JP3671037B2 - 繊維強化プラスチック用の強化繊維基材 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は繊維強化プラスチックに用いられる強化繊維基材に関するものであり、繊維基材の「うねり」を小さくすることができるように工夫したものである。
【0002】
【従来の技術】
繊維強化プラスチック(以下「FRP」と称する)は、繊維基材に樹脂を含浸し、含浸した樹脂を硬化させたものである。FRPは軽量であるにもかかわらず高強度であるため、大型のFRP製品も製造されている。
【0003】
この大型のFRP製品としては、次のようなものがある。
(1) FRPブレード(風車、各種タービン動翼)
(2) 航空機用FRP構造体(機体、ドア、翼)
(3) 橋梁
【0004】
ところで、FRPの機械的強度には、繊維基材を構成する繊維の「うねり」が大きく影響しており、この「うねり」が大きいほど、FRPの機械的強度が低下する。
【0005】
最近では、この「うねり」を小さくするために、繊維束を編み込んだ織物に替わり、繊維束を引きそろえて一平面となるように束ねた、ステッチファブリックが開発されている(例えば、特許文献1参照)。
【0006】
【特許文献1】
特公平1−25699号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したステッチファブリックにおいても、繊維束を束ねる「止め糸」あるいは「横糸」が繊維束を横切るように配置されている。このように、止め糸等が繊維束を横切るように配置されているため、繊維束は、これを横切るように配置された止め糸等で押し込まれてしまい、この部分において繊維束が湾曲して「うねり」が発生していた。つまり、従来のステッチファブリックにおいては、完全に「うねり」がなくなるわけではなかった。
【0008】
本発明は、上記従来記述に鑑み、繊維束の「うねり」を最小限にした、繊維強化プラスチック用の強化繊維基材を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の構成は、多数本の一方向繊維束を平行状態にして重ねることなく隣接配置してシート状にしたシート状一方向繊維束群と、
前記シート状一方向繊維束群を間に挟む、多数本の一方向繊維束を平行状態にして重ねることなく隣接配置してシート状にした一対のバイアスマットとを有し、
一方のバイアスマットの一方向繊維束と、シート状一方向繊維束群の一方向繊維束とが予め決めた角度となるように、一方のバイアスマットを斜めに配置し、
他方のバイアスマットの一方向繊維束と、シート状一方向繊維束群の一方向繊維束とが前記角度と逆向きの角度となるように、他方のバイアスマットを斜めに配置し、
ステッチ方向が前記シート状一方向繊維束群の一方向繊維束と平行になると共に、前記バイアスマットの一方向繊維束を横切るようにして、止め糸により一対のマットを縫い合わせることにより、シート状一方向繊維束群とバイアスマットとを結束してなることを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態ならびに実施例を図面に基づき詳細に説明する。
【0012】
<第1の実施の形態>
図1及び図2は本発明の第1の実施の形態にかかる、強化繊維基材1を示す。この強化繊維基材1では、シート状一方向繊維束群2を用いる。このシート状一方向繊維束群2は、多数本の一方向繊維束2aを平行状態にして重ねることなく隣接配置してシート状にしたものであり、それぞれの一方向繊維束2aは、多数本の繊維を平行に引き揃えたものである。
【0013】
更に、シート状一方向繊維束群2を、マット3とマット4とで挟んでいる。一対のマット3,4としては、カーボン繊維またはガラス繊維の連続繊維または短繊維をシート状にしたもので空隙率の多いものを採用する。
【0014】
そして、シート状一方向繊維束群2を間に挟んでいる、マット3とマット4とを、止め糸5により縫い合わせて、シート状一方向繊維束群2とマット3,4とを結束する。このとき、止め糸5のステッチ方向は、一方向繊維束2aと平行になるようにしている。つまり、止め糸5は、隣接する一方向繊維束2aの間の位置を通って縫い込まれており、一方向繊維束2aを横断することはない。
【0015】
このように、この強化繊維基材1では、止め糸5が一方向繊維束2aを横切ることはなく、他の繊維も一方向繊維束2aを横切っていない。このように、一方向繊維束2aを横切る繊維等がないため、一方向繊維束2aには「うねり」が殆どない。この結果、FRP製造時に、強化繊維基材1を多数枚積層した後であっても、繊維の「うねり」がほとんどなく、高強度なFRPが得られる。
【0016】
ちなみに、従来のステッチファブリックでは、シート状一方向繊維束群の各一方向繊維束を横断するように、止め糸等が縫い込まれており、止め糸等が横断する部分で、一方向繊維束に「うねり」が発生していた。
【0017】
<第2の実施の形態>
図3及び図4は本発明の第2の実施の形態にかかる、擬似等方強化タイプの強化繊維基材11を示す。この強化繊維基材11では、シート状一方向繊維束群12を用いる。このシート状一方向繊維束群12は、多数本の一方向繊維束12aを平行状態にして重ねることなく隣接配置してシート状にしたものであり、それぞれの一方向繊維束12aは、多数本の繊維を平行に引き揃えたものである。
【0018】
更に、シート状一方向繊維束群12を、一対のバイアスシート13,14とで挟んでいる。バイアスシート13は、多数本の一方向繊維束13aを平行状態にして重ねることなく隣接配置してシート状にしたものであり、それぞれの一方向繊維束13aは、多数本の繊維を平行に引き揃えたものである。しかも、バイアスシート13の各一方向繊維束13aの引き揃え方向と、シート状一方向繊維束群12の各一方向繊維束12aの引き揃え方向とでなす角度がθとなるように、シート状一方向繊維束群12に対して斜めにバイアスシート13を配置している。
【0019】
また、バイアスシート14は、多数本の一方向繊維束14aを平行状態にして重ねることなく隣接配置してシート状にしたものであり、それぞれの一方向繊維束14aは、多数本の繊維を平行に引き揃えたものである。しかも、バイアスシート14の各一方向繊維束14aの引き揃え方向と、シート状一方向繊維束群12の各一方向繊維束12aの引き揃え方向とでなす角度が−θとなるように、シート状一方向繊維束群12に対して斜めにバイアスシート14を配置している。
【0020】
そして、シート状一方向繊維束群12を間に挟んでいる、バイアスシート13とバイアスシート14とを、止め糸15により縫い合わせて、シート状一方向繊維束群12とバイアスシート13,14とを結束する。このとき、止め糸15のステッチ方向は、一方向繊維束12aと平行になるようにしている。つまり、止め糸15は、隣接する一方向繊維束12aの間の位置を通って縫い込まれており、一方向繊維束12aを横断することはない。更に詳述すると、止め糸15は、バイアスシート13,14の一方向繊維束13a,14aに対しては斜めに横切るが、主応力方向の一方向繊維束12aを横切ることはない。
【0021】
このように、この強化繊維基材11では、止め糸15が主応力方向の一方向繊維束12aを横切ることはなく、他の繊維も主応力方向の一方向繊維束12aを横切っていない。このように、主応力方向の一方向繊維束12aを横切る繊維等がないため、一方向繊維束12aには「うねり」が殆どない。この結果、FRP製造時に、強化繊維基材11を多数枚積層した後であっても、主応力方向に関しては、繊維の「うねり」がほとんどなく、高強度なFRPが得られる。
【0022】
<変形した実施の形態>
なお、第1の実施の形態(図1,図2)及び、第2の実施の形態(図3,図4)では、シート状一方向繊維束群2,12を用いていたが、この替わりに、多数本の一方向繊維(繊維束ではなく1本の繊維糸)を平行状態にして重ねることなく隣接配置してシートにしたシート状一方向繊維群(繊維束群ではなく繊維群)を用いるようにしてもよい。この場合にも、シート状一方向繊維群の各一方向繊維に、止め糸等が横切ることがないように止め糸等により縫い合わせる。
【0023】
<第1の実施例>
第1の実施例は、図1,図2に示す強化繊維基材1において、一方向繊維束2aを炭素繊維束とし、マット3,4を炭素繊維の短繊維からなるマット(50g/m2 )を用いて作製した。
この強化繊維基材1を用いて、真空含浸工法で作製したFRPは、機械特性に優れており、特に圧縮強度が高い高強度FRPが得られた。
【0024】
<第2の実施例>
第2の実施例は、図1,図2に示す強化繊維基材1において、一方向繊維束2aを炭素繊維束とし、マット3,4をガラス繊維からなるマット(60g/m2 )を用いて作製した。
ガラス繊維マットは炭素繊維マットよりも樹脂の含浸性に優れ、また低コストであることから、含浸効率が高く且つ低コストな強化繊維基材1となる。
この強化繊維基材1を用いて、真空含浸工法で作製したFRPは、機械特性に優れており、特に圧縮強度が高い高強度FRPが得られた。また、樹脂の含浸速度も速いため、製造性も優れている。
【0025】
<第3の実施例>
第3の実施例は、図3,図4に示す強化繊維基材11において、一方向繊維束12a,13a,14aを炭素繊維束とし、上面のバイアスシート13の角度θを+45°とし、下面のバイアスシート14の角度−θを−45°として、擬似等方強化型の強化繊維基材とした。
この強化繊維基材11を用いて、真空含浸工法で作製したFRPは、機械特性に優れており、特に圧縮強度が高い高強度な擬似等方強化型FRPが得られた。
【0026】
<第4の実施例>
第4の実施例は、図3,図4に示す強化繊維基材11において、一方向繊維束12aを炭素繊維束とし、一方向繊維束13a,14aをガラス繊維束とし、上面のバイアスシート13の角度θを+45°とし、下面のバイアスシート14の角度−θを−45°として、擬似等方強化型の強化繊維基材とした。
ガラス繊維は炭素繊維よりも樹脂の含浸性に優れ、また低コストであることから、含浸効率が高く且つ低コストな高強度擬似等方強化型の強化繊維基材11となる。
この強化繊維基材11を用いて、真空含浸工法で作製したFRPは、機械特性に優れており、特に圧縮強度が高い高強度な擬似等方強化型FRPが得られた。また、樹脂の含浸速度も速いため、製造性も優れている。
【0027】
<第5の実施例>
第5の実施例は、図3,図4に示す強化繊維基材11において、一方向繊維束12a,13a,14aを炭素繊維束とし、上面のバイアスシート13の角度θを+30°とし、下面のバイアスシート14の角度−θを−30°として、擬似等方強化型の強化繊維基材とした。
この強化繊維基材11を用いて、真空含浸工法で作製したFRPは、機械特性に優れており、特に圧縮強度が高い高強度な擬似等方強化型FRPが得られた。また一方向繊維束13a,14aの交差角度を小さくしているので、主応力方向の強度に優れる高強度な擬似等方強化型FRPが得られた。
【0029】
【発明の効果】
以上、実施の形態及び実施例と共に具体的に説明したように、多数本の一方向繊維束を平行状態にして重ねることなく隣接配置してシート状にしたシート状一方向繊維束群と、前記シート状一方向繊維束群を間に挟む、多数本の一方向繊維束を平行状態にして重ねることなく隣接配置してシート状にした一対のバイアスマットとを有し、一方のバイアスマットの一方向繊維束と、シート状一方向繊維束群の一方向繊維束とが予め決めた角度となるように、一方のバイアスマットを斜めに配置し、他方のバイアスマットの一方向繊維束と、シート状一方向繊維束群の一方向繊維束とが前記角度と逆向きの角度となるように、他方のバイアスマットを斜めに配置し、ステッチ方向が前記シート状一方向繊維束群の一方向繊維束と平行になると共に、前記バイアスマットの一方向繊維束を横切るようにして、止め糸により一対のマットを縫い合わせることにより、シート状一方向繊維束群とバイアスマットとを結束してなる構成にした。
このような構成にしたため、シート状一方向繊維束群の各一方向繊維束を止め糸等が横切ることがなくなり、シート状一方向繊維束群の各一方向繊維束に「うねり」が発生しなくなる。この結果、この強化繊維基材により構成したFRPの機械的強度が向上する。
更に、シート状一方向繊維束群の一方向繊維束と、バイアスマットの一方向繊維束とが交差しているため、擬似等方強化型の繊維基材となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る強化繊維基材を、縫い合わせの途中の状態で示す斜視図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態に係る強化繊維基材を示す斜視図である。
【図3】本発明の第2の実施の形態に係る強化繊維基材を、縫い合わせの途中の状態で示す斜視図である。
【図4】本発明の第2の実施の形態に係る強化繊維基材を示す斜視図である。
【符号の説明】
1,11 強化繊維基材
2,12 シート状一方向繊維束群
2a,12a 一方向繊維束
3,4 マット
5,15 止め糸
13,14 バイアスシート
Claims (1)
- 多数本の一方向繊維束を平行状態にして重ねることなく隣接配置してシート状にしたシート状一方向繊維束群と、
前記シート状一方向繊維束群を間に挟む、多数本の一方向繊維束を平行状態にして重ねることなく隣接配置してシート状にした一対のバイアスマットとを有し、
一方のバイアスマットの一方向繊維束と、シート状一方向繊維束群の一方向繊維束とが予め決めた角度となるように、一方のバイアスマットを斜めに配置し、
他方のバイアスマットの一方向繊維束と、シート状一方向繊維束群の一方向繊維束とが前記角度と逆向きの角度となるように、他方のバイアスマットを斜めに配置し、
ステッチ方向が前記シート状一方向繊維束群の一方向繊維束と平行になると共に、前記バイアスマットの一方向繊維束を横切るようにして、止め糸により一対のマットを縫い合わせることにより、シート状一方向繊維束群とバイアスマットとを結束してなることを特徴とする繊維強化プラスチック用の強化繊維基材。
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