JP2007301838A - 3次元繊維強化樹脂複合材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】3次元繊維強化樹脂複合材(12等)は、面内方向糸が形成する布地に縫い糸4が耳糸5に係止されつつ縫い込まれて構成された強化繊維織物に樹脂が含浸硬化してなる。面内方向糸がガラス繊維又は炭素繊維から構成されるのに対し、耳糸が銅、アルミニウム、ニッケル、鉄、チタン等の金属材料から構成されている。面内方向糸が炭素繊維の場合、耳糸をニッケルとすることにより電触を防止する。この複合材を、電磁シールド材として利用する。耐雷材料、静電防止材料、ヒータ材料、衝撃損傷検出センサーとして利用するために、耳糸同士を短絡する接続導電線7や外部接続用の電極端子8、9を適宜設ける。
【選択図】図3
Description
この縫い糸4は、その折り返しでできる耳部に耳糸5が通されて係止され、同一位置で(面内方向糸3を跨がずに)布の表裏間を往復している。
特許文献2の図12に記載される繊維強化樹脂複合材に用いられる3次元強化繊維織物は、上述した特許文献1記載のものと同様に、面内方向糸(経糸、経糸及びバイアス糸)と面外方向糸(縫い糸y)から構成されており、さらに、縫い糸を係止する耳糸(係止糸=P)を有している。
一般に、航空機部品に適用される繊維強化樹脂複合材に用いられる3次元強化繊維織物にあっては、面内方向糸、面外方向糸とも炭素繊維或いは、ガラス繊維が使われており、耳糸にも縫い糸と同じ材料が使われる。
従来、この耳糸は縫い糸を係止することの目的にのみ使用され、耳糸そのものには、樹脂複合材を強化する繊維としての強度特性を含め他の特性が要求されていない。
また、強化繊維を収めた型に樹脂を注入して、型内の強化繊維に含浸した樹脂を硬化させて成形するRTM(Resin Transfer Molding)法が用いられている。
また、所定の下型治具の上に熱硬化性樹脂フィルムおよび強化繊維を順次積層し、加圧、加熱によって熱硬化性樹脂フィルムを溶融させて強化繊維に含浸硬化させるRFI(Resin Film Infusion)法が採られる。
近年、RTM法及びRFI法による部品製造が低コスト手法として注目されている。
第一に、航空機の外板に適用される繊維強化樹脂複合材には被雷対策としてその外表面に耐雷材料(導電性材料)を付設する必要がある。
前記耳糸が前記面内方向糸より導電性の高い導電性材料から構成されていることを特徴とする3次元繊維強化樹脂複合材である。
前記耳糸が金属材料から構成されている3次元繊維強化樹脂複合材である。
前記面内方向糸がガラス繊維又は炭素繊維から構成され、前記耳糸が金属材料から構成されている3次元繊維強化樹脂複合材である。
前記耳糸が金属膜により被覆されている3次元繊維強化樹脂複合材である。
前記耳糸同士を短絡可能に前記耳糸に交わるとともに、相互に面外方向に離間して交わる2本の接続導電材と、
前記2本の接続導電材の一端部同士を接続する他の接続導電材と、
前記2本の接続導電材の各他端部に導通する外部接続用の電極端子とを含むことを特徴とする請求項1から請求項6のうちいずれか一に記載の3次元繊維強化樹脂複合材である(第5実施形態参照)。
繊維強化樹脂複合材に導電性という新たな機能が付与されたことにより、耳糸の材質、線径、本数を選択することでその電気伝導率や電気抵抗率を調整することができる。
耳糸の材質、線径、本数の選択とともに、耳糸同士を短絡する接続導電材の織成や、電極端子等の必要な加工を施すことにより、例えば、電磁シールド機能、耐雷機能、静電防止機能、耳糸の導通の有無や抵抗の変化を検知することで損傷検出機能、耳糸を電熱線としてヒータ機能、耳糸等による導電路の配置を工夫してアンテナ機能等を有した3次元繊維強化樹脂複合材を得ることができ、多用途に応用可能である。
まず、本発明の第1実施形態につき、図1を参照して説明する。図1は本発明の第1実施形態の3次元繊維強化樹脂複合材を示す平面図である。
その他、RFI(Resin Film Infusion)法によって製造しても良い。
また、3次元強化繊維織物を予め成形品の形状に合わせて製作しておき、これに樹脂を含浸させて硬化させれば、樹脂硬化後の整形加工量を減少させることができ、材料の無駄を抑え、作業時間を短縮することができる。
また、一般的に、耳糸の3次元強化繊維織物中を占める重量比は1%以下であり、樹脂を含めると更にこの重量比は下回る値になることから、耳糸を炭素繊維又はガラス繊維から金属繊維に代えても重量増は無視できる程度である。
耐雷材料の用途等、外部との接続が必要になる場合には、以下の実施形態のようにすることが好ましい。
次に、本発明の第2実施形態につき、図2を参照して説明する。図2は本発明の第2実施形態の3次元繊維強化樹脂複合材を示す平面図である。
また、プリプレグを用いた成形方法を採用する場合に、最上層のプリプレグを、金属耳糸側を上にして積層するとともに、その上に接続導電線7を配して密着させ、それをオートクレーブ(加圧加熱炉)にて加圧加熱硬化して成形しても良い。
また、RFI法を採用する場合に、最上層の強化繊維を、金属耳糸側を上にして積層するとともに、その上に接続導電線7を配し、さらにその上に熱硬化性樹脂フィルムを積層し、加圧、加熱によって熱硬化性樹脂フィルムを溶融させて強化繊維に含浸硬化させてもよい。
また、一の接続導電線7mの両端部に金属ファスナー8が配置されている。同様に、他の接続導電線7nの両端部に金属ファスナー8が配置されている。
機体が被雷した場合、その電気は耳糸5、接続導電線7n、金属ファスナー8、機体フレーム等の金属部分によって機体全体に伝導する。これにより、被雷による複合材11等の損傷を防止することができる。
静電気も、同様に機体全体に逃がし、局所的な蓄積を避けられる。
次に、本発明の第3実施形態につき、図3を参照して説明する。図3は本発明の第3実施形態の3次元繊維強化樹脂複合材を示す平面図である。
接続導電線7aと接続導電線7cは相対する縁に沿って互いに平行に配置され、耳糸5に対しては直交する。接続導電線7bは一の対角線に沿って配置されている。
接続導電線7bは、その一端で金属ファスナー8bに接続し、他端で金属ファスナー8cに接続している。
接続導電線7cは金属ファスナー8dに接続しており、金属ファスナー8c及び接続導電線7bを含め、他の金属ファスナー8及び接続導電線7に接続していない。
以上のように構成される複合材12の耳糸5による衝撃損傷検出センサーによれば、損傷箇所がA、Bいずれの区域に属するか特定可能である。さらに、かかる衝撃損傷検出センサーによれば、斜めに配置した接続導電線7bと片端の耳糸端部の接続導電線7a(接続導電線7c)との間の耳糸5の長さが段階的になることから、この間の全体抵抗値を検出して部分的耳糸破損による微少抵抗率変化を捉らえ解析することで切断した耳糸ラインNO.(図中のA〜P、a〜p)を特定することが可能となる。
次に、本発明の第4実施形態につき、図4を参照して説明する。図4は本発明の第4実施形態の3次元繊維強化樹脂複合材を示す平面図である。
次に、本発明の第5実施形態につき、図5を参照して説明する。図5は本発明の第5実施形態の3次元繊維強化樹脂複合材を示す平面図である。
4 縫い糸
5 耳糸
7 接続導電線
8 金属ファスナー(外部電極端子)
9 外部電極端子
Claims (13)
- 面内方向糸が形成する布地に縫い糸が耳糸に係止されつつ縫い込まれて構成された強化繊維織物に樹脂が含浸硬化してなる3次元繊維強化樹脂複合材において、
前記耳糸が前記面内方向糸より導電性の高い導電性材料から構成されていることを特徴とする3次元繊維強化樹脂複合材。 - 面内方向糸が形成する布地に縫い糸が耳糸に係止されつつ縫い込まれて構成された強化繊維織物に樹脂が含浸硬化してなる3次元繊維強化樹脂複合材において、
前記耳糸が金属材料から構成されている3次元繊維強化樹脂複合材。 - 面内方向糸が形成する布地に縫い糸が耳糸に係止されつつ縫い込まれて構成された強化繊維織物に樹脂が含浸硬化してなる3次元繊維強化樹脂複合材において、
前記面内方向糸がガラス繊維又は炭素繊維から構成され、前記耳糸が金属材料から構成されている3次元繊維強化樹脂複合材。 - 前記耳糸が主成分として銅、アルミニウム、ニッケル、鉄又はチタンを含んで構成されていることを特徴とする請求項1から請求項3のうちいずれか一に記載の3次元繊維強化樹脂複合材。
- 前記面内方向糸が炭素繊維から構成され、前記耳糸が主成分としてニッケルを含んで構成されていることを特徴とする請求項1から請求項3のうちいずれか一に記載の3次元繊維強化樹脂複合材。
- 面内方向糸が形成する布地に縫い糸が耳糸に係止されつつ縫い込まれて構成された強化繊維織物に樹脂が含浸硬化してなる3次元繊維強化樹脂複合材において、
前記耳糸が金属膜により被覆されている3次元繊維強化樹脂複合材。 - 間隔隔てて配置された前記耳糸同士を短絡する接続導電材を含むことを特徴とする請求項1から請求項6のうちいずれか一に記載の3次元繊維強化樹脂複合材。
- 前記耳糸が間隔隔てて平行に配置され、前記耳糸の一端部同士を短絡する一の接続導電材と、この接続導電材に対し非接続で前記耳糸の他端部同士を短絡する他の接続導電材とを含むことを特徴とする請求項1から請求項6のうちいずれか一に記載の3次元繊維強化樹脂複合材。
- 前記耳糸が間隔隔てて平行に配置され、前記耳糸同士を短絡する一の接続導電材と、この接続導電材に対し非接続、かつ、斜めに配置され前記耳糸同士を短絡する他の接続導電材とを含むことを特徴とする請求項1から請求項6のうちいずれか一に記載の3次元繊維強化樹脂複合材。
- 前記耳糸が間隔隔てて平行に配置され、前記耳糸同士を短絡可能に前記耳糸に交わるとともに、相互に導通可能に交わる2本の接続導電材を含むことを特徴とする請求項1から請求項6のうちいずれか一に記載の3次元繊維強化樹脂複合材。
- 前記接続導電材に導通する外部接続用の電極端子が形成されていることを特徴とする請求項7から請求項10のうちいずれか一に記載の3次元繊維強化樹脂複合材。
- 前記耳糸が間隔隔てて平行に配置され、
前記耳糸同士を短絡可能に前記耳糸に交わるとともに、相互に面外方向に離間して交わる2本の接続導電材と、
前記2本の接続導電材の一端部同士を接続する他の接続導電材と、
前記2本の接続導電材の各他端部に導通する外部接続用の電極端子とを含むことを特徴とする請求項1から請求項6のうちいずれか一に記載の3次元繊維強化樹脂複合材。 - 前記接続導電材が、前記強化繊維織物に織り込まれていることを特徴とする請求項7から請求項12のうちいずれか一に記載の3次元繊維強化樹脂複合材。
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