JP7000061B2 - Knitted fabric base material for FRP - Google Patents
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Description
この発明はFRP(fiber reinforced plastic)用編地基材に関する。 The present invention relates to a knitted fabric base material for FRP (fiber reinforced plastic).
出願人は、経糸とインレイ糸(横糸)を挿入した編地を提案した(特許文献1 JP2013-40411A)。経糸を編地に挿入することは、インレイ糸を挿入することに比べ難しい。そこで出願人は、経糸を動力ローラにより編機の歯口へ向けて積極的に送り出すとともに、経糸を通したパイプに空気流を吹き込み、空気流により経糸を編地に挿入することを提案した(特許文献2 JP2015-48536A)。
The applicant proposed a knitted fabric into which a warp and an inlay yarn (weft) were inserted (
特許文献3(WO97/21860A)及び特許文献4(JPH02-259144A)は、複数種の強化繊維糸を挿入した編地を開示している。特許文献3(WO97/21860A)は、経糸とインレイ糸により空隙の周囲を補強することを記載している。しかし特許文献3は、編地をFRPの基材とし、最終のFRP製品に働く、引っ張り、圧縮、捩れなどの力を考慮することを記載していない。また特許文献4(JPH02-259144A)は、経糸の他に、経糸に対して斜めに配置された2種のバイアス糸を挿入した3軸の編地を記載している。なお軸は強化繊維糸を配列する方向であり、基材が強度を持つ方向でもある。
Patent Document 3 (WO97 / 21860A) and Patent Document 4 (JPH02-259144A) disclose a knitted fabric into which a plurality of types of reinforcing fiber yarns are inserted. Patent Document 3 (WO97 / 21860A) describes that the circumference of the void is reinforced by warp yarn and inlay yarn. However,
FRP用編地基材から製造する最終的なFRP製品は、場所によって異なる強度が必要とされる。しかしながらこのことは、従来技術において考慮されていない。特許文献3では空隙の周囲を補強するが、FRP製品全体に必要な強度分布を考慮し、それに従ってFRP用編地基材の構造を定めているのではない。
The final FRP product manufactured from a knitted fabric substrate for FRP requires different strengths from place to place. However, this is not considered in the prior art. In
この発明の課題は、場所によって強度あるいは厚さが異なるFRP製品に適した、FRP用編地基材を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a knitted fabric base material for FRP suitable for FRP products having different strengths or thicknesses depending on the location.
この発明のFRP用編地基材は、平行な強化繊維糸から成る複数の層が編糸により固定され、かつ強化繊維糸の配列ピッチ、配列方向、太さ、あるいは強化繊維糸の層数が、基材内の位置に応じて変化することにより、位置に応じて前記基材の強度が変化することを特徴とする。 In the knitted fabric base material for FRP of the present invention, a plurality of layers composed of parallel reinforcing fiber yarns are fixed by the knitting yarns, and the arrangement pitch, arrangement direction, thickness, or number of layers of the reinforcing fiber yarns of the reinforcing fiber yarns is different. It is characterized in that the strength of the base material changes according to the position by changing according to the position in the base material.
強化繊維糸の配列ピッチ、配列方向、太さ、あるいは強化繊維糸の層数が変化すると、基材の強度あるいは厚さも変化する。これによって、FRP製品に要求される場所毎の強度あるいは厚さに応じて、基材の強度あるいは厚さを変えることができる。 When the arrangement pitch, arrangement direction, thickness, or number of layers of the reinforcing fiber yarn changes, the strength or thickness of the base material also changes. Thereby, the strength or thickness of the base material can be changed according to the strength or thickness of each place required for the FRP product.
この発明では、1つの層内では強化繊維糸の向きは基本的に平行で、層を単位として基材の強度を変化させる。このため所望の強度分布を持つ基材を容易に編成できる。なおパイプを通すための孔などを設けるため、局所的に強化繊維糸の配置を変化させることを、排除するものではない。 In the present invention, the directions of the reinforcing fiber yarns are basically parallel in one layer, and the strength of the base material is changed in units of layers. Therefore, a base material having a desired strength distribution can be easily knitted. It should be noted that local changes in the arrangement of the reinforcing fiber yarns are not excluded because holes for passing the pipes are provided.
基材内で、強化繊維糸の配列ピッチを変えると、強化繊維糸を配置する密度が変化し、強度も変化する。配列方向を変えると、基材の強度の方向性を変化させることができる。 When the arrangement pitch of the reinforcing fiber yarns is changed in the base material, the density at which the reinforcing fiber yarns are arranged changes, and the strength also changes. By changing the arrangement direction, the directionality of the strength of the base material can be changed.
配列方向と層数を同時に変えることもできる。例えば長手方向と短辺方向(編成でのコース方向)の2層に強化繊維糸が配列されているとする。すると基材は、これらの2層での配列方向から成る2軸の方向で強度が高く、それらの中間の斜め方向では強度が低い。この発明では、長手方向の強化繊維糸の向きを斜め方向に変化させ、長手方向に強化繊維糸を配列した1つの層を、長手方向に配列した層、斜め方向に配列した層などに、基材の途中から変化させることができる。また斜め方向に配列した層は、長手方向に沿って右下から左上向きと左下から右上向きの2層などにすることができる。すると、2層を基材の位置に応じて4層に変化させ、基材内での位置に応じて、強度が高い方向を2軸から4軸に変化させることができる。長手方向に強化繊維糸を配列した層に限らず、短辺方向に配列した層を、強化繊維糸の配列方向が斜め方向の2層と、短辺方向の1層の合計3層などに変化させることができる。また3層などの複数層に変化させた層を、基材内の長手方向位置に応じて1層などに戻すことができる。 The arrangement direction and the number of layers can be changed at the same time. For example, it is assumed that the reinforcing fiber yarns are arranged in two layers, the longitudinal direction and the short side direction (course direction in knitting). Then, the base material has high strength in the biaxial direction consisting of the arrangement direction of these two layers, and low strength in the diagonal direction in between. In the present invention, the direction of the reinforcing fiber threads in the longitudinal direction is changed in the longitudinal direction, and one layer in which the reinforcing fiber threads are arranged in the longitudinal direction is divided into a layer arranged in the longitudinal direction, a layer arranged in the diagonal direction, and the like. It can be changed from the middle of the material. Further, the layers arranged in the diagonal direction can be two layers, one from the lower right to the upper left and the other from the lower left to the upper right along the longitudinal direction. Then, the two layers can be changed to four layers according to the position of the base material, and the direction of high strength can be changed from two axes to four axes according to the position in the base material. Not limited to the layer in which the reinforcing fiber threads are arranged in the longitudinal direction, the layer arranged in the short side direction is changed to two layers in which the arrangement direction of the reinforcing fiber threads is diagonal and one layer in the short side direction, for a total of three layers. Can be made to. Further, the layer changed into a plurality of layers such as three layers can be returned to one layer or the like depending on the position in the longitudinal direction in the base material.
強化繊維糸の太さと層数は、基材の強度を大きく変化させる。太さを変えるには、強化繊維糸を供給する給糸口を、編成の途中で変更すればよい。層数も同様にして変更できるが、前記のように1層を配列方向が異なる複数層に分割し、配列方向が異なる複数の層を1層にまとめるなどによっても、層の数を変化させることができる。 The thickness and number of layers of the reinforcing fiber yarn greatly change the strength of the base material. In order to change the thickness, the yarn supply port for supplying the reinforcing fiber yarn may be changed in the middle of knitting. The number of layers can be changed in the same manner, but the number of layers can also be changed by dividing one layer into multiple layers having different arrangement directions and combining multiple layers having different arrangement directions into one layer as described above. Can be done.
強化繊維糸の太さを変え、あるいは層の数を変えると、基材の位置に応じてその厚さを変えることができる。また強化繊維糸の配列ピッチを変えても、基材の位置に応じてその厚さを変えることができる。これら以外に、基材を重ねても厚さを変えることができる。しかし、基材を編成する間にその厚さを変えると、所望の厚さ形状に合わせて、最初から厚さを変えることができる。 By changing the thickness of the reinforcing fiber yarn or changing the number of layers, the thickness can be changed according to the position of the base material. Further, even if the arrangement pitch of the reinforcing fiber yarns is changed, the thickness thereof can be changed according to the position of the base material. In addition to these, the thickness can be changed by stacking the base materials. However, if the thickness is changed during the knitting of the base material, the thickness can be changed from the beginning according to the desired thickness shape.
FRP用編地基材の用途は任意であるが、好ましくFRP用編地基材は翼形状をし、
翼形状の長手方向に沿って経糸が、長手方向と直角な方向に沿ってインレイ糸が配置され、
翼形状の基端部の経糸あるいはインレイ糸が、翼形状の先端部で、経糸に斜めにクロスするバイアス糸となり、
経糸、インレイ糸、及びバイアス糸は強化繊維糸から成り、
翼形状の基端部は、少なくとも経糸の層とインレイ糸の層を備え、
かつ翼形状の先端部は、経糸の層と、インレイ糸の層、及び、経糸とクロスする向きが逆の少なくとも2層のバイアスの層を備えている。
The use of the knitted fabric base material for FRP is arbitrary, but preferably the knitted fabric base material for FRP has a wing shape.
Warps are placed along the longitudinal direction of the wing shape, and inlay threads are placed along the direction perpendicular to the longitudinal direction.
The warp or inlay thread at the base end of the wing shape becomes a bias thread that crosses the warp diagonally at the tip end of the wing shape.
Warps, inlays, and bias yarns consist of reinforced fiber yarns.
The base end of the wing shape has at least a layer of warps and a layer of inlay yarns.
The wing-shaped tip is provided with a layer of warps, a layer of inlay yarns, and at least two layers of bias that cross the warps in opposite directions.
経糸とインレイ糸だけでは翼形状は捩れに対する強度が不足するが、経糸あるいはインレイ糸をバイアス糸に変更すると、捩れへの強度が向上する。バイアス糸は経糸とクロスする向きを逆にして少なくとも2層あるので、経糸の方向(基材の長手方向)を軸として、いずれの側への捩りに対しても強度が高い。また先端部は、経糸の層、インレイ糸の層、2層以上バイアス糸の層の少なくとも4層である。これに対して、強度が余り要求されない基端部は経糸の層とインレイ糸の層の少なくとも2層である。FRP用編地基材は平面視で任意の形状に編成できるので、翼に応じた形状にできる。 The blade shape lacks the strength against twisting only with the warp and the inlay yarn, but when the warp or the inlay yarn is changed to the bias yarn, the strength against twisting is improved. Since the bias yarn has at least two layers with the direction of crossing the warp yarn reversed, the strength is high against twisting to either side with the warp yarn direction (longitudinal direction of the base material) as the axis. The tip portion is at least four layers, that is, a warp yarn layer, an inlay yarn layer, and two or more bias yarn layers. On the other hand, the base end portion where strength is not required so much is at least two layers, a warp yarn layer and an inlay yarn layer. Since the knitted fabric base material for FRP can be knitted into any shape in a plan view, it can be shaped according to the wing.
好ましくは、FRP用編地基材の長手方向と直角な断面において、基材の厚さ方向中心部の層に比べ、基材の幅方向に沿っての、厚さ方向両端部の層の長さを長くする。このようにすると、基材の幅方向に沿って、層の端部が目立たなくなり、基材の表面が滑らかになる。このことは、例えば翼の抵抗を小さくする上で重要である。 Preferably, in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the knitted fabric base material for FRP, the length of the layers at both ends in the thickness direction along the width direction of the base material is compared with the layer at the center in the thickness direction of the base material. Make it longer. In this way, the edges of the layer become inconspicuous along the width direction of the substrate, and the surface of the substrate becomes smooth. This is important, for example, in reducing the resistance of the wing.
好ましくは、翼形状の基端部での強化繊維糸の層数が、翼形状の先端部での強化繊維糸の層数よりも多く、かつ翼形状の基端部を先端部よりも厚くする。一般に翼は、ボスなどに取り付ける基端部が厚く、先端部が薄いことが要求され、この要求を満たすFRP用編地基材が得られる。 Preferably, the number of layers of the reinforcing fiber yarn at the base end of the blade shape is larger than the number of layers of the reinforcing fiber yarn at the tip portion of the blade shape, and the base end portion of the blade shape is thicker than the tip portion. .. Generally, a wing is required to have a thick base end portion to be attached to a boss or the like and a thin tip portion, and a knitted fabric base material for FRP that satisfies this requirement can be obtained.
翼形状をしているものには、例えばガスタービン、コンプレッサ、送風機の翼、船あるいは航空機のプロペラ、風力発電の羽根、小形航空機の主翼、補助翼がある。そしてガスタービン、コンプレッサ、送風機の翼、船あるいは航空機のプロペラ、風力発電の羽根等は、インペラーあるいはローターのブレードである。また翼形状とは、航空機等の翼、及びインペラーあるいはローターのブレード等の形状を意味する。 Wing shapes include, for example, gas turbines, compressors, blower wings, ship or aircraft propellers, wind power blades, small aircraft main wings, and auxiliary wings. And gas turbines, compressors, blower blades, ship or aircraft propellers, wind power blades, etc. are impeller or rotor blades. The wing shape means the shape of a wing of an aircraft or the like, and a blade of an impeller or a rotor.
好ましくは、FRP用編地基材は1枚で翼の厚さ方向についても翼形状をしている。この場合、FRP用編地基材を積層する必要がなく、翼の製造が容易になる。 Preferably, one FRP knitted fabric base material has a blade shape in the thickness direction of the blade. In this case, it is not necessary to stack the knitted fabric base material for FRP, and the wing can be easily manufactured.
好ましくは、FRP用編地基材は、複数枚翼の厚さ方向に積層した際に翼形状となるように構成されている。この場合、厚さが大きくならないので、FRP用編地基材の編成が容易になる。 Preferably, the knitted fabric base material for FRP is configured to have a blade shape when laminated in the thickness direction of a plurality of blades. In this case, since the thickness does not increase, it becomes easy to knit the knitted fabric base material for FRP.
好ましくは、FRP用編地基材の長手方向に直角な強化繊維糸(インレイ糸)の配列ピッチが、長手方向に沿って変化する。これによって、基材の強度を長手方向に沿って変化させることができる。 Preferably, the arrangement pitch of the reinforcing fiber yarns (inlay yarns) perpendicular to the longitudinal direction of the knitted fabric base material for FRP changes along the longitudinal direction. Thereby, the strength of the base material can be changed along the longitudinal direction.
好ましくは、FRP用編地基材の長手方向に直角な断面を通過する強化繊維糸の本数が、長手方向に沿って変化する。これによって、基材の強度を長手方向に沿って変化させることができる。 Preferably, the number of reinforcing fiber yarns passing through the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the knitted fabric substrate for FRP changes along the longitudinal direction. Thereby, the strength of the base material can be changed along the longitudinal direction.
好ましくは、FRP用編地基材は、FRP製品に含まれる領域と、FRP製品に含まれない領域とを備え、FRP製品に含まれる領域での強化繊維糸の密度(例えば面積当たりの強化繊維糸の本数)を、FRP製品に含まれない領域での強化繊維糸の密度よりも高くする。このようにすると、FRP用編地基材の必要個所を補強すると共に、強化繊維糸を有効に使用できる。 Preferably, the knitted fabric base material for FRP comprises a region included in the FRP product and a region not included in the FRP product, and the density of the reinforcing fiber yarn in the region contained in the FRP product (for example, the reinforcing fiber per area). The number of yarns) should be higher than the density of the reinforcing fiber yarns in the area not included in the FRP product. By doing so, the necessary parts of the knitted fabric base material for FRP can be reinforced, and the reinforcing fiber yarn can be effectively used.
以下に、発明を実施するための最適実施例を示す。 The following are the optimum examples for carrying out the invention.
図1~図11にFRP用編地基材の実施例を示す。図1はFRP用編地基材2の基本的構造を示し、3は経糸、4はインレイ糸(横糸)、5,6はバイアス糸で、バイアス糸5,6は糸の方向が縦横の方向から傾斜している。なお基材2の縦方向は図面に垂直な方向、横方向は図の左右方向で、バイアス糸5は図の右側が図面よりも上となるように傾斜し、バイアス糸6は図の左側が図面よりも上となるように傾斜している。
1 to 11 show an example of a knitted fabric base material for FRP. FIG. 1 shows the basic structure of the knitted
8は編糸で、編機により編成され、編目10と渡り糸9とを形成する。渡り糸9はFRP用編地基材2を貫通し、基材2の表裏を結び、渡り糸9の一部は編目10側から見て経糸3の裏面をとめている。編目10は図面に垂直な方向(縦方向)に複数接続され、編目10の列はインレイ糸4及びバイアス糸5,6とは方向が異なる。そして編目10と渡り糸9により、経糸3、インレイ糸4,及びバイアス糸5,6が固定される。
実施例では、経糸3を渡り糸9で固定したが、バイアス糸5あるいは6を固定しても良い。同様に、インレイ糸4を編目10で固定したが、バイアス糸5あるいは6を固定しても良い。また編目10と渡り糸9の間に配置する、経糸3,インレイ糸4,バイアス糸5,6の層の数は任意で、図1では4層である。
In the embodiment, the
経糸3,インレイ糸4,バイアス糸5,6は強化繊維糸で、材質は例えば炭素繊維糸、ガラス繊維糸、及びアラミド繊維糸などである。経糸3には、屈曲しにくく強度が高い炭素繊維糸及びガラス繊維糸が適し、インレイ糸4には屈曲が容易なアラミド繊維糸が適している。なおインレイ糸4についても、アラミド繊維糸に限らず炭素繊維糸やガラス繊維などでもかまわない。バイアス糸5,6はいずれの強化繊維糸でも良い。実施例では、特に断らない限り、経糸3とバイアス糸5,6に炭素繊維糸を、インレイ糸4にアラミド繊維糸を用い、基材の横方向の端部で折り返しが要求されるバイアス糸5,6は、経糸3よりも細い炭素繊維糸を用いる。編糸8は、ナイロン、ポリエステル等の、編成して編地を形成できる糸である。
The
各実施例では、同じ材質で例えば同じ太さの強化繊維糸を、複数同じ向きに平行に配置する。同じ向きで平行な複数の強化繊維糸を1つの要素と見なし、これを1つの軸あるいは1つの層と呼ぶ。例えば図1のFRP用編地基材2は4軸で、各実施例では軸数は2以上である。即ち、経糸3,インレイ糸4,バイアス糸5,6の4軸は必要不可欠ではなく、例えば2軸でも、あるいは5軸以上でも良い。FRP用編地基材では、経糸3の方向(編目10が上下に繋がる方向と同じ)を縦方向といい、インレイ糸4の方向(編糸8が伸びる方向と同じ)を横方向という。縦方向は編成時のウェール方向、横方向は編成時のコース方向である。
In each embodiment, a plurality of reinforcing fiber yarns of the same material and, for example, the same thickness are arranged in parallel in the same direction. Multiple reinforcing fiber yarns parallel in the same direction are regarded as one element, and this is called one axis or one layer. For example, the knitted
図2は、基材2の編成方法を示し、用いる編機は横編機あるいは丸編機で、例えば前後一対の針床11,12を備えている。編糸8はキャリア14から供給し、経糸3は固定あるいは可動の図示しないキャリアから、バイアス糸5,6とインレイ糸4は可動の図示しないキャリアから供給する。さらに、編機に経糸3,インレイ糸4,バイアス糸5,6を切断するカッタを設けると、基材2の編成に用いなくなった強化繊維糸を編成中にカットできる。このため、編成の途中で軸数を減らす処理が容易になる。カッタを設けずに、これらの糸を編成の途中でFRP用編地基材から外すと、FRP用編地基材に挿入されていないフリーな経糸,インレイ糸,あるいはバイアス糸が生じる。
FIG. 2 shows a method of knitting the
針床11の針で編目10を形成し、キャリア14は基材2から見て針床11と反対側を移動させる。すると、渡り糸9は基材2を表裏に貫通するように配置される。編糸8は基材2の経糸3,インレイ糸4,及びバイアス糸5,6を一体に固定し、編糸8による編成方法は任意である。丸編機の場合、インレイ糸とバイアス糸は螺旋状に基材に組み込まれる。これに対して、横編機の場合、インレイ糸は編幅の端部で折り返し、バイアス糸も所望の位置で折り返す。
The
図3は、経糸3,バイアス糸5,6から成る3軸のFRP用編地基材22を示し、インレイ糸4がない。基材22はインレイ糸4の折り返しが無く、長尺状である。場所によって軸数、あるいは各軸での強化繊維糸の配列ピッチ、強化繊維糸の太さ、材質、等を変え、FRP用編地基材内での場所に応じた強度の分布、あるいは厚さを備えた基材とする。
FIG. 3 shows a three-axis FRP knitted
経糸あるいはインレイ糸をFRP用編地基材の編成の途中でバイアス糸に変更し、逆にバイアス糸をFRP用編地基材の編成の途中で経糸あるいはインレイ糸に変更できる。図4では、経糸の一部を編成の途中でバイアス糸に変更した例を示しているが、全ての経糸をバイアス糸に変更することも可能である。またバイアス糸の一部のみ経糸に変更することも可能である。このようなFRP用編地基材32を、図4に示す。強化繊維糸35,36を、途中までキャリアを固定することにより、経糸として基材32に挿入し、途中からキャリアをコース方向に移動させることによりバイアス糸として挿入する。強化繊維糸34は、当初はコース方向に配置してインレイ糸として挿入し、途中からコース方向(横方向)とウェール方向(縦方向)に斜めに配置して、バイアス糸として挿入する。横編機で編成するので、インレイ糸4,バイアス糸5,6は、折り返し部38で折り返し、折り返しの頻度はインレイ糸4が最大で、バイアス糸5,6では少ない。
The warp or inlay yarn can be changed to a bias yarn in the middle of knitting the knitted fabric base material for FRP, and conversely, the bias yarn can be changed to a warp or inlay yarn in the middle of knitting the knitted fabric base material for FRP. FIG. 4 shows an example in which a part of the warp is changed to a bias yarn in the middle of knitting, but it is also possible to change all the warp to a bias yarn. It is also possible to change only a part of the bias yarn to a warp. Such a knitted
図4とは逆に、バイアス糸を、FRP用編地基材の編成の途中から、経糸あるいはインレイ糸に変更できる。これらのためには、可動のキャリアから強化繊維糸を供給すれば良い。キャリアを固定すると強化繊維糸は経糸となる。数コース毎に編目1目分など、少しずつキャリアを移動させると、バイアス糸となり、横編機や丸編機のキャリッジと等速で移動させるとインレイ糸となる。 Contrary to FIG. 4, the bias yarn can be changed to a warp yarn or an inlay yarn from the middle of knitting the knitted fabric base material for FRP. For these purposes, the reinforcing fiber yarn may be supplied from a movable carrier. When the carrier is fixed, the reinforcing fiber yarn becomes a warp. If the carrier is moved little by little, such as for one stitch every few courses, it becomes a bias yarn, and if it is moved at the same speed as the carriage of a flat knitting machine or a circular knitting machine, it becomes an inlay yarn.
図5は、表面の段差が少ないFRP用編地基材40を示す。基材40の外層(外側の軸)は横方向の長さを長く、内層(内側の軸)は横方向の長さを短くする。図5の最外層41,41を互いに近づけると、最外層41,41が基材40の表面を覆い、目だった段差は生じない。図5では内層を基材40に対し左右対称に配置したが、最終のFRP製品の形状に合わせ、左右非対称でも良い。図5では最外層41をインレイ糸の層としたが、経糸あるいはバイアス糸の層でも良い。
FIG. 5 shows a knitted
図6のFRP用編地基材42では、図5と同様に、最外層を横方向に最も長くし、段差が目立たないようにしてある。また基材42は、右側が薄く、左側が厚く、翼の断面に近い形状をしている。基材42には捩れなどの複雑な形状はないが、型にセットし、樹脂を型内に注入して硬化させることにより、捻れなどの最終形状を付与できる。
In the knitted
FRP用編地基材には、最終のFRP製品に近い形状であること、必要な個所に必要なだけの強度があることが要求され、翼などの機械部品では所望の密度分布をしていることも要求される。例えば翼などでは、長手方向に直角な強化繊維糸の配列ピッチが、基端部では小さく、先端部では大きくなるように、FRP用編地基材52の長手方向に沿って強化繊維糸の配列ピッチを変化させる。また翼などで、長手方向に直角な断面を通過する強化繊維糸の本数を、基端部では多く、先端部では少なくなるように長手方向に沿って変化させる。これにより翼の先端部の質量を基端部の質量に比べて小さくすることができる。これらの要求を充たすため、層の数(軸数)を場所に応じて変更し、強化繊維の種類、太さ、配列ピッチの少なくともいずれかを、場所に応じて変更することができる。なお強化繊維の強度は、炭素繊維が最も高く、ガラス繊維及びアラミド繊維は炭素繊維よりも低い。
The knitted fabric base material for FRP is required to have a shape close to that of the final FRP product and to have the required strength at the required location, and the mechanical parts such as wings have the desired density distribution. It is also required. For example, in a wing or the like, the arrangement pitch of the reinforcing fiber yarns perpendicular to the longitudinal direction is small at the base end and large at the tip end, so that the arrangement of the reinforcing fiber yarns is arranged along the longitudinal direction of the knitted
図7のFRP用編地基材52では、バイアス糸5,6を図の左側に右側よりも広い範囲に配置し、かつ図の左側で経糸3のピッチを小さくしている。これらの結果、バイアス糸の層が右側にないため左側は厚く強度が高い。また、左側はバイアス糸の層があるため捻れに対して強くなる。右側は薄く強度は低くなる。
In the FRP knitted
図8のFRP用編地基材62では、横方向の両端部に細い経糸63を大きなピッチで配置し、中央部に太い経糸3を小さなピッチで配置する。またバイアス糸5,6は図の横方向中心部に集中的に配置し、横方向両端部には配置していない。これらのため、FRP用編地基材62は横方向の中央部が厚くかつ強度が高く、横方向の両端部は薄く強度も小さい。
In the knitted
図9は、ガスタービン、コンプレッサ、送風機の翼、船あるいは航空機のプロペラ、風力発電の羽根、小形航空機等の主翼、補助翼等の、翼用のFRP用編地基材72を示す。ガスタービン、コンプレッサ、送風機の翼、船あるいは航空機のプロペラ、風力発電の羽根等は、インペラーあるいはローターのブレードである。そして翼形状とは、航空機等の翼、及びインペラーあるいはローターのブレード等の形状を意味する。図の上部の例では、翼形状の先端部から基端部に向けて、4層で構成されるFRP用編地基材73,74と、2層あるいは4層等のFRP用編地基材75を編成する。基材73,74は、左側の領域76では例えば縦横の2軸とバイアス糸が2軸の合計4軸から成り、軸数を増すことにより捩れに対する剛性を高めてある。即ち、縦横の2軸にバイアス糸の2軸を加えると、曲げへの剛性が増し、これによって捻れへの剛性も高まる。翼の基部となり、ボスなどに収容され、曲げ応力などが加わりにくい領域77では、バイアス糸を経糸あるいはインレイ糸に変更し、2軸に編成する。またボスに固定しやすいように、経糸の層数あるいはインレイ糸の層数を増して、領域77の厚さを増す。このため、領域77では経糸、インレイ糸等のキャリアを追加し、経糸、あるいはインレイ糸の層数を増す。
FIG. 9 shows a knitted
FRP用編地基材は、強化繊維糸を編地内に挿入する位置を適宜に制御でき、また強化繊維糸の挿入を停止する位置も適宜に制御できる。このため、平面視でほぼ任意の形状にFRP用編地基材を編成できる。翼の場合、先端は円弧状で、側端も曲線状である。そしてこのような形状に、FRP用編地基材73,74を編成する。FRP用基材75を例えば長手方向の中心部で折り返し、折り返した基材75の上下にFRP用基材73,74を重ねて、翼の形状をしたFRP用編地基材72とする。これを型にセットし、加熱を行うことで編糸を分解する。加熱の温度については使用する編糸の素材に応じて変更すれば良い。また型にセットする前に樹脂を基材に含浸し、あるいは型内で樹脂を注入し、翼の形状をしたFRP製品とする。翼は複雑な断面形状をしており、型に基材72をセットし、型に沿って基材72を変形させることにより、所望の断面形状を付与する。
The FRP knitted fabric base material can appropriately control the position where the reinforcing fiber yarn is inserted into the knitted fabric, and can also appropriately control the position where the insertion of the reinforcing fiber yarn is stopped. Therefore, the knitted fabric base material for FRP can be knitted into almost any shape in a plan view. In the case of a wing, the tip is arcuate and the side ends are curved. Then, the knitted
図9の下部のFRP用基材78では、強化繊維糸の層数を4層よりも多くし、あるいは強化繊維糸をFRP用基材72よりも太くする。そして1枚の基材78が平面視で図9の下部の形状をし、側面視で図9の中段の形状をするように編成する。FRP用基材78を同様に型にセットし、同様に処理する。
In the
図10はヘルメット用のFRP用編地基材82を示し、型で成型した後の形状は半球状である。円形の領域84がヘルメットとなり、平面的な基材82を半球状にすると強化繊維の間隔が大きくなり密度が低くなって強度が不足する。FRP用編地基材82の円形の領域84の周囲の部分はFRP製品に含まれない領域である。そこで領域84に対して、経糸85とインレイ糸86を追加する。図の▲はインレイ糸を導入する位置を、△はインレイ糸を基材に挿入しなくなる位置を示す。インレイ糸のキャリアは可動で、基材82の外側で待機していたキャリアを基材82内へ移動させ、▲の位置で、インレイ糸86を基材82内へ挿入する。△の位置でキャリアを基材82の外へ移動させ、カッタなどによりインレイ糸86を切断する。なおインレイ糸86のキャリアを最初から基材82内で待機させ、インレイ糸86の切断後もキャリアを基材82内に留め置いても良い。またインレイ糸86の端部をカットせずに、△の位置とキャリアとの間にフリーのインレイ糸が生じるようにしても良い。
FIG. 10 shows the FRP knitted
経糸85を追加するため、例えば基材82の外側で待機していた経糸のキャリアを、基材82内へ移動させ、領域84の端部付近で、例えば動力ローラと空気流により経糸を基材82内へ挿入する。そして領域84の編成が終わると、動力ローラと空気流を止め、経糸85の挿入を停止する。例えばカッタにより、経糸85の端部をカットし、経糸85のキャリアを基材82の外側に移動させる。経糸85の場合も、キャリアを最初から基材82内で待機させ、端部の切断後もキャリアを基材82内に留め置いても良い。従って、経糸85のキャリアは固定のキャリアでも良い。また経糸85糸の端部をカットせずに、フリーの経糸が生じるようにしても良い。これによりFRP用編地基材において、強化繊維糸の密度はFRP製品に含まれる領域の方が、FRP製品に含まれない領域に比べて高くなる。
In order to add the
図11は箱状のFRP用編地基材92を示す。93,94は箱の縁に相当する折り曲げ線である。縁95aを縁96aに、縁95bを縁96bに、縁97aを縁98aに、縁97bを縁98bに、接続することにより、基材92は箱状の形状となる。なお引き返し編成により、縁95a,縁96a等を接続する。引き返し編成では、例えば図11の下から上への順に編成し、縁95a,bの編目を針から外さずに針に保持し、編幅を小さくしながら折り曲げ線94まで編成する。次いで縁95a,bの編目上に新しい編目を形成して編幅を拡げる。また縁95a,bを通る経糸とバイアス糸は、縁96bを編成するまでそのままにしておく。同様にして、縁97a,bを縁98a,bと接続する。
FIG. 11 shows a box-shaped knitted
基材92は全面にインレイ糸と経糸等が挿入されているが、折り曲げ線93,94の部分は外部からの力で変形しやすい。そこで、折り曲げ線93の周囲の領域100と、折り曲げ線94の周囲の領域101とに、強化繊維を挿入して経糸とインレイ糸などを追加し、他の領域よりも強度を高める。このためのキャリアの移動、余分のインレイ糸と経糸のカットなどは、図10の実施例と同様である。
Inlay threads and warps are inserted on the entire surface of the
2,22,32,40,42,52,62 FRP用編地基材
3,63 経糸
4,34 インレイ糸
5,6,35,36 バイアス糸
8 編糸
9 渡り糸
10 編目
11,12 針床
14 キャリア
38 折り返し部
41 最外層
43 層
72~75 FRP用編地基材
76,77 領域
78,82 FRP用編地基材
84 領域
85 経糸
86 インレイ糸
92 FRP用編地基材
93,94 折り曲げ線
95a~98b 縁
100,101 領域
2,22,32,40,42,52,62 Knitted fabric base material for FRP
3,63 warp
4,34 Inlay thread
5,6,35,36 Bias thread
8 knitting yarn
9 Crossover thread
10th stitch
11,12 Needle bed
14 Career
38 Folded part
41 outermost layer
43 layers
Knitted fabric base material for 72-75 FRP
76,77 areas
78,82 Knitted fabric base material for FRP
84 areas
85 warp
86 inlay thread
92 Knitted fabric base material for FRP
93,94 Bending line
95a-98b edge
100,101 area
Claims (11)
前記強化繊維糸の配列ピッチ、配列方向、太さ、あるいは強化繊維糸の層数が、前記基材内の位置に応じて変化することにより、位置に応じて前記基材の強度が変化すると共に、
FRP用編地基材の長手方向に沿って経糸が、前記長手方向と直角な方向に沿ってインレイ糸が配置され、
前記長手方向の基端部の経糸あるいはインレイ糸が、前記長手方向の先端部で、経糸に斜めにクロスするバイアス糸となり、
経糸、インレイ糸、及びバイアス糸は強化繊維糸から成り、
前記長手方向の基端部でFRP用編地基材は、少なくとも経糸の層とインレイ糸の層を備え、
かつ前記長手方向の先端部でFRP用編地基材は、経糸の層と、インレイ糸の層、及び、経糸とクロスする向きが逆の少なくとも2層のバイアスの層を備えていることを特徴とする、FRP用編地基材。 In a knitted fabric base material for FRP in which multiple layers consisting of parallel reinforcing fiber yarns are fixed by knitting yarns.
The arrangement pitch, arrangement direction, thickness, or number of layers of the reinforcing fiber yarns of the reinforcing fiber yarns change according to the position in the base material, so that the strength of the base material changes according to the position. ,
Warps are arranged along the longitudinal direction of the knitted fabric base material for FRP, and inlay yarns are arranged along the direction perpendicular to the longitudinal direction.
The warp or inlay yarn at the base end in the longitudinal direction becomes a bias yarn that diagonally crosses the warp at the tip in the longitudinal direction .
Warps, inlays, and bias yarns consist of reinforced fiber yarns.
At the base end in the longitudinal direction, the knitted fabric base material for FRP includes at least a layer of warp yarn and a layer of inlay yarn.
Moreover, the knitted fabric base material for FRP at the tip portion in the longitudinal direction is characterized by having a layer of warp yarn, a layer of inlay yarn, and at least two layers of bias in which the direction of crossing with the warp yarn is opposite. Knitted fabric base material for FRP.
前記長手方向は翼形状の長手方向であり、 The longitudinal direction is the longitudinal direction of the wing shape.
前記長手方向の基端部は翼形状の基端部で、前記長手方向の先端部は翼形状の先端部部であることを特徴とする、請求項1のFRP用編地基材。 The knitted fabric base material for FRP according to claim 1, wherein the base end portion in the longitudinal direction is a base end portion having a wing shape, and the tip end portion in the longitudinal direction is a tip end portion having a wing shape.
前記強化繊維糸の配列ピッチ、配列方向、太さ、あるいは強化繊維糸の層数が、前記基材内の位置に応じて変化することにより、位置に応じて前記基材の強度が変化すると共に、
FRP用編地基材の長手方向と直角な断面において、前記基材の厚さ方向中心部の層に比べ、厚さ方向両端部の層は、前記基材の幅方向の長さが長いことを特徴とする、FRP用編地基材。 In a knitted fabric base material for FRP in which multiple layers consisting of parallel reinforcing fiber yarns are fixed by knitting yarns.
The arrangement pitch, arrangement direction, thickness, or number of layers of the reinforcing fiber yarns of the reinforcing fiber yarns change according to the position in the base material, so that the strength of the base material changes according to the position. ,
In the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the knitted fabric base material for FRP, the layers at both ends in the thickness direction have a longer length in the width direction than the layer at the center in the thickness direction of the base material. A knitted fabric base material for FRP.
前記強化繊維糸の配列ピッチ、配列方向、太さ、あるいは強化繊維糸の層数が、前記基材内の位置に応じて変化することにより、位置に応じて前記基材の強度が変化すると共に、
FRP用編地基材の長手方向に直角な強化繊維糸の配列ピッチが、前記長手方向に沿って変化することを特徴とする、FRP用編地基材。 In a knitted fabric base material for FRP in which multiple layers consisting of parallel reinforcing fiber yarns are fixed by knitting yarns.
The arrangement pitch, arrangement direction, thickness, or number of layers of the reinforcing fiber yarns of the reinforcing fiber yarns change according to the position in the base material, so that the strength of the base material changes according to the position. ,
A knitted fabric base material for FRP, characterized in that the arrangement pitch of the reinforcing fiber yarns perpendicular to the longitudinal direction of the knitted fabric base material for FRP changes along the longitudinal direction.
前記強化繊維糸の配列ピッチ、配列方向、太さ、あるいは強化繊維糸の層数が、前記基材内の位置に応じて変化することにより、位置に応じて前記基材の強度が変化すると共に、
FRP用編地基材は、FRP製品に含まれる領域と、FRP製品に含まれない領域とを備え、
FRP製品に含まれる領域での強化繊維糸の密度が、FRP製品に含まれない領域での強化繊維糸の密度よりも高いことを特徴とする、FRP用編地基材。 In a knitted fabric base material for FRP in which multiple layers consisting of parallel reinforcing fiber yarns are fixed by knitting yarns.
The arrangement pitch, arrangement direction, thickness, or number of layers of the reinforcing fiber yarns of the reinforcing fiber yarns change according to the position in the base material, so that the strength of the base material changes according to the position. ,
The knitted fabric base material for FRP includes an area included in the FRP product and an area not included in the FRP product.
A knitted fabric base material for FRP, characterized in that the density of the reinforced fiber yarn in the region included in the FRP product is higher than the density of the reinforced fiber yarn in the region not included in the FRP product.
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