JP2021059042A - 芯材及び複合部材 - Google Patents

Abstract

【課題】強化繊維の厚さ方向の配向が排された芯材の提供、衝撃吸収力に優れた複合部材の提供。【解決手段】第１形態の芯材２は、基層２１と、基層２２の少なくとも一面２２ａに固定された強化繊維層２２と、を備え、強化繊維層２２は、複数本の強化繊維２２３が引き揃えられた繊維束２２１が、基層２１の主面２１１に沿って複数条配列されてなるとともに、繊維束２２１は厚さ方向にクリンプを有していない。第２形態の芯材２は、複数本の強化繊維が引き揃えられた繊維束が、厚さ方向にクリンプを有さないように、複数条配列されてなる強化繊維層を２層以上有し、強化繊維層のうちの第１層を構成する繊維束の配列方向と、強化繊維層のうちの第２層を構成する繊維束の配列方向と、が異なる。複合部材は、第１形態又は第２形態の芯材と、芯材を埋設しているマトリックス樹脂と、を有する。【選択図】図５

Description

本発明は、芯材及び複合部材に関する。更に詳しくは、破壊進展の抑制作用に優れた芯材及び複合部材に関する。

従来、繊維強化プラスチックと称される複合部材（複合材料）が知られている。一般に、繊維強化プラスチックは、繊維集合体を芯材とし、この芯材をマトリックス材である樹脂（マトリックス樹脂）で被覆後、硬化して得られている。このような複合部材としては、下記特許文献１及び２が知られている。

特開２０１６−１０２２７９号公報 特開２００５−３４９８２６号公報

上記特許文献１に記載があるように、芯材として織物が多用されるが、織物を芯材として用いると、クリンプの存在が問題となる。即ち、図１５に示すように、入力された衝撃力Ｆが、強化繊維のクリンプを介して厚さ方向へも伝搬され、厚さ方向に破壊が進展してしまうことが危惧されている。
この点、例えば、上記特許文献２では、強化繊維である炭素繊維を経糸とし、ナイロン繊維を緯糸とした一方向織物が利用されている。一方向織物は、強化繊維を経糸として用いる一方、この経糸を拘束する緯糸として、強化繊維より低目付の補助繊維（特許文献２ではナイロン繊維）を用いた織物である。しかしながら、一方向織物においても、依然として緯糸を用いることに起因して、クリンプを完全除去するには至らず、芯材を構成する強化繊維のクリンプを介した厚さ方向への力の伝搬を阻止するには至らないと考えられる。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、芯材を構成する強化繊維が、厚さ方向へ配向することが実質的に排された芯材を提供することを目的とする。更には、この芯材を用いた衝撃吸収力に優れた複合部材を提供することを目的とする。

即ち、上記問題を解決するために、本発明は以下に示される。
［１］本発明の第１形態の芯材は、マトリックス樹脂に埋設されて複合部材を構成する芯材であって、
基層と、前記基層の少なくとも一面に固定された強化繊維層と、を備え、
前記強化繊維層は、複数本の前記強化繊維が引き揃えられた繊維束が、前記基層の主面に沿って複数条配列されてなるとともに、前記繊維束は厚さ方向にクリンプを有していないことを要旨とする。
［２］上記［１］に記載の芯材において、
前記強化繊維層は、２層以上からなり、
前記強化繊維層のうちの第１層を構成する繊維束の配列方向と、前記強化繊維層のうちの第２層を構成する繊維束の配列方向と、が異なるものとすることができる。
［３］上記［１］又は上記［２］に記載の芯材において、
前記基層と、前記基層の一面にのみ固定された前記強化繊維層と、を有する片面強化層を２層有し、
前記片面強化層のうちの第１層の基層と、前記片面強化層のうちの第２層の基層と、を向かい合わせて配置してなるものとすることができる。
［４］上記［１］乃至［３］のうちのいずれかに記載の芯材において、
前記基層は、織編布又は不織布を含むものとすることができる。
［５］上記［１］乃至［４］のうちのいずれかに記載の芯材において、
前記強化繊維束は、前記基層に縫着されているものとすることができる。
［６］本発明の第２形態の芯材は、マトリックス樹脂に埋設されて複合部材を構成する芯材であって、
複数本の強化繊維が引き揃えられた繊維束が、厚さ方向にクリンプを有さないように、複数条配列されてなる強化繊維層を２層以上有し、
前記強化繊維層のうちの第１層を構成する繊維束の配列方向と、前記強化繊維層のうちの第２層を構成する繊維束の配列方向と、が異なることを要旨とする。
［７］本発明の複合部材は、上記［１］乃至上記［６］のうちのいずれかに記載の芯材と、前記芯材を埋設しているマトリックス樹脂と、を有することを要旨とする。

本発明の第１形態の芯材によれば、芯材を構成する各層が広がる面に交差するように方向へ強化繊維が配向（以下、単に「厚さ方向の配向」ともいう）することを実質的に排することができる。これにより、第１形態の芯材を用いた複合部材では、芯材を構成する強化繊維の厚さ方向の配向を介した力の伝搬を抑制できる。その結果、衝撃吸収力に優れた複合部材が得られる。とりわけ、厚さ方向の一面側から他面側へ向かって加えられる衝撃力によって、一面側から他面側まで連通して破壊される現象を制止できる複合部材を得ることができる。

本発明の芯材において、強化繊維層が２層以上からなり、その強化繊維層のうちの第１層を構成する繊維束の配列方向と、第２層を構成する繊維束の配列方向と、が異なる場合には、厚さ方向へ入力された衝撃力を、強化繊維層の層間へ効率よく分散させることができる。これにより、衝撃吸収力に優れた複合部材が得られる。とりわけ、厚さ方向の一面側から他面側へ向かって加えられる衝撃力によって、一面側から他面側まで連通して破壊される現象を制止できる複合部材を得ることができる。

本発明の芯材において、基層と、その基層の一面にのみ固定された強化繊維層と、を有する片面強化層を２層有し、これら片面強化層のうちの第１層の基層と、片面強化層のうちの第２層の基層と、を向かい合わせて配置した場合には、厚さ方向への力の伝搬を抑制する作用に更に優れた複合部材を得ることができる。加えて、上記構成によって、本発明の芯材は、２層の基層同士が並んで積層された構造を有することができる。この２層の基層同士が並んで積層された構造を有することにより、この構造を有さない場合に比べて、基層同士の層間へ衝撃力を分散させる作用に優れる。その結果、衝撃吸収力に優れた複合部材が得られる。とりわけ、厚さ方向の一面側から他面側へ向かって加えられる衝撃力によって、一面側から他面側まで連通して破壊される現象を制止できる複合部材を得ることができる。

本発明の芯材において、基層が、織編布又は不織布を含む場合には、強化繊維層に比べて、厚さ方向の力の伝搬を助長する作用を有する。即ち、強化繊維層は、構成繊維の厚さ方向の屈曲を実質的に排した層であるため、厚さ方向の力の伝搬を抑制する作用が強いのに対し、織布、編布、不織布等は、構成繊維の厚さ方向への屈曲や配向を有するため、厚さ方向の力の伝搬を抑制する作用が弱い。即ち、相対的に厚さ方向への力の伝搬を助長する作用を有するといえる。従って、強化繊維層では厚さ方向の力の伝搬を抑制しつつ、基層では厚さ方向の力の伝搬を助長することで、芯材内における力の伝達をより精密にコントロールすることができる。その結果、衝撃吸収力に優れた複合部材が得られる。とりわけ、厚さ方向の一面側から他面側へ向かって加えられる衝撃力によって、一面側から他面側まで連通して破壊される現象を制止できる複合部材を得ることができる。

本発明の芯材において、強化繊維束が、基層に縫着されている場合には、束化された強化繊維が縫着されるため、強化繊維のクリンプ形成を防止できる。このため、繊維束の厚さ方向への配向をより確実に排して、厚さ方向に割れ難い複合部材や、衝撃吸収力に優れた複合部材等を得ることができる。

本発明の第２形態の芯材によれば、芯材を構成する強化繊維が厚さ方向の配向することを実質的に排しつつ、第１の強化繊維層を構成する繊維束と、第２の強化繊維層を構成する繊維束と、が各層の広がる方向においては、異なる配向を有することができる。これにより、厚さ方向へ入力された衝撃力を、強化繊維層の層間へ効率よく分散させることができる。これにより、衝撃吸収力に優れた複合部材が得られる。とりわけ、厚さ方向の一面側から他面側へ向かって加えられる衝撃力によって、一面側から他面側まで連通して破壊される現象を制止できる複合部材を得ることができる。

本発明の複合部材によれば、衝撃吸収力に優れた複合部材とすることができる。とりわけ、厚さ方向の一面側から他面側へ向かって加えられる衝撃力によって、一面側から他面側まで連通して破壊される現象を制止できる複合部材とすることができる。

本発明について、本発明による典型的な実施形態の非限定的な例を挙げ、言及された複数の図面を参照しつつ以下の詳細な記述にて更に説明するが、同様の参照符号は図面のいくつかの図を通して同様の部品を示す。
本発明の第１形態の芯材の一例を示す説明図であり、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は断面図である。 本発明の第１形態の芯材の他例を示す説明図であり、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は断面図である。 本発明の第１形態の芯材の他例を示す説明図であり、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は断面図である。 本発明の第１形態の芯材の他例を示す説明図であり、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は断面図である。 本発明の第１形態の芯材の他例（実施例１）を示す説明図であり、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は断面図である。 本発明の第１形態の芯材の他例（実施例２）を示す説明図であり、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は断面図である。 本発明の芯材に用いる繊維束の配列形態を示す説明図である。 本発明の第２形態の芯材の一例を示す説明図であり、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は断面図である。 本発明の複合部材の一例を示す説明図であり、第１形態の芯材を用いた例を示す説明図である。 本発明の複合部材の他例（実施例１）を示す説明図であり、第１形態の芯材を用いた例を示す説明図である。 本発明の複合部材の他例（実施例２）を示す説明図であり、第１形態の芯材を用いた例を示す説明図である。 本発明の複合部材の他例を示す説明図であり、第２形態の芯材を用いた例を示す説明図である。 第１形態の芯材を用いた複合部材における破壊を説明する説明図である。 第２形態の芯材を用いた複合部材における破壊を説明する説明図である。 従来の芯材を用いた複合部材における破壊を説明する説明図である。 実施例における三点曲げ試験の結果を示すチャートである。

ここで示される事項は、例示的なもの及び本発明の実施形態を例示的に説明するためのものであり、本発明の原理と概念的な特徴とを最も有効に且つ難なく理解できる説明であると思われるものを提供する目的で述べたものである。この点で、本発明の根本的な理解のために必要である程度以上に本発明の構造的な詳細を示すことを意図してはおらず、図面と合わせた説明によって本発明の幾つかの形態が実際にどのように具現化されるかを当業者に明らかにするものである。
尚、本明細書の図１では縫糸を図示しているが、図２以降では縫糸が存在するとしても煩雑になるため省略している。

［１］芯材
芯材２は、マトリックス樹脂３に埋設されて複合部材１を構成するものである。通常、マトリックス樹脂３が、芯材２の内部にまで含浸された状態で固定（硬化又は固化等）されることで、全体として高い強度を有することとなる。即ち、マトリックス樹脂のみからなる樹脂部材に比べて、樹脂の内部に芯材が加わることで、全体として機械的強度が増強された複合部材１となっている。芯材２の形状は限定されず、例えば、板形状を有する芯材、円筒形状を有する芯材、複雑立体形状を有する芯材等とすることができる。

〔１〕第１形態の芯材
本第１形態の芯材（２）は、基層（２１）と、基層（２１）の少なくとも一面（２１ａ）に固定された強化繊維層（２２）と、を備える。更に、芯材（２）において、強化繊維層（２２）は、複数本の強化繊維（２２３）が引き揃えられた繊維束（２２１）が、基層（２１）の主面（２１１）に沿って複数条配列されてなるとともに、繊維束（２２１）は厚さ方向（Ｄ_Ｚ）にクリンプを有していないものである（図１〜図６参照）。

強化繊維層２２は、１層のみを有してもよいし（図１参照）、２層以上を有してもよい（図２〜図６参照）。また、強化繊維層２２は、基層２１の少なくとも一面２１ａに固定されていればよい。即ち、強化繊維層２２は、基層２１の一面側にのみに固定されてもよいし（図１〜図２参照）、両側面に固定されてもよい（図３〜図６参照）。更に、強化繊維層２２と基層２１とは、どのように一体化されていてもよく、例えば、縫着、織着、接着、粘着、融着等、及び、これらの接合方法のうちの２つ以上の方法を同時に用いて一体化することができる。

強化繊維層２２は、複数本の強化繊維２２３が引き揃えられた繊維束２２１によって形成される。この強化繊維層２２は、強化繊維２２３のみからなってもよいし、強化繊維２２３を主構成とし、強化繊維以外の他繊維（非強化繊維）を含んでもよい。但し、他繊維を含む場合、強化繊維層２２を構成する繊維全体を１００質量％とした場合に１０質量％以下であることが好ましい。

繊維束２２１は、複数本の強化繊維２２３が引き揃えられた繊維集合体である。即ち、複数本の強化繊維２２３からなる強化繊維２２３の束である。この繊維束２２１は、撚りを有してもよいし、有さなくてもよい。
繊維束２２１は、どのように束化されていてもよい。複数の強化繊維が単に引き揃えただけの状態であってもよいし、糸（束化用の糸）を用いて複数の強化繊維が結束されていてもよいし、接着剤、粘着剤、熱融着剤等の他剤を介して強化繊維同士が結着されて束化されていてもよいし、その他の方法によって束化されていてもよい。

１本の繊維束２２１を構成する強化繊維２２３の本数は限定されないが、例えば、３０００本以上とすることができる。繊維束２２１を構成する強化繊維２２３の本数が３０００本以上であることにより、柔軟でありながら芯材として優れた強度を発揮させることができる。この本数は限定されないが、例えば、３０００本以上１０００００本以下とすることができ、更に５０００本以上７００００本以下とすることができ、更に７０００本以上５００００本以下とすることができ、更に１００００本以上３００００本以下とすることができる。

また、強化繊維層２２を形成する際の作業性を考慮した場合、１本の繊維束２２１を構成する強化繊維２２３の本数が多い繊維束（太束）を用いることができる。この場合、１本の繊維束２２１を構成する強化繊維２２３の本数は、例えば、３００００本以上とすることができ、更に４００００本以上とすることができ、更に６００００本以上とすることができる。一方、１本の繊維束２２１を構成する強化繊維２２３の本数は、例えば、１５０００００本以下、更に１００００００本以下とすることができる。

更に、強化繊維層２２は、繊維束２２１が、基層２１の主面２１１に沿って複数条配列されてなる。即ち、強化繊維層２２は、１本の繊維束２２１のみから構成されてもよいし、複数本の繊維束２２１から構成されてもよい。
強化繊維層２２が１本の繊維束２２１のみから構成される場合とは、所定面を埋めるように１本の繊維束２２１を折りたたんで配置すること実現できる。即ち、例えば、１本の繊維束２２１を蛇腹状に折り畳んで配置することができる（図７（ａ）参照）。また、螺旋状（円螺旋、多角形螺旋等）に巻回配置することができる（図７（ｂ）参照）。
強化繊維層２２が複数本の繊維束２２１から構成される場合とは、所定面を埋めるように複数本の繊維束２２１を引き揃えて配置すること実現できる（図７（ｃ）参照）。
更に、これら両方の方法を利用し、１本の繊維束２２１を折りたたんで配置しつつ、それ以外の複数本の繊維束２２１を引き揃えて配置することによって、所定面を埋めることができる。

このように、所定面を埋めるように繊維束２２１を配置することで、強化繊維層２２を形成できる。そして、この繊維束２２１を強化繊維層２２として、基層２１に固定することで、繊維束２２１は厚さ方向Ｄ_Ｚにクリンプを有さない形態とすることができる。即ち、芯材２を構成する強化繊維２２３が、層方向に対して交差する方向へ配向（即ち、厚さ方向へ配向）することを実質的に排することができる。これにより、この芯材２を用いた複合部材１では、芯材２を構成する強化繊維２２３の厚さ方向の配向を介した力の伝搬（図１５に示すＦ_４）が抑制される結果、優れた衝撃吸収力を発揮させることができる。とりわけ、厚さ方向の一面側から他面側へ向かって加えられる衝撃力によって、一面側から他面側まで連通して破壊される現象を制止する作用に優れた複合部材とすることができる。

強化繊維２２３は、無機材料繊維であってもよく、有機材料繊維であってもよく、これらを併用してもよい。
無機材料繊維としては、炭素繊維（ＰＡＮ系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維）、ガラス繊維、金属繊維などが挙げられる。これらは１種のみを用いてもよく２種以上を併用してもよい。
有機材料繊維としては、芳香族ポリアミド（アラミド繊維、商品名「ケブラー」等）、ポリベンズアゾール樹脂繊維（ポリ−パラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維、商品名「ザイロン」等）などが挙げられる。これらは１種のみを用いてもよく２種以上を併用してもよい。

強化繊維２２３の繊維形態は限定されず、スパンヤーンであってもよく、フィラメントヤーンであってもよく、これらの併用形態であってもよいが、これらのなかでは、フィラメントヤーンであることが好ましい。
更に、強化繊維２２３は、モノフィラメントであってもよく、マルチフィラメントであってもよく、これらを併用してもよい。

強化繊維層２２は、１層のみを有してもよく（図１参照）、２層以上を有してもよい（図２〜図６参照）。２層以上有する場合、１層の基層２１に対して２層以上の強化繊維層２２が固定されていてもよい（図２、図５及び図６参照）。また、１層の基層２１に対して１層の強化繊維層２２が固定されたセットが、２セット以上積層されて、全体として２層以上の強化繊維層２２を有してもよい（図４参照）。
また、このように２層以上の強化繊維層２２を有する場合には、強化繊維層２２のうちの第１層２２Ａ（第１強化繊維層）を構成する繊維束２２１Ａの配列方向Ｄ_Ａ（図２〜図６におけるＤ_Ｘ又はＤ_Ｙ）と、第２層２２Ｂ（第２強化繊維層）を構成する繊維束２２１Ｂの配列方向Ｄ_Ｂ（図２〜図６におけるＤ_Ｘ又はＤ_Ｙ）と、は平行に配置することができるが、配列方向Ｄ_Ａ及びＤ_Ｂが異なるように配置することが好ましい（図２〜図６参照）。
より具体的には、第１強化繊維層２２Ａを構成する繊維束２２１Ａと、第２強化繊維層２２Ｂを構成する繊維束２２１Ｂと、が交差されるように配置することが好ましい。この際の交差角θは９０度以下（０度＜θ≦９０度）であることが好ましい（図２〜図６参照）。

上述のように、強化繊維層２２が２層以上からなり、第１強化繊維層２２Ａを構成する繊維束２２１Ａの配列方向Ｄ_Ａと、第２強化繊維層２２Ｂを構成する繊維束２２１Ｂの配列方向Ｄ_Ｂと、が異なる場合（図２〜図６参照）には、厚さ方向へ入力された衝撃力を、強化繊維層２２の層間（強化繊維層同士の層間や、強化繊維層と他層との層間）へ効率よく分散させることができる。とりわけ、強化繊維層２２同士の層間が形成される形態（図２、図５、図６及び後述する第２形態に関する図８）では、図１３及び図１４に示すように、入力された衝撃力Ｆを、強化繊維層２２間の層間破壊として効率的に分散Ｆ_２させることができる。これにより、衝撃吸収力に優れた複合部材が得られる。即ち、例えば、厚さ方向の一面側から他面側へ向かって加えられる衝撃力によって、一面側から他面側まで連通して破壊される現象を制止できる複合部材を得ることができる。

基層２１は、強化繊維層２２を固定するための層である。基層２１は、どのような構造を有してもよい。即ち、例えば、繊維集合体（織編物、不織布等）、金属シート（箔、板等）、樹脂シート（フィルム、板等）などが挙げられる。
また、これらの基層２１に対して、強化繊維層２２はどのように固定されてもよい。例えば、基層２１に対して、縫着、接着、融着等の手段によって固定できる。

これらのなかでも、縫着により固定が好ましい。縫着により強化繊維層２２を構成する繊維束２２１にクリンプを生じさせることなく、強化繊維層２２を基層２１に固定できる。このため、繊維束２２１の厚さ方向への配向を排した芯材２を得ることができる。これにより、衝撃吸収力に優れた複合部材が得られる。
更に、縫着という手段によれば、縫糸２３のテンションによって、繊維束２２１の拘束の程度を自在に制御できる。従って、例えば、基層２１に対して強化繊維層２２を強固に固定しながらも、繊維束２２１の可動性（基層２１に対する可動性、及び／又は、繊維束２２１同士の間の可動性）を確保することができる。その結果、基層２１と強化繊維層２２との全体層として柔軟性を得ることができる。
また、前述の通り、基層２１はどのような材料から形成されてもよいが、上述のなかでは、繊維集合体が好ましい。基層２１として繊維集合体を用いることで、縫着し易く、尚且つ、層全体の柔軟性を得ることができる。また、マトリックス樹脂を層内に含浸させることができる。

基層２１として繊維集合体を用いる場合、繊維集合体は、織物、編物、不織布のいずれであってもよい。これら織物、編物及び不織布は、１つの構成繊維が、他の複数の繊維との交絡を有しているため、強化繊維層２２に比べて、厚さ方向の力の伝搬を助長する作用に優れている。即ち、強化繊維層２２は、構成繊維の厚さ方向の屈曲を実質的に排した層であるため、厚さ方向の力の伝搬を抑制する作用が強いのに対し、織布、編布、不織布等は、構成繊維の厚さ方向への屈曲や配向を有するため、厚さ方向の力の伝搬を抑制する作用が弱い。即ち、相対的に厚さ方向への力の伝搬を助長する作用を有するといえる。従って、強化繊維層２２では厚さ方向の力の伝搬を抑制しつつ、基層２１では厚さ方向の力の伝搬を助長することで、芯材２内における力の伝達をより精密にコントロールすることができる。その結果、衝撃吸収力に優れた複合部材が得られる。

基層２１としては、上述のなかでも、織物が好ましい。基層２１として織物を用いることで、繊維束２２１を縫着し易いというメリット、及び、縫着した際の縫糸２３の拘束力が高いというメリットがある。
基層２１として織物を用いる場合、この織物の構成は限定されないが、固定される繊維束２２１よりも、繊度が小さい構成糸によって織られた織物であることが好ましい。

また、基層２１として織物を用いる場合、この織物はどのような組織を有してもよいが、１×１、２×２、３×３等の平組織を有することが好ましい。この平組織は５×５よりも細かい組織が好ましく、４×４又はそれより細かい組織がより好ましく、３×３又はそれより細かい組織が更に好ましく、２×２又はそれより細かい組織が特に好ましい。
更に、基層２１を構成する構成糸には、強化繊維層２２を構成する強化繊維２２３と同じ繊維を用いてもよいが、異なる繊維にすることができる。具体的には、各種の樹脂繊維及び植物性繊維等を用いることができる。具体的には、樹脂繊維を構成する樹脂としては、ポリアミド（脂肪族ポリアミド、芳香族ポリアミド等）、ポリエステル（芳香族ジカルボン酸由来の構成単位を有するポリエステル等）等を利用できる。また、植物繊維としては、綿繊維及び麻繊維等を用いることができる。

また、強化繊維層２２が基層２１の片面にのみ固定された片面強化層２５を用いる場合（図４〜図６参照）には、第１片面強化層２５１のうちの基層２１と第２片面強化層２５２の強化繊維層２２とを向かい合わせて配置してもよいが、第１片面強化層２５１の基層２１Ａと第２片面強化層２５２の基層２１Ｂとを向かい合わせて配置することができる。
このように、第１片面強化層２５１の基層２１Ａと第２片面強化層２５２の基層２１Ｂとを向かい合わせて配置する場合には、芯材２の厚さ方向への力の伝搬をより高度に制御できる。即ち、強化繊維層２２はクリンプを有さないことに起因して、厚さ方向への力の伝搬を高度に抑制できる。一方で、基層２１同士を向かい合わせて配置した層及び層間では、２層の基層２１同士が並んだ構造を有するため、基層２１同士の層及び層間においてその層方向へ力の伝搬を大きくする作用を有する。即ち、層方向へクラックを形成し易くでき、これにより、厚さ方向へ向けて加わった衝撃力を効率よく層方向へ分散Ｆ_３させ、厚さ方向への衝撃力の大きさを弱めることができる（図１３参照）。

〔２〕第２形態の芯材
本第２形態の芯材（２）は、複数本の強化繊維が引き揃えられた繊維束（２２１）が、厚さ方向にクリンプを有さないように、複数条配列されてなる強化繊維層（２２）を２層以上有し、
強化繊維層（２２）のうちの第１層（２２Ａ）を構成する繊維束（２２１Ａ）の配列方向（Ｄ_Ａ）と、強化繊維層（２２）のうちの第２層（２２Ｂ）を構成する繊維束（２２１Ｂ）の配列方向（Ｄ_Ｂ）と、が異なっている（図８参照）。

本第２形態の芯材２は、基層２１を備えないこと以外、第１形態の芯材２と同様である。即ち、２層以上の強化繊維層２２を有し、強化繊維層２２のうちの第１層２２Ａ（第１強化繊維層）を構成する繊維束２２１の配列方向Ｄ_Ａ（図８におけるＤ_Ｘ又はＤ_Ｙ）と、第２層２２Ｂ（第２強化繊維層）を構成する繊維束２２１の配列方向Ｄ_Ｂ（図８におけるＤ_Ｘ又はＤ_Ｙ）と、が異なる配置となっている。具体的には、第１強化繊維層２２Ａを構成する繊維束２２１Ａと、第２強化繊維層２２Ｂを構成する繊維束２２１Ｂと、が交差されるように、第１強化繊維層２２Ａと第２強化繊維層２２Ｂとが配置されることが好ましい。この際の交差角θは９０度以下（０度＜θ≦９０度）となることが好ましい（図８参照）。

［２］複合材部
本発明の複合部材（１）は、前述した芯材（２）と、芯材（２）を埋設しているマトリックス樹脂（３）と、を有する（図９〜図１２参照）。
マトリックス樹脂３は、芯材２を埋設している樹脂である。より具体的には、芯材２の内部に行きわたるように含浸されて固定（硬化性樹脂である場合には硬化、熱可塑性樹脂である場合には固化）された樹脂である。このマトリックス樹脂３は、複合部材１内では、層間破壊の助長作用を発揮させることができる。のこのマトリックス樹脂３は、芯材２の表面を覆うように存在してもよい。マトリックス樹脂３の含浸方法及び固定方法は、従来公知の各種方法を利用できる。

マトリックス樹脂３の種類は限定されず、種々の樹脂を利用できる。即ち、硬化性樹脂を用いてもよく、熱可塑性樹脂を用いてもよく、これらを併用してもよい。硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂（硬化性ポリエステル樹脂）、ウレタン樹脂等が挙げられる。一方、熱可塑性樹脂としては、ポリオレフィン樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂（熱可塑性ポリエステル樹脂）、ポリアミド樹脂等が挙げられる。

本発明の複合部材１は、第１形態の芯材２及び／又は第２形態の芯材２を有している。この芯材２は、芯材２を構成する強化繊維２２３の厚さ方向の配向が実質的に排されている。このため、厚さ方向の配向を介した力の伝搬を抑制できる。その結果、衝撃吸収力に優れた複合部材が得られる。とりわけ、厚さ方向の一面側から他面側へ向かって加えられる衝撃力によって、一面側から他面側まで連通して破壊される現象を制止できる複合部材を得ることができる。

本発明の複合部材１の形状、大きさ及び厚さ等の寸法は特に限定されず、その用途も特に限定されない。この複合部材は、例えば、自動車、鉄道車両、船舶及び飛行機等の外装材、内装材、構造材（ボディシェル、車体、航空機用胴体）及び衝撃吸収材等として用いることができる。これらのうち自動車用品としては、自動車用外装材、自動車用内装材、自動車用構造材、自動車用衝撃吸収材、エンジンルーム内部品等が挙げられる。
具体的には、バンパー、スポイラー、カウリング、フロントグリル、ガーニッシュ、ボンネット、トランクリッド、カウルルーバー、フェンダーパネル、ロッカーモール、ドアパネル、ルーフパネル、インストルメントパネル、センタークラスター、ドアトリム、クオータートリム、ルーフライニング、ピラーガーニッシュ、デッキトリム、トノボード、パッケージトレイ、ダッシュボード、コンソールボックス、キッキングプレート、スイッチベース、シートバックボード、シートフレーム、アームレスト、サンバイザ、インテークマニホールド、エンジンヘッドカバー、エンジンアンダーカバー、オイルフィルターハウジング、車載用電子部品（ＥＣＵ、ＴＶモニター等）のハウジング、エアフィルターボックス、ラッシュボックス等のエネルギー吸収体、フロントエンドモジュール等のボディシェル構成部品などが挙げられる。

更に、例えば、建築物及び家具等の内装材、外装材及び構造材等が挙げられる。即ち、ドア表装材、ドア構造材、各種家具（机、椅子、棚、箪笥等）の表装材、構造材、更には、ユニットバス、浄化槽などとすることができる。その他、包装体、収容体（トレイ等）、保護用部材及びパーティション部材等として用いることもできる。また、家電製品（薄型ＴＶ、冷蔵庫、洗濯機、掃除機、携帯電話、携帯ゲーム機、ノート型パソコン等）の筐体及び構造体などの成形体とすることもできる。

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
［１］複合部材の作製
〈１〉実施例１の複合部材
（１）使用材料について
下記の基層２１、繊維束２２１及び縫糸２３を用意した。
基層２１：植物繊維布（紡績綿繊維を製織した織布）。
繊維束２２１：炭素繊維を１２０００本引き揃えた繊維束（１２Ｋのマルチフィラメント）。
縫糸２３：樹脂繊維（ポリエステル製単繊維を用いたマルチフィラメント）。

（２）片面強化芯層２５１の作製
繊維束２２１Ｂを縫糸２３により１．７ｍｍピッチで基層２１Ａに縫着して、１層の基層２１Ａに対して１層の強化繊維層２２（強化繊維層２２Ｂ）を設けた積層体を得た。尚、この際、１本の繊維束２２３を蛇腹状に折り畳みながら基層２１Ａの表面２１ａを埋めるように縫着を行った。
更に、得られた積層体に対して、縫着された繊維束２２１Ｂの配向方向が略直交されるように、先に縫着した強化繊維層２２Ｂ上に、更に、繊維束２２１Ａを縫糸により１．７ｍｍピッチで基層２１Ａに縫着して、１層の基層２１Ａに対して２層の強化繊維層２２（強化繊維層２２Ａ及び２２Ｂ）を設けた片面強化芯層２５１を得た。尚、この際も、１本の繊維束２２１Ａを蛇腹状に折り畳みながら基層２１Ａ表面を埋めるように縫着を行った（図５参照）。

（３）片面強化芯層２５２の作製
繊維束２２１Ｃを縫糸２３により１．７ｍｍピッチで基層２１Ｂに縫着して、１層の基層２１Ｂに対して１層の強化繊維層２２（強化繊維層２２Ｃ）を設けた積層体を得た。尚、この際、１本の繊維束２２３を蛇腹状に折り畳みながら基層２１Ｂの表面２１ａを埋めるように縫着を行った。
更に、得られた積層体に対して、縫着された繊維束２２１Ｃの配向方向が略直交されるように、先に縫着した強化繊維層２２Ｃ上に、更に、繊維束２２１Ｄを縫糸により１．７ｍｍピッチで基層２１Ｂに縫着して、１層の基層２１Ｂに対して２層の強化繊維層２２（強化繊維層２２Ｃ及び２２Ｄ）を設けた片面強化芯層２５２を得た。尚、この際も、１本の繊維束２２１Ｄを蛇腹状に折り畳みながら基層２１Ｂ表面を埋めるように縫着を行った（図５参照）。

（４）芯材の作製
上記（２）で得られた片面強化芯層２５１の基層２１Ａと、上記（３）で得られた片面強化芯層２５２の基層２１Ｂと、を対面させて貼り合わせて、実施例１の芯材２（図５参照）を得た。

（５）複合部材の作製
上記（４）までに得られた実施例１の芯材２に対して、マトリックス樹脂となる未硬化エポキシ樹脂（ナガセケムテックス株式会社製、品番「ＸＮＲ６８３０」）を減圧下においてプレスしながら含浸させた後、硬化させて（ＲＴＭ工法）、実施例１の複合部材１を得た（図１０参照）。
尚、実施例１の複合部材１（図１０参照）の炭素繊維（強化繊維）の体積含有率（Ｖｆ）は５０％である。この体積含有率Ｖｆは、以下の式により算出される（以下同様）。Ｖｆ＝強化繊維の体積／（強化繊維の体積＋樹脂の体積）

〈２〉実施例２の複合部材
（１）使用材料について
実施例１と同じ、基層２１、繊維束２２１及び縫糸２３を用いた。

（２）片面強化芯層２５１の作製
実施例１と同様に、１層の基層２１Ａに対して１層の強化繊維層２２（強化繊維層２２Ｂ）を設けた積層体を得た。この積層体に対し、縫着された繊維束２２１Ｂの配向方向が略平行になるように、先に縫着した強化繊維層２２Ｂ上に、更に、繊維束２２１Ａを縫着した以外、実施例１と同様にして片面強化芯層２５１を得た（図６参照）。

（３）片面強化芯層２５２の作製
実施例１と同様に、繊維束２２１Ｃを縫糸２３により１．７ｍｍピッチで基層２１Ｂに縫着して、１層の基層２１Ｂに対して１層の強化繊維層２２（強化繊維層２２Ｃ）を設けた積層体を得た。この積層体に対し、縫着された繊維束２２１Ｃの配向方向が略平行になるように、先に縫着した強化繊維層２２Ｃ上に、更に、繊維束２２１Ｄを縫着した以外、実施例１と同様にして片面強化芯層２５２を得た（図６参照）。

（４）芯材の作製
上記（２）で得られた片面強化芯層２５１の基層２２Ａと、上記（３）で得られた片面強化芯層２５２の基層２２Ｂと、を対面させて貼り合わせて、実施例２の芯材２（図６参照）を得た。

（５）複合部材の作製
上記（４）までに得られた実施例２の芯材２に対して、実施例１と同様の操作を行い、実施例２の複合部材１を得た（図１１参照）。実施例２の複合部材１（図１１参照）の炭素繊維（強化繊維）の体積含有率（Ｖｆ）は５０％であり、実施例１と同じである。

〈３〉比較例１の複合部材
炭素繊維を平織りに製織した織物を積層した基材に対して、実施例１及び実施例２と同様の操作を行って、比較例１の複合部材を得た。比較例１の複合部材の炭素繊維（強化繊維）の体積含有率（Ｖｆ）は５０％であり、実施例１及び実施例２と同じである。

［２］繊維強化材料の評価
（１）曲げ強度試験
ＪＩＳ Ｋ７０７４に準拠して、実施例１、実施例２及び比較例１の複合材料を用いて、３点曲げ試験を行った。尚、実施例１及び２の試験片は、強化繊維層２２Ａが支点側となり、強化繊維層２２Ｄが作用点側となるように配置した。更に、実施例２の試験片は、全ての強化繊維が長手方向へ向いた状態で試験を行った。この結果、得られた曲げ強度（５回の試験結果の平均値）を図１６に示した。
尚、試験条件は以下の通りである。
試験片形状：１００ｍｍ（長さ）×１５ｍｍ（幅）×２ｍｍ（厚さ）
支点間距離：８０ｍｍ
支点の曲率半径：２ｍｍ
作用点の曲率半径：５ｍｍ
荷重速度：５ｍｍ／分

［３］実施例の効果
上記試験の結果、図１６に示すように、比較例１の曲げ強度は２９４ＭＰａであった。これに対して、実施例１の曲げ強度は４５０ＭＰａであった。即ち、同じ体積含有率Ｖｆであるが、実施例１は比較例１に対して１．５３倍の曲げ強度が得られた。同様に、実施例２の曲げ強度は７３２ＭＰａであった。即ち、同じ体積含有率Ｖｆであるが、実施例２は比較例１に対して２．４９倍の曲げ強度が得られた。この結果から、同じ強化繊維を用いた複合材料であって、更には、同じ体積含有率Ｖｆを有しても、内部構造の差異により、大幅は強度向上が得られることが分かる。

更に、比較例１、実施例１及び実施例２の各試験後の試験片を観察した結果、いずれも上述の３点曲げ試験により破壊させているものの差異があることが分かった。具体的には、比較例１では裏面側へ達する割れが確認されたが、実施例１及び実施例２では裏面側へ達する割れが確認されなかった。即ち、実施例１及び実施例２では、力を表側から作用させても、裏面にまで割れを進展させることができないという特異な性質を有していることが分かった。
この点を、更に観察すべく、試験片を厚さ方向へ切断し、その切断面を観察した。その結果、実施例１の試験片では、強化繊維層２２Ｃと強化繊維層２２Ｄとの間（図５ｂ参照）で層間剥離（層間破壊）を生じているものの、その他の層間では層間剥離を生じていないことが分かった。また、実施例２の試験片では、強化繊維層２２Ｃと基層２１Ｂとの間（図６ｂ参照）で層間剥離（層間破壊）を生じているものの、その他の層間では層間剥離を生じていないことが分かった。これらの結果から、比較例１では、繊維束が厚さ方向に配向したクリンプを有していることにより、このクリンプの配向が、作用点側から支点側への力の伝搬を行って、裏面側まで破壊が進展するのに対して、実施例１及び実施例２では、繊維束が厚さ方向に配向せず、クリンプを有さないため、作用点側から支点側への力の伝搬が行われず、その結果、裏面側まで破壊が進展してないのではないかと考えられる。即ち、芯材を構成する強化繊維を、厚さ方向へ配向しない構成にすることで、裏面にまで割れを進展させずに、衝撃吸収性に優れるという性能を発揮させることができると分かる。

前述の例は単に説明を目的とするものでしかなく、本発明を限定するものと解釈されるものではない。本発明を典型的な実施形態の例を挙げて説明したが、本発明の記述及び図示において使用された文言は、限定的な文言ではなく説明的及び例示的なものであると理解される。ここで詳述したように、その形態において本発明の範囲又は精神から逸脱することなく、添付の特許請求の範囲内で変更が可能である。ここでは、本発明の詳述に特定の構造、材料及び実施例を参照したが、本発明をここに掲げる開示事項に限定することを意図するものではなく、むしろ、本発明は添付の特許請求の範囲内における、機能的に同等の構造、方法、使用の全てに及ぶものとする。

１；複合部材、
２；芯材、
２１；基層、
２１１；基層の主面、
２１ａ；一面、
２２；強化繊維層、
２２Ａ；第１強化繊維層（第１層）、
２２Ｂ；第２強化繊維層（第２層）、
２２１；繊維束、
２２１Ａ；第１強化繊維層を構成する繊維束、
２２１Ｂ；第２強化繊維層を構成する繊維束、
２２３；強化繊維、
２３；縫糸
２５；片面強化層、
２５１；第１片面強化層、
２５２；第２片面強化層、
３；マトリックス樹脂、
Ｄ_Ｘ；繊維束の配列方向の一例（Ｄ_Ａ又はＤ_Ｂ）、
Ｄ_Ｙ；繊維束の配列方向の一例（Ｄ_Ａ又はＤ_Ｂ）、
Ｄ_Ｚ；厚さ方向、
θ；交差角、
Ｆ_１；入力された衝撃力、
Ｆ_２；衝撃力の強化繊維層間での分散、
Ｆ_３；衝撃力の基層間での分散、
Ｆ_４；厚さ方向の配向を介した力の伝搬。

Claims (7)

1. マトリックス樹脂に埋設されて複合部材を構成する芯材であって、
   基層と、前記基層の少なくとも一面に固定された強化繊維層と、を備え、
   前記強化繊維層は、複数本の強化繊維が引き揃えられた繊維束が、前記基層の主面に沿って複数条配列されてなるとともに、前記繊維束は厚さ方向にクリンプを有していないことを特徴とする芯材。
2. 前記強化繊維層は、２層以上からなり、
   前記強化繊維層のうちの第１層を構成する繊維束の配列方向と、前記強化繊維層のうちの第２層を構成する繊維束の配列方向と、が異なる請求項１に記載の芯材。
3. 前記基層と、前記基層の一面にのみ固定された前記強化繊維層と、を有する片面強化芯層を２層有し、
   前記片面強化層のうちの第１層の基層と、前記片面強化層のうちの第２層の基層と、を向かい合わせて配置してなる請求項１又は２に記載の芯材。
4. 前記基層は、織編布又は不織布を含む請求項１乃至３のうちのいずれかに記載の芯材。
5. 前記強化繊維束は、前記基層に縫着されている請求項１乃至４のうちのいずれかに記載の芯材。
6. マトリックス樹脂に埋設されて複合部材を構成する芯材であって、
   複数本の強化繊維が引き揃えられた繊維束が、厚さ方向にクリンプを有さないように、複数条配列されてなる強化繊維層を２層以上有し、
   前記強化繊維層のうちの第１層を構成する繊維束の配列方向と、前記強化繊維層のうちの第２層を構成する繊維束の配列方向と、が異なることを特徴とする芯材。
7. 請求項１乃至６のうちのいずれかに記載の芯材と、前記芯材を埋設しているマトリックス樹脂と、を有することを特徴とする複合部材。

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