JP5028797B2 - Fiber reinforced plastic structure - Google Patents

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Description

本発明は、強化繊維及びマトリックス樹脂を含んで構成された繊維強化プラスチック構造体に関する。   The present invention relates to a fiber-reinforced plastic structure including a reinforcing fiber and a matrix resin.

特許文献１には、車両の側部に繊維強化プラスチック（Fiber Reinforced Plastics：ＦＲＰ）製のビーム部材を配設することで、側突時のエネルギーを吸収する技術が記載されている。このビーム部材では、ＣＦＲＰ材を形成するカーボン繊維の配向角を調整することにより、ＣＦＲＰ材が破壊される順番をコントロールしている。
特開２００５−２２５３６４号公報 Patent Document 1 describes a technique for absorbing energy at the time of a side collision by disposing a fiber reinforced plastic (FRP) beam member on a side portion of a vehicle. In this beam member, the order in which the CFRP materials are destroyed is controlled by adjusting the orientation angle of the carbon fibers forming the CFRP materials.
JP 2005-225364 A

上述した従来技術のＦＲＰ製のビーム部材では、衝撃的な荷重を受けたときに、ある程度のエネルギーを吸収することができる。しかし、ＦＲＰ製の構造体において、より大きなエネルギーを吸収可能とすることが要望されている。   The above-described conventional FRP beam member can absorb a certain amount of energy when subjected to an impact load. However, it is desired that a larger energy can be absorbed in the FRP structure.

そこで、本発明は、エネルギー吸収性能を向上したＦＲＰ構造体を提供することを目的とする。   Then, an object of this invention is to provide the FRP structure which improved energy absorption performance.

上述した目的を達成するために、本発明に係る繊維強化プラスチック構造体は、固化されたマトリックス樹脂と、マトリックス樹脂により形状維持された第１強化繊維基材と、マトリックス樹脂により接合され、引張り力の増大に応じてマトリックス樹脂から剥離した本数が増加する複数の第２繊維と、で構成されることを特徴とする。   In order to achieve the above-described object, a fiber-reinforced plastic structure according to the present invention includes a solidified matrix resin, a first reinforcing fiber substrate whose shape is maintained by the matrix resin, and a tensile force that is bonded by the matrix resin. And a plurality of second fibers that increase in the number of pieces peeled from the matrix resin in accordance with the increase in the number of the second fibers.

この構成によれば、繊維強化プラスチック構造体の第２繊維は、引張り力の増大に応じてマトリックス樹脂から剥離した本数が増加するため、繊維強化プラスチック構造体には変形に伴ってエネルギーを吸収する特性が付与されている。また、マトリックス樹脂により形状維持された第１強化繊維基材により、繊維強化プラスチック構造体の強度が維持されている。よって、繊維強化プラスチック構造体を、高強度で、且つエネルギーを吸収する構造とすることができる。   According to this configuration, since the number of the second fibers of the fiber-reinforced plastic structure peeled off from the matrix resin increases as the tensile force increases, the fiber-reinforced plastic structure absorbs energy with deformation. Properties are given. In addition, the strength of the fiber-reinforced plastic structure is maintained by the first reinforcing fiber base whose shape is maintained by the matrix resin. Therefore, the fiber-reinforced plastic structure can have a high strength and a structure that absorbs energy.

上述した繊維強化プラスチック構造体において、複数の第２繊維は、異なる繊維長さを有する複数種類の繊維を含んでおり、引張り力の増大に応じてマトリックス樹脂から剥離した本数が増加することが好ましい。この構成によれば、第２繊維は、異なる繊維長さを有する複数種類の繊維を含んでおり、引張り力の増大に応じてマトリックス樹脂から剥離した本数が増加するため、繊維強化プラスチック構造体には変形に伴ってエネルギーを吸収する特性が付与されている。よって、繊維強化プラスチック構造体を、高強度で、且つエネルギーを吸収する構造とすることができる。   In the above-described fiber-reinforced plastic structure, the plurality of second fibers include a plurality of types of fibers having different fiber lengths, and it is preferable that the number of fibers peeled from the matrix resin increases as the tensile force increases. . According to this configuration, the second fiber includes a plurality of types of fibers having different fiber lengths, and the number of fibers peeled from the matrix resin increases as the tensile force increases. Is given the property of absorbing energy with deformation. Therefore, the fiber-reinforced plastic structure can have a high strength and a structure that absorbs energy.

また、上述した繊維強化プラスチック構造体において、複数の第２繊維は、異なる繊維方向を有する複数種類の繊維を含んでおり、引張り力の増大に応じてマトリックス樹脂から剥離した本数が増加することが好ましい。この構成によれば、第２繊維は、異なる繊維方向を有する複数種類の繊維を含んでおり、引張り力の増大に応じてマトリックス樹脂から剥離した本数が増加するため、繊維強化プラスチック構造体には変形に伴ってエネルギーを吸収する特性が付与されている。よって、繊維強化プラスチック構造体を、高強度で、且つエネルギーを吸収する構造とすることができる。   In the fiber reinforced plastic structure described above, the plurality of second fibers include a plurality of types of fibers having different fiber directions, and the number of fibers peeled from the matrix resin may increase as the tensile force increases. preferable. According to this configuration, the second fiber includes a plurality of types of fibers having different fiber directions, and the number of fibers peeled from the matrix resin increases as the tensile force increases. A characteristic of absorbing energy is imparted with the deformation. Therefore, the fiber-reinforced plastic structure can have a high strength and a structure that absorbs energy.

また、第１強化繊維基材を形成する複数の第１強化繊維では、引張り力が作用する方向に対して４０°〜５０°で傾斜している繊維の本数が、全本数の６０％以上であることが好ましい。この構成によれば、第１強化繊維のほとんどが、引張り力が作用する方向に対して４０°〜５０°の範囲で傾斜しているため、引張り力が作用すると第１強化繊維は大きく伸びる。よって、第１強化繊維が伸びる間に第２繊維の剥離本数が増加するため、繊維強化プラスチック構造体には変形に伴って良好にエネルギーを吸収することができる。なお、第１強化繊維基材を形成する複数の第１強化繊維では、引張り力が作用する方向に対して４２．５°〜４７．５°で傾斜している繊維の本数が、全本数の６０％以上であることがより好ましく、引張り力が作用する方向に対して４５°で傾斜している繊維の本数が、全本数の６０％以上であることがさらに好ましい。   Further, in the plurality of first reinforcing fibers forming the first reinforcing fiber base, the number of fibers inclined at 40 ° to 50 ° with respect to the direction in which the tensile force acts is 60% or more of the total number. Preferably there is. According to this configuration, since most of the first reinforcing fibers are inclined in a range of 40 ° to 50 ° with respect to the direction in which the tensile force acts, the first reinforcing fibers greatly expand when the tensile force acts. Therefore, since the number of peeled second fibers increases while the first reinforcing fibers extend, the fiber reinforced plastic structure can absorb energy well with deformation. In addition, in the plurality of first reinforcing fibers forming the first reinforcing fiber base, the number of fibers inclined at 42.5 ° to 47.5 ° with respect to the direction in which the tensile force acts is the total number of fibers. The number of fibers inclined at 45 ° with respect to the direction in which the tensile force acts is more preferably 60% or more, and still more preferably 60% or more of the total number.

また、上述した繊維強化プラスチック構造体において、第２繊維は、アラミド系繊維であることが好ましい。この構成によれば、第２繊維としてアラミド系繊維を用いている。アラミド系繊維は、マトリックス樹脂から剥離しやすい特性を有しているため、第２繊維として良好に用いることができる。   In the fiber reinforced plastic structure described above, the second fiber is preferably an aramid fiber. According to this configuration, an aramid fiber is used as the second fiber. Aramid fibers can be favorably used as the second fibers because they have the property of easily peeling from the matrix resin.

本発明によれば、繊維強化プラスチック構造体においてエネルギー吸収性能を向上することができる。   According to the present invention, energy absorption performance can be improved in a fiber reinforced plastic structure.

以下、図面を参照して、本発明のＦＲＰ構造体に係る好適な実施形態について説明する。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments according to an FRP structure of the invention will be described with reference to the drawings.

図１には、第１実施形態に係るＦＲＰ構造体１０が示されている。ＦＲＰ構造体１０は、コルゲート（波形）構造を有したパネルである。より詳しく説明すると、ＦＲＰ構造体１０は、一定間隔離間して並んで延びる複数筋の第１板部１１と、同じく一定間隔離間して並んで延びる複数筋の第２板部１２と、第１板部１１の端部から第２板部１２の端部までを横幅として延びる複数筋の側板部１３と、を備えている。複数筋の側板部１３の板面は、第１板部１１及び第２板部１２の板面に対してほぼ直角に傾斜している。第１板部１１、第２板部１２及び側板部１３は、繊維強化プラスチック（Fiber Reinforced Plastics：ＦＲＰ）を材質としており、複数枚積層された第１強化繊維からなる強化繊維基材１５（図２参照）にマトリックス樹脂を含浸してから固化することにより形成されている。   FIG. 1 shows an FRP structure 10 according to the first embodiment. The FRP structure 10 is a panel having a corrugated structure. More specifically, the FRP structure 10 includes a first plate portion 11 having a plurality of stripes extending side by side at a predetermined interval, a second plate portion 12 having a plurality of stripes extending side by side at a predetermined interval, A plurality of side plate portions 13 having a plurality of lines extending from the end portion of the plate portion 11 to the end portion of the second plate portion 12 as a lateral width. The plate surfaces of the multiple muscle side plate portions 13 are inclined substantially at right angles to the plate surfaces of the first plate portion 11 and the second plate portion 12. The first plate portion 11, the second plate portion 12, and the side plate portion 13 are made of fiber reinforced plastics (FRP), and a reinforcing fiber base 15 made of a plurality of first reinforcing fibers laminated (see FIG. 2) is impregnated with a matrix resin and then solidified.

ここで、強化繊維基材とは、強化繊維が薄く一方向又は複数方向に並べられた素材形態や、強化繊維が織物状に編みこまれた素材形態である。また、強化繊維としては、本実施形態で用いられる炭素繊維の他に、ガラス繊維等の無機繊維や、ポリエチレン繊維、ポリアミド繊維などの有機繊維からなる強化繊維が挙げられる。さらに、マトリックス樹脂としては、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、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリアミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリウレタン樹脂等の熱可塑性樹脂が挙げられる。   Here, the reinforcing fiber substrate is a material form in which the reinforcing fibers are thinly arranged in one direction or a plurality of directions, or a material form in which the reinforcing fibers are woven into a woven shape. In addition to the carbon fibers used in the present embodiment, examples of the reinforcing fibers include inorganic fibers such as glass fibers, and reinforcing fibers made of organic fibers such as polyethylene fibers and polyamide fibers. Furthermore, examples of the matrix resin include thermosetting resins such as epoxy resins, unsaturated polyester resins, vinyl ester resins, and phenol resins, and thermoplastic resins such as polyamide resins, polyolefin resins, and polyurethane resins.

また、第１板部１１及び第２板部１２には、第２繊維１６（図２参照）がマトリックス樹脂により固着されている。ここで、第２繊維とは、第１強化繊維よりも単位面積当たりのマトリックス樹脂との接合強度が小さく、第１強化繊維よりもマトリックス樹脂から剥離しやすい特性を有する繊維である。本実施形態では、第２繊維として、ケブラー繊維とも呼ばれるアラミド系繊維を用いている。なお、第２繊維は、アラミド系繊維に限られるものではなく、他の種類の繊維を用いてもよい。また、本実施形態で用いられるアラミド系繊維は、アラミドを繊維の主要材料とするものであればよく、アラミドに若干の添加剤等が加えられたり、他の材料が混入されてもよい。   Further, second fibers 16 (see FIG. 2) are fixed to the first plate portion 11 and the second plate portion 12 with a matrix resin. Here, a 2nd fiber is a fiber which has the characteristic in which joining strength with the matrix resin per unit area is smaller than a 1st reinforcement fiber, and is easy to peel from a matrix resin rather than a 1st reinforcement fiber. In the present embodiment, an aramid fiber also called a Kevlar fiber is used as the second fiber. The second fiber is not limited to the aramid fiber, and other types of fibers may be used. Moreover, the aramid fiber used in the present embodiment is not limited as long as it has aramid as the main material of the fiber, and some additives may be added to the aramid or other materials may be mixed therein.

図２には、図１の領域Ｒが拡大して示されている。第１板部１１は、第１強化繊維基材１５及び第２繊維１６にマトリックス樹脂１７を含浸してから固化することにより形成されており、側板部１３は、第１強化繊維基材１５にマトリックス樹脂１７を含浸してから固化することにより形成されている。ここで、第１強化繊維基材１５は、平織りで編みこまれており、２つの異なる方向（第１，第２の方向）に延びる強化繊維１５Ａ，１５Ｂからなる。第１板部１１及び側板部１３において、第１の方向に延びる第１強化繊維１５Ａは、第１板部１１の長手方向に対して＋４５°に傾斜しており、第２の方向に延びる第１強化繊維１５Ｂは、第１板部１１の長手方向に対して−４５°に傾斜している。よって、第１の方向に延びる第１強化繊維１５Ａと、第２の方向に延びる第１強化繊維１５Ｂとは、互いに直交している。   FIG. 2 shows the region R of FIG. 1 in an enlarged manner. The first plate portion 11 is formed by impregnating the first reinforcing fiber base material 15 and the second fiber 16 with the matrix resin 17 and then solidifying, and the side plate portion 13 is formed on the first reinforcing fiber base material 15. It is formed by impregnating the matrix resin 17 and then solidifying. Here, the first reinforcing fiber base 15 is woven in a plain weave, and includes reinforcing fibers 15A and 15B extending in two different directions (first and second directions). In the first plate portion 11 and the side plate portion 13, the first reinforcing fibers 15 </ b> A extending in the first direction are inclined at + 45 ° with respect to the longitudinal direction of the first plate portion 11, and extend in the second direction. The 1 reinforcing fiber 15B is inclined at −45 ° with respect to the longitudinal direction of the first plate portion 11. Therefore, the first reinforcing fibers 15A extending in the first direction and the first reinforcing fibers 15B extending in the second direction are orthogonal to each other.

なお、図示していないが、第１板部１１及び側板部１３には、第１板部１１の長手方向に沿って延設された第１強化繊維や、第１板部１１の長手方向に対して９０°に傾斜した方向に延設された第１強化繊維なども含まれており、あらゆる方向に強化されている。より詳しく説明すると、複数の第１強化繊維１５Ａ，１５Ｂにおいて、長手方向に対して４０°〜５０°で傾斜している繊維１５Ａ，１５Ｂの本数が、全本数の６０％以上を占めており、残りの繊維１５Ａ，１５Ｂが他の方向に延設されている。   Although not shown, the first plate portion 11 and the side plate portion 13 have a first reinforcing fiber extending along the longitudinal direction of the first plate portion 11 and a longitudinal direction of the first plate portion 11. 1st reinforcement fiber etc. extended in the direction inclined with respect to 90 degrees with respect to etc. are also contained, and are reinforced in all directions. More specifically, in the plurality of first reinforcing fibers 15A and 15B, the number of fibers 15A and 15B inclined at 40 ° to 50 ° with respect to the longitudinal direction occupies 60% or more of the total number, The remaining fibers 15A and 15B are extended in the other direction.

また、多数の第２繊維１６のそれぞれは、第１板部１１の長手方向に沿って、第１板部１１の板面の各部に延設されている。多数の第２繊維群１６には、繊維長さが異なる複数種類の繊維が含まれており、繊維長さにバラツキが付与されている。一例として、具体的には、多数の第２繊維１６には、繊維長さが２ｃｍの第２繊維１６Ａと、繊維長さが４ｃｍの第２繊維１６Ｂと、繊維長さが６ｃｍの第２繊維１６Ｃと、繊維長さが８ｃｍの第２繊維１６Ｄとが含まれている。   In addition, each of the large number of second fibers 16 is extended to each part of the plate surface of the first plate part 11 along the longitudinal direction of the first plate part 11. The multiple second fiber groups 16 include a plurality of types of fibers having different fiber lengths, and the fiber lengths are provided with variations. As an example, specifically, the second fibers 16 include a second fiber 16A having a fiber length of 2 cm, a second fiber 16B having a fiber length of 4 cm, and a second fiber having a fiber length of 6 cm. 16C and second fibers 16D having a fiber length of 8 cm are included.

各第２繊維１６Ａ〜１６Ｄのそれぞれは、数本〜数十本の単繊維が束ねられたものであり、第１板部１１の幅方向に所定間隔ごとに配列されている。このように配列された第２繊維１６Ａ〜１６Ｄを製作するためは、数本〜数十本の単繊維が束ねられた繊維束を所定間隔ごとに平行に配列してから、繊維束を互いにポリエステル糸で繋ぎ、繊維束の各部を切断することにより繊維長さを２ｃｍ，４ｃｍ，６ｃｍ，８ｃｍとすればよい。このようにすれば、繊維長さが短い第２繊維１６Ａ〜１６Ｄを、比較的容易に第１板部１１に配置することができる。   Each of the second fibers 16 </ b> A to 16 </ b> D is a bundle of several to several tens of single fibers, and is arranged at predetermined intervals in the width direction of the first plate portion 11. In order to manufacture the second fibers 16A to 16D arranged in this way, fiber bundles in which several to several tens of single fibers are bundled are arranged in parallel at predetermined intervals, and then the fiber bundles are mutually polyester. The fiber lengths may be 2 cm, 4 cm, 6 cm, and 8 cm by connecting with yarns and cutting each part of the fiber bundle. If it does in this way, 2nd fiber 16A-16D with short fiber length can be arrange | positioned to the 1st board part 11 comparatively easily.

なお、第２板部１２は、第１板部１１と同じ構造である。つまり、第２板部１２は、第１強化繊維基材１５及び第２繊維１６にマトリックス樹脂１７を含浸してから固化することにより形成されている。第２板部１２の構造については、上述した第１板部１１の詳細な説明を参照することとして、第２板部１２の詳細な説明を省略する。   The second plate portion 12 has the same structure as the first plate portion 11. That is, the second plate portion 12 is formed by impregnating the first reinforcing fiber base material 15 and the second fiber 16 with the matrix resin 17 and then solidifying. About the structure of the 2nd board part 12, detailed description of the 2nd board part 12 is abbreviate | omitted as referring detailed description of the 1st board part 11 mentioned above.

上述したＦＲＰ構造体１０が、車両のドア、ロッカー、ピラーなどに用いられた場合には、車両の衝突時に、ＦＲＰ構造体１０には図３に示されるような荷重が作用する。つまり、ＦＲＰ構造体１０は、両端付近で支持部材Ａ１，Ａ２により支持されているため、ＦＲＰ構造体１０がその中央付近で他部材Ａ３から押圧されると、ＦＲＰ構造体１０は全体として撓む。このとき、第１板部１１にはその長手方向に引張り力が作用し、第２板部１２にはその長手方向に圧縮力が作用する。また、側板部１３では、その板面において長手方向に対して４５°傾斜した方向が主応力方向となり、主応力方向で引張り力が最大となる。   When the above-described FRP structure 10 is used for a vehicle door, locker, pillar, or the like, a load as shown in FIG. 3 acts on the FRP structure 10 at the time of a vehicle collision. That is, since the FRP structure 10 is supported by the supporting members A1 and A2 near both ends, when the FRP structure 10 is pressed from the other member A3 near the center, the FRP structure 10 is bent as a whole. . At this time, a tensile force acts on the first plate portion 11 in the longitudinal direction, and a compressive force acts on the second plate portion 12 in the longitudinal direction. Further, in the side plate portion 13, the direction inclined by 45 ° with respect to the longitudinal direction on the plate surface becomes the main stress direction, and the tensile force becomes maximum in the main stress direction.

車両の衝突時に、ＦＲＰ構造体１０の撓みが徐々に大きくなると、上述したＦＲＰ構造体１０は、次に説明するように変化する。先ず、ＦＲＰ構造体１０の撓みが徐々に大きくなると、第１板部１１に作用する引張り力が徐々に増大して、繊維長さが最短であり、表面積（言い換えればマトリックス樹脂１７と接合する面積）が最も小さい第２繊維１６Ａが、マトリックス樹脂１７から剥離する。さらに、第１板部１１に作用する引張り力が増大すると、２番目に短い第２繊維１６Ｂ、３番目に短い第２繊維１６Ｃ、繊維長さが最長の第２繊維１６Ｄの順に、マトリックス樹脂１７から剥離する。このように、引張り力の増大に応じて、マトリックス樹脂１７から剥離した第２繊維１６Ａ〜１６Ｄの本数が増加する。   When the flexure of the FRP structure 10 gradually increases during a vehicle collision, the FRP structure 10 described above changes as described below. First, when the flexure of the FRP structure 10 is gradually increased, the tensile force acting on the first plate portion 11 is gradually increased, the fiber length is the shortest, and the surface area (in other words, the area bonded to the matrix resin 17). The second fibers 16 </ b> A having the smallest) peel from the matrix resin 17. Further, when the tensile force acting on the first plate portion 11 is increased, the matrix resin 17 is arranged in the order of the second shortest fiber 16B, the third shortest second fiber 16C, and the longest second fiber 16D. Peel from. Thus, the number of the second fibers 16A to 16D peeled from the matrix resin 17 increases as the tensile force increases.

第１板部１１に作用する引張り力が徐々に増大して、各第２繊維１６Ａ〜１６Ｄがマトリックス樹脂１７から剥離していく間に、第１板部１１にある第１強化繊維基材１５も同様に引張り力を受ける。但し、第１板部１１において第１強化繊維１５Ａ，１５Ｂの繊維方向は長手方向に対して４５°傾斜しているため、長手方向に１０％〜２０％程度延伸可能であり、引張り力により切断されない。   While the tensile force acting on the first plate portion 11 is gradually increased and the second fibers 16A to 16D are peeled off from the matrix resin 17, the first reinforcing fiber substrate 15 in the first plate portion 11 is used. Similarly, it receives tensile force. However, since the fiber direction of the first reinforcing fibers 15A and 15B in the first plate portion 11 is inclined by 45 ° with respect to the longitudinal direction, it can be stretched by about 10% to 20% in the longitudinal direction and cut by a tensile force. Not.

一方、ＦＲＰ構造体１０の撓みが徐々に大きくなると、側板部１３の主応力方向に作用する引張り力が徐々に増大する。これに対して、側板部１３にある第１強化繊維１５Ａ，１５Ｂは主応力方向に延設されているため、第１強化繊維１５Ａ，１５ＢはＦＲＰ構造体１０の曲げ剛性を高めている。各第２繊維１６Ａ〜１６Ｄがマトリックス樹脂１７から剥離していく間には、側板部１３にある第１強化繊維１５Ａ，１５Ｂは切断されないが、各第２繊維１６Ａ〜１６Ｄがマトリックス樹脂１７から剥離した後に、第１強化繊維１５Ａ，１５Ｂに作用する引張り応力が破断応力に至って、第１強化繊維１５Ａ，１５Ｂが破断する。   On the other hand, when the bending of the FRP structure 10 gradually increases, the tensile force acting in the main stress direction of the side plate portion 13 gradually increases. On the other hand, since the first reinforcing fibers 15A and 15B in the side plate portion 13 extend in the main stress direction, the first reinforcing fibers 15A and 15B enhance the bending rigidity of the FRP structure 10. While the second fibers 16A to 16D are peeled from the matrix resin 17, the first reinforcing fibers 15A and 15B on the side plate portion 13 are not cut, but the second fibers 16A to 16D are peeled from the matrix resin 17. After that, the tensile stress acting on the first reinforcing fibers 15A and 15B reaches the breaking stress, and the first reinforcing fibers 15A and 15B break.

上述したようにＦＲＰ構造体１０が変化した際の、ＦＲＰ構造体１０の変形量と荷重の関係を、図４に概略的に示す。従来技術に係るＦＲＰ構造体では、あまり変形せずに破断してしまう。これに対して、上述した実施形態に係るＦＲＰ構造体１０では、大きく変形してから破断する。よって、ＦＲＰ構造体１０を、高強度で且つエネルギーを吸収する構造とすることができる。   FIG. 4 schematically shows the relationship between the deformation amount of the FRP structure 10 and the load when the FRP structure 10 changes as described above. The FRP structure according to the related art breaks without being deformed so much. On the other hand, in the FRP structure 10 according to the above-described embodiment, the FRP structure 10 breaks after being largely deformed. Therefore, the FRP structure 10 can have a structure that absorbs energy with high strength.

上述した実施形態では、繊維長さが異なる複数種類の第２繊維１６Ａ〜１６Ｄを全て同じ方向に延設したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第２繊維を全て同じ繊維長さとして、第２繊維を複数の異なる方向に延設してもよい。例えば、第２繊維の一部については第１板部１１の長手方向と同方向に延設し、第２繊維の他の一部については第１板部の長手方向から３０°傾斜した方向に延設し、第２繊維の他の一部については第１板部の長手方向から６０°傾斜した方向に延設し、第２繊維の他の一部については第１板部の長手方向から９０°傾斜した方向に延設する。   In the embodiment described above, a plurality of types of second fibers 16A to 16D having different fiber lengths are all extended in the same direction, but the present invention is not limited to this. For example, all the second fibers may have the same fiber length, and the second fibers may extend in a plurality of different directions. For example, a part of the second fiber extends in the same direction as the longitudinal direction of the first plate part 11, and the other part of the second fiber is in a direction inclined by 30 ° from the longitudinal direction of the first plate part. The other part of the second fiber is extended in a direction inclined by 60 ° from the longitudinal direction of the first plate part, and the other part of the second fiber is extended from the longitudinal direction of the first plate part. It extends in the direction inclined 90 °.

このように第２繊維を同じ繊維長さとして、第２繊維を複数の異なる方向に延設した場合には、第２繊維が延設された方向によって第２繊維がマトリックス樹脂から剥離する引張り力が異なる。よって、引張り力の増大に応じてマトリックス樹脂から剥離した本数が増加するため、ＦＲＰ構造体には変形に伴ってエネルギーを吸収する特性を付与することができ、ＦＲＰ構造体を高強度で且つエネルギーを吸収する構造とすることができる。さらに、他の実施形態では、第２繊維を複数の異なる繊維長さとして、第２繊維を複数の異なる方向に延設しても、同様に、ＦＲＰ構造体を高強度で且つエネルギーを吸収する構造とすることができる。   Thus, when the second fiber has the same fiber length and the second fiber extends in a plurality of different directions, the tensile force that causes the second fiber to peel from the matrix resin in the direction in which the second fiber is extended. Is different. Therefore, since the number of peeled from the matrix resin increases as the tensile force increases, the FRP structure can be given a characteristic of absorbing energy with deformation, and the FRP structure has high strength and energy. It can be set as the structure which absorbs. Furthermore, in another embodiment, even if the second fiber has a plurality of different fiber lengths and the second fiber extends in a plurality of different directions, the FRP structure similarly has high strength and absorbs energy. It can be a structure.

次に、上述した実施形態に係るＦＲＰ構造体１０の製造方法について説明する。ＦＲＰ構造体１０は様々な方法で製造することができるが、ここではその一例としてＲＴＭ成形法（Resin Transfer Molding）による製造方法について説明する。   Next, a method for manufacturing the FRP structure 10 according to the above-described embodiment will be described. The FRP structure 10 can be manufactured by various methods. Here, a manufacturing method by an RTM molding method (Resin Transfer Molding) will be described as an example.

先ず、プリフォーム工程では、炭素繊維のドライファイバーを編んで作られた織物と、異なる繊維長さを有する複数種類のアラミド短繊維束を簾状にポリエステル糸で繋いだ一方向材と、を交互に重ね合わせて積層マットを形成する。そして、積層マットをコルゲート状に折り曲げてから、粘性のある粉末状の樹脂を用いて仮固着することで、プリフォームを形成する。   First, in the preforming process, a fabric made by knitting carbon fiber dry fibers and a unidirectional material in which a plurality of types of aramid short fiber bundles having different fiber lengths are connected with polyester yarns in a hook shape are alternated. To form a laminated mat. Then, the preform is formed by bending the laminated mat into a corrugated shape and then temporarily fixing it using a viscous powdery resin.

次に、デバルク工程では、成形型の下型にプリフォームを載せてから、プリフォームを成形型の上型で押え込んで密閉する。次に、注入工程では、成形型内を真空引きしてから、エポキシ樹脂を注入する。次に、キュア工程では、成形型を昇温して、エポキシ樹脂をキュア（固化）させる。これにより、本実施形態の炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）が形成される。次に、脱型肯定では、成形型を開き、ＣＦＲＰを取り出す。次に、トリミング工程では、ＣＦＲＰから周辺部を削り取り、所望の製品形状とする。   Next, in the debulk process, after the preform is placed on the lower mold of the mold, the preform is pressed down with the upper mold of the mold and sealed. Next, in the injection step, the mold is evacuated and then the epoxy resin is injected. Next, in the curing step, the mold is heated to cure (solidify) the epoxy resin. Thereby, the carbon fiber reinforced resin (CFRP) of this embodiment is formed. Next, in affirmative demolding, the mold is opened and the CFRP is taken out. Next, in the trimming step, the peripheral part is cut off from the CFRP to obtain a desired product shape.

次に、第２実施形態に係るＦＲＰ構造体について説明する。図５に示されるように、第２実施形態のＦＲＰ構造体２０は、ハット型ビームである。より詳しく説明すると、ＦＲＰ構造体２０は、間隔を空けて同方向に延びる２筋の第１板部２１と、第１板部２１と平行に延びる１筋の第２板部２２と、第１板部２１の端部から第２板部２２の端部までを横幅として延びる２筋の側板部２３と、を備えている。そして、第１実施形態と同様に、第１板部２１及び第２板部２２は、第１強化繊維基材及び第２繊維にマトリックス樹脂を含浸してから固化することにより形成されており、側板部２３は、第１強化繊維基材にマトリックス樹脂を含浸してから固化することにより形成されている。   Next, the FRP structure according to the second embodiment will be described. As shown in FIG. 5, the FRP structure 20 of the second embodiment is a hat-type beam. More specifically, the FRP structure 20 includes two first plate portions 21 that extend in the same direction at intervals, a second second plate portion 22 that extends in parallel with the first plate portion 21, and a first A side plate portion 23 having two stripes extending from the end portion of the plate portion 21 to the end portion of the second plate portion 22 as a lateral width. And like 1st Embodiment, the 1st board part 21 and the 2nd board part 22 are formed by solidifying after impregnating matrix resin to the 1st reinforcement fiber base material and the 2nd fiber, The side plate part 23 is formed by impregnating the first reinforcing fiber base material with a matrix resin and then solidifying.

次に、第３実施形態に係るＦＲＰ構造体について説明する。図６に示されるように、第２実施形態のＦＲＰ構造体３０は、Ｉ型ビームである。より詳しく説明すると、ＦＲＰ構造体３０は、１筋の第１板部３１と、第１板部３１と平行に延びる第２板部３２と、第１板部３１の中央から第２板部３２の中央までを横幅として延びる側板部３３と、を備えている。そして、第１実施形態と同様に、第１板部３１及び第２板部３２は、第１強化繊維基材及び第２繊維にマトリックス樹脂を含浸してから固化することにより形成されており、側板部３３は、第１強化繊維基材にマトリックス樹脂を含浸してから固化することにより形成されている。   Next, the FRP structure according to the third embodiment will be described. As shown in FIG. 6, the FRP structure 30 of the second embodiment is an I-type beam. More specifically, the FRP structure 30 includes a single first plate portion 31, a second plate portion 32 extending in parallel with the first plate portion 31, and a second plate portion 32 from the center of the first plate portion 31. And a side plate portion 33 extending as a lateral width to the center of the. And like 1st Embodiment, the 1st board part 31 and the 2nd board part 32 are formed by solidifying after impregnating matrix resin to the 1st reinforcement fiber base material and the 2nd fiber, The side plate portion 33 is formed by impregnating the first reinforcing fiber base material with a matrix resin and then solidifying.

次に、第４実施形態に係るＦＲＰ構造体について説明する。図７に示されるように、第２実施形態のＦＲＰ構造体４０は、箱型ビームである。より詳しく説明すると、ＦＲＰ構造体４０は、１筋の第１板部４１と、第１板部４１と平行に延びる第２板部４２と、第１板部４１の端部から第２板部４２の端部までを横幅として延びる２筋の側板部４３と、を備えている。そして、第１実施形態と同様に、第１板部４１及び第２板部４２は、第１強化繊維基材及び第２繊維にマトリックス樹脂を含浸してから固化することにより形成されており、側板部４３は、第１強化繊維基材にマトリックス樹脂を含浸してから固化することにより形成されている。   Next, the FRP structure according to the fourth embodiment will be described. As shown in FIG. 7, the FRP structure 40 of the second embodiment is a box beam. More specifically, the FRP structure 40 includes a single first plate portion 41, a second plate portion 42 extending in parallel with the first plate portion 41, and a second plate portion from the end of the first plate portion 41. And two side plate portions 43 extending as a lateral width up to the end of 42. And like 1st Embodiment, the 1st board part 41 and the 2nd board part 42 are formed by solidifying after impregnating matrix resin to the 1st reinforcement fiber base material and the 2nd fiber, The side plate portion 43 is formed by impregnating the first reinforcing fiber base material with a matrix resin and then solidifying.

上述した第２〜第４実施形態のＦＲＰ構造体２０，３０，４０でも、ＦＲＰ構造体２０，３０，４０の撓みが徐々に大きくなると、第１板部２１，３１，４１に作用する引張り力が徐々に増大して、第２繊維が、繊維長さが短い順にマトリックス樹脂から剥離し、マトリックス樹脂から剥離した第２繊維の本数が増加する。そして、各第２繊維がマトリックス樹脂から剥離した後に、第１強化繊維に作用する引張り応力が破断応力に至って、第１強化繊維が破断する。よって、ＦＲＰ構造体２０，３０，４０を高強度で且つエネルギーを吸収する構造とすることができる。   Even in the FRP structures 20, 30, 40 of the second to fourth embodiments described above, when the bending of the FRP structures 20, 30, 40 gradually increases, the tensile force acting on the first plate portions 21, 31, 41 is increased. Gradually increases, and the second fibers peel from the matrix resin in the order of the short fiber length, and the number of second fibers peeled from the matrix resin increases. And after each 2nd fiber peels from matrix resin, the tensile stress which acts on a 1st reinforcement fiber reaches a breaking stress, and a 1st reinforcement fiber fractures | ruptures. Therefore, the FRP structures 20, 30, and 40 can have a structure that absorbs energy with high strength.

第１実施形態に係るＦＲＰ構造体の斜視図である。It is a perspective view of the FRP structure concerning a 1st embodiment. 第１実施形態に係るＦＲＰ構造体の拡大図である。It is an enlarged view of the FRP structure concerning a 1st embodiment. ＦＲＰ構造体に荷重が作用する様子を示す斜視図である。It is a perspective view which shows a mode that a load acts on a FRP structure. ＦＲＰ構造体の変形量と荷重の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the deformation of an FRP structure, and a load. 第２実施形態に係るＦＲＰ構造体の斜視図である。It is a perspective view of the FRP structure concerning a 2nd embodiment. 第３実施形態に係るＦＲＰ構造体の斜視図である。It is a perspective view of the FRP structure concerning a 3rd embodiment. 第４実施形態に係るＦＲＰ構造体の斜視図である。It is a perspective view of the FRP structure concerning a 4th embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１０，２０，３０，４０…ＦＲＰ構造体、１１，２１，３１，４１…第１板部、１２，２２，３２，４２…第２板部、１３，２３，３３，４３…側板部、１５…第１強化繊維基材、１５Ａ，１５Ｂ…第１強化繊維、１６，１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄ…第２繊維、１７…マトリックス樹脂。
10, 20, 30, 40 ... FRP structure, 11, 21, 31, 41 ... first plate portion, 12, 22, 32, 42 ... second plate portion, 13, 23, 33, 43 ... side plate portion, 15 ... 1st reinforcement fiber base material, 15A, 15B ... 1st reinforcement fiber, 16, 16A, 16B, 16C, 16D ... 2nd fiber, 17 ... Matrix resin.

Claims (4)

固化されたマトリックス樹脂と、
前記マトリックス樹脂により形状維持された第１強化繊維基材と、
前記マトリックス樹脂に接合された異なる繊維長さを有する複数の繊維を含む第２繊維であり、前記マトリックス樹脂に対して第２繊維の長さ方向に作用する引張り力の増大に応じて前記マトリックス樹脂から剥離した本数が増加する複数の第２繊維と、
で構成されることを特徴とする繊維強化プラスチック構造体。 Solidified matrix resin;
A first reinforcing fiber substrate whose shape is maintained by the matrix resin;
A second fiber including a plurality of fibers having different fiber lengths joined to the matrix resin , and the matrix resin according to an increase in tensile force acting on the matrix resin in a length direction of the second fiber. A plurality of second fibers in which the number of peeled fibers increases,
A fiber-reinforced plastic structure characterized by comprising: 固化されたマトリックス樹脂と、
前記マトリックス樹脂により形状維持された第１強化繊維基材と、
前記マトリックス樹脂に接合された異なる繊維方向を有する複数の繊維を含む第２繊維であり、前記マトリックス樹脂に対して第２繊維が延設される面内で作用する引張り力の増大に応じて前記マトリックス樹脂から剥離した本数が増加する複数の第２繊維と、
で構成されることを特徴とする繊維強化プラスチック構造体。 Solidified matrix resin;
A first reinforcing fiber substrate whose shape is maintained by the matrix resin;
A second fiber including a plurality of fibers having different fiber directions bonded to the matrix resin, and according to an increase in tensile force acting in a plane in which the second fiber extends to the matrix resin; A plurality of second fibers that increase in the number of pieces peeled from the matrix resin;
A fiber-reinforced plastic structure characterized by comprising: 前記第１強化繊維基材を形成する複数の第１強化繊維では、引張り力が作用する方向に対して４０°〜５０°で傾斜している繊維の本数が、全本数の６０％以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の繊維強化プラスチック構造体。 In the plurality of first reinforcing fibers forming the first reinforcing fiber base, the number of fibers inclined at 40 ° to 50 ° with respect to the direction in which the tensile force acts is 60% or more of the total number. The fiber-reinforced plastic structure according to claim 1 or 2 . 前記第２繊維は、アラミド系繊維であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック構造体。 The fiber-reinforced plastic structure according to any one of claims 1 to 3 , wherein the second fiber is an aramid fiber.
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