JP2007160587A - 多層基材、プリフォームおよびプリフォーム製造方法 - Google Patents
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Abstract
賦型性と取扱性とを両立し、かつ、FRPの生産性に優れた多層基材、それを用いたプリフォームおよびその製造方法を提供すること。
【解決手段】
少なくとも2組の2軸ステッチ基材が積層されて係合材料にて一体化された多層基材であって、2軸ステッチ基材は、多数本の強化繊維糸条が並行に配列されたシート複数枚を強化繊維糸条が2方向に配向するように積層してステッチ糸Aにて縫合してなり、係合材料の融点Tmcが80〜200℃の範囲内にあり、かつ、ステッチ糸A融点Tmaが(Tmc+10)〜(Tmc+120)℃の範囲内にある多層基材とする。
【選択図】 図1
Description
(1)少なくとも2組の2軸ステッチ基材が積層されて係合材料にて一体化された多層基材であって、2軸ステッチ基材は、多数本の強化繊維糸条が並行に配列されたシート複数枚を強化繊維糸条が2方向に配向するように積層してステッチ糸Aにて縫合してなり、係合材料の融点Tmcが80〜200℃の範囲内にあり、かつ、ステッチ糸A融点Tmaが(Tmc+10)〜(Tmc+120)℃の範囲内にある多層基材。
(2)少なくとも2組の2軸ステッチ基材が積層されて複数種の係合材料にて一体化された多層基材であって、2軸ステッチ基材は、多数本の強化繊維糸条が並行に配列されたシート複数枚を強化繊維糸条が2方向に配向するように積層してステッチ糸Aにて縫合してなり、複数種の係合材料の融点Tmcがいずれも80〜200℃の範囲内にあり、かつ、ステッチ糸Aの融点Tmaが、複数種の係合材料の融点Tmcのうち最も高い融点をTmdとすると、(Tmd+10)〜(Tmd+120)℃の範囲内にある多層基材。
(3)2軸ステッチ基材における複数枚のシートは、強化繊維糸条の交差角度が実質的に直交するように積層されている、上記(1)または(2)に記載の多層基材。
(4)2軸ステッチ基材は、配列された強化繊維糸条の一方向を0°とした場合の±45°方向における賦形限界せん断変形角(A)と、配列された強化繊維糸条の他方向を0°とした場合の±45°方向における賦形限界せん断変形角(B)とがいずれも45〜80°の範囲内である、上記(3)に記載の多層基材。
(5)2軸ステッチ基材におけるステッチ糸Aのステッチ長Sとゲージ長Gとが実質的に同一であり、かつ、ステッチ糸Aのステッチ長が3〜50mmの範囲内である、上記(1)〜(4)のいずれかに記載の多層基材。
(6)2軸ステッチ基材におけるシート数が2〜4の範囲内であり、多層基材におけるシート総数が4〜24の範囲内であり、かつ、少なくとも2組の2軸ステッチ基材は強化繊維糸条の配向方向が鏡面対称になるように積層されている、上記(1)〜(5)のいずれかに記載の多層基材。
(7)係合材料が、少なくとも2組の2軸ステッチ基材を縫合するステッチ糸B、および/または、少なくとも2組の2軸ステッチ基材の組間に配置され固着する、粒子、カットファイバー、織物、編物、不織布およびメッシュからなる群から選ばれる少なくとも1種である、上記(1)〜(6)のいずれかに記載の多層基材。
(8)上記(1)〜(7)のいずれかに記載の多層基材が、ステッチ糸Aの連続性を維持しながら二次曲面を有する形状に賦型されているプリフォーム。
(9)上記(1)〜(7)のいずれかに記載の多層基材を、次の(イ)、(ロ)の工程で所定形状に賦型するプリフォームの製造方法。
(イ)多層基材をTmc〜(Tma−10)℃の温度雰囲気下にて保温する保温工程
(ロ)次いで、多層基材を0〜(Tmc−10)℃の温度にてプレスして二次曲面を有する形状に賦型する賦型工程
(10)上記(1)〜(7)のいずれかに記載の多層基材を、次の(イ)、(ロ)の工程で所定形状に賦型するプリフォームの製造方法。
(イ)多層基材をTmd〜(Tma−10)℃の温度雰囲気下にて保温する保温工程
(ロ)次いで、多層基材を0〜(Tmd−10)℃の温度にてプレスして二次曲面を有する形状に賦型する賦型工程
(11)前記(イ)の保温工程において、ステッチ糸Aの連続性を維持しながら係合材料を軟化もしくは溶融する、上記(9)または(10)に記載のプリフォームの製造方法。
(イ)多層基材をTmc〜(Tma−10)℃の温度雰囲気下にて保温する保温工程
(ロ)次いで、多層基材を0〜(Tmc−10)℃の温度にてプレスして二次曲面を有する形状に賦型する賦型工程
ただし、2軸ステッチ基材が複数種の係合材料にて一体化されている場合は、以下に記す工程を経て行われる。
(イ)多層基材をTmd〜(Tma−10)℃の温度雰囲気下にて保温する保温工程
(ロ)次いで、多層基材を0〜(Tmd−10)℃の温度にてプレスして二次曲面を有する形状に賦型する賦型工程
上記工程にあたっては、予め多層基材を1ないし複数枚配置する。多層基材の配置における温度雰囲気の制限はなく、特に人手により配置する場合は25±15℃の範囲内で行うのが一般的である。プリフォームの生産性を一層高くするためには、(イ)の保温工程と同じ温度雰囲気下で行う。すなわち、多層基材の配置と(イ)の保温工程とを連続的に行うのが好ましいく、連続的に行うことでプリフォーム製造時間を一層短くすることができる。
強化繊維糸条が基材の長手方向に対して上層から順に−45°/0°となるように配列し、ステッチ糸Aで縫合一体にした2軸ステッチ基材を作製した。同様に、+45°/90°、90°/+45°、0°/−45°となるように強化繊維糸条を配列した、2軸ステッチ基材をそれぞれ作製した。なお、強化繊維糸条としては、引張強度が4,900MPa、引張弾性率が230GPa、フィラメント数が12,000本のPAN系炭素繊維糸条(総繊度:800テックス)を用い、ステッチ糸Aとしては、融点Tmaが260℃の24本フィラメントからなる56dtexのポリエステル糸を用いた。編組織としてはステッチ長2.3mm、ゲージ長5mmの1×1変則トリコット編とした。また、2軸ステッチ基材を構成する強化繊維糸条の各シートの目付は、150g/m2とした。
(実施例2)
強化繊維糸条が基材の長手方向に対して上層から順に−45°/0°となるように配列し、ステッチ糸Aで縫合一体にした2軸ステッチ基材を作製した。同様に、+45°/90°、90°/+45°、0°/−45°となるように強化繊維糸条を配列した2軸ステッチ基材をそれぞれ作製した。なお、強化繊維糸条としては、引張強度が4,900MPa、引張弾性率が230GPa、フィラメント数が12,000本のPAN系炭素繊維糸条(総繊度:800テックス)を用い、ステッチ糸Aとしては、融点Tmaが260℃の24本フィラメントからなる56dtexのポリエステル糸を用い、編組織としてはステッチ長2.3mm、ゲージ長5mmの1×1変則トリコット編とした。また、2軸ステッチ基材を構成する強化繊維糸条の各シートの目付は、150g/m2とした。
(実施例3)
強化繊維糸条が基材の長手方向に対して上層から順に0°/90°となるように配列し、ステッチ糸Aで縫合一体にした2軸ステッチ基材を4枚作製した。なお、強化繊維糸条としては、引張強度が4,900MPa、引張弾性率が230GPa、フィラメント数が12,000本のPAN系炭素繊維糸条(総繊度:800テックス)を用い、ステッチ糸Aとしては、融点Tmaが260℃の24本フィラメントからなる56dtexのポリエステル糸を用いた。編組織としては、ステッチ長2.3mm、ゲージ長5mmの1×1変則トリコット編とした。また、2軸ステッチ基材を構成する強化繊維糸条の各シートの目付は、150g/m2とした。
(比較例1)
強化繊維糸条が基材の長手方向に対して上層から順に−45°/0°/+45°/90°/90°/+45°/0°/−45°(上層から順番)となるように配列し、ステッチ糸Aで縫合一体にした多軸ステッチ基材を作製した。なお、強化繊維糸条としては、引張強度が4,900MPa、引張弾性率が230GPa、フィラメント数が12,000本のPAN系炭素繊維糸条(総繊度:800テックス)を用い、ステッチ糸Aには、融点Tmaが260℃の24本フィラメントからなる56dtexのポリエステル糸を用いた。編組織としては、ステッチ長2.3mm、ゲージ長5mmの1×1変則トリコット編とした。また、多軸ステッチ基材を構成する強化繊維糸条の各シートの目付は150g/m2とした。
(比較例2)
強化繊維糸条が基材の長手方向に対して上層から順に−45°/0°/+45°/90°/90°/+45°/0°/−45°(上層から順番)となるように配列し、ステッチ糸Bで縫合一体にした多軸ステッチ基材を作製した。なお、強化繊維糸条としては、引張強度が4,900MPa、引張弾性率が230GPa、フィラメント数が12,000本のPAN系炭素繊維糸条(総繊度:800テックス)を用い、ステッチ糸Bには、融点Tmbが135℃の5本フィラメントからなる56dtexの共重合ナイロン糸を用いた。編組織としては、ステッチ長5mm、ゲージ長5mmの1×1変則トリコット編とした。また、多軸ステッチ基材を構成する強化繊維糸条の各シートの目付は、150g/m2とした。
得られた多層基材(実施例1、2、3)および多軸ステッチ基材(比較例1、2)について、賦型性を評価した。すなわち、実施例で得られた多層基材および比較例で得られた多軸ステッチ基材を、図6に示すように、それぞれ500mm×500mmのサイズに裁断して試験体44を作成し、500mm×500mmのプレートの中央部に半径120mmの穴を有する押さえ治具(上)45と押さえ治具(下)46とで挟み込み、180℃に加熱したオーブンに1時間放置して予熱した後、曲率半径120mmの半球状型47へ沿わせて該試験体33の賦型を行い、得られたプリフォームの外観品位から賦型性を評価した。
<賦型限界せん断変形角評価>
実施例3で得られた多層基材を構成する2軸ステッチ基材について、測定法Zを適用して賦形限界せん断変形角を測定した。すべての試験手順は室温(25℃)中で実施し、詳細は以下の通りとした。
2 第一のシート
3 強化繊維糸条(−45°方向)
4 第二のシート
5 強化繊維糸条(+45°方向)
6 ステッチ糸A
7 2軸ステッチ基材(+45°/−45°構成)
8 第三のシート
9 強化繊維糸条(90°方向)
10 第四のシート
11 強化繊維糸条(0°方向)
12 2軸ステッチ基材(0°/90°構成)
13 長手方向
14 強化繊維糸条の交差角度
15 ステッチ長
16 ゲージ長
17 ニッティングポイント
18 強化繊維糸条幅
19 測定法Zにおける試験前試験片
20 測定法Zにおける試験片の長辺方向(0°方向)
21 測定法Zにおける試験前試験片の強化繊維方向(45°方向)
22 測定法Zにおける試験前試験片の強化繊維方向(−45°方向)
23 測定法Zの試験片長辺長さL
24 測定法Zの試験片短辺長さW
25 測定法Zの試験片の変位長
26 測定法Zで測定した最大引張荷重
27 測定法Zで測定した最大引張荷重の20%
28 強化繊維糸条
29 強化繊維糸条の最も出っ張った線
30 強化繊維糸条の最もへこんだ線
31 強化繊維糸条の最も出っ張った線29と強化繊維糸条の最もへこんだ線30との中間線
32 平坦な台
33 測定法Zで最大引張荷重の20%を負荷された後の試験片
34 透明で平滑な板
35 測定法Zの試験中試験片形状
36 せん断変形が起きている部位(網掛部)
37 測定法Zの試験中の対向する2つの長辺の中間点を結んだ線の長さ
38 測定法Zの引張試験前の強化繊維方向
39 測定法Zの引張試験中の強化繊維方向
40 つかみ部
41 測定法Zの試験前試験片の2方向の強化繊維のなす角(90°)
42 測定法Zにおいて試験片の対向する2辺の長辺の中間点を結んだ線の試験後の幅W’
43 測定法Zにおいて試験片の対向する2辺の長辺の中間点を結んだ線
44 試験体
45 押さえ治具上
46 押さえ治具下
47 半球状型
Claims (11)
- 少なくとも2組の2軸ステッチ基材が積層されて係合材料にて一体化された多層基材であって、2軸ステッチ基材は、多数本の強化繊維糸条が並行に配列されたシート複数枚を強化繊維糸条が2方向に配向するように積層してステッチ糸Aにて縫合してなり、係合材料の融点Tmcが80〜200℃の範囲内にあり、かつ、ステッチ糸A融点Tmaが(Tmc+10)〜(Tmc+120)℃の範囲内にある多層基材。
- 少なくとも2組の2軸ステッチ基材が積層されて複数種の係合材料にて一体化された多層基材であって、2軸ステッチ基材は、多数本の強化繊維糸条が並行に配列されたシート複数枚を強化繊維糸条が2方向に配向するように積層してステッチ糸Aにて縫合してなり、複数種の係合材料の融点Tmcがいずれも80〜200℃の範囲内にあり、かつ、ステッチ糸Aの融点Tmaが、複数種の係合材料の融点Tmcのうち最も高い融点をTmdとすると、(Tmd+10)〜(Tmd+120)℃の範囲内にある多層基材。
- 2軸ステッチ基材における複数枚のシートは、強化繊維糸条の交差角度が実質的に直交するように積層されている、請求項1または2に記載の多層基材。
- 2軸ステッチ基材は、配列された強化繊維糸条の一方向を0°とした場合の±45°方向における賦形限界せん断変形角(A)と、配列された強化繊維糸条の他方向を0°とした場合の±45°方向における賦形限界せん断変形角(B)とがいずれも45〜80°の範囲内である請求項3に記載の多層基材。
- 2軸ステッチ基材におけるステッチ糸Aのステッチ長Sとゲージ長Gとが実質的に同一であり、かつ、ステッチ糸Aのステッチ長が3〜50mmの範囲内である、請求項1〜4のいずれかに記載の多層基材。
- 2軸ステッチ基材におけるシート数が2〜4の範囲内であり、多層基材におけるシート総数が4〜24の範囲内であり、かつ、少なくとも2組の2軸ステッチ基材は強化繊維糸条の配向方向が鏡面対称になるように積層されている、請求項1〜5のいずれかに記載の多層基材。
- 係合材料が、少なくとも2組の2軸ステッチ基材を縫合するステッチ糸B、および/または、少なくとも2組の2軸ステッチ基材の組間に配置され固着する、粒子、カットファイバー、織物、編物、不織布およびメッシュからなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項1〜6のいずれかに記載の多層基材。
- 請求項1〜7のいずれかに記載の多層基材が、ステッチ糸Aの連続性を維持しながら二次曲面を有する形状に賦型されているプリフォーム。
- 請求項1〜7のいずれかに記載の多層基材を、次の(イ)、(ロ)の工程で所定形状に賦型するプリフォームの製造方法。
(イ)多層基材をTmc〜(Tma−10)℃の温度雰囲気下にて保温する保温工程
(ロ)次いで、多層基材を0〜(Tmc−10)℃の温度にてプレスして二次曲面を有する形状に賦型する賦型工程 - 請求項1〜7のいずれかに記載の多層基材を、次の(イ)、(ロ)の工程で所定形状に賦型するプリフォームの製造方法。
(イ)多層基材をTmd〜(Tma−10)℃の温度雰囲気下にて保温する保温工程
(ロ)次いで、多層基材を0〜(Tmd−10)℃の温度にてプレスして二次曲面を有する形状に賦型する賦型工程 - 前記(イ)の保温工程において、ステッチ糸Aの連続性を維持しながら係合材料を軟化もしくは溶融する、請求項9または10に記載のプリフォームの製造方法。
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