CN108431314B - 用于纤维强化复合材料的织物和纤维强化复合材料 - Google Patents

Abstract

作为纤维强化复合材料的强化基材使用的层叠织物，是通过将具有经纱和纬纱的织物层叠起来而构成的。经纱在经纱的纱线纵长方向的一端部附近具备：在纱线纵长方向上纱线的粗细缓缓变化的粗细渐变部。

Description

用于纤维强化复合材料的织物和纤维强化复合材料

技术领域

本发明涉及将具有经纱和纬纱的织物作为强化基材而使用的用于纤维强化复合材料的织物、和以织物作为强化基材而使用的纤维强化复合材料。

背景技术

纤维强化复合材料被广泛使用，作为轻型的构造材料。纤维强化复合材料通过在由织物构成的强化基材含浸基体树脂而构成。纤维强化复合材料作为火箭、航空器、汽车、船舶以及建筑物的构造材料而使用。一些纤维强化复合材料与使用的形状匹配地使厚度变化。纤维强化复合材料沿着强化基材的形状而含浸有基体树脂。因此，强化基材的厚度与纤维强化复合材料的厚度的变化匹配地变化。

作为这样的强化基材，例如可举出专利文献1所公开的纤维层叠体。如图6所示，纤维层叠体80是将多个片状加强纤维81层叠而构成的。纤维层叠体80具有基底82、中间部83以及表层部84。基底82层叠有多个片状加强纤维81而具有均匀的厚度。在中间部83处，多个片状加强纤维81以使各片状加强纤维81的端部以台阶状错开的方式层叠。表层部84覆盖基底82和中间部83的整个表面。纤维层叠体80的厚度通过在中间部83处使各片状加强纤维81的端部错开，从而缓缓地变化。

然而，若如专利文献1那样为了使强化基材的厚度缓缓变化而使各纤维层的端部错开地层叠多个纤维层，则对于厚度发生变化的部分而言，在厚度方向上形成了重叠的纤维层的数量有所不同，因此，成为阶梯状。因此，在使纤维层叠体中含浸了基体树脂而得到的纤维强化复合材料中，在台阶状的部分即纤维层的端部，附近仅存在基体树脂而形成。这样的树脂丰富的部分使纤维强化复合材料的强度降低。

专利文献1:日本实开平4-530号公报

发明内容

本发明的目的在于提供厚度连续地变化的部分的强度不易降低的织物和纤维强化复合材料。

为了解决上述问题点，根据本发明的第一方式，提供将具有经纱和纬纱的织物作为强化基材而使用的用于纤维强化复合材料的织物。对于用于纤维强化复合材料的织物而言，经纱和纬纱中的至少一者具备：在纱线纵长方向上纱线的粗细缓缓变化的粗细渐变部。

为了解决上述问题点，根据本发明的第二方式，提供使具有经纱和纬纱的织物制的强化基材中含浸了基体树脂而得到的纤维强化复合材料。纤维强化复合材料使用上述的用于纤维强化复合材料的织物。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施方式的纤维强化复合材料的侧剖视图。

图2是表示第一实施方式的织物的立体图。

图3是表示第一实施方式的织物的俯视图。

图4是表示本发明的第二实施方式的纤维强化复合材料的立体图。

图5是表示第二实施方式的织物的俯视图。

图6是表示背景技术的剖视图。

具体实施方式

(第一实施方式)

以下，根据图1～图3对将本发明的用于纤维强化复合材料的织物和纤维强化复合材料具体化的第一实施方式进行说明。

如图1所示，纤维强化复合材料10是使作为强化基材的层叠织物11含浸了基体树脂Ma而形成的。层叠织物11是将三张织物20层叠起来而构成的。

如图2或者图3所示，各织物20是将多个经纱21和多个纬纱31组合而得到的物品，俯视为四边形状。经纱21和纬纱31是纺出不连续纤维11a而形成的。经纱21和纬纱31是碳纤维制品，但也可以是玻璃纤维制品、树脂纤维制品。

多个经纱21在织物20的第一方向X上排列。多个经纱21彼此平行。经纱21的纱线纵长方向与同第一方向X正交的第二方向Y一致。织物20具备：使经纱21的纱线纵长方向的一端部对齐而构成的第一边缘部20a。织物20具备：使经纱21的纱线纵长方向的另一端部对齐而构成的第二边缘部20b。织物20具备：使纬纱31的纱线纵长方向的一端部对齐而构成的第三边缘部20c。织物20具备：使纬纱31的纱线纵长方向的另一端部对齐而构成的第四边缘部20d。

经纱21在纱线纵长方向的一端部附近具备粗细渐变部22。粗细渐变部22的长度根据纤维强化复合材料10的厚度渐变部12的长度来设定。粗细渐变部22在纱线纵长方向上随着从一端部趋向另一端部而缓缓变粗。另外，经纱21具备：无论纱线纵长方向的位置如何粗细均恒定的基准部23。基准部23具有经纱21的基准粗细，基准部23比粗细渐变部22粗。因此，经纱21的粗细在粗细渐变部22处在纱线纵长方向上随着从一端部趋向另一端部而缓缓变大，而在基准部23中为恒定。

经纱21使用未图示的特殊纱线制造装置，由不连续纤维11a制的纤维束制造。纤维束是将不连续纤维11a汇总为恒定的粗细的材料。特殊纱线制造装置基本上与环锭纺纱机同样构成。特殊纱线制造装置具备前辊和后辊。前辊和后辊分别被不同的可变速马达驱动。通过改变前辊和后辊的圆周速度，从而获得所希望的牵伸倍率。

在从纤维束纺出经纱21而卷绕于线轴时，制造粗细渐变部22。此时，通过使后辊的圆周速度成为恒定，相比后辊的圆周速度，使前辊的圆周速度连续地加速，从而使通过了前辊的经纱21相比于通过了后辊的时刻缓缓变细。

这样，以使越靠纺出方向的下游侧则纺出的纱线越缓缓变细的方式将纤维束的不连续纤维11a拉长。由此，经纱21缓缓变细，制造粗细渐变部22。另外，越靠纺出方向的上游侧则纤维束的牵伸倍率越低，因此经纱21的粗细接近拉长前的纤维束的粗细。在形成了粗细渐变部22之后，使前辊的圆周速度与后辊相同，使牵伸比恒定，从而可制造粗细恒定的基准部23。

无论纱线纵长方向的位置如何，纬纱31的粗细均为恒定，并且比经纱21细。织物20是，将经纱21与纬纱31平纹编织而彼此结合，从而构成一张纤维层。在织物20中，在第一方向X上排列的经纱21彼此的间隔恒定，在第二方向Y上排列的纬纱31彼此的间隔恒定。

各织物20具备：倾斜部24和平坦部25。倾斜部24与平坦部25在第二方向Y上连续。倾斜部24的厚度在第二方向Y上随着从第一边缘部20a趋向第二边缘部20b而连续平顺地变大。另一方面，无论在第一方向X上的位置如何，平坦部25的厚度均为恒定。倾斜部24是通过编织经纱21的粗细渐变部22与纬纱31而构成的。倾斜部24是通过在第二方向Y上使粗细渐变部22的粗细缓缓变化而形成的。因此，在倾斜部24处，不连续纤维11a的量在第二方向Y上随着从第一边缘部20a趋向第二边缘部20b而增加。另一方面，倾斜部24的厚度在第一方向X上不发生变化。由此，在倾斜部24处，无论在第一方向X上的位置如何，不连续纤维11a的量均为恒定。

平坦部25在织物20中是通过编织经纱21的基准部23与纬纱31而构成的。无论在第一方向X上和在第二方向Y上的位置如何，平坦部25的厚度均为恒定。因此，在平坦部25中，无论在第一方向X上和在第二方向Y上的位置如何，不连续纤维11a的量也均为恒定。

层叠织物11是通过将三张织物20在使各织物20的第一边缘部20a彼此、第二边缘部20b彼此、第三边缘部20c彼此、以及第四边缘部20d彼此分别对齐的状态下使三张织物20沿各织物20的厚度方向层叠起来而构成的。层叠织物11具备：层叠有倾斜部24的部位、和层叠有平坦部25的部位。

纤维强化复合材料10是通过使制造出的层叠织物11中含浸了热固化性的基体树脂Ma并进行了固化而制造的。基体树脂Ma的含浸和固化通过RTM(树脂传递模塑ResinTransfer Molding)法来进行。

图1所示，纤维强化复合材料10具备：与层叠织物11的倾斜部24对应的厚度渐变部12、和与平坦部25对应的主体部13。层叠织物11通过将三张织物20层叠并进行按压，从而被赋形为所希望的形状。

与倾斜部24相同，厚度渐变部12的厚度为在第二方向Y上随着从第一边缘部20a趋向第二边缘部20b而缓缓变大。因此，与在第二方向Y上厚度渐变部12的厚度变大相对应，经纱21缓缓变粗。因此，在厚度渐变部12处，与随着趋向第二方向Y而厚度变大相匹配，不连续纤维11a的量也有所增加。

厚度渐变部12的厚度在第一方向X上没有变化。因此，与在第一方向X上厚度渐变部12的厚度没有变化对应，在第一方向X上并列设置的多个经纱21的粗细相同。另外，无论在第一方向X上的位置如何，纬纱31的粗细也均相同。与平坦部25相同，无论在第一方向X上和在第二方向Y上的位置如何，主体部13的厚度均为恒定，不连续纤维11a的量也恒定。

接下来，记载纤维强化复合材料10和层叠织物11的作用。

层叠织物11的倾斜部24和纤维强化复合材料10的厚度渐变部12由使各织物20的经纱21的粗细缓缓形成了变化的粗细渐变部22形成。换句话说，没有为了使倾斜部24和厚度渐变部12的各厚度缓缓变化，而将层叠的多个织物20的各端部错开。

因此，根据第一实施方式，能够获得以下那样的效果。

(1)织物20的倾斜部24是由使经纱21的粗细缓缓地形成了变化的粗细渐变部22形成的。因此，在将层叠了多个织物20而成的层叠织物11作为强化基材使用的纤维强化复合材料10中，不需要为了使厚度渐变部12的厚度缓缓变化，而使层叠的多个织物20的各端部错开。因此，在各织物20的端部附近不易形成仅有基体树脂Ma存在的树脂丰富的部分。因此，纤维强化复合材料10的厚度渐变部12的强度不易降低。

(2)层叠织物11是通过层叠多个织物20而构成的。厚度渐变部12是通过将编织出粗细渐变部22的部分层叠起来而构成的。因此，通过调节层叠的织物20的数量，从而能够调节厚度渐变部12的厚度。

(3)织物20是通过编织经纱21与纬纱31而形成的。经纱21具备粗细渐变部22。粗细渐变部22在第二方向Y上随着从第一边缘部20a趋向第二边缘部20b而变粗。因此，能够随着从第一边缘部20a趋向第二边缘部20b，提高纤维强化复合材料10的强度。

(4)通过利用特殊纱线制造装置，在从不连续纤维11a的纤维束纺出经纱21之时便连续地调节牵伸倍率，来制造经纱21的粗细渐变部22。因此，能够简单地制造粗细徐变的经纱21。

(第二实施方式)

接下来，根据图4～图5对将用于纤维强化复合材料的织物和纤维强化复合材料具体化的第二实施方式进行说明。在第二实施方式中，针对与第一实施方式的结构相同的部分省略其详细的说明。

如图4所示，第二实施方式的纤维强化复合材料40，是使作为强化基材的层叠织物41中含浸了基体树脂Ma而形成的。层叠织物41层叠二张织物50而构成。

如图5所示，各织物50是将多个经纱21与多个纬纱31组合而得到的。经纱21具备粗细渐变部22。纬纱31也具备粗细渐变部32。织物50将经纱21与纬纱31平纹编织而彼此结合，从而构成一张纤维层。在织物50中，在第一方向X上排列的经纱21彼此的间隔恒定，在第二方向Y上排列的纬纱31彼此的间隔恒定。织物50在经纱21的纱线纵长方向的一端部所处的边缘部处具备第一边缘部50a。织物50在经纱21的纱线纵长方向的另一端部所处的边缘部处具备第二边缘部50b。织物20在纬纱31的纱线纵长方向的一端部所处的边缘部处具备第三边缘部50c。织物50在纬纱31的纱线纵长方向的另一端部所处的边缘部处具备第四边缘部50d。

如图4所示，各织物50整体倾斜。因此，织物50整体为倾斜部。织物50的厚度在第二方向Y上随着从第一边缘部50a趋向第二边缘部50b而连续地变大，并且在第一方向X上随着从第三边缘部50c趋向第四边缘部50d而连续地变大。

层叠织物41，是在在使各织物50的第一边缘部50a彼此、第二边缘部50b彼此、第三边缘部50c彼此以及第四边缘部50d彼此分别对齐的状态下，沿各织物50的厚度方向将二张织物50层叠起来而构成的。层叠织物41的厚度在第一方向X和第二方向Y上因粗细渐变部22、32的粗细缓缓变化而缓缓地形成变化。因此，在层叠织物41中，不连续纤维11a的量在第一方向X和第二方向Y上形成变化。

纤维强化复合材料40是使制造出的层叠织物41中含浸了热固化性的基体树脂Ma并进行固化而制造的。基体树脂Ma的含浸和固化通过RTM(树脂传递模塑)法来进行。

纤维强化复合材料40将整体倾斜了的层叠织物41作为强化基材而使用。因此，纤维强化复合材料40整体为厚度渐变部。纤维强化复合材料40的厚度在第一方向X上随着从第三边缘部50c趋向第四边缘部50d而缓缓变大。另外，纤维强化复合材料40的厚度在第二方向Y上随着从第一边缘部50a趋向第二边缘部50b而缓缓变大。因此，在第一方向X和第二方向Y上，与纤维强化复合材料40的厚度变大对应地，经纱21和纬纱31缓缓变粗。在纤维强化复合材料40中，与随着趋向第一方向X和第二方向Y，厚度变大相匹配地，不连续纤维11a的量也增加。

因此，根据第二实施方式，除了第一实施方式所记载的效果之外还能够获得以下的效果。

(5)织物50是编织经纱21与纬纱31而形成的。经纱21具备粗细渐变部22，纬纱31也具备粗细渐变部32。因此，层叠织物41和纤维强化复合材料40的厚度在第一方向X和第二方向Y上缓缓变化。因此，能够在第一方向X和第二方向Y这两个方向上随着趋向厚度变大的方向而提高纤维强化复合材料40的强度。

上述各实施方式也可以如以下那样变更。

在各实施方式中，层叠的织物20、50的数量也可以与纤维强化复合材料10、40所要求的厚度匹配而适当地变更。另外，也可以在层叠的织物中混合经纱、纬纱不具有粗细渐变部的织物。

在各实施方式中，纤维强化复合材料10、40也可以仅使用一张织物20、50来作为强化基材。

在各实施方式中，由不连续纤维11a制造出经纱21和纬纱31，但也可以由连续纤维来制造经纱21和纬纱31。该情况下，也可以将切断了连续纤维的纤维片贴附于连续纤维而形成粗细渐变部22、32。

在第二实施方式中，纬纱31进入在第一方向X上邻接的经纱21之间，但也可以仅使纬纱31的进入到邻接的经纱21之间的部分变细而经纱21彼此的间隔在第一方向X上未扩张。

在各实施方式中，强化基材是层叠了多个织物20、50得到的层叠织物11、41，但也可以是将使经纱21并列得到的多个经纱纤维层、与使纬纱31并列得到的多个纬纱纤维层同时编织起来的多层编织。

在各实施方式中，层叠织物11、41是将多个织物20、50层叠而形成的，但也可以是通过结合纱线将多个层叠织物11、41沿厚度方向结合起来而形成的。

在第二实施方式中，也可以经纱21不仅具备粗细渐变部22还具备基准部23，并且纬纱31不仅具备粗细渐变部32还具备基准部。该情况下，第二实施方式的织物50也可以具备倾斜部和平坦部双方。

经纱21和纬纱31的粗细渐变部22、32的位置不局限于经纱21和纬纱31的纱线纵长方向的一端部附近。也可以与厚度渐变部12在纤维强化复合材料10、40中的位置相匹配地，改变粗细渐变部22、32的位置。

在第一实施方式中，经纱21具备粗细渐变部22，但也可以纬纱31具备粗细渐变部，经纱21的粗细为恒定。

也可以使设置于经纱21和纬纱31中的至少一者的粗细渐变部成为粗节(节)状，相比基准部而成为较粗部位。而且，也可以用粗细渐变部编织欲使厚度大于其他部位的部位来增大织物的厚度。该情况下，通过控制粗细渐变部的配置方式、粗细，能够不增加层叠的纤维层的数量就能控制织物的厚度。

织物20、50的编织方法除了平纹编织以外，也可以为斜纹编织、缎纹编织。

Claims (4)

1.一种纤维强化复合材料，其将具有经纱和纬纱的织物作为强化基材使用，所述纤维强化复合材料的特征在于，

所述织物的位于所述纤维强化复合材料的厚度渐变部处的所述经纱和所述纬纱中的至少一者具备：在纱线纵长方向上纱线的粗细对应于所述厚度渐变部的厚度地缓缓变化的粗细渐变部，

具备所述粗细渐变部的纱线是不连续纤维制品。

2.根据权利要求1所述的纤维强化复合材料，其特征在于，

所述强化基材是将多个织物沿各织物的厚度方向层叠起来而构成的。

3.根据权利要求1或2所述的纤维强化复合材料，其特征在于，

所述经纱或者所述纬纱具有所述粗细渐变部。

4.根据权利要求1或2所述的纤维强化复合材料，其特征在于，

所述经纱和所述纬纱具有所述粗细渐变部。

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