JPH01188532A - 複合材料 - Google Patents
複合材料Info
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- JPH01188532A JPH01188532A JP63012037A JP1203788A JPH01188532A JP H01188532 A JPH01188532 A JP H01188532A JP 63012037 A JP63012037 A JP 63012037A JP 1203788 A JP1203788 A JP 1203788A JP H01188532 A JPH01188532 A JP H01188532A
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- axis
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- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims abstract description 37
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Landscapes
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
- Moulding By Coating Moulds (AREA)
- Woven Fabrics (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、複合材料としての弾性率・熱膨張率等の熱
機械特性に等方性から顕著な異方性までの間の任意の性
質を付与できる補強材を使用した複合材料に関するもの
である。
機械特性に等方性から顕著な異方性までの間の任意の性
質を付与できる補強材を使用した複合材料に関するもの
である。
繊維強化プラスチックに代表される複合材料は、主とし
て薄肉面材として用いられてきた。この場合の補強材と
しては、一方向ひきそろえ材や平面布をブリプレーグ化
尼たものて、肉厚が０．１＋＋＋ｎ＋程度の薄物か用い
られ、上記複合材料は、これらを積層した後台浸させた
樹脂を硬化させることにより構成される。このように積
層した薄物は配向角の分布を任意に変えることが可能な
ため、面内特性に関しては自由度の大きい異方性複合材
料を設計てきる しかし、面外特性である面外方向の強度や層間強度に関
してはその補強効果が期待できず、制御不能であった。
て薄肉面材として用いられてきた。この場合の補強材と
しては、一方向ひきそろえ材や平面布をブリプレーグ化
尼たものて、肉厚が０．１＋＋＋ｎ＋程度の薄物か用い
られ、上記複合材料は、これらを積層した後台浸させた
樹脂を硬化させることにより構成される。このように積
層した薄物は配向角の分布を任意に変えることが可能な
ため、面内特性に関しては自由度の大きい異方性複合材
料を設計てきる しかし、面外特性である面外方向の強度や層間強度に関
してはその補強効果が期待できず、制御不能であった。
複合材料が薄肉面材であれば、これら面外特性は実用上
無視しうるものであるが、肉厚部材や複雑形状物になる
と層間に生ずる応力や面外方向の応力が無視できなくな
るので、いくつかの層間あるいは面外方向の補強方法が
考えられてきた。その最も確実な補強方法が３次元織物
を利用する方法である。
無視しうるものであるが、肉厚部材や複雑形状物になる
と層間に生ずる応力や面外方向の応力が無視できなくな
るので、いくつかの層間あるいは面外方向の補強方法が
考えられてきた。その最も確実な補強方法が３次元織物
を利用する方法である。
３次元織物に関しては、３軸３次元織物が、その製造方
法と織物組織を含めて特開昭６１−２４５３３５号公報
をはじめ多数の文献に発表されている。その他の繊維配
向のものでは、−面内に０°±６０°の３軸を配置した
ものに面外の１軸を加えた４軸織物が公表されている。
法と織物組織を含めて特開昭６１−２４５３３５号公報
をはじめ多数の文献に発表されている。その他の繊維配
向のものでは、−面内に０°±６０°の３軸を配置した
ものに面外の１軸を加えた４軸織物が公表されている。
また、この他に構想段階のものではあるが、４，５，６
，７，９，１０，１１．１３軸を有する３次元織物が提
案されている。これらの織物の組織は、いずれも第５図
の立方体の単位胞によって、その繊維配向を定義できる
もので、３軸３次元織物はＸ、Ｙ、Ｚ軸、４軸３次元織
物はＴ。
，７，９，１０，１１．１３軸を有する３次元織物が提
案されている。これらの織物の組織は、いずれも第５図
の立方体の単位胞によって、その繊維配向を定義できる
もので、３軸３次元織物はＸ、Ｙ、Ｚ軸、４軸３次元織
物はＴ。
Ｕ、Ｖ、Ｗ軸、６軸３次元織物はに、Ｌ、Ｍ。
Ｎ、Ｒ，Ｓ軸、７軸３次元織物は上記３軸と４Ｉｔｈを
合わせたもの、９軸３次元織物は上記３軸と６軸を合わ
せたもの、１０軸３次元織物は上記４軸と６軸を合わせ
たもの、１１軸３次元織物は上記４軸と７軸を合わせた
もの、１３１１ｉＩ１１３次元織物は上記６軸と７軸を
合わせたものがそれぞれｍ維配向角となフている。
合わせたもの、９軸３次元織物は上記３軸と６軸を合わ
せたもの、１０軸３次元織物は上記４軸と６軸を合わせ
たもの、１１軸３次元織物は上記４軸と７軸を合わせた
もの、１３１１ｉＩ１１３次元織物は上記６軸と７軸を
合わせたものがそれぞれｍ維配向角となフている。
現在までに実現されている３次元織物は、以上のように
３軸３次元織物に限定されているが、これを用いた複合
材料は、３軸のみで補強されているため、異方性が顕著
で、極端に弱い方向が残されたものにしかならなかった
。例えば、補強方向をｘ、ｙ、ｚの３軸とすれば、これ
らの軸を等分割する（１／ｆゴ、１／Ｆ丁、１／（Ｎ）
の方向には弾性率や強度が著しく低いことが明らかにさ
れている。
３軸３次元織物に限定されているが、これを用いた複合
材料は、３軸のみで補強されているため、異方性が顕著
で、極端に弱い方向が残されたものにしかならなかった
。例えば、補強方向をｘ、ｙ、ｚの３軸とすれば、これ
らの軸を等分割する（１／ｆゴ、１／Ｆ丁、１／（Ｎ）
の方向には弾性率や強度が著しく低いことが明らかにさ
れている。
また、すでに発表されている３軸以上の軸数を持つ３次
元織物に関しては、これらを補強材とする複合材料の特
性が明らかにされておらず、これらを利用するにしても
、どのような材料特性が得られるのか、また、とのよう
な材料設計を行うのかについての指針は明らかにされて
いなかった。
元織物に関しては、これらを補強材とする複合材料の特
性が明らかにされておらず、これらを利用するにしても
、どのような材料特性が得られるのか、また、とのよう
な材料設計を行うのかについての指針は明らかにされて
いなかった。
この発明は、上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、熱機械特性に等方性がら一方向補強の顕著
な異方性までの間の任意の性質を有する複合材料を得る
ことを目的としている。
れたもので、熱機械特性に等方性がら一方向補強の顕著
な異方性までの間の任意の性質を有する複合材料を得る
ことを目的としている。
この発明に係る複合材料は、立方体あるいは直方体の最
遠対角線て構成される４＠と立方体あるいは直方体の辺
で構成される３軸とを繊維配向角とする３次元７軸織物
を補強材として用いたものである。
遠対角線て構成される４＠と立方体あるいは直方体の辺
で構成される３軸とを繊維配向角とする３次元７軸織物
を補強材として用いたものである。
（作用〕
上記織物の７軸全ての繊維含有率を等しぐずれば、複合
材料の全ての方向の弾性率が実用上等方性と見なせる程
度に等しくなる。また、７軸のうちの任意の１軸を選び
、この繊維軸の繊維含有率のみを増加または減少させれ
ば、弾性率が等方性から一方向補強の極端な異方性まで
の間の任意の性質を有する複合材料が得られる。この任
意の性質を有する複合材料の設計は、７軸のうち立方体
または直方体の最遠対角線より成る４軸の繊維配向角を
他の３つの辺より成る３軸のうちの１軸に対し対称に変
化させることによっても可能である。さらに、７Ｉｌｉ
！ｌＩのうち前記４軸の繊維含有率を増減させれば、前
記３軸のうちの２軸で決まる複合材料の面内のせん新開
性の制御が可能になる。
材料の全ての方向の弾性率が実用上等方性と見なせる程
度に等しくなる。また、７軸のうちの任意の１軸を選び
、この繊維軸の繊維含有率のみを増加または減少させれ
ば、弾性率が等方性から一方向補強の極端な異方性まで
の間の任意の性質を有する複合材料が得られる。この任
意の性質を有する複合材料の設計は、７軸のうち立方体
または直方体の最遠対角線より成る４軸の繊維配向角を
他の３つの辺より成る３軸のうちの１軸に対し対称に変
化させることによっても可能である。さらに、７Ｉｌｉ
！ｌＩのうち前記４軸の繊維含有率を増減させれば、前
記３軸のうちの２軸で決まる複合材料の面内のせん新開
性の制御が可能になる。
なお、この発明で３次元７軸織物に注目したのは、弾性
率が等方化するからであるか、それだけが理由ではない
。この織物は配向繊維の幾何学的配置から決まる最大繊
維含有率（繊維束を円柱と仮定して求める）が体積比で
５６，４％と高く高度な複合材料特性が期待できること
も理由の−っである。このときの繊維含有率は最遠対角
線から成る４軸で１軸当たり７．５６％、３辺から成る
軸で１軸当り８．７３％である。
率が等方化するからであるか、それだけが理由ではない
。この織物は配向繊維の幾何学的配置から決まる最大繊
維含有率（繊維束を円柱と仮定して求める）が体積比で
５６，４％と高く高度な複合材料特性が期待できること
も理由の−っである。このときの繊維含有率は最遠対角
線から成る４軸で１軸当たり７．５６％、３辺から成る
軸で１軸当り８．７３％である。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。この
実施例の複合材料は、エポキシ樹脂に、その補強材とし
て炭素繊維Ｔ３００を素材とする３次元７軸織物を使用
したものである。
実施例の複合材料は、エポキシ樹脂に、その補強材とし
て炭素繊維Ｔ３００を素材とする３次元７軸織物を使用
したものである。
第１図は、この３次元７軸織物の繊維配向軸を示したも
のであり、第３図は、第１図でＺ軸に注目し、総繊維含
有率■、を０．４ （４０％）に固定してＺ軸の同含有
率Ｖｆに対する相対充填率Ｎ２を２／８，３／９，４／
１０と増加させたときの複合材料のヤング率Ｅの評価結
果を示したものである。第３図の横軸θは観測角を示し
、この定義は第２図に示しである。すなわち、θはＺ軸
を含みヤング率の最低値を含む面内でＺ軸から測定した
角度である。
のであり、第３図は、第１図でＺ軸に注目し、総繊維含
有率■、を０．４ （４０％）に固定してＺ軸の同含有
率Ｖｆに対する相対充填率Ｎ２を２／８，３／９，４／
１０と増加させたときの複合材料のヤング率Ｅの評価結
果を示したものである。第３図の横軸θは観測角を示し
、この定義は第２図に示しである。すなわち、θはＺ軸
を含みヤング率の最低値を含む面内でＺ軸から測定した
角度である。
第３図に示したようにＺ軸（θ−０°）の特性は大幅に
向−トするが、Ｘ軸とＹ軸の両方向（θ＝９０°）の特
性の減少はわずかである。しかも、この図には示せなか
ったが、Ｘ、Ｙ面内の等方性はほぼ維持されている。こ
のような特性を有するものを従来の複合材料で製作する
ことは困難である。
向−トするが、Ｘ軸とＹ軸の両方向（θ＝９０°）の特
性の減少はわずかである。しかも、この図には示せなか
ったが、Ｘ、Ｙ面内の等方性はほぼ維持されている。こ
のような特性を有するものを従来の複合材料で製作する
ことは困難である。
次に、複合材料のある１軸方向の特性を制御する場合は
、単位胞を構成する立方体の１軸を伸縮させて直方体と
し、Ｔ、Ｕ、Ｖ、Ｗの４軸繊維配合角を変化させること
によっても得られる。ただし、この場合は立方体の伸縮
を激しく行うと繊維配向角に偏りが生じ、特性が低下す
る方向が生じるのて注意が必要である。
、単位胞を構成する立方体の１軸を伸縮させて直方体と
し、Ｔ、Ｕ、Ｖ、Ｗの４軸繊維配合角を変化させること
によっても得られる。ただし、この場合は立方体の伸縮
を激しく行うと繊維配向角に偏りが生じ、特性が低下す
る方向が生じるのて注意が必要である。
また、Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸のうち２軸の剛性を向上させる
設計も可能である。例えば、Ｔ、Ｕ。
設計も可能である。例えば、Ｔ、Ｕ。
Ｖ、Ｗの各軸の繊維含有を変化させることにより、ｘ、
ｙ、ｚの３軸うち２軸で構成される面内のせん断弾性率
を制御することが可能である。
ｙ、ｚの３軸うち２軸で構成される面内のせん断弾性率
を制御することが可能である。
第１表は第４図から求まる３次元織物の最大繊維含有率
を示したものである。第３図は繊維配向軸数Ｎが３．４
，６，７．９の複合材料のヤング率Ｅを、第１表の最大
繊維含有率Ｖ ｆ−ｍａｘを用いて比較したもので、θ
はＺ軸を含みヤング率の最低値を含む面内でＺ軸から測
定した角度である。
を示したものである。第３図は繊維配向軸数Ｎが３．４
，６，７．９の複合材料のヤング率Ｅを、第１表の最大
繊維含有率Ｖ ｆ−ｍａｘを用いて比較したもので、θ
はＺ軸を含みヤング率の最低値を含む面内でＺ軸から測
定した角度である。
この図から３次元７軸織物を用いた複合材料が他の織物
を用いた複合材料に比較して優れた特性を発揮すること
が判る。
を用いた複合材料に比較して優れた特性を発揮すること
が判る。
なお、上記実施例では、できる限り各軸の繊維含有率を
そろえるような材料設計を行ったが、各軸の繊維含有率
をばらばらに行えば、より広範な材料設計が可能になる
。
そろえるような材料設計を行ったが、各軸の繊維含有率
をばらばらに行えば、より広範な材料設計が可能になる
。
以上のように、この発明によれば、補強材として３次元
７軸織物を使用するので、最適設計された７軸を繊維配
向角とすることができ、したがって、弾性率９強度等の
熱機械特性に等方性から顕著な異方性まての間の任意の
性質を有する複合材料を得ることができる。
７軸織物を使用するので、最適設計された７軸を繊維配
向角とすることができ、したがって、弾性率９強度等の
熱機械特性に等方性から顕著な異方性まての間の任意の
性質を有する複合材料を得ることができる。
第１図はこの発明の実施例において補強材として使用す
る７軸３次元織物の繊維配向を模式的に示した説明図、
第２図は後述する第３図における観測角θの定義の説明
図、第３図は７軸３次元織物を用いた複合材料の各種設
計例におけるヤング率を示したグラフ、第４図は多軸３
次元織物を補強材とする各種複合材料のヤング率を軸数
をパラメータとして比較したグラフ、第５図は多軸３次
元織物の繊維配向を模式的に示した説明図である。 図において、ｘ、ｙ、ｚは立方体あるいは直方体の最遠
対角線て構成される軸、Ｕ、Ｖ、Ｗ、Ｔは立方体あるい
は直方体の辺で構成される軸である。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
る７軸３次元織物の繊維配向を模式的に示した説明図、
第２図は後述する第３図における観測角θの定義の説明
図、第３図は７軸３次元織物を用いた複合材料の各種設
計例におけるヤング率を示したグラフ、第４図は多軸３
次元織物を補強材とする各種複合材料のヤング率を軸数
をパラメータとして比較したグラフ、第５図は多軸３次
元織物の繊維配向を模式的に示した説明図である。 図において、ｘ、ｙ、ｚは立方体あるいは直方体の最遠
対角線て構成される軸、Ｕ、Ｖ、Ｗ、Ｔは立方体あるい
は直方体の辺で構成される軸である。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
Claims (1)
- 立方体あるいは直方体の最遠対角線で構成される４軸と
立方体あるいは直方体の辺で構成される３軸とを繊維配
向角とする３次元７軸織物を補強材として用いた複合材
料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63012037A JPH0791401B2 (ja) | 1988-01-22 | 1988-01-22 | 複合材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63012037A JPH0791401B2 (ja) | 1988-01-22 | 1988-01-22 | 複合材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01188532A true JPH01188532A (ja) | 1989-07-27 |
| JPH0791401B2 JPH0791401B2 (ja) | 1995-10-04 |
Family
ID=11794407
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63012037A Expired - Fee Related JPH0791401B2 (ja) | 1988-01-22 | 1988-01-22 | 複合材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0791401B2 (ja) |
-
1988
- 1988-01-22 JP JP63012037A patent/JPH0791401B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0791401B2 (ja) | 1995-10-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |