JP2018001475A - Preform for fiber-reinforced composite material, and fiber-reinforced composite material - Google Patents
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本発明は、繊維強化複合材用プリフォーム及び繊維強化複合材に関する。 The present invention relates to a preform for fiber reinforced composite material and a fiber reinforced composite material.
一般に、軽量、高強度の材料として繊維強化複合材が使用されている。繊維強化複合材は強化繊維にマトリックス樹脂が含浸されて複合化されることで形成される。繊維強化複合材はマトリックス樹脂と比較して力学的特性が向上するため構造部品として好ましい。 In general, a fiber reinforced composite material is used as a lightweight, high-strength material. The fiber-reinforced composite material is formed by impregnating a reinforcing resin with a matrix resin to form a composite. A fiber reinforced composite material is preferable as a structural component because mechanical properties are improved as compared with a matrix resin.
繊維強化複合材の強化基材としては、強化繊維を含む経糸及び強化繊維を含む緯糸を製織した織物からなる繊維強化複合材用プリフォームがある。強化繊維を含む経糸及び強化繊維を含む緯糸としては、例えば、特許文献1に開示の複合紡績糸がある。特許文献1に開示の複合紡績糸は無撚の強化繊維からなる短繊維束状物の外周部において、合成繊維からなる連続糸を捲回して構成される。該複合紡績糸は短繊維束状物の強化繊維を撚って形成される撚糸よりも、糸主軸方向に強化繊維が配向されている。そのため、該撚糸を製織してなる繊維強化複合材用プリフォームと比較して該複合紡績糸を製織してなる繊維強化複合材用プリフォームは経方向及び緯方向について力学特性が優れる。
As a reinforcing substrate of a fiber reinforced composite material, there is a preform for a fiber reinforced composite material made of a woven fabric obtained by weaving warps containing reinforcing fibers and wefts containing reinforcing fibers. As a warp containing reinforcing fibers and a weft containing reinforcing fibers, for example, there is a composite spun yarn disclosed in
ところで、特許文献1に開示の複合紡績糸を経糸及び緯糸として用いて製織されたプリフォームを強化基材とする場合、成形工程(例えばRTM(Resin Transfer Molding)成形や熱プレス成形)において複合紡績糸の連続糸が加熱により溶ける場合がある。複合紡績糸の連続糸が加熱により溶ける場合、短繊維束状物は連続糸からの拘束がなくなり短繊維束状物の繊維配向がずれやすくなる。そのため、例えば樹脂をプリフォームへ含浸させた後、型締めによるプレス圧によって樹脂が流動して強化基材としてのプリフォームの周縁が解れる可能性がある。強化基材としてのプリフォームの周縁が解れた箇所では力学特性が低下してしまうので均一な力学特性を保つためには成形工程の後に繊維強化複合材の該強化基材の周縁を切り出す必要がある。
By the way, in the case where a preform woven using the composite spun yarn disclosed in
本発明の目的は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、成形工程の際に強化基材の周縁の解れを低減する繊維強化複合材用プリフォーム及び繊維強化複合材を提供することにある。 The object of the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and provides a preform for fiber-reinforced composite material and a fiber-reinforced composite material that reduce the unraveling of the periphery of the reinforced substrate during the molding process. is there.
上記目的を達成する繊維強化複合材用プリフォームは、非連続繊維である強化繊維と、前記強化繊維をカバーリングし、成形工程において熱溶融するカバーリング糸とを含む無撚糸からなる強化基材部と、前記強化基材部の周縁に配設され、非連続繊維である強化繊維を含む撚糸からなる形状保持部と、を備えることを特徴とする。 A preform for fiber-reinforced composite material that achieves the above object is a reinforced base material comprising a reinforcing fiber that is a non-continuous fiber, and a non-twisted yarn that covers the reinforcing fiber and that is covered and melted in the molding process. And a shape holding portion made of a twisted yarn including a reinforcing fiber which is a discontinuous fiber and is disposed on the periphery of the reinforcing base material portion.
かかる構成によれば、成形工程において、強化基材部の周縁に配設されている形状保持部を構成する撚糸は撚りによって強化繊維が解れることがないので、該形状保持部により強化基材部の周縁では強化基材部を構成する無撚糸が拘束されて無撚糸の強化繊維の解れが抑制される。これにより強化基材部の周縁の解れ低減が可能となる。 According to such a configuration, in the molding step, the reinforced fiber is not unraveled by twisting the twisted yarn constituting the shape holding portion disposed on the periphery of the reinforced base portion. The untwisted yarn constituting the reinforced base material portion is restrained at the periphery of the portion, so that the untwisted yarn of the reinforcing fiber is prevented from being unwound. As a result, it is possible to reduce the unraveling of the peripheral edge of the reinforced base material portion.
前記形状保持部は前記繊維強化複合材用プリフォームの最外周に配設される経糸及び緯糸からなってもよい。 The shape holding part may be composed of warps and wefts arranged on the outermost periphery of the preform for fiber reinforced composite material.
かかる構成によれば、強化基材部の周縁の解れを低減しつつ、繊維強化複合材用プリフォームにおける形状保持部の割合を最小限にできるので、経方向及び緯方向について形状保持部と比較して力学特性が優れる強化基材部の割合を最大限とすることが可能となる。 According to this configuration, the ratio of the shape holding portion in the preform for the fiber reinforced composite material can be minimized while reducing the peripheral edge of the reinforcing base portion, so that the warp direction and the weft direction are compared with the shape holding portion. Thus, it becomes possible to maximize the proportion of the reinforced base material portion having excellent mechanical properties.
上記目的を達成する繊維強化複合材は、強化繊維を有するプリフォームにマトリックス樹脂を含浸させた繊維強化複合材であって、前記プリフォームが請求項1又は請求項2に記載の繊維強化複合材用プリフォームであることを特徴とする。
The fiber-reinforced composite material that achieves the above object is a fiber-reinforced composite material obtained by impregnating a preform having reinforcing fibers with a matrix resin, wherein the preform is the fiber-reinforced composite material according to
かかる構成によれば、成形工程において、繊維強化複合材用プリフォームの周縁に配設されている撚糸の撚りによる拘束で強化基材部の強化繊維の流動が抑制される。これにより、強化基材部の周縁の解れ低減が可能となる。 According to such a configuration, in the molding step, the flow of the reinforcing fibers of the reinforcing base portion is suppressed by the restraint caused by the twisting of the twisted yarn disposed on the periphery of the preform for the fiber reinforced composite material. As a result, it is possible to reduce the unraveling of the peripheral edge of the reinforced base material portion.
この発明によれば、成形工程の際に強化基材の周縁の解れを低減する繊維強化複合材用プリフォーム及び繊維強化複合材の提供が可能である。 According to this invention, it is possible to provide a preform for fiber-reinforced composite material and a fiber-reinforced composite material that reduce the unraveling of the periphery of the reinforced base material during the molding process.
以下、繊維強化複合材用プリフォーム及び繊維強化複合材を具体化した第1の実施形態を図1及び図2に従って説明する。 Hereinafter, a first embodiment embodying a preform for fiber reinforced composite material and a fiber reinforced composite material will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
まず、繊維強化複合材用プリフォーム11を構成する無撚糸13及び撚糸14について説明する。図1(b)に示すように、無撚糸13は、強化繊維15を紡出して無撚の束状物とした後、カバーリング糸16を無撚の強化繊維15に捲回して形成されている。強化繊維15は非連続繊維であり、例えば炭素繊維やガラス繊維から構成される。カバーリング糸16は例えばナイロンから構成される。無撚糸13の強化繊維15の繊維配向は糸主軸方向に配向されている。
First, the non-twisted
図1(c)に示すように、撚糸14は、強化繊維15を所定の撚角に撚って形成されている。強化繊維15は非連続繊維であり、例えば、炭素繊維やガラス繊維から構成される。撚糸14の強化繊維15の繊維配向は所定の撚角に沿って配向されている。
As shown in FIG. 1C, the
次に、無撚糸13及び撚糸14を使用した繊維強化複合材用プリフォーム11を説明する。図1(a)に示すように、繊維強化複合材用プリフォーム11は、複数の無撚糸13及び複数の撚糸14が平織されることで形成されている。
Next, the
図1(a)に示すように、経糸及び緯糸を無撚糸13として平織することで強化基材部17が形成される。強化基材部17は経糸及び緯糸を無撚糸13として平織しているため、緯方向X及び経方向Yに強化繊維15が配向している。強化基材部17は、緯方向Xと経方向Yの2方向に強化繊維15が配向している中心18と、中心18の外周にあって、緯方向X又は経方向Yのいずれかの方向に強化繊維15が配向している周縁19からなる。
As shown in FIG. 1A, the reinforced
強化基材部17の周縁19において、強化基材部17の最外周に配設される撚糸14である経糸及び緯糸から形状保持部20が形成されている。
At the
図2に示すように、繊維強化複合材10は、成形工程において、繊維強化複合材用プリフォーム11に熱硬化性のマトリックス樹脂12を含浸硬化させることで形成されている。マトリックス樹脂12を繊維強化複合材用プリフォーム11に含浸、硬化させる製造方法の一例として、RTM(Resin Transfer Molding)成形法がある。RTM成形法では、樹脂含浸用型内に繊維強化複合材用プリフォーム11を配置した状態で型内に液状のマトリックス樹脂12を注入する。熱硬化性のマトリックス樹脂12は、例えばエポキシ樹脂が使用される。型内にマトリックス樹脂12を注入した後、加熱硬化することで繊維強化複合材10が形成される。
As shown in FIG. 2, the fiber-reinforced composite material 10 is formed by impregnating and curing a thermosetting matrix resin 12 in a fiber-reinforced composite material preform 11 in a molding step. As an example of a manufacturing method in which the matrix resin 12 is impregnated into the fiber reinforced composite material preform 11 and cured, there is an RTM (Resin Transfer Molding) molding method. In the RTM molding method, a liquid matrix resin 12 is injected into the mold in a state where the fiber-reinforced
次に、本実施形態の作用を説明する。
RTM成形法にて繊維強化複合材用プリフォーム11にマトリックス樹脂12を含浸させた後、型内を加熱することで無撚糸13のカバーリング糸16が熱溶融する。その後、型締めによるプレス圧によりマトリックス樹脂12は型内を流動する。マトリックス樹脂12の型内の流動の際、形状保持部20を構成する撚糸14は、非連続繊維である強化繊維15が撚られているため、マトリックス樹脂12の流動によっても強化繊維15が解れることがない。強化基材部17の周縁では無撚糸13同士による拘束が弱いためマトリックス樹脂12の型内での流動により無撚糸13の強化繊維15が解れようとするが、形状保持部20を構成する撚糸14が強化基材部17の周縁における無撚糸13を拘束するため、非連続繊維である強化繊維15は緯方向X及び経方向Yの繊維配向を保つ。
Next, the operation of this embodiment will be described.
After the fiber reinforced
上記実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
(1)繊維強化複合材用プリフォーム11において、無撚糸13で構成される強化基材部17の周縁19には撚糸14で構成される形状保持部20が配設されている。
これにより、成形工程において、繊維強化複合材用プリフォーム11にマトリックス樹脂12を含浸硬化させて繊維強化複合材10を形成する際に、強化基材部17の周縁19に配設された形状保持部20を構成する撚糸14は撚りによって強化繊維15が解れることがない。そのため、強化基材部17の周縁19では形状保持部20により強化基材部17を構成する無撚糸13が拘束されて無撚糸13の強化繊維15の解れが抑制される。よって、マトリックス樹脂12の流動による強化基材部17の周縁19の解れが低減される。
According to the above embodiment, the following effects can be obtained.
(1) In the
Thus, in the molding process, when the fiber reinforced composite material 10 is formed by impregnating and curing the fiber reinforced
(2)形状保持部20は強化基材部17の周縁19の最外周に配設されている撚糸14から構成されている。
これにより、繊維強化複合材用プリフォーム11における形状保持部20の割合を最小限にできるので強化基材部17の周縁19の解れを低減しつつ、緯方向Xと経方向Yの2方向に強化繊維15が配向している中心18の割合を最大限にすることが可能となる。
(2) The
Thereby, since the ratio of the
なお、上記実施形態は以下のように変更しても良い。
○ 形状保持部20を構成する撚糸14は強化基材部17の周縁の最外周に配設されている撚糸14に限らず、強化基材部17の周縁に配設される撚糸14であれば良い。
In addition, you may change the said embodiment as follows.
○ The twisted
○ 無撚糸13及び撚糸14の製織方法は平織に限らず、例えば綾織や朱子織であっても良い。
The weaving method of the untwisted
○ 繊維強化複合材10の成形方法はRTM成形に限らず、熱プレス成形でも良い。 ○ The molding method of the fiber reinforced composite material 10 is not limited to RTM molding, but may be hot press molding.
○ カバーリング糸16はナイロンに限らず、成形工程において熱溶融する材質で構成されていれば良い。
The covering
○ 繊維強化複合材用プリフォーム11は賦形されてから繊維強化複合材10を成形しても良い。
The fiber-reinforced composite material 10 may be molded after the
○ 繊維強化複合材用プリフォーム11は三次元織物から構成されていても良い。例えば、図3(a)、(b)に示すように、繊維強化複合材用プリフォーム11は複数の無撚糸13及び複数の撚糸14からなる繊維強化複合材用織物21を厚さ方向Zに積層して形成されている。繊維強化複合材用プリフォーム11は例えば図示しないステッチ糸や接着剤等で層間が結合されている。
The
10…繊維強化複合材、11…繊維強化複合材用プリフォーム、12…マトリックス樹脂、13…無撚糸、14…撚糸、15…強化繊維、17…強化基材部、19…周縁、20…形状保持部、X…緯方向、Y…経方向。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fiber reinforced composite material, 11 ... Preform for fiber reinforced composite materials, 12 ... Matrix resin, 13 ... Untwisted yarn, 14 ... Twisted yarn, 15 ... Reinforced fiber, 17 ... Reinforced base material part, 19 ... Periphery, 20 ... Shape Holding part, X ... weft direction, Y ... longitudinal direction.
Claims (3)
前記強化基材部の周縁に配設され、非連続繊維である強化繊維を含む撚糸からなる形状保持部と、を備える
ことを特徴とする繊維強化複合材用プリフォーム。 A reinforced base material portion comprising a non-twisted yarn comprising a reinforcing fiber that is a non-continuous fiber and a covering yarn that covers the reinforcing fiber and is thermally melted in a molding process;
A preform for a fiber-reinforced composite material, comprising: a shape holding portion that is disposed on a peripheral edge of the reinforcing base portion and is formed of a twisted yarn including reinforcing fibers that are discontinuous fibers.
請求項1に記載の繊維強化複合材用プリフォーム。 2. The preform for fiber reinforced composite material according to claim 1, wherein the shape holding portion is composed of warp and weft arranged on the outermost periphery of the preform for fiber reinforced composite material.
ことを特徴とする繊維強化複合材。
A fiber-reinforced composite material obtained by impregnating a preform having reinforcing fibers with a matrix resin, wherein the preform is the preform for a fiber-reinforced composite material according to claim 1 or 2. Reinforced composite material.
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