JPH0415468Y2

JPH0415468Y2 -

Info

Publication number: JPH0415468Y2
Application number: JP6186188U
Authority: JP
Priority date: 1988-05-10
Filing date: 1988-05-10
Publication date: 1992-04-07
Also published as: JPS63178128U

Description

【考案の詳細な説明】産業上の利用分野この発明は、パイプ状やリング状等の炭素繊維
強化樹脂を成形する場合に好適な、樹脂の補強基
材に関する。

従来の技術パイプ状やリング状の繊維強化樹脂（以下、繊
維強化樹脂をFRPという）は、従来、マンドレ
ルに補強繊維のプリプレグシートを巻回し、加
圧、加熱して樹脂を硬化させたり、マンドレルに
補強繊維の織物等を巻回した後その織物等に樹脂
を含浸し、加圧、加熱して樹脂を硬化させるなど
の方法によつて成形されている。しかしながら、
そのようにして成形されるFRPは、補強繊維が、
面内方向にはあつても厚み方向には全くないの
で、層間強度、特に層間剥離強度や層間剪断強度
が低いという問題がある。

一方、実公昭47−37027号公報には、管状のマ
ンドレルに補強繊維の織物や不織布を巻き付けて
なる巻回体に、織物や不織布を構成している補強
繊維よりも大きな強度を有する縫糸をマンドレル
の接線方向に順次貫通させた後、巻回体に樹脂を
含浸、さらに加圧、加熱して樹脂を硬化させるこ
とによるFRP管が記載されている。このFRP管
は、全体としてみると、強度の高い縫糸が厚み方
向に延在しているので、縫糸を使用していないも
のにくらべると層間強度は向上している。しかし
ながら、その程度は、ほとんど問題にならないほ
ど小さい。

すなわち、FRPは、補強繊維の繊維軸の方向
には大きな強度を発現するが、繊維軸方向から離
れる（繊維軸に対して角度をもつ）にしたがつて
強度が急激に低下するという、異方性の極めて大
きい材料である。したがつて、上述したような
FRP管においてその層間強度を効果的に向上さ
せるためには、縫糸を管の半径方向に正しく延在
させるのが最も好ましいということになるが、上
記従来のFRP管においては、縫糸をマンドレル
の接線方向に貫通させるため、縫糸がFRP管の
半径方向に対して大きな角度をもつことになり、
縫糸の特性が十分に利用されないために層間強度
の向上効果が小さいのである。もつとも、層間強
度は、縫糸を太くしたり、縫い密度を高くすれば
向上する。しかしながら、そうすると、縫糸を貫
通させる際に補強繊維が切断されたり、傷付けら
れたりして、こんどは管の面内方向における強度
が低下し、結局、全体としてみたFRP管の強度
はそれほど高くならない。また、太い縫糸を使用
すると、その縫糸によつて補強繊維の配列が乱さ
れやすくなるので、このことによる面内強度の低
下もある。

補強繊維の損傷は、細い縫糸を使用した場合で
も起こりやすい。すなわち、縫糸をマンドレルの
接線方向に順次貫通させると、縫始め端では、縫
合に使用する糸長に等しい長さの縫糸が巻回体内
を通過することになる。したがつて、縫始め端に
近いほど、縫糸と、織物や不織布を構成している
補強繊維との擦過の機会が多くなり、補強繊維が
傷付けられやすくなるのである。

また、縫糸をマンドレルの接線方向に順次貫通
させようとすると、人手によらざるを得ないの
で、多くの手間を要するばかりか、人手によつて
は均一な力での縫合が難しく、肉厚が不均一にな
つたり、補強繊維の配列が乱れたりして、信頼性
の高いFRPが得られないという問題もある。

考案が解決しようとする課題この考案の目的は、従来技術の上述した問題点
を解決し、機械的強度、特に層間強度が高く、し
かも信頼性の高い、パイプ状やリング状等の炭素
繊維強化樹脂（以下、炭素繊維強化樹脂をCFRP
という）を成形することができる補強基材を提供
するにある。

課題を解決するための手段上述した目的を達成するために、この考案にお
いては、複数枚の炭素繊維織物を巻回してなる中
空の巻回体を縫糸で縫合してなり、上記織物は、朱子織物からなり、上記巻回体が面内疑似等方性になるように巻
回され、上記縫糸は、イ高強度、高弾性率補強繊維からなり、ロ上記炭素繊維よりも大きな破断伸度を有し、ハ上記巻回体の面に垂直な方向に対して−15°
〜＋15°の範囲内の角度でその巻回体の厚み方
向に延在しており、上記縫合は、ａ単環縫いによつて行われ、ｂ上記巻回体の周方向について行われている、ことを特徴とする炭素繊維強化樹脂用補強基材が
提供される。

この考案の補強基材をその一実施態様に基いて
さらに詳細に説明するに、第１図において、パイ
プ状の補強基材５は、２枚の、炭素繊維からなる
織物１，２を重ね合わせ、渦巻状に巻回してなる
中空の巻回体４を有している。織物１は、その経
糸が補強基材５の長手方向になるように、したが
つて緯糸が円周方向になるように巻回され、一
方、織物２は、その経糸および緯糸が上記長手方
向に対してそれぞれ＋45°、−45°の方向になるよ
うに巻回されている。上記織物１，２の巻始め端
と巻終り端は、その部分で補強基材５に著しい凹
凸を生ずることがないよう、互に少しづつずらさ
れている。

上記巻回体４には、縫糸３が、その巻回体４の
内面から外面へ、また、外面から内面へと繰り返
し貫通しながら巻回体４の円周方向に延び、しか
も、補強基材５の長手方向においては等ピツチで
係合し、巻回体４を縫合している。

上記において、織物は、朱子織物からなつてい
る。すなわち、朱子組織は、１枚当りの厚みが比
較的厚く、また、目ずれ抵抗度が比較的小さいた
めに、縫合時における炭素繊維の切断や損傷の心
配が少ないので、特に、厚肉のCFRPを成形した
い場合に有効となる。なお、織物は、Ｂ−ステー
ジのエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フ
エノール樹脂、ポリイミド樹脂などの熱硬化性樹
脂を含浸してなるプリプレグであつてもよい。

織物を構成している補強繊維は、上述したよう
に炭素繊維である。しかして、炭素繊維はマルチ
フイラメントからなつており、しかも、CFRPを
成形する際の樹脂の含浸性をよくするため、ま
た、CFRP中における体積含有率を高くするた
め、さらに、巻回体を縫合する際の縫糸による切
断や損傷を防止するため、撚数の少ないものであ
るのが好ましい。すなわち、炭素繊維は弾性率が
極めて高いうえに破断伸度が小さいために曲げの
力に対して大変弱いので、撚数は少ないのがよ
く、実質的に無撚であるのが最も好ましい。

織物の巻回数は、得たいCFRPの厚みに応じて
選べばよい。しかしながら、極端に厚くなると縫
糸による縫合が難しくなるので、厚みが40mm以下
になるような巻回数にするのが好ましい。

織物は、巻回体が面内疑似等方性になるように
巻回する。面内疑似等方性とするためには、第１
図に示したように、0°、±45°、90°の角度の組合せ
が最も好適である。

縫糸は、織物の巻回体を縫合するとともに、補
強基材、ひいてはCFRPの、主として層間強度を
向上させるように作用する。しかして、縫糸は、
補強繊維の、好ましくは単糸径が３〜15μｍのマ
ルチフイラメントからなつているが、大きく屈曲
せざるを得ないために補強基材に加わる応力がそ
の屈曲部に集中することになり、織物を構成して
いる炭素繊維に先立つて縫糸が破断してその部分
から補強基材の破壊が進行することがないよう、
織物を構成している炭素繊維よりも大きな破断伸
度を有するものでなければならない。破断伸度
は、織物を構成している炭素繊維のそれの1.5倍
以上であるのが好ましい。なお、縫糸としては、
炭素繊維やガラス繊維、有機高弾性繊維（たとえ
ば、ポリアラミド繊維）等の補強繊維のなかか
ら、上述した破断伸度を満たすものを選択、使用
する。

また、縫糸は、縫合時における単糸切れや糸割
れを防止するため、30回／ｍ以上の上撚りを有し
ているのが好ましい。しかしながら、上撚数があ
まり多くなると横断面形状が丸くなつてしまい、
CFRPを成形したときの炭素繊維の体積含有率が
低くなるので、70回／ｍ以下であるのが好まし
い。

さらに、縫糸は、織物の巻回数が少ない場合に
は、その太さが補強基材の厚み、ひいてはCFRP
の炭素繊維含有率に影響を与えるようになるの
で、横断面積が0.008〜0.12mm²程度のものを使用
し、縫い密度を高くするようにするのが好まし
い。さらに好ましい横断面積は、0.008〜0.06mm²
である。もつとも、巻回数が略５回以上と多い場
合には、縫糸のかかる影響は少ないので、横断面
積が0.05〜0.35mm²、好ましくは0.05〜0.25mm²の比
較的太い糸を使用し、縫い密度を低くしたほうが
好ましい。

縫糸による巻回体の縫合は、単環縫いによつて
行う。すなわち、単環縫いは、本縫いとは異な
り、上糸と下糸とが巻回体の内部で互に交錯して
180°屈曲することがない。そのため、縫糸の強度
や弾性率といつた特性を余すところなく利用する
ことができるようになり、層間強度の向上効果が
大きい。しかして、縫糸の特性をそのまま発現さ
せ、補強基材、ひいてはCFRPの層間強度を効果
的に向上させるためには、縫糸は、巻回体の面に
垂直な方向に対して−15°〜＋15°の範囲内の角度
で延在している必要がある。好ましいのは、0°で
ある。

縫糸による巻回体の縫合は、あまり強すぎる
と、織物を構成している炭素繊維を配列を乱した
り、後の樹脂含浸が困難になつたり、CFRPを成
形した場合に縫合部に樹脂溜りを生じたりするこ
とがあり、一方、弱すぎると、CFRPを成形した
場合に厚み方向で縫糸が弛んでしまい、層間強度
の向上効果が低くなるので、巻回体の厚みが、
CFRPの成形厚みの0.9〜1.1倍程度になるように
するのが好ましい。

縫糸は、周方向の補強効果が向上することか
ら、第１図に示したように、巻回体の円周方向に
リング状に延びているのが好ましいか、長手方向
にら旋を描くように延在していてもよい。上記長
手方向においては、等ピツチであつてもよいしラ
ンダムなピツチであつてもよい。いずれにして
も、縫合は巻回体の周方向について行う。

上記実施態様においては、補強基材が等肉厚の
パイプ状である場合について説明したが、この考
案の補強基材は、いろいろな形状のものが可能で
ある。

すなわち、補強基材は、たとえば、リング状
や、第２図に示すような円錘状、第３図に示す変
形パイプ状等であつてもよい。また、織物の巻回
数を部分的に変更することによつて、第４図に示
すような、長手方向の特定の部分のみを厚肉にす
ることもできる。さらに、織物を巻回する際に特
定の部分のみに織物片を介挿すると、第５図に示
すように円周方向の特定の部分のみが厚肉の補強
基材を得ることもできる。なお、補強基材の横断
面の形状は、第１図〜第５図に示したような円形
である必要はなく、方形や、その他の形状とする
ことができる。

この考案の補強基材は、たとえば次のようにし
て製造する。

すなわち、所望の横断面形状をもつマンドレル
様の芯体に、炭素繊維の織物やそのプリプレグ、
または、それらを炭素繊維が所望の方向を向くよ
うに重ね合わせたものを巻回し、芯体を抜き取
り、ミシンを用いて単環縫いし、縫合する。縫い
方向にスリツトを設けた芯体を使用し、そのスリ
ツトの部分で縫合した後に芯体を抜き取るように
してもよい。また、織物がプリプレグである場合
には、芯体にシリコーンなどの離型剤を塗布し、
芯体を抜き取りやすくしておくのが好ましい。さ
らに、プリプレグの場合は、Ｂ−ステージの熱硬
化性樹脂のために織物を構成している炭素繊維が
動きにくい状態にあり、ミシン針が貫通する際に
その断面積に相当する面積の炭素繊維が切断した
り損傷したりする可能性があるので、プリプレグ
等を熱硬化性樹脂のゲル化温度未満に加熱し、樹
脂の粘度を下げて炭素繊維が動きやすくしてやる
のも好ましい。また、縫糸にプリプレグと同一の
熱硬化性樹脂を含浸し、プリプレグ化しておく
と、縫合をやや行いにくくなるという点はあるも
のの、CFRPを成形したときにその樹脂分布を一
層均一にすることができ、ボイドも少なくなつて
より強度の高いCFRPを得ることができるように
なる。

この考案の補強基材を使用したCFRPの成形
は、所望の横断面形状をもつマンドレルを使用
し、織物がプリプレグでない場合には、補強基材
をマンドレルにはめ込み、レジンインジエクシヨ
ン法などを用いて行う。また、織物がプリプレグ
である場合には、補強基材をマンドレルにはめ込
み、オートクレーブを用いて成形するか、熱収縮
フイルムを巻き付けて加熱する、いわゆるテープ
ラツピング法などによつて成形する。

考案の効果この考案の補強基材は、炭素繊維の織物を巻回
してなる中空の巻回体を縫合している縫糸が、巻
回体の面に垂直な方向に対して−15°から＋15°の
範囲内の角度で延在しており、しかも、縫合を、
巻回体の内部で縫糸が屈曲することのない単環縫
いによつて行つているので、縫糸が有する強度や
弾性率といつた特性を余すところなく発現させる
ことができるようになる。そのため、層間強度、
特に層間剥離強度や層間剪断強度の高いCFRPを
得ることができるようになる。しかも、縫糸は、
織物を構成している炭素繊維よりも大きな破断伸
度を有しているので、上記炭素繊維に先立つて縫
糸が破断するようなことがなく、炭素繊維の特性
をほとんどそのまま利用することができるように
なるから、CFRPの面内強度も大きく向上する。
また、面内強度は、縫糸の特性を十分に利用する
ことができるためにその太さを細くすることがで
き、縫合時に織物を構成している炭素繊維を切断
したり損傷したりする心配が少なくなるうえに、
織物として、１枚当りの厚みが比較的厚く、また
目ずれ抵抗度が比較的小さいために、やはり縫合
時における炭素繊維の切断や損傷の心配が少ない
朱子織物を使用しているために、一層向上する。
さらに、巻回体の縫合を単環縫いによるので、ミ
シンを使用することができ、人手による必要がな
いから、製造が簡単であるばかりか、縫合力が均
一になつて信頼性の高いCFRPを得ることができ
るようになる。

この考案の補強基材は、いろいろな用途の
CFRPを成形する場合に使用することができる
が、機械的強度、特に層間剥離強度や層間剪断強
度が高く、しかも、信頼性の高いCFRPが得られ
ることから、航空宇宙用の一次構造材としてのパ
イプ、機械要素や、自動車、自動二輪車、自転車
などのプロペラシヤフト、ホイール、リムや、圧
力容器や、遠心分離機の回転胴等の各種高速回転
体や、シールリングなどを成形する場合に特に好
適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この考案の補強基材の一実施態様を
示す概略斜視図、第２図〜第５図は、この考案
の、それぞれ上記第１図とは異なる実施態様の補
強基材を示す概略斜視図である。１……炭素繊維の朱子織物、２……炭素繊維の
朱子織物、３……縫糸、４……巻回体、５……補
強基材。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】複数枚の炭素繊維織物を巻回してなる中空の巻
回体を縫糸で縫合してなり、上記織物は、朱子織物からなり、上記巻回体が面内疑似等方性になるように巻
回され、上記縫糸は、イ高強度、高弾性率補強繊維からなり、ロ上記炭素繊維よりも大きな破断伸度を有し、ハ上記巻回体の面に垂直な方向に対して−15°
〜＋15°の範囲内の角度でその巻回体の厚み方
向に延在しており、上記縫合は、ａ単環縫いによつて行われ、ｂ上記巻回体の周方向について行われている、ことを特徴とする炭素繊維強化樹脂用補強基材。