JP5874802B1 - 繊維構造体及び繊維強化複合材 - Google Patents

繊維構造体及び繊維強化複合材 Download PDF

Info

Publication number
JP5874802B1
JP5874802B1 JP2014238092A JP2014238092A JP5874802B1 JP 5874802 B1 JP5874802 B1 JP 5874802B1 JP 2014238092 A JP2014238092 A JP 2014238092A JP 2014238092 A JP2014238092 A JP 2014238092A JP 5874802 B1 JP5874802 B1 JP 5874802B1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sub
plate
main plate
fiber
plate portion
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2014238092A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2016098467A (ja
Inventor
神谷　隆太
隆太 神谷
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.)
Toyota Industries Corp
Original Assignee
Toyota Industries Corp
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 Toyota Industries Corp filed Critical Toyota Industries Corp
Priority to JP2014238092A priority Critical patent/JP5874802B1/ja
Priority to CN201580063150.XA priority patent/CN107002319B/zh
Priority to US15/529,006 priority patent/US10544525B2/en
Priority to PCT/JP2015/081208 priority patent/WO2016084575A1/ja
Priority to EP15863160.6A priority patent/EP3225725A4/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5874802B1 publication Critical patent/JP5874802B1/ja
Publication of JP2016098467A publication Critical patent/JP2016098467A/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D03—WEAVING
    • D03D—WOVEN FABRICS; METHODS OF WEAVING; LOOMS
    • D03D15/00—Woven fabrics characterised by the material, structure or properties of the fibres, filaments, yarns, threads or other warp or weft elements used
    • D03D15/50—Woven fabrics characterised by the material, structure or properties of the fibres, filaments, yarns, threads or other warp or weft elements used characterised by the properties of the yarns or threads
    • D03D15/567—Shapes or effects upon shrinkage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06—Fibrous reinforcements only
    • B29C70/10—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres
    • B29C70/16—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length
    • B29C70/22—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length oriented in at least two directions forming a two dimensional structure
    • B29C70/222—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length oriented in at least two directions forming a two dimensional structure the structure being shaped to form a three dimensional configuration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06—Fibrous reinforcements only
    • B29C70/10—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres
    • B29C70/16—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length
    • B29C70/24—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length oriented in at least three directions forming a three dimensional structure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/42—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C70/46—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs
    • B29C70/48—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs and impregnating the reinforcements in the closed mould, e.g. resin transfer moulding [RTM], e.g. by vacuum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • C08J5/0405—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with inorganic fibres
    • C08J5/042—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with inorganic fibres with carbon fibres
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/24—Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs
    • C08J5/241—Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs using inorganic fibres
    • C08J5/243—Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs using inorganic fibres using carbon fibres
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D03—WEAVING
    • D03D—WOVEN FABRICS; METHODS OF WEAVING; LOOMS
    • D03D1/00—Woven fabrics designed to make specified articles
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D03—WEAVING
    • D03D—WOVEN FABRICS; METHODS OF WEAVING; LOOMS
    • D03D11/00—Double or multi-ply fabrics not otherwise provided for
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D03—WEAVING
    • D03D—WOVEN FABRICS; METHODS OF WEAVING; LOOMS
    • D03D13/00—Woven fabrics characterised by the special disposition of the warp or weft threads, e.g. with curved weft threads, with discontinuous warp threads, with diagonal warp or weft
    • D03D13/008—Woven fabrics characterised by the special disposition of the warp or weft threads, e.g. with curved weft threads, with discontinuous warp threads, with diagonal warp or weft characterised by weave density or surface weight
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D03—WEAVING
    • D03D—WOVEN FABRICS; METHODS OF WEAVING; LOOMS
    • D03D25/00—Woven fabrics not otherwise provided for
    • D03D25/005—Three-dimensional woven fabrics
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D10—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B2101/00—Inorganic fibres
    • D10B2101/10—Inorganic fibres based on non-oxides other than metals
    • D10B2101/12—Carbon; Pitch
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D10—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B2505/00—Industrial
    • D10B2505/02—Reinforcing materials; Prepregs

Abstract

【課題】交差箇所での重量の増大、及び強度の低下を抑制することができる繊維構造体及び繊維強化複合材を提供すること。【解決手段】繊維構造体Ｗは、主板部１１と副板部２１を備え、主板部１１と、副板部２１とが交わる状態で主板部１１と副板部２１とが一体に織られている。繊維構造体Ｗにおいて、主板部１１と副板部２１との交差箇所３０では、その交差箇所３０とは別の箇所よりも、主板用緯糸１３及び副板用緯糸２３の占める体積密度が小さい。【選択図】図２

Description

本発明は、繊維構造体及びその繊維構造体にマトリックス樹脂を含浸させてなる繊維強化複合材に関する。
繊維強化複合材は軽量の構造材料として広く使用されている。繊維強化複合材用の強化基材として織物製の繊維構造体がある。この繊維構造体に、樹脂をマトリックスとした複合材はロケット、航空機、自動車、船舶及び建築物の構造材として用いられている。
繊維構造体としては、例えば特許文献１に開示のものがある。図６（ａ）に示すように、特許文献１の繊維構造体８０は、平板状の基板部（主板部）８１にＴ字状のリブ（副板部）８２を厚さ方向糸８３によって結合して構成されている。
ところで、特許文献１の繊維構造体８０では、リブ８２を基板部８１に結合するため、リブ８２をＴ字状としている。具体的には、Ｌ字状の繊維構造体８２ａを２つ接合してＴ字状としている。このため、基板部８１にリブ８２を結合するために、リブ８２には、厚さ方向糸８３を通すための部位が必要であり、繊維構造体８０の重量増加、及び材料費増加を招いている。
そこで、予め一体に織られた複数の繊維層から、主板部となる部位と、その主板部に交差した副板部となる部位を製造する方法がある（例えば、特許文献２参照）。図６（ｂ）に示すように、特許文献２に開示の製造方法では、まず、水平な主板部を構成することとなる繊維層９０と、主板部に垂直な副板部を構成することとなる繊維層９１とを統合的に織る。２つの繊維層９０，９１は、それぞれ経糸と緯糸を製織して形成されている。そして、その織物を、２つの繊維層９０，９１の交差部から開くことによって、主板部、及び副板部を形成し、所望する形状の繊維構造体を製造している。
特開平１１−２６９７５５号公報 特表２０１１−５０６７８４号公報
ところが、特許文献２に開示の製造方法によって得られた繊維構造体において、水平な主板部を構成する繊維層９０と、垂直な副板部を構成する繊維層９１との交差箇所では、２つの繊維層９０，９１それぞれの経糸と緯糸が混在しており、交差箇所の重量が増大し、繊維構造体の重量も増大してしまう。また、交差箇所では、単位領域での糸の体積密度が高くなり、交差箇所に存在する糸が屈曲しやすく、交差箇所での強度が低下してしまう。
本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、交差箇所での重量の増大、及び強度の低下を抑制することができる繊維構造体及び繊維強化複合材を提供することにある。
上記問題点を解決するための繊維構造体は、主板用経糸及び主板用緯糸を含む繊維層が複数積層される多層織物製の主板部と、副板用経糸及び副板用緯糸を含む繊維層が複数積層される多層織物製の副板部と、を備え、前記主板部と、前記副板部とが交差する状態で一体に織られた繊維構造体であって、前記主板部と前記副板部との交差箇所では、該交差箇所とは別の箇所よりも、前記主板用緯糸及び副板用緯糸の占める体積密度が小さいことを要旨とする。
これによれば、主板用緯糸及び副板用緯糸に関して、交差箇所での体積密度がその他の箇所より小さい。このため、主板部と副板部を一体に織った繊維構造体であっても、その他の箇所よりも交差箇所での、主板用緯糸及び副板用緯糸の体積密度が減少した分、主板部と副板部の交差箇所での重量増加が抑えられ、繊維構造体全体の重量の増加が抑えられる。また、主板部と副板部の交差箇所では、その他の箇所より体積密度の減少した分、主板用経糸や副板用経糸が、主板用緯糸及び副板用緯糸によって曲げられにくく、交差箇所での強度低下を抑制できる。
また、繊維構造体について、前記交差箇所は、前記主板用経糸と、前記副板用経糸のみで構成されていてもよい。
これによれば、交差箇所に主板用緯糸及び副板用緯糸が使用される場合と比べると、交差箇所の厚み及び重量を軽減することができ、さらに、交差箇所において主板用経糸及び副板用経糸が曲がりにくくなり、交差箇所の強度低下を抑制することができる。
また、繊維構造体について、前記主板用緯糸及び前記副板用緯糸の少なくとも一方は、前記交差箇所での太さが、該交差箇所とは別の箇所での太さより細くてもよい。
これによれば、交差箇所に主板用緯糸、及び副板用緯糸の少なくとも一方が使用されることにより、交差箇所の形状が保持しやすくなる。
また、上記問題点を解決するための繊維強化複合材は、繊維構造体にマトリックス樹脂を含浸させてなる繊維強化複合材であって、前記繊維構造体が請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の繊維構造体であることを要旨とする。
これによれば、主板用緯糸及び副板用緯糸に関して、交差箇所での体積密度がその他の箇所より小さい。このため、主板部と副板部を一体に織った繊維構造体であっても、その他の箇所よりも、主板用緯糸及び副板用緯糸の体積密度が減少した分、主板部と副板部の交差箇所での重量増加が抑えられる。また、主板部と副板部の交差箇所では、その他の箇所より体積密度の減少した分、主板用経糸や副板用経糸が、主板用緯糸及び副板用緯糸によって曲げられにくく、交差箇所での強度低下を抑制できる。
よって、このような繊維構造体にマトリックス樹脂を含浸させた繊維強化複合材では、交差箇所での重量の増加が抑えられ、全体重量の増加も抑えられる。また、交差箇所での強度低下を抑制できる。
本発明によれば、交差箇所での重量の増大、及び強度の低下を抑制することができる。
実施形態の繊維強化複合材を示す斜視図。 主板部、副板部、交差箇所を示す断面図。 （ａ）は主板部前駆体と副板部前駆体を交差させて製造した状態を示す斜視図、（ｂ）は副板部前駆体を主板部前駆体に対し起立させた状態を示す斜視図。 緯糸を細くした別例の繊維構造体を示す断面図。 繊維構造体の別例を示す断面図。 （ａ）及び（ｂ）は背景技術を示す図。
以下、繊維構造体及び繊維強化複合材を具体化した一実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。
図１に示すように、繊維強化複合材Ｍは、繊維構造体Ｗにマトリックス樹脂Ｍａを含浸させて形成されたものである。
まず、繊維構造体Ｗについて説明する。
図１及び図２に示すように、繊維構造体Ｗは、矩形平板状の主板部１１と、その主板部１１に直交した矩形平板状の副板部２１とを備える。主板部１１と副板部２１は一体に織られている。副板部２１は、主板部１１の補強リブとして機能する。繊維構造体Ｗは、Ｔ字状である。
主板部１１は、主板用繊維層１０を複数積層（４層）して構成された多層織物製である。各主板用繊維層１０は、強化繊維製の複数の主板用経糸１２と、強化繊維製の複数の主板用緯糸１３とを製織してなる。なお、「強化繊維」とは、主板部１１を、繊維強化複合材Ｍの繊維基材として使用した際に、繊維強化複合材Ｍのマトリックス樹脂Ｍａを強化する役割を担う繊維束を意味する。そして、本実施形態では、強化繊維として炭素繊維が使用されるとともに、主板用経糸１２と主板用緯糸１３は同じ炭素繊維で形成された同一の糸となっている。
また、複数の主板用経糸１２は、繊維束からなり互いに平行に直進性を持って配列され、複数の主板用緯糸１３も繊維束からなり互いに平行にかつ主板用経糸１２と交差（直交）する方向に直進性を持って配列されている。主板用繊維層１０は、主板用経糸１２と主板用緯糸１３の平織りによって形成されている。主板部１１は、主板用繊維層１０の積層方向両端に平面１１ａを有する。各平面１１ａは、複数の主板用経糸１２と複数の主板用緯糸１３の表面によって矩形状に形成されている。
副板部２１は、副板用繊維層２０を複数積層（４層）して構成された多層織物製である。各副板用繊維層２０は、強化繊維製の複数の副板用経糸２２と、強化繊維製の複数の副板用緯糸２３とを製織してなる。なお、「強化繊維」とは、副板部２１を、繊維強化複合材Ｍの繊維基材として使用した際に、繊維強化複合材Ｍのマトリックス樹脂Ｍａを強化する役割を担う繊維束を意味する。そして、本実施形態では、強化繊維として炭素繊維が使用されるとともに、副板用経糸２２と副板用緯糸２３は同じ炭素繊維で形成された同一の糸となっている。
また、複数の副板用経糸２２は、繊維束からなり互いに平行に直進性を持って配列され、複数の副板用緯糸２３も繊維束からなり互いに平行にかつ副板用経糸２２と交差（直交）する方向に直進性を持って配列されている。副板用繊維層２０は、副板用経糸２２と副板用緯糸２３の平織りによって形成されている。副板部２１は、副板用繊維層２０の積層方向両端に平面２１ａを有する。各平面２１ａは、複数の副板用経糸２２と複数の副板用緯糸２３の表面によって矩形状に形成されている。
主板用経糸１２が、主板部１１で延びる方向を繊維構造体ＷのＸ方向とし、副板用経糸２２が、副板部２１で延びる方向を繊維構造体ＷのＺ方向とする。また、主板部１１及び副板部２１で、主板用緯糸１３及び副板用緯糸２３が延びる方向を繊維構造体ＷのＹ方向とする。この場合、Ｘ方向とＹ方向、Ｙ方向とＺ方向、及びＸ方向とＺ方向は直交している。よって、繊維構造体Ｗでは、主板部１１で主板用経糸１２が延びる方向（Ｘ方向）に対し、副板部２１で副板用経糸２２が延びる方向（Ｚ方向）が直交している。
繊維構造体Ｗでは、主板部１１におけるＺ方向が、主板用繊維層１０の積層方向であり、主板部１１におけるＺ方向両端に平面１１ａを有する。また、繊維構造体Ｗでは、副板部２１におけるＸ方向が、副板用繊維層２０の積層方向であり、副板部２１におけるＸ方向両端に平面２１ａを有する。そして、繊維構造体Ｗでは、主板部１１と副板部２１とは、主板部１１の平面１１ａと副板部２１の平面２１ａとが直交（交差）している。
主板部１１では、主板用経糸１２は、Ｘ方向に沿って直進する状態で延びており、直進性を持っている。また、主板部１１では、主板用緯糸１３は、Ｙ方向に沿って直進する状態で延びており、直進性を持っている。なお、主板用経糸１２と主板用緯糸１３とが、平織りによって互いに接触することで相手の糸に沿いながら湾曲していても、主板用経糸１２及び主板用緯糸１３は各方向に沿って直進しているため、主板用経糸１２及び主板用緯糸１３は直進性を有していると言える。
副板部２１では、副板用経糸２２は、Ｚ方向に沿って直進する状態で延びており、直進性を持っている。また、副板部２１では、副板用緯糸２３は、Ｙ方向に沿って直進する状態で延びており、直進性を持っている。なお、副板用経糸２２と副板用緯糸２３とが、平織りによって互いに接触することで相手の糸に沿いながら湾曲していても、副板用経糸２２及び副板用緯糸２３は各方向に沿って直進しているため、副板用経糸２２及び副板用緯糸２３は直進性を有していると言える。
図２に示すように、繊維構造体Ｗは、主板部１１と副板部２１が交わる交差箇所３０を有する。交差箇所３０は、主板部１１と副板部２１を一体に織って形成する際に形成される。交差箇所３０では、Ｘ方向に延びた主板用経糸１２と、Ｚ方向に延びた副板用経糸２２とが交わって（直交して）いる。交差箇所３０には、Ｙ方向に延びる糸である主板用緯糸１３及び副板用緯糸２３が存在しない。よって、交差箇所３０は、主板用経糸１２と副板用経糸２２のみで形成された２軸構造となっている。一方、繊維構造体Ｗにおいて、主板部１１は、主板用経糸１２と主板用緯糸１３で形成された２軸構造であり、副板部２１は、副板用経糸２２と副板用緯糸２３で形成された２軸構造である。
交差箇所３０において、単位領域Ｓに含まれる、Ｙ方向に延びる糸（主板用緯糸１３及び副板用緯糸２３）の数はゼロである。このため、交差箇所３０では、単位領域ＳでＹ方向に延びる糸（主板用緯糸１３及び副板用緯糸２３）が占める体積の割合を示す体積密度は、ゼロである。一方、繊維構造体Ｗにおける交差箇所３０とは別の箇所である主板部１１では、単位領域Ｓには、Ｙ方向に延びる糸として主板用緯糸１３が存在するため、主板用緯糸１３が占める体積密度は、ゼロより大きい値となる。また、図示しないが、副板部２１でも、単位領域Ｓには、Ｙ方向に延びる糸として副板用緯糸２３が存在するため、副板用緯糸２３が占める体積密度は、ゼロより大きい値となる。よって、交差箇所３０での主板用緯糸１３及び副板用緯糸２３の占める体積密度は、主板部１１及び副板部２１での主板用緯糸及び副板用緯糸の占める体積密度より小さい。なお、単位領域Ｓとは、単位長さ（例えば１０ｃｍ）の立方体で囲まれる領域のことである。
図１に示すように、繊維強化複合材Ｍは、上記構成の繊維構造体Ｗにマトリックス樹脂Ｍａを含浸させて形成されている。マトリックス樹脂Ｍａとしては、熱硬化性樹脂が用いられている。マトリックス樹脂Ｍａは、主板部１１及び副板部２１に含浸している。
次に、繊維構造体Ｗの製造方法について説明する。
まず、図示しない織機によって、図３（ａ）に示すように、主板用経糸１２と主板用緯糸１３を平織りして主板用繊維層１０を製織する。この主板用繊維層１０の製織は複数同時に行い、主板用繊維層１０の多層構造である主板部前駆体４１を製造する。
また、主板部前駆体４１の製造と同時に、副板用経糸２２と副板用緯糸２３を平織りして副板用繊維層２０を製織する。この副板用繊維層２０の製織は複数同時に行い、副板用繊維層２０の多層構造である副板部前駆体４２を製造する。
主板部前駆体４１と副板部前駆体４２とは、主板用経糸１２と副板用経糸２２とがＸ方向へ延び、かつ主板用緯糸１３と副板用緯糸２３とがＹ方向へ延びるように製造される。その結果、主板部前駆体４１と副板部前駆体４２とが互いに重なり合った平板状の繊維前駆体４０が製造される。
繊維前駆体４０の製造において、主板部前駆体４１と副板部前駆体４２とが交差するタイミングでは、主板用緯糸１３と副板用緯糸２３とを緯入れしない。その結果、得られる繊維前駆体４０では、主板用緯糸１３及び副板用緯糸２３が存在しない、主板部前駆体４１と副板部前駆体４２との交差箇所３０が製造される。
なお、繊維前駆体４０において、主板部前駆体４１は、Ｘ方向において交差箇所３０を挟んだ両側に形成されている。平板状の主板部前駆体４１において、主板用繊維層１０の積層方向両端に平面１１ａが形成され、副板部前駆体４２において、副板用繊維層２０の積層方向両端に平面２１ａが形成されている。繊維前駆体４０には、副板部前駆体４２において、主板部前駆体４１の一方の平面１１ａ側に突出した部位で形成された第１突出部４２ａと、主板部前駆体４１の他方の平面１１ａ側に突出した部位で形成された第２突出部４２ｂが形成されている。第２突出部４２ｂには副板用緯糸２３は緯入されず、副板用緯糸２３の緯入れは第１突出部４２ａの製造時のみ行われる。
次に、図３（ｂ）に示すように、副板部前駆体４２の第１突出部４２ａを主板部前駆体４１に対し起立させ、第１突出部４２ａを構成した副板用経糸２２を、主板部前駆体４１の主板用経糸１２に対し直交させる。一方、副板部前駆体４２の第２突出部４２ｂを、交差箇所３０に近い根本から切断し、第２突出部４２ｂを繊維前駆体４０から切除する。すると、主板部前駆体４１と副板部前駆体４２とからＴ字状の繊維構造体Ｗが製造される。
そして、Ｔ字状の繊維構造体Ｗに、熱硬化性のマトリックス樹脂Ｍａを含浸硬化させる。マトリックス樹脂Ｍａの含浸硬化はＲＴＭ（レジン・トランスファー・モールディング）法で行われる。具体的には、凹凸で構成された金型に繊維構造体Ｗを封入し、金型内に熱硬化性のマトリックス樹脂Ｍａを注入し、硬化させると、繊維強化複合材Ｍが製造される。
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）Ｔ字状の繊維構造体Ｗにおいて、主板部１１と副板部２１の交差箇所３０では主板用緯糸１３及び副板用緯糸２３を使用せず、それら主板用緯糸１３及び副板用緯糸２３の体積密度を、交差箇所３０とは別の箇所より小さくした。このため、交差箇所３０に、主板用経糸１２と副板用経糸２２に加え、主板用緯糸１３と副板用緯糸２３が存在する場合と比べると、交差箇所３０の厚みを薄くでき、繊維構造体Ｗの重量を軽くすることができる。
また、交差箇所３０に、主板用緯糸１３と副板用緯糸２３が存在する場合と比べると、交差箇所３０を形成した主板用経糸１２及び副板用経糸２２が曲げられにくくなる。その結果として、交差箇所３０では、主板用経糸１２及び副板用経糸２２の直進性を保つことができ、交差箇所３０の強度低下を抑えることができる。
（２）Ｔ字状の繊維構造体Ｗを製造する方法として、平板状の織物に対し、Ｔ字状をなす別体の織物を結合する方法がある。この場合、別体の織物は、平板状の織物への結合代としてフランジを有する構成となるため、繊維構造体の重量が嵩むし、材料費も嵩む。しかし、本実施形態の繊維構造体Ｗは、主板部１１と副板部２１を一体に織って形成されているため、結合代となるフランジが不要となり、重量及び材料費を軽減することができる。
加えて、Ｔ字状の別体の織物として、Ｌ字状に屈曲させた織物を２つ結合して形成される場合がある。この場合には、Ｌ字の屈曲部で強度が低下する。繊維強化複合材の強度は、繊維構造体において強度の最も低い部位での強度となる。このため、繊維構造体にＬ字に屈曲した部分が存在すると、フランジとなる部分が平板状の織物に結合され、その結合部での強度が屈曲した部分より高められても、フランジの結合部は不要な部分となり、重量増を招くだけとなる。
しかし、本実施形態の繊維構造体ＷはＴ字状であっても、主板部１１及び副板部２１を交差させて一体に織られて形成されており、Ｌ字の織物のような屈曲部が存在しないため、強度低下する部分もなく、不要な部分も存在しない。
（３）主板部１１では、主板用経糸１２が直進性を保っており、副板部２１では副板用経糸２２が直進性を保っている。このため、主板部１１及び副板部２１での強度が低下しにくい。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 図４に示すように、交差箇所３０に主板用緯糸３３を存在させてもよい。より具体的には、主板部１１において交差箇所３０を構成する部位も織構造とし、その織構造を主板用経糸１２とともに構成するための主板用緯糸３３を交差箇所３０に存在させてもよい。ただし、この場合、交差箇所３０に存在する主板用緯糸３３の太さは、主板部１１に存在する主板用緯糸１３、及び副板部２１に存在する副板用緯糸２３の太さより細く、交差箇所３０でのＹ方向に延びる糸（主板用緯糸３３）の占める体積密度は、交差箇所３０とは別の箇所での体積密度より小さい。
このように構成した場合、交差箇所３０に主板用緯糸３３を使用し織構造とすることで、Ｙ方向に延びる糸が無い場合と比べると、交差箇所３０での形状保持性を高めることができる。
なお、交差箇所３０に使用するＹ方向に延びる糸は、副板部２１において交差箇所３０となる部位を織構造としたときに使用される副板用緯糸であってもよいし、主板部１１を構成する主板用緯糸３３と、副板部２１を構成する副板用緯糸の両方であってもよい。
○ 図５に示すように、主板部１１において、複数の主板用繊維層１０同士は、厚み方向糸１４によって積層方向（厚み方向）に結合されていてもよい。また、副板部２１において、複数の副板用繊維層２０同士は、厚み方向糸２４によって積層方向（厚み方向）に結合されていてもよい。
このように構成した場合、繊維前駆体４０の製造時に、主板部前駆体４１では主板用繊維層１０がばらけることが抑制され、副板部前駆体４２では副板用繊維層２０がばらけることを抑制できる。
○ 実施形態では、主板部１１における主板用経糸１２の延びる方向と、副板部２１における副板用経糸２２の延びる方向とが直交しているとしたが、主板用経糸１２の延びる方向と、副板部２１における副板用経糸２２の延びる方向とは、直交から若干ずれていてもよい。
○ 繊維前駆体４０の交差箇所３０とは別の箇所を製造する際、例えば、主板用経糸１２の送り出し速度（送り出し量）を遅く（少なく）して、主板用緯糸１３の本数を多くして、Ｙ方向に延びる糸の体積密度を大きくする。このようにすると、交差箇所３０では、交差箇所３０とは別の箇所よりも主板用緯糸１３の本数が少なくなり、Ｙ方向に延びる糸の体積密度が、その他の箇所より小さくなる。
○ 主板部１１及び副板部２１の織組織は、平織りでなくてもよく、朱子織りや綾織りであってもよい。
○ 主板部１１及び副板部２１はそれぞれ平織りといった織組織で形成したが、これに限らない。例えば、主板部１１において、複数の主板用経糸１２を互いに平行に配列して形成された繊維層に、複数の主板用緯糸１３を互いに平行に配列して形成された繊維層を積層し、それら繊維層同士を厚み方向糸で結合して多層織物としてもよい。この場合、２軸配向となるが、それに限らず、糸を増やして３軸配向や４軸配向としてもよい。同様に、副板部２１において、複数の副板用経糸２２を互いに平行に配列して形成した繊維層に、複数の副板用緯糸２３を互いに平行に配列して形成した繊維層を積層し、それら繊維層を厚み方向糸で結合して多層織物としてもよい。この場合、２軸配向となるが、それに限らず、糸を増やして３軸配向や４軸配向としてもよい。
○ 実施形態では、マトリックス樹脂Ｍａとして熱硬化性樹脂を用いたが、その他の種類の樹脂を用いてもよい。
○ 実施形態では、主板部１１の主板用繊維層１０の数を４層としたが、２層、３層又は５層以上であってもよい。また、副板部２１の副板用繊維層２０の数を４層としたが、２層、３層又は５層以上であってもよい。
○ 繊維構造体Ｗにマトリックス樹脂Ｍａを含浸、硬化させて繊維強化複合材Ｍを製造する方法はＲＴＭ法に限らない。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について追記する。
（イ）前記主板部に対し前記副板部は直交し、かつＴ字状である繊維構造体。
（ロ）前記副板部は補強リブとして機能する繊維構造体。
Ｗ…繊維構造体、Ｍａ…マトリックス樹脂、１１…主板部、１２…主板用経糸、１３，３３…主板用緯糸、２１…副板部、２２…副板用経糸、２３…副板用緯糸、３０…交差箇所。

Claims (4)

  1. 主板用経糸及び主板用緯糸を含む繊維層が複数積層される多層織物製の主板部と、
    副板用経糸及び副板用緯糸を含む繊維層が複数積層される多層織物製の副板部と、を備え、
    前記主板部と、前記副板部とが交差する状態で一体に織られた繊維構造体であって、
    前記主板部と前記副板部との交差箇所では、該交差箇所とは別の箇所よりも、前記主板用緯糸及び副板用緯糸の占める体積密度が小さいことを特徴とする繊維構造体。
  2. 前記交差箇所は、前記主板用経糸と、前記副板用経糸のみで構成されている請求項１に記載の繊維構造体。
  3. 前記主板用緯糸及び前記副板用緯糸の少なくとも一方は、前記交差箇所での太さが、該交差箇所とは別の箇所での太さより細い請求項１に記載の繊維構造体。
  4. 繊維構造体にマトリックス樹脂を含浸させてなる繊維強化複合材であって、前記繊維構造体が請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の繊維構造体であることを特徴とする繊維強化複合材。
JP2014238092A 2014-11-25 2014-11-25 繊維構造体及び繊維強化複合材 Expired - Fee Related JP5874802B1 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014238092A JP5874802B1 (ja) 2014-11-25 2014-11-25 繊維構造体及び繊維強化複合材
CN201580063150.XA CN107002319B (zh) 2014-11-25 2015-11-05 纤维构造体以及纤维强化复合材料
US15/529,006 US10544525B2 (en) 2014-11-25 2015-11-05 Fibrous structure and fiber-reinforced composite material
PCT/JP2015/081208 WO2016084575A1 (ja) 2014-11-25 2015-11-05 繊維構造体及び繊維強化複合材
EP15863160.6A EP3225725A4 (en) 2014-11-25 2015-11-05 Fibrous structure and fiber-reinforced composite material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014238092A JP5874802B1 (ja) 2014-11-25 2014-11-25 繊維構造体及び繊維強化複合材

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP5874802B1 true JP5874802B1 (ja) 2016-03-02
JP2016098467A JP2016098467A (ja) 2016-05-30

Family

ID=55434658

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014238092A Expired - Fee Related JP5874802B1 (ja) 2014-11-25 2014-11-25 繊維構造体及び繊維強化複合材

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10544525B2 (ja)
EP (1) EP3225725A4 (ja)
JP (1) JP5874802B1 (ja)
CN (1) CN107002319B (ja)
WO (1) WO2016084575A1 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6985953B2 (ja) * 2018-02-13 2021-12-22 三菱重工業株式会社 複合材料の製造方法
US10927710B2 (en) * 2018-09-26 2021-02-23 Raytheon Technologies Corporation Blade outer air seal laminate T-joint
DE102019115357B8 (de) * 2019-06-06 2023-06-22 Airbus Defence and Space GmbH Fügeverfahren zum Zusammenfügen faserverstärkter Werkstücke sowie Bauteil und Luftfahrzeug

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03113047A (ja) * 1989-09-22 1991-05-14 Arisawa Mfg Co Ltd アングル構造材の製造法
US5346774A (en) * 1992-02-27 1994-09-13 Techniweave, Inc. Fiber-reinforced composite structures, and methods of making same
JP2000505164A (ja) * 1997-03-21 2000-04-25 ノースロップ グラマン コーポレーション 一体強化外板パネルの三次元自動製造方法
JP2003049340A (ja) * 2001-07-05 2003-02-21 Albany Internatl Techniweave Inc 最小ひずみ３ｄ織りプリフォ−ム
US20030056847A1 (en) * 2001-09-12 2003-03-27 Schmidt Ronald P. Woven preform for structural joints
US20130099062A1 (en) * 2011-10-13 2013-04-25 Airbus Operations Gmbh Structural arrangement, aircraft or spacecraft and method
JP2013521209A (ja) * 2010-03-02 2013-06-10 スネクマ タービンリングセクタ用繊維プリフォームおよびその製造方法
JP2013532257A (ja) * 2010-06-28 2013-08-15 ヘラクレス 相補的な偶数の／奇数の幾何学的配置を有しているターボ機械ブレードおよびその製造方法
WO2014087093A1 (fr) * 2012-12-05 2014-06-12 Snecma Procede de fabrication d'un pied d'aube de turbomachine en materiau composite et pied d'aube obtenu par un tel procede

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3943980A (en) * 1972-09-20 1976-03-16 Hitco Multi-ply woven article having double ribs
FR2497839A1 (fr) * 1981-01-12 1982-07-16 Brochier Fils J Tissu tridimensionnel pour le renforcement de materiaux stratifies et elements en forme obtenus a partir d'un tel tissu
DE3812909A1 (de) * 1987-09-26 1989-04-13 Vorwerk Co Interholding Aus mehrlagengewebe bestehender vor-formling
JPH0823095B2 (ja) * 1989-06-06 1996-03-06 東レ株式会社 補強繊維織物
US5026595A (en) * 1989-11-09 1991-06-25 Techniweave, Inc. Woven gap filler for use in the lay-up of composite plastic structural units
US5451448A (en) * 1993-07-01 1995-09-19 The United States Of America As Represented By The United States National Aeronautics And Space Administration Flexible ceramic thermal protection system resistant to high aeroacoustic noise comprising a three-dimensional woven-fiber structure having a multilayer top fabric layer, a bottom fabric layer and an intermediate rib fabric layer
JP3656395B2 (ja) 1998-03-17 2005-06-08 株式会社豊田自動織機 三次元繊維構造体
US7960298B2 (en) * 2007-12-07 2011-06-14 Albany Engineered Composites, Inc. Method for weaving closed structures with intersecting walls
DE102010030550B4 (de) * 2010-06-25 2017-06-22 Technische Universität Dresden Verbundbauteil mit einem Gewebe mit integrierten Profilen
FR2970481B1 (fr) * 2011-01-18 2014-06-13 Snecma Structure fibreuse pour piece en materiau composite de geometrie complexe
WO2013063703A1 (en) * 2011-11-03 2013-05-10 Groupe Ctt Inc. Method of manufacturing weaved preform with oriented weft yarns
EP2791473B1 (fr) * 2011-12-14 2019-02-06 Safran Aircraft Engines Structure fibreuse tissée en une seule pièce par tissage 3d et application à la fabrication de pièce en matériau composite
US9604389B2 (en) * 2012-02-17 2017-03-28 Albany Engineered Composites, Inc. Pi-shaped preform with bias fibers
US10508559B2 (en) * 2012-11-13 2019-12-17 Safran Aircraft Engines Monobloc preform and blade for turbo machine
US9290865B2 (en) * 2012-12-26 2016-03-22 Albany Engineered Composites, Inc. Three-dimensional woven corner fitting with lap joint preforms

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03113047A (ja) * 1989-09-22 1991-05-14 Arisawa Mfg Co Ltd アングル構造材の製造法
US5346774A (en) * 1992-02-27 1994-09-13 Techniweave, Inc. Fiber-reinforced composite structures, and methods of making same
JP2000505164A (ja) * 1997-03-21 2000-04-25 ノースロップ グラマン コーポレーション 一体強化外板パネルの三次元自動製造方法
JP2003049340A (ja) * 2001-07-05 2003-02-21 Albany Internatl Techniweave Inc 最小ひずみ３ｄ織りプリフォ−ム
US20030056847A1 (en) * 2001-09-12 2003-03-27 Schmidt Ronald P. Woven preform for structural joints
JP2013521209A (ja) * 2010-03-02 2013-06-10 スネクマ タービンリングセクタ用繊維プリフォームおよびその製造方法
JP2013532257A (ja) * 2010-06-28 2013-08-15 ヘラクレス 相補的な偶数の／奇数の幾何学的配置を有しているターボ機械ブレードおよびその製造方法
US20130099062A1 (en) * 2011-10-13 2013-04-25 Airbus Operations Gmbh Structural arrangement, aircraft or spacecraft and method
WO2014087093A1 (fr) * 2012-12-05 2014-06-12 Snecma Procede de fabrication d'un pied d'aube de turbomachine en materiau composite et pied d'aube obtenu par un tel procede

Also Published As

Publication number Publication date
WO2016084575A1 (ja) 2016-06-02
US20170268137A1 (en) 2017-09-21
EP3225725A1 (en) 2017-10-04
EP3225725A4 (en) 2017-12-27
US10544525B2 (en) 2020-01-28
JP2016098467A (ja) 2016-05-30
CN107002319B (zh) 2018-11-09
CN107002319A (zh) 2017-08-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5920471B2 (ja) 三次元繊維強化複合材及び三次元繊維強化複合材の製造方法
JP2008546921A5 (ja)
US9962901B2 (en) Preform with integrated gap fillers
JP5874802B1 (ja) 繊維構造体及び繊維強化複合材
JP2022182789A (ja) 繊維構造体、及び繊維強化複合材
JP5900624B2 (ja) 三次元繊維強化複合材
WO2019021738A1 (ja) 繊維構造体及び繊維強化複合材
JP6607026B2 (ja) 繊維強化複合材
JP5704222B1 (ja) 繊維強化複合材料
JP2012096475A (ja) 強化繊維基材、強化繊維複合材のプリフォームおよび強化繊維複合材
JP2021025164A (ja) 繊維構造体及び繊維強化複合材
US20210180221A1 (en) Fiber construct, fiber-reinforced composite material, and method for manufacturing these
WO2014030633A1 (ja) 三次元繊維強化複合材
JP2017043870A (ja) 繊維構造体及び繊維強化複合材
WO2021014851A1 (ja) 繊維構造体及び繊維強化複合材
JP2017025216A (ja) 繊維強化複合材料
JP6604286B2 (ja) サンドイッチ構造用の多層織物及びサンドイッチ構造繊維強化複合材
JP5644755B2 (ja) 織物基材及び繊維強化複合材料
JP6620771B2 (ja) 繊維構造体及び繊維強化複合材
JP6528651B2 (ja) 繊維構造体
JP5880280B2 (ja) 織物基材及び繊維強化複合材料
WO2013191232A1 (ja) 強化繊維複合材料及び強化繊維複合材料の製造方法
JP2014077213A (ja) ジョイント用繊維基材及びジョイント用繊維強化複合材
JP2015033819A (ja) 三次元繊維強化複合材

Legal Events

Date Code Title Description
TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20151222

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160104

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5874802

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees