JP2005313346A

JP2005313346A - 繊維強化樹脂複合材料の製造方法および多重織物

Info

Publication number: JP2005313346A
Application number: JP2004131072A
Authority: JP
Inventors: Juichi Takeda; 重一武田; Hisao Koba; 久雄木場; Tamiko Yasuda; 多美子安田; Toshiyuki Ito; 稔之伊藤
Original assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 2004-04-27
Filing date: 2004-04-27
Publication date: 2005-11-10

Abstract

【課題】高織物目付でありながらマトリックス樹脂の含浸性がよい多重織物を用いることにより、優れた機械的強度を有するＣＦＲＰを煩雑な作業を行うことなく得る方法を提供する。
【解決手段】多重織物を構成する複数枚の一重織物が、互いに接結複合されて多層に配置されており、互いに対向する一方の一重織物の少なくとも一部の経糸または緯糸と、他方の一重織物の少なくとも一部の緯糸または経糸とが交錯することによって一体に保持されている多重織物を繊維強化樹脂複合材料の製造に用いる。さらにこの多重織物を成形型内に配置し、成形型内でマトリックス樹脂を多重織物に含浸し、マトリックス樹脂を硬化する繊維強化樹脂複合材料の製造方法を採用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、多重織物を用いたレジンインジェクションモールディング（以下、ＲＩＭという）等の繊維強化樹脂複合材料（以下、ＦＲＰという。）の製造方法に関する。

ＦＲＰの製造に、一重織物を接結複合して多層に構成した多重織物を用いることが提案されている（例えば特許文献１〜３参照）。
しかし、従来の多重織物では、高目付になるにつれてドレープ性とマトリックス樹脂の含浸性が悪くなる傾向があった。
特開昭５６−５８０２４号公報特開昭６１−１０２４５２号公報特開平３−１８２８９７号公報

本発明は、ＲＩＭに好適な高目付でありながら、マトリックス樹脂の含浸性がよい多重織物を用いることにより、煩雑な作業を行うことなしに、優れた機械的強度を有するＦＲＰをＲＩＭで製造する方法を提供する。

本発明の要旨は、構成する複数枚の一重織物が、互いに接結複合されて多層に配置されており、互いに対向する一方の一重織物の少なくとも一部の経糸または緯糸と、他方の一重織物の少なくとも一部の緯糸または経糸とが交錯することによって一体に保持されている多重織物を成形型内に配置し、成形型内で多重織物にマトリックス樹脂を含浸し、マトリックス樹脂を硬化する繊維強化樹脂複合材料の製造方法にある。

本発明のＦＲＰの製造方法は、強化繊維間の空隙を適度に有する、ドレープ性やマトリックス樹脂の含浸性が良好な多重織物を用いるので、これまでと比較してＲＩＭ等での成形時の作業効率を向上できる。また、この方法で得られるＦＲＰは、一重織物を用いて製造した同程度の目付を有するＦＲＰに比べ機械的強度に優れている。

（多重織物）
本発明で用いる多重織物を構成する強化繊維は特に限定されるものではない。例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等が挙げられる。中でも、ＰＡＮ系炭素繊維やピッチ系炭素繊維は、比強度および比弾性率が他の強化繊維と比較しても非常に優れた繊維であるので、特に好適に用いることができる。

次に、本発明で用いる多重織物を、図１および図２を用いて説明する。
図１は、本発明で用いる多重織物を緯糸に沿って経糸を切断したときの断面図である。この多重織物は、経糸１１と緯糸１２からなる平織の一重織物と経糸２１と緯糸２２とからなる平織の一重織物とが、互いに接結複合されて多層に配置され、緯糸１２と経糸２１ａおよび経糸１１ｂが互いに交錯しており、この交錯により２枚の平織の一重織物が一体に保持されて多重織物となっている。

図２は、本発明に用いる多重織物の別の例の、多重織物を緯糸に沿って経を切断したときの断面図である。この多重織物は、経糸３１と緯糸３２からなる綾織の一重織物と経糸４１と緯糸４２とからなる綾織の一重織物とが互いに接結複合されて多層に配置され、緯糸３２と、経糸４１ａおよび４１ｂとが互いに交錯しており、この交錯により２枚の綾織の一重織物が一体に保持されて多重織物となっている。

本発明で用いる多重織物は、互いに対向する一方の一重織物の経糸または緯糸全部が、他方の一重織物の緯糸または経糸と交錯していてもよく、一方の一重織物の経糸または緯糸の一部のみが他方の一重織物の緯糸または経糸交錯してもよい。

本発明で用いる多重織物は、その総目付が６００ｇ／ｍ^２であって、多重織物の上下の最外層を構成する一重織物の織物目付が２５０ｇ／ｍ^２以上であることが好ましい。

一重の強化繊維織物は、それを構成する強化繊維の密度（打ち込み本数）を増加することにより、その目付が大きくなり、目ずれが起こりにくいしっかりした構成となる。しかし、その反面、織物としての風合いが硬くなって、ドレープ性に欠け、マトリックス樹脂の含浸性が悪く、強化繊維の織物の厚み方向の屈曲が多い強化繊維織物となるため、ＦＲＰとしたときの機械的物性が低くなる傾向にある。
また、７００ｇ/ｍ^２以上の織物目付を有する一重織物は、製織時に強化繊維が密に詰まりすぎるため、製織が困難であり、それらを得ること自体難しい。

一方、多重織物は、それを構成する一重織物一枚当たりの織物目付を低く抑えることができる。例えば、二重織物であれば総目付の１/２に、三重織物であれば総目付の１/３にすることで、強化繊維の密度を小さくした上で、多重織物の厚みを、同じ目付を有する一重織物より厚くすることが可能である。

しかし、単に厚みが厚くなるだけだと、マトリックス樹脂の含浸性は悪くなる傾向がある。
そこで、本発明では、多重織物の総目付を６００ｇ／ｍ^２とし、多重織物の上下の最外層を構成する一重織物の織物目付を２５０ｇ／ｍ^２とすることで、ドレープ性およびマトリックス樹脂の含浸性がよく、ＦＲＰとしたときに機械的物性がより発現しやすい強化繊維織物となることをみいだしたのである。

例えば、図１に示した多重織物では、一重の平織物一枚当たりの織物目付を３１５ｇ／ｍ^２とし、多重織物の総目付を６３０ｇ／ｍ^２にすることで、同程度の織物目付を有する一重織物に比べ、繊維空隙が大きくなって、ドレープ性があり、マトリックス樹脂の含浸性も良好な多重織物とすることができる。
また、図２の多重織物では、一重の綾織物一枚当たりの織物目付を４７０ｇ／ｍ^２とし、多重織物の総目付を９４０ｇ／ｍ^２にすることで、同程度の織物目付を有する一重織物に比べ、繊維空隙が大きくすることができ、総目付が９４０ｇ／ｍ^２と高いにもかかわらず、良好なドレープ性が得られ、マトリックス樹脂の含浸性も良好である。

多重織物の上下の最外層を構成する一重織物の織物目付のさらに好ましい値は、その多重織物を構成する上下の最外層の一重織物の織組織によって異なる。
最外層の一重織物が平織の場合、織物目付を２５０ｇ／ｍ^２以下とすると、経糸と緯糸の拘束が少なくなり強化繊維織物の取り扱い性が悪くなることがある。逆に、織物目付を３５０ｇ／ｍ^２以上とすると、ドレープ性およびマトリックス樹脂の含浸性が悪くなる場合がある。よって、構成する多重織物を構成する上下の最外層の平織の一重織物は、２５０〜３５０ｇ／ｍ^２がより好ましく、中でも３００〜３２０ｇ／ｍ^２であることがさらに好ましい。
また、綾織の場合、織物目付を３５０ｇ／ｍ^２以下とすると、経糸と緯糸の拘束が少なくなり強化繊維織物の取り扱い性が悪くなることがある。逆に、織物目付を５００ｇ／ｍ^２以上とすると、ドレープ性およびマトリックス樹脂の含浸性が悪くなる場合もある。よって、上下の最外層を構成する綾二重織物を構成する上下の最外層の綾織の一重織物は、３５０〜５００ｇ／ｍ^２がより好ましく、中でも４２０〜４７０ｇ／ｍ^２であることがさらに好ましい。

多重織物を構成する各一重織物の織物目付は、必ずしもすべて同じにする必要はない。上下の最外層が好適な織物目付で形成されていれば、中間層の目付は、上述した範囲を外れる値であっても問題ない。

本発明で用いる多重織物で、互いに対向する一方の一重織物の少なくとも一部の経糸または緯糸と、他方の一重織物の少なくとも一部の緯糸または経糸とを交錯させる際の接結点の数は、織組織の一循環組織あたり１箇所以下であることが好ましい。接結点を織組織の一循環組織あたり１箇所以下として、極力接結点を少なくすることで、多重織物のドレープ性を良好に保つことができる。

また、本発明で用いる多重織物には、その構成する複数枚の一重織物の間に、一重織物以外の織組織を有さない強化繊維の層を含んでいてもよい。織組織を有さない強化繊維の層を有することで、多重織物のマトリックス樹脂の含浸性がより向上し、機械的物性の高いＦＲＰが得られる。ここで、織組織を有しない強化繊維の層とは、例えば、一重織物の経糸に平行に引き揃えられた強化繊維の層や一重織物の緯糸に平行に引きそろえ得られた層である。また、織組織を有しない強化繊維の層の少なくとも一部の強化繊維が、一重織物の緯糸または経糸と交錯していてもよい。

（ＦＲＰの製造方法）
本発明のＦＲＰの製造方法で用いる多重織物は、マトリックス樹脂の含浸性がよいので、機械的物性に優れたＦＲＰを容易に得ることができる。本発明では、成形型内に多重織物を配置し、型を閉めて、その成形型内で多重織物にマトリックス樹脂を含浸し、多重織物とマトリックス樹脂とを一体硬化してＦＲＰを得る。この成形方法では、成形型内でマトリックス樹脂を含浸させるため、多重織物のマトリックス樹脂の含浸性が特に重要になる。本発明で用いる多重織物は、マトリックス樹脂の含浸性にすぐれているため、レジントランスファーモールディング（ＲＴＭ）やレジンフィルムインフュージョン（ＲＦＩ）といった成形方法に適している。
本発明でマトリックス樹脂として、含浸時に低い粘度を有する熱硬化性樹脂を用いると、得られるＣＦＲＰの機械的物性が向上するので好ましい。

（実施例）
以下、実施例により、本発明をさらに詳細に説明する。
［多重織物の製織方法］
津田駒製レピア織機を用い、対向する一重織物同士の経糸と緯糸とを交錯させて接結複合させることにより多重織物を製織した。
［ＣＦＲＰの製造方法］
成形型内に多重織物を所定の毎数積層し、型締めした後、この成形型の中に、硬化剤を配合したエポキシ樹脂を１ｋｇ／ｃｍ^２の速度で注入することにより、多重織物にエポキシ樹脂を含浸しながら硬化させるＲＴＭ法によってＣＦＲＰを製造した。
［曲げ強度の測定方法］
ＪＩＳＫ７０７４に準拠して、３点曲げ試験方法による曲げ強度の測定を行った。
［引張強度の測定方法］
ＪＩＳＫ７０７３に準拠して、引張強度の測定を行った。
［層間せん断強度ＩＬＳＳの測定方法］
ＪＩＳＫ７０７８に準拠して、ＩＬＳＳの測定を行った。

経糸・緯糸として、フィラメント数１２０００本の炭素繊維（三菱レイヨン（株）製）を用いて、織物目付が３１５ｇ／ｍ^２である、一重織物２枚を互いに接結複合させて多層に配置された、総目付が６３０ｇ／ｍ^２の多重織物を、上述の製織方法で製織した。この多重織物を成形型内で３プライ積層した後、上述したＲＴＭ法によってＦＲＰを得た。

実施例１で用いた経糸および緯糸を用い、織物目付がそれぞれ３１５ｇ／ｍ^２である一重の平織物３枚（総目付９４５ｇ／ｍ^２）を互いに接結複合させて多層に配置された多重織物を得た。さらに、この多重織物を成形型内で２プライ積層した後、実施例１と同じ方法でＦＲＰを得た。

総目付および各層を構成する一重織物の織物の目付・織組織を、表１に記載したように変更した以外は、実施例１と同様にして多重織物を得た。さらに、この多重織物を、成形型内で２プライ積層した後、上述したＲＴＭ法によってＦＲＰを得た。

実施例１において、多重織物を構成する一重織物（織物目付３１５ｇ／ｍ^２）の間に、炭素繊維を一重織物の経糸に平行に引き揃えた層と緯糸に平行に引き揃えた層を加え多重織物（総目付９４５ｇ／ｍ^２）を得た。さらに、この多重織物を成形型内で２プライ積層した後、上述したＲＴＭ法によってＦＲＰを得た。
（比較例１）

織物目付６５０ｇ/ｍ^２の平織の一重織物を製織し、この一重織物を用いて実施例１と同様の方法でＦＲＰを製造した。

（比較例２）
織物目付６５０ｇ/ｍ^２の綾織の一重織物を製織し、この一重織物を用いて実施例１と同様の方法でＦＲＰを製造した。

実施例１〜７および比較例１、２で得られたＣＦＲＰの、曲げ強度、引張強度および層ＩＬＳＳをそれぞれ測定した。その結果を表２に示した。実施例１〜７で得られたＦＲＰは、比較例１〜２で得られたＦＲＰより強度の高いものとなった。

本発明で用いる多重織物の一例の断面図である。本発明で用いる多重織物の別の一例の断面図である。

符号の説明

１１ａ、１１ｂ、２１ａ、２１ｂ、３１ａ、３１ｂ、４１ａ、４１ｂ：経糸
１２、２２、３２、４２：緯糸

Claims

構成する複数枚の一重織物が、互いに接結複合されて多層に配置されており、互いに対向する一方の一重織物の少なくとも一部の経糸または緯糸と、他方の一重織物の少なくとも一部の緯糸または経糸とが交錯することによって一体に保持されている多重織物を成形型内に配置し、成形型内で多重織物にマトリックス樹脂を含浸し、マトリックス樹脂を硬化する繊維強化樹脂複合材料の製造方法。
多重織物の総目付が６００ｇ／ｍ^２以上であり、その多重織物の上下の最外層を構成する一重織物の織物目付が２５０ｇ／ｍ^２以上である、請求項１記載の繊維強化樹脂複合材料の製造方法。
多重織物として、多重織物を構成する複数枚の一重織物の間に、織組織を有しない強化繊維の層を含んでいる請求項１または２に記載の繊維強化樹脂複合材料の製造方法。
多重織物として、多重織物を接結複合する接結点の数が、多重織物を構成する一重織物の一循環組織あたり一箇所以下である多重織物を用いる請求項１〜３いずれか一項に記載の繊維強化樹脂複合材料の製造方法。
構成する複数枚の一重織物が互いに接結複合されて多層に配置されており、互いに対向する一方の一重織物の少なくとも一部の経糸または緯糸と、他方の一重織物の少なくとも一部の緯糸または経糸とが交錯することによって一体に保持されている、総目付が６００ｇ／ｍ^２以上、多重織物の上下の最外層を構成する一重織物の織物目付が２５０ｇ／ｍ^２以上である多重織物。
構成する複数枚の一重織物の間に、織組織を有しない強化繊維の層を含んでいる請求項５に記載の多重織物。
接結複合する接結点の数が、多重織物を構成する一重織物の一循環組織あたり一箇所以下である、請求項５または６に記載の多重織物。