JPH0143620B2

JPH0143620B2 -

Info

Publication number: JPH0143620B2
Application number: JP56185649A
Authority: JP
Inventors: Akira Nishimura
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1981-11-19
Filing date: 1981-11-19
Publication date: 1989-09-21
Also published as: JPS5887042A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、繊維強化樹脂（FRP）のＩ型材
やＨ型材、Ｔ型材等を成形するような場合に有用
な補強材に関する。

（従来の技術） FRP用の補強材としては、従来、炭素繊維や
ガラス繊維等の補強繊維からなる織物や、そのよ
うな織物を重ね組織してなる、いわゆる多重織物
が知られている。しかしながら、そのような従来
の補強材によつて、FRPの、たとえばＩ型材を
成形しようとすると、作業が大変繁雑であるばか
りか、強度等の特性に優れたものが得にくく、ま
た、製品間のばらつきが大きくなるという問題が
ある。

すなわち、上述したような織物による、FRP
の、たとえばＩ型材は、織物のコの字状に折り曲
げて積層したものと、逆コの字状に折り曲げて積
層したものとを背中合せに配置し、次いでこれを
型に入れて型内に樹脂を注入し、加圧下に加熱し
て樹脂を硬化させることによつて成形している。
織物に代えてそのプリプレグを使用する場合もあ
る。しかしながら、織物やそのプリプレグを１枚
１枚コの字状および逆コの字状に折り曲げ、積層
していく作業は大変わずらわしい。もし、ただ１
枚の補強材でＩ型材を成形することができれば、
作業性は大きく向上する。積層の仕方による製品
間の特性のばらつきも防止できる。また、上記の
ようにして得たＩ型材は、織物同士が樹脂のみに
よつて結合されていて、積層方向には補強繊維が
全く存在していないので、強度、特に層間剪断強
度や層間剥離強度が大変低い。しかも、層間に何
らかの原因でクラツクができると、そのクラツク
が補強繊維に沿つて容易に成長し、結局、Ｉ型材
は理論値よりもはるかに低い強度で破壊してしま
う。

（発明が解決しようとする問題点）この発明は、従来の補強材の上述した問題点を
解決し、大変扱いやすく、作業性に優れているば
かりか、強度が高く、しかも製品間における特性
のばらつきの少ないFRPを成形することができ
る補強材を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段）上述した目的を達成するために、この発明にお
いては、複数枚の、炭素繊維のマルチフイラメン
ト糸を織糸とする織物の積層構成を有する、樹脂
の補強材であつて、補強材は、 (a) すべての織物がそれら織物の積層方向に延び
る縫合糸によつて縫合され、一体に保持されて
いる部分と、 (b) 縫合糸による、すべての織物の縫合、一体保
持は行われていない、任意の少なくとも２枚の
織物を１組として任意の方向に拡開し得る部分
と、からなり、縫合糸は、 (a) ガラス繊維またはポリアラミド繊維のマルチ
フイラメント糸からなり、 (b) 織糸よりも細く、 (c) 織糸よりも破断伸度が大きく、 (d) 120℃における熱収縮率が２％以下である、ことを特徴とするFRP用補強材が提供される。

この発明において、織物は、炭素繊維のマルチ
フイラメント糸を、織糸、つまり経糸および緯糸
とする平織物、綾織物、朱子織物などである。ま
た、炭素繊維のマルチフイラメント糸を互いに並
行かつシート状に引き揃えてなる２個の群を、そ
の糸を屈曲させることなく補助糸によつて一体に
織成してなる、いわゆるノンクリンプ織物を使用
することもできる。そのようなノンクリンプ織物
は、たとえば特開昭55−30974号公報に記載され
ている。しかして、ノンクリンプ織物を使用する
と、ノンクリンプ織物は通常の織物のように経糸
と緯糸とが交錯することによる屈曲（クリンプ）
を有していないので、炭素繊維のマルチフイラメ
ント糸への応力集中を回避することができ、炭素
繊維がもつ特性を十分に発現させることができる
ようになる。なお、織物の織糸は、成形時におけ
る樹脂の含浸性を向上させるとともに、FRP中
における炭素繊維体積含有率を高くすることがで
きるように、実質的に無撚であるのが好ましい。

補強材は、成形したりFRPの厚みや、拡開可
能な部分の数などに応じた、積層された複数枚の
織物を有する。積層に際して、FRPの異方性を
小さくできるように、たとえば４枚の織物を積層
する場合、経糸または緯糸が、補強材の長手方向
に対して、１番目と４番目の織物は0゜に、２番目
と３番目の織物は45゜にそれぞれなるようにする
など、異なる角度の組合せ積層とするのが好まし
い。

補強材は、積層されたすべての織物を縫合糸で
縫合し、一体に保持してなる部分と、すべての織
物の縫合、一体保持は行つていない、任意の少な
くとも２枚の織物を１組として任意の方向に拡開
し得る部分とからなつている。どの部分について
すべての織物を縫合、一体保持し、どの部分を拡
開し得るように構成するかは、任意である。成形
したいFRPの形状等に応じて決めればよい。た
とえば、Ｉ型材の成形に供する補強材の場合に
は、ウエブ（桁腹）の部分ではすべての織物を縫
合、一体保持し、フランジの部分で互いに離反す
る２方向に拡開できるようにする。もつとも、拡
開し得る部分において、その部分を構成している
複数枚の織物が縫合され、一体に保持されること
があつてもかまわない。そうすると、取扱性が向
上することもある。

縫合糸は、縫合、一体保持という作用のみなら
ず、織物の積層方向に延在して、補強材、ひいて
はFRPの層間剪断強度や層間剥離強度をも向上
させるものである。そのため、縫合糸もまた、炭
素繊維と同様、補強機能をもつガラス繊維または
ポリアラミド繊維の、しかもマルチフイラメント
糸からなつている。太さは、織物を縫合する際
に、織糸の、耐折強度が低く、かつ擦過に弱い炭
素繊維を傷付け、あるいはその曲がりを可能な限
り少なくするため、織糸の数分の一程度であるの
が好ましい。たとえば、織糸の太さが、横断面積
で0.07〜3.5mm²であるとき、縫合糸としては、0.01
〜0.25mm²程度の横断面積をもつようなものが好ま
しい。

縫合糸は、縫合という作用をもつがゆえに大き
く屈曲せざるを得ない宿命にある。屈曲している
と、力学上明らかなように屈曲部分への応力集中
が起こる。しかるに、この応力集中によつて、縫
合糸が織物の織糸よりも先に破断したのでは、そ
の部分から、補強材、ひいてはFRPの破壊が一
気に進行することになつて、高強度、高弾性率の
炭素繊維を織糸に使用していることの意味が損わ
れてしまう。かかる不都合を防止するため、この
発明においては、縫合糸として、織物の織糸より
も大きな破断伸度をもつものを使用する。

縫合糸は、また、120℃における熱収縮率が２
％以下であるものでなければならない。すなわ
ち、熱収縮率が２％を越える縫合糸は、FRPを
成形する際の成形温度における収縮が大きく、織
物の織糸の配列を大きく乱してしまう。しかる
に、FRPは、その特性が繊維の方向に大きく左
右される、いわゆる異方向材料であるから、織糸
の配列が乱れてしまつたのでは、強度の向上は望
めないし、製品間の特性のばらつきも大変大きく
なつて、この発明の目的を達成することができな
くなる。また、設計が難しくなるばかりか、大き
な安全率を見込まなければならなくなるので、
FRP化することの最大の利点である軽量化効果
も損われてしまう。

このように、縫合糸は、ガラス繊維またはポリ
アラミド繊維のマルチフイラメント糸からなつて
いるが、それらは織物の織糸よりも細く、しかも
織糸よりも破断伸度が大きく、かつ120℃におけ
る熱収縮率が２％以下のものであることが必要で
ある。

この発明の補強材を使用して、FRPを成形す
るには、たとえば次のようにする。

すなわち、補強材を、その補強材の形状をした
キヤビテイを有する型に入れ、型内を減圧した
後、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フ
エノール樹脂などの熱硬化性樹脂を注入し、硬化
させる。樹脂の粘度が高い場合には、その硬化温
度よりも低い温度で一旦加熱し、粘度を下げてお
くとよい。

別の方法として、補強材に樹脂を含浸してプリ
プレグ化しておき、それを型で加熱、加圧して成
形することができる。この場合、樹脂の粘性で拡
開可能な部分がひつつかないよう、その部分に、
シリコーン樹脂を塗布した紙や、プラスチツクフ
イルムなどのセパレータを介在させておき、成形
に供する際にそれを除去するようにすると、作業
性が一層向上する。

（実施態様）第１図において、補強材１は、４枚の織物４Ａ
〜４Ｄの積層構成を有している。しかして、これ
ら織物４Ａ〜４Ｄは、いずれも、炭素繊維のマル
チフイラメント糸を、織糸、つまり経糸２および
緯糸３とし、かつそれら経糸２と緯糸３とを平組
織してなる平織物からなつている。

４枚の織物４Ａ〜４Ｄは、補強材１の幅方向の
中央部、すなわちＡ部のみにおいて、経糸と並行
して延びる縫合糸５によつて縫合され、一体に保
持されている。この縫合糸５は、織物４Ａ〜４Ｄ
の織糸の数分の一程度の太さで、しかもその織糸
よりも破断伸度が大きく、かつ120℃における熱
収縮率が２％以下であるガラス繊維のマルチフイ
ラメント糸からなつている。

一方、補強材１の幅方向の両端部、すなわち上
記Ａ部に隣接するＢ部およびＣ部においては、上
側の２枚の織物４Ａ，４Ｂが上記縫合糸５によつ
て縫合、一体保持され、同様に下側の２枚の織物
４Ｃ，４Ｄが縫合糸５によつて縫合、一体保持さ
れている。したがつて、この補強材１は、上記Ｂ
部およびＣ部において織物４Ａ，４Ｂおよび織物
４Ｃ，４Ｄをそれぞれ１組として２方向に拡開す
ることができる。これらＢ部およびＣ部における
縫合、一体保持も、上記Ａ部におけるそれと全く
同様に行われているものである。

上記補強材１は、拡開し得るＢ部およびＣ部に
おいて、織物４Ａ，４Ｂおよび織物４Ｃ，４Ｄを
それぞれ１組として互いに離反する方向に拡開
し、樹脂を含浸、硬化させることによつて、第２
図に示すようなＩ型材を成形することができるも
のである。この場合、ウエブにおいては４枚の織
物の積層構成となり、一方、フランジにおいては
２枚の織物の積層構成となつて、ウエブとフラン
ジとでは厚みが異なることになる。これが不都合
な場合には、第１図における補強材１の、Ｉ型材
の上下各フランジ面、すなわち上記Ｂ部およびＣ
部を互いに離反する方向に拡開したときに形成さ
れる面に各２枚づつの同様の織物を重ね合わせ、
縫合して一体保持しておくとよい。

上記実施態様において、補強材１は、織物４
Ａ，４Ｂと織物４Ｃ，４Ｄとをそれぞれ全面にわ
たつてあらかじめ縫合、一体保持しておき、さら
にそれを積層してＡ部のみを縫合し、織物４Ａ〜
４Ｄのすべてが一体に保持されるようにしてもよ
い。

また、拡開可能なＢ部およびＣ部においては、
縫合糸５による縫合、一体保持は必ずしも必要で
ない。

第３〜１０図は、すべての織物を縫合、一体保
持する部分を選択することによつて、いろいろな
形のFRPを成形し得ることを示している。これ
らの図において、点線は、積層された織物のすべ
てを縫合し、一体保持を行つている部分を示して
いる。

（発明の効果）この発明の補強材は、複数枚の、炭素繊維のマ
ルチフイラメント糸を織糸とする織物を積層して
なる補強材であつて、その補強材は、すべての織
物がその積層方向に延びる縫合糸で縫合され、一
体に保持されている部分と、すべての織物の縫
合、一体保持は行われていない、少なくとも２枚
の織物を１組として任意の方向に拡開し得る部分
とからなるものであるから、すべての織物を縫
合、一体保持する部分を適宜選定し、拡開し得る
部分をいろいろな方向に拡開するだけで、たとえ
ばＩ型材のような複雑な横断面形状をもつFRP
でも一気に成形することができるようになり、成
形に際して織物を１枚１枚折り曲げ、積層する必
要がないので、作業性が大きく向上する。

また、縫合糸が、炭素繊維と同様に補強機能を
もつガラス繊維またはポリアラミド繊維からなつ
ており、しかもその縫合糸や織物の積層方向に延
びているから、層間剪断強度や層間剥離強度の高
い補強材、ひいてはFRPを得ることができるよ
うになるばかりか、FRPが層間クラツクを生じ
ても、その成長が縫合糸によつて抑制されるの
で、破壊強度も大きく向上する。

さらに、大きく屈曲せざるを得ない、ガラス繊
維またはポリアミド繊維からなる縫合糸として、
織物の織糸よりも破断伸度の大きいものを選択、
使用しているから、応力集中によつて織糸よりも
先に縫合糸が破断してその部分から補強材、ひい
てはFRPの破壊が進行するのを防止でき、織糸
を構成している炭素繊維の特性を余すところなく
発現させることができるようになつて、この面か
らも強度の高いFRPを得ることができるように
なる。

さらにまた、120℃における熱収縮率が２％以
下である縫合糸を使用しているから、成形温度で
縫合糸が大きく収縮して織物を構成している炭素
繊維（経糸と緯糸）の配列を乱してしまうのを防
止でき、製品間における特性のばらつきも小さく
なる。特性のばらつきは、成形時に織物を１枚１
枚積層する必要がないために積層の仕方によるば
らつきを解消できることによつても小さくなる。
炭素繊維の配列の乱れを防止でき、製品間におけ
る特性のばらつきを小さくできるということは、
FRPの設計が容易になるということであり、ま
た安全率を大きく見込む必要がなくなるというこ
とでもある。

上述した強度の向上、製品間の特性のばらつき
の減少、設計の容易さ等の特長は、織物の織糸を
構成している、耐折強度が低く、しかも擦過に弱
い炭素繊維を傷付け、あるいは曲げたりする心配
の少ない、その織糸よりも細い縫合糸を使用して
いることによつてさらに向上する。

この発明の補強材は、上述した特長を有するた
め、FRPの、たとえばＩ型材、Ｈ型材、Ｔ型材
など、いろいろな形状の型材を成形するのに好適
である。そのような型材は、たとえば航空機の翼
のスキン材として、また床の支持材として使用す
ることができる。また、この発明の補強材は、各
種の構造用FRPにおけるコーナーの補強材とし
て使用することができる。さらに、拡開可能な部
分をわん曲せしめてなるようなものは、たとえば
管やケーブル等のホルダとして使用することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の補強材の一実施態様を示
す概略斜視図、第２図は、上記第１図に示した補
強材を使用して成形したFRPのＩ型材を示す概
略斜視図、第３図〜第１０図は、それぞれ異なる
実施態様のこの発明の補強材を使用して成形した
FRPを示す概略斜視図である。１：補強材、２：経糸、３：緯糸、４Ａ〜４
Ｄ：織物、５：縫合糸、Ａ：すべての織物が縫
合、一体保持されている部分、Ｂ，Ｃ：拡開し得
る部分。

Claims

【特許請求の範囲】１複数枚の、炭素繊維のマルチフイラメント糸
を織糸とする織物の積層構成を有する、樹脂の補
強材であつて、前記補強材は、 (a) すべての前記織物がそれら織物の積層方向に
延びる縫合糸によつて縫合され、一体に保持さ
れている部分と、 (b) 前記縫合糸による、すべての前記織物の縫
合、一体保持は行われていない、任意の少なく
とも２枚の前記織物を１組として任意の方向に
拡開し得る部分と、からなり、前記縫合糸は、 (a) ガラス繊維またはポリアラミド繊維のマルチ
フイラメント糸からなり、 (b) 前記織糸よりも細く、 (c) 前記織糸よりも破断伸度が大きく、 (d) 120℃における熱収縮率が２％以下である、ことを特徴とする繊維強化樹脂用補強材。