。このため、繊維基材の生産性を高めることもできる。 According to the present invention, it is possible to manufacture a composite material including a reinforcing fiber layer having reinforcing fibers that are arranged so as to intersect with the longitudinal direction (0 ° direction) of the composite material and in which crimping is suppressed. . Further, the productivity of the tubular braid is higher than that in the case of forming a fabric base material (unidirectional reinforcing fabric) in which fiber bundles are arranged in one direction (for example, the angle θ direction). For this reason, productivity of a fiber base material can also be improved.
上記の繊維基材において、繊維基材は、第1の繊維束、第2の繊維束及び第3の繊維束からなる筒状組紐を扁平にして形成されることが好ましい。 In the above fiber base material, the fiber base material is preferably formed by flattening a tubular braid composed of the first fiber bundle, the second fiber bundle, and the third fiber bundle.
この発明によれば、繊維基材が、筒状組紐を扁平にして得られる。このため、複合材料の強化材として複数の強化繊維層を要する場合、繊維基材を重ね合わせる手間が少なくなる。 According to this invention, the fiber base material is obtained by flattening the tubular braid. For this reason, when a some reinforcing fiber layer is required as a reinforcement of a composite material, the effort which piles up a fiber base material decreases.
上記の繊維基材において、繊維基材は、筒状組紐を切り開いてシート状に形成され、第1の繊維束及び第2の繊維束は、筒状組紐の斜行糸の束を構成し、第3の繊維束は、筒状組紐の軸方向糸の束を構成することが好ましい。 In the above fiber base material, the fiber base material is formed in a sheet shape by opening a tubular braid, and the first fiber bundle and the second fiber bundle constitute a bundle of skew yarns of the tubular braid, The third fiber bundle preferably constitutes a bundle of axial yarns of a tubular braid.
この発明によれば、繊維基材を構成する強化繊維層は1層である。このため、複合材料の強化材として使用する際、0°方向に配列される強化繊維層を重ならないようにすることができる。よって、強化繊維層の積層構成の自由度が高くなる。 According to this invention, the reinforcing fiber layer constituting the fiber base is one layer. For this reason, when using as a reinforcing material of a composite material, it is possible to prevent the reinforcing fiber layers arranged in the 0 ° direction from overlapping. Therefore, the degree of freedom of the laminated configuration of the reinforcing fiber layer is increased.
上記の繊維基材において、繊維基材は、筒状組紐をその軸方向に沿って切り開いてシート状に形成され、第1の繊維束及び第2の繊維束は、筒状組紐の斜行糸の束を構成し、第3の繊維束は、筒状組紐の軸方向糸の束を構成することが好ましい。 In the above fiber base material, the fiber base material is formed into a sheet shape by cutting the cylindrical braid along the axial direction thereof, and the first fiber bundle and the second fiber bundle are the skewed yarns of the cylindrical braid. Preferably, the third fiber bundle constitutes a bundle of axial threads of a tubular braid.
この発明によれば、基本的には、請求項6に記載の発明と同様な作用効果を奏する。しかし、繊維基材を構成する強化繊維層は1層である。このため、請求項6に記載の発明と異なり、複合材料の強化材として使用する際、0°方向に配列される強化繊維層を重ならないようにすることができる。よって、強化繊維層の積層構成の自由度が高くなる。
根据 本 发明 , 基本上 具有 与 权利 要求 6 的 发明 的 作用 效果。 According to the present invention, basically the same effect as the invention of
上記の繊維基材において、角度は45°であることが好ましい。 In the above fiber base material, the angle is preferably 45 °.
この発明によれば、繊維束を45°又は45°に配列した繊維基材を得ることができる。よって、複合材料の機械的特性に疑似等方性を持たせることができる。 According to this invention, a fiber base material in which fiber bundles are arranged at 45 ° or 45 ° can be obtained. Accordingly, the mechanical properties of the composite material can be made pseudo-isotropic.
上記の繊維基材において、補助糸は有機繊維により構成されていることが好ましい。 In the above fiber base material, the auxiliary yarn is preferably composed of organic fibers.
この発明によれば、有機繊維は無機繊維に比べて柔軟である。このため、補助糸として無機繊維を使用した場合に比べて、補助糸と強化繊維との交差部で、補助糸を優先的に屈曲させることができる。これにより、強化繊維に生じるクリンプを抑制することができる。 According to this invention, the organic fiber is more flexible than the inorganic fiber. For this reason, compared with the case where inorganic fiber is used as an auxiliary yarn, the auxiliary yarn can be preferentially bent at the intersection of the auxiliary yarn and the reinforcing fiber. Thereby, the crimp which arises in a reinforced fiber can be suppressed.
上記課題を解決するため、本発明の第二の態様によれば、上記の繊維基材を強化材として含む繊維強化複合材料が提供される。 In order to solve the above problems, according to a second aspect of the present invention, there is provided a fiber reinforced composite material including the above fiber base material as a reinforcing material.
この発明の繊維強化複合材料に使用される強化材は、請求項1~請求項11のいずれか一項に記載の繊維基材の効果を有する。
The reinforcing material used in the fiber-reinforced composite material of the present invention has the effect of the fiber base according to any one of
上記課題を解決するため、本発明の第三の態様によれば、上記の繊維基材に樹脂を含浸させたプリプレグが提供される。 In order to solve the above problems, according to a third aspect of the present invention, there is provided a prepreg obtained by impregnating the above fiber base material with a resin.
(第1実施形態)
以下、本発明の繊維基材及び繊維強化複合材料を具体化した第1実施形態を図1(a)~図3に従って説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment in which the fiber base material and fiber-reinforced composite material of the present invention are embodied will be described with reference to FIGS.
図1(a),(b)に示すように、繊維基材10は、複数の第1の繊維束11と、複数の第2の繊維束12と、複数の第3の繊維束13とにより構成されている。複数の第1の繊維束11は、互いに平行に配列されている。複数の第2の繊維束12は、互いに平行にかつ第1の繊維束11と交差するように配列されている。複数の第3の繊維束13は、第1及び第2の繊維束11,12のそれぞれと等しい角度で交差すると共に、互いに平行に配列されている。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the
図2に示すように、繊維基材10は、筒状に形成された筒状組紐14を扁平にして形成されている。第1及び第2の繊維束11,12のそれぞれは、筒状組紐14の斜行糸の束を構成している。第3の繊維束13は、筒状組紐14の軸方向糸の束を構成している。第1の繊維束11は、筒状組紐14の軸方向(図1(a),(b)の上下方向)と角度θで交差する。第2の繊維束12は、筒状組紐14の軸方向と角度-θで交差する。つまり、第2の繊維束12の筒状組紐14の軸方向に対して交差する角度は、第1の繊維束11の筒状組紐14の軸方向に対して交差する角度θとは反対である。第1実施形態において、角度θは45°である。第3の繊維束13は、筒状組紐14の軸方向に対して平行に配列されている。
As shown in FIG. 2, the
第1及び第2の繊維束11,12のいずれか一方が繊維強化束15により構成され、他方が補助糸16により構成されている。第1実施形態では、第1の繊維束11が繊維強化束15により構成され、第2の繊維束12が補助糸16により構成されている。第3の繊維束13は、第1の繊維束11及び第2の繊維束12の交差部の全てと対応するように配列されている。第3の繊維束13では、繊維強化束15と補助糸16とが交互に配列されている。繊維強化束15により構成された第1の繊維束11は、強化繊維により構成された第3の繊維束13に対して同じ側で交差する。ここでは、第1の繊維束11は、筒状組紐14の外側を通る状態で、強化繊維により構成された第3の繊維束13と交差する。
One of the first and
繊維基材10には、1本の繊維強化束15と2本の補助糸16とが交差する交差部17aと、2本の繊維強化束15と1本の補助糸16とが交差する交差部17bとが存在している。交差部17bでは、繊維強化束15同士が交差する。交差部17aでは、補助糸16により構成された第2及び第3の繊維束12,13と、繊維強化束15により構成された第1の繊維束11とが交差する。交差部17bでは、繊維強化束15により構成された第3の繊維束13と、繊維強化束15により構成された第1の繊維束11と、補助糸16により構成された第2の繊維束12とが交差する。
In the
「強化繊維」とは、繊維基材10を複合材料の強化材として使用した際に、複合材料のマトリックスを強化する役割を担う繊維を意味する。繊維強化束15として、軽量で破断強度が高く、高弾性率の繊維の無撚りの繊維が使用される。ここでは、繊維強化束15として炭素繊維が使用されている。炭素繊維は、複合材料の要求性能にもよるが、例えば、10000~数万本程度のフィラメントを有し、要求性能に適した数のフィラメントを有している。
“Reinforcing fiber” means a fiber that plays a role of reinforcing the matrix of the composite material when the
補助糸16は、複合材料の製造時に、繊維基材10を構成する繊維強化束15の配列が乱れたり、繊維基材10が変形したりするのを防止する。補助糸16は、必ずしも、複合材料の機械的強度に寄与しない。
The
補助糸16は、糸又は繊維束により構成されている。補助糸16の目付けは、繊維強化束15の目付の2割以下、好ましくは、1割未満である。補助糸16は、複合材料の強化材としての繊維基材10に要求される強度、及び補助糸16の材質により設定される。「目付け」とは、所定長さの糸の重さを意味し、太さに反映される。補助糸16は、無機繊維に比べて軽量で柔軟な有機繊維により構成されたものが好ましく、ここでは、ポリエステル繊維により構成されている。
The
繊維基材10は、筒状組紐14を扁平にした2層構造を有している。筒状組紐14の状態では、どちらの方向からみても、図2に示すように、第1の繊維束11が筒状組紐14の軸線に対して角度θで交差し、第2の繊維束12が筒状組紐14の軸方向に対して角度-θで交差する。第3の繊維束13は、筒状組紐14の軸方向と平行である。そのため、図1(a),(b)に示すように、繊維基材10の上側層10a及び下側層10bを上方から見た状態では、第1の繊維束11の配列方向と筒状組紐14の軸方向とが成す角度θは、軸方向を基準として右回りを+にすると、上側層10aでは45°となり、下側層10bでは-45°となる。即ち、繊維基材10は、上側層10a及び下側層10bからなる2層構造を有している。上側層10aは、筒状組紐14の軸方向に対して0°で配列された繊維強化束15、及び45°で配列された繊維強化束15を有している。下側層10bは、筒状組紐14の軸方向に対して0°で配列された繊維強化束15、及び-45°で配列された繊維強化束15を有している。
The
繊維基材10を構成する筒状組紐14は、例えば、特公平3-64619号公報、特公平4-13463号公報等に開示されている三次元ブレーダー(ロータ・キャリア方式三次元織物織機)を用いて製造される。ここでは、形成すべき筒状組紐14の内径に等しい外径のマンドレルが用いられる。第3の繊維束13が、マンドレルの軸方向に延びるように、かつ第1及び第2の繊維束11,12と所定の角度で交差するように、マンドレルの外周面に巻きつけられる。こうして、組紐組織を形成することにより、筒状組紐14が形成される。筒状組紐14を繊維基材10の長さに切断した後、筒状組紐14が押し潰されて扁平にされる。これにより、複合材料の強化材として使用される繊維基材10が完成する。
The
繊維基材10は、所定の長さに切断される。それとともに、繊維基材10は、他の繊維基材上に積層されて、4軸(0°、45°、-45°、90°)の強化材を構成する。尚、他の繊維基材は、複合材料の長手方向、即ち繊維基材10の第3の繊維束13の配列方向と成す角度が90°である強化繊維束15を有している。上記のような他の繊維基材として、例えば、経糸に補助糸を用い、緯糸に強化繊維を用いた平織物が使用される。
The
図3に示す複合材料18は、繊維基材10の両面に平織物W1を積層し、得られた積層体にマトリックス樹脂を含浸硬化させて形成される。尚、繊維基材10の経糸には補助糸が用いられ、緯糸には強化繊維が用いられている。図3は、繊維基材10の上側層10a及び下側層10bをそれぞれ示している。複合材料18の機械的特性に疑似等方性を持たせるには、複合材料18の長手方向に対して0°、45°、-45°及び90°に配列された強化繊維が存在すればよい。つまり、最低1枚の平織物W1と1つの繊維基材10とを用いれば、疑似等方性の機械的特性を有する複合材料18が得られる。複合材料18の要求性能により、積層される繊維基材10及び平織物W1の数は設定される。図3では、平織物W1の強化繊維が太線で示され、補助糸が細線で示されている。
The
複合材料18は、繊維基材10を他の繊維基材と共に成形型内に積層し、積層物にマトリックスとなる樹脂を含浸して、樹脂を硬化することにより製造される。マトリックス樹脂として、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂等の熱硬化性樹脂が使用される。樹脂の含浸硬化は、例えば、RTM(レジン・トランスファー・モールディング)法で行なわれる。
The
次に、上記の繊維基材10の作用を説明する。
Next, the operation of the
第1及び第2の繊維束11,12が共に強化繊維束15により構成されている場合、繊維基材10を構成する第1の繊維束11及び第2の繊維束12が交差する交差部では、第1及び第2の繊維束11,12がいずれも同じような圧力を受けて、互いに屈曲する。また、第1及び第2の繊維束11,12の一方が強化繊維束15により構成され、他方が補助糸16により構成されている場合、繊維強化束15により構成された繊維束は殆ど屈曲せず、補助糸16により構成された繊維束が大きく屈曲する。そのため、第1及び第2の繊維束11,12が共に繊維強化束15により構成されている場合、第1の繊維束11に沿った繊維基材10の断面は、図1(e)に示すようになる。この場合、第1の繊維束11には、第2の繊維束12と対応する箇所に、第2の繊維束12と逆方向に屈曲するクリンプが存在する。また、第2の繊維束12に沿った繊維基材10の断面では、第2の繊維束12には、第1の繊維束11と対応する箇所毎に第1の繊維束11と逆方向に屈曲するクリンプが存在する。そのため、繊維基材10を強化材として含む複合材料18を製造した場合、第1及び第2の繊維束11,12では、強化繊維束15の有する高い引張強度が充分に発揮されない。
In the case where both the first and
その点、本発明の第1実施形態によれば、繊維強化束15同士が交差する第1の繊維束11及び第2の繊維束12の交差部は存在しない。即ち、第1の繊維束11及び第2の繊維束12の交差部は、繊維強化束15と補助糸16との交差部17aに限られている。また、強化繊維束15により構成された第1の繊維束11は、繊維強化束15により構成された第3の繊維束13に対してそれぞれ同じ側(ここでは、筒状組紐14における外側)で交差している。即ち、繊維強化束15により構成された第1の繊維束11と繊維強化束15により構成された第3の繊維束13は、繊維強化束15同士が交差する交差部17bで繊維基材10の厚み方向において同じ順番に配置されている。そのため、繊維強化束15により構成された第3の繊維束13は、筒状組紐14の軸方向に真っ直ぐ延びる状態で配列される。図1(c)は、第1の繊維束11に沿って切断した繊維基材10の断面を示す。同図に示すように、繊維強化束15により構成された第1の繊維束11は、繊維強化束15により構成された第3の繊維束13及び補助糸16により構成された第2の繊維束12と対応する箇所において真っ直ぐに配列されている。一方、図1(d)に示すように、補助糸16により構成された第2の繊維束12は、繊維強化束15により構成された第1の繊維束11及び第3の繊維束13と対応する箇所で繊維強化束15とは逆方向に屈曲されている。そのため、繊維基材10を強化材として含む複合材料18を製造した場合、繊維強化束15により構成された第1及び第3の繊維束11,13では、繊維強化束15の高い引張強度が充分に発揮される。図1(c),(d)では、切断面に沿った繊維束の断面を表すハッチングを省略する。また、切断面と交差する角度の違いによる繊維束断面の形状及び大きさの違いを無視する。
In that respect, according to the first embodiment of the present invention, there is no intersection between the
第1実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。 According to the first embodiment, the following effects can be obtained.
(1)繊維基材10は、互いに平行に配列された複数の第1の繊維束11と、互いに平行にかつ第1の繊維束11と交差するように配列された複数の第2の繊維束12と、第1及び第2の繊維束11,12と交差する角度が等しくかつ互いに平行に配列された複数の第3の繊維束13とにより構成されている。繊維基材10は、第3の繊維束13と交差する繊維強化束15を少なくとも有している。また、繊維基材10は、第1の繊維束11、第2の繊維束12又は第3の繊維束13の少なくとも一部である補助糸16を有している。補助糸16の目付けは、繊維強化束15の目付けの2割以下である。また、繊維強化束15同士が交差する交差部17bが存在する場合、交差部17bで交差する繊維強化束15は全て、繊維基材10の厚み方向において同じ順番に配置されている。そのため、第3の繊維束13に対して交差するように配列される繊維強化束15(第1の繊維束11)は、そのクリンプを抑制した状態で配列されている。従って、繊維基材10の長手方向に対して交差するように少なくとも繊維強化束15が配列され、かつ繊維強化束15のクリンプが抑制された繊維基材10を構成することができる。
(1) The
(2)第1及び第2の繊維束11,12のいずれか一方(ここでは、第1の繊維束11)は、全て繊維強化束15により構成され、他方は補助糸16により構成されている。このため、第1の繊維束11の繊維強化束15と第2の繊維束12の繊維強化束15との交差部は存在しない。よって、第1の繊維束11の繊維強化束15と第2の繊維束12の繊維強化束15との交差部が存在する場合に比べて、繊維強化束15のクリンプが抑制され易い。
(2) Either one of the first and second fiber bundles 11, 12 (here, the first fiber bundle 11) is composed of the
(3)第3の繊維束13は、第1の繊維束11と第2の繊維束12との全ての交差部と対応するように配列されている。また、第3の繊維束13では、繊維強化束15と、補助糸16とが交互に配列されている。このため、繊維強化束15により構成された第3の繊維束13の数を最多とすることができる。よって、複合材料18の長手方向に延びる強化繊維層を含む他の織物基材を用いることなく、複合材料18を製造することができる。
(3) The
(4)繊維基材10は、筒状組紐14を扁平にして形成されている。また、第1及び第2の繊維束11,12は筒状組紐14の斜行糸の束を構成し、第3の繊維束13は筒状組紐14の軸方向糸の束を構成する。従って、繊維基材10は、複合材料の長手方向(0°方向)に対して交差するように配列されかつクリンプが抑制された繊維強化束15を有する強化繊維層を備えることができる。しかも、従来の一方向性補強織物に比べて、繊維基材10の生産性を高めることもできる。また、繊維基材10は、筒状組紐14を扁平にして形成されるため、強化繊維層を2層有することができる。このため、複合材料18の強化材として複数の強化繊維層を要する場合、繊維基材10を重ね合わせる手間を省くことができる。
(4) The
(5)第1の繊維束11を構成する繊維強化束15と第3の繊維束13とがなす角度θは45°である。このため、繊維束を45°又は-45°に配列した繊維基材10を得ることができ、複合材料18の機械的特性に疑似等方性を持たせることができる。また、繊維強化束15により構成された第1の繊維束11の配列方向が、繊維基材10の上側層10aと下側層10bとで異なる。このため、複合材料18の強化材として使用する際、一つの繊維基材10により、繊維強化束15が45°に配列された強化繊維層と、-45°に配列された強化繊維層とを提供することができる。
(5) The angle θ formed by the fiber reinforced
(6)補助糸16は、有機繊維により構成されている。このため、補助糸16として無機繊維を使用した場合に比べて、繊維強化束15のクリンプを抑制し易い。
(6) The
(第2実施形態)
次に、第2実施形態を図4(a)~(c)に従って説明する。第2実施形態は、第1及び第2の繊維束11,12の配列構成について、第1実施形態と異なる。第1実施形態と同一部分は同一符号を付して詳しい説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS. The second embodiment differs from the first embodiment in the arrangement configuration of the first and
図4(a)に示すように、第1の繊維束11、第2及び第3の繊維束12,13のそれぞれでは、繊維強化束15と補助糸16とが交互に配列されている。第1実施形態の繊維基材10では、2本の補助糸16(第2及び第3の繊維束12,13)と1本の繊維強化束15(第1の繊維束11)とが交差する交差部17a、及び2本の繊維強化束15(第1及び第3の繊維束11,13)と1本の補助糸16(第2の繊維束12)とが交差する交差部17bが存在していた。
As shown in FIG. 4A, in each of the
この実施形態では、2本の補助糸16(第1及び第2の繊維束11,12の一方及び第3の繊維束13)と1本の繊維強化束15(第1及び第2の繊維束11,12の他方)とが交差する交差部17aと、3本の繊維強化束15(第1の繊維束11、第2の繊維束12及び第3の繊維束13)が交差する交差部17cとが存在する。交差部17cでは、3本の繊維強化束15が、繊維基材10の厚み方向において全ての箇所で同じ順番に配置されている。ここでは、筒状組紐14の外側から第1の繊維束11、第3の繊維束13、第2の繊維束12の順に配置されている。
In this embodiment, two auxiliary yarns 16 (one of the first and
繊維強化束15により構成された第3の繊維束13は、繊維強化束15により構成された第1の繊維束11及び第2の繊維束12の交差部と、補助糸16により構成された第1の繊維束11及び第2の繊維束12の交差部とで、第1の繊維束11及び第2の繊維束12とそれぞれ交差している。補助糸16により構成された第3の繊維束13は、繊維強化束15及び補助糸16の交差部となる第1の繊維束11及び第2の繊維束12の交差部で、第1の繊維束11及び第2の繊維束12とそれぞれ交差している。
The
繊維強化束15により構成された第1の繊維束11に沿った繊維基材10の断面は、図4(b)に示すようになる。即ち、繊維強化束15により構成された第1の繊維束11の内側(図4(b)の下側)において、繊維強化束15により構成された第3の繊維束13が第1の繊維束11と45°で交差すると共に、繊維強化束15により構成された第2の繊維束12が第1の繊維束11と直交している。繊維強化束15により構成された第1の繊維束11の外側(図4(b)の上側)において、補助糸16により構成された第3の繊維束13が第1の繊維束11と45°で交差すると共に、補助糸16により構成された第2の繊維束12が第1の繊維束11と直交している。繊維強化束15により構成された第2及び第3の繊維束12,13及び補助糸16により構成された第2及び第3の繊維束12,13はいずれも所定の間隔で設けられている。
The cross section of the
また、補助糸16により構成された第2の繊維束12に沿った繊維基材10の断面は、図4(c)に示すようになる。即ち、補助糸16により構成された第2の繊維束12は大きく屈曲している。これにより、補助糸16により構成された第2の繊維束12と交差する繊維強化束15により構成された第1及び第3の繊維束11,13は、繊維基材10の厚み方向において同じ位置関係に保持されている。
Moreover, the cross section of the
そのため、3本の繊維強化束15が交差する交差部17cが存在しても、繊維強化束15により構成された第1の繊維束11、第2の繊維束12及び第3の繊維束13は、繊維基材10の厚み方向において同じ位置関係に保持されている。このため、第1の繊維束11、第2の繊維束12及び第3の繊維束13でのクリンプは抑制されている。よって、繊維基材10を強化材として複合材料18を製造した場合、第1の繊維束11、第2の繊維束12及び第3の繊維束13では、繊維強化束15の有する高い引張強度が充分に発揮される。
Therefore, even if there is an intersecting
従って、第2実施形態によれば、第1実施形態の(1),(3)~(6)と同様な効果に加えて以下の効果を得ることができる。 Therefore, according to the second embodiment, in addition to the same effects as (1), (3) to (6) of the first embodiment, the following effects can be obtained.
(7)第1及び第2の繊維束11,12のそれぞれでは、繊維強化束15と補助糸16とが交互に配列されている。このため、第1及び第2の繊維束11,12のいずれか一方が繊維強化束15により構成されている繊維基材10とは異なり、第3の繊維束13に対して交差する繊維強化束15を2軸方向に配列した繊維基材10を得ることができる。また、繊維強化束15及び補助糸16を均等に配列することもできる。
(7) In each of the first and
(第3実施形態)
次に、第3実施形態を図5及び図6に従って説明する。第3実施形態は、繊維基材20が2層ではなく1層である点で、第1実施形態と異なる。第1実施形態と同様の部分は同一符号を付して詳しい説明を省略する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described with reference to FIGS. The third embodiment is different from the first embodiment in that the
繊維基材20は、筒状組紐14をその軸方向に沿って切り開いてシート状に形成されている。従って、同じ筒状組紐14を使用した場合、図5に示すように、繊維基材20の幅は、筒状組紐14を扁平にした繊維基材10の幅の2倍である。繊維基材20では、第1の繊維束11の全てが繊維強化束15により構成され、第2の繊維束12の全てが補助糸16により構成されている。このため、繊維基材20では、繊維強化束15が、筒状組紐14の軸方向と角度θ(45°)で交差している。
The
繊維基材20を用いて、機械的特性に疑似等方性を有する複合材料18が製造される。この場合、繊維基材20は、他の繊維基材上に積層されて、4軸の強化材を構成する。尚、他の繊維基材は、複合材料18の長手方向と成す角度が90°の強化繊維を有している。上記のような他の繊維基材として、緯糸に強化繊維を用い、経糸に補助糸を用いた平織物W1が使用される。繊維基材20は、少なくとも2枚必要である。両繊維基材20は、裏表を逆にして積層される。図6に示すように、両繊維基材20は、平織物W1を挟むと共に、一方の繊維基材20の第1の繊維束11と他方の繊維基材20の第1の繊維束11とを対称に配列させて積層されている。複合材料18の要求性能により、積層される繊維基材20及び平織物W1の数は設定される。
The
従って、第3実施形態によれば、第1実施形態の(1)~(3),(6)と同様な効果に加えて以下の効果を得ることができる。 Therefore, according to the third embodiment, in addition to the same effects as (1) to (3) and (6) of the first embodiment, the following effects can be obtained.
(8)繊維基材20は、筒状組紐14をその軸方向に沿って切り開くことによりシート状に形成されている。この場合、繊維基材20の強化繊維層は1層である。このため、繊維基材20を複合材料18の強化材として使用する際、0°方向に配列される繊維強化束15と交差する2層の強化繊維層を重ならないようにすることができる。よって、強化繊維層の積層構成の自由度が高くなる。
(8) The
(第4実施形態)
次に、第4実施形態を図7(a)~図8に従って説明する。第4実施形態は、第3の繊維束13の構成について、第1実施形態と異なる。第1実施形態と同一部分は同一符号を付して詳しい説明を省略する。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIGS. The fourth embodiment differs from the first embodiment in the configuration of the
図7(a),(b)に示すように、繊維基材10では、全ての第1の繊維束11が繊維強化束15により構成され、全ての第2の繊維束12は補助糸16により構成されている。第3の繊維束13は、全て補助糸16により構成されている。即ち、複合材料18の長手方向(0°方向)に配列される繊維強化束15が存在しない。ここでは、繊維強化束15により構成された繊維束が、45°と-45°の方向にそれぞれ配列されている。
As shown in FIGS. 7A and 7B, in the
繊維基材10は、他の繊維基材上に積層されて、4軸の強化材を構成する。尚、繊維基材は、複合材料18の長手方向と成す角度が0°及び90°の強化繊維を有している。上記のような他の繊維基材として、経糸及び緯糸に強化繊維と補助糸とをそれぞれ交互に配列することで強化繊維のクリンプが抑制された平織物が使用される。また、強化繊維を角度0°方向にのみ配列した繊維基材として、経糸に強化繊維を用い、緯糸に補助糸を用いた平織物が使用される。また、強化繊維を角度90°方向にのみ配列した繊維基材として、緯糸に強化繊維を用い、経糸に補助糸を用いた平織物W1が使用される。
The
図8に示すように、ここでは、経糸及び緯糸に強化繊維と補助糸とをそれぞれ交互に配列した平織物W2が他の繊維基材として用いられている。複合材料18は、繊維基材10の両面に平織物W2を積層した積層体にマトリックス樹脂を含浸し、硬化させて製造される。
As shown in FIG. 8, here, a plain woven fabric W2 in which reinforcing fibers and auxiliary yarns are alternately arranged on warps and wefts is used as another fiber base material. The
従って、第4実施形態によれば、第1実施形態の(1),(2),(4)~(6)と同様な効果を得ることができる。 Therefore, according to the fourth embodiment, the same effects as (1), (2), (4) to (6) of the first embodiment can be obtained.
(第5実施形態)
次に、第5実施形態を図9(a),(b)に従って説明する。第5実施形態は、第1の繊維束11及び第2の繊維束12と筒状組紐14の軸方向とが成す角度θは45°ではなく30°である点で、前記各実施形態と大きく異なる。その他の構成は基本的に第2実施形態と同様であり、第2実施形態と同一部分は同一符号を付して詳しい説明を省略する。
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment will be described with reference to FIGS. 9 (a) and 9 (b). The fifth embodiment is greatly different from the above embodiments in that the angle θ formed by the
図9(a)に示すように、第1及び第2の繊維束11,12では、繊維強化束15と補助糸16とが交互に配列されている。第3の繊維束13の全ては、補助糸16であると共に、繊維強化束15同士が交差する第1の繊維束11及び第2の繊維束12の交差部17bと対応する位置に配列されている。
As shown in FIG. 9A, in the first and
繊維基材10において、繊維強化束15同士の交差部17bは存在している。交差部17bは、第1及び第2の繊維束11,12をそれぞれ構成する繊維強化束15により構成されている。第2の繊維束12は、第1の繊維束11に対して同じ側で交差している。そのため、第2実施形態と同様に、繊維強化束15同士の交差部17bが存在するものの、第1の繊維束11及び第2の繊維束12でのクリンプは抑制されている。
In the
第1の繊維束11及び第2の繊維束12が60°の角度を成すように交差している。このため、図9(b)に示すように、繊維基材10は、複合材料18の強化材として使用される際、他の繊維基材上に積層されて、3軸の強化材を構成する。他の繊維基材は、複合材料18の長手方向と成す角度が90°の強化繊維を有している。上記のような他の繊維基材として、緯糸に強化繊維を用い、経糸に補助糸を用いた平織物W1が使用される。
The
従って、第5実施形態によれば、第1実施形態の(1),(4),(6)及び第2実施形態の(7)と同様な効果に加えて以下の効果を得ることができる。 Therefore, according to the fifth embodiment, in addition to the same effects as (1), (4), (6) of the first embodiment and (7) of the second embodiment, the following effects can be obtained. .
(9)繊維強化束15と筒状組紐14の軸方向とがなす角度θは30°である。繊維基材10は、筒状組紐14を扁平にして形成されている。従って、繊維基材10は、3軸の強化繊維を互いに60°で交差させるように配列した疑似等方性を有する複合材料18の強化材に適している。
(9) The angle θ formed by the fiber reinforced
尚、上記各実施形態を、次のように変更してもよい。 In addition, you may change each said embodiment as follows.
第1~第3実施形態において、繊維基材10,20を構成する第3の繊維束13は、第1の繊維束11と第2の繊維束12との全ての交差部と対応して配列される必要はない。例えば、図10に示すように、第1実施形態の繊維基材10から、補助糸16により構成された全ての第3の繊維束13を除去してもよい。
In the first to third embodiments, the
第1~第3実施形態において、第3の繊維束13は、第1の繊維束11と第2の繊維束12との全ての交差部と対応して配列されている。この構成において、第3の繊維束13では、繊維強化束15により構成された繊維束同士が隣り合わなければよい。即ち、第3の繊維束13では、複数の補助糸16が互いに隣り合う部分と1本の繊維強化束15とが混在していてもよい。また、この構成から、補助糸16により構成された第3の繊維束13の一部又は全部を除去してもよい。
In the first to third embodiments, the
第1~第3実施形態において、筒状組紐14では、第1の繊維束11の全てが特定の第3の繊維束13(繊維強化束15により構成された繊維束)の外側を通り、第2の繊維束12の全てが特定の第3の繊維束13の内側を通る必要はない。例えば、図11に示すように、第3の繊維束13では、繊維強化束15と補助糸16とが交互に配列されている。第1の繊維束11は、特定の第3の繊維束13の内側を通る繊維束と、特定の第3の繊維束13(補助糸16により構成された繊維束)の外側を通る繊維束とにより構成してもよい。また、第2の繊維束12を、補助糸16により構成すると共に、特定の第3の繊維束13(繊維強化束15により構成された繊維束)の内側を通る繊維束により構成してもよい。繊維束の内側及び外側は、繊維基材10を構成する筒状組紐14の内側及び外側に対応する。
In the first to third embodiments, in the
繊維基材10では、一方の斜行糸(例えば、第1の繊維束11)が、複数の他方の斜行糸(第2の繊維束12)に対して上側(又は下側)に連続して配置されてもよい。
In the
繊維基材10,20は、第1の繊維束11と、第1の繊維束11と交差する第2の繊維束12と、第1及び第2の繊維束11,12と交差する角度を等しくして配列された第3の繊維束13とにより構成され、少なくとも第3の繊維束13と交差する繊維束の一部が強化繊維により構成されていればよい。例えば、第1の繊維束11と第3の繊維束13とが成す角度θは、30°や45°に限らず、0°<θ<30°、30°<θ<45°、又は45°<θ<90°であってもよい。しかしながら、積層される繊維基材の数を少なくして疑似等方性を得るには、角度θを30°又は45°とすることが好ましい。
The
繊維基材10,20は、少なくとも第3の繊維束と交差する第1の繊維束11又は第2の繊維束12の一部である繊維強化束15と、第1の繊維束11、第2の繊維束12又は第3の繊維束13の少なくとも一部である補助糸16とを含み、次の条件を満たせばよい。その条件は、繊維強化束15同士が交差する交差部17b,17cが存在しないか、交差部17b,17cが存在する場合、交差する繊維強化束15は全て、繊維基材の厚み方向において同じ順番に配置されている、ことである。例えば、繊維強化束15により構成された1本の繊維束と、複数の補助糸16の組とが交互に配列された構成としてもよい。しかしながら、これらの場合、繊維強化束15が少なくなり、繊維基材10等の強度が弱くなる。
The
筒状組紐14をその軸方向に沿って切り開いてシート状に形成された繊維基材20は、第3実施形態の構成に限らない。例えば、第1の繊維束11、第2の繊維束12及び第3の繊維束13のいずれも、繊維強化束15と補助糸16とを交互に配列したり、第3の繊維束13から補助糸16を省略したりしてもよい。また、繊維強化束15の一部を補助糸16としてもよい。
The
筒状組紐14を切り開いてシート状の繊維基材を形成する場合、筒状組紐14を切り開く方向は、筒状組紐14の軸方向に限られない。図12に示すように、第1の繊維束11の全てが繊維強化束15により構成され、第2の繊維束12及び第3の繊維束13の全てが補助糸16により構成され、第1の繊維束11が筒状組紐14の軸方向と角度45°で交差し、第2の繊維束12が筒状組紐14の軸方向と角度-45°で交差する筒状組紐14を、第2の繊維束12に沿って切り開いてもよい。この場合、得られるシート状の繊維基材では、繊維強化束15が、筒状組紐14を切り開く方向を示す2点鎖線に対して+90°を成すように配列されている。また、図13(a)に示すように、第1の繊維束11の全てが繊維強化束15により構成され、第2の繊維束12及び第3の繊維束13の全てが補助糸16により構成され、第1の繊維束11が筒状組紐14の軸方向と角度60°と交差し、第2の繊維束12が筒状組紐14の軸方向と角度-60°で交差する筒状組紐14を、第2の繊維束12に沿って切り開いてもよい。この場合、得られるシート状の繊維基材では、繊維強化束15が、筒状組紐14を切り開く方向を示す2点鎖線に対して+120°を成すように配列されている。
When the
筒状組紐14を切り開く方向は、第2の繊維束12(補助糸16)の配列方向に限られない。例えば、図13(b)に示すように、第1の繊維束11の全てが繊維強化束15により構成され、第2の繊維束12及び第3の繊維束13の全てが補助糸16により構成され、第1の繊維束11が筒状組紐14の軸方向と角度60°で交差し、第2の繊維束12が筒状組紐14の軸方向と角度-60°で交差する筒状組紐14を、軸方向と15°の角度を成す線に沿って切り開いてもよい。この場合、得られるシート状の繊維基材では、繊維強化束15が、筒状組紐14を切り開く方向を示す2点鎖線に対して+45°を成すように配列されている。筒状組紐14を軸方向に対して斜めに切る場合、軸方向に沿って切る場合に比べて長い一方向繊維基材を得ることができる。また、一方向に配列される繊維強化束15が2方向に配列される補助糸16により支持されるため、繊維強化束15の形状が安定する。
The direction in which the
繊維基材は、筒状組紐14を扁平にしたものに限らず、例えば、筒状、波状、ジグザグ状に屈曲していてもよい。
The fiber base material is not limited to the flat
繊維強化束15は、炭素繊維以外に、ガラス繊維やセラミック繊維等の無機繊維、又は、アラミド繊維、ポリ-p-フェニレンベンゾビスオキサゾール繊維、超高分子量ポリエチレン繊維等の高強度、高弾性率の有機繊維であってもよい。剛性・強度の要求性能が高い場合、炭素繊維が好ましい。低コストのため、強化繊維に安価なガラス繊維を用いてもよい。
The fiber reinforced
第1の繊維束11及び第2の繊維束12を構成する繊維強化束15として、異なる繊維強化束15をそれぞれ使用してもよい。例えば、第1の繊維束11を炭素繊維とし、第2の繊維束12をガラス繊維としてもよい。また、第1の繊維束11をアラミド繊維とし、第2の繊維束12を炭素繊維としてもよい。
Different fiber reinforced
補助糸16を構成する有機繊維は、ポリエステル以外に、ポリアミドであってもよい。補助糸16を構成する有機繊維として、複合材料18のマトリックス樹脂となる熱硬化性樹脂の硬化温度により溶融しないものが好ましい。補助糸16は、強化繊維から構成してもよい。その場合、補助糸16の目付けは、繊維強化束15のそれに対して2割以下であればよい。
The organic fiber constituting the
複合材料18において、機械的強度が疑似等方性となるように繊維強化束15を配列する必要はない。2軸方向又は3軸方向に繊維強化束15を配列した繊維基材10,20だけを積層して、複合材料18を製造してもよい。
In the
複合材料18は、繊維基材10を他の繊維基材と共に成形型内に積層し、成形型内の積層体にマトリックス樹脂を含浸し硬化させて、製造される。この場合、繊維基材10及び他の繊維基材を予め成形型外で積層し、隣接する繊維基材10等の積層物をバインダ樹脂やバインダ繊維により結合し、得られたプリフォームとして成形型に収容するようにしてもよい。また、上記の方法以外に、例えば、繊維基材10に予め樹脂を含浸したプリプレグを成形型で加圧加熱して、複合材料18を製造してもよい
マトリックスは、樹脂以外に、金属であってもよい。マトリックスが金属である場合、繊維強化束15として有機繊維は使用できない。マトリックスとなる金属の融点で軟化、溶融しない繊維、例えば、炭素繊維やセラミック繊維等が使用される。
The
繊維強化複合材を構成するマトリックス樹脂は、熱硬化性樹脂以外に、ポリアミド、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリオキシメチレン、ポリフェニレンエーテル等の熱可塑性樹脂であってもよい。例えば、複合材料18をエネルギー吸収部材として使用する場合、強度の点で、熱硬化性樹脂の方が熱可塑性樹脂より好ましい。しかしながら、靭性の点で、熱可塑性樹脂は、熱硬化性樹脂より優れている。この場合、衝突荷重に対して全断面が一気に破断することなく、エネルギー吸収が大きく安全性が向上する。熱可塑性樹脂の中でも、成形性、力学的特性及びコストの点で、ポリアミドが好ましい。
The matrix resin constituting the fiber reinforced composite material may be a thermoplastic resin such as polyamide, polybutylene terephthalate, polycarbonate, polyoxymethylene, or polyphenylene ether, in addition to the thermosetting resin. For example, when the
Claims (13)
前記第3の繊維束と交差する強化繊維により構成された強化繊維束と、
前記第1の繊維束、前記第2の繊維束又は前記第3の繊維束の少なくとも一部である補助糸であって、前記補助糸の目付けが前記強化繊維の目付けの2割以下である補助糸とを含み、
前記強化繊維束同士が交差する交差部が存在しないか、又は
前記強化繊維束同士が交差する交差部が存在する場合、交差する強化繊維束は全て、前記繊維基材の厚み方向において同じ順番に配置されていることを特徴とする繊維基材。 A plurality of first fiber bundles arranged parallel to each other; a plurality of second fiber bundles arranged parallel to each other and intersecting the first fiber bundle; the first fiber bundle and the A fiber substrate composed of a plurality of third fiber bundles having equal angles intersecting with the second fiber bundles and arranged in parallel to each other;
A reinforcing fiber bundle composed of reinforcing fibers intersecting with the third fiber bundle;
Auxiliary yarn that is at least part of the first fiber bundle, the second fiber bundle, or the third fiber bundle, wherein the weight of the auxiliary yarn is 20% or less of the weight of the reinforcing fiber Including thread,
When there is no intersection where the reinforcing fiber bundles intersect, or when there is an intersecting part where the reinforcing fiber bundles intersect, all the reinforcing fiber bundles intersecting in the thickness direction of the fiber base material in the same order. A fiber substrate characterized by being arranged.
前記第1及び第2の繊維束のいずれか一方は前記強化繊維束により構成され、他方は前記補助糸により構成されていることを特徴とする繊維基材。 The fiber substrate according to claim 1, wherein
One of the first and second fiber bundles is constituted by the reinforcing fiber bundle, and the other is constituted by the auxiliary yarn.
前記第1の繊維束及び前記第2の繊維束ではそれぞれ、前記強化繊維により構成された前記強化繊維束と前記補助糸とが交互に配列されていることを特徴とする繊維基材。 The fiber substrate according to claim 1, wherein
The fiber base material, wherein the first fiber bundle and the second fiber bundle each have the reinforcing fiber bundles and the auxiliary yarns formed by the reinforcing fibers alternately arranged.
前記第3の繊維束は、前記第1の繊維束と前記第2の繊維束との全ての交差部と対応するように配列され、かつ前記強化繊維により構成された前記強化繊維束と前記補助糸とを交互に配列させて構成されていることを特徴とする繊維基材。 In the fiber base material according to any one of claims 1 to 3,
The third fiber bundle is arranged so as to correspond to all the intersections of the first fiber bundle and the second fiber bundle, and the reinforcing fiber bundle constituted by the reinforcing fibers and the auxiliary A fiber base material comprising yarns arranged alternately.
前記第3の繊維束は全て、前記補助糸により構成されていることを特徴とする繊維基材。 In the fiber base material according to any one of claims 1 to 3,
All of the third fiber bundles are constituted by the auxiliary yarns.
前記第1の繊維束及び前記第2の繊維束は、筒状組紐の斜行糸の束を構成し、
前記第3の繊維束は、前記筒状組紐の軸方向糸の束を構成することを特徴とする繊維基材。 In the fiber base material according to any one of claims 1 to 5,
The first fiber bundle and the second fiber bundle constitute a skew yarn bundle of a cylindrical braid,
The fiber base material, wherein the third fiber bundle constitutes a bundle of axial threads of the tubular braid.
前記繊維基材は、前記第1の繊維束、前記第2の繊維束及び前記第3の繊維束からなる前記筒状組紐を扁平にして形成されることを特徴とする繊維基材。 The fiber substrate according to claim 6, wherein
The fiber base material is formed by flattening the tubular braid made of the first fiber bundle, the second fiber bundle, and the third fiber bundle.
前記繊維基材は、筒状組紐を切り開いてシート状に形成され、
前記第1の繊維束及び前記第2の繊維束は、前記筒状組紐の斜行糸の束を構成し、
前記第3の繊維束は、前記筒状組紐の軸方向糸の束を構成することを特徴とする繊維基材。 In the fiber substrate according to any one of claims 1 to 6,
The fiber base material is formed into a sheet by cutting a tubular braid,
The first fiber bundle and the second fiber bundle constitute a skew yarn bundle of the tubular braid,
The fiber base material, wherein the third fiber bundle constitutes a bundle of axial threads of the tubular braid.
前記繊維基材は、筒状組紐をその軸方向に沿って切り開いてシート状に形成され、
前記第1の繊維束及び前記第2の繊維束は、前記筒状組紐の斜行糸の束を構成し、
前記第3の繊維束は、前記筒状組紐の軸方向糸の束を構成することを特徴とする繊維基材。 In the fiber base material according to any one of claims 1 to 5,
The fiber base material is formed into a sheet by cutting a tubular braid along its axial direction,
The first fiber bundle and the second fiber bundle constitute a skew yarn bundle of the tubular braid,
The fiber base material, wherein the third fiber bundle constitutes a bundle of axial threads of the tubular braid.
前記角度は45°であることを特徴とする繊維基材。 In the fiber base material according to any one of claims 1 to 7 and 9,
The fiber base material, wherein the angle is 45 °.
前記補助糸は有機繊維により構成されていることを特徴とする繊維基材。 In the fiber substrate according to any one of claims 1 to 10,
The fiber base material, wherein the auxiliary yarn is composed of an organic fiber.
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