JP2009227751A - 繊維強化複合材 - Google Patents

Abstract

【課題】大きな介在物を配置しても含浸性が損なわれない繊維強化複合材の製造技術を提供すること。
【解決手段】強化繊維１２に母材樹脂１３を含浸させた含浸体１４を積層させてなる繊維強化複合材２０において、この繊維強化複合材２０は、隣り合う含浸体１４の間に介在物１５が配置されたことを特徴とする。含浸体１４の層間１８に介在物１５が配置される。即ち、強化繊維１２に母材樹脂１３を含浸させた後に介在物１５が配置される。介在物１５が含浸の妨害をしないため、大きな介在物１５を配置したり、介在物１５の含有量を増加させることができる。大きな介在物１５を配置したり介在物１５の含有量を増加させることにより、外部から受ける衝撃エネルギをより吸収することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、強化繊維に母材樹脂を含浸させた含浸体を積層させてなる繊維強化複合材に関する。

車体が外部から衝撃を受けた際のエネルギ吸収材として、繊維強化複合材が用いられる。繊維強化複合材は含浸体を積層させて構成されるため、外部から衝撃を受けた際、繊維強化複合材の層間をはく離させる方向に力が加わることがある。このはく離させる方向に加わる力に対して、エネルギを吸収しながら徐々にはく離していくものがエネルギ吸収材として望ましい。

従来、衝撃エネルギを吸収することができる繊維強化複合材としてプリプレグが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００１−１１４９１５公報（第２頁、第９頁）

特許文献１［請求項１］によれば、このプリプレグは「次の構成要素［Ａ］、［Ｂ］、［Ｃ］、及び硬化剤を含んでなるエポキシ樹脂組成物が、強化繊維に含浸されてなるプリプレグであって、該樹脂組成物中エポキシ樹脂の全量１００重量部に対して、それぞれ前記構成要素［Ａ］の含有量が５〜３５重量部、前記構成要素［Ｂ］の含有量が５０〜９５重量部であるプリプレグ。［Ａ］３官能エポキシ樹脂及び／又は４官能エポキシ樹脂［Ｂ］２官能エポキシ樹脂［Ｃ］平均粒径が１０〜７０μｍであり、前記樹脂組成物中のエポキシ樹脂に実質的に不溶な微粒子」である。

即ち、［Ａ］、［Ｂ］、［Ｃ］及び硬化剤を混合させたエポキシ樹脂を用いてプリプレグを製造する。プリプレグは、特許文献１［００７９］に記載のとおり「本発明によれば、特に湿熱環境下で高度の物性が要求される用途に好適に用いうる、引張強度、耐層間剥離強度、耐衝撃強度に優れた繊維強化複合材料、及び、その繊維強化複合材料の製造に好適に用いうる、取り扱い性に優れたプリプレグが提供できる。」との効果を奏する。

即ち、微粒子が層間の急激なはく離を防止し、層間のはく離方向にかかるエネルギを吸収することにより、耐層間剥離強度が向上するものと考えられる。

微粒子が耐層間剥離強度に寄与しているから、耐層間剥離強度を更に高めるためには、微粒子の径を大きくすることや含有量を増加させることが考えられる。

平均粒径が１０〜７０μｍである微粒子を、粒径が数百μｍの粒子に変えた場合には、樹脂と繊維との含浸性が悪くなり、却って層間剥離に対する強度を低めることになる。
微粒子の含有量を増加させた場合にも、樹脂と繊維との含浸性が悪くなり、却って層間剥離に対する強度を低めることになる。
そこで、層間剥離に対する強度を高めることができる新しい技術が求められる。

本発明は、層間剥離に対する強度を高めることができる繊維強化複合材の製造技術を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、強化繊維に母材樹脂を含浸させた含浸体を積層させてなる繊維強化複合材において、
この繊維強化複合材は、隣り合う含浸体の間に介在物が配置されたことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、介在物は、粒子又は網状体であることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、介在物の外径は１００〜９００μｍであり、介在物が全体に占める割合は１〜４体積％であることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、含浸体の層間に介在物が配置される。即ち、強化繊維に母材樹脂を含浸させた後に介在物が配置される。介在物が含浸の妨害をしないため、大きな介在物を配置したり、介在物の含有量を増加させることができる。大きな介在物を配置したり介在物の含有量を増加させることにより、外部から受ける衝撃エネルギをより吸収することができる。

請求項２に係る発明では、介在物は、粒子又は網状体である。粒子又は網状体であれば容易に層間に配置することができる。容易に配置することができるため、繊維強化複合材を容易に製造することができる。

請求項３に係る発明では、介在物の外径は１００〜９００μｍであり、介在物が全体に占める割合は１〜４体積％である。
介在物の径が１００μｍ未満であると、介在物が小さすぎ衝撃エネルギを十分に逃がすことができない。十分に衝撃エネルギを逃がすことができないため、繊維強化複合材は十分な量の衝撃エネルギを吸収することができない。

介在物の径が９００μｍを超えると、介在物が大きすぎるため含浸体を硬化させた際の層間の接着力が弱くなり、はく離を生じやすくなる。
介在物の径が１００μｍ〜９００μｍであれば、繊維強化複合材は十分な量の衝撃エネルギを吸収することができ、かつ、層間の接着力も強いため、はく離に対する強度も保つことができる。

また、介在物が１体積％未満であると、介在物の量が少ないため衝撃エネルギを十分に逃がすことができない。十分に衝撃エネルギを逃がすことができないため、繊維強化複合材は十分な量の衝撃エネルギを吸収することができない。
介在物が４体積％を超えると介在物の量が多すぎるため、含浸体を硬化させた際の層間の接着力が弱くなりはく離を生じやすくなる。

介在物が１体積％〜４体積％であれば、繊維強化複合材は十分な量の衝撃エネルギを吸収することができ、かつ、層間の接着力も強いため、はく離に対する強度も保つことができる。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図１は本発明に係る繊維強化複合材の含浸工程から含浸体積層工程までを説明する図であり、（ａ）に示すように作業台１１の上面に炭素繊維等の強化繊維１２を配置し、配置された強化繊維１２にエポキシ樹脂等の母材樹脂１３を含浸させる。

強化繊維１２は、炭素繊維の他、ガラス繊維、黒鉛繊維、アラミド繊維、これらの混合繊維、又は、同等の繊維であればよく、種類は任意である。
また、母材樹脂１３はエポキシ樹脂の他、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、又は、同等の母材樹脂であればよく、種類は任意である。

強化繊維１２に母材樹脂１３を含浸させることにより、（ｂ）に示すように含浸体１４が形成される。次に（ｃ）に示すように含浸体１４と含浸体１４の間に、例えば網状体の介在物１５を配置し、（ｄ）に示すように含浸体１４と含浸体１４で介在物１５を挟み積層体１７を得る。即ち積層体１７は、隣り合う含浸体１４、１４の層間１８に介在物１５が配置されることにより構成される。

含浸体１４の層間１８に介在物１５が配置される。即ち、強化繊維１２に母材樹脂１３を含浸させた後に介在物１５が配置される。介在物１５が含浸の妨害をしないため、大きな介在物１５を配置したり、介在物１５の含有量を増加させることができる。

図２は本発明に係る繊維強化複合材の硬化工程から完成までを説明する図であり、（ａ）に示すように積層体１７を例えばオートクレーブ１９を用いて硬化させる。
なお、硬化方法は、樹脂の特性や炭素繊維強化複合材料の用途によって他の方法を用いることもできる。即ち、オートクレーブによる硬化に限られない。

積層体１７が硬化されることにより、（ｄ）に示すように繊維強化複合材２０は完成される。即ち、繊維強化複合材２０は、繊維強化樹脂２１に介在物１５が含まれている。
大きな介在物１５を配置したり介在物１５の含有量を増加させることにより、外部から受ける衝撃エネルギをより吸収することができる。

以上の構成からなる繊維強化複合材の作用を次に述べる。
図３は本発明に係る繊維強化複合材の作用を説明する図であり、繊維強化複合材２０に対して（ａ）白抜き矢印Ｆ１で示すように力が加わることがある。このとき（ａ）のｂ部拡大図である（ｂ）や、（ａ）のｃ部拡大図である（ｃ）に示されるようにして繊維強化複合材２０はＦ１から受けるエネルギを吸収する。

即ち、（ｂ）に示すようにＦ１から受けるエネルギの一部は、矢印（１）で示すように層間１８をはく離させながら介在物１５に達する。介在物１５に達したエネルギは、介在物１５により矢印（２）で示すように進行方向を変えられる。
また、Ｆ１から受けるエネルギの一部は（ｃ）矢印（３）で示すように層間１８をはく離させながら介在物１５に達し、矢印（４）で示すように介在物１５の外周を通りながら進む。

即ち、（ｂ）や（ｃ）に示すように介在物１５を挟むことにより、層間１８の急激なはく離を防ぐことができる。層間１８の急激なはく離を防ぎ、力の入力方向とは別の方向にエネルギを逃がすことにより、繊維強化複合材２０はエネルギを吸収する。

以下に本発明に係る繊維強化複合材の別実施例を説明する。
図４は図１の別実施例図であり、図１と共通要素は符号を流用して、詳細な説明は省略する。

（ａ）に示すように作業台１１の上面に強化繊維１２を配置し、配置された強化繊維１２に母材樹脂１３を含浸させる。強化繊維１２に母材樹脂１３を含浸させることにより、（ｂ）に示すように含浸体１４が形成される。

次に（ｃ）に示すように一方の含浸体１４の表面に、ビーズ等の粒子状の介在物である粒子２３を配置し、（ｄ）に示すように含浸体１４と含浸体１４で粒子２３を挟み積層体１７を得る。即ち積層体１７は、隣り合う含浸体１４、１４の層間１８に粒子２３が配置されることにより構成される。

なお、介在物の形状は粒子、又は網状体に限られないが、介在物に粒子２３又は網状体（図１（ｃ））を用いた場合には、容易に層間１８に配置することができる。容易に配置することができるため、繊維強化複合材を容易に製造することができる。
次に、本発明に係る繊維強化複合材の実験について説明する。

（実験例）
本発明に係る実験例を以下に述べる。なお、本発明は実験例に限定されるものではない。
実験番号１〜実験番号２３までの条件の異なるテストピースを作成し、ＪＩＳ Ｋ ７０７６に準拠した面内圧縮試験、及び、ＪＩＳ Ｋ ７０８６に準拠した層間はく離試験を行った。

図５は本発明に係る実験に用いた繊維強化複合材を説明する図であり、（ａ）に示すように、３枚の含浸体１４を準備し、含浸体１４と、含浸体１４の間にそれぞれ介在物１５、１５を挟んだ。介在物１５、１５には、ＴＯＳＨＩＮＲＩＫＯ製ガラスビーズ又は熱可塑性樹脂ネットを用いた。介在物についての詳細は後述する。

また、２つの層間１８Ａ、１８Ｂのうち上側の層間１８Ａの一端には、厚さＴ１＝５０μｍ、長さＬ１＝４０ｍｍの四ふっ化エチレンシート２５を挿入した。含浸体１４の条件は、実験番号１〜２３全て同じであり、以下の通りである。

○含浸体：
プリプレグ：東邦テナックス（株）製Ｑ−１１１１ ２０００
強化繊維：炭素繊維
繊維径：７μｍ
母材樹脂：エポキシ樹脂
繊維含有率：５５体積％
繊維形態：一方向性
目付け：２００ｇ／ｍ^２
積層構成：入力軸を０°として、下から順に炭素繊維が０°に配向されたプリプレグを４枚、炭素繊維が９０°に配向されたプリプレグを４枚、炭素繊維が０°に配向されたプリプレグを４枚の順で積層した。

このようにして作成された積層体１７を、硬化させた。硬化の条件は、実験番号１〜２３全て同じであり、以下の通りである。

○硬化工程
硬化方法：オートクレーブ
硬化温度：１３０°Ｃ
硬化時間：２時間
圧力：０．６ＭＰａ

このようにして図５（ｂ）に示すように繊維強化複合材２０を得た。次に、テストピースの基となる複合材ブロック２６、２７を繊維強化複合材２０から切り出した。

実験番号１〜実験番号２１で用いるための複合材ブロック２６は、長さＬ２＝２０ｍｍ、幅Ｂ１＝２５ｍｍに切り出した。複合材ブロック２６には、四ふっ化エチレンシート２５が含まれない。
実験番号２２及び実験番号２３で用いるための複合材ブロック２７は、長さＬ３＝１４０ｍｍ、幅Ｂ２＝１５ｍｍに切り出した。複合材ブロック２７には、四ふっ化エチレンシート２５が含まれる。
複合材ブロック２６、２７は、共に厚さＴ２＝２ｍｍである。

図６は面内圧縮試験の試験方法を説明する図であり、図５（ｂ）で切り出した複合材ブロック２６の一端に、図６（ａ）に示すように、θ＝４５°となるようテーパ面２９を設け、テストピース３０を作成した。テーパ面２９を設けることにより、層間のはく離を誘発する。

このようにして作成されたテストピース３０を用いて面内圧縮試験を行った。
即ち、（ｂ）に示すようにテストピース３０の下端部を治具３１、３１で固定し、シリンダアーム３２を下降させる。シリンダアーム３２の先端に配置される押圧部３３で、テストピース３０に対してＦ２の力で荷重をかけた。

変形されたテストピース３０から受ける反力等を考慮し、テストピース３０の先端Ｐ１からＬ４＝１２ｍｍの場所Ｐ２までを計測の対象とした。即ち、Ｐ１からＰ２までテストピース３０が潰されるまでに、テストピース３０が吸収したエネルギを計測の対象とした。
次に、吸収したエネルギの量の算出方法について説明する。

図７はテストピースが吸収したエネルギ量の算出方法について説明する図であり、横軸に変位（ｍｍ）、縦軸に荷重（ｋＮ）をとり、変位と荷重の関係を変位−荷重線３５で表した。
次に、横軸でＰ３（１２ｍｍ）から上向きに線３８を立てる。そして、変位−荷重線３５、線３８、ｘ軸３９で囲われる部分の面積を算出する。算出された値は、テストピースが吸収したエネルギ（Ｊ）となる。

ところで、テストピースの質量が大きいと、吸収エネルギが大きくなる。即ち、吸収エネルギ（Ｊ）は、テストピースの質量に影響される。この影響を除くために、吸収エネルギ（Ｊ）をテストピースの質量（ｇ）で割ることにする。
得られた値をエネルギ吸収効率と呼ぶ。即ち、エネルギ吸収効率＝（吸収エネルギ（Ｊ））／（テストピースの質量（ｇ））。
このようにして行った、実験番号１〜実験番号２０までの実験結果を表１に示す。

実験番号１は、層間にビーズ等の介在物を介在させなかった。介在物なしでのテストピースにおけるエネルギ吸収効率は、１９．４（Ｊ／ｇ）であった。実験番号２〜２０のと比べるため、実験番号１のエネルギ吸収効率を「１」とする。

実験番号２は、層間に径が１００μｍのビーズを１体積％で介在させたテストピースについて、エネルギ吸収効率を求めた。エネルギ吸収効率は２０．５（Ｊ／ｇ）であった。この２０．５は、実験番号１の１９．４に対して１．０５６７の値になる。この値から１を引くと、実験番号１に対する上昇率（％）が求まる。実験番号２では（１．０５６７−１）×１００＝５．６７（％）となる。

ところで、対実験番号１上昇率は大きいほどエネルギ吸収性能が高い。実験の誤差などを考慮して、上昇率が５％以上であるときに合格、５％未満であるときには不合格とすることにして、表１最右欄の合否判定の欄に合格は「○」、不合格は「×」を記した。

即ち、ビーズの径が１００μｍである実験番号２〜実験番号５では、ビーズの含有量が１、３、４体積％である実験番号２〜実験番号４がそれぞれ対実験番号１上昇率で５％以上となり合格であった。
ビーズの含有量が６体積％である実験番号５は、対実験番号１上昇率で５％未満であり不合格であった。

ビーズの径が４００μｍである実験番号６〜実験番号１２では、ビーズの含有量が０．５、１、３、４、４．５体積％である実験番号６〜実験番号１０がそれぞれ対実験番号１上昇率で５％以上となり合格であった。

特に、実験番号８では対実験番号１上昇率で１５．９８％と実験番号２〜実験番号２０のうち最高の値であった。即ち、４００μｍの粒径のビーズを３体積％含有させたときに最もエネルギー吸収効率が上がった。
ビーズの含有量が５、６体積％である実験番号１１及び実験番号１２は、対実験番号１上昇率で５％未満であり不合格であった。

ビーズの径が８００μｍである実験番号１３〜実験番号１５では、ビーズの含有量が１、３、４体積％であり、実験番号１３〜実験番号１５の全てが対実験番号１上昇率で５％以上となり合格であった。
ビーズの径が１０００μｍである実験番号１６〜実験番号１９では、ビーズの含有量が２、３体積％である実験番号１７及び実験番号１８がそれぞれ対実験番号１上昇率で５％以上となり合格であった。

ビーズの含有量が１、６体積％である実験番号１６及び実験番号１９は、対実験番号１上昇率で５％未満であり不合格であった。
ビーズの径が１２００μｍである実験番号２０は、対実験番号１上昇率で５％未満であり不合格であった。

次に介在物を含有しない実験番号１と、対実験番号１上昇率の最も高かった実験番号８とのエネルギ吸収量とを比較する。
図８は面内圧縮試験の結果を説明する変位−荷重線図であり、横軸は変位（ｍｍ）、縦軸は荷重（ｋＮ）を示す。
太線４１で示されるのが実験番号８であり、細線４２で示されるのが実験番号１である。

変位０ｍｍからＰ４及びＰ５までは、太線４１、細線４２共にほぼ同じような曲線を描いている。これは、層間のはく離を誘発するためにテストピースにテーパ面（図６（ｂ）テーパ面２８）を設けたため、実験番号８、実験番号１共に層間がはく離し易い状態であったことに起因するものと考えられる。

しかし、Ｐ４及びＰ５よりも変位が進むと、総じて太線４１は細線４２よりも上部で推移している。エネルギ吸収量は、変位−荷重線図の面積から求められる。変位１２ｍｍまでのエネルギ吸収量を比較した場合、太線４１、線３８及びｘ軸３９で囲われる領域の方が、細線４２、線３８及びｘ軸３９で囲われる領域よりも明らかに広い。
即ち、実験番号８の方が実験番号１よりも多くのエネルギを吸収していることが分かる。

次に、実験番号１〜実験番号２０の実験結果の比較を行う。
図９は実験番号１〜実験番号２０の実験結果を説明する図であり、図中、実１、実３…実２０は実験番号１、実験番号３…実験番号２０を示す。
また、図中の想像線は、実験番号１のエネルギ吸収効率に対して５％上昇したことを示す合格ライン４３である。

（ａ）には、ビーズの含有量が３体積％であるときのビーズ径（μｍ）とエネルギ吸収効率（Ｊ／ｇ）との関係が示される。
ビーズ径が０μｍである実験番号１からビーズ径が４００μｍである実験番号８までは、ビーズ径が大きくなるほどエネルギ吸収効率の値が上がる。一方、ビーズ径が４００μｍを超えると、ビーズ径が大きくなるほどエネルギ吸収効率の値が下がる。

ビーズの含有量が３体積％であるとき、ビーズ径が１００、４００、８００、１０００μｍである実験番号３、８、１４、１８で、エネルギ吸収効率が合格ライン４３よりも高かった。

（ｂ）には、ビーズ径が４００μｍであるときのビーズの含有量（体積％）とエネルギ吸収効率（Ｊ／ｇ）との関係が示される。ビーズ含有量が０体積％である実験番号１からビーズ含有量が３体積％である実験番号８までは、ビーズ含有量が大きくなるほどエネルギ吸収効率の値が上がる。一方、ビーズ含有量が３体積％を超えた場合には、ビーズ含有量が多くなるほどエネルギ吸収効率の値が下がる。

ビーズの径が４００μｍであるとき、ビーズ含有量が１、３、４体積％である実験番号７、８、９で、エネルギ吸収効率が合格ライン４３よりも高かった。

（ｃ）では（ｂ）に加え実験番号３、１４、１８の結果をプロットした。次に（ｄ）に示すように、実１、実７、実８、実９、実１１及び実１２を結んだ４００μｍ線４４を作成した上で、この４００μｍ線４４を基に、実１４を通る８００μｍ線４５、実３を通る１００μｍ線４６及び実１８を通る１０００μｍ線４７を作成した。

（ｄ）の線図よりビーズの含有量が０．５〜４．５体積％であること、又は、ビーズの径が１００〜１０００μｍであることが、合格ライン４３を超えるための必要条件であるといえる。従って、以下のことがいえる。

介在物の径が１００μｍ未満であると、介在物が小さすぎ衝撃エネルギを十分に逃がすことができない。十分に衝撃エネルギを逃がすことができないため、繊維強化複合材は十分な量の衝撃エネルギを吸収することができない。

介在物の径が１０００μｍを超えると、介在物が大きすぎるため含浸体を硬化させた際の層間の接着力が弱くなり、はく離を生じやすくなる。
介在物の径が１００μｍ〜１０００μｍであれば、繊維強化複合材は十分な量の衝撃エネルギを吸収することができ、かつ、層間の接着力も強いため、はく離に対する強度も保つことができる。

また、介在物が０．５体積％未満であると、介在物の量が少ないため衝撃エネルギを十分に逃がすことができない。十分に衝撃エネルギを逃がすことができないため、繊維強化複合材は十分な量の衝撃エネルギを吸収することができない。
介在物が４．５体積％を超えると介在物の量が多すぎるため、含浸体を硬化させた際の層間の接着力が弱くなりはく離を生じやすくなる。

介在物が０．５体積％〜４．５体積％であれば、繊維強化複合材は十分な量の衝撃エネルギを吸収することができ、かつ、層間の接着力も強いため、はく離に対する強度も保つことができる。

図１０は実験番号２〜実験番号２０までの分布を示す分布図であり、横軸にビーズの径（μｍ）、縦軸にビーズの含有量（体積％）を示す。
また、２、３…２０はそれぞれ実験番号２、実験番号３…実験番号２０を示す。

（ａ）に示すように、実験番号２〜実験番号２０をプロットした。○でプロットされるのは、表１合否判定の欄で「○」であったものである。一方、×でプロットされるのは、表１合否判定の欄で「×」であったものである。

次に、（ｂ）に示すように、○でプロットされたものを想像線５１で囲った。想像線５１は楕円形状となった。この楕円の中には、想像線で示される長方形５２が含まれる。この長方形５２は、介在物の外径が１００〜９００μｍであり、介在物が全体に占める割合が１〜４体積％の繊維強化複合材が含まれる範囲である。即ち、この長方形５２に含まれる範囲が合格のための十分条件である。

介在物の外径が１００〜９００μｍであり、介在物が全体に占める割合が１〜４体積％であれば、確実に繊維強化複合材は十分な量の衝撃エネルギを吸収することができる。加えて、層間の接着力も強いため、はく離に対する強度も保つことができる。よって、介在物の外径が１００〜９００μｍであり、介在物が全体に占める割合が１〜４体積％であることが望ましい。

次に介在物に樹脂ネットを用いて行った面内圧縮試験について説明する。
実験番号２１では、介在物（図５（ｂ）介在物１５）に熱可塑性樹脂ネットを用いて、面内圧縮試験を行った。詳細な条件は以下の通り。
○実験番号２１：
介在物：熱可塑性樹脂ネット
線形：５００μｍ
含有量：３体積％

このような条件で行った実験番号２１の実験の結果を表２に示す。

表１の場合と同じように、介在物を含まない実験番号１の結果と比較し、実験番号１比、及び、対実験番号１上昇率を求め、実験番号２１の合否を判定した。
線径５００μｍの熱可塑性樹脂ネットを３体積％含有させた実験番号２１は、対実験番号１上昇率で５％以上となり合格であった。

図１１は実験番号２１の結果を示す棒グラフであり、縦軸にエネルギ吸収効率（Ｊ／ｇ）を示す。実験番号２１と実験番号１のエネルギ吸収効率の差Ｊは、２．６Ｊ／ｇであった。熱可塑性樹脂ネットを介在させることにより、実験番号２１のエネルギ吸収効率は実験番号１のエネルギ吸収効率に対して１３．４％上昇した。

介在物に樹脂ネットを用いた場合にも、外部から受ける衝撃エネルギをより吸収することができるということができる。

次に層間破壊試験について説明する。
実験番号２２及び実験番号２３で層間破壊試験を行った。
図１２は層間破壊試験の説明をする図であり、まず、（ａ）に示すように図５（ｂ）で説明したＬ３＝１４０ｍｍ、Ｂ２＝１５ｍｍに切り出された複合材ブロック２７を準備する。この複合材ブロック２７の介在物には、ＴＯＳＨＩＮＲＩＫＯ製ガラスビーズが用いられる。介在物の詳細を表３に示す。

実験番号２２では、介在物を含有させず、実験番号２３では４００μｍのビーズを３体積％含有させた。即ち、実験番号２２の複合材ブロック２７は、実験番号１で用いたテストピースと同じ繊維強化複合材から切り出し、実験番号２３の複合材ブロック２７は、実験番号８で用いたテストピースと同じ繊維強化複合材から切り出した。

次に（ｂ）に示すように複合材ブロック２７の上面及び下面に、Ｄ１＝６ｍｍの貫通穴５３が開けられた縦Ｌ５＝１２ｍｍ、横Ｌ６＝１２ｍｍの治具５４、５４を配置しテストピース５５が作成される。
層間１８、１８のうち、上側の層間１８には長さＬ１＝４０ｍｍ、厚さＴ１＝５０μｍの四ふっ化エチレンシート２５が、配置されている。

このようにして作成されたテストピース５５を用いて、層間破壊試験を行った。
即ち、（ｃ）に示すように層間がはく離する方向にＦ３の力で荷重を与える。テストピース５５が完全にはく離するまで荷重を与え続ける。

このようにして行った層間破壊試験の結果を次図で説明する。
図１３は層間破壊試験の結果を説明する変位−荷重線図であり、横軸は変位（ｍｍ）、縦軸は荷重（Ｎ）を示す。
太線５６は実験番号２３の結果を示し、細線５７は実験番号２２の結果を示す。Ｐ６は実験番号２２が完全にはく離した点であり、Ｐ７は実験番号２３が完全にはく離した点である。

総じて太線５６は細線５７よりも上部で推移している。完全にはく離するまでのエネルギ吸収量は、荷重−変位線図の面積から求められる。完全にはく離するまでのエネルギ吸収量を比較した場合、太線５６及びｘ軸５８で囲われる領域の方が、細線５７及びｘ軸５８で囲われる領域よりも明らかに広い。
即ち、実験番号２３の方が実験番号２２よりも多くのエネルギを吸収していることが分かる。

面内圧縮試験では実験番号８が実験番号１の結果を上回り、層間破壊試験では、実験番号２３が実験番号２２の結果を上回った。
即ち本発明に係る繊維強化複合材は、エネルギ吸収性に優れた繊維強化複合材ということができる。

尚、本発明に係る繊維強化複合材は、車両の衝撃吸収材の他、車両の外板、飛行機、船艇、自転車のフレーム等にも使用することができ、用途は限定されない。

本発明の繊維強化複合材は、車両の衝撃吸収材に好適である。

本発明に係る繊維強化複合材の含浸工程から含浸体積層工程までを説明する図である。 本発明に係る繊維強化複合材の硬化工程から完成までを説明する図である。 本発明に係る繊維強化複合材の作用を説明する図である。 図１の別実施例図である。 本発明に係る実験に用いた繊維強化複合材を説明する図である。 面内圧縮試験の試験方法を説明する図である。 テストピースが吸収したエネルギ量の算出方法について説明する図である。 面内圧縮試験の結果を説明する変位−荷重線図である。 実験番号１〜実験番号２０の実験結果を説明する図である。 実験番号２〜実験番号２０までの分布を示す分布図である。 実験番号２１の結果を示す棒グラフを説明する図である。 層間破壊試験の説明をする図である。 層間破壊試験の結果を説明する変位−荷重線図である。

符号の説明

１２…強化繊維、１３…母材樹脂、１４…含浸体、１５…介在物、１８…層間、２０…繊維強化複合材、２３…粒子。

Claims (3)

1. 強化繊維に母材樹脂を含浸させた含浸体を積層させてなる繊維強化複合材において、
   この繊維強化複合材は、隣り合う含浸体の間に介在物が配置されたことを特徴とする繊維強化複合材。
2. 前記介在物は、粒子又は網状体であることを特徴とする請求項１記載の繊維強化複合材。
3. 前記介在物の外径は１００〜９００μｍであり、前記介在物が全体に占める割合は１〜４体積％であることを特徴とする請求項１記載の繊維強化複合材。

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