JP2513625Y2 - 複合構造体 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この考案は、軽量で、かつ剪断強度も大きく、航空
機、車両、船舶などに用いる構造材や、床材、壁材など
の建材として好適な複合構造体に関する。

（従来の技術） 従来、軽量な複合構造体としては、各種のプラスチッ
ク発泡体シートを芯材とし、この芯材の片面または両面
に、たとえば、軽量で強度も大きい繊維強化プラスチッ
クをスキン材として貼りつけたものや、また、芯材とし
て、ハニカム構造体を使用したものなどが知られてい
る。

しかしながら、芯材にプラスチック発泡体シートを用
いたものは、厚み方向における補強効果は期待できない
ので剪断力に対して弱いという欠点がある。また、ハニ
カム構造体を芯材とするものは、骨材のような他の補強
材をマトリクス材料として併用するものなどには適用し
にくいという問題がある。

（考案が解決しようとする課題） この考案の目的は、従来の複合構造体の上記した問題
点を解決し、軽量であるばかりか、厚み方向においても
高い補強効果を発揮することができて剪断強度も大き
く、しかも、芯材にマトリクス材料を併用することがで
きる複合構造体を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、この考案においては、複
数本の、互いに並行し、かつ、波打つように屈曲しなが
ら延びている、引張強度が250kg/mm²、引張弾性率が180
00kg/mm²以上で単糸数が3000〜500000本である補強用炭
素繊維糸条と、これら複数本の補強用炭素繊維糸条と交
差し、かつ、それら複数本の補強用炭素繊維糸条を互い
に連結している複数本の連結用炭素繊維糸条とを有する
とともに、少なくとも前記補強用炭素繊維糸条は熱硬化
性樹脂または熱可塑性樹脂が含浸されて剛直となされて
いる、メッシュ状三次元組織体を芯材とし、この芯材の
少なくとも一方の面に、炭素繊維強化プラスチックから
なるスキン材を一体に配置してなることを特徴とする複
合構造体、ならびに、前記した三次元組織体にマトリク
ス材料が複合されていることを特徴とする複合構造体が
提供される。

この複合構造体は、メッシュ状三次元組織体からなる
芯材の少なくとも一方の面に炭素繊維強化プラスチック
からなるスキン材を一体配置した構造になっている。

メッシュ状三次元組織体は、一方向に波打つように屈
曲しながら、互いに並行して配置されている、複数本の
補強用炭素繊維糸条と、これら補強用炭素繊維糸条と通
常は直交配置され、互いに並行し、かつ、上下方向にあ
って任意の間隔をおいて対向し、補強用炭素繊維糸条同
士を互いに連結している複数本の連結用炭素繊維糸条と
を有し、しかも、少なくとも補強用炭素繊維糸条には固
め剤が付与されて剛直性を備えているものである。

ここで、補強用炭素繊維糸条は、補強効果が高く、か
つ耐食性にも優れている。このような補強用炭素繊維糸
条としては、５〜50μｍ程度の太さの単糸を3000〜5000
00本程度集束してなる糸条で、その引張強度が250kg/mm
²以上、引張弾性率が18000kg/mm²以上であるものを使用
する。

補強用炭素繊維糸条は、収束性を向上させるための撚
りを有しているのが好ましい。撚りは、Ｓ方向またはＺ
方向に10〜50回/m程度の一方向撚りとしてもよく、上撚
りと下撚りとを有する双糸としてもよい。双糸のときの
撚り数は、補強用炭素繊維糸条の太さによるが、下撚り
を10〜150回/mとし、上撚りを下撚り数の60〜80％にす
ると、撚りによるトルクがバランスするようになるので
好ましい。

また、この補強用炭素繊維糸条は、それと同一または
異なる繊維糸条によってカバーリングしてなるものであ
ってもよい。この、いわゆるカバーリング糸条によるカ
バーリングは、S/Zダブルカバーリングによることがで
きる。カバーリング糸条は、被カバーリング糸条の三分
の一以下の太さであるのがよい。また、カバーリングの
撚り数は、10〜100回/m程度であるのがよい。

この補強用炭素繊維糸条は、たて方向またはよこ方向
のいずれか一方の方向に波打つように屈曲ながら配置さ
れているが、この波形は、山形（三角形）、台形、コの
字形（矩形）などの形状になっている。

これらの波形において、最頂部または最底部に位置す
る補強用炭素繊維糸条の部分に、後述するスキン材が配
置され、メッシュ状三次元組織体と一体化される。この
ため、波形が山形に波打つ場合は、スキン材は点接触状
態で一体化され、台形やコの字形の場合は、線接触状態
で一体化される。したがって、補強用炭素繊維糸条が台
形やコの字形であるほうが山形の場合よりも接触面積が
大きくなり、スキン材とメッシュ状三次元組織体である
芯材との一体化の状態が良好になる。

また、補強用炭素繊維糸条同士の間隔は、５〜150mm
程度で一定であることが好ましい。間隔が5mmより狭く
なると、複合構造体を製造するときに、マトリクス材
料、とりわけ骨材が入りにくくなって複合構造体の均一
性が損なわれたり、複合構造体の破壊強度が低くなった
りすることがあり、また、150mmより広くなると、補強
効果が低くなったり、複合構造体に割れができたりする
ことがあるからである。

補強用炭素繊維糸条と直交して配置される連結用炭素
繊維糸条は、補強効果を発揮するとともに、補強用炭素
繊維糸条の配列を乱さないように、補強用炭素繊維糸条
を互いに連結して保持する働きをする。

この連結用炭素繊維糸条は、実質的に真直ぐで、任意
の間隔をおいて対向配置され、その配置された位置で、
補強用炭素繊維糸条が連架されることによって、これら
補強用炭素繊維糸条を互いに連結して、それらの配列を
保持している。

このとき、連結用炭素繊維糸条が、上述した波形の最
頂部および最底部に位置するようにすると、複合材料の
補強効果を高めることができて好ましい。しかし、この
ような位置で正しく連結することは実際上はかなり難し
く最頂部および最底部から下方または上方に少しずれる
ことも多い。このようになっても、補強効果は補強用炭
素繊維糸条が担うので、補強効果への悪影響は少ない。

この連結用炭素繊維糸条同士の間隔は、補強用炭素繊
維糸条の場合と同じように、マトリクス材料が入りにく
くならないよう、また、補強効果、とくに剪断に対する
補強効果が充分に得られるよう、５〜150mmの範囲の一
定間隔にすることが好ましい。

連結用炭素繊維糸条で補強用炭素繊維糸条を連結する
際には、補強用炭素繊維糸条を２本１組の補強用炭素繊
維糸条で形成し、連結用炭素繊維糸条との間で絡み組織
を形成するように交錯させると、糸条同士の拘束力が一
層増大するので好ましい。

この考案で用いるメッシュ状三次元式体は、少なくと
も補強用炭素繊維糸条に固め剤が含浸または被覆によっ
て付与されて、全体は剛直になっている。連結用炭素繊
維糸条および補強用炭素繊維糸条の両者に固め剤を付与
すると一層剛直になるので好ましい。

固め剤としては、たとえば、エポキシ樹脂、不飽和ポ
リエステル樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂
や、ナイロン樹脂、飽和ポリエステル樹脂、ポリエーテ
ルエーテルケトン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹
脂などの熱可塑性樹脂が用いられる。

この芯材の片面または両面に一体配置されるスキン材
は、炭素繊維強化プラスチックからなる。

この炭素繊維強化プラスチックは、炭素繊維を用いて
一方向引き揃え材，二軸織物，三軸織物などの形態をつ
くり、これと、前記した固め剤と同様の熱硬化性樹脂や
熱可塑性樹脂とを複合して形成する。

この考案の複合構造体は、たとえば次のようにして製
造することができる。

すなわち、たとえば、連結用炭素繊維糸条をよこ糸、
補強用炭素繊維糸条をたて糸とするメッシュ織物に、固
め剤、たとえば樹脂を含浸してプリプレグとしたのち、
そのプリプレグを、たとえば並行する、山形、台形また
はコの字形の溝を有する雄型と雌型の型内に置き、加
熱、加圧して賦型することによって、メッシュ状三次元
組織体からなる芯材にする。

このとき、補強用炭素繊維糸条が型の溝と直交するよ
うに、プリプレグをセットすることによって、補強用炭
素繊維糸条がその溝の形で波打つ形状になる。

ついで、炭素繊維強化プラスチックのスキン材となる
プリプレグを、芯材の片面または両面の上に置き、全体
を加熱、加圧して、プリプレグを硬化してスキン材にす
ると同時に、両者を一体に接合すればよい。また、別途
用意した炭素繊維強化プラスチック製スキン材を、接着
剤で、前記芯材と接着してもよい。

この考案の複合構造体は、芯材が空隙を有する。

したがって、芯材の両面にスキン材を一体配置し、ま
た、その厚み部分をシーリングして、芯材が位置する部
分を真空にすれば、断熱や遮音の機能が向上する。

また、この空隙に、マトリクス材料として、たとえ
ば、発泡ウレタンのような発泡プラスチック、泡ガラ
ス、発泡石こう、発泡セメントなど、各種の有機質また
は無機質発泡体を直接注入すれば、優れた補強効果を有
する複合構造体にすることもできる。

さらに、この空隙に、たとえば、シラスバルーンのよ
うな無機質発泡中空粒体や、ポリスチレンのバルーン、
塩化ビニルのバルーンのような有機質発泡中空粒体を、
フィラーとして、これをウレタン樹脂、エポキシ樹脂、
フェノール樹脂、塩化ビニル樹脂、スチレン樹脂などの
樹脂や、セメント、モルタル、水硝子などの無機質材料
に配合して注入することにより、軽量で、剪断強度もよ
り大きい複合構造体にすることができる。

（実施態様） 第１図に示す複合構造体においては、メッシュ条三次
元組織体からなる心材１の上面と下面にそれぞれスキン
材２、２が一体に配置されている。

芯材１においては、一定間隔で互いに並行する連結用
炭素繊維糸条３、３、……からなる糸条群と、同じく一
定間隔で互いに並行する連結用炭素繊維糸条４、４、…
…からなるもう１個の糸条群が対向配置されている。連
結用炭素繊維糸条３、３、……は、任意の２本の連結用
炭素繊維糸条４、４、……のちょうど中間に位置してい
る。

そして、これらの連結用炭素繊維糸条と直交する方向
には、２本の補強用炭素繊維糸条５、６が、波打つよう
に屈曲しながら、かつ、互いに絡みながら延びている。
補強用炭素繊維糸条５は、その最頂部で、連結用炭素繊
維糸条３に連架されている。また、補強用炭素繊維糸条
６は、その最底部で、連結用炭素繊維糸条４に連架され
ている。そのことによって、補強用炭素繊維糸条５、６
は約30°で折れ曲がって、三角形の山形をなして一方向
に延びている。また、補強用炭素繊維糸条５、６には樹
脂が含浸されて剛直になっていて、全体の形態は、メッ
シュ状三次元組織に保たれている。

なお、連結用炭素繊維糸条３、３、……および４、
４、……による補強用炭素繊維糸条５、６の連結は、第
１図においては１か所しか示されていないが、連結用炭
素繊維糸条３、３、……および４、４、……に沿って、
すなわち、紙面に垂直な方向において、任意の一定間隔
で行われている。

芯材１の上面および下面に一体配置されているスキン
材２、２、は、補強繊維2a、2aと樹脂2b、2bとを複合し
てなる炭素繊維強化プラスチックからなっている。

なお、連結用炭素繊維糸条３、３、……および連結用
炭素繊維糸条４、４、……の間の間隔を変えたりして、
補強用炭素繊維糸条５、６の曲がりの角度を変えること
により、芯材１の厚みを変化させることもでき、また曲
がりを有する構造体、たとえば、湾曲体や円筒体とする
こともできる。

第２図に示す態様の複合構造体は、芯材１が、一定間
隔で互いに並行する２本の連結用糸条７、７が所望の間
隔をおいて周期的ち配置される糸条群と、同様に２本の
連結用炭素繊維糸条８、８が所望の間隔をおいて周期的
に配置される糸条群とで、補強用炭素繊維糸条９、10を
連結して、これらの補強用炭素繊維糸条９、10の波打ち
形状が台形を形成するようにしたものである。

この場合には、スキン材２、２との接触面積が、第１
図で示した複合構造体の場合よりも広くなり、芯材１と
スキン材２、２との接合強度が大きくなる。

第３図に示す態様の複合構造体は、芯材１が、一定間
隔で互いに並行する連結用炭素繊維糸条11、11、……で
形成される糸条群と、同様に連結用炭素繊維糸条12、1
2、……で形成される糸条群とで、補強用炭素繊維糸条1
3、14を連結して、これらの補強用炭素繊維糸条13、14
の波打ち形状がコの字形（矩形）を形成するようにした
ものである。

この場合には、スキン材２、２との接触面積が、第２
図で示した複合構造体の場合よりも広くなり、芯材１と
スキン材２、２との接合強度が一層大きくなる。

（考案の効果） この考案の三次元構造体は、複数本の、互いに並行
し、かつ、波打つように屈曲しながら延びている、引張
強度が250kg/mm²、引張弾性率が18000kg/mm²以上で単糸
数が3000〜500000本である補強用炭素繊維糸条と、これ
ら複数本の補強用炭素繊維糸条と交差し、かつ、それら
複数本の補強用炭素繊維糸条を互いに連結している複数
本の連結用炭素繊維糸条とを有するとともに、少なくと
も前記補強用炭素繊維糸条は熱硬化性樹脂または熱可塑
性樹脂が含浸されて剛直となされている、メッシュ状三
次元組織体を芯材とし、この芯材の少なくとも一方の面
に、炭素繊維強化プラスチックからなるスキン材を一体
に配置してなり、芯材の補強用炭素繊維糸条によって大
きな厚み方向補強効果が得られるので、剪断強度は大き
くなる。

また、芯材において、連結用炭素繊維糸条の厚み方向
における位置が補強用炭素繊維糸条の最頂部、最底部で
あるか否かに関係なく、芯材の表面には炭素繊維強化プ
ラスチックのスキン材が配置されているので、このスキ
ン材の働きで表面で引張強度も高くなる。

さらに、芯材はメッシュ状三次元組織体であり、スキ
ン材は炭素繊維強化プラスチックであるため、全体は軽
量である。

さらにまた、芯材がメッシュ状三次元組織体であるか
ら、これにマトリクス材料を複合することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図は、それぞれ異なる態様のこの考案の
複合構造体をしめす概略正面図である。 １……芯材（メッシュ状三次元組織体）、２……スキン
材（炭素繊維強化プラスチック）、2a……補強繊維、2b
……樹脂、３、４、７、８、11、12……連結用炭素繊維
糸条、５、６、９、10、13、14……補強用炭素繊維糸
条。

Claims (2)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】複数本の、互いに並行し、かつ、波打つよ
   うに屈曲しながら延びている、引張強度が250kg/mm²、
   引張弾性率が18000kg/mm²以上で単糸数が3000〜500000
   本である補強用炭素繊維糸条と、これら複数本の補強用
   炭素繊維糸条と交差し、かつ、それら複数本の補強用炭
   素繊維糸条を互いに連結している複数本の連結用炭素繊
   維糸条とを有するとともに、少なくとも前記補強用炭素
   繊維糸条は熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂が含浸され
   て剛直となされている、メッシュ状三次元組織体を芯材
   とし、この芯材の少なくとも一方の面に、炭素繊維強化
   プラスチックからなるスキン材を一体に配置してなるこ
   とを特徴とする複合構造体。
2. 【請求項２】メッシュ状三次元組織体にマトリクス材料
   が複合されている、請求項１の複合構造体。