JP2014141766A - Fiber bundle, three-dimensional fiber structure and fiber-reinforced composite material, and method for manufacturing fiber bundle - Google Patents

Fiber bundle, three-dimensional fiber structure and fiber-reinforced composite material, and method for manufacturing fiber bundle Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce resin accumulation and, at the same time, improve a fiber volume content in a fiber-reinforced resin when a three-dimensional fiber structure is used as a reinforcing base material for the fiber-reinforced resin.SOLUTION: In a three-dimensional fiber structure 10, an at least biaxially oriented laminated fiber layer 12 in which fiber layers 11 are laminated is bound by a binding structure 13 including binding yarns 13a arranged in a direction orthogonal to each fiber layer 11. The laminated fiber layer 12 includes at least one fiber layer 11 including fiber bundles 21 in each of which the spreading of opened fibers composing each fiber bundle 21 is restricted by nanofibers spun by an electrospinning method.

Description

本発明は、繊維束、三次元繊維構造体及び繊維強化複合材並びに繊維束の製造方法に関する。   The present invention relates to a fiber bundle, a three-dimensional fiber structure, a fiber reinforced composite material, and a method for manufacturing the fiber bundle.

繊維強化複合材は軽量の構造材料として広く使用されている。複合材用の強化基材として三次元織物(三次元繊維構造体)がある。この三次元織物を強化基材として、樹脂をマトリックスとした複合材は航空機、自動車、船舶あるいは一般産業機器の構造用部材として用いられている。三次元織物複合材は、織布や不織布等の強化繊維に樹脂を含浸硬化して形成した繊維強化複合材と異なり、基準面内に配列された強化繊維(面内配向糸)と交差する方向に配列される結合糸(面外方向糸)を有する三次元織物を強化基材としている。そのため、面外方向糸を有さない繊維強化複合材に比較して、高い面外方向強度を持つ反面、結合糸(面外方向糸)の周辺でクラックが発生し易いという品質課題がある。   Fiber reinforced composites are widely used as lightweight structural materials. There is a three-dimensional fabric (three-dimensional fiber structure) as a reinforcing base material for composite materials. A composite material using this three-dimensional woven fabric as a reinforcing base and a resin as a matrix is used as a structural member for aircraft, automobiles, ships, or general industrial equipment. The three-dimensional woven composite material is different from the fiber reinforced composite material formed by impregnating and curing resin in reinforced fabric such as woven fabric and non-woven fabric, and the direction crossing the reinforcing fiber (in-plane oriented yarn) arranged in the reference plane A three-dimensional woven fabric having binding yarns (out-of-plane direction yarns) arranged in the above is used as a reinforcing base material. Therefore, compared with a fiber reinforced composite material that does not have an out-of-plane direction yarn, there is a quality problem that cracks are likely to occur around the binding yarn (out-of-plane direction yarn) while having a high out-of-plane direction strength.

この課題に対応するため、積層された面内方向糸の複数の層が有機繊維からなる縫い糸により縫い合わされた三次元織物に樹脂を含浸硬化してなる三次元繊維強化樹脂複合材が提案されている。(特許文献1参照)。特許文献1の三次元繊維強化樹脂複合材は、図9に示すように、複数の経糸51と複数の緯糸52からなる面内方向糸53と、面内方向糸53の基準面に対して直交する複数の面外方向糸54と、面外方向糸54を固定する耳糸55とから形成される平板状三次元織布56に樹脂を含浸し、平板状三次元織布56に含浸した樹脂を加熱加圧処理して硬化することで形成される。面外方向糸54は1000デニール以下のものが使用される。   In order to cope with this problem, a three-dimensional fiber reinforced resin composite material is proposed in which a resin is impregnated and cured in a three-dimensional fabric in which a plurality of layers of laminated in-plane direction yarns are stitched together with sewing threads made of organic fibers. Yes. (See Patent Document 1). As shown in FIG. 9, the three-dimensional fiber-reinforced resin composite material of Patent Document 1 is orthogonal to the reference plane of the in-plane direction yarn 53 composed of a plurality of warps 51 and a plurality of wefts 52 and the in-plane direction yarn 53. A plate-like three-dimensional woven fabric 56 formed of a plurality of out-of-plane direction yarns 54 and ear threads 55 that fix the out-of-plane direction yarns 54 is impregnated with resin, and the plate-like three-dimensional woven fabric 56 is impregnated with resin. It is formed by curing by heating and pressing. As the out-of-plane direction yarn 54, one having 1000 denier or less is used.

特開2007−152672号公報JP 2007-152672 A

特許文献1の三次元繊維強化樹脂複合材は、面外方向糸54に有機繊維を使用することにより、無機繊維に比べてマトリックス樹脂と熱的性質が近く、クラックの原因となる内部ひずみが減少する。また、1000デニール以下の細い糸を使用することにより、図9に矢印A,Bで示す箇所、即ち面外方向糸54のループ内や面外方向糸54及び耳糸55の太さ分生じる治具と面内方向糸53の隙間における樹脂溜まりを減少させる方策として有効である。   The three-dimensional fiber reinforced resin composite material of Patent Document 1 uses an organic fiber for the out-of-plane direction yarn 54, so that it has a thermal property closer to that of the matrix resin than inorganic fibers, and reduces internal strain that causes cracks. To do. Further, by using a thin thread having a denier of 1000 deniers or less, the treatment indicated by the arrows A and B in FIG. This is effective as a measure for reducing the resin pool in the gap between the tool and the in-plane direction thread 53.

ところが、これらの対策では、図9において矢印Cで示す部分、即ち面外方向糸54の根元部の樹脂溜まりを減少させる方策としては、面外方向糸54の張力を上げられないという背反が伴い有効ではない。また、面外方向糸54の張力を上げることができないと、一般的な構造用CFRP(炭素繊維強化樹脂)材の繊維体積含有率(Vf55%程度)を実現できないという問題がある。   However, in these measures, as a measure for reducing the resin pool in the portion indicated by the arrow C in FIG. 9, that is, the root portion of the out-of-plane direction yarn 54, there is a contradiction that the tension of the out-of-plane direction yarn 54 cannot be increased. It is not valid. Further, if the tension of the out-of-plane direction thread 54 cannot be increased, there is a problem that the fiber volume content (about Vf 55%) of a general structural CFRP (carbon fiber reinforced resin) material cannot be realized.

本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、三次元繊維構造体を繊維強化樹脂の強化基材として使用した際に、繊維強化樹脂の樹脂溜まりの減少と、繊維体積含有率の向上とを両立させることができる三次元繊維構造体及び繊維強化複合材を提供することにある。また、その三次元繊維構造体の構成に必要な繊維束及びその製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to reduce the resin pool of the fiber reinforced resin when the three-dimensional fiber structure is used as a reinforced base material of the fiber reinforced resin. An object of the present invention is to provide a three-dimensional fiber structure and a fiber reinforced composite material capable of achieving both improvement in fiber volume content. Moreover, it is providing the fiber bundle required for the structure of the three-dimensional fiber structure, and its manufacturing method.

上記課題を解決する繊維束は、繊維層が積層された少なくとも2軸配向となる積層繊維層が、各繊維層と直交する方向に配列された結合糸を有する結合構造で結合されて構成された三次元繊維構造体の前記繊維層を構成する繊維束であって、前記繊維束を構成する開繊繊維と交絡するナノファイバーにより前記開繊繊維の広がりが拘束されている。   The fiber bundle that solves the above problems is configured by bonding at least biaxially oriented laminated fiber layers in which fiber layers are laminated with a bonding structure having bonding yarns arranged in a direction orthogonal to each fiber layer. The fiber bundle constituting the fiber layer of the three-dimensional fiber structure, and the spread of the spread fiber is restricted by nanofibers entangled with the spread fiber constituting the fiber bundle.

結合糸は積層繊維層の各繊維層と直交する方向に配列されて各繊維層を結合するが、三次元繊維構造体の製造工程において結合糸を引き締める際に、結合糸の積層繊維層と直交する方向に配列された部分が繊維層を構成する繊維の間隔を拡げるように作用する。繊維層を構成する繊維の間隔が広がった状態の三次元構造体を強化基材として繊維強化複合材(繊維強化樹脂)を形成すると、繊維強化樹脂に樹脂溜まりが発生し、樹脂溜まりの部分からクラックが発生し易くなる。   The binding yarn is arranged in a direction orthogonal to each fiber layer of the laminated fiber layer and bonds the fiber layers. When the binding yarn is tightened in the manufacturing process of the three-dimensional fiber structure, it is orthogonal to the laminated fiber layer of the binding yarn. The portions arranged in the direction to act act to widen the spacing between the fibers constituting the fiber layer. When a fiber reinforced composite material (fiber reinforced resin) is formed using a three-dimensional structure in which the distance between fibers constituting the fiber layer is widened as a reinforced base material, a resin pool is generated in the fiber reinforced resin, and from the resin pool portion Cracks are likely to occur.

しかし、繊維束を構成する開繊繊維の広がりが開繊繊維と交絡するナノファイバーにより拘束されている繊維束で繊維層を構成すれば、三次元繊維構造体の製造工程において結合糸を引き締める際の繊維層を構成する開繊繊維の広がりが抑制される。したがって、この繊維束で構成された三次元繊維構造体を繊維強化樹脂の強化基材として使用した際に、繊維強化樹脂の樹脂溜まりの減少と、繊維体積含有率の向上とを両立させることができる。   However, if the fiber layer is composed of fiber bundles in which the spread of the spread fibers constituting the fiber bundle is constrained by the nanofibers that are entangled with the spread fibers, when the binding yarn is tightened in the manufacturing process of the three-dimensional fiber structure The spread of the spread fiber constituting the fiber layer is suppressed. Therefore, when the three-dimensional fiber structure composed of this fiber bundle is used as a reinforced base material for fiber reinforced resin, it is possible to achieve both the reduction of the resin pool of the fiber reinforced resin and the improvement of the fiber volume content. it can.

前記ナノファイバーは、前記開繊繊維の配列方向と直交する方向に対して±θ(0<θ≦15°)の配向角度となるものが80%以上存在する状態で配列されていることが好ましい。この構成によれば、開繊繊維の広がりを抑制する効果がより大きくなる。   The nanofibers are preferably arranged in a state where 80% or more of those having an orientation angle of ± θ (0 <θ ≦ 15 °) with respect to a direction orthogonal to the arrangement direction of the spread fibers are present. . According to this configuration, the effect of suppressing the spread of the spread fiber is further increased.

上記課題を解決する三次元繊維構造体は、繊維層が積層された少なくとも2軸配向となる積層繊維層が、各繊維層と直交する方向に配列された結合糸を有する結合構造で結合されて構成された三次元繊維構造体であって、前記積層繊維層は、少なくとも一層に前記繊維層を構成する開繊繊維と交絡するナノファイバーにより前記開繊繊維の広がりが拘束されている繊維束からなる繊維層を有する。この構成によれば、三次元繊維構造体を繊維強化樹脂の強化基材として使用した際に、繊維強化樹脂の樹脂溜まりの減少と、繊維体積含有率の向上とを両立させることができる。   In the three-dimensional fiber structure that solves the above-described problems, at least biaxially oriented laminated fiber layers in which fiber layers are laminated are bonded with a bonding structure having bonding yarns arranged in a direction orthogonal to the respective fiber layers. A three-dimensional fiber structure configured, wherein the laminated fiber layer is formed from a fiber bundle in which the spread of the spread fiber is restricted by nanofibers entangled with the spread fiber constituting the fiber layer in at least one layer A fiber layer. According to this configuration, when the three-dimensional fiber structure is used as a reinforced base material for fiber reinforced resin, it is possible to achieve both reduction in the resin reservoir of the fiber reinforced resin and improvement in the fiber volume content.

前記積層繊維層は、少なくとも表層に前記繊維層を構成する開繊繊維と交絡するナノファイバーにより前記開繊繊維の広がりが拘束されている繊維束からなる繊維層を有することが好ましい。この構成によれば、繊維強化樹脂の表層における樹脂溜まりを減少させることができる。   It is preferable that the laminated fiber layer has a fiber layer formed of a fiber bundle in which the spread of the spread fiber is constrained by nanofibers entangled with the spread fiber constituting the fiber layer on at least a surface layer. According to this structure, the resin pool in the surface layer of fiber reinforced resin can be reduced.

前記結合構造は、前記積層繊維層の一方の面側においてその表面に沿って配列されるとともに所定ピッチで前記積層繊維層内に一方の面側から挿入され、かつ前記積層繊維層の他方の面側においてループ状に折り返すように配列される結合糸と、前記結合糸のループ内に挿通された状態で前記結合糸の前記積層繊維層からの抜け止めを行う抜け止め糸とで構成されており、前記結合糸の根元側の前記積層繊維層の表層に前記繊維層を構成する開繊繊維と交絡するナノファイバーにより前記開繊繊維の広がりが拘束されている繊維束からなる繊維層を有することが好ましい。   The bonding structure is arranged along the surface of one side of the laminated fiber layer and is inserted from the one side into the laminated fiber layer at a predetermined pitch, and the other side of the laminated fiber layer A binding yarn arranged so as to be folded in a loop on the side, and a retaining yarn that prevents the binding yarn from coming off the laminated fiber layer while being inserted into the loop of the binding yarn. And a fiber layer made of a fiber bundle in which the spread of the spread fibers is constrained by nanofibers entangled with the spread fibers constituting the fiber layer on the surface layer of the laminated fiber layer on the root side of the binding yarn Is preferred.

この構成によれば、結合糸が波縫いで各繊維層を結合する構成に比べて、繊維体積含有率の向上を図り易い。また、繊維層を構成する開繊繊維の広がりがナノファイバーにより拘束されている繊維束からなる繊維層が、繊維強化樹脂の表層における樹脂溜まりを減少させることができる。   According to this configuration, the fiber volume content can be easily improved as compared with the configuration in which the binding yarns are wave stitched to bind the fiber layers. Moreover, the fiber layer which consists of a fiber bundle with which the spread of the spread fiber which comprises a fiber layer is restrained by the nanofiber can reduce the resin pool in the surface layer of fiber reinforced resin.

上記課題を解決する繊維強化複合材は、前記三次元繊維構造体を強化基材とする。
この構成によれば、繊維強化複合材を構成する強化基材としての三次元繊維構造体は、少なくとも一層に繊維層を構成する開繊繊維と交絡するナノファイバーにより前記開繊繊維の広がりが拘束されている繊維束からなる繊維層を有する。したがって、繊維強化樹脂の樹脂溜まりの減少と、繊維体積含有率の向上とを両立させることができる。
The fiber reinforced composite material which solves the said subject uses the said three-dimensional fiber structure as a reinforced base material.
According to this configuration, in the three-dimensional fiber structure as the reinforcing base material constituting the fiber-reinforced composite material, the spread of the spread fiber is constrained by the nanofiber entangled with the spread fiber constituting the fiber layer in at least one layer. And a fiber layer made of a bundle of fibers. Therefore, it is possible to achieve both a reduction in the resin reservoir of the fiber reinforced resin and an improvement in the fiber volume content.

上記課題を解決する繊維束の製造方法は、開繊繊維を移動させつつその進行方向と交差する方向に、電界紡糸装置の吐出ノズルを往復移動させて、前記開繊繊維中にナノファイバーを配向させた状態で紡糸する。この方法で製造された繊維束は、ナノファイバーが開繊繊維の配列方向に対して、開繊繊維の移動速度及び吐出ノズルの移動速度により定まる方向性を持って配向された状態で開繊繊維と交差して絡み合うため、ランダムに絡み合う場合に比べて、開繊繊維の広がりを抑制する効果が大きくなる。   A method of manufacturing a fiber bundle that solves the above problem is to orient the nanofibers in the spread fibers by moving the discharge nozzle of the electrospinning device back and forth in a direction intersecting the traveling direction while moving the spread fibers. Spin in the let state. The fiber bundle produced by this method is a spread fiber in a state in which the nanofibers are oriented with a direction determined by the moving speed of the opened fiber and the moving speed of the discharge nozzle with respect to the arrangement direction of the opened fibers. Therefore, the effect of suppressing the spread of the spread fibers is greater than that in the case of random entanglement.

本発明によれば、三次元繊維構造体を三次元繊維強化樹脂の強化基材として使用した際に、三次元繊維強化樹脂の樹脂溜まりの減少と、繊維体積含有率の向上とを両立させることができる。   According to the present invention, when a three-dimensional fiber structure is used as a reinforced base material for a three-dimensional fiber reinforced resin, a reduction in the resin reservoir of the three-dimensional fiber reinforced resin and an improvement in the fiber volume content can be achieved at the same time. Can do.

第1の実施形態の三次元繊維構造体の模式斜視図。The schematic perspective view of the three-dimensional fiber structure of 1st Embodiment. 一方向織物の模式図。The schematic diagram of a one-way fabric. (a)は表層の繊維束の模式斜視図、(b)は開繊繊維とナノファイバーとが絡み合う状態を示す模式断面図。(A) is a schematic perspective view of the fiber bundle of a surface layer, (b) is a schematic cross section which shows the state where an opening fiber and a nanofiber become intertwined. 繊維束の製造方法を示す模式図。The schematic diagram which shows the manufacturing method of a fiber bundle. 繊維強化樹脂の模式断面図。The schematic cross section of fiber reinforced resin. (a)は第2の実施形態の繊維束の模式斜視図、(b)は模式断面図。(A) is a schematic perspective view of the fiber bundle of 2nd Embodiment, (b) is a schematic cross section. 別の実施形態の三次元繊維構造体の模式断面図。The schematic cross section of the three-dimensional fiber structure of another embodiment. 別の実施形態の三次元繊維構造体の模式断面図。The schematic cross section of the three-dimensional fiber structure of another embodiment. 従来技術の模式断面図。The schematic cross section of a prior art.

(第1の実施形態)
以下、繊維束、三次元繊維構造体及び繊維強化複合材の第1の実施形態を図1〜図5にしたがって説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, 1st Embodiment of a fiber bundle, a three-dimensional fiber structure, and a fiber reinforced composite material is described according to FIGS.

図1に示すように、三次元繊維構造体10は、繊維層11が積層された少なくとも2軸配向となる積層繊維層12が、各繊維層11と直交する方向に配列された結合糸13aを有する結合構造13で結合されて構成されている。詳述すると、結合構造13は、結合糸13aと抜け止め糸13bとで構成されている。結合糸13aは、積層繊維層12の一方の面側(図1における下面側)においてその表面に沿って配列されるとともに所定ピッチで積層繊維層12内に一方の面側から挿入され、かつ積層繊維層12の他方の面側においてループ状に折り返すように配列されている。抜け止め糸13bは、結合糸13aのループL内に挿通された状態で結合糸13aの積層繊維層12からの抜け止めを行うように結合糸13aの配列面Pzと交差する方向(この実施形態では直交方向)に配列されている。   As shown in FIG. 1, the three-dimensional fiber structure 10 includes a binding fiber 13 a in which laminated fiber layers 12 having at least biaxial orientation in which fiber layers 11 are laminated are arranged in a direction orthogonal to the fiber layers 11. It is configured to be coupled by a coupling structure 13 having the same. Specifically, the coupling structure 13 includes a coupling yarn 13a and a retaining yarn 13b. The binding yarns 13a are arranged along the surface of one side of the laminated fiber layer 12 (the lower side in FIG. 1) and are inserted into the laminated fiber layer 12 from the one side with a predetermined pitch. The fiber layer 12 is arranged so as to be folded back in a loop shape on the other surface side. The retaining thread 13b crosses the arrangement surface Pz of the binding thread 13a so as to prevent the binding thread 13a from slipping out of the laminated fiber layer 12 in a state of being inserted into the loop L of the binding thread 13a (this embodiment) In the orthogonal direction).

この実施形態では、積層繊維層12は、配向角0度の連続繊維から成る繊維層11aと、配向角90度の連続繊維から成る繊維層11bと、配向角45度の連続繊維から成る繊維層11cと、配向角−45度の連続繊維から成る繊維層11dとが、所定数積層されて疑似等方性に構成されている。そして、積層繊維層12の厚さ方向の両面にそれぞれ配向角45度の連続繊維から成る繊維層11c又は配向角−45度の連続繊維から成る繊維層11dが配列されている。積層繊維層12の連続繊維は、三次元繊維構造体10の厚さ方向(図1の上下方向)と直交する面内に配列される面内配列糸となる。なお、結合糸13aは、基準面内に配列された面内配列糸と交差する方向に配列される面外方向糸を構成する。   In this embodiment, the laminated fiber layer 12 includes a fiber layer 11a composed of continuous fibers having an orientation angle of 0 degrees, a fiber layer 11b composed of continuous fibers having an orientation angle of 90 degrees, and a fiber layer composed of continuous fibers having an orientation angle of 45 degrees. 11c and a fiber layer 11d made of continuous fibers with an orientation angle of −45 degrees are laminated in a predetermined number so as to be pseudo-isotropic. A fiber layer 11c made of continuous fibers with an orientation angle of 45 degrees or a fiber layer 11d made of continuous fibers with an orientation angle of -45 degrees is arranged on both surfaces of the laminated fiber layer 12 in the thickness direction. The continuous fibers of the laminated fiber layer 12 become in-plane arrangement yarns arranged in a plane orthogonal to the thickness direction of the three-dimensional fiber structure 10 (vertical direction in FIG. 1). The binding yarn 13a constitutes an out-of-plane direction yarn arranged in a direction intersecting with the in-plane arrangement yarn arranged in the reference plane.

図2に示すように、繊維層11は、一方向に配列されて強化繊維として機能する連続繊維14aの繊維束14からなる繊維束層15と、繊維束14と直交する方向に配列される補助糸16とで構成されている。補助糸16は、強化繊維としての機能はなく繊維束14を結合して織物として取り扱える役割を果たす。即ち、繊維層11は一方向織物で構成されている。   As shown in FIG. 2, the fiber layer 11 includes a fiber bundle layer 15 composed of fiber bundles 14 of continuous fibers 14 a arranged in one direction and functioning as reinforcing fibers, and an auxiliary arranged in a direction perpendicular to the fiber bundle 14. It is comprised with the thread | yarn 16. The auxiliary yarn 16 does not have a function as a reinforcing fiber, and plays a role of binding the fiber bundle 14 and handling it as a woven fabric. That is, the fiber layer 11 is composed of a unidirectional fabric.

連続繊維14a、結合糸13a及び抜け止め糸13bとしては、例えば、炭素繊維が使用される。炭素繊維はフィラメント数が数百〜数万本程度であり、要求性能に適した本数の繊維束が選択される。   As the continuous fiber 14a, the binding yarn 13a, and the retaining yarn 13b, for example, carbon fiber is used. Carbon fiber has a number of filaments of about several hundred to several tens of thousands, and the number of fiber bundles suitable for the required performance is selected.

積層繊維層12は、少なくとも一層に繊維束を構成する開繊繊維の広がりが電界紡糸法により紡糸されたナノファイバー20(図3に図示)により拘束されている繊維束21からなる繊維層を有する。この実施形態では、表層に繊維束21からなる繊維層を有する。この実施形態では、繊維層11のうち、表層を構成する繊維層11は、繊維束21と補助糸16とで構成される。   The laminated fiber layer 12 has a fiber layer composed of a fiber bundle 21 in which the spread of the spread fibers constituting the fiber bundle is constrained by nanofibers 20 (illustrated in FIG. 3) spun by an electrospinning method. . In this embodiment, the surface layer has a fiber layer composed of fiber bundles 21. In this embodiment, among the fiber layers 11, the fiber layer 11 constituting the surface layer is composed of the fiber bundle 21 and the auxiliary yarn 16.

図3(a),(b)に示すように、繊維束21を模式的に示すと、繊維束21は複数の連続繊維21aが開繊された状態で一方向に配列され、開繊繊維としての連続繊維21aとランダムに交絡する状態のナノファイバー20により、開繊繊維の広がりが拘束されている。そのため、この繊維束21を使用して三次元繊維構造体10を構成する積層繊維層12の一方の表層を形成し、かつ積層繊維層12の結合構造13を構成する結合糸13aを繊維束21からなる繊維層側から積層繊維層12に挿入する構成にすると、結合糸13aから開繊繊維を拡げるように作用する力が効率良く抑えられる。また、ナノファイバー20が繊維束21の開繊繊維、即ち連続繊維21aと一体化して開繊繊維の広がりを拘束するため、広がり抑制用の繊維層を追加する必要がない。その結果、重量増加等の製品物性への悪影響がない。   As shown in FIGS. 3A and 3B, when the fiber bundle 21 is schematically shown, the fiber bundle 21 is arranged in one direction with a plurality of continuous fibers 21a opened, The spread of the spread fiber is constrained by the nanofiber 20 in a state of being randomly entangled with the continuous fiber 21a. For this reason, the fiber bundle 21 is used to form one surface layer of the laminated fiber layer 12 constituting the three-dimensional fiber structure 10, and the binding yarn 13 a constituting the joining structure 13 of the laminated fiber layer 12 is used as the fiber bundle 21. If the structure is inserted into the laminated fiber layer 12 from the fiber layer side, the force acting to spread the spread fiber from the binding yarn 13a is efficiently suppressed. Moreover, since the nanofiber 20 is integrated with the spread fiber of the fiber bundle 21, that is, the continuous fiber 21a, and restrains the spread of the spread fiber, it is not necessary to add a fiber layer for suppressing the spread. As a result, there is no adverse effect on product properties such as weight increase.

ナノファイバー20に使用される樹脂は、ナノオーダーの径を有する樹脂として成形可能、かつ、熱可塑性の合成樹脂であれば適用可能であり、例えば、ポリエステル、ナイロン等が挙げられる。   The resin used for the nanofiber 20 can be molded as a resin having a nano-order diameter and can be applied as long as it is a thermoplastic synthetic resin. Examples thereof include polyester and nylon.

次に開繊繊維に電界紡糸法によりナノファイバー20を交絡させた繊維束21の製造方法を説明する。
電界紡糸法には公知の電界紡糸装置が使用される。図4に示すように、電界紡糸装置30は、高電圧電源31と、吐出ノズル32と、吐出ノズル32に対向して配置されたターゲット電極33とを備えている。高電圧電源31は、10〜20kV程度の出力が可能になっている。吐出ノズル32は、パイプ34により図示しない樹脂溶液供給部に接続されている。樹脂溶液供給部は、溶融状態の樹脂を貯溜するタンクと、タンク内に圧力を加えて溶融した樹脂を吐出ノズル32に供給するようになっている。高電圧電源31のプラス端子が吐出ノズル32に電気的に接続され、高電圧電源31のマイナス端子及びターゲット電極33はアースされている。
Next, a method for producing a fiber bundle 21 in which nanofibers 20 are entangled with an open fiber by an electrospinning method will be described.
A known electrospinning apparatus is used for the electrospinning method. As shown in FIG. 4, the electrospinning apparatus 30 includes a high-voltage power supply 31, a discharge nozzle 32, and a target electrode 33 disposed so as to face the discharge nozzle 32. The high voltage power supply 31 can output about 10 to 20 kV. The discharge nozzle 32 is connected by a pipe 34 to a resin solution supply unit (not shown). The resin solution supply unit is configured to supply a tank for storing a molten resin and a resin melted by applying pressure in the tank to the discharge nozzle 32. The plus terminal of the high voltage power supply 31 is electrically connected to the discharge nozzle 32, and the minus terminal of the high voltage power supply 31 and the target electrode 33 are grounded.

ターゲット電極33は、吐出ノズル32とターゲット電極33との間を一方向に移動する開繊繊維35の幅以上の幅を有する。吐出ノズル32は、図示しない駆動装置により開繊繊維35の移動方向と直交する方向に往復移動可能に構成されている。   The target electrode 33 has a width equal to or larger than the width of the spread fiber 35 that moves in one direction between the discharge nozzle 32 and the target electrode 33. The discharge nozzle 32 is configured to be reciprocally movable in a direction orthogonal to the moving direction of the spread fiber 35 by a driving device (not shown).

繊維束21を製造する場合は、図示しない開繊装置により原料繊維束が開繊されて開繊繊維35が形成され、その開繊繊維35が吐出ノズル32とターゲット電極33との間を一方向に移動するように、図示しない引き取り装置を経て巻き取り装置に巻き取られる。吐出ノズル32から吐出された溶融樹脂はプラス電荷を帯びた状態でターゲット電極33に向かって進み、開繊繊維35が吐出ノズル32とターゲット電極33との間を一方向(図4では紙面と垂直方向)に移動する間に、ナノファイバー20となって開繊繊維35を構成する連続繊維21aの間に侵入して開繊繊維35と交絡する。   When the fiber bundle 21 is manufactured, the raw fiber bundle is opened by an unshown opening device to form the opened fiber 35, and the opened fiber 35 is unidirectional between the discharge nozzle 32 and the target electrode 33. So as to move to the winding device via a take-up device (not shown). The molten resin discharged from the discharge nozzle 32 travels toward the target electrode 33 with a positive charge, and the spread fibers 35 pass in one direction between the discharge nozzle 32 and the target electrode 33 (in FIG. 4, perpendicular to the paper surface). During the movement in the direction), the nanofibers 20 enter between the continuous fibers 21a constituting the opened fibers 35 and are entangled with the opened fibers 35.

開繊繊維35は一定速度で移動され、吐出ノズル32は開繊繊維35に対してその幅内で往復動し、かつ移動中に速度がランダムに変更される状態で移動される。その結果、図3(a),(b)に示すように、複数の連続繊維21aが開繊された状態で一方向に配列され、開繊繊維としての連続繊維21aとランダムに係合する状態のナノファイバー20により、開繊繊維の広がりが拘束された繊維束21が製造される。   The spread fiber 35 is moved at a constant speed, and the discharge nozzle 32 reciprocates within the width of the spread fiber 35 and is moved in a state where the speed is randomly changed during the movement. As a result, as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), a plurality of continuous fibers 21a are arranged in one direction in an opened state, and are randomly engaged with the continuous fibers 21a as the opened fibers. The fiber bundle 21 in which the spread of the spread fiber is restricted is manufactured by the nanofiber 20.

三次元繊維構造体10は、繊維強化複合材の強化基材として使用される。そして、繊維強化複合材は、三次元繊維構造体10に、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が含浸硬化されて構成される。   The three-dimensional fiber structure 10 is used as a reinforcing base material for a fiber-reinforced composite material. The fiber reinforced composite material is configured by impregnating and curing a three-dimensional fiber structure 10 with, for example, a thermosetting resin such as an epoxy resin.

図5に示すように、繊維強化複合材としての繊維強化樹脂40は、三次元繊維構造体10を構成する結合糸13aがループ状の折り返し部で抜け止め糸13bと係合した状態で三次元繊維構造体10の厚さ方向に折り返し状に配列され、ループ状の折り返し部と反対側、即ち根元部側では三次元繊維構造体10の表面に沿って配列されている。結合糸13aの根元部側では、三次元繊維構造体10を形成する際、積層繊維層12の繊維体積含有率Vfを高めるために、各挿入位置において折り返し状に配列された結合糸13aを引き戻す際に、結合糸13aの根元部側で結合糸13aに係合している連続繊維21a間の距離を拡げる方向の力が大きく作用する。しかし、繊維束21は、開繊繊維の広がりが電界紡糸法により紡糸されたナノファイバー20により拘束されているため、その広がりが抑制される。その結果、積層繊維層12に折り返し状に挿入された結合糸13aは、目開きが防止された状態で、樹脂が含浸硬化されている。そのため、繊維強化樹脂40は、結合糸13aの根元部の樹脂溜まり41が小さくなる。なお、図5では模式的に、結合糸13aが隣り合う繊維束21の間に挿入された状態で図示しているが、結合糸13aは繊維束21の開繊繊維の間に挿入される確率が高い。   As shown in FIG. 5, the fiber reinforced resin 40 as the fiber reinforced composite material is three-dimensional in a state where the binding yarn 13a constituting the three-dimensional fiber structure 10 is engaged with the retaining yarn 13b at the loop-shaped folded portion. The fiber structure 10 is arranged in a folded shape in the thickness direction, and is arranged along the surface of the three-dimensional fiber structure 10 on the side opposite to the loop-shaped folded part, that is, on the root side. On the base side of the binding yarn 13a, when forming the three-dimensional fiber structure 10, the binding yarn 13a arranged in a folded shape is pulled back at each insertion position in order to increase the fiber volume content Vf of the laminated fiber layer 12. At this time, a force in the direction of increasing the distance between the continuous fibers 21a engaged with the binding yarn 13a on the base side of the binding yarn 13a acts greatly. However, since the spread of the spread fiber is constrained by the nanofiber 20 spun by the electrospinning method, the spread of the fiber bundle 21 is suppressed. As a result, the binding yarn 13a inserted in the folded shape into the laminated fiber layer 12 is impregnated and cured with the resin in a state in which the opening is prevented. Therefore, the fiber reinforced resin 40 has a small resin reservoir 41 at the base portion of the binding yarn 13a. 5 schematically illustrates the binding yarn 13a inserted between adjacent fiber bundles 21, the probability that the binding yarn 13a is inserted between the opened fibers of the fiber bundle 21. Is expensive.

この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
(1)繊維束21は、繊維層11が積層された少なくとも2軸配向となる積層繊維層12が、各繊維層11と直交する方向に配列された結合糸13aを有する結合構造13で結合されて構成された三次元繊維構造体10の繊維層11を構成し、繊維束21を構成する開繊繊維35の広がりが電界紡糸法により紡糸されたナノファイバー20により拘束されている。したがって、この繊維束21で構成された三次元繊維構造体10を繊維強化樹脂40(繊維強化複合材)の強化基材として使用した際に、繊維強化樹脂40の表層における樹脂溜まり41の減少と、繊維体積含有率Vfの向上とを両立させることができる。
According to this embodiment, the following effects can be obtained.
(1) The fiber bundle 21 is bonded by a bonding structure 13 in which laminated fiber layers 12 having at least biaxial orientation in which the fiber layers 11 are laminated have bonding yarns 13 a arranged in a direction orthogonal to the fiber layers 11. The fiber layer 11 of the three-dimensional fiber structure 10 configured as described above is configured, and the spread of the spread fibers 35 configuring the fiber bundle 21 is constrained by the nanofibers 20 spun by the electrospinning method. Therefore, when the three-dimensional fiber structure 10 composed of the fiber bundles 21 is used as a reinforcing base material of the fiber reinforced resin 40 (fiber reinforced composite material), the reduction of the resin reservoir 41 in the surface layer of the fiber reinforced resin 40 is reduced. Further, the improvement of the fiber volume content Vf can be achieved.

(2)三次元繊維構造体10は、繊維層11が積層された少なくとも2軸配向となる積層繊維層12が、各繊維層11と直交する方向に配列された結合糸13aを有する結合構造13で結合されている。そして、積層繊維層12は、少なくとも一層に繊維束21を構成する開繊繊維35の広がりが電界紡糸法により紡糸されたナノファイバー20により拘束されている繊維束21からなる繊維層11を有する。したがって、三次元繊維構造体10を繊維強化樹脂40の強化基材として使用した際に、繊維強化樹脂40の表層における樹脂溜まり41の減少と、繊維体積含有率Vfの向上とを両立させることができる。   (2) The three-dimensional fiber structure 10 includes a bonded structure 13 in which a laminated fiber layer 12 having at least biaxial orientation in which fiber layers 11 are laminated has a binding yarn 13 a arranged in a direction orthogonal to the fiber layers 11. It is combined with. And the laminated fiber layer 12 has the fiber layer 11 which consists of the fiber bundle 21 in which the spread of the spread fiber 35 which comprises the fiber bundle 21 is restrained by the nanofiber 20 spun by the electrospinning method at least in one layer. Therefore, when the three-dimensional fiber structure 10 is used as a reinforced base material for the fiber reinforced resin 40, it is possible to achieve both reduction of the resin reservoir 41 in the surface layer of the fiber reinforced resin 40 and improvement of the fiber volume content Vf. it can.

(3)積層繊維層12は、少なくとも表層に前記繊維層11を構成する開繊繊維35の広がりが電界紡糸法により紡糸されたナノファイバー20により拘束されている繊維束21からなる繊維層11を有する。したがって、繊維強化樹脂40の表層における樹脂溜まり41を減少させることができる。   (3) The laminated fiber layer 12 includes at least a fiber layer 11 including a fiber bundle 21 in which the spread of the spread fibers 35 constituting the fiber layer 11 is constrained by nanofibers 20 spun by an electrospinning method. Have. Therefore, the resin reservoir 41 in the surface layer of the fiber reinforced resin 40 can be reduced.

(4)ナノファイバー20が繊維束21の開繊繊維、即ち連続繊維21aと一体化して開繊繊維の広がりを拘束するため、積層繊維層12に広がり抑制用の繊維層を追加する必要がない。その結果、重量増加等の製品物性への悪影響がない。   (4) Since the nanofiber 20 is integrated with the spread fiber of the fiber bundle 21, that is, the continuous fiber 21 a and restrains the spread of the spread fiber, there is no need to add a spread suppressing fiber layer to the laminated fiber layer 12. . As a result, there is no adverse effect on product properties such as weight increase.

(5)結合構造13は、積層繊維層12の一方の面側においてその表面に沿って配列されるとともに所定ピッチで積層繊維層12内に一方の面側から挿入され、かつ積層繊維層12の他方の面側においてループ状に折り返すように配列される結合糸13aと、結合糸13aのループL内に挿通された状態で結合糸13aの積層繊維層12からの抜け止めを行う抜け止め糸13bとで構成されている。そして、結合糸13aの根元側の積層繊維層12の表層に、繊維束21を構成する開繊繊維35の広がりが電界紡糸法により紡糸されたナノファイバー20により拘束されている繊維束21からなる繊維層11を有する。したがって、結合糸13aが波縫いで各繊維層11を結合する構成に比べて、繊維体積含有率Vfの向上を図り易い。また、繊維層11を構成する開繊繊維35の広がりがナノファイバー20により拘束されている繊維束21からなる繊維層11により繊維強化樹脂40の表層における樹脂溜まり41を減少させることができる。   (5) The bonding structure 13 is arranged along the surface of one side of the laminated fiber layer 12 and is inserted from the one side into the laminated fiber layer 12 at a predetermined pitch. A binding yarn 13a arranged so as to be folded in a loop shape on the other surface side, and a retaining yarn 13b that prevents the binding yarn 13a from coming off the laminated fiber layer 12 while being inserted into the loop L of the binding yarn 13a. It consists of and. And the spread of the spread fiber 35 which comprises the fiber bundle 21 is restrained by the nanofiber 20 spun by the electrospinning method on the surface layer of the laminated fiber layer 12 on the root side of the binding yarn 13a. It has a fiber layer 11. Therefore, the fiber volume content Vf can be easily improved as compared with the configuration in which the binding yarns 13a are wave-sewn to join the fiber layers 11 together. Further, the resin layer 41 in the surface layer of the fiber reinforced resin 40 can be reduced by the fiber layer 11 including the fiber bundle 21 in which the spread of the spread fiber 35 constituting the fiber layer 11 is constrained by the nanofiber 20.

(6)繊維強化樹脂40(繊維強化複合材)の強化基材としての三次元繊維構造体10は、少なくとも一層に繊維束21を構成する開繊繊維の広がりが電界紡糸法により紡糸されたナノファイバー20により拘束されている繊維束21からなる繊維層11を有する。したがって、繊維強化樹脂40の表層における樹脂溜まり41の減少と、繊維体積含有率Vfの向上とを両立させることができる。   (6) The three-dimensional fiber structure 10 as a reinforcing base material of the fiber reinforced resin 40 (fiber reinforced composite material) is a nano-fiber in which the spread of the spread fibers constituting the fiber bundle 21 is spun by at least one layer by an electrospinning method. It has the fiber layer 11 which consists of the fiber bundle 21 restrained by the fiber 20. Therefore, it is possible to achieve both reduction of the resin reservoir 41 in the surface layer of the fiber reinforced resin 40 and improvement of the fiber volume content Vf.

(第2の実施形態)
次に第2の実施形態を図6にしたがって説明する。この実施形態は積層繊維層12の繊維層11を構成する開繊繊維35の広がりが電界紡糸法により紡糸されたナノファイバー20により拘束されている繊維束21の製造方法が第1の実施形態と異なっている。第1の実施形態と同一部分は同一符号を付して詳しい説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, the method of manufacturing the fiber bundle 21 in which the spread of the spread fibers 35 constituting the fiber layer 11 of the laminated fiber layer 12 is constrained by the nanofibers 20 spun by the electrospinning method is the same as that of the first embodiment. Is different. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

繊維束21の製造方法は、開繊繊維35を移動させつつその進行方向と交差する方向に、電界紡糸装置30の吐出ノズル32を往復移動させて、開繊繊維35中にナノファイバー20を配向させた状態で紡糸する。詳述すると、開繊繊維35の配列方向に対するナノファイバー20の配向角度が設定された角度となるように、開繊繊維35の移動速度と吐出ノズル32の移動速度とが設定された状態で電界紡糸装置30による電界紡糸が行われる。その結果、図6(a)に示すように、開繊繊維35の配列方向と直交する方向に対してナノファイバー20が±θの配向角度となる状態で配列されている。また、図6(b)に示すように、ナノファイバー20は、開繊繊維35の厚さ方向にも侵入して各連続繊維21aと交絡する状態で配列される。   In the method of manufacturing the fiber bundle 21, the nanofiber 20 is oriented in the spread fiber 35 by moving the discharge nozzle 32 of the electrospinning device 30 back and forth in a direction crossing the traveling direction while moving the spread fiber 35. Spin in the let state. More specifically, the electric field is set in a state where the moving speed of the spread fiber 35 and the moving speed of the discharge nozzle 32 are set so that the orientation angle of the nanofiber 20 with respect to the arrangement direction of the opened fibers 35 is set. Electrospinning is performed by the spinning device 30. As a result, as shown in FIG. 6A, the nanofibers 20 are arranged in a state where the orientation angle is ± θ with respect to the direction orthogonal to the arrangement direction of the spread fibers 35. Further, as shown in FIG. 6B, the nanofibers 20 are also arranged in a state where they penetrate into the thickness direction of the spread fiber 35 and are entangled with the continuous fibers 21a.

この実施形態によれば、第1の実施形態の(1)〜(6)に記載の効果に加えて以下の効果を得ることができる。
(7)繊維束21の製造方法は、開繊繊維35を移動させつつその進行方向と交差する方向に、電界紡糸装置30の吐出ノズル32を往復移動させて、開繊繊維35中にナノファイバー20を配向させた状態で紡糸する。したがって、この方法で製造された繊維束21は、ナノファイバー20が開繊繊維35の配列方向に対して、開繊繊維35の移動速度及び吐出ノズル32の移動速度により定まる方向性を持って配向された状態で開繊繊維35と交差して絡み合うため、ランダムに絡み合う場合に比べて、開繊繊維35の広がりを抑制する効果が大きくなる。
According to this embodiment, in addition to the effects described in (1) to (6) of the first embodiment, the following effects can be obtained.
(7) The fiber bundle 21 is manufactured by moving the opening fiber 35 in a direction crossing the traveling direction while reciprocating the discharge nozzle 32 of the electrospinning device 30 to move the opening fiber 35 into the opening fiber 35. Spin with 20 oriented. Therefore, the fiber bundle 21 manufactured by this method is oriented with the directionality determined by the moving speed of the opened fibers 35 and the moving speed of the discharge nozzles 32 with respect to the arrangement direction of the opened fibers 35. Since the crossing and entanglement with the spread fiber 35 is performed in this state, the effect of suppressing the spread of the spread fiber 35 is greater than in the case of entanglement at random.

(8)ナノファイバー20は、開繊繊維35の配列方向と直交する方向に対して±θ(0<θ≦15°)の配向角度となるものが80%以上存在する状態で配列されている。したがって、配向角度θが±15°を超える場合に比べて開繊繊維35の広がりを抑制する効果がより大きくなる。   (8) The nanofibers 20 are arranged in a state where 80% or more of the orientation angles of ± θ (0 <θ ≦ 15 °) are present with respect to the direction orthogonal to the arrangement direction of the spread fibers 35. . Therefore, the effect of suppressing the spread of the spread fiber 35 is greater than when the orientation angle θ exceeds ± 15 °.

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 三次元繊維構造体10を構成する積層繊維層12は、少なくとも1層の繊維層11に、開繊繊維の広がりが電界紡糸法により紡糸されたナノファイバー20により拘束されている繊維束21で構成された繊維層11を有していればよい。例えば、図7に示すように、繊維束21で構成された繊維層11を積層繊維層12の表層のうち、結合糸13aのループLが存在する側、即ち結合糸13aの挿入側(根元側)と反対側の表層に配置してもよい。この三次元繊維構造体10を強化基材とした繊維強化樹脂40は、結合糸13aと抜け止め糸13bとの交差部分の樹脂溜まり41が減少する。また、繊維束21で構成された繊維層11を、積層繊維層12の表層ではなく中間層として配置してもよい。この場合でも、表層側ほど大きくはないが中間層にも存在する樹脂溜まりを減少させることができる。しかし、繊維束21で構成された繊維層11を1層のみ配置する場合は、結合糸13aの根元側の表層に配置するのが好ましい。
The embodiment is not limited to the above, and may be embodied as follows, for example.
The laminated fiber layer 12 constituting the three-dimensional fiber structure 10 is a fiber bundle 21 in which the spread of spread fibers is constrained by nanofibers 20 spun by an electrospinning method on at least one fiber layer 11. What is necessary is just to have the comprised fiber layer 11. FIG. For example, as shown in FIG. 7, the fiber layer 11 composed of fiber bundles 21 is formed on the side of the laminated fiber layer 12 where the loop L of the binding yarn 13a exists, that is, the insertion side (root side) of the binding yarn 13a. ) May be disposed on the surface layer on the opposite side. In the fiber reinforced resin 40 using the three-dimensional fiber structure 10 as a reinforced base material, the resin pool 41 at the intersection of the binding yarn 13a and the retaining yarn 13b is reduced. Further, the fiber layer 11 composed of the fiber bundles 21 may be arranged as an intermediate layer instead of the surface layer of the laminated fiber layer 12. Even in this case, although it is not as large as the surface layer side, the resin reservoir which exists also in the intermediate layer can be reduced. However, when only one fiber layer 11 composed of the fiber bundles 21 is disposed, it is preferably disposed on the surface layer on the root side of the binding yarn 13a.

○ 繊維束21で構成された繊維層11は一層に限らず、複数層としてもよい。例えば、積層繊維層12の両表層に配置したり、両表層に加えて中間層にも配置したり、結合糸13aの根元側の表層と中間層とに配置したり、あるいは任意の位置に複数層配置したりしてもよい。しかし、繊維束21で構成された繊維層11を複数層配置する場合、少なくとも1層は、結合糸13aの根元側の表層に配置するのが好ましい。   (Circle) the fiber layer 11 comprised by the fiber bundle 21 is good also as not only one layer but a multiple layer. For example, it is arranged on both surface layers of the laminated fiber layer 12, it is also arranged on the intermediate layer in addition to both surface layers, it is arranged on the surface layer and the intermediate layer on the root side of the binding yarn 13a, or plural in arbitrary positions Layers may be arranged. However, when a plurality of fiber layers 11 composed of fiber bundles 21 are arranged, at least one layer is preferably arranged on the surface layer on the root side of the binding yarn 13a.

○ 積層繊維層12は、繊維層11が積層されて少なくとも2軸配向となればよく、各繊維層11が一方向織物で構成されている必要はなく、経糸及び緯糸が共に強化繊維の機能を果たす偏平な繊維束で織製された織物で構成されてもよい。織物としては、例えば、平織物や綾織物が挙げられる。また、平織物と綾織物が混在してもよい。繊維層11を織物で構成する場合は、一枚の織物が、配向方向が異なる2層分の繊維層11を構成する。織物を積層する際、織物の経糸及び緯糸の配列方向が隣り合う織物同士で45度ずつずれた状態で積層すれば、積層繊維層12は強化繊維が4軸配向で配列された構成になる。   The laminated fiber layer 12 only needs to be at least biaxially oriented by laminating the fiber layer 11, and each fiber layer 11 does not have to be composed of a unidirectional woven fabric, and both the warp and the weft have the function of reinforcing fibers. You may comprise the textile fabric woven with the flat fiber bundle which fulfills. Examples of the woven fabric include a plain woven fabric and a twill woven fabric. Moreover, a plain fabric and a twill fabric may be mixed. When the fiber layer 11 is composed of a woven fabric, one woven fabric forms two layers of fiber layers 11 having different orientation directions. When the woven fabrics are laminated, the laminated fiber layers 12 have a configuration in which reinforcing fibers are arranged in a four-axis orientation if the warp and weft arrangement directions of the woven fabrics are laminated 45 ° apart from each other.

○ 積層繊維層12は、偏平な繊維束で織製された織物と、一方向織物とが混在する積層構成であってもよい。
○ 繊維束21で構成された繊維層11を織物で構成してもよい。
The laminated fiber layer 12 may have a laminated configuration in which a woven fabric made of flat fiber bundles and a unidirectional fabric are mixed.
(Circle) you may comprise the fiber layer 11 comprised by the fiber bundle 21 with a textile fabric.

○ 積層繊維層12の各繊維層11を結合する結合構造13は、結合糸13aと抜け止め糸13bとからなる構成に限らず、例えば、図8に示すように、結合糸13aが波縫いで積層繊維層12の各繊維層を結合する構成にしてもよい。   The coupling structure 13 that couples the fiber layers 11 of the laminated fiber layer 12 is not limited to the configuration that includes the coupling thread 13a and the retaining thread 13b. For example, as illustrated in FIG. You may make it the structure which couple | bonds each fiber layer of the laminated fiber layer 12. FIG.

○ 積層繊維層12を擬似等方性で面内4軸配向に構成する繊維層11a〜11dの積層順序は、外層を繊維層11c(+45度層)又は繊維層11d(−45度層)にする順に限らない。   ○ The lamination order of the fiber layers 11a to 11d that constitute the laminated fiber layer 12 in a pseudo-isotropic and in-plane four-axis orientation is such that the outer layer is the fiber layer 11c (+45 degree layer) or the fiber layer 11d (-45 degree layer). The order is not limited.

○ 積層する繊維層11の数が多い場合、隣り合う繊維層11の繊維の配列方向が異なるように積層せずに、繊維の配列方向が同じ繊維層11が隣り合う箇所が存在してもよい。   When there are a large number of fiber layers 11 to be laminated, there may be a portion where the fiber layers 11 having the same fiber arrangement direction are adjacent to each other without being laminated so that the fiber arrangement directions of the adjacent fiber layers 11 are different. .

○ ナノファイバー20に使用される樹脂は、繊維強化樹脂のマトリックス樹脂の物性を補強するもの、例えば、ナノファイバー20に使用される樹脂が繊維強化樹脂のマトリックス樹脂と同じ樹脂や相溶性の良い樹脂であれば好ましい。   ○ The resin used for the nanofiber 20 reinforces the physical properties of the matrix resin of the fiber reinforced resin. For example, the resin used for the nanofiber 20 is the same resin as the matrix resin of the fiber reinforced resin or a resin having good compatibility. Is preferable.

○ 繊維束21を構成する開繊繊維と交絡するようにナノファイバー20を紡糸した後、熱をかけてナノファイバー20を繊維束に固着(溶着)させてもよい。この場合、開繊繊維の拡がりを抑制する効果が向上する。   ○ After spinning the nanofibers 20 so as to be entangled with the spread fibers constituting the fiber bundle 21, the nanofibers 20 may be fixed (welded) to the fiber bundle by applying heat. In this case, the effect of suppressing the spread of the spread fiber is improved.

○ 積層繊維層12を構成する連続繊維は炭素繊維に限らず、繊維強化複合材に要求される物性に対応して、アラミド繊維、ポリ−p−フェニレンベンゾビスオキサゾール繊維、超高分子量ポリエチレン繊維等の高強度の有機繊維あるいは、ガラス繊維やセラミック繊維等の無機繊維を使用してもよい。   ○ The continuous fiber constituting the laminated fiber layer 12 is not limited to carbon fiber, but aramid fiber, poly-p-phenylenebenzobisoxazole fiber, ultrahigh molecular weight polyethylene fiber, etc., corresponding to the physical properties required for fiber reinforced composite materials High-strength organic fibers or inorganic fibers such as glass fibers and ceramic fibers may be used.

○ 繊維束21を構成する開繊繊維とナノファイバー20とを交絡させる方法として、電界紡糸法に変えてニードリング等の他の交絡方法を用いてもよい。   O As a method of entanglement of the spread fiber constituting the fiber bundle 21 and the nanofiber 20, another entanglement method such as needling may be used instead of the electrospinning method.

θ…配向角度、L…ループ、10…三次元繊維構造体、11,11a,11b,11c,11d…繊維層、12…積層繊維層、13…結合構造、13a…結合糸、13b…抜け止め糸、14,21…繊維束、20…ナノファイバー、30…電界紡糸装置、32…吐出ノズル、35…開繊繊維、40…繊維強化複合材としての繊維強化樹脂。   θ ... orientation angle, L ... loop, 10 ... three-dimensional fiber structure, 11, 11a, 11b, 11c, 11d ... fiber layer, 12 ... laminated fiber layer, 13 ... bonding structure, 13a ... bonding yarn, 13b ... retaining Threads 14, 21 ... fiber bundles, 20 ... nanofibers, 30 ... electrospinning apparatus, 32 ... discharge nozzle, 35 ... open fiber, 40 ... fiber reinforced resin as a fiber reinforced composite material.

Claims (7)

繊維層が積層された少なくとも2軸配向となる積層繊維層が、各繊維層と直交する方向に配列された結合糸を有する結合構造で結合されて構成された三次元繊維構造体の前記繊維層を構成する繊維束であって、前記繊維束を構成する開繊繊維と交絡するナノファイバーにより前記開繊繊維の広がりが拘束されていることを特徴とする繊維束。   The fiber layer of the three-dimensional fiber structure, wherein the fiber layers are laminated and the laminated fiber layers that are at least biaxially oriented are joined by a joining structure having binding yarns arranged in a direction orthogonal to the fiber layers. The fiber bundle is characterized in that the spread of the spread fiber is restricted by nanofibers entangled with the spread fiber constituting the fiber bundle. 前記ナノファイバーは、前記開繊繊維の配列方向と直交する方向に対して±θ(0<θ≦15°)の配向角度となるものが80%以上存在する状態で配列されている請求項1に記載の繊維束。   The nanofibers are arranged in a state where 80% or more of the nanofibers have an orientation angle of ± θ (0 <θ ≦ 15 °) with respect to a direction orthogonal to the arrangement direction of the spread fibers. The fiber bundle as described in 2. 繊維層が積層された少なくとも2軸配向となる積層繊維層が、各繊維層と直交する方向に配列された結合糸を有する結合構造で結合されて構成された三次元繊維構造体であって、
前記積層繊維層は、少なくとも一層に請求項1又は請求項2に記載の繊維束からなる繊維層を有することを特徴とする三次元繊維構造体。
A laminated fiber layer in which at least biaxial orientation in which fiber layers are laminated is a three-dimensional fiber structure configured by being bonded with a bonding structure having bonding yarns arranged in a direction orthogonal to each fiber layer,
The three-dimensional fiber structure according to claim 1, wherein the laminated fiber layer has at least one fiber layer made of the fiber bundle according to claim 1.
前記積層繊維層は、少なくとも表層に請求項1又は請求項2に記載の繊維束からなる繊維層を有する請求項3に記載の三次元繊維構造体。   The said laminated fiber layer is a three-dimensional fiber structure of Claim 3 which has a fiber layer which consists of a fiber bundle of Claim 1 or Claim 2 in the surface layer at least. 前記結合構造は、前記積層繊維層の一方の面側においてその表面に沿って配列されるとともに所定ピッチで前記積層繊維層内に一方の面側から挿入され、かつ前記積層繊維層の他方の面側においてループ状に折り返すように配列される結合糸と、前記結合糸のループ内に挿通された状態で前記結合糸の前記積層繊維層からの抜け止めを行う抜け止め糸とで構成されており、前記結合糸の根元側の前記積層繊維層の表層に請求項1又は請求項2に記載の繊維束からなる繊維層を有する請求項3又は請求項4に記載の三次元繊維構造体。   The bonding structure is arranged along the surface of one side of the laminated fiber layer and is inserted from the one side into the laminated fiber layer at a predetermined pitch, and the other side of the laminated fiber layer A binding yarn arranged so as to be folded in a loop on the side, and a retaining yarn that prevents the binding yarn from coming off the laminated fiber layer while being inserted into the loop of the binding yarn. The three-dimensional fiber structure according to claim 3 or 4, wherein a fiber layer comprising the fiber bundle according to claim 1 or 2 is provided on a surface layer of the laminated fiber layer on a root side of the binding yarn. 請求項3〜請求項5のいずれか1項に記載の三次元繊維構造体を強化基材とする繊維強化複合材。   The fiber reinforced composite material which uses the three-dimensional fiber structure of any one of Claims 3-5 as a reinforced base material. 開繊繊維を移動させつつその進行方向と交差する方向に、電界紡糸装置の吐出ノズルを往復移動させて、前記開繊繊維中にナノファイバーを配向させた状態で紡糸することを特徴とする繊維束の製造方法。   A fiber characterized in that the fiber is spun while the nanofibers are oriented in the opened fiber by reciprocating the discharge nozzle of the electrospinning device in a direction crossing the traveling direction while moving the opened fiber. A method of manufacturing a bundle.
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US10677759B2 (en) * 2017-10-26 2020-06-09 The Boeing Company Adhesive additive with enhanced stiffness change and non-destructive inspection method

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017528611A (en) * 2014-09-02 2017-09-28 ユニバーシティ・オブ・サウス・アラバマ Porous nanocomposite material and method for producing the same
US10677759B2 (en) * 2017-10-26 2020-06-09 The Boeing Company Adhesive additive with enhanced stiffness change and non-destructive inspection method
US10942150B2 (en) 2017-10-26 2021-03-09 The Boeing Company Adhesive additive with enhanced stiffness change and non-destructive inspection method

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