JP2016090259A - Method, program, device and system for calculating degree of fiber orientation - Google Patents

Method, program, device and system for calculating degree of fiber orientation Download PDF

Info

Publication number
JP2016090259A
JP2016090259A JP2014221245A JP2014221245A JP2016090259A JP 2016090259 A JP2016090259 A JP 2016090259A JP 2014221245 A JP2014221245 A JP 2014221245A JP 2014221245 A JP2014221245 A JP 2014221245A JP 2016090259 A JP2016090259 A JP 2016090259A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
orientation degree
fiber
composite material
crystal orientation
fiber composite
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2014221245A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
貴幸 小林
Takayuki Kobayashi
貴幸 小林
隼人 小笠原
Hayato Ogasawara
隼人 小笠原
和宣 角谷
Kazunobu Sumiya
和宣 角谷
藤岡 清利
Kiyotoshi Fujioka
清利 藤岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Rayon Co Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Rayon Co Ltd filed Critical Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority to JP2014221245A priority Critical patent/JP2016090259A/en
Publication of JP2016090259A publication Critical patent/JP2016090259A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method, a program, a device, and a system for calculating a degree of fiber orientation capable of highly accurately calculating a degree of fiber orientation of a fiber composite material.SOLUTION: A profile acquisition section 301 acquires a profile representing a relationship between an angle around a center of a circular diffraction image generated by irradiating a fiber composite material with an X ray, and a diffraction intensity of the diffraction image. A crystal orientation degree calculation section 302 calculates a crystal orientation degree on the basis of the acquired profile. The profile acquisition section 301 acquires a profile of the fiber composite material in a state where reinforced fibers are aligned in one direction. The crystal orientation degree calculation section 302 calculates a crystal orientation degree of the fiber composite material on the basis of the acquired profile. A fiber orientation calculation section 303 calculates a fiber orientation degree of the fiber composite material on the basis of the crystal orientation degree.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、繊維複合材料の繊維配向度を算出する繊維配向度算出方法、繊維配向度算出プログラム、繊維配向度算出装置及び繊維配向度算出システムに関する。   The present invention relates to a fiber orientation degree calculation method, a fiber orientation degree calculation program, a fiber orientation degree calculation device, and a fiber orientation degree calculation system that calculate a fiber orientation degree of a fiber composite material.

炭素繊維などの強化繊維と樹脂を複合化させた繊維複合材料は、軽量かつ物性に優れる材料として自動車や航空機などの様々な分野において用途展開が進んでいる。繊維複合材料の内部の繊維の配向状態は、力学物性に大きな影響を与える。したがって、繊維複合材料を更に高性能化するためには、繊維の配向状態のコントロールが重要である。   A fiber composite material in which a reinforced fiber such as carbon fiber and a resin are combined is being developed as a lightweight and excellent physical property in various fields such as automobiles and aircraft. The orientation state of the fibers inside the fiber composite material greatly affects the mechanical properties. Therefore, in order to further improve the performance of the fiber composite material, it is important to control the orientation state of the fibers.

一方、繊維複合材料の成型方法によっては、繊維の配向状態を十分にコントロールできない場合がある。例えば、射出成型で作製した平板の場合、板の表面と内部で繊維の向きが異なる。また、プレス成型では、繊維は流動方向に配向するが、成型条件(温度、圧力、時間)によってこの配向状態は変化する。   On the other hand, depending on the method of molding the fiber composite material, the fiber orientation state may not be sufficiently controlled. For example, in the case of a flat plate produced by injection molding, the fiber orientation differs between the surface and the inside of the plate. In press molding, fibers are oriented in the flow direction, but this orientation state changes depending on molding conditions (temperature, pressure, time).

したがって、射出成型やプレス成型でリブなどの複雑な3次元形状を有する部材を成型する際、繊維の配向がコントロールできない場合がある。このため、複雑な3次元形状の部分では繊維の配向の乱れによって力学物性が変動してしまうことから、構造部材の設計が困難となる。もちろん、3次元形状物から一部を切り出して物性試験をしてもよいが、力学物性が測定できるだけの大きさを確保するのは一般的に難しい。   Therefore, when molding a member having a complicated three-dimensional shape such as a rib by injection molding or press molding, the fiber orientation may not be controlled. For this reason, in a complicated three-dimensional shape portion, the mechanical physical properties fluctuate due to the disorder of the fiber orientation, making it difficult to design the structural member. Of course, a part of the three-dimensional shape may be cut out and a physical property test may be performed, but it is generally difficult to ensure a size sufficient for measuring the mechanical physical property.

一方、物性試験が困難であっても、繊維の配向状態から力学物性の算出が可能となれば、成型条件の最適化のスピードアップが達成され、高性能な繊維複合材料の開発につながる。繊維複合材料の繊維の配向状態を調べる手法としては、画像解析法(例えば、特許文献1)、X線CT法(例えば、特許文献2)及びX線回折法(例えば、非特許文献1)がある。   On the other hand, even if physical property tests are difficult, if the mechanical properties can be calculated from the fiber orientation, the speed of optimization of the molding conditions can be increased, leading to the development of a high-performance fiber composite material. Image analysis methods (for example, Patent Document 1), X-ray CT methods (for example, Patent Document 2), and X-ray diffraction methods (for example, Non-Patent Document 1) are used as methods for examining the fiber orientation of the fiber composite material. is there.

特開2012−246428号公報JP 2012-246428 A 特開2010−91330号公報JP 2010-91330 A

竹田 啓 ほか、成形加工、Vol.1、P88(1989)Kei Takeda et al., Molding, Vol. 1, P88 (1989)

しかしながら、特許文献1に記載の画像解析法では、サンプルの1つの断面を観察しているに過ぎないため、サンプル全体の繊維の配向状態を把握することができない。サンプル全体の繊維の配向状態を把握するためには、研磨と観察を繰り返して断面を観察する必要があるが、膨大な作業となるという問題がある。   However, in the image analysis method described in Patent Document 1, since only one cross section of the sample is observed, the fiber orientation state of the entire sample cannot be grasped. In order to grasp the fiber orientation state of the entire sample, it is necessary to observe the cross section by repeating polishing and observation, but there is a problem that it is an enormous work.

また、特許文献2に記載のX線CT法では、X線CTを使って繊維配向を捉えているが、画像解析の過程で繊維と樹脂とを切り分ける2値化処理が必要となる。2値化処理では、作業者に応じて2値化の判断が異なるため、結果的に繊維配向度が作業者に応じて変化するという問題がある。   Further, in the X-ray CT method described in Patent Document 2, fiber orientation is captured using X-ray CT, but binarization processing that separates fibers and resin is required in the course of image analysis. In the binarization process, the determination of binarization differs depending on the worker, and as a result, there is a problem that the fiber orientation degree changes depending on the worker.

また、非特許文献1に記載のX線回折法では、微小サンプルを使って繊維の配向が評価される。このため、実用的な大きさの成型物の繊維配向度を算出することができない。   In the X-ray diffraction method described in Non-Patent Document 1, the orientation of fibers is evaluated using a minute sample. For this reason, the fiber orientation degree of a practically sized molded product cannot be calculated.

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、繊維複合材料の繊維配向度を高精度に算出することができる繊維配向度算出方法、繊維配向度算出プログラム、繊維配向度算出装置及び繊維配向度算出システムを提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, a fiber orientation degree calculation method, a fiber orientation degree calculation program, a fiber orientation degree calculation device, and a fiber orientation degree capable of calculating the fiber orientation degree of a fiber composite material with high accuracy. It is an object to provide a calculation system.

本発明は以下の態様を有する。
[1] 強化繊維を含む第1の繊維複合材料にX線が照射されることによって生じる円状の回折像の中心周りの角度と、前記角度における回折像の回折強度との関係を示す第1のプロファイルを取得する第1の手順と、前記第1の手順で取得された前記第1のプロファイルに基づき、前記第1の繊維複合材料の結晶配向度である第1の結晶配向度を算出する第2の手順と、1方向に引き揃えられた強化繊維を含む第2の繊維複合材料にX線が照射されることによって生じる円状の回折像の中心周りの角度と、前記角度における回折像の回折強度との関係を示す第2のプロファイルを取得する第3の手順と、前記第3の手順で取得された前記第2のプロファイルに基づき、前記第2の繊維複合材料の結晶配向度である第2の結晶配向度を算出する第4の手順と、前記第2の手順で算出された前記第1の結晶配向度と、前記第4の手順で算出された前記第2の結晶配向度とに基づき、前記第1の繊維複合材料の繊維配向度を算出する第5の手順と、を有する、繊維配向度算出方法。
The present invention has the following aspects.
[1] A first relationship between an angle around the center of a circular diffraction image generated by irradiating the first fiber composite material containing reinforcing fibers with X-rays and the diffraction intensity of the diffraction image at the angle. Based on the first procedure for obtaining the profile of the first and the first profile obtained in the first procedure, a first crystal orientation degree that is a crystal orientation degree of the first fiber composite material is calculated. A second procedure, an angle around the center of a circular diffraction image generated by irradiating the second fiber composite material including reinforcing fibers aligned in one direction with X-rays, and a diffraction image at the angle; Based on the third procedure for obtaining the second profile showing the relationship with the diffraction intensity of the second and the second profile obtained in the third procedure, the crystal orientation degree of the second fiber composite material Calculate a second degree of crystal orientation Based on the fourth procedure, the first crystal orientation degree calculated in the second procedure, and the second crystal orientation degree calculated in the fourth procedure, the first fiber composite And a fifth procedure for calculating the fiber orientation degree of the material.

[2] 強化繊維を含む第1の繊維複合材料にX線が照射されることによって生じる円状の回折像の中心周りの角度と、前記角度における回折像の回折強度との関係を示す第1のプロファイルを取得する第1の手順と、前記第1の手順で取得された前記第1のプロファイルに基づき、前記第1の繊維複合材料の結晶配向度である第1の結晶配向度を算出する第2の手順と、1方向に引き揃えられた強化繊維を含む第2の繊維複合材料にX線が照射されることによって生じる円状の回折像の中心周りの角度と、前記角度における回折像の回折強度との関係を示す第2のプロファイルを取得する第3の手順と、前記第3の手順で取得された前記第2のプロファイルに基づき、前記第2の繊維複合材料の結晶配向度である第2の結晶配向度を算出する第4の手順と、前記第2の手順で算出された前記第1の結晶配向度と、前記第4の手順で算出された前記第2の結晶配向度とに基づき、前記第1の繊維複合材料の繊維配向度を算出する第5の手順と、を制御部に実行させる、繊維配向度算出プログラム。 [2] A first relationship between an angle around the center of a circular diffraction image generated by irradiating the first fiber composite material containing reinforcing fibers with X-rays and a diffraction intensity of the diffraction image at the angle. Based on the first procedure for obtaining the profile of the first and the first profile obtained in the first procedure, a first crystal orientation degree that is a crystal orientation degree of the first fiber composite material is calculated. A second procedure, an angle around the center of a circular diffraction image generated by irradiating the second fiber composite material including reinforcing fibers aligned in one direction with X-rays, and a diffraction image at the angle; Based on the third procedure for obtaining the second profile showing the relationship with the diffraction intensity of the second and the second profile obtained in the third procedure, the crystal orientation degree of the second fiber composite material Calculate a second degree of crystal orientation Based on the fourth procedure, the first crystal orientation degree calculated in the second procedure, and the second crystal orientation degree calculated in the fourth procedure, the first fiber composite The fiber orientation degree calculation program which makes a control part perform the 5th procedure which calculates the fiber orientation degree of material.

[3] 強化繊維を含む第1の繊維複合材料にX線が照射されることによって生じる円状の回折像の中心周りの角度と、前記角度における回折像の回折強度との関係を示す第1のプロファイルを取得する第1のプロファイル取得手段と、前記第1のプロファイル取得手段によって取得された前記第1のプロファイルに基づき、前記第1の繊維複合材料の結晶配向度である第1の結晶配向度を算出する第1の結晶配向度算出手段と、1方向に引き揃えられた強化繊維を含む第2の繊維複合材料にX線が照射されることによって生じる円状の回折像の中心周りの角度と、前記角度における回折像の回折強度との関係を示す第2のプロファイルを取得する第2のプロファイル取得手段と、前記第2のプロファイル取得手段によって取得された前記第2のプロファイルに基づき、前記第2の繊維複合材料の結晶配向度である第2の結晶配向度を算出する第2の結晶配向度算出手段と、前記第1の結晶配向度算出手段によって算出された前記第1の結晶配向度と、前記第2の結晶配向度算出手段によって算出された前記第2の結晶配向度とに基づき、前記第1の繊維複合材料の繊維配向度を算出する繊維配向度算出手段と、を有する、繊維配向度算出装置。 [3] A first relationship between an angle around the center of a circular diffraction image generated by irradiating the first fiber composite material containing reinforcing fibers with X-rays and the diffraction intensity of the diffraction image at the angle. First profile acquisition means for acquiring the first profile, and first crystal orientation that is a crystal orientation degree of the first fiber composite material based on the first profile acquired by the first profile acquisition means Around the center of a circular diffraction image generated by irradiating the second fiber composite material including the first fiber orientation degree calculating means for calculating the degree and the second fiber composite material including the reinforcing fibers aligned in one direction. Second profile acquisition means for acquiring a second profile indicating a relationship between an angle and the diffraction intensity of the diffraction image at the angle; and the second profile acquisition means acquired by the second profile acquisition means. Calculated by the second crystal orientation degree calculating means for calculating the second crystal orientation degree, which is the crystal orientation degree of the second fiber composite material, and the first crystal orientation degree calculating means. A fiber orientation degree for calculating a fiber orientation degree of the first fiber composite material based on the first crystal orientation degree and the second crystal orientation degree calculated by the second crystal orientation degree calculating means. And a fiber orientation degree calculating device.

[4] X線回折装置と繊維配向度算出装置とが接続された繊維配向度算出システムであって、前記繊維配向度算出装置は、強化繊維を含む第1の繊維複合材料にX線が照射されることによって生じる円状の回折像の中心周りの角度と、前記角度における回折像の回折強度との関係を示す第1のプロファイルを、前記X線回折装置から取得する第1のプロファイル取得手段と、前記第1のプロファイル取得手段によって取得された前記第1のプロファイルに基づき、前記第1の繊維複合材料の結晶配向度である第1の結晶配向度を算出する第1の結晶配向度算出手段と、1方向に引き揃えられた強化繊維を含む第2の繊維複合材料にX線が照射されることによって生じる円状の回折像の中心周りの角度と、前記角度における回折像の回折強度との関係を示す第2のプロファイルを、前記X線回折装置から取得する第2のプロファイル取得手段と、前記第2のプロファイル取得手段によって取得された前記第2のプロファイルに基づき、前記第2の繊維複合材料の結晶配向度である第2の結晶配向度を算出する第2の結晶配向度算出手段と、前記第1の結晶配向度算出手段によって算出された前記第1の結晶配向度と、前記第2の結晶配向度算出手段によって算出された前記第2の結晶配向度とに基づき、前記第1の繊維複合材料の繊維配向度を算出する繊維配向度算出手段と、を有する、繊維配向度算出システム。 [4] A fiber orientation degree calculation system in which an X-ray diffractometer and a fiber orientation degree calculator are connected, and the fiber orientation degree calculator is configured to irradiate a first fiber composite material including reinforcing fibers with X-rays. First profile acquisition means for acquiring, from the X-ray diffractometer, a first profile indicating a relationship between an angle around the center of a circular diffraction image generated by the operation and a diffraction intensity of the diffraction image at the angle And a first crystal orientation degree calculation for calculating a first crystal orientation degree which is a crystal orientation degree of the first fiber composite material based on the first profile acquired by the first profile acquisition means. And an angle around the center of a circular diffraction image generated by irradiating the second fiber composite material containing reinforcing fibers aligned in one direction with X-rays, and the diffraction intensity of the diffraction image at the angle Based on the second profile acquired by the second profile acquisition means that acquires the second profile from the X-ray diffractometer and the second profile acquired by the second profile acquisition means, the second fiber A second crystal orientation degree calculating means for calculating a second crystal orientation degree which is a crystal orientation degree of the composite material; the first crystal orientation degree calculated by the first crystal orientation degree calculating means; A fiber orientation degree calculating means for calculating a fiber orientation degree of the first fiber composite material based on the second crystal orientation degree calculated by the second crystal orientation degree calculating means. Calculation system.

本発明によれば、繊維複合材料の繊維配向度を高精度に算出することができる。   According to the present invention, the fiber orientation degree of the fiber composite material can be calculated with high accuracy.

繊維配向度算出装置300の内部の処理を示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram showing an internal process of a fiber orientation degree calculation device 300. 繊維複合材料にX線を照射することによって現れる回折像を示す図である。It is a figure which shows the diffraction image which appears by irradiating a X-ray to a fiber composite material. 1方向に引き揃えられた炭素繊維束の1次元配向プロファイルを示す図である。It is a figure which shows the one-dimensional orientation profile of the carbon fiber bundle aligned by 1 direction. 直交積層体の1次元配向プロファイルを示す図である。It is a figure which shows the one-dimensional orientation profile of an orthogonal laminated body. 疑似等方材料の1次元配向プロファイルを示す図である。It is a figure which shows the one-dimensional orientation profile of pseudo-isotropic material. 完全等方材料の1次元配向プロファイルを示す図である。It is a figure which shows the one-dimensional orientation profile of a perfect isotropic material. 再定義した角度φを示す図である。It is a figure which shows angle φ redefined. 繊維配向度fの算出処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the calculation process of the fiber orientation degree f. 試料Xの力学物性の算出処理を示すフローチャートである。3 is a flowchart showing a calculation process of mechanical properties of a sample X. 一定間隔で切込を入れられたプリプレグを示す図である。It is a figure which shows the prepreg in which the notch | incision was made | formed by the fixed space | interval. プレス成型材料の作成方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the production method of a press molding material. 試料T1及び試料T2を示す図である。It is a figure which shows sample T1 and sample T2. 試料T4及び試料T5を示す図である。It is a figure which shows sample T4 and sample T5. 試料T1〜T5の引張弾性率及び繊維配向度がプロットされた散布図である。It is a scatter diagram by which the tensile elasticity modulus and fiber orientation degree of samples T1-T5 were plotted. 試料T6を示す図である。It is a figure which shows sample T6.

以下、本実施形態の繊維配向度算出方法、繊維配向度算出プログラム、繊維配向度算出装置及び繊維配向度算出システムを、図面を参照して説明する。   Hereinafter, a fiber orientation degree calculation method, a fiber orientation degree calculation program, a fiber orientation degree calculation device, and a fiber orientation degree calculation system of this embodiment will be described with reference to the drawings.

図1は、繊維配向度算出装置300の内部の処理を示すブロック図である。繊維配向度算出装置300は、X線回折装置100及び物性測定装置200に接続されている。X線回折装置100は、繊維複合材料にX線を照射して、繊維内部の結晶に起因したX線の回折強度を測定する装置である。また、物性測定装置200は、繊維複合材料の力学物性(例えば、引張弾性率)を測定する装置である。   FIG. 1 is a block diagram showing the internal processing of the fiber orientation degree calculation device 300. The fiber orientation degree calculation device 300 is connected to the X-ray diffraction device 100 and the physical property measurement device 200. The X-ray diffractometer 100 is an apparatus that irradiates a fiber composite material with X-rays and measures the X-ray diffraction intensity caused by crystals inside the fiber. The physical property measuring apparatus 200 is an apparatus for measuring mechanical physical properties (for example, tensile elastic modulus) of the fiber composite material.

繊維配向度算出装置300の制御部310は、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサと、プロセッサが実行するプログラムを格納するメモリとを備える。繊維配向度算出装置300内のプロファイル取得部301、結晶配向度算出部302、繊維配向度算出部303、近似式算出部305及び物性算出部306の各機能は、制御部310により実行される。なお、制御部310は、LSI(Large Scale Integration)やASIC(Application Specific Integrated Circuit)等のハードウェアであってもよい。   The controller 310 of the fiber orientation degree calculation apparatus 300 includes a processor such as a CPU (Central Processing Unit) and a memory that stores a program executed by the processor. Functions of the profile acquisition unit 301, the crystal orientation degree calculation unit 302, the fiber orientation degree calculation unit 303, the approximate expression calculation unit 305, and the physical property calculation unit 306 in the fiber orientation degree calculation device 300 are executed by the control unit 310. The control unit 310 may be hardware such as LSI (Large Scale Integration) or ASIC (Application Specific Integrated Circuit).

本実施形態における繊維複合材料は、強化繊維とマトリクス樹脂から構成される。強化繊維は、一般的に結晶を有し、繊維軸方向に結晶が配向している。強化繊維としては、力学物性に優れる繊維を用いることが好ましい。   The fiber composite material in the present embodiment is composed of reinforcing fibers and a matrix resin. Reinforcing fibers generally have crystals, and the crystals are oriented in the fiber axis direction. As the reinforcing fiber, it is preferable to use a fiber having excellent mechanical properties.

本実施形態では、強化繊維の一例として炭素繊維が用いられるが、力学物性に優れる強化繊維であれば他の強化繊維が用いられてもよい。炭素繊維は、ピッチ、レーヨン又はポリアクリロニトリルなどの、いずれの原料物質から得られたものであってもよく、高強度タイプである低弾性率炭素繊維、中高弾性炭素繊維又は超高弾性炭素繊維のいずれでもよい。繊維の配向評価は繊維の長さに影響されないため、連続繊維や短繊維が用いられても構わない。したがって、短繊維ペレットを射出成型して得られた成型品が用いられてもよい。   In this embodiment, carbon fibers are used as an example of reinforcing fibers, but other reinforcing fibers may be used as long as they are excellent in mechanical properties. The carbon fiber may be obtained from any raw material such as pitch, rayon, or polyacrylonitrile, and is a high-strength type of low elastic modulus carbon fiber, medium high elastic carbon fiber, or ultra high elastic carbon fiber. Either is acceptable. Since the fiber orientation evaluation is not affected by the length of the fiber, continuous fibers or short fibers may be used. Therefore, a molded product obtained by injection molding of short fiber pellets may be used.

マトリクスは、樹脂系であれば熱硬化系樹脂及び熱可塑性樹脂のいずれであっても構わない。熱可塑性樹脂としては、ポリアミド(ナイロン6、ナイロン66等)、ポリオレフィン(ポリエチレン、ポリプロピレン等)、ポリエステル(ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等)、ポリカーボネート、ポリアミドイミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリスチレン、ABS、ポリフェニレンサルファイド、液晶ポリエステルやアクリロニトリルとスチレンの共重合体等を用いることができる。また、これらの混合物でもよい。さらに、熱可塑性樹脂としては、ナイロン6とナイロン66の共重合ナイロンのように、共重合したものであってもよい。   The matrix may be either a thermosetting resin or a thermoplastic resin as long as it is resin-based. Thermoplastic resins include polyamide (nylon 6, nylon 66, etc.), polyolefin (polyethylene, polypropylene, etc.), polyester (polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, etc.), polycarbonate, polyamideimide, polysulfone, polyethersulfone, polyetheretherketone. , Polyetherimide, polystyrene, ABS, polyphenylene sulfide, liquid crystal polyester, a copolymer of acrylonitrile and styrene, and the like can be used. A mixture of these may also be used. Further, the thermoplastic resin may be a copolymer such as nylon 6 and nylon 66 copolymer nylon.

次に、測定対象である繊維複合材料Maの1次元配向プロファイルPの取得方法について説明する。前述したように、強化繊維には一般的に結晶が存在する。本実施形態で用いられる炭素繊維には、黒鉛結晶が存在する。この黒鉛結晶のc軸は、平均的には繊維軸に垂直方向に向いている。つまり、炭素網面は繊維軸方向に配向している。したがって、X線回折装置100が、強化繊維が1方向に引き揃えられた炭素繊維束にX線を照射すると、円状の回折像(デバイ環)が現れる。 Next, a method for obtaining the one-dimensional orientation profile Pa of the fiber composite material Ma to be measured will be described. As described above, crystals are generally present in reinforcing fibers. Graphite crystals exist in the carbon fibers used in the present embodiment. The c-axis of this graphite crystal is oriented perpendicularly to the fiber axis on average. That is, the carbon network surface is oriented in the fiber axis direction. Therefore, when the X-ray diffraction apparatus 100 irradiates the carbon fiber bundle in which the reinforcing fibers are aligned in one direction, a circular diffraction image (Debye ring) appears.

図2は、繊維複合材料にX線を照射することによって現れる回折像を示す図である。X線回折装置100は、繊維複合材料MaにX線を照射する。そして、X線回折装置100は、現れた回折像(デバイ環)に沿った光の回折強度(輝度)を、X線センサ110を用いて検出する。これによって、繊維複合材料Maの1次元配向プロファイルPが得られる。 FIG. 2 is a diagram showing a diffraction image that appears by irradiating the fiber composite material with X-rays. The X-ray diffraction apparatus 100 irradiates the fiber composite material Ma with X-rays. Then, the X-ray diffractometer 100 detects the diffraction intensity (luminance) of light along the appearing diffraction image (Debye ring) using the X-ray sensor 110. Thus, one-dimensional orientation profile P a fiber composite material Ma is obtained.

ここで、炭素繊維の繊維方向Aに直交する軸をy軸とし、繊維方向Aに平行な軸をz軸とする。また、y軸とz軸の交点をデバイ環の中心点Oとし、y軸から中心点O周りの角度をφとする。炭素繊維が図2のA方向に引き揃えられている場合、φ=0°となる位置P1と、φ=180°となる位置P2において回折強度(輝度)がピークとなる。   Here, an axis perpendicular to the fiber direction A of the carbon fiber is defined as a y-axis, and an axis parallel to the fiber direction A is defined as a z-axis. The intersection of the y-axis and the z-axis is the Debye ring center point O, and the angle around the center point O from the y-axis is φ. When the carbon fibers are aligned in the direction A in FIG. 2, the diffraction intensity (luminance) peaks at a position P1 where φ = 0 ° and a position P2 where φ = 180 °.

図3は、1方向(A方向)に引き揃えられた炭素繊維束の1次元配向プロファイルを示す図である。図3の縦軸は回折強度I(φ)を示し、横軸は角度φを示す。図3に示されるように、A方向に引き揃えられた炭素繊維束の1次元配向プロファイルは、φ=0°とφ=180°の位置にピークがある。   FIG. 3 is a diagram showing a one-dimensional orientation profile of carbon fiber bundles aligned in one direction (A direction). The vertical axis in FIG. 3 indicates the diffraction intensity I (φ), and the horizontal axis indicates the angle φ. As shown in FIG. 3, the one-dimensional orientation profile of the carbon fiber bundles aligned in the A direction has peaks at positions of φ = 0 ° and φ = 180 °.

強化繊維の配向状態が未知の材料の1次元配向プロファイルは、図3のプロファイルの重ね合わせで表現される。例えば、強化繊維がA方向に引き揃えられた繊維複合材料と、強化繊維がAに直交する方向に引き揃えられた繊維複合材料とが重ねられた、いわゆる直交積層体の場合、図4に示されるように90°毎に回折強度のピークが現れる。   A one-dimensional orientation profile of a material whose reinforcing fiber orientation is unknown is expressed by superposition of the profiles shown in FIG. For example, FIG. 4 shows a case of a so-called orthogonal laminate in which a fiber composite material in which reinforcing fibers are aligned in the A direction and a fiber composite material in which reinforcing fibers are aligned in the direction orthogonal to A are stacked. As shown, a peak of diffraction intensity appears every 90 °.

また、繊維複合材料の繊維方向を45°ずつずらして積層された、いわゆる疑似等方材料の場合、図5に示されるように45°毎にピークが現れる。粉砕した炭素繊維、つまり完全等方材料の場合、図6に示されるように、1次元配向プロファイルはφ=0°〜360°にわたって一定の値となる。   Further, in the case of a so-called pseudo-isotropic material laminated by shifting the fiber direction of the fiber composite material by 45 °, a peak appears every 45 ° as shown in FIG. In the case of the pulverized carbon fiber, that is, a completely isotropic material, as shown in FIG. 6, the one-dimensional orientation profile has a constant value over φ = 0 ° to 360 °.

回折強度を検出するための手法としては、1次元検出と2次元検出がある。1次元検出の場合は、繊維複合材料の試料を回転する必要がある。短時間で検出するために、高輝度放射光を用いてもよい。2次元検出の場合は、試料を回転させる必要は無い。自動車のドアパネルやボンネット、トランクなどの大きな成型品のように、試料を回転させることが難しい場合は2次元検出器を使えばよい。   There are one-dimensional detection and two-dimensional detection as methods for detecting the diffraction intensity. In the case of one-dimensional detection, it is necessary to rotate the sample of the fiber composite material. In order to detect in a short time, high-intensity radiation light may be used. In the case of two-dimensional detection, there is no need to rotate the sample. If it is difficult to rotate the sample, such as a large molded product such as an automobile door panel, bonnet, or trunk, a two-dimensional detector may be used.

X線回折装置100から繊維複合材料に照射されるX線は、繊維複合材料の試料の厚みに応じて吸収される。実験により、試料の厚みは0.01mm以上、50mm以下が好ましいことが分かった。試料の厚みが0.01mmより小さい場合、回折強度のピークを判断できるのに十分な回折像が得られないため、配向の評価が困難である。また、厚みが50mmより大きい場合、X線は試料で吸収されるため、回折像が得られず配向の評価が困難である。   X-rays applied to the fiber composite material from the X-ray diffraction apparatus 100 are absorbed according to the thickness of the sample of the fiber composite material. Experiments have shown that the thickness of the sample is preferably 0.01 mm or more and 50 mm or less. When the thickness of the sample is smaller than 0.01 mm, it is difficult to evaluate the orientation because a diffraction image sufficient to determine the peak of diffraction intensity cannot be obtained. When the thickness is larger than 50 mm, X-rays are absorbed by the sample, so that a diffraction image cannot be obtained and it is difficult to evaluate the orientation.

X線回折装置100は、検出した繊維複合材料Maの1次元配向プロファイルPを,繊維配向度算出装置300へと送信する。繊維配向度算出装置300のプロファイル取得部301は、X線回折装置100から送信された1次元配向プロファイルPを取得する。 X-ray diffraction device 100, the one-dimensional orientation profile P a of the detected fiber composite material Ma, is transmitted to fiber orientation calculation unit 300. Profile acquisition unit 301 of the fiber orientation calculation unit 300 acquires the one-dimensional orientation profile P a transmitted from the X-ray diffraction apparatus 100.

次に、測定対象である繊維複合材料Maの結晶配向度fの算出方法について説明する。結晶配向度算出部302は、プロファイル取得部301により取得された1次元配向プロファイルPに基づき、Hermansの手法に従って結晶配向度を算出する。 Next, a method for calculating the crystal orientation degree fa of the fiber composite material Ma to be measured will be described. Crystal orientation calculation unit 302, based on the one-dimensional orientation profile P a obtained by the profile acquisition unit 301 calculates the degree of crystal orientation according to the procedure Hermans.

具体的には、図7に示されるように角度φを再度定義した場合、結晶配向度算出部302は、以下の(式1)を用いて測定対象である繊維複合材料Maの配向係数aを算出する。

Figure 2016090259
Specifically, when the angle φ is defined again as shown in FIG. 7, the crystal orientation calculation unit 302 uses the following (Equation 1) to calculate the orientation coefficient a of the fiber composite material Ma to be measured. calculate.
Figure 2016090259

また、結晶配向度算出部302は、配向係数aと以下の(式2)とを用いて、測定対象である繊維複合材料Maの結晶配向度fを算出する。

Figure 2016090259
The crystal orientation calculation unit 302 uses the orientation coefficient a and following the equation (2), calculates the degree of crystal orientation f a textile composite material Ma to be measured.
Figure 2016090259

本実施形態では、算出された結晶配向度から繊維配向度が算出される。本来、1方向に引き揃えられた強化繊維の配向度は、強化繊維の種類によらず同じ値である。しかし、(式2)で求められるのは結晶配向度fであり、結晶配向度fは繊維の作り方によって大きく異なる。 In the present embodiment, the fiber orientation degree is calculated from the calculated crystal orientation degree. Originally, the degree of orientation of reinforcing fibers aligned in one direction is the same value regardless of the type of reinforcing fibers. However, given by equation (2) is a crystalline orientation degree f a, the degree of crystal orientation f a varies greatly with how to make fibers.

例えば、図3において、強化繊維の種類によって回折強度I(φ)のピーク位置は変わらないが、ピークの幅は異なる。このため、結晶配向度fから測定対象の繊維複合材料Maの繊維配向度を算出するためには、1方向に炭素繊維が引き揃えられた状態の1方向繊維複合材料Mbの結晶配向度fを算出する必要がある。また、算出された結晶配向度fを、繊維複合材料Maの繊維配向度fを算出する際のデータの補正に用いる必要がある。この補正によって、繊維複合材料の繊維配向度を高精度に算出することができる。 For example, in FIG. 3, the peak position of the diffraction intensity I (φ) does not change depending on the type of reinforcing fiber, but the peak width differs. Therefore, in order to calculate the fiber orientation of the fiber composite material Ma of the measurement target from the degree of crystal orientation f a is 1 direction in one direction fiber composite material Mb crystalline orientation degree f in a state of aligned drawn carbon fiber It is necessary to calculate b . Furthermore, the calculated degree of crystalline orientation f b, it is necessary to use the correction of data when calculating the fiber orientation degree f of the fiber composite material Ma. By this correction, the fiber orientation degree of the fiber composite material can be calculated with high accuracy.

次に、炭素繊維が1方向に引き揃えられた状態の1方向繊維複合材料Mbの結晶配向度fの算出方法について説明する。1方向繊維複合材料Mbは、測定対象である繊維複合材料Maと同じ炭素繊維とマトリクス樹脂から構成される。 Next, a method of calculating the degree of crystal orientation f b in one direction fiber composite material Mb state the carbon fibers were aligned in one direction. The unidirectional fiber composite material Mb is composed of the same carbon fiber and matrix resin as the fiber composite material Ma to be measured.

X線回折装置100は、1方向繊維複合材料MbにX線を照射し、繊維内部の結晶に起因したX線の回折強度を検出する。これによって、角度φとX線の回折強度I(φ)との関係を示す、1方向繊維複合材料Mbの1次元配向プロファイルPが得られる。X線回折装置100は、1次元配向プロファイルPを繊維配向度算出装置300に送信する。 The X-ray diffractometer 100 irradiates the unidirectional fiber composite material Mb with X-rays and detects the X-ray diffraction intensity caused by crystals inside the fiber. This shows the relationship between the diffraction intensity angle phi and the X-ray I (phi), 1-dimensional orientation profile P b in one direction fiber composite material Mb are obtained. The X-ray diffraction apparatus 100 transmits the one-dimensional orientation profile Pb to the fiber orientation degree calculation apparatus 300.

繊維配向度算出装置300のプロファイル取得部301は、1方向繊維複合材料Mbの1次元配向プロファイルPを、X線回折装置100から取得する。結晶配向度算出部302は、プロファイル取得部301により取得された1次元配向プロファイルPに基づき、Hermansの手法に従って結晶配向度を算出する。 Profile acquisition unit 301 of the fiber orientation calculation unit 300, a one-dimensional orientation profile P b in one direction fiber composite material Mb, obtained from X-ray diffraction apparatus 100. Crystal orientation calculation unit 302, based on the one-dimensional orientation profile P b obtained by the profile acquisition unit 301 calculates the degree of crystal orientation according to the procedure Hermans.

具体的には、図7に示されるように角度φを定義した場合、結晶配向度算出部302は、以下の(式3)を用いて1方向繊維複合材料Mbの配向係数bを算出する。

Figure 2016090259
Specifically, when the angle φ is defined as shown in FIG. 7, the crystal orientation calculation unit 302 calculates the orientation coefficient b of the unidirectional fiber composite material Mb using the following (Equation 3).
Figure 2016090259

また、結晶配向度算出部302は、配向係数bと以下の(式4)とを用いて、1方向繊維複合材料Mbの結晶配向度fを算出する。

Figure 2016090259
In addition, the crystal orientation degree calculation unit 302 calculates the crystal orientation degree f b of the unidirectional fiber composite material Mb using the orientation coefficient b and the following (Equation 4).
Figure 2016090259

次に、測定対象である繊維複合材料Maの繊維配向度fの算出方法について説明する。繊維配向度算出部303は、結晶配向度算出部302により算出された結晶配向度f及び結晶配向度fに基づき、以下の(式5)を用いて繊維複合材料Maの繊維配向度fを算出する。

Figure 2016090259
Next, a method for calculating the fiber orientation degree f of the fiber composite material Ma to be measured will be described. Fiber orientation calculation unit 303, the crystal is calculated by the orientation calculation unit 302 a based on the degree of crystal orientation f a and the degree of crystal orientation f b, the following equation (5) the fiber orientation degree f of the fiber composite material Ma with Is calculated.
Figure 2016090259

繊維配向度算出部303は、算出された繊維複合材料Maの繊維配向度fを表示部304へと送信する。作業者は、表示部304に表示された繊維配向度fを確認することで、繊維複合材料Maの繊維の配向状態を把握することができる。   The fiber orientation degree calculation unit 303 transmits the calculated fiber orientation degree f of the fiber composite material Ma to the display unit 304. An operator can grasp the fiber orientation state of the fiber composite material Ma by checking the fiber orientation degree f displayed on the display unit 304.

図8は、繊維配向度fの算出処理を示すフローチャートである。図8のフローチャートは、制御部310により実行される。まず、プロファイル取得部301は、繊維複合材料Maの1次元配向プロファイルPを、X線回折装置100から取得する(ステップS100)。次に、結晶配向度算出部302は、プロファイル取得部301により取得された1次元配向プロファイルPに基づき、繊維複合材料Maの結晶配向度fを算出する(ステップS101)。結晶配向度fは、前述の(式1)及び(式2)に基づいて算出される。 FIG. 8 is a flowchart showing a calculation process of the fiber orientation degree f. The flowchart of FIG. 8 is executed by the control unit 310. First, the profile acquiring unit 301, a one-dimensional orientation profile P a fiber composite material Ma, obtained from X-ray diffraction apparatus 100 (step S100). Then, the crystal orientation calculation unit 302, based on the one-dimensional orientation profile P a obtained by the profile acquisition unit 301 calculates the degree of crystal orientation f a textile composite material Ma (step S101). Degree of crystal orientation f a is calculated based on the aforementioned equation (1) and (Equation 2).

次に、プロファイル取得部301は、1方向繊維複合材料Mbの1次元配向プロファイルPを、X線回折装置100から取得する(ステップS102)。次に、結晶配向度算出部302は、プロファイル取得部301により取得された1次元配向プロファイルPに基づき、1方向繊維複合材料Mbの結晶配向度fを算出する(ステップS103)。結晶配向度fは、前述の(式3)及び(式4)に基づいて算出される。 Next, the profile acquiring unit 301, a one-dimensional orientation profile P b in one direction fiber composite material Mb, obtained from X-ray diffraction apparatus 100 (step S102). Next, the crystal orientation degree calculation unit 302 calculates the crystal orientation degree f b of the unidirectional fiber composite material Mb based on the one-dimensional orientation profile P b acquired by the profile acquisition unit 301 (step S103). Crystalline orientation degree f b is calculated based on the aforementioned equation (3) and (Equation 4).

次に、繊維配向度算出部303は、結晶配向度算出部302によって算出された結晶配向度f及び結晶配向度fに基づき、繊維配向度fを算出する(ステップS104)。繊維配向度fは、前述の(式5)に基づいて算出される。結晶配向度fを補正値として用いることで、繊維配向度fを高精度に算出することができる。 Then, the fiber orientation calculation unit 303, based on the degree of crystal orientation f a calculated by the degree of crystalline orientation calculation unit 302 and the degree of crystal orientation f b, calculates the fiber orientation degree f (step S104). The fiber orientation degree f is calculated based on the above (Formula 5). By using a crystalline orientation degree f b as a correction value, it is possible to calculate the fiber orientation degree f with high accuracy.

繊維配向度算出部303は、算出された繊維配向度fを表示部304へ送信する。表示部304は、繊維配向度算出部303から受信した繊維配向度fを表示する(ステップS105)。以上が、本フローチャートの全体の流れである。   The fiber orientation degree calculation unit 303 transmits the calculated fiber orientation degree f to the display unit 304. The display unit 304 displays the fiber orientation degree f received from the fiber orientation degree calculation unit 303 (step S105). The above is the overall flow of this flowchart.

以上説明したように、結晶配向度算出部302は、繊維複合材料Maの結晶配向度fと、1方向繊維複合材料Mbの結晶配向度fとを算出する。また、繊維配向度算出部303は、結晶配向度f及び結晶配向度fに基づき、繊維複合材料Maの繊維配向度fを算出する。これによって、本実施形態によれば、繊維複合材料の繊維配向度を高精度に算出することができる。 As described above, the degree of crystal orientation calculation unit 302 calculates the degree of crystal orientation f a textile composite material Ma, of one direction fiber composite material Mb a crystalline orientation degree f b. The fiber orientation calculation unit 303, based on the degree of crystal orientation f a and the degree of crystal orientation f b, calculates the fiber orientation degree f of the fiber composite material Ma. Thereby, according to this embodiment, the fiber orientation degree of the fiber composite material can be calculated with high accuracy.

次に、力学物性が未知の試料Xの力学物性の算出方法について説明する。力学物性とは、例えば、引張や圧縮や曲げのそれぞれのモードに対する強度や弾性率である。JISなどの規格に準じた試験を行って試料の力学物性を測定することが望ましいが、力学物性の試験が可能であれば試料の形状に限定は無い。   Next, a method for calculating the mechanical properties of the sample X whose mechanical properties are unknown will be described. The mechanical properties are, for example, strength and elastic modulus for each mode of tension, compression, and bending. Although it is desirable to measure the mechanical properties of a sample by performing a test according to a standard such as JIS, the shape of the sample is not limited as long as the mechanical properties can be tested.

物性測定装置200は、様々な条件で得られた複数種の試料の力学物性を測定する。ここで、後述する近似式の精度を高めるために、できるだけ多くの種類の試料の力学物性を測定することが望ましい。物性測定装置200は、測定した力学物性を繊維配向度算出装置300内の近似式算出部305へ送信する。   The physical property measuring apparatus 200 measures the mechanical properties of a plurality of types of samples obtained under various conditions. Here, in order to increase the accuracy of the approximate expression described later, it is desirable to measure the mechanical properties of as many types of samples as possible. The physical property measuring apparatus 200 transmits the measured mechanical physical properties to the approximate expression calculating unit 305 in the fiber orientation degree calculating apparatus 300.

一方、繊維配向度算出部303は、図8に示されるフローチャートに従って、力学物性が測定された複数種の試料の繊維配向度fを算出する。そして、近似式算出部305は、複数種の試料の力学物性及び繊維配向度fに基づき、力学物性と繊維配向度fとの関係を示す近似式を算出する。具体的には、近似式算出部305は、線形近似や、N次関数又は指数関数などによって近似式を算出する。   On the other hand, the fiber orientation degree calculation unit 303 calculates the fiber orientation degrees f of a plurality of types of samples whose mechanical properties are measured according to the flowchart shown in FIG. Then, the approximate expression calculation unit 305 calculates an approximate expression indicating the relationship between the mechanical properties and the fiber orientation degree f based on the mechanical properties and the fiber orientation degree f of a plurality of types of samples. Specifically, the approximate expression calculation unit 305 calculates an approximate expression by linear approximation, an Nth order function, an exponential function, or the like.

次に、繊維配向度算出部303は、図8に示されるフローチャートに従って、力学物性が未知の試料Xの繊維配向度fを算出する。物性算出部306は、繊維配向度算出部303によって算出された試料Xの繊維配向度fと、近似式算出部305によって算出された近似式に基づき、試料Xの力学物性を算出する。   Next, the fiber orientation degree calculation unit 303 calculates the fiber orientation degree f of the sample X whose mechanical properties are unknown according to the flowchart shown in FIG. The physical property calculation unit 306 calculates the mechanical physical property of the sample X based on the fiber orientation degree f of the sample X calculated by the fiber orientation degree calculation unit 303 and the approximate expression calculated by the approximate expression calculation unit 305.

物性算出部306は、算出された試料Xの力学物性を表示部304へと送信する。作業者は、表示部304に表示された力学物性を確認することで、試料Xの力学物性を把握することができる。   The physical property calculation unit 306 transmits the calculated mechanical properties of the sample X to the display unit 304. The operator can grasp the mechanical properties of the sample X by confirming the mechanical properties displayed on the display unit 304.

図9は、試料Xの力学物性の算出処理を示すフローチャートである。図9のフローチャートは、制御部310により実行される。まず、近似式算出部305は、複数種の試料の力学物性を、物性測定装置200から取得する(ステップS200)。次に、繊維配向度算出部303は、複数種の試料それぞれの繊維配向度を算出する(ステップS201)。   FIG. 9 is a flowchart showing the calculation process of the mechanical properties of the sample X. The flowchart in FIG. 9 is executed by the control unit 310. First, the approximate expression calculation unit 305 acquires mechanical properties of a plurality of types of samples from the physical property measuring apparatus 200 (step S200). Next, the fiber orientation degree calculation unit 303 calculates the fiber orientation degree of each of the plurality of types of samples (step S201).

次に、近似式算出部305は、複数種の試料の力学物性及び繊維配向度に基づき、近似式を算出する(ステップS202)。次に、繊維配向度算出部303は、力学物性が未知である試料Xの繊維配向度fを算出する(ステップS203)。そして、物性算出部306は、試料Xの繊維配向度fと近似式に基づき、試料Xの力学物性を算出する(ステップS204)。   Next, the approximate expression calculation unit 305 calculates an approximate expression based on the mechanical properties and the fiber orientation degree of a plurality of types of samples (step S202). Next, the fiber orientation degree calculation unit 303 calculates the fiber orientation degree f of the sample X whose mechanical properties are unknown (step S203). Then, the physical property calculation unit 306 calculates the mechanical physical properties of the sample X based on the fiber orientation degree f of the sample X and the approximate expression (step S204).

物性算出部306は、算出された試料Xの力学物性を表示部304へ送信する。表示部304は、物性算出部306から受信した試料Xの力学物性を表示する(ステップS205)。以上が、本フローチャートの全体の流れである。   The physical property calculation unit 306 transmits the calculated mechanical properties of the sample X to the display unit 304. The display unit 304 displays the mechanical properties of the sample X received from the property calculation unit 306 (step S205). The above is the overall flow of this flowchart.

以上説明したように、近似式算出部305は、力学物性と繊維配向度との関係を示す近似式を算出する。また、物性算出部306は、算出された近似式を用いて、力学物性が未知の試料の力学物性を算出する。これによって、本実施形態によれば、力学物性が測定できないような複雑な形状の部分の物性を、繊維配向度に基づいて予測することが可能となる。   As described above, the approximate expression calculation unit 305 calculates an approximate expression indicating the relationship between the mechanical properties and the fiber orientation degree. In addition, the physical property calculation unit 306 calculates the mechanical physical property of the sample whose mechanical physical property is unknown using the calculated approximate expression. Thus, according to the present embodiment, it is possible to predict the physical properties of a part having a complicated shape that cannot measure the mechanical physical properties based on the degree of fiber orientation.

なお、X線回折装置100、物性測定装置200及び繊維配向度算出装置300は別々の装置としたが、本実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、X線回折装置100及び物性測定装置200は、繊維配向度算出装置300の内部に組み込まれていても構わない。   The X-ray diffraction apparatus 100, the physical property measurement apparatus 200, and the fiber orientation degree calculation apparatus 300 are separate apparatuses, but the present embodiment is not limited to this. For example, the X-ray diffraction apparatus 100 and the physical property measurement apparatus 200 may be incorporated in the fiber orientation degree calculation apparatus 300.

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples, but the present invention is not limited thereto.

本実施例では、炭素繊維(三菱レイヨン株式会社製、製品名:TR50S15L、12000本、密度1.82g/cm)を1方向平面状に目付けが72.0g/mになるように配列させた炭素繊維シートが用いられる。この炭素繊維シートの両面に、目付け45.6g/mの樹脂フィルム(ナイロン6、宇部興産株式会社製、製品名:UBE1013B)を積層させることにより、積層体が作成される。 In this example, carbon fibers (manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd., product name: TR50S15L, 12,000 fibers, density 1.82 g / cm 2 ) are arranged in a unidirectional plane so that the basis weight is 72.0 g / m 2. A carbon fiber sheet is used. By laminating a resin film (nylon 6, manufactured by Ube Industries, product name: UBE1013B) having a basis weight of 45.6 g / m 2 on both surfaces of the carbon fiber sheet, a laminate is created.

この積層体を200℃〜280℃に加熱したカレンダーロールに複数回通し、樹脂フィルムを炭素繊維シートに溶融含浸させることにより、プリプレグが作成される。作成されたプリプレグの厚みは120μm、目付けは145.0g/m、繊維堆積含有率(Vf)は48.0%であった。 The laminate is passed through a calender roll heated to 200 ° C. to 280 ° C. a plurality of times, and a resin film is melt impregnated into a carbon fiber sheet to produce a prepreg. The prepared prepreg had a thickness of 120 μm, a basis weight of 145.0 g / m 2 , and a fiber deposition content (Vf) of 48.0%.

次に、1方向材料21の作成について説明する。まず、プリプレグを縦295mm、横295mmにカットしたものを8枚用意する。この8枚のプリプレグが1方向(0°方向)になるように積層された後、超音波溶着機(日本エマソン社製、製品名:2000LPt)で部分的に溶接されることにより、積層体が作成される。   Next, creation of the unidirectional material 21 will be described. First, 8 sheets of prepregs cut to 295 mm length and 295 mm width are prepared. After the eight prepregs are laminated so as to be in one direction (0 ° direction), the laminate is partially welded with an ultrasonic welding machine (product name: 2000LPt, manufactured by Nippon Emerson Co., Ltd.). Created.

作成された積層体は、縦300mm、横300mmの印籠型の中央に配置され、加熱盤が250℃に予熱されたプレス機に投入され、0.30MPaの圧力で10分間加熱及び加圧される。その後、積層体は、30℃に予熱されたプレス機に投入され、1.0MPaの圧力で3分間冷却及び加圧される。これらの処理によって、厚さ1mmの1方向材料21が作成される。   The prepared laminate is placed in the center of a stamping mold with a length of 300 mm and a width of 300 mm, and a heating plate is put into a press machine preheated to 250 ° C., and heated and pressurized at a pressure of 0.30 MPa for 10 minutes. . Thereafter, the laminate is put into a press machine preheated to 30 ° C., and cooled and pressurized at a pressure of 1.0 MPa for 3 minutes. By these processes, a unidirectional material 21 having a thickness of 1 mm is produced.

次に、疑似等方材料22の作成について説明する。まず、1240mm×940mmにカットされたプリプレグを用意する。このプリプレグは、カッティングプロッタ(レザック社製、製品名:L−2500)によって、図10に示されるように一定間隔で切込10を入れられる。切込10は、プリプレグの端部から10mm以内の領域以外に存在する。   Next, creation of the pseudo isotropic material 22 will be described. First, a prepreg cut to 1240 mm × 940 mm is prepared. This prepreg is cut at regular intervals as shown in FIG. 10 by a cutting plotter (product name: L-2500, manufactured by Rezac Co., Ltd.). The incision 10 exists outside the region within 10 mm from the end of the prepreg.

ここで、炭素繊維11の長さLfが25.0mm(一定)、平均切込長Lcが42.4mm、切込10と炭素繊維11のなす角度θが45°となるよう、プリプレグに切込加工が施される。切込加工が施されたプリプレグを、切込プリプレグと称する。なお、切込プリプレグにおける1mあたりの切込長の総和Laは、56.6mである。 Here, the length Lf of the carbon fiber 11 is 25.0 mm (constant), the average cut length Lc is 42.4 mm, and the angle θ between the cut 10 and the carbon fiber 11 is 45 °, and the cut is made into the prepreg. Processing is applied. The prepreg that has been cut is referred to as a cut prepreg. The total length La of the cutting length per 1 m 2 in the cutting prepreg is 56.6 m.

次に、切込プリプレグを16枚用意する。16枚の切込プリプレグは、繊維軸方向が[0°/45°/90°/−45°]のように45°ずつ向きを変えて積層される。その後、積層された16枚の切込プリプレグを超音波溶着機(日本エマソン社製、製品名:2000LPt)で部分的に溶接することにより、積層体が作成される。   Next, 16 cut prepregs are prepared. The 16 cut prepregs are laminated with the direction of the fiber axis changed by 45 ° such that the fiber axis direction is [0 ° / 45 ° / 90 ° / −45 °]. Thereafter, the laminated 16 cut prepregs are partially welded with an ultrasonic welding machine (product name: 2000LPt, manufactured by Nippon Emerson Co., Ltd.), thereby forming a laminate.

作成された積層体は、縦1250mm、横950mmの印籠型の中央に配置され、加熱盤が250℃に予熱されたプレス機に投入され、0.30MPaの圧力で10分間加熱及び加圧される。その後、積層体は、130℃に予熱されたプレス機に投入され、1.0MPaの圧力で3分間冷却及び加圧される。これらの処理によって、疑似等方材料22が作成される。   The prepared laminate is placed in the center of a 1250 mm vertical and 950 mm horizontal stamping mold, and the heating panel is put into a press machine preheated to 250 ° C. and heated and pressurized at a pressure of 0.30 MPa for 10 minutes. . Thereafter, the laminate is put into a press machine preheated to 130 ° C., and cooled and pressurized at a pressure of 1.0 MPa for 3 minutes. By these processes, a pseudo isotropic material 22 is created.

次に、プレス成型材料23の作成について説明する。まず、縦290mm、横200mmにカットされた疑似等方材料22を2枚用意する。この2枚の疑似等方材料22を積層することで、積層体20が作成される。作成された積層体20は、380℃のIRヒーターで10分間予備加熱される。そして、図11に示されるように、積層体20は縦300mm、横300mmの印籠型30の中央に配置される。その後、積層体20は、加熱盤が170℃に予熱されたプレス機に投入され、10MPaの圧力で2分間加圧される。これらの処理によって、プレス成型材料が作成される。なお、プレスされることにより、積層体20は左に50mm、右に50mm流動する。これによって、縦300mm、横300mmのプレス成型材料23が作成される。   Next, creation of the press molding material 23 will be described. First, two quasi-isotropic materials 22 cut to a length of 290 mm and a width of 200 mm are prepared. By laminating these two pseudo isotropic materials 22, a laminate 20 is created. The produced laminate 20 is preheated for 10 minutes with an IR heater at 380 ° C. And as FIG. 11 shows, the laminated body 20 is arrange | positioned in the center of the stamping type | mold 30 of length 300mm and width 300mm. Thereafter, the laminated body 20 is put into a press machine in which a heating plate is preheated to 170 ° C., and is pressurized at a pressure of 10 MPa for 2 minutes. By these processes, a press molding material is created. By pressing, the laminate 20 flows 50 mm to the left and 50 mm to the right. As a result, a press molding material 23 having a length of 300 mm and a width of 300 mm is produced.

1方向材料(0°方向)の試料T1は、図12に示されるように、1方向材料21の中央から長さ250mm、幅25mmのサイズとなるように切り出される。なお、試料T1の長辺方向は、最表層の繊維方向Aに平行である。   The sample T1 of the unidirectional material (0 ° direction) is cut out from the center of the unidirectional material 21 so as to have a length of 250 mm and a width of 25 mm, as shown in FIG. The long side direction of the sample T1 is parallel to the fiber direction A of the outermost layer.

1方向材料(90°方向)の試料T2は、図12に示されるように、1方向材料21の中央から長さ250mm、幅25mmのサイズとなるように切り出される。なお、試料T2の長辺方向は、最表層の繊維方向Aに垂直である。なお、試料T1と試料T2は1枚の1方向材料21から切り出されるのではなく、別々の1方向材料21から切り出される。   As shown in FIG. 12, the sample T2 of the unidirectional material (90 ° direction) is cut out from the center of the unidirectional material 21 to have a size of 250 mm in length and 25 mm in width. The long side direction of the sample T2 is perpendicular to the fiber direction A of the outermost layer. Note that the sample T1 and the sample T2 are not cut out from one unidirectional material 21, but are cut out from separate unidirectional materials 21.

疑似等方材料22の試料T3は、長さ250mm、幅25mmのサイズとなるように切り出される。試料T3が切り出される位置は、どの位置でも構わない。なお、試料T3の長辺方向は、最表層の繊維方向Aに平行である。   A sample T3 of the pseudo-isotropic material 22 is cut out to have a length of 250 mm and a width of 25 mm. The position where the sample T3 is cut out may be any position. Note that the long side direction of the sample T3 is parallel to the fiber direction A of the outermost layer.

プレス成型材料23の試料T4は、図13に示されるように、プレス成型材料23の中央から長さ250mm、幅25mmのサイズとなるように切り出される。なお、試料T4の長辺方向は、最表層の繊維方向Aに平行である。試料T4を、プレス成型のチャージ部と称する。   A sample T4 of the press-molding material 23 is cut out from the center of the press-molding material 23 so as to have a length of 250 mm and a width of 25 mm, as shown in FIG. Note that the long side direction of the sample T4 is parallel to the fiber direction A of the outermost layer. The sample T4 is referred to as a press-molded charge unit.

プレス成型材料23の試料T5は、図13に示されるように、プレス前には積層体20が配置されていなかった領域のプレス成型材料23から長さ250mm、幅25mmのサイズとなるように切り出される。なお、試料T5の長辺方向は、最表層の繊維方向Aに平行である。試料T5を、プレス成型の流動部と称する。   As shown in FIG. 13, the sample T5 of the press-molding material 23 is cut out from the press-molding material 23 in a region where the laminate 20 is not arranged before pressing so as to have a size of 250 mm in length and 25 mm in width. It is. The long side direction of the sample T5 is parallel to the fiber direction A of the outermost layer. The sample T5 is referred to as a press-molding fluidizing portion.

以上のように切り出された試料T1〜T5の長辺方向の両端にタブが取り付けられ、物性測定装置200は試料T1〜T5の引張弾性率を測定する。測定結果によれば、試料T1の引張弾性率は106.2GPa、試料T2の引張弾性率は6.5GPa、試料T3の引張弾性率は35.0GPa、試料T4の引張弾性率は29.9GPa、試料T5の引張弾性率は37.2GPaであった。これらの算出結果は、表1に示される。

Figure 2016090259
Tabs are attached to both ends in the long side direction of the samples T1 to T5 cut out as described above, and the physical property measuring apparatus 200 measures the tensile elastic modulus of the samples T1 to T5. According to the measurement results, the tensile modulus of sample T1 is 106.2 GPa, the tensile modulus of sample T2 is 6.5 GPa, the tensile modulus of sample T3 is 35.0 GPa, the tensile modulus of sample T4 is 29.9 GPa, The tensile elastic modulus of Sample T5 was 37.2 GPa. These calculation results are shown in Table 1.
Figure 2016090259

次に、X線回折装置100は、試料T1〜T5の繊維配向度を算出する。本実施例では、X線回折装置100として、回転対陰極型X線発生装置(株式会社リガク社製、製品名:TTR−III)が用いられる。X線源はCuKα線(Niフィルター)であり、出力は50kW−300mA(=15W)である。検出器はNaIシンチレーションカウンターであり、2θ=25.4°である。アタッチメントとして繊維試料台が用いられる。走査範囲は0°〜360°、スキャンスピードは45°/min、サンプリング幅は0.36°である。ビーム径は3mmである。   Next, the X-ray diffraction apparatus 100 calculates the fiber orientation degree of the samples T1 to T5. In this embodiment, as the X-ray diffraction apparatus 100, a rotating counter-cathode X-ray generator (product name: TTR-III, manufactured by Rigaku Corporation) is used. The X-ray source is CuKα ray (Ni filter), and the output is 50 kW-300 mA (= 15 W). The detector is a NaI scintillation counter with 2θ = 25.4 °. A fiber sample stage is used as an attachment. The scanning range is 0 ° to 360 °, the scanning speed is 45 ° / min, and the sampling width is 0.36 °. The beam diameter is 3 mm.

X線回折装置100は、試料T1〜T5の1次元配向プロファイルを測定する。また、繊維配向度算出装置300は、X線回折装置100によって測定された試料T1〜T5の1次元プロファイルに基づき、試料T1〜T5の結晶配向度を求める。   The X-ray diffraction apparatus 100 measures the one-dimensional orientation profile of the samples T1 to T5. Moreover, the fiber orientation degree calculation apparatus 300 calculates | requires the crystal orientation degree of the samples T1-T5 based on the one-dimensional profile of the samples T1-T5 measured by the X-ray diffraction apparatus 100.

すなわち、繊維配向度算出装置300は、前述の(式1)を用いて試料T2〜T5の配向係数aを算出する。また、繊維配向度算出装置300は、試料T2〜T5の配向係数aに基づき、前述の(式2)を用いて試料T2〜T5の結晶配向度fを算出する。 That is, the fiber orientation degree calculation device 300 calculates the orientation coefficient a of the samples T2 to T5 using the above-described (Equation 1). The fiber orientation calculation unit 300, based on the orientation coefficient a sample T2 to T5, and calculates the degree of crystal orientation f a sample T2 to T5 with the above-described (Equation 2).

また、繊維配向度算出装置300は、前述の(式3)を用いて試料T1の配向係数bを算出する。また、繊維配向度算出装置300は、試料T1の配向係数bに基づき、前述の(式4)を用いて試料T1の結晶配向度fを算出する。これらの算出結果によれば、試料T1の結晶配向度fは0.56、試料T2の結晶配向度fは−0.56、試料T3の結晶配向度fは0.02、試料T4の結晶配向度fは−0.05、試料T5の結晶配向度fは0.20であった。これらの算出結果は、前述の表1に示される。 Further, the fiber orientation degree calculation device 300 calculates the orientation coefficient b of the sample T1 using the above-described (Equation 3). The fiber orientation calculation unit 300, based on the orientation coefficient b of the sample T1, and calculates the degree of crystal orientation f b of the sample T1 using the aforementioned equation (4). According to these calculation results, the degree of crystal orientation f b is 0.56 for sample T1, the degree of crystal orientation f a sample T2 is -0.56, the degree of crystal orientation f a 0.02 sample T3, sample T4 the degree of crystalline orientation f a -0.05, degree of crystal orientation f a sample T5 was 0.20. These calculation results are shown in Table 1 described above.

また、繊維配向度算出装置300は、試料T2〜T5の結晶配向度f及び試料T1の結晶配向度fに基づき、前述の(式5)を用いて試料T1〜T5の繊維配向度fを算出する。これらの算出結果によれば、試料T1の繊維配向度fは1.00、試料T2の繊維配向度fは−1.00、試料T3の繊維配向度fは0.03、試料T4の繊維配向度fは−0.08、試料T5の繊維配向度fは0.36であった。これらの算出結果は、前述の表1に示される。 The fiber orientation calculation unit 300, based on the degree of crystal orientation f b of the crystal orientation degree f a and sample T1 samples T2 to T5, the fiber orientation degree f of the sample T1~T5 using the above-described (Equation 5) Is calculated. According to these calculation results, the fiber orientation degree f of sample T1 is 1.00, the fiber orientation degree f of sample T2 is -1.00, the fiber orientation degree f of sample T3 is 0.03, and the fiber orientation degree of sample T4. The degree f was -0.08, and the fiber orientation degree f of Sample T5 was 0.36. These calculation results are shown in Table 1 described above.

図14は、試料T1〜T5の引張弾性率及び繊維配向度がプロットされた散布図である。図14において、横軸(x軸)は繊維配向度であり、縦軸(y軸)は引張弾性率である。繊維配向度算出装置300は、表1に示される試料T1〜T5の引張弾性率及び繊維配向度に基づいて、図14に示される近似式を算出する。具体的には、下記の(式6)に示される近似式が算出された。

Figure 2016090259
FIG. 14 is a scatter diagram in which the tensile elastic modulus and fiber orientation degree of samples T1 to T5 are plotted. In FIG. 14, the horizontal axis (x axis) is the fiber orientation degree, and the vertical axis (y axis) is the tensile elastic modulus. The fiber orientation degree calculation device 300 calculates the approximate expression shown in FIG. 14 based on the tensile modulus of elasticity and the fiber orientation degree of samples T1 to T5 shown in Table 1. Specifically, the approximate expression shown in the following (Expression 6) was calculated.
Figure 2016090259

次に、算出した近似式の妥当性について検証する。プレス成型の流動部は、もともと繊維が存在せず、チャージ部から繊維が流動して充填されるため、繊維の状態が複雑になっている。前述した試料T5の引張弾性力は、流動部におけるA方向(図13における上下方向)の引張弾性力である。これに対し、算出した(式6)の近似式を用いて、流動部におけるA方向に直交する方向(図13における左右方向)の引張弾性力を算出し、算出結果が妥当であるかどうかについて検証する。   Next, the validity of the calculated approximate expression is verified. The fluid part of the press molding originally has no fiber, and since the fiber flows and fills from the charge part, the state of the fiber is complicated. The tensile elastic force of the sample T5 described above is the tensile elastic force in the A direction (vertical direction in FIG. 13) in the fluidized portion. On the other hand, using the calculated approximate expression of (Equation 6), the tensile elastic force in the direction perpendicular to the A direction (the left-right direction in FIG. 13) in the flow part is calculated, and whether the calculation result is appropriate or not. Validate.

具体的には、繊維配向度算出装置300は、試料T5の1次元プロファイルをマイナス側に90°シフトすることにより、流動部におけるA方向に直交する方向(図13における左右方向)の1次元プロファイルを算出する。そして、繊維配向度算出装置300は、(式1)〜(式5)を用いて繊維配向度fを求める。この算出結果によれば、流動部におけるA方向に直交する方向(図13における左右方向)の結晶配向度fは−0.20、繊維配向度fは−0.36であった。 Specifically, the fiber orientation degree calculation apparatus 300 shifts the one-dimensional profile of the sample T5 by 90 ° to the minus side, thereby causing a one-dimensional profile in the direction perpendicular to the A direction (the left-right direction in FIG. 13) in the fluidized part. Is calculated. And the fiber orientation degree calculation apparatus 300 calculates | requires the fiber orientation degree f using (Formula 1)-(Formula 5). According to this calculation result, the degree of crystal orientation f a direction perpendicular to the direction A of the flow section (horizontal direction in FIG. 13) is -0.20, the fiber orientation degree f was -0.36.

繊維配向度算出装置300は、(式6)に示される近似式にx=−0.36を代入して引張弾性率を算出する。この算出結果によれば、引張弾性率は17.2GPaであった。   The fiber orientation degree calculating apparatus 300 calculates the tensile elastic modulus by substituting x = −0.36 into the approximate expression shown in (Expression 6). According to this calculation result, the tensile elastic modulus was 17.2 GPa.

一方、プレス成型材料23の試料T6は、図15に示されるように、プレス成型材料23の左端から長さ50mm、幅25mmのサイズとなるように切り出される。試料T6の長辺方向の両端にタブが取り付けられ、物性測定装置200は試料T6の引張弾性率を測定する。試料T6の引張弾性率は、図15に示されるAに直交する方向の引張弾性率である。   On the other hand, the sample T6 of the press molding material 23 is cut out from the left end of the press molding material 23 so as to have a length of 50 mm and a width of 25 mm, as shown in FIG. Tabs are attached to both ends in the long side direction of the sample T6, and the physical property measuring apparatus 200 measures the tensile elastic modulus of the sample T6. The tensile elastic modulus of the sample T6 is the tensile elastic modulus in the direction orthogonal to A shown in FIG.

測定結果によれば、試料T6の引張弾性率は17.7GPaであった。算出された引張弾性率(17.2GPa)は測定された引張弾性率(17.7GPa)と実質的に同等である。したがって、本実施例において算出された近似式は妥当である。   According to the measurement results, the tensile modulus of the sample T6 was 17.7 GPa. The calculated tensile modulus (17.2 GPa) is substantially equivalent to the measured tensile modulus (17.7 GPa). Therefore, the approximate expression calculated in this embodiment is appropriate.

以上説明したように、本実施形態によれば、繊維複合材料の繊維配向度を高精度に算出することができる。また、本実施形態によれば、力学物性が測定できないような複雑な形状の部分の力学物性を、繊維配向度に基づいて算出することができる。   As described above, according to this embodiment, the fiber orientation degree of the fiber composite material can be calculated with high accuracy. Moreover, according to this embodiment, the mechanical physical property of the part of a complicated shape which cannot measure a mechanical physical property can be calculated based on a fiber orientation degree.

(比較例1)
比較例1では、X線CT装置を用いて繊維配向度及び引張弾性率の算出を試みた。まず、プレス成型材料の試料T7が、プレス成型の流動部から長さ20mm、幅10mmのサイズとなるように切り出される。なお、試料T7の長辺方向は、最表層の繊維方向Aに平行である。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, an attempt was made to calculate the fiber orientation degree and the tensile elastic modulus using an X-ray CT apparatus. First, a sample T7 of a press molding material is cut out from the fluidized part of the press molding so as to have a length of 20 mm and a width of 10 mm. The long side direction of the sample T7 is parallel to the fiber direction A of the outermost layer.

X線CT装置として、ヤマト科学製TDM1000Sμが用いられる。再構成画素サイズは0.004mmである。X線CT装置によって得られた画像から、ラトックエンジニアリングシステム製の画像解析ソフトを用いて、繊維と樹脂を切り分けて繊維のみを抽出する処理が行われた。   As an X-ray CT apparatus, TDM1000Sμ manufactured by Yamato Scientific is used. The reconstruction pixel size is 0.004 mm. From the image obtained by the X-ray CT apparatus, processing for separating fibers and resin and extracting only the fibers was performed using image analysis software manufactured by Ratok Engineering System.

しかしながら、繊維と判断する基準が作業者によって異なり、繊維配向度の算出が困難であった。このため、本比較例1では、作業者に依存しない評価手順を作成する必要性が、新たな課題として生じた。   However, the criteria for judging fibers differ depending on the operator, and it is difficult to calculate the degree of fiber orientation. For this reason, in this comparative example 1, the necessity of creating an evaluation procedure that does not depend on the worker has arisen as a new problem.

(比較例2)
比較例2では、画像解析法によって繊維配向度及び引張弾性率の算出を試みた。比較例1と同様に、プレス成型の流動部から長さ20mm、幅10mmのサイズの試料T7が切り出される。作業者は、試料T7を鏡面研磨し、100倍から500倍程度のレンズを使って顕微鏡で観察した。
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, an attempt was made to calculate the fiber orientation degree and the tensile modulus by an image analysis method. Similar to Comparative Example 1, a sample T7 having a length of 20 mm and a width of 10 mm is cut out from the fluidized part of press molding. The operator mirror-polished sample T7 and observed it with a microscope using a lens of about 100 to 500 times.

しかしながら、試料T7の1つの断面は、試料T7を代表した断面であるとは断定できない。このため、研磨と観察を繰り返して試料T7全体を把握する必要があるが、作業者にとって膨大な作業となる。したがって、本比較例2では、繊維配向度の算出が困難であった。   However, it cannot be determined that one cross section of the sample T7 is a cross section representing the sample T7. For this reason, it is necessary to grasp the entire sample T7 by repeating polishing and observation, but this is an enormous work for the operator. Therefore, in this comparative example 2, it was difficult to calculate the fiber orientation degree.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

100 X線回折装置
200 物性測定装置
300 繊維配向度算出装置
301 プロファイル取得部
302 結晶配向度算出部
303 繊維配向度算出部
304 表示部
305 近似式算出部
306 物性算出部
310 制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 X-ray-diffraction apparatus 200 Physical property measuring apparatus 300 Fiber orientation degree calculation apparatus 301 Profile acquisition part 302 Crystal orientation degree calculation part 303 Fiber orientation degree calculation part 304 Display part 305 Approximation formula calculation part 306 Physical property calculation part 310 Control part

Claims (12)

強化繊維を含む第1の繊維複合材料にX線が照射されることによって生じる円状の回折像の中心周りの角度と、前記角度における回折像の回折強度との関係を示す第1のプロファイルを取得する第1の手順と、
前記第1の手順で取得された前記第1のプロファイルに基づき、前記第1の繊維複合材料の結晶配向度である第1の結晶配向度を算出する第2の手順と、
1方向に引き揃えられた強化繊維を含む第2の繊維複合材料にX線が照射されることによって生じる円状の回折像の中心周りの角度と、前記角度における回折像の回折強度との関係を示す第2のプロファイルを取得する第3の手順と、
前記第3の手順で取得された前記第2のプロファイルに基づき、前記第2の繊維複合材料の結晶配向度である第2の結晶配向度を算出する第4の手順と、
前記第2の手順で算出された前記第1の結晶配向度と、前記第4の手順で算出された前記第2の結晶配向度とに基づき、前記第1の繊維複合材料の繊維配向度を算出する第5の手順と、
を有する、繊維配向度算出方法。
A first profile showing a relationship between an angle around the center of a circular diffraction image generated by irradiating the first fiber composite material containing reinforcing fibers with X-rays and a diffraction intensity of the diffraction image at the angle. A first procedure to acquire;
A second procedure for calculating a first degree of crystal orientation, which is a degree of crystal orientation of the first fiber composite material, based on the first profile obtained in the first procedure;
The relationship between the angle around the center of the circular diffraction image generated by irradiating the second fiber composite material including the reinforcing fibers aligned in one direction with X-rays and the diffraction intensity of the diffraction image at the angle A third procedure for obtaining a second profile indicating
A fourth procedure for calculating a second crystal orientation degree, which is a crystal orientation degree of the second fiber composite material, based on the second profile acquired in the third procedure;
Based on the first crystal orientation degree calculated in the second procedure and the second crystal orientation degree calculated in the fourth procedure, the fiber orientation degree of the first fiber composite material is determined. A fifth procedure to calculate,
A fiber orientation degree calculation method.
前記第5の手順において、前記第1の結晶配向度と前記第2の結晶配向度の比に基づき、前記第1の繊維複合材料の繊維配向度が算出される、請求項1記載の繊維配向度算出方法。   The fiber orientation according to claim 1, wherein in the fifth procedure, a fiber orientation degree of the first fiber composite material is calculated based on a ratio between the first crystal orientation degree and the second crystal orientation degree. Degree calculation method. 前記角度をφ、前記回折強度をI(φ)とすると、下記の(式1)〜(式5)に基づいて、前記第1の繊維複合材料の配向係数a、前記第1の結晶配向度f、前記第2の繊維複合材料の配向係数b、前記第2の結晶配向度f及び前記第1の繊維複合材料の繊維配向度fが算出される、請求項2記載の繊維配向度算出方法。
Figure 2016090259
Figure 2016090259
Figure 2016090259
Figure 2016090259
Figure 2016090259
When the angle is φ and the diffraction intensity is I (φ), the orientation coefficient a of the first fiber composite material and the first crystal orientation degree are based on the following (Formula 1) to (Formula 5). The fiber orientation degree according to claim 2, wherein f a , the orientation coefficient b of the second fiber composite material, the second crystal orientation degree f b, and the fiber orientation degree f of the first fiber composite material are calculated. Calculation method.
Figure 2016090259
Figure 2016090259
Figure 2016090259
Figure 2016090259
Figure 2016090259
前記第1の繊維複合材料に含まれる強化繊維は、前記第2の繊維複合材料に含まれる強化繊維と同じ物質である、請求項1記載の繊維配向度算出方法。   The fiber orientation degree calculation method according to claim 1, wherein the reinforcing fiber included in the first fiber composite material is the same substance as the reinforcing fiber included in the second fiber composite material. 前記第1の繊維複合材料及び前記第2の繊維複合材料は、強化繊維として炭素繊維が用いられる、請求項4記載の繊維配向度算出方法。   The fiber orientation degree calculation method according to claim 4, wherein the first fiber composite material and the second fiber composite material use carbon fibers as reinforcing fibers. 前記第1の繊維複合材料及び前記第2の繊維複合材料は樹脂を含み、
前記第1の繊維複合材料に含まれる樹脂は、前記第2の繊維複合材料に含まれる樹脂と同じ物質である、請求項4記載の繊維配向度算出方法。
The first fiber composite material and the second fiber composite material include a resin,
The fiber orientation degree calculation method according to claim 4, wherein the resin contained in the first fiber composite material is the same substance as the resin contained in the second fiber composite material.
複数種の繊維複合材料の繊維配向度の算出結果と、前記複数種の繊維複合材料の力学物性の測定結果とに基づき、繊維配向度と力学物性との関係を示す近似式を算出する第6の手順を更に有する、請求項1記載の繊維配向度算出方法。   6th which calculates the approximate expression which shows the relationship between a fiber orientation degree and a mechanical physical property based on the calculation result of the fiber orientation degree of multiple types of fiber composite material, and the measurement result of the mechanical physical property of the said multiple types of fiber composite material The fiber orientation degree calculation method according to claim 1, further comprising: 前記第6の手順で算出される前記近似式と、前記第5の手順で算出される前記繊維配向度とに基づき、前記第1の繊維複合材料の力学物性を算出する第7の手順を更に有する、請求項7記載の繊維配向度算出方法。   A seventh procedure for calculating mechanical properties of the first fiber composite material based on the approximate expression calculated in the sixth procedure and the fiber orientation degree calculated in the fifth procedure; The fiber orientation degree calculation method according to claim 7. 強化繊維を含む第1の繊維複合材料にX線が照射されることによって生じる円状の回折像の中心周りの角度と、前記角度における回折像の回折強度との関係を示す第1のプロファイルを取得する第1の手順と、
前記第1の手順で取得された前記第1のプロファイルに基づき、前記第1の繊維複合材料の結晶配向度である第1の結晶配向度を算出する第2の手順と、
1方向に引き揃えられた強化繊維を含む第2の繊維複合材料にX線が照射されることによって生じる円状の回折像の中心周りの角度と、前記角度における回折像の回折強度との関係を示す第2のプロファイルを取得する第3の手順と、
前記第3の手順で取得された前記第2のプロファイルに基づき、前記第2の繊維複合材料の結晶配向度である第2の結晶配向度を算出する第4の手順と、
前記第2の手順で算出された前記第1の結晶配向度と、前記第4の手順で算出された前記第2の結晶配向度とに基づき、前記第1の繊維複合材料の繊維配向度を算出する第5の手順と、
を制御部に実行させる、繊維配向度算出プログラム。
A first profile showing a relationship between an angle around the center of a circular diffraction image generated by irradiating the first fiber composite material containing reinforcing fibers with X-rays and a diffraction intensity of the diffraction image at the angle. A first procedure to acquire;
A second procedure for calculating a first degree of crystal orientation, which is a degree of crystal orientation of the first fiber composite material, based on the first profile obtained in the first procedure;
The relationship between the angle around the center of the circular diffraction image generated by irradiating the second fiber composite material including the reinforcing fibers aligned in one direction with X-rays and the diffraction intensity of the diffraction image at the angle A third procedure for obtaining a second profile indicating
A fourth procedure for calculating a second crystal orientation degree, which is a crystal orientation degree of the second fiber composite material, based on the second profile acquired in the third procedure;
Based on the first crystal orientation degree calculated in the second procedure and the second crystal orientation degree calculated in the fourth procedure, the fiber orientation degree of the first fiber composite material is determined. A fifth procedure to calculate,
Is a fiber orientation degree calculation program for causing the control unit to execute.
強化繊維を含む第1の繊維複合材料にX線が照射されることによって生じる円状の回折像の中心周りの角度と、前記角度における回折像の回折強度との関係を示す第1のプロファイルを取得する第1のプロファイル取得手段と、
前記第1のプロファイル取得手段によって取得された前記第1のプロファイルに基づき、前記第1の繊維複合材料の結晶配向度である第1の結晶配向度を算出する第1の結晶配向度算出手段と、
1方向に引き揃えられた強化繊維を含む第2の繊維複合材料にX線が照射されることによって生じる円状の回折像の中心周りの角度と、前記角度における回折像の回折強度との関係を示す第2のプロファイルを取得する第2のプロファイル取得手段と、
前記第2のプロファイル取得手段によって取得された前記第2のプロファイルに基づき、前記第2の繊維複合材料の結晶配向度である第2の結晶配向度を算出する第2の結晶配向度算出手段と、
前記第1の結晶配向度算出手段によって算出された前記第1の結晶配向度と、前記第2の結晶配向度算出手段によって算出された前記第2の結晶配向度とに基づき、前記第1の繊維複合材料の繊維配向度を算出する繊維配向度算出手段と、
を有する、繊維配向度算出装置。
A first profile showing a relationship between an angle around the center of a circular diffraction image generated by irradiating the first fiber composite material containing reinforcing fibers with X-rays and a diffraction intensity of the diffraction image at the angle. First profile acquisition means for acquiring;
First crystal orientation degree calculating means for calculating a first crystal orientation degree that is a crystal orientation degree of the first fiber composite material based on the first profile acquired by the first profile acquisition means; ,
The relationship between the angle around the center of the circular diffraction image generated by irradiating the second fiber composite material including the reinforcing fibers aligned in one direction with X-rays and the diffraction intensity of the diffraction image at the angle Second profile acquisition means for acquiring a second profile indicating:
Second crystal orientation degree calculating means for calculating a second crystal orientation degree that is a crystal orientation degree of the second fiber composite material based on the second profile acquired by the second profile acquiring means; ,
Based on the first crystal orientation degree calculated by the first crystal orientation degree calculating means and the second crystal orientation degree calculated by the second crystal orientation degree calculating means, the first crystal orientation degree is calculated based on the first crystal orientation degree calculated by the first crystal orientation degree calculating means. A fiber orientation degree calculating means for calculating the fiber orientation degree of the fiber composite material;
A fiber orientation degree calculation device.
X線回折装置と繊維配向度算出装置とが接続された繊維配向度算出システムであって、
前記繊維配向度算出装置は、
強化繊維を含む第1の繊維複合材料にX線が照射されることによって生じる円状の回折像の中心周りの角度と、前記角度における回折像の回折強度との関係を示す第1のプロファイルを、前記X線回折装置から取得する第1のプロファイル取得手段と、
前記第1のプロファイル取得手段によって取得された前記第1のプロファイルに基づき、前記第1の繊維複合材料の結晶配向度である第1の結晶配向度を算出する第1の結晶配向度算出手段と、
1方向に引き揃えられた強化繊維を含む第2の繊維複合材料にX線が照射されることによって生じる円状の回折像の中心周りの角度と、前記角度における回折像の回折強度との関係を示す第2のプロファイルを、前記X線回折装置から取得する第2のプロファイル取得手段と、
前記第2のプロファイル取得手段によって取得された前記第2のプロファイルに基づき、前記第2の繊維複合材料の結晶配向度である第2の結晶配向度を算出する第2の結晶配向度算出手段と、
前記第1の結晶配向度算出手段によって算出された前記第1の結晶配向度と、前記第2の結晶配向度算出手段によって算出された前記第2の結晶配向度とに基づき、前記第1の繊維複合材料の繊維配向度を算出する繊維配向度算出手段と、
を有する、繊維配向度算出システム。
A fiber orientation degree calculation system in which an X-ray diffractometer and a fiber orientation degree calculator are connected,
The fiber orientation degree calculating device is:
A first profile showing a relationship between an angle around the center of a circular diffraction image generated by irradiating the first fiber composite material containing reinforcing fibers with X-rays and a diffraction intensity of the diffraction image at the angle. First profile acquisition means for acquiring from the X-ray diffractometer;
First crystal orientation degree calculating means for calculating a first crystal orientation degree that is a crystal orientation degree of the first fiber composite material based on the first profile acquired by the first profile acquisition means; ,
The relationship between the angle around the center of the circular diffraction image generated by irradiating the second fiber composite material including the reinforcing fibers aligned in one direction with X-rays and the diffraction intensity of the diffraction image at the angle A second profile acquisition means for acquiring from the X-ray diffractometer a second profile indicating:
Second crystal orientation degree calculating means for calculating a second crystal orientation degree that is a crystal orientation degree of the second fiber composite material based on the second profile acquired by the second profile acquiring means; ,
Based on the first crystal orientation degree calculated by the first crystal orientation degree calculating means and the second crystal orientation degree calculated by the second crystal orientation degree calculating means, the first crystal orientation degree is calculated based on the first crystal orientation degree calculated by the first crystal orientation degree calculating means. A fiber orientation degree calculating means for calculating the fiber orientation degree of the fiber composite material;
A fiber orientation degree calculation system.
複数種の繊維複合材料の力学物性を測定する力学物性測定装置を更に備え、
前記繊維配向度算出装置は、前記繊維配向度算出手段によって算出された前記複数種の繊維複合材料の繊維配向度と、前記力学物性測定装置によって測定された前記複数種の繊維複合材料の力学物性とに基づき、繊維配向度と力学物性との関係を示す近似式を算出する近似式算出手段を更に有する、請求項11記載の繊維配向度算出システム。
A mechanical property measuring device for measuring mechanical properties of the plurality of types of fiber composite materials;
The fiber orientation degree calculating device includes a fiber orientation degree of the plurality of types of fiber composite materials calculated by the fiber orientation degree calculating means, and a mechanical property of the plurality of types of fiber composite materials measured by the mechanical property measuring device. The fiber orientation degree calculation system according to claim 11, further comprising: an approximate expression calculating unit that calculates an approximate expression indicating a relationship between the fiber orientation degree and the mechanical properties based on the above.
JP2014221245A 2014-10-30 2014-10-30 Method, program, device and system for calculating degree of fiber orientation Pending JP2016090259A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014221245A JP2016090259A (en) 2014-10-30 2014-10-30 Method, program, device and system for calculating degree of fiber orientation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014221245A JP2016090259A (en) 2014-10-30 2014-10-30 Method, program, device and system for calculating degree of fiber orientation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2016090259A true JP2016090259A (en) 2016-05-23

Family

ID=56018329

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014221245A Pending JP2016090259A (en) 2014-10-30 2014-10-30 Method, program, device and system for calculating degree of fiber orientation

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2016090259A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019069956A1 (en) 2017-10-03 2019-04-11 国立大学法人名古屋大学 Method for measuring degree of orientation of fibers, device for measuring degree of orientation of fibers, and program for controlling device for measuring degree of orientation of fibers
WO2019189314A1 (en) 2018-03-27 2019-10-03 三菱ケミカル株式会社 Composite material molded article and method for manufacturing same
JP2020169852A (en) * 2019-04-02 2020-10-15 株式会社豊田自動織機 Fiber orientation distribution measuring method and fiber orientation distribution measuring system

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019069956A1 (en) 2017-10-03 2019-04-11 国立大学法人名古屋大学 Method for measuring degree of orientation of fibers, device for measuring degree of orientation of fibers, and program for controlling device for measuring degree of orientation of fibers
JP2019066389A (en) * 2017-10-03 2019-04-25 国立大学法人名古屋大学 Method for measuring fiber orientation degree, fiber orientation degree measuring device, and control program of fiber orientation degree measuring device
KR20210071871A (en) 2017-10-03 2021-06-16 고쿠리츠 다이가쿠 호우징 도우카이 고쿠리츠 다이가쿠 기코우 A method for measuring fiber orientation, a fiber orientation measuring device, and a control program for a fiber orientation measuring device
EP3693727A4 (en) * 2017-10-03 2021-07-21 National University Corporation Tokai National Higher Education and Research System Method for measuring degree of orientation of fibers, device for measuring degree of orientation of fibers, and program for controlling device for measuring degree of orientation of fibers
US11360035B2 (en) 2017-10-03 2022-06-14 National University Corporation Tokai National Higher Education And Research System Method for measuring fiber orientation degree, fiber orientation degree measurement apparatus, and control computer program for fiber orientation degree measurement apparatus
KR102556672B1 (en) 2017-10-03 2023-07-18 고쿠리츠 다이가쿠 호우징 도우카이 고쿠리츠 다이가쿠 기코우 Fiber orientation measurement method, fiber orientation measurement device, and control program for the fiber orientation measurement device
WO2019189314A1 (en) 2018-03-27 2019-10-03 三菱ケミカル株式会社 Composite material molded article and method for manufacturing same
JP2020169852A (en) * 2019-04-02 2020-10-15 株式会社豊田自動織機 Fiber orientation distribution measuring method and fiber orientation distribution measuring system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mehdikhani et al. Multi-scale digital image correlation for detection and quantification of matrix cracks in carbon fiber composite laminates in the absence and presence of voids controlled by the cure cycle
Dufour et al. Experimental investigation about stamping behaviour of 3D warp interlock composite preforms
Littell et al. Measurement of epoxy resin tension, compression, and shear stress–strain curves over a wide range of strain rates using small test specimens
Bel et al. Analyses of the deformation mechanisms of non-crimp fabric composite reinforcements during preforming
CN107683409B (en) Orientation identification device, orientation identification method, and distribution identification device
Alhussein et al. Characterization of 3D woven reinforcements for liquid composite molding processes
Strungar et al. Experimental study of shear properties of 3D woven composite using digital image correlation and acoustic emission
Tretyakova et al. Comprehensive analysis of mechanical behavior and fracture processes of specimens of three-dimensional reinforced carbon fiber in tensile tests
EP3812117B1 (en) Method for manufacturing composite material and method for examining weight unevenness of composite material
JP2016090259A (en) Method, program, device and system for calculating degree of fiber orientation
Lecomte-Grosbras et al. Three-dimensional investigation of free-edge effects in laminate composites using x-ray tomography and digital volume correlation
Leutz et al. Forming simulation of thick AFP laminates and comparison with live CT imaging
Dufour et al. Local strain measurements of yarns inside of 3D warp interlock fabric during forming process
Zehnder et al. Micro-CT imaging of fibers in composite laminates under high strain bending
JP2021089195A (en) Device and method for supporting molding
Zhou et al. Failure behavior and damage visualization of thick carbon/aramid hybrid woven composites under flexural loading conditions
JP2018155673A (en) Calculation method of tensile modulus of fiber composite material, calculation program, calculation device and calculation system
Shindo et al. Mechanical response of nonwoven polyester fabric/epoxy composites at cryogenic temperatures
Tanaka et al. Formability evaluation of carbon fiber NCF by a non-contact 3D strain measurement system and the effects of blank folder force on its formability
Demir et al. A numerical methodology for monitoring stress distributions and experimental proof of the concept on metal embedded thin polymer-matrix composites using X-ray Diffraction
Fidan et al. Detecting impact damages in an aramid/glass fiber reinforced hybrid composite with micro tomography
Wang Damage mechanisms associated with kink-band formation in unidirectional fibre composites
Huang et al. Effect of microcracks on the tensile properties of 3D woven composites
Zhu et al. Enhancing resistance to low-velocity impact of electrospun-manufactured interlayer-strengthened CFRP by using infrared thermography
Bogusz Digital Image Correlation Analysis of Strain Fields in Fibre-Reinforced Polymer–Matrix Composite under±45° Off-Axis Tensile Testing