JPS6227184B2 - - Google Patents

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JPS6227184B2
JPS6227184B2 JP56136301A JP13630181A JPS6227184B2 JP S6227184 B2 JPS6227184 B2 JP S6227184B2 JP 56136301 A JP56136301 A JP 56136301A JP 13630181 A JP13630181 A JP 13630181A JP S6227184 B2 JPS6227184 B2 JP S6227184B2
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reinforcing fibers
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fibers
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Akira Nishimura
Kunio Maeda
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Toray Industries Inc
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は繊維強化樹脂用補強基材に関するもの
である。さらに詳しくは、特に炭素繊維強化樹脂
用の補強用として好適な補強基材に関するもので
ある。
繊維強化樹脂用補強基材として使用される織物
の厚さには限界があるため、一定以上の大きな厚
さの補強基材とするためには複数枚の織物を積層
することによつて得るようにしなければならな
い。従来のこのような積層織物による補強基材
は、各織物のシート面内での補強繊維の配向が織
物の長手方向と、これに直交する幅方向との２方
向に限られていたため、繊維強化樹脂にした場合
に補強繊維の方向に対しては物性は高いが、その
他の方向、特に長手方向に対し45゜の方向に対し
ては低くなり、繊維強化樹脂のシート面内での物
性の異方性が極めて大きいという欠点があつた。
このような欠点を解消するため、長手方向のタテ
糸に対し斜めの角度でヨコ糸を通した織物を介挿
させることにより、疑似等方性にすることが試み
られたが、補強繊維と樹脂との熱膨脹率の差に基
づく層間の熱歪差に加えて、ポアソン比の異方性
が大きくなるために、たとえ補強繊維織物のシー
ト面内に応力が働いても、層間が補強繊維の破断
以前に剥離してしまい、補強基材としての性能が
十分に生かせないという問題があつた。
本発明の目的は、上述のような従来技術におけ
る欠点を解消し、複数の織物基材の積層を利用し
て繊維強化樹脂の面内方向の疑似等方性を得るよ
うにし、しかも織物基材間の層剥離が起ることの
ない高物性の繊維強化樹脂が得られるようにした
繊維強化樹脂用補強基材を提供せんとすることに
ある。
上記目的を達成する本発明の繊維強化樹脂用補
強基材は、補強繊維が互いに交錯しながら、長手
方向と、その長手方向に対して直交する幅方向と
に延在している第１の織物基材と、補強繊維が互
いに交錯しながら、長手方向に対して＋30゜〜＋
60゜の方向と−30゜〜−60゜の方向とに延在して
いる第２の織物基材とを長手方向を揃えて重ね合
わせ、その重ね合わせ体に前記補強繊維よりも破
断伸度の大きいステツチ糸を、前記長手方向に、
かつ前記重ね合わせ体を繰り返し貫通させながら
延在せしめたことを特徴とするものである。
以下、図に示す本発明の実施例を参照すること
によりさらに詳細を説明する。
第１図は本発明の実施例よりなる繊維強化樹脂
用補強基材を上面側の一部を切り欠いて示す平面
図、第２図は同補強基材を側面を断面にして示す
斜視図である。
第１図および第２図において、補強基材は上面
側と下面側とにそれぞれ織物基材１と２とを積層
しており、このうち上面側の織物基材１（第１の
織物基材）は長手方向の補強繊維３と、この長手
方向の補強繊維２と直交する幅方向の補強繊維４
とが平織に織成されて構成され、下面側の織物基
材２（第２の織物基材）は織物の長手方向Ｌに対
しそれぞれ角度α、α′のバイアス方向に互いに
交差する補強繊維５，６とが平織に織成されて構
成されている。織物基材２の補強繊維５，６の角
度α，α′はそれぞれ30゜〜60゜、−30゜〜−60゜
の範囲で変えることができるが、一般的にはα＝
45゜、α′＝−45゜であることが好ましい。
上述のように積層された２枚の織物基材１，２
に対し、ステツチ用補強繊維７が２枚の織物基材
の表面から裏面へ、また裏面から表面へ繰返し貫
通を行ないながら、織物基材の長手方向に沿つて
等ピツチで係合し、上下２層の織物基材１，２を
一体に結合している。このステツチ用補強繊維７
は織物基材の幅方向にほぼ等間隔に複数本設けら
れ、織物基材１，２が全面にわたり一体化するよ
うになつている。ステツチ用補強繊維が織物基材
１，２の補強繊維３，４および５，６に対する位
置は、必ずしも規則性を有することは必要ではな
く、ランダムであつて差し支えない。
上記構成の補強基材は、織物基材１によりその
長手方向およびそれと直交する幅方向に補強繊維
３，４が互いに交錯しながら延在し、かつ織物基
材２によりバイアス方向に互いに交錯する補強繊
維５，６が延在することにより、面内方向におい
て、その物性に疑似等方性を得ることができるよ
うになる。
第３図は本発明の他の実施例を示すものであ
る。
この実施例では、織物基材の積層数をさらに増
加させたもので、長手方向とその長手方向に対し
て直交する幅方向に延在する補強繊維３と４が互
いに交錯している織物基材１と、バイアス方向に
互いに交錯している補強繊維５と６を有する織物
基材２とが、互いに交互に積層され、全体で７層
にした上でステツチ用補強繊維７が全体を上下に
貫通し、一体に結合している。
この場合も、織物基材１と織物基材２との積層
により疑似等方性が得られ、しかも一層肉厚の補
強基材とすることができる。この場合、織物基材
１と織物基材２とは、実施例のように１枚づつ交
互でもよいが、それぞれ同じ織物基材を２枚以上
づつまとめて重ねながら交互に配すようにしても
差し支えない。また、必要により長手方向に積層
枚数を変えて、成形品として厚みが変化するよう
な構成にすることもできる。
また、補強繊維がバイアスに配列される織物基
材２としては、その１枚だけに関しては交差する
二方向の補強繊維５，６は必ずしも必要ではな
く、そのいずれか一方の補強繊維５又は６のみが
配列する形態にしても、複数枚の織物基材１，２
を積層した状態において全体として疑似等方性に
なるようにすれば差し支えないことである。
織物基材１，２を構成する織組織は、平織、朱
子織、綾織などいずれでもよいが、特に第３図の
実施例のように肉厚のものにする場合は朱子織に
するのが好ましい。朱子織は一枚当りの織物基材
が他の組織に比べて肉厚にすることができるよう
に、さらに目ずれ抵抗が比較的小さく、ニードル
によるステツチ用補強繊維の挿通のときに、織物
基材の補強繊維を損傷しにくいからである。ま
た、補強繊維５，６がバイアスになつて織物基材
２については、その長手方向に沿つてあらかじめ
ステツチ糸を通しておくと、プリプレグ工程や成
形工程において張力を付与した場合の目ずれが防
止され、均質な物性の繊維強化樹脂を製造する上
で好適である。
本発明で使用する補強繊維は、炭素繊維、ガラ
ス繊維、ポリアラミツド繊維、シリコンカーバイ
ド繊維などのマルチフイラメント糸条が好ましく
用いられるが、特にこれらのうちでも炭素繊維が
最適である。補強繊維を織物基材に織成する場
合、その補強繊維は上記炭素繊維、ガラス繊維、
ポリアラミツド繊維、シリコンカーバイド繊繊な
どを単独で使用してもよく、または２以上の種類
を併用して使用してもよい。
マルチフイラメントとして使用する補強繊維に
付与するヨリ数は実質的に無ヨリであることが最
も好ましく、多くても20T/m以下にするのが望
ましい。ヨリ数があまり多くなると、繊維強化樹
脂とする場合に樹脂の含浸性が悪くなり、かつ複
合材料としての繊維体積含有率を高めることが阻
害される。また、ステツチ用補強繊維をニードル
により貫通縫合する場合、そのニードルによつて
補強繊維が切断されやすくなる。特に弾性率が極
めて大きく、かつ破断伸度が小さいために、曲げ
に対し脆いという特性を有する炭素繊維が補強繊
維の場合、この傾向が顕著になる。
ステツチ用補強繊維７は、織物基材１，２の補
強繊維３，４，５，６よりも破断伸度が大きいも
のであることが必要である。即ち、ステツチ用補
強繊維は、樹脂との複合材料としたときに、織物
基材相互間の層間剥離を防止する作用を行なうも
のであるので、積層織物基材の厚み方向において
屈曲を与えられることがあり、かつ繊維強化樹脂
に成形したときに極端な応力集中が働くこともあ
るので、織物基材の補強繊維の破断伸度よりもそ
の破断伸度を大きくすることにより、ステツチ部
破壊を防止することができるからである。このよ
うなステツチ用補強繊維としては、織物基材の補
強繊維が炭素繊維である場合、ガラス繊維、ポリ
アラミツド繊維が好適である。
ステツチ用補強繊維による層間剥離防止を効果
的にするには、積層された複数の織物基材の厚さ
方向にその織物基材の面に対しほぼ垂直に貫通さ
せることが好ましい。織物基材の面の垂直方向に
対し傾斜する場合であつても、その垂直方向に対
し−15゜〜15゜の範囲内にするのが望ましい。一
般に繊維強化樹脂は、繊維軸方向には高強度であ
るが、繊維軸方向から角度が離れるに従い急激に
強度が低下するという性質があるからであり、層
間剥離を効果的に行なうにはステツチ用補強繊維
が最も強度が高くなる状態で配向していることが
望ましいからである。上記限界角度から離れる方
向で、ステツチ用補強繊維が貫通する場合は、よ
り多くの本数のステツチ用補強繊維が層間剥離防
止のために必要となり、このことはニードルによ
る織物基材の補強繊維の損傷機会を増すことにな
つて好ましくない。
ステツチ用補強繊維は、またその特性として
120℃における熱収縮率が２％以下であることが
望ましい。これは、ステツチ用補強繊維の機能
が、前述したように織物基材間の層間剥離防止に
あるので、プリプレグ工程の乾燥工程などのよう
に熱が加えられた場合、ステツチ用補強繊維の極
端な熱収縮によつて、応力が加わることはステツ
チ部破壊を招きやすくなるからである。
また、ステツチ用補強繊維の太さは断面積が
0.01〜0.15mm2であるようにするのがよい。太さが
あまり大きすぎると、ステツチ用補強繊維が積層
織物基材の表面両面に浮き出るため、樹脂との複
合材料とした場合に補強繊維の体積含有率を上げ
ることができないという問題を生ずるからであ
る。反対に、太さがあまり細すぎると、層間剥離
防止のために多くのステツチ数が必要となり、し
たがつてニードルの貫通回数も多くなり、特に炭
素繊維を補強繊維とする場合には折損を受ける機
会が多くなるからである。
ステツチ用補強繊維はマルチフイラメント糸条
から構成されていることが望ましいが、この場合
のヨリ数は、樹脂との複合材料としたときの補強
繊維の体積含有率を大きくするため、できるだけ
少ない数にするのがよい。また、ステツチ用補強
繊維の縫い目は、１糸条のみからなる単環縫いで
も、または上糸を下糸とが相互に絡み合う本縫い
でもよい。好ましくは単環縫いがよい。
また、ステツチ用補強繊維は、第３図の補強基
材のように多数の織物基材を積層して一体化する
場合は、その補強基材を樹脂との複合材料にした
とき、シート面内方向の繊維体積含有率が50〜60
％に相当する程度の厚みに積層体が圧縮された状
態でステツチされるようにするのがよい。ステツ
チ結合による補強基材の圧縮が緩いと、繊維体積
含有率が50〜60％の複合材料にした場合、ステツ
チ用補強繊維がジグザグ状に屈曲し、その結合強
度が弱くなるからである。逆に圧縮しすぎると、
ステツチ部に樹脂が含浸しにくくなり、また型成
形をした場合補強基材のステツチ部と型との間に
間隙ができ、この間隙に樹脂溜りができるという
不都合ができる。
織物基材１，２の補強繊維３，４，５，６が炭
素繊維である場合の問題は、その炭素繊維が曲げ
に対して弱く、脆い特性を有するために、ニード
ルによつてステツチ用補強繊維を貫通させるとき
に、炭素繊維の部分折損を招きやすいということ
である。補強繊維の部分折損は、当然樹脂との複
合材料にしたときに、その複合材料の強度低減に
なることは避けられないことになる。このような
炭素繊維の部分折損をなくしてステツチ用補強繊
維の縫合を可能にするためには、炭素繊維からな
る織物基材が有する織物の目ずれ抵抗度が40〜
600ｇ/cmであるようにするとよい。600ｇ/cmを越
える織物の目ずれ抵抗度にすると、炭素繊維のニ
ードルによる部分折損が顕著になり、また40ｇ/
cmより小さくなりすぎると、織物形成時に繊維糸
条が蛇行するなどして形態が安定しにくくなる。
なお、ここに織物の目ずれ抵抗度とは、
JISL1079―1966C法に準じて測定したものを意味
する。
即ち、第４図Ａに示すように織物基材のタテ
糸、ヨコ糸に沿つて５cm×15cmの試料片を３枚採
取し、かつ一方の端から２cm(a)の位置から幅0.5
cm(b)間の短辺方向の糸を取除き、この部分にJIS
で定めるようなクシ状のピンを差し込み、織物引
張試験機に取付け、10cm/minの一定速度でｃ度
を引張り、ａ部における糸の引抜き最大抵抗力を
測定し、３回の平均値で表わす（整数位まで）。
また、交差する補強繊維同士が互いに90゜の関係
になつていない場合は、第４図Ｂに示すようにタ
テ糸、ヨコ糸に沿つた試料片を採取し、上記に準
じて測定する。
上述のような織物の目ずれ抵抗度を満足させる
ことにより、曲げに脆い炭素繊維を補強繊維とす
る織物基材であつても、炭素繊維の部分折損を招
くことなくステツチ用補強繊維を縫合させること
が可能となる。
なお、ステツチ用補強繊維を縫合するためのニ
ードルは極力断面積が小さく、先端が鋭角で、か
つ平滑面にしたものが望ましい。ニードルとし
て、バーブが表面にジグザグ状に設けられた所謂
フエルト針を用いると、炭素繊維の部分折損の原
因となるので避けるべきである。
上述した本発明による補強基材は、これを成形
型の中に設定して樹脂を含浸し、加熱硬化するこ
とにより疑似等方物性を有し、かつ層間剥離のな
い優れた厚肉の繊維強化樹脂を得ることができ
る。
本発明の補強基材は、シート面内方向に疑似等
方物性が要求されるような繊維強化樹脂板用とし
て特に有用であり、従来の軽量金属合金であるジ
ユラルミンなどとの置き換えが可能である。例え
ば飛行機の主翼のスキン材、あるいはＨ形、Ｉ形
の桁材などとして有効である。
上述したように、本発明の繊維強化樹脂用補強
基材は、補強繊維が織物の長手方向とこの長手方
向に直交する幅方向とに交差して構成される織物
基材と、補強繊維が一方向又は互いに交差する二
方向にバイアスして構成される織物基材とを長手
方向を揃えて積層し、前記補強繊維より破断伸度
の大きいステツチ用補強繊維を前記複数層の織物
基材の厚さ方向に貫通させて一体化させたので、
織物基材全体として面内方向に疑似等方物性が得
られるようになり、しかも織物基材間での層剥離
が起らない繊維強化樹脂を得ることができるよう
になる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施例である繊維強化樹脂用
補強基材を上面側の一部を切り欠いて示す平面
図、第２図は同補強基材を側面を断面にして示す
斜視図、第３図は本発明の他の実施例による補強
基材を一部切り欠いて示す斜視図である。第４図
Ａ，Ｂはそれぞれ織物の目ずれ抵抗度測定のため
の試験片の説明用の平面図である。 １，２…織物基材、３，４，５，６…補強繊
維、７…ステツチ用補強繊維。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ 補強繊維が互いに交錯しながら、長手方向
    と、その長手方向に対して直交する幅方向とに延
    在している第１の織物基材と、補強繊維が互いに
    交錯しながら、長手方向に対して＋30゜〜＋60゜
    の方向と−30゜〜−60゜の方向とに延在している
    第２の織物基材とを長手方向を揃えて重ね合わ
    せ、その重ね合わせ体に前記補強繊維よりも破断
    伸度の大きいステツチ糸を、前記長手方向に、か
    つ前記重ね合わせ体を繰り返し貫通させながら延
    在せしめてなる繊維強化樹脂用補強基材。
JP56136301A 1981-08-31 1981-08-31 繊維強化樹脂用補強基材 Granted JPS5841950A (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP56136301A JPS5841950A (ja) 1981-08-31 1981-08-31 繊維強化樹脂用補強基材
DE8282304486T DE3278463D1 (en) 1981-08-31 1982-08-25 Fiber material for reinforcing plastics
EP82304486A EP0073648B1 (en) 1981-08-31 1982-08-25 Fiber material for reinforcing plastics
US06/765,989 US4622254A (en) 1981-08-31 1985-08-14 Fiber material for reinforcing plastics
US06/911,033 US4786541A (en) 1981-08-31 1986-09-24 Fiber material for reinforcing plastics

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