JP4770298B2 - プリフォーム用基材、プリフォーム、およびこれらを用いた繊維強化複合材料構造物 - Google Patents
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Description
しかし、シート材料が、強化繊維を長手方向のみの一方向に配列させた一方向材であっても、このようなつなぎ合わせ部においては繊維の局所的配向乱れや厚み変化などによる影響を受け、成形後の力学特性が少なからず変化してしまう。ましてや強化繊維が長手方向に対して角度を持って配向している場合は、端部において強化繊維が切断されているので、つなぎ合わせ部における強化繊維の連続性が無く、つなぎ合わせ部の成形後の力学特性は著しく低下する。
(1)複数枚の強化繊維シートが積層されるとともに該強化繊維シート間が接合されたプリフォーム用基材であって、面方向に組み合わせることで前記プリフォーム用基材より大面積のプリフォームを作製するためのものであり、隣接する強化繊維シートは、少なくとも一組の端辺が積層方向と交差する方向に互いに離間し、かつ、平行になるように積層されているとともに、前記隣接する強化繊維シートが、下記(式1)を満たす離間距離Sで互いに離間していることを特徴とするプリフォーム用基材。
S≦(L−12A)/(N−1) (式1)
但し、N:積層数(≧3)
L:離間方向における強化繊維シートの長さ
A:隣接する強化繊維シートの厚みのうち薄くない方の厚み
(2)ロール体を形成していることを特徴とする、上記(1)に記載のプリフォーム用基材。
(3)前記複数枚の強化繊維シートが平行四辺形であることを特徴とする、上記(1)に記載のプリフォーム用基材。
(4)前記複数枚の強化繊維シートが互いに同一形状であることを特徴とする、上記(1)〜(3)のいずれかに記載のプリフォーム用基材。
(5)前記強化繊維シートが一方向織物であることを特徴とする、上記(1)〜(4)のいずれかに記載のプリフォーム用基材。
(6)前記強化繊維シート間は熱可塑性樹脂および/または熱硬化性樹脂で接合されていることを特徴とする、上記(1)〜(5)のいずれかに記載のプリフォーム用基材。
(7)複数枚の上記(1)〜(6)のいずれかに記載のプリフォーム用基材を、端辺が互いに対向するように平面方向に配置したことを特徴とするプリフォーム。
(8)複数枚の上記(1)〜(6)のいずれかに記載のプリフォーム用基材を平面方向に配置するとともに、一方のプリフォーム用基材の各強化繊維シートを他方のプリフォーム用基材の各強化繊維シートとそれぞれ重なり合うように、かつ、各層の重なり合う距離が前記端辺の離間距離以下となるように配置したことを特徴とするプリフォーム。
(9)上記(7)または(8)に記載のプリフォームを使用して成形した繊維強化複合材料構造物。
そして、たとえば大型の繊維強化複合材料構造物を製造するためには上述のプリフォーム用基材を複数枚用い、これらをつなぎ合わせることで一つのプリフォームを形成するが、つなぎ合わせ部が一部に集中することを防ぐためには、強化繊維シートの離間距離を次のように調整することも好ましい。すなわち、プリフォーム用基材を構成する強化繊維シートの厚みが均一である場合は、隣接する端辺が互いに強化繊維シートの厚みの12倍以上の距離で離間するように、強化繊維シートを配置することが好ましい。一方、プリフォーム用基材を構成する強化繊維シートが互いに異なる厚みA,B(A>B)を有している場合は、厚い強化繊維シートの厚みAの12倍以上の距離で離間するように、強化繊維シートを配置することが好ましい。このように構成することで、複数枚のプリフォーム用基材を強化繊維シートが互いに噛み合うように組み合わせたとき、つなぎ合わせ部が局所的に集中する事が避けられ、また、つなぎ合わせ部は隣接する強化繊維シートにより補強されるので、強度特性などが極端に低下することを防ぐことができる。
すなわち、強化繊維シートの厚みがT、積層数がN(3以上)であるプリフォーム用基材において、離間方向における強化繊維シートの長さをLとし、各層における離間距離Sが該プリフォーム用基材内で同一とした場合、S=L/(N−1)とするとプリフォーム用基材の最外層にある強化繊維シートの端辺の位置が一致してしまう。これを避けるためには各層における離間距離SはS≦(L−12T)/(N−1)とするのが必要である。なお、隣接する強化繊維シートの厚みが互いに異なる厚みA,B(A>B)を有する場合はS≦(L−12A)/(N−1)とするのが必要である。
そして、本実施形態においては、強化繊維シートを構成する繊維がそのシート内において一方向に引き揃えられて配向している。配向方向は、一つのプリフォーム用基材を構成する複数枚の強化繊維シート間で互いに同一であってもよいが、この実施形態では図面中下に配置されている強化繊維シート6から強化繊維シート3に向かって順に0°/+45°/−45°/90°の角度で配向している。このように、面内異方性のある強化繊維シートを用いる場合は、強化繊維シートを疑似等方に積層することで強度特性等を面方向に均等にできるので好ましい。また、基材の形態保持の面からは繊維の配向方向が0°方向に加えて+α°方向と−α°方向となるようにすることも好ましい。さらに、強化繊維シートの繊維配向が0°/90°/0°や、−45°/45°/0°/−45°/45°といったように積層方向における層中心の回りに点対称となるように積層することも、基材の表裏を反転させても積層構成が変わらないので好ましい。一方、配向方向を一つのプリフォーム用基材を構成する複数枚の強化繊維シート間で互いに同一とする場合は、製造のしやすさ、収率の面から強化繊維シートの長手方向と強化繊維の0°方向が一致するようにすることが好ましい。
なお、接合手段としては樹脂を用いることのほかにスティッチングやニードリング等の物理的手段を用いることも可能である。
なお、これらプリフォームは必ずしも平面状のプリフォームである必要はなく、曲面状の型の上に沿わせながら組み合わせることによって曲面状のプリフォームを作製することができる。
4、4’: 強化繊維シート
5、5’: 強化繊維シート
6、6’: 強化繊維シート
7、7’: 強化繊維シート3、3’の端辺
8、8’: 強化繊維シート4、4’の端辺
9、9’: 強化繊維シート5、5’の端辺
10、10’: 強化繊維シート6、6’の端辺
11、11’: 強化繊維シート3、3’の端辺
12、12’: 強化繊維シート4、4’の端辺
13、13’: 強化繊維シート5、5’の端辺
14、14’: 強化繊維シート6、6’の端辺
15 : 強化繊維シート3の端辺7と対向する端辺
16 : 強化繊維シート4の端辺8と対向する端辺
17 : 強化繊維シート5の端辺9と対向する端辺
18 : 強化繊維シート6の端辺10と対向する端辺
19 : 強化繊維シート3の端辺15と対向する端辺
20 : 強化繊維シート4の端辺16と対向する端辺
21 : 強化繊維シート5の端辺17と対向する端辺
22 : 強化繊維シート6の端辺18と対向する端辺
25、25’:プリフォーム用基材
31 :プリフォーム
43 :強化繊維シート
44 :強化繊維シート
45 :強化繊維シート
46 :強化繊維シート
51、51’:プリフォーム
61 :プリフォーム
71 :プリフォーム
Claims (9)
- 複数枚の強化繊維シートが積層されるとともに該強化繊維シート間が接合されたプリフォーム用基材であって、面方向に組み合わせることで前記プリフォーム用基材より大面積のプリフォームを作製するためのものであり、隣接する強化繊維シートは、少なくとも一組の端辺が積層方向と交差する方向に互いに離間し、かつ、平行になるように積層されているとともに、前記隣接する強化繊維シートが、下記(式1)を満たす離間距離Sで互いに離間していることを特徴とするプリフォーム用基材。
S≦(L−12A)/(N−1) (式1)
但し、N:積層数(≧3)
L:離間方向における強化繊維シートの長さ
A:隣接する強化繊維シートの厚みのうち薄くない方の厚み - ロール体を形成していることを特徴とする、請求項1に記載のプリフォーム用基材。
- 前記複数枚の強化繊維シートが平行四辺形であることを特徴とする、請求項1に記載のプリフォーム用基材。
- 前記複数枚の強化繊維シートが互いに同一形状であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載のプリフォーム用基材。
- 前記強化繊維シートが一方向織物であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載のプリフォーム用基材。
- 前記強化繊維シート間は熱可塑性樹脂および/または熱硬化性樹脂で接合されていることを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載のプリフォーム用基材。
- 複数枚の請求項1〜6のいずれかに記載のプリフォーム用基材を、端辺が互いに対向するように平面方向に配置したことを特徴とするプリフォーム。
- 複数枚の請求項1〜6のいずれかに記載のプリフォーム用基材を平面方向に配置するとともに、一方のプリフォーム用基材の各強化繊維シートを他方のプリフォーム用基材の各強化繊維シートとそれぞれ重なり合うように、かつ、各層の重なり合う距離が前記端辺の離間距離以下となるように配置したことを特徴とするプリフォーム。
- 請求項7または8に記載のプリフォームを使用して成形した繊維強化複合材料構造物。
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