JPS5955946A - Light weight composite member - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は軽量複合部拐に関するものであシ、さらに詳し
くは、柱状あるいはビーム状に形成した軽量複合部Ｉの
改良に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a lightweight composite section, and more particularly to an improvement in a lightweight composite section I formed into a columnar or beam shape.

本発明省らは、先に特開［１ｑ５５−８７５４１号公報
により格子状多孔性構造部材について提案している。こ
の構造部利は、互いに直焚する三方向の線条により組織
された三次元組織体の上記各線条のみにマトリックスを
含浸固化させ、各線条間（二空隙を有する立体格子状に
形成したもので、例えば土木建築用、航空機用あるいは
船舶用の構造部や軽量ハネル等として有効に利用するこ
とができる。The Ministry of the Invention and others previously proposed a grid-like porous structural member in Japanese Patent Application Laid-open No. 1Q55-87541. This structure is made by impregnating and solidifying only each of the above-mentioned strands of a three-dimensional organization consisting of strands in three directions that burn directly with each other, and forming a three-dimensional lattice shape between each strand (with two voids). Therefore, it can be effectively used, for example, as structural parts for civil engineering and construction, aircraft or ships, and lightweight panels.

しかるに、上記構成を有する構造部利け、圧縮、引張り
、曲げ等に対してすぐれた強歴を有しているが、それを
柱状あるいはビーム状に形成した場合には、ねじりに対
する強度が必ずしも十分なものとは言えない。However, although the structure having the above structure has excellent resistance to stress, compression, tension, bending, etc., when it is formed into a column or beam shape, the strength against torsion is not necessarily sufficient. I can't say it's a thing.

一方、柱状あるいはビーム状の構造材を形成する場合に
、第１図に例示するように、複数のたて部材１，１．・
・・の間に傾斜した補強用部材２゜２、・・−を設けた
ものは公知である。しかしながら、このような構造材で
は、矢印によって示す横方向からの外力に対して非常に
弱いばかりでなく、それらと引張り、圧縮、曲げ、ねじ
シ等との複合力の作用に対して十分な強度がなく、従っ
てその用途が限定されることになる。On the other hand, when forming a pillar-shaped or beam-shaped structural member, as illustrated in FIG. 1, a plurality of vertical members 1, 1.・
. . , in which inclined reinforcing members 2° 2, . . . However, such structural materials are not only extremely weak against external forces from the lateral direction shown by the arrows, but also have sufficient strength against the combined forces of tension, compression, bending, screwing, etc. Therefore, its use is limited.

本発明は、圧縮、引張り、曲げ、ねじシ等の各種外力に
対する十分な強度を有する柱状またはビーム状の軽量複
合部側を提供しようとするものであって、実質的に柱状
まだはビーム状の形態を有する暴利を、だて、よこ及び
垂直の互いに直交する三方向の線条からなる三次元組織
体のまわりに左右両方向に傾斜する補強線条を配するこ
とにより組織し、これらの各線条にマトリックスを含浸
固化させることにより、だて、よこ及び垂直の線条間に
空隙、を設けた状態で各線条の接触部分を連結固定した
ことを特徴とするものである。The present invention aims to provide a column-shaped or beam-shaped lightweight composite part side having sufficient strength against various external forces such as compression, tension, bending, and screwing. A form of profiteering is organized by arranging reinforcing striations that are inclined in both left and right directions around a three-dimensional organization consisting of striations in three mutually orthogonal directions: vertical, horizontal, and vertical. By impregnating and solidifying a matrix, the contacting portions of each filament are connected and fixed with gaps provided between the vertical, horizontal and vertical filaments.

以下、図面を参照して本発明の実施例について詳述する
６、 第２図及び第６図各Ａ、Ｂは、それぞれ本発明の実施例
の正面図及び１ｔ−ｎ、ｉ■−■線での横断面図を示し
ている。これらの複合部材は、たて糸ｚ６　よこ糸Ｘ及
び垂直系Ｙの各線条によって組織された三次元組織体を
芯材とし、それを柱状またはビーム状に形成し２て、そ
のまわりに螺旋状糸Ｗからなる補強線条を左右両方向の
螺旋状に巻着することにより暴利を形成している。第２
図Ａ　、　Ｂは、だて糸Ｚ、よこ糸Ｘ及び垂直系Ｙの各
線条を単純に直交させて三次元組織体を製織した場合を
示し、また第６図Ａ、Ｂはだて糸Ｚに対してよこ糸Ｘ及
び垂直系Ｙを平織と同様な組織で絡み合わせた場合を示
すものである。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 6. Figures 2 and 6 A and B are a front view and lines 1t-n and i■-■ of the embodiments of the present invention, respectively. A cross-sectional view is shown. These composite members use a three-dimensional structure organized by warp yarns z6, weft yarns By winding the reinforcing wire in a spiral shape in both left and right directions, profiteering is achieved. Second
Figures A and B show the case where a three-dimensional structure is woven by simply orthogonally intersecting each of the warp threads Z, weft threads X, and vertical threads Y. On the other hand, this shows a case where the weft yarns X and the vertical yarns Y are intertwined in a structure similar to that of plain weave.

上記三次元組織体においては、たて糸Ｚに幻してよこ糸
Ｘ及び垂直系Ｙが略同−位置において直交するものであ
っても、あるいは異なる位置において１ｆＬ９するもの
であっても差支え７ｔい、。In the above-mentioned three-dimensional structure, it does not matter whether the weft yarns X and the vertical system Y are orthogonal to each other at approximately the same position or 1fL9 at different positions, as seen from the warp yarns Z.

また、三次元組織体のまわりに配設する螺旋状糸Ｗは、
糸状または繊維束状のものをその三次元組織体のまわり
に略一定のピッチで螺旋状に巻着してもよいが、多数の
繊維を配向状態で平面的に配列させたプリプレグ等を各
繊維が螺旋状となるように巻着してもよく、さらにそれ
らの螺旋状糸を三次元組織体の周辺部に織込むことにょ
シ一体化することもできる。In addition, the spiral thread W arranged around the three-dimensional tissue is
Thread-like or fiber bundle-like material may be spirally wound around the three-dimensional structure at a substantially constant pitch, but prepreg, etc., in which a large number of fibers are arranged in a planar state in an oriented state, may be used to wrap each fiber in the form of a spiral. The threads may be wound in a spiral manner, and furthermore, these spiral threads may be integrated by weaving them into the periphery of the three-dimensional tissue.

三次元組織体及び補強線条からなる基材を構成する素拐
としては、ガラス繊維、戻素繊維、金属繊維、石綿など
の無機繊維、絹、綿、麻、羊毛などの天然繊維、ナイロ
ン、ポリエステル、ポリプロピレンなどの合成繊維等を
用いることができ、これらの繊維は糸条に紡糸されたも
のでもよいし、フィラメント状のものでもよい。The materials constituting the base material consisting of three-dimensional structures and reinforcing stripes include glass fibers, recycled fibers, metal fibers, inorganic fibers such as asbestos, natural fibers such as silk, cotton, linen, and wool, nylon, Synthetic fibers such as polyester and polypropylene can be used, and these fibers may be spun into threads or filaments.

面して、上記基材は、第４図に示すように、その各線条
にマトリックス３を含浸同化させることにより、たて糸
、よこ糸及び垂直系の各線条間に空隙を設けた状態で各
線条の接触部分を連結固定し、立体格子状の複合部月を
形成させている。As shown in FIG. 4, the base material is made by impregnating and assimilating the matrix 3 into each of the filaments, so that each filament is formed with a void between each of the warp, weft and vertical filaments. The contact parts are connected and fixed to form a three-dimensional lattice-like composite part.

上記マトリックスとしては、一般的にエポキシ、ポリエ
ステル、その他の各種合成樹脂を含む成形可能な有機利
料を使用する洋、例えば、銅、アルミニウムなどの金ハ
、ガラス、石英、セメント。The matrix generally uses moldable organic materials including epoxy, polyester, and various other synthetic resins, such as copper, aluminum, metal, glass, quartz, and cement.

その他の無機拐料を用いることもできる。このマトリッ
クスとして、例えば合成樹脂を用いる場合には、上記暴
利を浸漬槽内の樹脂液中に浸漬した後にそれを取出して
樹脂の流下と脱泡を行い、その樹脂を硬化させればよく
、これによってたて糸Ｚ１　よこ糸Ｘ及び垂直系Ｙの各
線条間に大きな空隙のある立体格子状の複合部材を得る
ことができる。また、樹脂液中に浸漬した暴利を遠心力
作用丁に置くことにより余分の樹脂液を除去する方法を
用いることもでき、さらに予めマトリックスを含浸させ
た線条を用いて基材を構成し、そのマド１）　７クスを
硬化させると同時に各線条間の接触部分を連結固定する
こともできる。Other mineral additives can also be used. When using a synthetic resin as this matrix, for example, it is sufficient to immerse the above-mentioned profiteer in a resin liquid in a dipping tank, take it out, let the resin flow down and defoam, and then harden the resin. As a result, it is possible to obtain a three-dimensional lattice-like composite member in which there are large gaps between the warp threads Z1, weft threads X, and vertical threads Y. It is also possible to use a method in which the excess resin liquid is removed by placing the profiteer immersed in the resin liquid on a centrifugal force-acting knife, and furthermore, the base material is constructed using a filament impregnated with a matrix in advance, 1) At the same time as hardening the glue, the contact portions between the filaments can be connected and fixed.

このような構成を有する複合部拐の製造には、次のよう
な方法を用いることができる。The following method can be used to manufacture a composite part having such a structure.

■　適宜大きさに三次元組織体を織成する。■ Weave a three-dimensional tissue to an appropriate size.

■　織成した三次元組織体を合成樹脂液中に浸漬し、余
分な樹脂液を流下させると共に脱泡を行い、その樹脂を
同化させる。■ The woven three-dimensional structure is immersed in a synthetic resin liquid, the excess resin liquid is allowed to flow down, the air is defoamed, and the resin is assimilated.

■　上記合成樹脂からなるマトリックスにより接触部分
が連結固定された三次元組織体から、所要寸法の柱状を
なす芯材を切出す。(2) A core material in the form of a column having the required dimensions is cut out from the three-dimensional structure in which the contact portions are connected and fixed by the matrix made of the synthetic resin.

■　上記芯拐を同転軸に取（＝Ｊけて緩回転させながら
、合成樹脂液に浸漬した線条をそのまわりに螺旋状に巻
き付け、それを暴利と一体化した状態で硬化させる。(2) Take the above-mentioned core fiber on a rotating shaft and while rotating it slowly, wrap the filament soaked in the synthetic resin liquid in a spiral shape, and harden it in a state where it is integrated with the profiteer.

なお、第５図は上記■の方法を説明するだめのもので、
１０は上記■によって得られた芯材、１１はその芯材１
０の両端を保持して回転させる回転軸、１２は補強線条
となる線条１３をくり出すロービングパッケージ、１４
は合成樹脂液１５をみだした浸漬層、Ｊ６は供給された
線条１３を回転軸１１の回転と同期してその軸糾方向に
移動させる誘導子を示している。Please note that Figure 5 is not intended to explain the method described in (■) above.
10 is the core material obtained by the above (■), 11 is the core material 1
12 is a roving package for producing a reinforcing filament 13; 14 is a rotating shaft for holding and rotating both ends of 0;
Reference numeral J6 indicates an immersion layer in which the synthetic resin liquid 15 has leaked out, and J6 indicates an inductor that moves the supplied filament 13 in the axial direction in synchronization with the rotation of the rotating shaft 11.

次に、本発明に基づいて製造した複合部材Ａと、たて糸
、よこ糸、垂直系のみからなる三次元組織体にマトリッ
クスを含浸固化濱せてなる複合部側Ｂと、第１図に示す
ような構造の複合材料Ｃの各種強度についての実験結果
を示す。上記Ａ、Ｂ。Next, a composite member A manufactured according to the present invention, a composite part side B made by impregnating and solidifying a matrix into a three-dimensional organization consisting only of warp yarns, weft yarns, and vertical systems, and a composite part side B as shown in FIG. Experimental results regarding various strengths of structural composite material C are shown. A and B above.

Ｃの各試験片は、線条材料としてガラスロービング（２
３７０ｔｅｘ　）を用い、マトリックスとしてエボギシ
樹脂を用いたもので、ガラスロービングは、その製織動
作を容易にするために、下撚りを１ｍ当り５０回、上撚
りを１ｍｍクシ４０加えた双糸状とした。また、Ａ及び
Ｂの試験片は、よこ糸及び垂直系のたて糸方向の糸配列
ピッチを１２ｍｍとし、他の糸の配列ピッチをｌＱｍｍ
とした。Ａ　、　Ｂ　、　Ｃの試験片についての各種強
度を第１表に示し、それらのうちの比曲げ強度を曲げひ
ずみとの関連において第６図に示す。Each specimen of C was made of glass roving (2
370tex) and Evogishi resin was used as the matrix.The glass roving was made into a double thread with 50 first twists per meter and 40 1 mm combs of first twist to facilitate the weaving operation. In addition, for the test pieces A and B, the yarn arrangement pitch in the weft and vertical warp direction was 12 mm, and the arrangement pitch of other yarns was 1Q mm.
And so. The various strengths of test specimens A, B, and C are shown in Table 1, and their specific bending strengths are shown in FIG. 6 in relation to bending strain.

第　　１　　表 上記第１表において、比曲げ強度は３点曲げ試験による
ものであり、またたて糸方向比圧縮強度はたて糸２の方
向に圧縮した場合、よこ方向比圧縮強度はよこ糸Ｘの方
向に圧縮した場合の比圧縮強度を示している。Table 1 In Table 1 above, the specific bending strength is based on a three-point bending test, the warp direction specific compressive strength is when compressed in the warp 2 direction, and the weft direction specific compressive strength is when compressed in the weft X direction. It shows the specific compressive strength when

また、第２表及び第７図は上記Ａ、Ｂ、Ｃの試験片につ
いての比ねじり剪断応力を示している。Further, Table 2 and FIG. 7 show the specific torsional shear stress for the test pieces A, B, and C above.

第　　２　　表 これらの実験結果から、本発明の複合部材は比較例に比
して極めてすぐれた強度を有し、特に比ねじり剪断最大
応力は、本発明の複合部狗Ａが１３及びＣの複合部材の
最大応力の和よりも大きい値を示し、これは本発明の複
合部相の構成が強度の向上に極めて有効であることをあ
られしている。Table 2 From these experimental results, the composite member of the present invention has extremely superior strength compared to the comparative example, and in particular, the maximum specific torsional shear stress This value is larger than the sum of the maximum stresses of the member, which indicates that the composite phase structure of the present invention is extremely effective in improving strength.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は既知の構造材の斜視図、第２図及び第６図各Ａ
、Ｂけそれぞれ本発明の実施例の正面図及びｎ　−ｕ線
、ｍ、ｔｎ線での横断面図、第４図は第２図Ａ、Ｈに示
す複合部月の狭部拡大斜視図、第５図は本発明に係る複
合部制の製法の一例を示す説明図、第６図及び第７図は
実験例を示すグジフである。 指定代理人 第２回 □　第３図 第５図 Ｏ ０　　　　１２３４５６ 求Ｖ・ア°゛９ずノ？　　（Ｚ）Figure 1 is a perspective view of a known structural material, Figures 2 and 6 each A
, B are respectively a front view and a cross-sectional view taken along lines nu, m, and tn of the embodiment of the present invention, and FIG. 4 is an enlarged perspective view of the narrow part of the composite part shown in FIGS. 2A and 2H. FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of the manufacturing method of the composite part system according to the present invention, and FIGS. 6 and 7 are diagrams showing experimental examples. Designated Agent 2nd □ Figure 3 Figure 5 O 0 123456 Request V.A°9zuno? (Z)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] １、　実質的に柱状またはビーム状の形態を有する暴利
を、だて、よこ及び垂直の互いに直交する三方向の線条
からなる三次元組織体のまわシに左右両方向に傾斜する
補強線条を配することにより組織し、これらの各線条に
マトリックスを含浸固化させることにより、たて、よこ
及び垂直の線条間に空隙を設けた状態で各線条の接触部
分を連結固定したことを！特徴とする軽量複合部材。1. A three-dimensional structure consisting of striations in three mutually orthogonal directions, horizontal and vertical, is made of a material that has a substantially columnar or beam-like form, and is provided with reinforcing striations that are inclined in both left and right directions. By arranging the fibers and organizing them, and by impregnating and solidifying each of these filaments with a matrix, the contact parts of each filament were connected and fixed with gaps created between the vertical, horizontal, and vertical filaments! A lightweight composite material with special features.