JP2014141766A - 繊維束、三次元繊維構造体及び繊維強化複合材並びに繊維束の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】三次元繊維構造体を繊維強化樹脂の強化基材として使用した際に、繊維強化樹脂の樹脂溜まりの減少と、繊維体積含有率の向上とを両立させる。
【解決手段】三次元繊維構造体１０は、繊維層１１が積層された少なくとも２軸配向となる積層繊維層１２が、各繊維層１１と直交する方向に配列された結合糸１３ａを有する結合構造１３で結合されている。積層繊維層１２は、少なくとも一層に、繊維束２１を構成する開繊繊維の広がりが電界紡糸法により紡糸されたナノファイバーにより拘束されている繊維束２１からなる繊維層１１を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、繊維束、三次元繊維構造体及び繊維強化複合材並びに繊維束の製造方法に関する。

繊維強化複合材は軽量の構造材料として広く使用されている。複合材用の強化基材として三次元織物（三次元繊維構造体）がある。この三次元織物を強化基材として、樹脂をマトリックスとした複合材は航空機、自動車、船舶あるいは一般産業機器の構造用部材として用いられている。三次元織物複合材は、織布や不織布等の強化繊維に樹脂を含浸硬化して形成した繊維強化複合材と異なり、基準面内に配列された強化繊維（面内配向糸）と交差する方向に配列される結合糸（面外方向糸）を有する三次元織物を強化基材としている。そのため、面外方向糸を有さない繊維強化複合材に比較して、高い面外方向強度を持つ反面、結合糸（面外方向糸）の周辺でクラックが発生し易いという品質課題がある。

この課題に対応するため、積層された面内方向糸の複数の層が有機繊維からなる縫い糸により縫い合わされた三次元織物に樹脂を含浸硬化してなる三次元繊維強化樹脂複合材が提案されている。（特許文献１参照）。特許文献１の三次元繊維強化樹脂複合材は、図９に示すように、複数の経糸５１と複数の緯糸５２からなる面内方向糸５３と、面内方向糸５３の基準面に対して直交する複数の面外方向糸５４と、面外方向糸５４を固定する耳糸５５とから形成される平板状三次元織布５６に樹脂を含浸し、平板状三次元織布５６に含浸した樹脂を加熱加圧処理して硬化することで形成される。面外方向糸５４は１０００デニール以下のものが使用される。

特開２００７−１５２６７２号公報

特許文献１の三次元繊維強化樹脂複合材は、面外方向糸５４に有機繊維を使用することにより、無機繊維に比べてマトリックス樹脂と熱的性質が近く、クラックの原因となる内部ひずみが減少する。また、１０００デニール以下の細い糸を使用することにより、図９に矢印Ａ，Ｂで示す箇所、即ち面外方向糸５４のループ内や面外方向糸５４及び耳糸５５の太さ分生じる治具と面内方向糸５３の隙間における樹脂溜まりを減少させる方策として有効である。

ところが、これらの対策では、図９において矢印Ｃで示す部分、即ち面外方向糸５４の根元部の樹脂溜まりを減少させる方策としては、面外方向糸５４の張力を上げられないという背反が伴い有効ではない。また、面外方向糸５４の張力を上げることができないと、一般的な構造用ＣＦＲＰ（炭素繊維強化樹脂）材の繊維体積含有率（Ｖｆ５５％程度）を実現できないという問題がある。

本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、三次元繊維構造体を繊維強化樹脂の強化基材として使用した際に、繊維強化樹脂の樹脂溜まりの減少と、繊維体積含有率の向上とを両立させることができる三次元繊維構造体及び繊維強化複合材を提供することにある。また、その三次元繊維構造体の構成に必要な繊維束及びその製造方法を提供することにある。

上記課題を解決する繊維束は、繊維層が積層された少なくとも２軸配向となる積層繊維層が、各繊維層と直交する方向に配列された結合糸を有する結合構造で結合されて構成された三次元繊維構造体の前記繊維層を構成する繊維束であって、前記繊維束を構成する開繊繊維と交絡するナノファイバーにより前記開繊繊維の広がりが拘束されている。

結合糸は積層繊維層の各繊維層と直交する方向に配列されて各繊維層を結合するが、三次元繊維構造体の製造工程において結合糸を引き締める際に、結合糸の積層繊維層と直交する方向に配列された部分が繊維層を構成する繊維の間隔を拡げるように作用する。繊維層を構成する繊維の間隔が広がった状態の三次元構造体を強化基材として繊維強化複合材（繊維強化樹脂）を形成すると、繊維強化樹脂に樹脂溜まりが発生し、樹脂溜まりの部分からクラックが発生し易くなる。

しかし、繊維束を構成する開繊繊維の広がりが開繊繊維と交絡するナノファイバーにより拘束されている繊維束で繊維層を構成すれば、三次元繊維構造体の製造工程において結合糸を引き締める際の繊維層を構成する開繊繊維の広がりが抑制される。したがって、この繊維束で構成された三次元繊維構造体を繊維強化樹脂の強化基材として使用した際に、繊維強化樹脂の樹脂溜まりの減少と、繊維体積含有率の向上とを両立させることができる。

前記ナノファイバーは、前記開繊繊維の配列方向と直交する方向に対して±θ（０＜θ≦１５°）の配向角度となるものが８０％以上存在する状態で配列されていることが好ましい。この構成によれば、開繊繊維の広がりを抑制する効果がより大きくなる。

上記課題を解決する三次元繊維構造体は、繊維層が積層された少なくとも２軸配向となる積層繊維層が、各繊維層と直交する方向に配列された結合糸を有する結合構造で結合されて構成された三次元繊維構造体であって、前記積層繊維層は、少なくとも一層に前記繊維層を構成する開繊繊維と交絡するナノファイバーにより前記開繊繊維の広がりが拘束されている繊維束からなる繊維層を有する。この構成によれば、三次元繊維構造体を繊維強化樹脂の強化基材として使用した際に、繊維強化樹脂の樹脂溜まりの減少と、繊維体積含有率の向上とを両立させることができる。

前記積層繊維層は、少なくとも表層に前記繊維層を構成する開繊繊維と交絡するナノファイバーにより前記開繊繊維の広がりが拘束されている繊維束からなる繊維層を有することが好ましい。この構成によれば、繊維強化樹脂の表層における樹脂溜まりを減少させることができる。

前記結合構造は、前記積層繊維層の一方の面側においてその表面に沿って配列されるとともに所定ピッチで前記積層繊維層内に一方の面側から挿入され、かつ前記積層繊維層の他方の面側においてループ状に折り返すように配列される結合糸と、前記結合糸のループ内に挿通された状態で前記結合糸の前記積層繊維層からの抜け止めを行う抜け止め糸とで構成されており、前記結合糸の根元側の前記積層繊維層の表層に前記繊維層を構成する開繊繊維と交絡するナノファイバーにより前記開繊繊維の広がりが拘束されている繊維束からなる繊維層を有することが好ましい。

この構成によれば、結合糸が波縫いで各繊維層を結合する構成に比べて、繊維体積含有率の向上を図り易い。また、繊維層を構成する開繊繊維の広がりがナノファイバーにより拘束されている繊維束からなる繊維層が、繊維強化樹脂の表層における樹脂溜まりを減少させることができる。

上記課題を解決する繊維強化複合材は、前記三次元繊維構造体を強化基材とする。
この構成によれば、繊維強化複合材を構成する強化基材としての三次元繊維構造体は、少なくとも一層に繊維層を構成する開繊繊維と交絡するナノファイバーにより前記開繊繊維の広がりが拘束されている繊維束からなる繊維層を有する。したがって、繊維強化樹脂の樹脂溜まりの減少と、繊維体積含有率の向上とを両立させることができる。

上記課題を解決する繊維束の製造方法は、開繊繊維を移動させつつその進行方向と交差する方向に、電界紡糸装置の吐出ノズルを往復移動させて、前記開繊繊維中にナノファイバーを配向させた状態で紡糸する。この方法で製造された繊維束は、ナノファイバーが開繊繊維の配列方向に対して、開繊繊維の移動速度及び吐出ノズルの移動速度により定まる方向性を持って配向された状態で開繊繊維と交差して絡み合うため、ランダムに絡み合う場合に比べて、開繊繊維の広がりを抑制する効果が大きくなる。

本発明によれば、三次元繊維構造体を三次元繊維強化樹脂の強化基材として使用した際に、三次元繊維強化樹脂の樹脂溜まりの減少と、繊維体積含有率の向上とを両立させることができる。

第１の実施形態の三次元繊維構造体の模式斜視図。 一方向織物の模式図。 （ａ）は表層の繊維束の模式斜視図、（ｂ）は開繊繊維とナノファイバーとが絡み合う状態を示す模式断面図。 繊維束の製造方法を示す模式図。 繊維強化樹脂の模式断面図。 （ａ）は第２の実施形態の繊維束の模式斜視図、（ｂ）は模式断面図。 別の実施形態の三次元繊維構造体の模式断面図。 別の実施形態の三次元繊維構造体の模式断面図。 従来技術の模式断面図。

（第１の実施形態）
以下、繊維束、三次元繊維構造体及び繊維強化複合材の第１の実施形態を図１〜図５にしたがって説明する。

図１に示すように、三次元繊維構造体１０は、繊維層１１が積層された少なくとも２軸配向となる積層繊維層１２が、各繊維層１１と直交する方向に配列された結合糸１３ａを有する結合構造１３で結合されて構成されている。詳述すると、結合構造１３は、結合糸１３ａと抜け止め糸１３ｂとで構成されている。結合糸１３ａは、積層繊維層１２の一方の面側（図１における下面側）においてその表面に沿って配列されるとともに所定ピッチで積層繊維層１２内に一方の面側から挿入され、かつ積層繊維層１２の他方の面側においてループ状に折り返すように配列されている。抜け止め糸１３ｂは、結合糸１３ａのループＬ内に挿通された状態で結合糸１３ａの積層繊維層１２からの抜け止めを行うように結合糸１３ａの配列面Ｐｚと交差する方向（この実施形態では直交方向）に配列されている。

この実施形態では、積層繊維層１２は、配向角０度の連続繊維から成る繊維層１１ａと、配向角９０度の連続繊維から成る繊維層１１ｂと、配向角４５度の連続繊維から成る繊維層１１ｃと、配向角−４５度の連続繊維から成る繊維層１１ｄとが、所定数積層されて疑似等方性に構成されている。そして、積層繊維層１２の厚さ方向の両面にそれぞれ配向角４５度の連続繊維から成る繊維層１１ｃ又は配向角−４５度の連続繊維から成る繊維層１１ｄが配列されている。積層繊維層１２の連続繊維は、三次元繊維構造体１０の厚さ方向（図１の上下方向）と直交する面内に配列される面内配列糸となる。なお、結合糸１３ａは、基準面内に配列された面内配列糸と交差する方向に配列される面外方向糸を構成する。

図２に示すように、繊維層１１は、一方向に配列されて強化繊維として機能する連続繊維１４ａの繊維束１４からなる繊維束層１５と、繊維束１４と直交する方向に配列される補助糸１６とで構成されている。補助糸１６は、強化繊維としての機能はなく繊維束１４を結合して織物として取り扱える役割を果たす。即ち、繊維層１１は一方向織物で構成されている。

連続繊維１４ａ、結合糸１３ａ及び抜け止め糸１３ｂとしては、例えば、炭素繊維が使用される。炭素繊維はフィラメント数が数百〜数万本程度であり、要求性能に適した本数の繊維束が選択される。

積層繊維層１２は、少なくとも一層に繊維束を構成する開繊繊維の広がりが電界紡糸法により紡糸されたナノファイバー２０（図３に図示）により拘束されている繊維束２１からなる繊維層を有する。この実施形態では、表層に繊維束２１からなる繊維層を有する。この実施形態では、繊維層１１のうち、表層を構成する繊維層１１は、繊維束２１と補助糸１６とで構成される。

図３（ａ），（ｂ）に示すように、繊維束２１を模式的に示すと、繊維束２１は複数の連続繊維２１ａが開繊された状態で一方向に配列され、開繊繊維としての連続繊維２１ａとランダムに交絡する状態のナノファイバー２０により、開繊繊維の広がりが拘束されている。そのため、この繊維束２１を使用して三次元繊維構造体１０を構成する積層繊維層１２の一方の表層を形成し、かつ積層繊維層１２の結合構造１３を構成する結合糸１３ａを繊維束２１からなる繊維層側から積層繊維層１２に挿入する構成にすると、結合糸１３ａから開繊繊維を拡げるように作用する力が効率良く抑えられる。また、ナノファイバー２０が繊維束２１の開繊繊維、即ち連続繊維２１ａと一体化して開繊繊維の広がりを拘束するため、広がり抑制用の繊維層を追加する必要がない。その結果、重量増加等の製品物性への悪影響がない。

ナノファイバー２０に使用される樹脂は、ナノオーダーの径を有する樹脂として成形可能、かつ、熱可塑性の合成樹脂であれば適用可能であり、例えば、ポリエステル、ナイロン等が挙げられる。

次に開繊繊維に電界紡糸法によりナノファイバー２０を交絡させた繊維束２１の製造方法を説明する。
電界紡糸法には公知の電界紡糸装置が使用される。図４に示すように、電界紡糸装置３０は、高電圧電源３１と、吐出ノズル３２と、吐出ノズル３２に対向して配置されたターゲット電極３３とを備えている。高電圧電源３１は、１０〜２０ｋＶ程度の出力が可能になっている。吐出ノズル３２は、パイプ３４により図示しない樹脂溶液供給部に接続されている。樹脂溶液供給部は、溶融状態の樹脂を貯溜するタンクと、タンク内に圧力を加えて溶融した樹脂を吐出ノズル３２に供給するようになっている。高電圧電源３１のプラス端子が吐出ノズル３２に電気的に接続され、高電圧電源３１のマイナス端子及びターゲット電極３３はアースされている。

ターゲット電極３３は、吐出ノズル３２とターゲット電極３３との間を一方向に移動する開繊繊維３５の幅以上の幅を有する。吐出ノズル３２は、図示しない駆動装置により開繊繊維３５の移動方向と直交する方向に往復移動可能に構成されている。

繊維束２１を製造する場合は、図示しない開繊装置により原料繊維束が開繊されて開繊繊維３５が形成され、その開繊繊維３５が吐出ノズル３２とターゲット電極３３との間を一方向に移動するように、図示しない引き取り装置を経て巻き取り装置に巻き取られる。吐出ノズル３２から吐出された溶融樹脂はプラス電荷を帯びた状態でターゲット電極３３に向かって進み、開繊繊維３５が吐出ノズル３２とターゲット電極３３との間を一方向（図４では紙面と垂直方向）に移動する間に、ナノファイバー２０となって開繊繊維３５を構成する連続繊維２１ａの間に侵入して開繊繊維３５と交絡する。

開繊繊維３５は一定速度で移動され、吐出ノズル３２は開繊繊維３５に対してその幅内で往復動し、かつ移動中に速度がランダムに変更される状態で移動される。その結果、図３（ａ），（ｂ）に示すように、複数の連続繊維２１ａが開繊された状態で一方向に配列され、開繊繊維としての連続繊維２１ａとランダムに係合する状態のナノファイバー２０により、開繊繊維の広がりが拘束された繊維束２１が製造される。

三次元繊維構造体１０は、繊維強化複合材の強化基材として使用される。そして、繊維強化複合材は、三次元繊維構造体１０に、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が含浸硬化されて構成される。

図５に示すように、繊維強化複合材としての繊維強化樹脂４０は、三次元繊維構造体１０を構成する結合糸１３ａがループ状の折り返し部で抜け止め糸１３ｂと係合した状態で三次元繊維構造体１０の厚さ方向に折り返し状に配列され、ループ状の折り返し部と反対側、即ち根元部側では三次元繊維構造体１０の表面に沿って配列されている。結合糸１３ａの根元部側では、三次元繊維構造体１０を形成する際、積層繊維層１２の繊維体積含有率Ｖｆを高めるために、各挿入位置において折り返し状に配列された結合糸１３ａを引き戻す際に、結合糸１３ａの根元部側で結合糸１３ａに係合している連続繊維２１ａ間の距離を拡げる方向の力が大きく作用する。しかし、繊維束２１は、開繊繊維の広がりが電界紡糸法により紡糸されたナノファイバー２０により拘束されているため、その広がりが抑制される。その結果、積層繊維層１２に折り返し状に挿入された結合糸１３ａは、目開きが防止された状態で、樹脂が含浸硬化されている。そのため、繊維強化樹脂４０は、結合糸１３ａの根元部の樹脂溜まり４１が小さくなる。なお、図５では模式的に、結合糸１３ａが隣り合う繊維束２１の間に挿入された状態で図示しているが、結合糸１３ａは繊維束２１の開繊繊維の間に挿入される確率が高い。

この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）繊維束２１は、繊維層１１が積層された少なくとも２軸配向となる積層繊維層１２が、各繊維層１１と直交する方向に配列された結合糸１３ａを有する結合構造１３で結合されて構成された三次元繊維構造体１０の繊維層１１を構成し、繊維束２１を構成する開繊繊維３５の広がりが電界紡糸法により紡糸されたナノファイバー２０により拘束されている。したがって、この繊維束２１で構成された三次元繊維構造体１０を繊維強化樹脂４０（繊維強化複合材）の強化基材として使用した際に、繊維強化樹脂４０の表層における樹脂溜まり４１の減少と、繊維体積含有率Ｖｆの向上とを両立させることができる。

（２）三次元繊維構造体１０は、繊維層１１が積層された少なくとも２軸配向となる積層繊維層１２が、各繊維層１１と直交する方向に配列された結合糸１３ａを有する結合構造１３で結合されている。そして、積層繊維層１２は、少なくとも一層に繊維束２１を構成する開繊繊維３５の広がりが電界紡糸法により紡糸されたナノファイバー２０により拘束されている繊維束２１からなる繊維層１１を有する。したがって、三次元繊維構造体１０を繊維強化樹脂４０の強化基材として使用した際に、繊維強化樹脂４０の表層における樹脂溜まり４１の減少と、繊維体積含有率Ｖｆの向上とを両立させることができる。

（３）積層繊維層１２は、少なくとも表層に前記繊維層１１を構成する開繊繊維３５の広がりが電界紡糸法により紡糸されたナノファイバー２０により拘束されている繊維束２１からなる繊維層１１を有する。したがって、繊維強化樹脂４０の表層における樹脂溜まり４１を減少させることができる。

（４）ナノファイバー２０が繊維束２１の開繊繊維、即ち連続繊維２１ａと一体化して開繊繊維の広がりを拘束するため、積層繊維層１２に広がり抑制用の繊維層を追加する必要がない。その結果、重量増加等の製品物性への悪影響がない。

（５）結合構造１３は、積層繊維層１２の一方の面側においてその表面に沿って配列されるとともに所定ピッチで積層繊維層１２内に一方の面側から挿入され、かつ積層繊維層１２の他方の面側においてループ状に折り返すように配列される結合糸１３ａと、結合糸１３ａのループＬ内に挿通された状態で結合糸１３ａの積層繊維層１２からの抜け止めを行う抜け止め糸１３ｂとで構成されている。そして、結合糸１３ａの根元側の積層繊維層１２の表層に、繊維束２１を構成する開繊繊維３５の広がりが電界紡糸法により紡糸されたナノファイバー２０により拘束されている繊維束２１からなる繊維層１１を有する。したがって、結合糸１３ａが波縫いで各繊維層１１を結合する構成に比べて、繊維体積含有率Ｖｆの向上を図り易い。また、繊維層１１を構成する開繊繊維３５の広がりがナノファイバー２０により拘束されている繊維束２１からなる繊維層１１により繊維強化樹脂４０の表層における樹脂溜まり４１を減少させることができる。

（６）繊維強化樹脂４０（繊維強化複合材）の強化基材としての三次元繊維構造体１０は、少なくとも一層に繊維束２１を構成する開繊繊維の広がりが電界紡糸法により紡糸されたナノファイバー２０により拘束されている繊維束２１からなる繊維層１１を有する。したがって、繊維強化樹脂４０の表層における樹脂溜まり４１の減少と、繊維体積含有率Ｖｆの向上とを両立させることができる。

（第２の実施形態）
次に第２の実施形態を図６にしたがって説明する。この実施形態は積層繊維層１２の繊維層１１を構成する開繊繊維３５の広がりが電界紡糸法により紡糸されたナノファイバー２０により拘束されている繊維束２１の製造方法が第１の実施形態と異なっている。第１の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。

繊維束２１の製造方法は、開繊繊維３５を移動させつつその進行方向と交差する方向に、電界紡糸装置３０の吐出ノズル３２を往復移動させて、開繊繊維３５中にナノファイバー２０を配向させた状態で紡糸する。詳述すると、開繊繊維３５の配列方向に対するナノファイバー２０の配向角度が設定された角度となるように、開繊繊維３５の移動速度と吐出ノズル３２の移動速度とが設定された状態で電界紡糸装置３０による電界紡糸が行われる。その結果、図６（ａ）に示すように、開繊繊維３５の配列方向と直交する方向に対してナノファイバー２０が±θの配向角度となる状態で配列されている。また、図６（ｂ）に示すように、ナノファイバー２０は、開繊繊維３５の厚さ方向にも侵入して各連続繊維２１ａと交絡する状態で配列される。

この実施形態によれば、第１の実施形態の（１）〜（６）に記載の効果に加えて以下の効果を得ることができる。
（７）繊維束２１の製造方法は、開繊繊維３５を移動させつつその進行方向と交差する方向に、電界紡糸装置３０の吐出ノズル３２を往復移動させて、開繊繊維３５中にナノファイバー２０を配向させた状態で紡糸する。したがって、この方法で製造された繊維束２１は、ナノファイバー２０が開繊繊維３５の配列方向に対して、開繊繊維３５の移動速度及び吐出ノズル３２の移動速度により定まる方向性を持って配向された状態で開繊繊維３５と交差して絡み合うため、ランダムに絡み合う場合に比べて、開繊繊維３５の広がりを抑制する効果が大きくなる。

（８）ナノファイバー２０は、開繊繊維３５の配列方向と直交する方向に対して±θ（０＜θ≦１５°）の配向角度となるものが８０％以上存在する状態で配列されている。したがって、配向角度θが±１５°を超える場合に比べて開繊繊維３５の広がりを抑制する効果がより大きくなる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 三次元繊維構造体１０を構成する積層繊維層１２は、少なくとも１層の繊維層１１に、開繊繊維の広がりが電界紡糸法により紡糸されたナノファイバー２０により拘束されている繊維束２１で構成された繊維層１１を有していればよい。例えば、図７に示すように、繊維束２１で構成された繊維層１１を積層繊維層１２の表層のうち、結合糸１３ａのループＬが存在する側、即ち結合糸１３ａの挿入側（根元側）と反対側の表層に配置してもよい。この三次元繊維構造体１０を強化基材とした繊維強化樹脂４０は、結合糸１３ａと抜け止め糸１３ｂとの交差部分の樹脂溜まり４１が減少する。また、繊維束２１で構成された繊維層１１を、積層繊維層１２の表層ではなく中間層として配置してもよい。この場合でも、表層側ほど大きくはないが中間層にも存在する樹脂溜まりを減少させることができる。しかし、繊維束２１で構成された繊維層１１を１層のみ配置する場合は、結合糸１３ａの根元側の表層に配置するのが好ましい。

○ 繊維束２１で構成された繊維層１１は一層に限らず、複数層としてもよい。例えば、積層繊維層１２の両表層に配置したり、両表層に加えて中間層にも配置したり、結合糸１３ａの根元側の表層と中間層とに配置したり、あるいは任意の位置に複数層配置したりしてもよい。しかし、繊維束２１で構成された繊維層１１を複数層配置する場合、少なくとも１層は、結合糸１３ａの根元側の表層に配置するのが好ましい。

○ 積層繊維層１２は、繊維層１１が積層されて少なくとも２軸配向となればよく、各繊維層１１が一方向織物で構成されている必要はなく、経糸及び緯糸が共に強化繊維の機能を果たす偏平な繊維束で織製された織物で構成されてもよい。織物としては、例えば、平織物や綾織物が挙げられる。また、平織物と綾織物が混在してもよい。繊維層１１を織物で構成する場合は、一枚の織物が、配向方向が異なる２層分の繊維層１１を構成する。織物を積層する際、織物の経糸及び緯糸の配列方向が隣り合う織物同士で４５度ずつずれた状態で積層すれば、積層繊維層１２は強化繊維が４軸配向で配列された構成になる。

○ 積層繊維層１２は、偏平な繊維束で織製された織物と、一方向織物とが混在する積層構成であってもよい。
○ 繊維束２１で構成された繊維層１１を織物で構成してもよい。

○ 積層繊維層１２の各繊維層１１を結合する結合構造１３は、結合糸１３ａと抜け止め糸１３ｂとからなる構成に限らず、例えば、図８に示すように、結合糸１３ａが波縫いで積層繊維層１２の各繊維層を結合する構成にしてもよい。

○ 積層繊維層１２を擬似等方性で面内４軸配向に構成する繊維層１１ａ〜１１ｄの積層順序は、外層を繊維層１１ｃ（＋４５度層）又は繊維層１１ｄ（−４５度層）にする順に限らない。

○ 積層する繊維層１１の数が多い場合、隣り合う繊維層１１の繊維の配列方向が異なるように積層せずに、繊維の配列方向が同じ繊維層１１が隣り合う箇所が存在してもよい。

○ ナノファイバー２０に使用される樹脂は、繊維強化樹脂のマトリックス樹脂の物性を補強するもの、例えば、ナノファイバー２０に使用される樹脂が繊維強化樹脂のマトリックス樹脂と同じ樹脂や相溶性の良い樹脂であれば好ましい。

○ 繊維束２１を構成する開繊繊維と交絡するようにナノファイバー２０を紡糸した後、熱をかけてナノファイバー２０を繊維束に固着（溶着）させてもよい。この場合、開繊繊維の拡がりを抑制する効果が向上する。

○ 積層繊維層１２を構成する連続繊維は炭素繊維に限らず、繊維強化複合材に要求される物性に対応して、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の有機繊維あるいは、ガラス繊維やセラミック繊維等の無機繊維を使用してもよい。

○ 繊維束２１を構成する開繊繊維とナノファイバー２０とを交絡させる方法として、電界紡糸法に変えてニードリング等の他の交絡方法を用いてもよい。

θ…配向角度、Ｌ…ループ、１０…三次元繊維構造体、１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ…繊維層、１２…積層繊維層、１３…結合構造、１３ａ…結合糸、１３ｂ…抜け止め糸、１４，２１…繊維束、２０…ナノファイバー、３０…電界紡糸装置、３２…吐出ノズル、３５…開繊繊維、４０…繊維強化複合材としての繊維強化樹脂。

Claims (7)

1. 繊維層が積層された少なくとも２軸配向となる積層繊維層が、各繊維層と直交する方向に配列された結合糸を有する結合構造で結合されて構成された三次元繊維構造体の前記繊維層を構成する繊維束であって、前記繊維束を構成する開繊繊維と交絡するナノファイバーにより前記開繊繊維の広がりが拘束されていることを特徴とする繊維束。
2. 前記ナノファイバーは、前記開繊繊維の配列方向と直交する方向に対して±θ（０＜θ≦１５°）の配向角度となるものが８０％以上存在する状態で配列されている請求項１に記載の繊維束。
3. 繊維層が積層された少なくとも２軸配向となる積層繊維層が、各繊維層と直交する方向に配列された結合糸を有する結合構造で結合されて構成された三次元繊維構造体であって、
   前記積層繊維層は、少なくとも一層に請求項１又は請求項２に記載の繊維束からなる繊維層を有することを特徴とする三次元繊維構造体。
4. 前記積層繊維層は、少なくとも表層に請求項１又は請求項２に記載の繊維束からなる繊維層を有する請求項３に記載の三次元繊維構造体。
5. 前記結合構造は、前記積層繊維層の一方の面側においてその表面に沿って配列されるとともに所定ピッチで前記積層繊維層内に一方の面側から挿入され、かつ前記積層繊維層の他方の面側においてループ状に折り返すように配列される結合糸と、前記結合糸のループ内に挿通された状態で前記結合糸の前記積層繊維層からの抜け止めを行う抜け止め糸とで構成されており、前記結合糸の根元側の前記積層繊維層の表層に請求項１又は請求項２に記載の繊維束からなる繊維層を有する請求項３又は請求項４に記載の三次元繊維構造体。
6. 請求項３〜請求項５のいずれか１項に記載の三次元繊維構造体を強化基材とする繊維強化複合材。
7. 開繊繊維を移動させつつその進行方向と交差する方向に、電界紡糸装置の吐出ノズルを往復移動させて、前記開繊繊維中にナノファイバーを配向させた状態で紡糸することを特徴とする繊維束の製造方法。