JPH05501385A - 強化複合構造体 - 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。

Description

【発明の詳細な説明】 強化複合構造体 本発明は強化複合構造体に関し、更に詳しくは最適の曲げ及び剪断特性を有する のみならず、各部材のウェブとフランジ部分間の接合部においてきわめて優れた 強度を有するように強化繊維が形成されたモールド又は引抜成形（ｐｕ　１　ｔ 　ｒｕｄｅ）された複合構造体のための繊維強化プリフォーム構成体に関するも のである。

モールド又は引抜成形された複合構造体は、編組強化マット、編まれた強化マッ ト、連続フィラメントマット及び多くの他の強化マットが構造体を強化するため に用いられているので公知である。これらのマットはモールド内に置かれ又は引 抜かれ且つ隅部のまわりで曲げられて強化される。強化の方向及び質はストレス レベルや方向に合致するよう部材の異なった部分で変化させることができるが、 異なった部分の接合部は満足に強化できず、例えば力がウェブからフランジを引 張っろうとする場合平面歪み曲げ強度乃至局部的引張強度から太き（外れる。こ れらの問題を克服するために、編まれ、組まれ且つ編組されたプレフォームが知 られ、フランジ及びウェブ部分の面に走る強化繊維に追加゛して、その厚さ方向 に繊維が編まれ、組まれ又は編組されてその強度を改善する。不幸にしてこれら 組まれ、編まれ且つ編組する方法は、軸方向の強度及び構造体の剛性が劣る。何 となれば繊維は構造体の面においてフランジ及び・ウェブ部分を充分に連続的に していないからである。繊維は、面において連続すると云うよりは構造体面の厚 さに亘って連続的に編み返される。繊維はこの捩れは強度を失わせ、マトリック ス特性は繊維方向の変化点でのストレス伝達によって一層重要となり、従ってマ トリックス劣化に一層敏感になる。全剛性は繊維の不連続性により減少する。

本発明によれば、マトリックス材に埋設された請求の範囲記載の繊維強化プレフ ォームからなる複合構造体を提供できる。

又、本発明によれば、ウェブ部分及びフランジ部分を有する強化複合構造体の製 造に用いる繊維強化プレフォームを提供でき、該プレフォームは強化繊維がプレ フォームの軸線に平行に置かれ且つ該軸線に直角に置かれた強化繊維とオーバー ラツプしたフランジ強化部分と、強化繊維が前記軸線に相対して傾斜した方向に オーバーラツプし、その相対する方向の各々が前記軸線に対して３０°〜８０° の角度傾斜しているウェブ強化部分と、からなる。

かかる強化プレフォームを用いる利点は、従来技術と比べてフランジ及びウェブ 部分間の接合部において、繊維の位置の正確さが改善されることである。

好ましくはグラスファイバーのような繊維の１層以上をウェブ又はフランジ部分 の少くとも一方に応用によって用いることができる。又、ウェブ強化繊維は軸線 に対ることかできる。適当な材料で作られる主強化繊維は好ましくは連続繊維で 、フランジの縁部とウェブ部分の縁部でウェブとフランジ部分の接合部において 、その直線状の所定方向から捩られるのみである。ウェブ部分における角度のつ いた直線状強化繊維はこれらの部分を選択的に上下に通過しウェブ部分に相対す るフランジ部分の外側面に最近接する９０°の繊維のまわりでループを形成する 。構造体の軸線に対して０°に置かれたフランジ部分の強化繊維は各々プレフォ ームの長さに沿って連続する。

外方へ９０°のフランジ部分のまわりで角度をもったウェブ部分強度のループは ウェブとフランジ部分の間の強い直接結合を与え、同時に全ての主構造体部分に おいて強化繊維を直線状に保つ。使用する強化繊維のタイプ、ウェブ強化の角度 及び質は各構造体の設計により変えることができる。しかし、所定の材料の内容 に対する全強度及び剛性に関する最適構造体は上述した従来技術に比べてウェブ とフランジ部分間の優れた結合強度と剛性により達成できる。この強化構成体は プラスチック及びセラミックを含むマトリックスに用いるモールド又は引抜成形 によって形成される複合構造体のいずれにも使用できる。構造体幾何学は構造体 の軸線に沿って変化でき、又より一般的な引抜成形によって一定にすることがで きる。

好ましい実施例においては、各層が＋Ｘ０及び−Ｘｏの角度をもった強化を含む 少くとも２層からなるものであり、各ウェブ部分は、保障マットを用いて互いに 間隔をおき、保障マットはモールド又は引抜成形動作の間マトリックス材料を吸 収することができる。繊維強化は上述のように形成され、ウェブ部分強化は、フ ランジ部分において９０°繊維のまわりでループを形成されるが、ウェブ強化層 がフランジ強化のまわりでループを形成される部分は保障マットを用いて間隔を おかれる。これら強化結合の保障は更に下記の場合に曲げの際ウェブ部分結合に 対するフランジの強度を向上する。即ち、局部的負荷により生ずる歪によって高 い横断方向の曲げが断面を生じ又は高い残存捩れ強度が要求される場合である。

ウェブとフランジ部分が上述の通り強化され、フランジ部分がフランジの上下に 連続するウェブ部分の面に結合され、フランジ部分の９０°繊維がフランジ部分 に相対するウェブ部分の外側面に最近接する対角線状のウェブ繊維のまわりでル ープを形成する。

本発明は又、マトリックス材料を埋設した上述した繊維強化プレフォームからな る複合構造体を含む。

本発明の実施例を添付図面に関して説明する。

図１は、繊維で強化された複合構造体のウェブとフランジ部分の間のＴ字状接合 部の斜視図である。

図２は繊維強化構成体を有するウェブ部分を示す図１に示されるフランジ部分の 断面図である。

図３は、繊維で強化された複合構造体のウェブとフランジ部分の間のＬ字状接合 部の斜視図である。

図４は、強化プレフォーム構成体の使用例として複合板材部材の断面図である。

図５は、強化プレフォーム構成体の更なる使用例として複合接続部材の断面図で ある。

図６は、他の複合部分の断面図である。

図７は、結合強度を増すため保障マットをフランジ部分に使用した複合構造体の Ｔ字状接合部分の断面図である。

図８は、ウェブがフランジの上下に連続し本発明によって部分が強化された複合 構造体のフランジ部分とウェブ部分の間の接合部の斜視図である。

図９は、壁心用の組立と保持のための複合部分の断面図である。

図面の図１に関して、完全複合構造体の一部はフランジ部分１とウェブ部分２を 有する。プラスチック又はセラミックで作られたマトリックスは、図示の目的で のみ透視されて描かれている。フランジ部分は、縁部７を有し、グラスファイバ ーの３層で強化されている。第１層４Ａは構造体軸線３に対して９０°偏向され 、フランジ縁部７で９のまわりでループを形成している。第２層１０は軸線３に 対して０°偏向され強化プレフォームの下方を走る連続繊維からなる。第３層４ Ｂは軸線３に対して９０°偏向され、フランジ縁部７で又ループを形成されてい る。ウェブ部分２は、軸線３に対して＋Ｘ０偏向された繊維５Ａと軸線３に対し て−Ｘ０偏向された繊維５Ｂで強化されている。これら対角線状の繊維５Ａと５ Ｂは６で示される９０°フランジ強化４Ａの頂層上でループを形成されている。

図２に関して、ウェブ繊維５Ａと５Ｂが夫々構造体の軸線に対して十Ｘ’　（即 ち３Ａ）、−Ｘ’（即ち８Ｂ）傾斜して示されている。又、これらの繊維はフラ ンジ部分１において横断するフランジ繊維４Ａ上でループを形成されている。ウ ェブ強化繊維５Ａはフランジ繊維４Ｂと１０の間で上方へ通過し繊維４Ａ上でル ープを形成し、その後、繊維５Ｂとして再び下方へ戻って通過している。

この方法において、プレフォームは連続動作で連続繊維から編組される。

図３に関して、フランジ部分１１は完全複合構造体のＬ字状部分を形成するウェ ブ部分の線で停止する。フランジ部分は繊維強化の３つの層で強化される。第１ 及び第３層１３Ａと１３Ｂは夫々構造体の軸線１５に対し９０°偏向し、繊維は Ｌ字状部分の外側隅部１７で１８のまわりでループを形成されている。繊維１９ の第２層は構造体の軸線に対してＯ０偏向している。ウェブ部分１２は構造体の 軸線１５に対して＋Ｘ０偏向した繊維１４Ａ及び軸線１５に対して−Ｘ０偏向し た繊維１４Ｂとで強化されている。これら対角線状の繊維１４Ａと１４Ｂは１６ で示される９０°フランジ強化１３Ａの頂層上でループを形成されている。

図４に関し、複合板材部材はＴ字状接合部２１とＬ字状接合部２０で接続された ウェブ部分２３と２４によって間隔をおかれたフランジ部分２２を有する断面に 示されている。この板材部材のための好ましい強化構成体は繊維強化プレフォー ムを製造することであって、フランジとウェブ部分及びＴ字状接合部２１が図２ 及び図１又は図７に示されるように強化され、Ｌ字状接合部２０は図２と３に示 されるように強化される。

図５に関して、複合接続部材がＬ字状接合部２５と２６で接続されたウェブ部分 ２８と２９によって間隔をおかれたフランジ部分２７と３０を有する断面に示さ れている。この接続部材の好ましい強化構成体は繊維強化プレフォームを製造す ることであって、フランジ部分とＬ字状接合部２５と２６は図２と３に示された ように強化される。

図６に関して、新しい複合部分がウェブ部分３３からフランジ部分３４Ａを引き ちぎろうとするように強く力をかける部分をフランジ部分３４Ａが有する断面で 示されている。この部分の好ましい強化構成体はフランジ部分３４Ａとウェブ部 分３３とＴ字状接合部３１が図２及び図１又は図７に示されるように強化された 繊維強化プレフォームを製造することである。又、Ｌ字状接合部３２は図２と図 ３に示されるように強化され且つ他の接合部３２Ａは図８に示されるように強化 される。

図７に関して、フランジ部分３５はウェブ部分３６に接続している。この場合、 ウェブ強化繊維４０と４２の２つの層があり、各々は示されるように構造体の軸 線に対して＋ｘ０及び−Ｘｏの角度をもつ繊維を有する。これらウェブ繊維は繊 維３８と３９間でフランジを通って上方へ通過し、９０°フランジ強化繊維上で ループを形成される。ウェブ繊維層４０と４２は保障マット４１を用いて間隔を おかれ、フランジでのウェブ繊維の固定部間でのレバーアームを増加する。この ことは接続の性能を向上して平面曲げ効果に抵抗する。

図８に関して、完全複合構造体はフランジ部分の上下に延長するウェブ部分４４ とフランジ部分４３を有するよう示されている。フランジ部分は繊維強化の３つ の層で強化されている。第１層４５Ａ及び第３層４５Ｂは構造体の軸線４９に対 して９０°偏向され４８のまわりでループを形成され、対角線状ウェブ部分は層 ４７Ａで強化されて外方ウェブ面に再近接している。フランジ部分の第２層は軸 線４９に対してＯ０偏向し、強化プレフォームの下方を走る連続繊維からなる。

ウェブ部分４４は軸線４９に夫々＋Ｘ０及び−Ｘ０偏向している繊維４７Ａと４ ７Ｂで強化されている。

図９に関して、複合部分は建築用梁や保持壁用の構造物として適当な構造体を接 続するためフランジ部分４９．５１．５２、ウェブ部分５３．５４．５８．５９ ．６０を有する断面で示されている。この部分のための好ましい強化構成体はフ ランジとウェブ部分及びＴ字状接合部５７と６０が図２及び図１又は図７に示さ れるように強化され、Ｌ字状接合部５５が図２と３に示されるように強化され、 他の接合部５６が図８に示されるように強化される。

上記の記載は、構造体の軸線に対して＋Ｘ０及び−Ｘ０の角度をもってウェブ部 分における繊維の偏向に関し、Ｘは３０〜８０°の範囲から選択される。選択さ れた角度は各応用において、各ウェブ部分の異なった設計上の力の相対的大きさ による。この選択に影響を与える力はウェブ部分の面における剪断力及び構造体 の軸線に平行若しくは該軸線に直角に置かれたウェブ面において前記軸線のまわ りの曲げ面からの剪断力である。剪断が支配する場合、好ましい角度は４５°に 近く、構造体の軸線に平行な軸のまわりの曲げが支配する場合、好ましい角度は ３０°に近く、且つ構造体の軸線に直角な軸のまわりの曲げが支配する場合、好 ましい角度は８°に近い。

自発手続補正書 平成４年７月８日　＆

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. １．ウエブ部分とフランジ部分とを有する強化複合構造体の製造に用いる繊維強 化プレフォームにおいて、強化繊維がプレフォームの軸線に対して平行に置かれ 且つ該軸線に直角に置かれた強化繊維をオーバーラップするフランジ強化部分と 、前記軸線に対して相対して傾斜する方向にオーバーラップされたウエブ強化部 分と、からなり、前記相対する方向の各々が前記軸線に対して３０〜８０°の角 度傾斜している繊維強化プレフォーム。
2. ２．フランジ部分及び／又はウエブ部分の強化繊維は編組される請求項１記載の プレフォーム。
3. ３．ウエブ強化部分の傾斜繊維は、相対して傾斜する方向の一方に延長し、フラ ンジ部分強化の直角繊維上を通過し、且つウエブ部分構成体の縁部まで前記相対 して傾斜する方向の他方に延長する、１つ以上の連続繊維によって形成される請 求項１又は２記載のプレフォーム。
4. ４．ウエブ強化部分の縁部で、前記相対して傾斜する方向の一方に延長する繊維 が、前記方向の他方に延長するようループを形成して戻る請求項３記載のプレフ ォーム。
5. ５．フランジ強化部分の直角繊維はフランジ部分構成体を横切って戻り且つ進む ようループを形成する１つ以上の連続繊維からなる請求項１〜４のいずれか１項 記載のプレフォーム。
6. ６．平行フランジ強化部分はプレフォームの長さに沿って延長する連続繊維から なる請求項１〜５のいずれか１項記載のプレフォーム。
7. ７．フランジ強化部分はフランジ部分の相対する側面に延長するウエブ強化部分 に接続し、直角フランジ部分は傾斜したウエブ部分繊維のまわりでループを形成 する請求項１〜６のいずれか１項記載のプレフォーム。
8. ８．ウエブ強化部分の繊維は、前記軸線に対して＋Ｘ°及び−Ｘ°の角度をもっ て対称的に置かれ、Ｘは３０〜８０°の範囲である請求項１〜７のいずれか１項 記載のプレフォーム。
9. ９．保隔マットによって互いに間隔をおいた２つ以上の層のウエブ強化繊維から なる請求項１〜８のいずれか１項記載のプレフォーム。
10. １０．マトリックス材料に埋設された、請求項１〜９のいずれか１項記載の繊維 強化プレフォームからなる複合構造体。
11. １１．ウエブ部分とフランジ部分とからなる複合構造体において、フランジ部分 で強化繊維が構造体の軸線に平行に置かれ、該軸線に直角に置かれた強化繊維を オーバーラップし、ウエブ部分で強化繊維が前記軸線に対して傾斜する方向にオ ーバーラップすると共に、該相対する方向の各々が前記軸線に対して３０〜８０ °傾斜するように形成された少くとも１層の繊維強化部分内に埋設されたマトリ ックス材料からなる複合構造体。
12. １２．ウエブ部分の強化繊維は、前記軸線に対して＋Ｘ°及び−Ｘ°の角度をも って対称的に置かれ、Ｘは３０〜８０°の範囲である請求項１０又は１１記載の 複合構造体。
13. １３．前記マトリックス材料内に埋設されたマットによって互いに間隔をおいた ウエブ強化繊維の２層以上からなる請求項１０〜１２のいずれか１項記載の複合 構造体。
14. １４．マトリックスはプラスチック又はセラミックからなる請求項１０〜１３の いずれか１項記載の複合構造体。