JPH0324356Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 この考案は、繊維強化樹脂（FRP）、繊維強化
炭素（FRC）、繊維強化金属（FRM）などの複
合材料を成形する場合に使用する三次元組織体に
関する。

従来の技術 たとえば、FRPを成形する場合に、補強繊維
を織物やそのプリプレグの形で用いることがよく
ある。しかして、それら織物やそのプリプレグ
は、所望の厚みのFRPが得られるように、複数
枚を積層して使用するのが普通である。しかしな
がら、そのようにして得たFRPは、層間が樹脂
のみであり、厚み方向には補強繊維が存在しない
から、その方向の強度はせいぜい樹脂の強度どま
りであり、また層間剪断強度も低い。FRCや
FRMについても、事情は全く同じである。

かかる問題を解決しようとして、Ｘ，Ｙ軸方向
の２方向にのみ補強繊維が延在している、普通
の、いわゆる二次元織物ではなく、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸
方向の３方向に補強繊維が延在している三次元織
物を用いることも提案されている。しかしなが
ら、かかる三次元織物は、すべてが、いわゆる生
糸から構成されるものであるため、成形圧力を加
えた際に力の方向に延在している補強繊維が大き
く曲がつてしまい、厚み方向強度や層間剪断強度
は思つたほど向上しない。

一方、特公昭58−51816号公報には、複数枚の、
補強繊維からなる、多数のパンチング孔を有する
織物やそのプリプレグなどを孔の位置が一致する
ように積層し、かつその孔にFRPの棒体を挿通
してなる三次元組織体が記載されている。この組
織体は、いわゆるＺ軸方向の補強繊維がFRPの
棒体の形で存在しているので、その方向からクラ
ンピングプレートなどを用いて成形圧力を加える
ことにより、Ｚ軸方向の補強繊維を曲げないで成
形することが可能であり、上述した三次元織物を
使用する場合の問題が一気に解決できるように思
える。しかしながら、パンチングによつて補強繊
維が切断されてしまつているので、こんどは面内
強度が大きく低下してしまう。

考案が解決しようとする問題点 この考案の目的は、上述した問題を解決し、
Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の３方向にともに高い強度を発
現することができ、ひいては高強度の複合材料を
得ることができる三次元組織体を提供するにあ
る。

問題点を解決するための手段 上記目的を達成するためのこの考案は、補強繊
維からなる複数枚の織物が、それら各織物の織目
が互いに一致するように積層され、かつその積層
体には、繊維強化樹脂または繊維強化金属からな
る棒体が前記織目に挿通されている複合材料用三
次元組織体を特徴とするものである。

実施例 この考案を、FRPの成形に使用する組織体に
ついてさらに詳細に説明するに、図面において、
補強繊維からなる、方形に裁断された複数枚の平
織物１は、その経糸２と緯糸３とで囲まれる隙
間、つまり織目の位置が互いに一致するように積
層されている。しかして、その積層体には、方形
で、かつ織目の大きさよりもやや小さな横断面を
もつ棒体４が上記織目に挿通されている。この棒
体４は、その長さ方向に延在する補強繊維の連続
繊維で樹脂を強化してなるFRPからなつている。

平織物や棒体に使用している補強繊維は、炭素
繊維、黒鉛繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、シ
リコンカーバイド繊維、アルミナ繊維などの高強
度、高弾性繊維である。

棒体に使用している樹脂は、エポキシ樹脂、フ
エノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などの熱
硬化性樹脂や、ナイロン樹脂、ポリブチレンテレ
フタレート樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポ
リエーテルエーテルスルホン樹脂、ポリエチレン
樹脂などの熱可塑性樹脂である。しかして、棒体
の樹脂は、後のFRPの成形において使用するマ
トリクス樹脂と同じものであるのが好ましい。

上記において、織物は、平織物に限るものでは
なく、畝織物、綾織物、朱子織物など、どのよう
な組織の織物であつてもかまわない。螺旋織物や
円形織物を使用することも可能である。また、経
糸と緯糸の交錯部を、たとえばナイロン６とナイ
ロン66との共重合ナイロンなどの低融点ナイロン
樹脂や、ポリエステル樹脂などの目止剤で結着し
てなる、いわゆる目止織物を使用すると、棒体の
挿通時等における織目ずれを防止することができ
るので好ましい。なお、織物は、FRPのマトリ
クスとなる上記樹脂によつてプリプレグ化されて
いてもよい。

織物の形は、方形に限らない。たとえば、円形
に裁断しておけば円柱状の組織体を得ることがで
きるし、ドーナツ状に裁断しておけば、螺旋織物
や円形織物を使用する場合と同様に円筒状の組織
体を得ることができる。

織物の経糸と緯糸の繊度は、好ましくは等しく
しておく。また、密度も、好ましくは等しくして
おく。そうすると、経糸と緯糸の方向、つまり
Ｘ，Ｙ軸方向の２方向に特性のそろつたFRPが
得られる。さらに、棒体における補強繊維の繊度
を経糸や緯糸のそれと等しくし、かつ棒体の密度
を経糸や緯糸のそれと等しくしておけば、Ｘ，
Ｙ，Ｚ軸方向の３方向に特性のそろつたFRPを
得ることができる。これはまた、織物や棒体の上
記繊度や密度を選定すれば、組織体に積極的に異
方性をもたせることができることを意味してい
る。

織物の織目の大きさは、あまり小さいと棒体を
挿通する際に補強繊維を傷付けやすくなり、逆に
あまり大きいとFRPを成形したときに樹脂のみ
の部分ができてその部分の収縮によるクラツクが
できたり、角の部分が欠けたりすることがあるの
で、一辺の長さが１〜20mm程度であるのが好まし
い。さらに好ましくは、２〜５mmである。

棒体は、織物が平織物のように方形の織目をも
つものである場合には、FRPを成形したときに
樹脂のみの部分ができるのを防止するという意味
で、横断面を方形にしておくのが好ましい。換言
すれば、棒体は、織目の形状と同じ横断面形状を
もつものであるのが好ましい。なお、方形のよう
に角をもつ棒体を使用する場合、その角にわずか
に丸みをもたせておくと、挿通時等における織物
の損傷を防止することができるので好ましい。

また、棒体には連続繊維を使用し、しかもそれ
を長さ方向に延在せしめておくのが好ましいが、
連続繊維の使用を必須とするものではなく、短繊
維等を用いることも可能である。

以上においては、FRPの成形に使用する組織
体について説明したが、FRCに使用する組織体
も上記と同様に構成すればよい。ただ、補強繊維
としては、炭素繊維や黒鉛繊維などの、高強度、
高弾性で、かつ後述する焼成温度にも耐えられる
ものを使う。また、FRMの成形に使用する組織
体にあつては、織物を炭素繊維、アルミナ繊維、
アルミナ−シリカ繊維、シリコンカーバイド繊維
などの、高強度、高弾性で、かつ成形温度に耐え
られる補強繊維で構成するとともに、FRPの棒
体に代えて、上述した補強繊維でアルミニウム、
銅、ニツケルなどの単体金属またはそれら単体金
属の少なくとも１種を主成分とする合金を強化し
てなるFRMの棒体を使用する。

この考案の組織体は、たとえば次のようにして
製造する。

すなわち、まず所望の寸法、形状に裁断した織
物を、その織目の位置が互いに一致するように積
層した後、織目にFRPまたはFRMの棒体を挿通
する。このとき、棒体の先端を鋭くしておくか、
先端にキヤツプなどを被せておけば、織物の損傷
を防止できるばかりか、挿通操作を容易に行える
ようになるので好ましい。また、積層体の四隅に
まず棒体を挿入して織物の位置決めを行い、しか
る後他の部分に棒体を挿通していつてもよい。

別の方法として、特に織目の大きさが比較的大
きいような場合には、板に織目の位置に合わせて
棒体を固定しておき、積層体に対する棒体の挿通
を一斉に行うことも可能である。

この考案の組織体を使用した複合材料の成形
は、たとえば次のようにして行う。

すなわち、FRPを成形する場合には、組織体
を成形用の雌型に入れ、積層体の上面に、棒体を
通す多数の孔を穿設した多孔板のようなものや、
棒体を凹部に受け入れ、凸部で織物を押えること
ができるような治具を載せ、それら多孔板や治具
で積層体を所定の嵩になるまで押え付け、多孔板
または治具を固定した後雄型を被せる。しかる
後、雌型と雄型の端部をシールし、型を予熱した
後樹脂を注入し、樹脂が固化するのを待つて型か
ら取り出す。これによりFRPが得られるが、上
面に棒体が突出しているので、これを切削して除
去する。所望の形状に加工する際には、その加工
と同時に取り除いてもよい。

FRCを成形する場合には、上記のようにして
得たFRPを窒素ガスやアルゴンガスなどの不活
性雰囲気中で焼成し、樹脂を炭素化する。必要に
応じて、樹脂の炭素化、樹脂の含浸を繰り返し行
つて高密度化する。

FRMの成形は、FRPを成形した方法におい
て、型に、樹脂に代えてマトリクスとなる金属の
溶湯を注ぎ、加圧して積層体に含浸する、いわゆ
る高圧鋳造法によるのが好ましい。

考案の効果 この考案の組織体は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の３方
向に補強繊維が存在しているばかりか、特公昭58
−51816号公報に記載されている従来の組織体の
ように補強繊維が切れておらず、またＺ軸方向の
補強繊維をFRPまたはFRMの棒体の形で使用し
ているために成形に際してその補強繊維を曲げて
しまうことがなく、上記３方向に高い強度をもつ
複合材料を得ることができる。しかも、織物の織
目にFRPまたはFRMの棒体を挿通するだけで構
成することができ、三次元織物のように特殊な織
機を使用する必要がなく、また特公昭58−51816
号公報に記載されている組織体のようにパンチン
グにより孔をあける必要もないので、製造が簡単
である。

この考案の組織体は、上述した特長から、
FRPやFRMの、人工衛星やロケツト、航空機な
どの構造材を成形したり、FRCの、たとえばブ
レーキシユーを成形するなど、３次元方向に高い
強度が要求される用途に使用する複合材料を成形
する場合の、いわゆる補強材として極めて好適で
ある。

【図面の簡単な説明】

図面は、この考案の一実施例をFRPの成形に
使用する組織体について示す概略斜視図である。 １……補強繊維の織物、２……織物の経糸、３
……織物の緯糸、４……棒体。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 補強繊維からなる複数枚の織物が、それら各織
   物の織目が互いに一致するように積層され、かつ
   その積層体には、繊維強化樹脂または繊維強化金
   属からなる棒体が前記織目に挿通されていること
   を特徴とする複合材料用三次元組織体。