JP2005313346A - 繊維強化樹脂複合材料の製造方法および多重織物 - Google Patents
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Abstract
【課題】 高織物目付でありながらマトリックス樹脂の含浸性がよい多重織物を用いることにより、優れた機械的強度を有するCFRPを煩雑な作業を行うことなく得る方法を提供する。
【解決手段】 多重織物を構成する複数枚の一重織物が、互いに接結複合されて多層に配置されており、互いに対向する一方の一重織物の少なくとも一部の経糸または緯糸と、他方の一重織物の少なくとも一部の緯糸または経糸とが交錯することによって一体に保持されている多重織物を繊維強化樹脂複合材料の製造に用いる。さらにこの多重織物を成形型内に配置し、成形型内でマトリックス樹脂を多重織物に含浸し、マトリックス樹脂を硬化する繊維強化樹脂複合材料の製造方法を採用する。
【選択図】 図1
【解決手段】 多重織物を構成する複数枚の一重織物が、互いに接結複合されて多層に配置されており、互いに対向する一方の一重織物の少なくとも一部の経糸または緯糸と、他方の一重織物の少なくとも一部の緯糸または経糸とが交錯することによって一体に保持されている多重織物を繊維強化樹脂複合材料の製造に用いる。さらにこの多重織物を成形型内に配置し、成形型内でマトリックス樹脂を多重織物に含浸し、マトリックス樹脂を硬化する繊維強化樹脂複合材料の製造方法を採用する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、多重織物を用いたレジンインジェクションモールディング(以下、RIMという)等の繊維強化樹脂複合材料(以下、FRPという。)の製造方法に関する。
FRPの製造に、一重織物を接結複合して多層に構成した多重織物を用いることが提案されている(例えば特許文献1〜3参照)。
しかし、従来の多重織物では、高目付になるにつれてドレープ性とマトリックス樹脂の含浸性が悪くなる傾向があった。
特開昭56−58024号公報
特開昭61−102452号公報
特開平3−182897号公報
しかし、従来の多重織物では、高目付になるにつれてドレープ性とマトリックス樹脂の含浸性が悪くなる傾向があった。
本発明は、RIMに好適な高目付でありながら、マトリックス樹脂の含浸性がよい多重織物を用いることにより、煩雑な作業を行うことなしに、優れた機械的強度を有するFRPをRIMで製造する方法を提供する。
本発明の要旨は、構成する複数枚の一重織物が、互いに接結複合されて多層に配置されており、互いに対向する一方の一重織物の少なくとも一部の経糸または緯糸と、他方の一重織物の少なくとも一部の緯糸または経糸とが交錯することによって一体に保持されている多重織物を成形型内に配置し、成形型内で多重織物にマトリックス樹脂を含浸し、マトリックス樹脂を硬化する繊維強化樹脂複合材料の製造方法にある。
本発明のFRPの製造方法は、強化繊維間の空隙を適度に有する、ドレープ性やマトリックス樹脂の含浸性が良好な多重織物を用いるので、これまでと比較してRIM等での成形時の作業効率を向上できる。また、この方法で得られるFRPは、一重織物を用いて製造した同程度の目付を有するFRPに比べ機械的強度に優れている。
(多重織物)
本発明で用いる多重織物を構成する強化繊維は特に限定されるものではない。例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等が挙げられる。中でも、PAN系炭素繊維やピッチ系炭素繊維は、比強度および比弾性率が他の強化繊維と比較しても非常に優れた繊維であるので、特に好適に用いることができる。
本発明で用いる多重織物を構成する強化繊維は特に限定されるものではない。例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等が挙げられる。中でも、PAN系炭素繊維やピッチ系炭素繊維は、比強度および比弾性率が他の強化繊維と比較しても非常に優れた繊維であるので、特に好適に用いることができる。
次に、本発明で用いる多重織物を、図1および図2を用いて説明する。
図1は、本発明で用いる多重織物を緯糸に沿って経糸を切断したときの断面図である。この多重織物は、経糸11と緯糸12からなる平織の一重織物と経糸21と緯糸22とからなる平織の一重織物とが、互いに接結複合されて多層に配置され、緯糸12と経糸21aおよび経糸11bが互いに交錯しており、この交錯により2枚の平織の一重織物が一体に保持されて多重織物となっている。
図1は、本発明で用いる多重織物を緯糸に沿って経糸を切断したときの断面図である。この多重織物は、経糸11と緯糸12からなる平織の一重織物と経糸21と緯糸22とからなる平織の一重織物とが、互いに接結複合されて多層に配置され、緯糸12と経糸21aおよび経糸11bが互いに交錯しており、この交錯により2枚の平織の一重織物が一体に保持されて多重織物となっている。
図2は、本発明に用いる多重織物の別の例の、多重織物を緯糸に沿って経を切断したときの断面図である。この多重織物は、経糸31と緯糸32からなる綾織の一重織物と経糸41と緯糸42とからなる綾織の一重織物とが互いに接結複合されて多層に配置され、緯糸32と、経糸41aおよび41bとが互いに交錯しており、この交錯により2枚の綾織の一重織物が一体に保持されて多重織物となっている。
本発明で用いる多重織物は、互いに対向する一方の一重織物の経糸または緯糸全部が、他方の一重織物の緯糸または経糸と交錯していてもよく、一方の一重織物の経糸または緯糸の一部のみが他方の一重織物の緯糸または経糸交錯してもよい。
本発明で用いる多重織物は、その総目付が600g/m2であって、多重織物の上下の最外層を構成する一重織物の織物目付が250g/m2以上であることが好ましい。
一重の強化繊維織物は、それを構成する強化繊維の密度(打ち込み本数)を増加することにより、その目付が大きくなり、目ずれが起こりにくいしっかりした構成となる。しかし、その反面、織物としての風合いが硬くなって、ドレープ性に欠け、マトリックス樹脂の含浸性が悪く、強化繊維の織物の厚み方向の屈曲が多い強化繊維織物となるため、FRPとしたときの機械的物性が低くなる傾向にある。
また、700g/m2以上の織物目付を有する一重織物は、製織時に強化繊維が密に詰まりすぎるため、製織が困難であり、それらを得ること自体難しい。
また、700g/m2以上の織物目付を有する一重織物は、製織時に強化繊維が密に詰まりすぎるため、製織が困難であり、それらを得ること自体難しい。
一方、多重織物は、それを構成する一重織物一枚当たりの織物目付を低く抑えることができる。例えば、二重織物であれば総目付の1/2に、三重織物であれば総目付の1/3にすることで、強化繊維の密度を小さくした上で、多重織物の厚みを、同じ目付を有する一重織物より厚くすることが可能である。
しかし、単に厚みが厚くなるだけだと、マトリックス樹脂の含浸性は悪くなる傾向がある。
そこで、本発明では、多重織物の総目付を600g/m2とし、多重織物の上下の最外層を構成する一重織物の織物目付を250g/m2とすることで、ドレープ性およびマトリックス樹脂の含浸性がよく、FRPとしたときに機械的物性がより発現しやすい強化繊維織物となることをみいだしたのである。
そこで、本発明では、多重織物の総目付を600g/m2とし、多重織物の上下の最外層を構成する一重織物の織物目付を250g/m2とすることで、ドレープ性およびマトリックス樹脂の含浸性がよく、FRPとしたときに機械的物性がより発現しやすい強化繊維織物となることをみいだしたのである。
例えば、図1に示した多重織物では、一重の平織物一枚当たりの織物目付を315g/m2とし、多重織物の総目付を630g/m2にすることで、同程度の織物目付を有する一重織物に比べ、繊維空隙が大きくなって、ドレープ性があり、マトリックス樹脂の含浸性も良好な多重織物とすることができる。
また、図2の多重織物では、一重の綾織物一枚当たりの織物目付を470g/m2とし、多重織物の総目付を940g/m2にすることで、同程度の織物目付を有する一重織物に比べ、繊維空隙が大きくすることができ、総目付が940g/m2と高いにもかかわらず、良好なドレープ性が得られ、マトリックス樹脂の含浸性も良好である。
また、図2の多重織物では、一重の綾織物一枚当たりの織物目付を470g/m2とし、多重織物の総目付を940g/m2にすることで、同程度の織物目付を有する一重織物に比べ、繊維空隙が大きくすることができ、総目付が940g/m2と高いにもかかわらず、良好なドレープ性が得られ、マトリックス樹脂の含浸性も良好である。
多重織物の上下の最外層を構成する一重織物の織物目付のさらに好ましい値は、その多重織物を構成する上下の最外層の一重織物の織組織によって異なる。
最外層の一重織物が平織の場合、織物目付を250g/m2以下とすると、経糸と緯糸の拘束が少なくなり強化繊維織物の取り扱い性が悪くなることがある。逆に、織物目付を350g/m2以上とすると、ドレープ性およびマトリックス樹脂の含浸性が悪くなる場合がある。よって、構成する多重織物を構成する上下の最外層の平織の一重織物は、250〜350g/m2がより好ましく、中でも300〜320g/m2であることがさらに好ましい。
また、綾織の場合、織物目付を350g/m2以下とすると、経糸と緯糸の拘束が少なくなり強化繊維織物の取り扱い性が悪くなることがある。逆に、織物目付を500g/m2以上とすると、ドレープ性およびマトリックス樹脂の含浸性が悪くなる場合もある。よって、上下の最外層を構成する綾二重織物を構成する上下の最外層の綾織の一重織物は、350〜500g/m2がより好ましく、中でも420〜470g/m2であることがさらに好ましい。
最外層の一重織物が平織の場合、織物目付を250g/m2以下とすると、経糸と緯糸の拘束が少なくなり強化繊維織物の取り扱い性が悪くなることがある。逆に、織物目付を350g/m2以上とすると、ドレープ性およびマトリックス樹脂の含浸性が悪くなる場合がある。よって、構成する多重織物を構成する上下の最外層の平織の一重織物は、250〜350g/m2がより好ましく、中でも300〜320g/m2であることがさらに好ましい。
また、綾織の場合、織物目付を350g/m2以下とすると、経糸と緯糸の拘束が少なくなり強化繊維織物の取り扱い性が悪くなることがある。逆に、織物目付を500g/m2以上とすると、ドレープ性およびマトリックス樹脂の含浸性が悪くなる場合もある。よって、上下の最外層を構成する綾二重織物を構成する上下の最外層の綾織の一重織物は、350〜500g/m2がより好ましく、中でも420〜470g/m2であることがさらに好ましい。
多重織物を構成する各一重織物の織物目付は、必ずしもすべて同じにする必要はない。上下の最外層が好適な織物目付で形成されていれば、中間層の目付は、上述した範囲を外れる値であっても問題ない。
本発明で用いる多重織物で、互いに対向する一方の一重織物の少なくとも一部の経糸または緯糸と、他方の一重織物の少なくとも一部の緯糸または経糸とを交錯させる際の接結点の数は、織組織の一循環組織あたり1箇所以下であることが好ましい。接結点を織組織の一循環組織あたり1箇所以下として、極力接結点を少なくすることで、多重織物のドレープ性を良好に保つことができる。
また、本発明で用いる多重織物には、その構成する複数枚の一重織物の間に、一重織物以外の織組織を有さない強化繊維の層を含んでいてもよい。織組織を有さない強化繊維の層を有することで、多重織物のマトリックス樹脂の含浸性がより向上し、機械的物性の高いFRPが得られる。ここで、織組織を有しない強化繊維の層とは、例えば、一重織物の経糸に平行に引き揃えられた強化繊維の層や一重織物の緯糸に平行に引きそろえ得られた層である。また、織組織を有しない強化繊維の層の少なくとも一部の強化繊維が、一重織物の緯糸または経糸と交錯していてもよい。
(FRPの製造方法)
本発明のFRPの製造方法で用いる多重織物は、マトリックス樹脂の含浸性がよいので、機械的物性に優れたFRPを容易に得ることができる。本発明では、成形型内に多重織物を配置し、型を閉めて、その成形型内で多重織物にマトリックス樹脂を含浸し、多重織物とマトリックス樹脂とを一体硬化してFRPを得る。この成形方法では、成形型内でマトリックス樹脂を含浸させるため、多重織物のマトリックス樹脂の含浸性が特に重要になる。本発明で用いる多重織物は、マトリックス樹脂の含浸性にすぐれているため、レジントランスファーモールディング(RTM)やレジンフィルムインフュージョン(RFI)といった成形方法に適している。
本発明でマトリックス樹脂として、含浸時に低い粘度を有する熱硬化性樹脂を用いると、得られるCFRPの機械的物性が向上するので好ましい。
本発明のFRPの製造方法で用いる多重織物は、マトリックス樹脂の含浸性がよいので、機械的物性に優れたFRPを容易に得ることができる。本発明では、成形型内に多重織物を配置し、型を閉めて、その成形型内で多重織物にマトリックス樹脂を含浸し、多重織物とマトリックス樹脂とを一体硬化してFRPを得る。この成形方法では、成形型内でマトリックス樹脂を含浸させるため、多重織物のマトリックス樹脂の含浸性が特に重要になる。本発明で用いる多重織物は、マトリックス樹脂の含浸性にすぐれているため、レジントランスファーモールディング(RTM)やレジンフィルムインフュージョン(RFI)といった成形方法に適している。
本発明でマトリックス樹脂として、含浸時に低い粘度を有する熱硬化性樹脂を用いると、得られるCFRPの機械的物性が向上するので好ましい。
(実施例)
以下、実施例により、本発明をさらに詳細に説明する。
[多重織物の製織方法]
津田駒製レピア織機を用い、対向する一重織物同士の経糸と緯糸とを交錯させて接結複合させることにより多重織物を製織した。
[CFRPの製造方法]
成形型内に多重織物を所定の毎数積層し、型締めした後、この成形型の中に、硬化剤を配合したエポキシ樹脂を1kg/cm2の速度で注入することにより、多重織物にエポキシ樹脂を含浸しながら硬化させるRTM法によってCFRPを製造した。
[曲げ強度の測定方法]
JIS K7074に準拠して、3点曲げ試験方法による曲げ強度の測定を行った。
[引張強度の測定方法]
JIS K7073に準拠して、引張強度の測定を行った。
[層間せん断強度ILSSの測定方法]
JIS K7078に準拠して、ILSSの測定を行った。
以下、実施例により、本発明をさらに詳細に説明する。
[多重織物の製織方法]
津田駒製レピア織機を用い、対向する一重織物同士の経糸と緯糸とを交錯させて接結複合させることにより多重織物を製織した。
[CFRPの製造方法]
成形型内に多重織物を所定の毎数積層し、型締めした後、この成形型の中に、硬化剤を配合したエポキシ樹脂を1kg/cm2の速度で注入することにより、多重織物にエポキシ樹脂を含浸しながら硬化させるRTM法によってCFRPを製造した。
[曲げ強度の測定方法]
JIS K7074に準拠して、3点曲げ試験方法による曲げ強度の測定を行った。
[引張強度の測定方法]
JIS K7073に準拠して、引張強度の測定を行った。
[層間せん断強度ILSSの測定方法]
JIS K7078に準拠して、ILSSの測定を行った。
経糸・緯糸として、フィラメント数12000本の炭素繊維(三菱レイヨン(株)製)を用いて、織物目付が315g/m2である、一重織物2枚を互いに接結複合させて多層に配置された、総目付が630g/m2の多重織物を、上述の製織方法で製織した。この多重織物を成形型内で3プライ積層した後、上述したRTM法によってFRPを得た。
実施例1で用いた経糸および緯糸を用い、織物目付がそれぞれ315g/m2である一重の平織物3枚(総目付945g/m2)を互いに接結複合させて多層に配置された多重織物を得た。さらに、この多重織物を成形型内で2プライ積層した後、実施例1と同じ方法でFRPを得た。
総目付および各層を構成する一重織物の織物の目付・織組織を、表1に記載したように変更した以外は、実施例1と同様にして多重織物を得た。さらに、この多重織物を、成形型内で2プライ積層した後、上述したRTM法によってFRPを得た。
総目付および各層を構成する一重織物の織物の目付・織組織を、表1に記載したように変更した以外は、実施例1と同様にして多重織物を得た。さらに、この多重織物を、成形型内で2プライ積層した後、上述したRTM法によってFRPを得た。
総目付および各層を構成する一重織物の織物の目付・織組織を、表1に記載したように変更した以外は、実施例1と同様にして多重織物を得た。さらに、この多重織物を、成形型内で2プライ積層した後、上述したRTM法によってFRPを得た。
総目付および各層を構成する一重織物の織物の目付・織組織を、表1に記載したように変更した以外は、実施例1と同様にして多重織物を得た。さらに、この多重織物を、成形型内で2プライ積層した後、上述したRTM法によってFRPを得た。
実施例1において、多重織物を構成する一重織物(織物目付315g/m2)の間に、炭素繊維を一重織物の経糸に平行に引き揃えた層と緯糸に平行に引き揃えた層を加え多重織物(総目付945g/m2)を得た。さらに、この多重織物を成形型内で2プライ積層した後、上述したRTM法によってFRPを得た。
(比較例1)
(比較例1)
織物目付650g/m2の平織の一重織物を製織し、この一重織物を用いて実施例1と同様の方法でFRPを製造した。
(比較例2)
織物目付650g/m2の綾織の一重織物を製織し、この一重織物を用いて実施例1と同様の方法でFRPを製造した。
織物目付650g/m2の綾織の一重織物を製織し、この一重織物を用いて実施例1と同様の方法でFRPを製造した。
11a、11b、21a、21b、31a、31b、41a、41b:経糸
12、22、32、42:緯糸
12、22、32、42:緯糸
Claims (7)
- 構成する複数枚の一重織物が、互いに接結複合されて多層に配置されており、互いに対向する一方の一重織物の少なくとも一部の経糸または緯糸と、他方の一重織物の少なくとも一部の緯糸または経糸とが交錯することによって一体に保持されている多重織物を成形型内に配置し、成形型内で多重織物にマトリックス樹脂を含浸し、マトリックス樹脂を硬化する繊維強化樹脂複合材料の製造方法。
- 多重織物の総目付が600g/m2以上であり、その多重織物の上下の最外層を構成する一重織物の織物目付が250g/m2以上である、請求項1記載の繊維強化樹脂複合材料の製造方法。
- 多重織物として、多重織物を構成する複数枚の一重織物の間に、織組織を有しない強化繊維の層を含んでいる請求項1または2に記載の繊維強化樹脂複合材料の製造方法。
- 多重織物として、多重織物を接結複合する接結点の数が、多重織物を構成する一重織物の一循環組織あたり一箇所以下である多重織物を用いる請求項1〜3いずれか一項に記載の繊維強化樹脂複合材料の製造方法。
- 構成する複数枚の一重織物が互いに接結複合されて多層に配置されており、互いに対向する一方の一重織物の少なくとも一部の経糸または緯糸と、他方の一重織物の少なくとも一部の緯糸または経糸とが交錯することによって一体に保持されている、総目付が600g/m2以上、多重織物の上下の最外層を構成する一重織物の織物目付が250g/m2以上である多重織物。
- 構成する複数枚の一重織物の間に、織組織を有しない強化繊維の層を含んでいる請求項5に記載の多重織物。
- 接結複合する接結点の数が、多重織物を構成する一重織物の一循環組織あたり一箇所以下である、請求項5または6に記載の多重織物。
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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KR100952213B1 (ko) * | 2009-07-10 | 2010-04-09 | 한국씨엔지(주) | 복합 섬유 강화재 |
JP2018159253A (ja) * | 2017-03-24 | 2018-10-11 | 公益財団法人鉄道総合技術研究所 | 可変パッド及び隙間埋め材 |
JP2019142384A (ja) * | 2018-02-22 | 2019-08-29 | 本田技研工業株式会社 | 燃料タンク |
-
2004
- 2004-04-27 JP JP2004131072A patent/JP2005313346A/ja active Pending
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