JP2002227068A - 補強用多軸ステッチ布帛 - Google Patents
補強用多軸ステッチ布帛Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】プリフォームが簡単に作製でき、樹脂含浸性や
均一性に優れ、しかも表面平滑で、しかも安価で機械的
特性に優れるＦＲＰが得られる多軸ステッチ布帛ならび
に成形方法を提供することを提供することを目的とする
ものである。 【解決手段】多数本の強化繊維糸条が並行にシート状に
配列して層構成をなし、前記層の少なくとも２層以上が
交差積層されて積層体をなし、該積層体が融点の異な
る、低融点Ａポリマー糸と高融点Ｂポリマー糸のステッ
チ糸で一体化されていることを特徴とする補強用多軸ス
テッチ布帛。
均一性に優れ、しかも表面平滑で、しかも安価で機械的
特性に優れるＦＲＰが得られる多軸ステッチ布帛ならび
に成形方法を提供することを提供することを目的とする
ものである。 【解決手段】多数本の強化繊維糸条が並行にシート状に
配列して層構成をなし、前記層の少なくとも２層以上が
交差積層されて積層体をなし、該積層体が融点の異な
る、低融点Ａポリマー糸と高融点Ｂポリマー糸のステッ
チ糸で一体化されていることを特徴とする補強用多軸ス
テッチ布帛。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はＦＲＰの補強繊維基
材として使用する多軸ステッチ布帛およびその多軸ステ
ッチ布帛を用いてなるプリフォームならびにＦＲＰの成
形方法に関する。
材として使用する多軸ステッチ布帛およびその多軸ステ
ッチ布帛を用いてなるプリフォームならびにＦＲＰの成
形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】連続補強繊維からなる繊維強化プラスチ
ックは、繊維軸方向の機械的特性には優れるが、繊維軸
から離れるに従い、機械的特性は急激に低下する。この
対策として、たとえば、機械的特性が疑似等方性基材と
なるようの繊維軸方向がＦＲＰ成形体の長さ（０゜）方
向、幅（９０゜）方向や斜め（±α゜）方向となるよう
積層され、成形されている。
ックは、繊維軸方向の機械的特性には優れるが、繊維軸
から離れるに従い、機械的特性は急激に低下する。この
対策として、たとえば、機械的特性が疑似等方性基材と
なるようの繊維軸方向がＦＲＰ成形体の長さ（０゜）方
向、幅（９０゜）方向や斜め（±α゜）方向となるよう
積層され、成形されている。
【０００３】しかしながら、通常の織物を使用すると、
繊維の配列方向は織物の長さ（０゜）方向と幅（９０
゜）方向であるから、斜め（±α゜）方向の補強ができ
なくなる。この対策として、織物を斜め方向に裁断し、
裁断された織物の端部が０゜方向と９０゜方向に配列す
る織物と平行になるように積層し、斜め方向に裁断した
繊維の配列方向が±４５゜になるようにしている。しか
しながら、このような方法では、とくに大型構造体を成
形する場合、織物の裁断や積層に手間が掛かるし、材料
ロスも大きい。また積層の際、（０゜／９０゜）配列織
物と（＋４５゜／−４５゜）配列織物がずれ、正確な繊
維配向が困難となる。
繊維の配列方向は織物の長さ（０゜）方向と幅（９０
゜）方向であるから、斜め（±α゜）方向の補強ができ
なくなる。この対策として、織物を斜め方向に裁断し、
裁断された織物の端部が０゜方向と９０゜方向に配列す
る織物と平行になるように積層し、斜め方向に裁断した
繊維の配列方向が±４５゜になるようにしている。しか
しながら、このような方法では、とくに大型構造体を成
形する場合、織物の裁断や積層に手間が掛かるし、材料
ロスも大きい。また積層の際、（０゜／９０゜）配列織
物と（＋４５゜／−４５゜）配列織物がずれ、正確な繊
維配向が困難となる。
【０００４】一方、上記課題に対して、最近、よこ入れ
トリコット装置で、布帛の長さ方向に対して＋α゜、−
α゜やこれに０゜および／または９０゜方向に、すなわ
ち、２方向以上の多軸の各々の方向で層状に補強繊維が
並行に配列し、これらが積層した状態で、ポリエステル
繊維糸などのステッチで縫合一体化した、いわゆる多軸
ステッチ布帛が注目を浴びている。この布帛は＋α゜、
−α゜、０゜や９０゜配列繊維がステッチ糸で一体とな
っているから、わざわざ裁断によって、所定の方向に配
列するような準備作業が必要なくなり、１枚の布帛で疑
似等方性の特性が得られるので、かつ材料ロスもほとん
ど無く、積層作業が大幅に省力化され、大型構造体を安
価に成形できるという利点はある。また、ステッチ糸の
ステッチ密度を最適化することによって、深絞り賦形が
可能となり、成形のプリフォームを容易に作製すること
もできる利点がある。
トリコット装置で、布帛の長さ方向に対して＋α゜、−
α゜やこれに０゜および／または９０゜方向に、すなわ
ち、２方向以上の多軸の各々の方向で層状に補強繊維が
並行に配列し、これらが積層した状態で、ポリエステル
繊維糸などのステッチで縫合一体化した、いわゆる多軸
ステッチ布帛が注目を浴びている。この布帛は＋α゜、
−α゜、０゜や９０゜配列繊維がステッチ糸で一体とな
っているから、わざわざ裁断によって、所定の方向に配
列するような準備作業が必要なくなり、１枚の布帛で疑
似等方性の特性が得られるので、かつ材料ロスもほとん
ど無く、積層作業が大幅に省力化され、大型構造体を安
価に成形できるという利点はある。また、ステッチ糸の
ステッチ密度を最適化することによって、深絞り賦形が
可能となり、成形のプリフォームを容易に作製すること
もできる利点がある。
【０００５】しかしながら、厚いＦＲＰ成形体を成形す
る場合、多数枚の布帛を積層する必要があるので、やは
り積層や成形型をセットする際、布帛がずれる。また成
形作業の合理化や省力化のため、前もって成形体の形状
に布帛を賦形したプリフォームを作製することも行われ
るが、布帛を雄型と雌型の中に入れ深絞り賦形しても、
脱型すると、強化繊維は剛性が大きいので布帛は元の平
面状態に回復しようとし、正確な形状を保持できないと
いう問題があった。
る場合、多数枚の布帛を積層する必要があるので、やは
り積層や成形型をセットする際、布帛がずれる。また成
形作業の合理化や省力化のため、前もって成形体の形状
に布帛を賦形したプリフォームを作製することも行われ
るが、布帛を雄型と雌型の中に入れ深絞り賦形しても、
脱型すると、強化繊維は剛性が大きいので布帛は元の平
面状態に回復しようとし、正確な形状を保持できないと
いう問題があった。
【０００６】この対策として、硬化剤を入れないエポキ
シ樹脂やフェノール樹脂などの粘着性のある樹脂を有機
溶剤に希釈したタッキファイヤーをスプレーで基材に吹
き付けて基材同志を接着し、プリフォームの形態を安定
させることも行われているが、毛細管現象で表面から強
化繊維糸条の内部に浸透し、成形で樹脂の含浸を阻害す
るし、また付着量のコントロールが困難で、タッキファ
イヤーの付着量は場所により異なり、不均一であり、多
量に付着した箇所ではマトリックス樹脂の硬化不良に繋
がることもあった。
シ樹脂やフェノール樹脂などの粘着性のある樹脂を有機
溶剤に希釈したタッキファイヤーをスプレーで基材に吹
き付けて基材同志を接着し、プリフォームの形態を安定
させることも行われているが、毛細管現象で表面から強
化繊維糸条の内部に浸透し、成形で樹脂の含浸を阻害す
るし、また付着量のコントロールが困難で、タッキファ
イヤーの付着量は場所により異なり、不均一であり、多
量に付着した箇所ではマトリックス樹脂の硬化不良に繋
がることもあった。
【０００７】また、ステッチ布帛は、ステッチ糸によっ
て補強繊維を拘束する布帛構造となっているから、各層
内では補強繊維の拘束部分と補強繊維がまったく存在し
ない部分が存在している。したがって、樹脂が含浸さ
れ、樹脂が硬化すると樹脂が硬化収縮するので、ＦＲＰ
の状態では補強繊維の拘束部部分の厚さ方向の収縮量は
補強繊維が存在するので小さく、補強繊維がまったく存
在しない部分の収縮量が大きくなって、ＦＲＰの表面の
凹凸が大きくなり、表面が平滑なＦＲＰが得られなかっ
た。
て補強繊維を拘束する布帛構造となっているから、各層
内では補強繊維の拘束部分と補強繊維がまったく存在し
ない部分が存在している。したがって、樹脂が含浸さ
れ、樹脂が硬化すると樹脂が硬化収縮するので、ＦＲＰ
の状態では補強繊維の拘束部部分の厚さ方向の収縮量は
補強繊維が存在するので小さく、補強繊維がまったく存
在しない部分の収縮量が大きくなって、ＦＲＰの表面の
凹凸が大きくなり、表面が平滑なＦＲＰが得られなかっ
た。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる従来
技術の背景に鑑み、プリフォームが簡単に作製でき、樹
脂含浸性や均一性に優れ、しかも表面平滑で、しかも安
価なＦＲＰが得られる多軸ステッチ布帛およびその多軸
ステッチ布帛を用いてなるプリフォームならびにＦＲＰ
の成形方法を提供せんとするものである。
技術の背景に鑑み、プリフォームが簡単に作製でき、樹
脂含浸性や均一性に優れ、しかも表面平滑で、しかも安
価なＦＲＰが得られる多軸ステッチ布帛およびその多軸
ステッチ布帛を用いてなるプリフォームならびにＦＲＰ
の成形方法を提供せんとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、かかる課題を
解決するために、次の手段を採用するものである。すな
わち、 （１）多数本の強化繊維糸条が並行にシート状に配列し
て層構成をなし、前記層の少なくとも２層以上が交差積
層されて積層体をなし、該積層体が融点の異なる、低融
点Ａポリマー糸と高融点Ｂポリマー糸のステッチ糸で一
体化されていることを特徴とする補強用多軸ステッチ布
帛。
解決するために、次の手段を採用するものである。すな
わち、 （１）多数本の強化繊維糸条が並行にシート状に配列し
て層構成をなし、前記層の少なくとも２層以上が交差積
層されて積層体をなし、該積層体が融点の異なる、低融
点Ａポリマー糸と高融点Ｂポリマー糸のステッチ糸で一
体化されていることを特徴とする補強用多軸ステッチ布
帛。
【００１０】（２）前記ステッチ糸は、前記Ａポリマー
糸と前記Ｂポリマー糸の引き揃え糸であることを特徴と
する前記（１）に記載の補強用多軸ステッチ布帛。
糸と前記Ｂポリマー糸の引き揃え糸であることを特徴と
する前記（１）に記載の補強用多軸ステッチ布帛。
【００１１】（３）前記ステッチ糸が、前記Ａポリマー
糸と前記Ｂポリマー糸の合撚糸であることを特徴とする
前記（１）に記載の補強用多軸ステッチ布帛。
糸と前記Ｂポリマー糸の合撚糸であることを特徴とする
前記（１）に記載の補強用多軸ステッチ布帛。
【００１２】（４）前記ステッチ糸が、前記Ｂポリマー
糸の周りに前記Ａポリマー糸が捲回されてなる捲回糸で
あることを特徴とする前記（１）請求項１に記載の補強
用多軸ステッチ布帛。
糸の周りに前記Ａポリマー糸が捲回されてなる捲回糸で
あることを特徴とする前記（１）請求項１に記載の補強
用多軸ステッチ布帛。
【００１３】（５）前記交差角度が布帛の長さ方向に対
して＋α゜、−α゜の角度の少なくとも２方向を含むも
のであることを特徴とする前記（１）ないし（３）のい
ずれかに記載の補強用多軸ステッチ布帛。
して＋α゜、−α゜の角度の少なくとも２方向を含むも
のであることを特徴とする前記（１）ないし（３）のい
ずれかに記載の補強用多軸ステッチ布帛。
【００１４】（６）前記角度α゜が４５゜であることを
特徴とする前記（５）に記載の補強用多軸ステッチ布
帛。
特徴とする前記（５）に記載の補強用多軸ステッチ布
帛。
【００１５】（７）前記強化繊維が炭素繊維であること
を特徴とする前記（１）ないし（６）のいずれかに記載
の補強用多軸ステッチ布帛。
を特徴とする前記（１）ないし（６）のいずれかに記載
の補強用多軸ステッチ布帛。
【００１６】（８）前記（１）ないし（７）のいずれか
に記載の補強用多軸ステッチ布帛の少なくとも１枚が積
層され、前記低融点Ａポリマーで接着されてなることを
特徴とするプリフォーム。
に記載の補強用多軸ステッチ布帛の少なくとも１枚が積
層され、前記低融点Ａポリマーで接着されてなることを
特徴とするプリフォーム。
【００１７】（９）前記（８）に記載のプリフォームに
樹脂を含浸し、高融点Ｂポリマー糸の融点以上の温度に
加熱成形することを特徴とするＦＲＰの成形方法。
樹脂を含浸し、高融点Ｂポリマー糸の融点以上の温度に
加熱成形することを特徴とするＦＲＰの成形方法。
【００１８】（１０）前記（８）に記載のプリフォーム
に樹脂を含浸し、低融点Ｂポリマー糸の融点以下の温度
に加熱成形することを特徴とするＦＲＰの成形方法。
に樹脂を含浸し、低融点Ｂポリマー糸の融点以下の温度
に加熱成形することを特徴とするＦＲＰの成形方法。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、図面に示す実施例に基づい
て本発明をさらに詳細に説明する。
て本発明をさらに詳細に説明する。
【００２０】図１は、本発明に係る多軸ステッチ布帛の
一実施例を示す一部切り欠き概略斜視図である。図１に
示すように、布帛１の下面から、まず第一層が長さ方向
イに対して斜め方向に多数本の強化繊維糸条２が並行に
配列して＋α゜層６を構成し、次いで第二層が布帛の幅
方向に多数本の強化繊維糸条３が並行に配列して９０゜
層７を構成し、次いで第三層が斜め方向に多数本の強化
繊維糸条４が並行に配列して−α゜層８を構成し、次い
で第四層が布帛の長さ方向に多数本の強化繊維糸条５が
並行に配列して０゜層９を構成し、互いに配列方向が異
なる第一層〜第四層の４層が積層された状態で、ステッ
チ糸１０でこれら４層が縫合一体化されている。縫合一
体化にあたってのステッチ糸１０が形成する縫い組織と
しては、単環縫い、１／１のトリコット編みなどが挙げ
られる。
一実施例を示す一部切り欠き概略斜視図である。図１に
示すように、布帛１の下面から、まず第一層が長さ方向
イに対して斜め方向に多数本の強化繊維糸条２が並行に
配列して＋α゜層６を構成し、次いで第二層が布帛の幅
方向に多数本の強化繊維糸条３が並行に配列して９０゜
層７を構成し、次いで第三層が斜め方向に多数本の強化
繊維糸条４が並行に配列して−α゜層８を構成し、次い
で第四層が布帛の長さ方向に多数本の強化繊維糸条５が
並行に配列して０゜層９を構成し、互いに配列方向が異
なる第一層〜第四層の４層が積層された状態で、ステッ
チ糸１０でこれら４層が縫合一体化されている。縫合一
体化にあたってのステッチ糸１０が形成する縫い組織と
しては、単環縫い、１／１のトリコット編みなどが挙げ
られる。
【００２１】図２は、図１に示した多軸ステッチ布帛の
Ａ−Ａ´断面の拡大概略図である。−α゜層６、９０゜
層７、＋α゜層８、０゜層９の４層にステッチ糸１０が
形成するトリコット編み組織で一体化されている。な
お、各層の糸条は層内において並行に配列し、これら糸
条に対してランダムにニードルが突き刺さりステッチ糸
が縫い組織を形成する。この時、ステッチ糸の張力によ
りのステッチ糸とステッチ糸の間には、強化繊維１１が
存在せず、大きな空隙部Ｂが形成される。
Ａ−Ａ´断面の拡大概略図である。−α゜層６、９０゜
層７、＋α゜層８、０゜層９の４層にステッチ糸１０が
形成するトリコット編み組織で一体化されている。な
お、各層の糸条は層内において並行に配列し、これら糸
条に対してランダムにニードルが突き刺さりステッチ糸
が縫い組織を形成する。この時、ステッチ糸の張力によ
りのステッチ糸とステッチ糸の間には、強化繊維１１が
存在せず、大きな空隙部Ｂが形成される。
【００２２】図３に従来の図２に示した多軸ステッチ布
帛を使用したＦＲＰ成形体の断面概略図を示したが、ス
テッチ糸１０とステッチ糸１０の間の空隙部Ｂには強化
繊維が存在しないので、多軸ステッチ布帛に含浸された
樹脂が硬化する際、体積収縮し、その箇所の表面は凹
む。また、ステッチ糸１０は強化繊維層の外側に位置す
る部分があるから、成形型に布帛が充填されて成形され
ても、ステッチ糸１０の部分はステッチ糸１０の存在し
ない箇所に比べて凸状態となり、ＦＲＰの表面が凸凹す
る。
帛を使用したＦＲＰ成形体の断面概略図を示したが、ス
テッチ糸１０とステッチ糸１０の間の空隙部Ｂには強化
繊維が存在しないので、多軸ステッチ布帛に含浸された
樹脂が硬化する際、体積収縮し、その箇所の表面は凹
む。また、ステッチ糸１０は強化繊維層の外側に位置す
る部分があるから、成形型に布帛が充填されて成形され
ても、ステッチ糸１０の部分はステッチ糸１０の存在し
ない箇所に比べて凸状態となり、ＦＲＰの表面が凸凹す
る。
【００２３】本発明の多軸ステッチ布帛の布帛構造は、
従来の多軸ステッチ布帛となんら変わりはないが、本発
明ではステッチ糸として、融点の異なる、低融点Ａポリ
マー糸と高融点Ｂポリマー糸からなるステッチ糸で一体
化することを特徴とする。
従来の多軸ステッチ布帛となんら変わりはないが、本発
明ではステッチ糸として、融点の異なる、低融点Ａポリ
マー糸と高融点Ｂポリマー糸からなるステッチ糸で一体
化することを特徴とする。
【００２４】図４は、図１に示した多軸ステッチ布帛を
正面から見た１／１トリコット編み縫い組織のパターン
モデル図を示したものである。
正面から見た１／１トリコット編み縫い組織のパターン
モデル図を示したものである。
【００２５】多数本の低融点Ａポリマー糸からなるステ
ッチ糸１０A と高融点Ｂポリマー糸からなるステッチ糸
１０B が一本交互にジグザグ状に布帛の長さ方向イに配
列し、各ステッチ糸は、ジグザグ形状の頂点部で厚さ方
向に延びて強化繊維層を一体化している。なお、ステッ
チ糸１０A とステッチ糸１０B の配列方法は、とくに限
定するものではないが、ステッチ糸１０B の間隔Ｃがあ
まり大きくなると、プリフォームを作製するためにステ
ッチ糸１０A を溶融させると、賦形形状にもよるが、ス
テッチ糸１０B の間隔Ｃで強化繊維が大きく蛇行し、Ｆ
ＲＰにしたとき、その蛇行部で破壊が始まるので、間隔
Ｃが２０ｍｍ以下となるようにステッチ糸の配列を決め
ることが好ましい。
ッチ糸１０A と高融点Ｂポリマー糸からなるステッチ糸
１０B が一本交互にジグザグ状に布帛の長さ方向イに配
列し、各ステッチ糸は、ジグザグ形状の頂点部で厚さ方
向に延びて強化繊維層を一体化している。なお、ステッ
チ糸１０A とステッチ糸１０B の配列方法は、とくに限
定するものではないが、ステッチ糸１０B の間隔Ｃがあ
まり大きくなると、プリフォームを作製するためにステ
ッチ糸１０A を溶融させると、賦形形状にもよるが、ス
テッチ糸１０B の間隔Ｃで強化繊維が大きく蛇行し、Ｆ
ＲＰにしたとき、その蛇行部で破壊が始まるので、間隔
Ｃが２０ｍｍ以下となるようにステッチ糸の配列を決め
ることが好ましい。
【００２６】なお、必ずしも低融点Ａポリマー糸からな
るステッチ糸１０A と高融点Ｂポリマー糸からなるステ
ッチ糸１０B を別々に使用することが必要ではなく、図
５に示すように低融点Ａポリマー糸１０A と高融点Ｂポ
リマー糸１０B を引き添えた引き揃え糸をステッチ糸と
して使用してもよい。また、図６に示すように低融点Ａ
ポリマー糸１０A と高融点Ｂポリマー糸１０B を合撚し
た合撚糸を用いてもよい。同様に高融点Ｂポリマー糸に
低融点Ａポリマー糸を捲回した捲回糸を用いてもよい
し、また高融点Ｂポリマーを芯とし低融点Ａポリマーを
鞘とした芯鞘複合繊維からなるポリマー糸をステッチ糸
として使用することもできる。引き揃え法、合撚法、捲
回法または芯鞘繊維法はプリフォームを作製するために
低融点Ａポリマー成分を溶融さても間隔Ｃが変わらない
ので、強化繊維が蛇行してＦＲＰの強度を低下させるよ
うなことはない。
るステッチ糸１０A と高融点Ｂポリマー糸からなるステ
ッチ糸１０B を別々に使用することが必要ではなく、図
５に示すように低融点Ａポリマー糸１０A と高融点Ｂポ
リマー糸１０B を引き添えた引き揃え糸をステッチ糸と
して使用してもよい。また、図６に示すように低融点Ａ
ポリマー糸１０A と高融点Ｂポリマー糸１０B を合撚し
た合撚糸を用いてもよい。同様に高融点Ｂポリマー糸に
低融点Ａポリマー糸を捲回した捲回糸を用いてもよい
し、また高融点Ｂポリマーを芯とし低融点Ａポリマーを
鞘とした芯鞘複合繊維からなるポリマー糸をステッチ糸
として使用することもできる。引き揃え法、合撚法、捲
回法または芯鞘繊維法はプリフォームを作製するために
低融点Ａポリマー成分を溶融さても間隔Ｃが変わらない
ので、強化繊維が蛇行してＦＲＰの強度を低下させるよ
うなことはない。
【００２７】本発明に使用する低融点Ａポリマーは、融
点が８０〜２００℃のポリマーが好ましい。融点が８０
℃未満であると、繊維強化プラスチック（以下ＦＲＰと
呼称）に成形した時に、低融点ポリマー部はわずかな面
積、体積ではあるがＦＲＰ成形体が屋外暴露などによる
昇温で低融点ポリマーの部箇所が溶融状態となるので好
ましくない。また、２００℃を越えると、低融点Ａポリ
マーを溶融させ、布帛と布帛を接着させる際、高温にす
ることが必要となり、昇温、降温に要する所用時間が大
きくなり、プリフォーム作製の効率が低下する。
点が８０〜２００℃のポリマーが好ましい。融点が８０
℃未満であると、繊維強化プラスチック（以下ＦＲＰと
呼称）に成形した時に、低融点ポリマー部はわずかな面
積、体積ではあるがＦＲＰ成形体が屋外暴露などによる
昇温で低融点ポリマーの部箇所が溶融状態となるので好
ましくない。また、２００℃を越えると、低融点Ａポリ
マーを溶融させ、布帛と布帛を接着させる際、高温にす
ることが必要となり、昇温、降温に要する所用時間が大
きくなり、プリフォーム作製の効率が低下する。
【００２８】また、本発明に使用する高融点Ｂポリマー
は、融点が１５０〜２８０℃のポリマーが好ましい。
は、融点が１５０〜２８０℃のポリマーが好ましい。
【００２９】なお、高融点Ｂポリマーを低融点Ａポリマ
ーより融点が２０℃以上高く、かつ高融点Ｂポリマーの
融点が１８０℃以下であると、低融点Ａポリマーより布
帛同士の接着を行うことによって、プリフォームを作製
し、このプリフォームに樹脂を含浸し、高融点Ｂポリマ
ー糸の融点以上に加熱成形すると、成形後ステッチ糸が
形成しているステッチ糸の組織が消滅してポリマーの状
態となる。
ーより融点が２０℃以上高く、かつ高融点Ｂポリマーの
融点が１８０℃以下であると、低融点Ａポリマーより布
帛同士の接着を行うことによって、プリフォームを作製
し、このプリフォームに樹脂を含浸し、高融点Ｂポリマ
ー糸の融点以上に加熱成形すると、成形後ステッチ糸が
形成しているステッチ糸の組織が消滅してポリマーの状
態となる。
【００３０】図７に、本発明の成形法によって得られる
ＦＲＰ成形体の断面概略図を示したが、型の加熱と同時
に多軸ステッチ布帛も低融点Ａポリマー糸の融点以上の
温度に加熱されるから、低融点Ａポリマー糸が溶融し、
ＦＲＰ中にポリマー糸が存在していた箇所に低融点ポリ
マー１２が点在するようになる。また、低融点ポリマー
からなるステッチ糸が形成していた縫い組織は、ステッ
チ糸の溶融によって消滅するので、ステッチ糸による強
化繊維の拘束は解かれ、空隙部Ｂの箇所にも強化繊維が
分散し、得られるＦＲＰの表面は平滑となる。
ＦＲＰ成形体の断面概略図を示したが、型の加熱と同時
に多軸ステッチ布帛も低融点Ａポリマー糸の融点以上の
温度に加熱されるから、低融点Ａポリマー糸が溶融し、
ＦＲＰ中にポリマー糸が存在していた箇所に低融点ポリ
マー１２が点在するようになる。また、低融点ポリマー
からなるステッチ糸が形成していた縫い組織は、ステッ
チ糸の溶融によって消滅するので、ステッチ糸による強
化繊維の拘束は解かれ、空隙部Ｂの箇所にも強化繊維が
分散し、得られるＦＲＰの表面は平滑となる。
【００３１】低融点Ａポリマーは溶融しても粘度が高い
ので、強化繊維糸条の表面に付着する程度で、毛細管現
象で強化繊維糸条の内部に浸透し、成形での樹脂含浸を
阻害するようなことはなく、また部分的に多くの接着剤
が付着して、マトリックス樹脂の硬化を阻害するような
ことはない。
ので、強化繊維糸条の表面に付着する程度で、毛細管現
象で強化繊維糸条の内部に浸透し、成形での樹脂含浸を
阻害するようなことはなく、また部分的に多くの接着剤
が付着して、マトリックス樹脂の硬化を阻害するような
ことはない。
【００３２】また、本発明においては必ずしもＢポリマ
ー糸を溶融させる必要はなく、プリフォームに樹脂を含
浸し、Ｂポリマー糸の融点以下に加熱成形するＦＲＰを
成形し、ＦＲＰの中にステッチ糸をポリマー状態にする
ことなく、糸の状態で残してもよい。
ー糸を溶融させる必要はなく、プリフォームに樹脂を含
浸し、Ｂポリマー糸の融点以下に加熱成形するＦＲＰを
成形し、ＦＲＰの中にステッチ糸をポリマー状態にする
ことなく、糸の状態で残してもよい。
【００３３】本発明に用いる低融点Ａポリマーは、通
常、ナイロン、共重合ナイロン、ポリエステル、変成ポ
リエステル、塩化ビニリデン、塩化ビニル、ポリウレタ
ン、ポリプロピレン、ポリウレタンなどから選ばれたも
のである。なかでも低温でポリマーを溶融でき、かつＦ
ＲＰのマトリックス樹脂との接着性が良好な共重合ナイ
ロンが好ましい。
常、ナイロン、共重合ナイロン、ポリエステル、変成ポ
リエステル、塩化ビニリデン、塩化ビニル、ポリウレタ
ン、ポリプロピレン、ポリウレタンなどから選ばれたも
のである。なかでも低温でポリマーを溶融でき、かつＦ
ＲＰのマトリックス樹脂との接着性が良好な共重合ナイ
ロンが好ましい。
【００３４】また、低温でポリマーを溶融でき、マトリ
ックス樹脂との接着性が良好で、吸水率の小さな変成ポ
リエステルが好ましい。
ックス樹脂との接着性が良好で、吸水率の小さな変成ポ
リエステルが好ましい。
【００３５】なお、Ａポリマー糸とＢポリマー糸は、必
ずしも異なるポリマーである必要はなく、同一ポリマー
で融点の異なるポリマーを選択することもできる。
ずしも異なるポリマーである必要はなく、同一ポリマー
で融点の異なるポリマーを選択することもできる。
【００３６】ステッチ糸の太さは、細いとステッチ操作
の際糸切れし、また太いとＦＲＰにした時ステッチ糸が
溶融して形成される低融点ポリマー部分が大きくなり、
塗装の際に色斑などになるので５０〜４００デシテック
スが好ましい。より好ましくは７０〜３００デシテック
スである。なお、引き揃え法、合撚法、捲回法または芯
鞘繊維法でＡポリマーとＢポリマーを併用する場合は、
Ａポリマー糸とＢポリマー糸を合わせた太さである。
の際糸切れし、また太いとＦＲＰにした時ステッチ糸が
溶融して形成される低融点ポリマー部分が大きくなり、
塗装の際に色斑などになるので５０〜４００デシテック
スが好ましい。より好ましくは７０〜３００デシテック
スである。なお、引き揃え法、合撚法、捲回法または芯
鞘繊維法でＡポリマーとＢポリマーを併用する場合は、
Ａポリマー糸とＢポリマー糸を合わせた太さである。
【００３７】本発明に用いるＡポリマー糸の重量は５〜
３０ｇ／ｍ2 が好ましい。５ｇ／ｍ 2 未満であるとプリ
フォーム作製の際の接着が不完全となり、また３０ｇ／
ｍ2を越えると、ＦＲＰにしたとき布帛と布帛、または
布帛とその他の基材間に低融点のポリマー層が形成され
るので、高温雰囲気でポリマー層が破壊の起点となり成
形体の機械的特性が低下するし、また樹脂の含浸が不織
布で阻害されるので好ましくない。
３０ｇ／ｍ2 が好ましい。５ｇ／ｍ 2 未満であるとプリ
フォーム作製の際の接着が不完全となり、また３０ｇ／
ｍ2を越えると、ＦＲＰにしたとき布帛と布帛、または
布帛とその他の基材間に低融点のポリマー層が形成され
るので、高温雰囲気でポリマー層が破壊の起点となり成
形体の機械的特性が低下するし、また樹脂の含浸が不織
布で阻害されるので好ましくない。
【００３８】本発明に使用する強化繊維としては、ガラ
ス繊維、ポリアラミド繊維や炭素繊維が挙げられるが、
なかでも炭素繊維はマトリックス樹脂との接着性が良
く、引張強度や引張弾性率も高いのでＦＲＰ成形体の軽
量化が図られるので好ましく用いられる。
ス繊維、ポリアラミド繊維や炭素繊維が挙げられるが、
なかでも炭素繊維はマトリックス樹脂との接着性が良
く、引張強度や引張弾性率も高いのでＦＲＰ成形体の軽
量化が図られるので好ましく用いられる。
【００３９】本発明に使用する強化繊維の太さは、３，
０００〜５０，０００デシテックス程度である。とく
に、太い強化繊維糸条を用いると、強化繊維が安くなる
ので安価な布帛が得られ好ましい。しかし、一層当たり
の強化繊維の目付が小さいと、層内の糸条と糸条の間に
隙間ができ、ステッチ糸で一体化すると繊維密度が部分
的に不均一となり、成形すると繊維密度が大きなところ
はＦＲＰが厚くなり、また繊維密度が小さなところはＦ
ＲＰが薄くなり、表面が凸凹したＦＲＰとなる。このよ
うに７，０００〜５０，０００デシテックスの太い強化
繊維糸条を用いる場合は、ステッチ糸による一体化加工
前に強化繊維糸条をローラの揺動操作やエアー・ジェッ
ト噴射で薄く拡げると、布帛の全面にわたり強化繊維の
密度が均一となり、表面が平滑なＦＲＰが得られるので
好ましい。
０００〜５０，０００デシテックス程度である。とく
に、太い強化繊維糸条を用いると、強化繊維が安くなる
ので安価な布帛が得られ好ましい。しかし、一層当たり
の強化繊維の目付が小さいと、層内の糸条と糸条の間に
隙間ができ、ステッチ糸で一体化すると繊維密度が部分
的に不均一となり、成形すると繊維密度が大きなところ
はＦＲＰが厚くなり、また繊維密度が小さなところはＦ
ＲＰが薄くなり、表面が凸凹したＦＲＰとなる。このよ
うに７，０００〜５０，０００デシテックスの太い強化
繊維糸条を用いる場合は、ステッチ糸による一体化加工
前に強化繊維糸条をローラの揺動操作やエアー・ジェッ
ト噴射で薄く拡げると、布帛の全面にわたり強化繊維の
密度が均一となり、表面が平滑なＦＲＰが得られるので
好ましい。
【００４０】もともとステッチ糸の役割は、布帛になっ
た状態で繊維配向が乱れないように、また並行に配列し
た多数本の強化繊維糸条がほつれないようにするもので
あり、布帛の層方向にステッチ糸が配列しているとはい
え、層方向に対する補強効果はさほど大きくはない。
た状態で繊維配向が乱れないように、また並行に配列し
た多数本の強化繊維糸条がほつれないようにするもので
あり、布帛の層方向にステッチ糸が配列しているとはい
え、層方向に対する補強効果はさほど大きくはない。
【００４１】なお、図１に示した布帛の強化繊維の構成
は＋α゜層／９０゜層／−α゜層／０゜層の４層構成に
ついて説明したが、これに限定されるものではなく、少
なくとも、布帛の長さ方向に対して−α゜層と＋α゜層
のバイアス（±α゜）の方向に層構成をなしておればよ
い。また、層構成の順番も−α゜／９０゜／＋α゜／０
゜の順番に限定するものではなく、０゜／−α゜／９０
゜／＋α゜や０゜／−α゜／＋α゜／９０゜など適宜設
計することができる。また、−α゜層と＋α゜層のバイ
アス方向のみに強化繊維が配列した布帛にすると、布帛
の長さ方向に引っ張ると簡単に強化繊維の方向がずれ、
布帛の幅方向が狭くなるなど、形態が不安定である。こ
のような時には、たとえば０゜方向やまたは９０゜方向
に細いガラス繊維、炭素繊維やポリアラミド繊維などの
補助糸を２０〜１００ｇ／ｍ2程度配列し、−α゜層、
＋α゜層とステッチ糸で一体化すると形態を安定させる
ことができる。
は＋α゜層／９０゜層／−α゜層／０゜層の４層構成に
ついて説明したが、これに限定されるものではなく、少
なくとも、布帛の長さ方向に対して−α゜層と＋α゜層
のバイアス（±α゜）の方向に層構成をなしておればよ
い。また、層構成の順番も−α゜／９０゜／＋α゜／０
゜の順番に限定するものではなく、０゜／−α゜／９０
゜／＋α゜や０゜／−α゜／＋α゜／９０゜など適宜設
計することができる。また、−α゜層と＋α゜層のバイ
アス方向のみに強化繊維が配列した布帛にすると、布帛
の長さ方向に引っ張ると簡単に強化繊維の方向がずれ、
布帛の幅方向が狭くなるなど、形態が不安定である。こ
のような時には、たとえば０゜方向やまたは９０゜方向
に細いガラス繊維、炭素繊維やポリアラミド繊維などの
補助糸を２０〜１００ｇ／ｍ2程度配列し、−α゜層、
＋α゜層とステッチ糸で一体化すると形態を安定させる
ことができる。
【００４２】なお、バイアス角α゜は、多軸ステッチ布
帛をＦＲＰ成形体の長さ方向に積層し、強化繊維による
剪断補強を効果的に行う観点から４５゜が好ましい。
帛をＦＲＰ成形体の長さ方向に積層し、強化繊維による
剪断補強を効果的に行う観点から４５゜が好ましい。
【００４３】本発明のプリフォームは、本発明の多軸ス
テッチ布帛の積層体を低融点ポリマーで接着させてもよ
いし、必ずしもこれに限定するのものではなく、他の基
材との併用であってもよい。他の基材としては、二方向
の補強繊維織物、一方向の織物や、補強繊維を基材の長
さ方向に並行に配列し、これを二軸メッシュや不織布で
接着させた、いわゆるドライ・トウシートやチョップド
・ストランド・マットやコンティニュアス・スワール・
マットであってもよい。
テッチ布帛の積層体を低融点ポリマーで接着させてもよ
いし、必ずしもこれに限定するのものではなく、他の基
材との併用であってもよい。他の基材としては、二方向
の補強繊維織物、一方向の織物や、補強繊維を基材の長
さ方向に並行に配列し、これを二軸メッシュや不織布で
接着させた、いわゆるドライ・トウシートやチョップド
・ストランド・マットやコンティニュアス・スワール・
マットであってもよい。
【００４４】これら布帛は低融点ポリマーで賦形させた
状態で接着しているから、脱型しても元の平面状態に回
復するようなことはなく、正確に所定の形状ならびに繊
維配向を保ち、成形型に容易にセットすることができ
る。
状態で接着しているから、脱型しても元の平面状態に回
復するようなことはなく、正確に所定の形状ならびに繊
維配向を保ち、成形型に容易にセットすることができ
る。
【００４５】本発明の多軸ステッチ布帛を使用したＦＲ
Ｐは、たとえば次のように成形することができる。
Ｐは、たとえば次のように成形することができる。
【００４６】成形型の雌型に、本発明のプリフォームを
所定の方向に積層し、この上に雄型を乗せ、型の周囲を
パテでシーリングする。次いで、真空ポンプで型内を真
空状態となるよう吸引し、その後樹脂を注入する。次い
で、成形型を高融点ポリマーＢ糸の融点以上になるよう
十分に加熱して、注入した樹脂を硬化させる。成形型を
冷却し、脱型する。
所定の方向に積層し、この上に雄型を乗せ、型の周囲を
パテでシーリングする。次いで、真空ポンプで型内を真
空状態となるよう吸引し、その後樹脂を注入する。次い
で、成形型を高融点ポリマーＢ糸の融点以上になるよう
十分に加熱して、注入した樹脂を硬化させる。成形型を
冷却し、脱型する。
【００４７】なお、上記成形で、高融点ポリマーＢ糸の
融点以下で硬化する樹脂またはポリマーを選択し、ステ
ッチ糸が成形品の中に残存するようにしてもよい。
融点以下で硬化する樹脂またはポリマーを選択し、ステ
ッチ糸が成形品の中に残存するようにしてもよい。
【００４８】
【発明の効果】本発明の補強用多軸ステッチ布帛は低融
点Ａポリマー糸と高融点Ｂポリマー糸でステッチ一体化
されているから、Ａポリマー糸を溶融して布帛同士を接
着することによって、形態の安定したプリフォームを簡
単に製作することができるし、成形してもＢポリマー糸
による強化繊維に対する拘束があるから強化繊維が蛇行
することなく機械的特性に優れたＦＲＰ成形体が得られ
る。また、樹脂を含浸し、高融点Ｂポリマー糸低融点ポ
リマー糸の融点以上に加熱成形することによって表面が
平滑なＦＲＰ成形体も得られる。
点Ａポリマー糸と高融点Ｂポリマー糸でステッチ一体化
されているから、Ａポリマー糸を溶融して布帛同士を接
着することによって、形態の安定したプリフォームを簡
単に製作することができるし、成形してもＢポリマー糸
による強化繊維に対する拘束があるから強化繊維が蛇行
することなく機械的特性に優れたＦＲＰ成形体が得られ
る。また、樹脂を含浸し、高融点Ｂポリマー糸低融点ポ
リマー糸の融点以上に加熱成形することによって表面が
平滑なＦＲＰ成形体も得られる。
【図１】本発明に係る多軸ステッチ布帛の一実施例を示
す一部切り欠き概略斜視図である。
す一部切り欠き概略斜視図である。
【図２】図１の多軸ステッチ布帛のＡ−Ａ´断面拡大概
略図である。
略図である。
【図３】従来の多軸ステッチ布帛のＦＲＰ成形体の断面
概略図である。
概略図である。
【図４】１／１トリコット組織の正面図である。
【図５】本発明の多軸ステッチ布帛の他の実施例を示す
断面概略図である。
断面概略図である。
【図６】本発明の多軸ステッチ布帛のさらに他の実施例
を示す断面概略図である。
を示す断面概略図である。
【図７】本発明の多軸ステッチ布帛のＦＲＰ成形体の一
例を示す断面概略図である。
例を示す断面概略図である。
１：多軸ステッチ布帛 ２：＋α゜層の強化繊維糸条 ３：９０゜層の強化繊維糸条 ４：−α゜層の強化繊維糸条 ５：０゜層の強化繊維糸条 ６：布帛を形成する＋α゜の強化繊維層 ７：布帛を形成する９０゜の強化繊維層 ８：布帛を形成する−α゜の強化繊維層 ９：布帛を形成する０゜の強化繊維層 １０：ステッチ糸 １０A ：低融点Ａポリマー糸 １０B ：高融点Ｂポリマー糸 １１：強化繊維 １２：低融点ポリマー イ：布帛の長手方向 Ａ−Ａ´：断面の基準線 Ｂ：空隙部 Ｃ：高融点Ｂポリマー糸の間隔
Claims (10)
- 【請求項１】多数本の強化繊維糸条が並行にシート状に
配列して層構成をなし、前記層の少なくとも２層以上が
交差積層されて積層体をなし、該積層体が融点の異な
る、低融点Ａポリマー糸と高融点Ｂポリマー糸のステッ
チ糸で一体化されていることを特徴とする補強用多軸ス
テッチ布帛。 - 【請求項２】前記ステッチ糸は、前記Ａポリマー糸と前
記Ｂポリマー糸の引き揃え糸であることを特徴とする請
求項１に記載の補強用多軸ステッチ布帛。 - 【請求項３】前記ステッチ糸が、前記Ａポリマー糸と前
記Ｂポリマー糸の合撚糸であることを特徴とする請求項
１に記載の補強用多軸ステッチ布帛。 - 【請求項４】前記ステッチ糸が、前記Ｂポリマー糸の周
りに前記Ａポリマー糸が捲回されてなる捲回糸であるこ
とを特徴とする請求項１に記載の補強用多軸ステッチ布
帛。 - 【請求項５】前記交差角度が布帛の長さ方向に対して＋
α゜、−α゜の角度の少なくとも２方向を含むものであ
ることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載
の補強用多軸ステッチ布帛。 - 【請求項６】前記角度α゜が４５゜であることを特徴と
する請求項５に記載の補強用多軸ステッチ布帛。 - 【請求項７】前記強化繊維が炭素繊維であることを特徴
とする請求項１ないし６のいずれかに記載の補強用多軸
ステッチ布帛。 - 【請求項８】請求項１ないし７のいずれかに記載の補強
用多軸ステッチ布帛の少なくとも１枚が積層され、前記
低融点Ａポリマーで接着されてなることを特徴とするプ
リフォーム。 - 【請求項９】請求項８に記載のプリフォームに樹脂を含
浸し、高融点Ｂポリマー糸の融点以上の温度に加熱成形
することを特徴とするＦＲＰの成形方法。 - 【請求項１０】請求項８に記載のプリフォームに樹脂を
含浸し、低融点Ｂポリマー糸の融点以下の温度に加熱成
形することを特徴とするＦＲＰの成形方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001020032A JP4560965B2 (ja) | 2001-01-29 | 2001-01-29 | 補強用多軸ステッチ布帛 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001020032A JP4560965B2 (ja) | 2001-01-29 | 2001-01-29 | 補強用多軸ステッチ布帛 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002227068A true JP2002227068A (ja) | 2002-08-14 |
| JP2002227068A5 JP2002227068A5 (ja) | 2008-03-13 |
| JP4560965B2 JP4560965B2 (ja) | 2010-10-13 |
Family
ID=18885809
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001020032A Expired - Fee Related JP4560965B2 (ja) | 2001-01-29 | 2001-01-29 | 補強用多軸ステッチ布帛 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4560965B2 (ja) |
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-
2001
- 2001-01-29 JP JP2001020032A patent/JP4560965B2/ja not_active Expired - Fee Related
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