JPS63791Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 (イ) この考案の技術分野 この考案は繊維強化複合材料用補強材に関し、
さらに詳しくは、繊維強化プラスチツク（FRP）
や繊維強化金属（FRM）を成形する場合に使用
する補強材に関する。

(ロ) 従来技術とその欠点 FRPやFRMの成形においては、主として作業
性の面から、補強繊維をストランド（糸）の形態
で使用することは希で、織物などのシート形態で
使用することが多い。

ところで、補強繊維として多用されている炭素
繊維は、太物ほど焼成コストが安く、したがつて
その太物形態で使用できれば大変都合がよい。し
かしながら、そのような太物炭素繊維で通常の織
物、つまり二方向性織物を織成すると、経糸と緯
糸の交錯部におけるそれらの屈曲が大きくなり、
その屈曲部に応力が集中するようになるので、炭
素繊維がもつ高強度、高弾性といつた特性を十分
に引き出すことができなくなる。そのため、太物
の炭素繊維は一方向性織物（すだれ状織物）とし
て織成するのが好ましいが、そのような一方向性
織物は組織の安定性が大変低いので、特に大型の
FRPを手積み成形によつて成形するような場合
に自重によつて大きく変形し、繊維の配列が乱れ
てしまう。また、そのような一方向性織物を引き
抜き成形に使用すると、ダイスに通すときに組織
の変形を伴いながら中央部が大きく垂れ下がり、
その中央部が隣接する一方向性織物に接着してし
まうので、やはり繊維の配列が大きく乱れてしま
う。しかして、周知のようにFRPの特性は繊維
の方向に大きく依存するから、これでは所望の特
性のFRPが得られない。

一方、特開昭58−39442号公報には、ガラス繊
維マツトとガラス繊維織物の間に熱溶融性繊維の
ウエツブを介在させ、そのウエツブを溶融させて
マツトと織物を一体に接着してなるFRP用補強
材が記載されている。この補強材は、織物にマツ
トが接着されており、マツトが織物の形態保持材
として作用している。したがつて、織物がたとえ
一方向性織物であつても上述した欠点を生じない
ように一見思える。しかしながら、熱溶融性繊維
は一般にガラス転移点が低く、またマツトと織物
の間には上記繊維が溶融してできたポリマーが存
在するので、それに邪魔されて後の樹脂含浸が均
一に行われず、強度の高いFRPが得られない。
また、これを引き抜き成形に使用すると、成形時
の熱で接着能力が低下し、引き抜きの際にマツト
と織物が剥がれてしまうので、織物がやはり大き
く蛇行してしまう。

また、実開昭51−124071号公報には、補強繊維
マツトの少なくとも一面に、補強繊維のロービン
グを一方向または互に直交する二方向に引き揃え
て配置し、かつそれらマツトとロービングを一体
に縫編してなるFRP用補強材が記載されている。
上記縫編は、縫編糸によつて１本１本のロービン
グを締め付けるように行われ、縫編糸がロービン
グの動きを規制している。しかしながら、かかる
従来の補強材は、縫編糸に規制されてロービング
が拡がりにくく、樹脂中における補強繊維の分散
が悪くてFRPに樹脂過多な部分ができ、その部
分から亀裂を発生するなど、強度特性の優れた
FRPを得るのが難しいという欠点がある。

(ハ) この考案の目的 この考案の目的は、従来の補強材の上記欠点を
解決し、取り扱い時や成形時における補強繊維の
乱れが少ないばかりか、補強繊維の分散が良好で
マトリクス過多な部分ができにくく、強度の高い
複合材料を成形することができる繊維強化複合材
料用補強材を提供するにある。

(ニ) この考案の構成 上記目的を達成するために、この考案において
は、補強繊維のストランドマツトと少なくとも１
枚の補強繊維の一方向性織物との重ね合せ体を縫
糸によつて一体に縫合してなる繊維強化複合材料
用補強材が提供される。

この考案の補強材の一実施態様を説明するに、
図面（一部破断した概略斜視図）において、スト
ランドマツト１には、２枚の一方向性織物２，３
が重ね合わされている。そして、これらストラン
ドマツト１および一方向性織物２，３の重ね合せ
体は、等間隔で互に並行し、かつ長手方向に延び
る複数本の縫糸４，４，……によつて一体に縫合
され、補強材が構成されている。

上記において、ストランドマツトは、炭素繊
維、ガラス繊維、有機高弾性繊維（たとえば、ポ
リアラミド繊維）、シリコンカーバイド繊維など
の高強度、高弾性補強繊維のチヨツプドストラン
ドをランダムな方向に配置し、結合剤によつて一
体化した、いわゆるチヨツプドストランドマツト
や、上記補強繊維の連続ストランドをループ状
に、かつランダムな方向に配置し、結合剤によつ
て一体化した、いわゆるコンテイニユアスストラ
ンドマツトのようなものである。このストランド
マツトは、一方向性織物の組織の変形を防止して
補強材に良好な形態安定性を付与する。したがつ
て、ストランドマツトは形態保持性に優れている
ことが必要で、ストランド繊度が200〜3000デニ
ール、目付が200〜1000ｇ／m²、結合剤の使用量
が４〜10重量％であるようなものであるのが好ま
しい。

一方向性織物は、互に並行かつシート状に延び
る、上述した高強度、高弾性補強繊維からなる太
いストランドを経糸（または緯糸）とし、その経
糸（または緯糸）と、それよりも細いが、やはり
同様に高強度、高弾性補強繊維のストランドから
なる緯糸（または経糸）を、たとえば平組織した
ものである。しかして、図面に示した態様におい
ては、太いストランドを経糸５とし、細いストラ
ンドを緯糸６として平織した一方向性織物２をそ
の経糸５の方向が補強材の長手方向になるように
重ね合わせ、また細いストランドを経糸７とし、
太いストランドを緯糸８として平織した一方向性
織物３をその経糸７が補強材の長手方向になるよ
うに重ね合わせている。この場合、経糸５および
緯糸８は図面に示すようにほとんど屈曲していな
いが、それと交錯している緯糸６および経糸７は
大きく屈曲しており、そのため補強材に加わる応
力がその屈曲部に集中し、その部分から補強材の
破壊が進行することがある。そのため、緯糸６お
よび経糸７は、経糸５および緯糸８よりも破断伸
度の大きな補強繊維からなつているのが好まし
い。たとえば、経糸５および緯糸８が炭素繊維で
ある場合には、緯糸６および経糸７にはガラス繊
維や有機高弾性繊維を使用するのが好ましい。ま
た、補強材の補強効果は、実質的に一方向性織物
により、それも太いストランドからなる経糸５お
よび緯糸８によつて与えられるので、緯糸６およ
び経糸７は、経糸５および緯糸８を屈曲させた
り、またそれらの体積含有率を低くすることがな
いように、可能な限り細いのが好ましい。通常、
経糸５および緯糸８を構成している太いストラン
ドの1/300〜1/2、好ましくは1/300〜1/5程度の太
さのものを緯糸６および経糸７として使用する。
なお、一方向性織物を構成している補強繊維は、
ストランドマツトのそれと同一であつても異なつ
ていてもよいものである。たとえば、経糸（また
は緯糸）として炭素繊維を、また緯糸（または経
糸）としてガラス繊維を使用した一方向性織物に
対して、ガラス繊維のストランドマツトを使用す
ることができる。

ストランドマツトと一方向性織物の重ね合せ構
成は、実施態様に示したような、ストランドマツ
ト／一方向性織物／一方向性織物の構成に限るも
のではない。要は、少なくとも１枚のストランド
マツトと一方向性織物の重ね合せであればよい。
また、複数枚の一方向性織物を使用する場合、そ
れを構成する太いストランドが同一方向になるよ
うに重ね合わせて補強材に方向性をもたせてもよ
いし、実施態様に示したように、相隣り合う一方
向性織物の太いストランドが互に交差、たとえば
約30゜、約45゜または約90゜といつた角度で交差する
ように重ね合わせて方向性を積極的に解消するよ
うにしてもよい。一方向性織物の太いストランド
の方向は、要するに、どのような特性の複合材料
を成形するかによつて任意に決め得るものであ
る。なお、一方向性織物としては、図面に示した
ようなもののほかに、太いストランドが、長手方
向に対して、たとえば約30゜または約45゜の角度で
配列されている、いわゆるバイアス織物を使用す
ることもできる。

縫糸は、補強材の表面から裏面へ、また裏面か
ら表面へと補強材を繰り返し貫通しながらその長
手方向に延び、ストランドマツトと一方向性織物
の重ね合せ体をその全面にわたつて一体に縫合し
ている。その縫い組織は、１本の縫糸からなる単
環縫か、上糸と下糸が相互に絡み合つた本縫であ
るのが好ましい。補強材の長手方向における縫合
ピツチは、５〜30mm程度である。より好ましいピ
ツチは、５〜20mmである。相隣り合う縫糸同士の
間隔は、あまり大きいと一方向性織物の太いスト
ランドが蛇行してしまうことがあるので、２〜50
mm程度であるが好ましい。なお、縫糸もまた、上
述したような補強繊維のストランドからなつてい
るのが好ましいが、縫糸は屈曲の程度が大きいた
めに、補強材に応力が加わるとそれが縫糸の屈曲
部に集中し、その縫糸から補強材が破壊すること
がある。そのため、縫糸は、ストランドマツトや
一方向性織物、特に一方向性織物の太いストラン
ドよりも破断伸度が大きいのが好ましい。たとえ
ば、一方向性織物の太いストランドとして炭素繊
維を使用した場合、縫糸はガラス繊維か有機高弾
性繊維であるのが好ましい。

この考案の補強材はいろいろな方法よつて製造
することができる。たとえば、ストランドマツト
と一方向性織物を重ね合わせ、その重ね合せ体に
ひげ針を貫通させ、そのひげ針で縫い糸を補捉し
て縫合する方法によることができる。

この考案の補強材は、いろいろな方法による複
合材料の成形に使用することができるが、特に手
積み成形や引き抜き成形によるFRP用補強材と
して好適である。しかして、そのような方法によ
れば、各種ビームやブームなど、比較的大型の
FRPを容易に成形することができる。

(ホ) この考案の効果 この考案の補強材は、安定性が低くて組織が乱
れやすい一方向性織物に形態保持材としてストラ
ンドマツトを重ね合わせ、しかもそれらストラン
ドマツトと一方向性織物を縫糸によつて一体に縫
合しているからして、形態安定性が極めて高く、
取り扱い時や成形時における補強繊維の乱れを防
止することができる。また、一方向性織物は補強
効果を主として受け持つ、太いストランドからな
る経糸（または緯糸）がほとんど真直ぐで、通常
の二方向性織物のように応力が集中するような屈
曲部を実質的に有していないので、補強繊維の特
性を余すところなく引き出すことができる。さら
に、縫糸の種類を選択することによつて、その縫
糸を複合材料中に残存させることができ、層方向
の補強を行うことができる。さらにまた、縫糸は
ストランドマツトと一方向性織物とを単に縫合し
ているのみで、上述した従来の補強材のように１
本１本のロービングを縫編糸で規制するような構
成は採つていないので、複合材料中における補強
繊維の分布が一様になつて著しいマトリクス過多
の部分ができにくい。上記から、この考案の補強
材によれば、強度の高い複合材料を容易に成形す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は、この考案の補強材の一実施態様を示
す、一部破断した概略斜視図である。 １：ストランドマツト、２，３：一方向性織
物、４：縫糸、５，７：一方向性織物の経糸、
６，８：一方向性織物の緯糸。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 補強繊維のストランドマツトと少なくとも１枚
   の補強繊維の一方向性織物との重ね合せ体を縫糸
   によつて一体に縫合してなる繊維強化複合材料用
   補強材。