JPH03502947A - 複合材料の製造において補強材として有用な織物構造及びかかる構造のための技術糸 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ　Ｓの“告（こおいて　　　として　　な告　びかかる　告のための　　７、 本発明は、複合材料の製造のための織物構成要素の分野に関する。さらに限定的 に言うと、本発明は、複合材料中で補強材として用いることのできる織物構造を その目的とする０本発明は同様に、かかる構造を目的とする独創的な形状の技術 系にも関する。

複合材料が補強織物構造とマトリックス、すなわち含浸用樹脂の密な組合せで形 成されていることは知られている。かかる材料は、現在例えば航空産業界におい て広く用いられている。目的の特性をもつ材料を得るためには、特にさまざまな 補強材層を積重ねることによりかなり高い割合で織物構造を使用することが必要 である。しかしながら、かかる補強材層の樹脂による含浸は最適な形で実現され ず、機械的応力の作用により織物補強材の中のいくつかの層の分離に起因する損 傷が見られるという結果になることが知られている（業界ではこれを「剥離」と 呼んでいる）、かかる複合材料の用途を考慮すると、かかる欠点を補正すること が必要不可欠であると思われる。

先行技術において提案されてきた手段の一つは、少なくとも部分的に織物補強材 中に例えば三次元といつた多次元構造を使用することである。

かかる構造は満足できるものではあるが、これを得るためには時間と費用がかか る。

要約すると、現在、複合材料の製造のための補強材として用いられる織物構造の 選択基準は、糸の性質、その分布と方向性ならびにその使用様式（例えば織布構 造又は単方向性ラップｆｌａｐ）　）である、これらの基準は、複合材料に求め られる特性の機能として用いられる。

本発明の目的は、複合材料用の補強材中に次元効果を得ることを可能にするよう な形状をもつ織物構造及び糸にある。こうして、剥離を効果的に防ぎ、ひいては こうして得られた複合材料の性能及び安全性を増大させることが可能となる。

本発明の目的は、糸に凹凸［レリーフ（ｒｅｌｉｅｆ）　］形状を与える突出し た要素をもつ心線を含む技術系で少なくとも一部分が作られている、複合材料の 製造において補強材として有効な織物構造にある。

「技術系（テクニカル・スレッド）」というのは、鉱物性のものであれ、人工の ものであれ或いは又合成のものであれ、複合材料の補強を目的とした構造内で用 いることのできるあらゆる糸のことである。かかる糸は単独又は混成された形で 当業者にとって既知のものであり、例えば、炭素、アラミド、ガラス、石英、シ リカ、炭化ケイ素、セラミックス及びそれに類するものの中から選ばれる。

先行技術においては、すでに、ゆるい撚りをかけることを目的とするテクスチャ ード加工と呼ばれる表面処理を糸にほどこすことが成る種の利用分野で提案され てきた１例えば、米国特許ＵＳ３，７７５．２２８号を参照することができる。

まず第１に、このようなテクスチャード加工は、特に曲げ強度が低いことを理由 として多くの技術系には用いることができないということに留意されたい。しか し特に、テクスチャード加工は、その他にいかなる付加的要素も添加することな く、糸目体の外観を変える。又、テクスチャード加工の効果は表面的なものにす ぎず、本発明が規定しているような凹凸形状とは比較にならない、かかる凹凸形 状は、例＾ば、支持糸（心１ａ）上へのループ及び／又は毛羽の付加からもたら される。かかる凹凸例えばこれらのループ及び／又は毛羽の方向性により、組織 立ったものであるか逆に無作為なものである多方向性効果が得られる。

従来の織物技術においては、例えば金糸入り［ガーランド（ｇｕｉｒｌａｎｄｅ ｓｌ　ｌ　タイプの付加的要素を伴う糸を含む装飾的物品を作る方法が知られて いる。

例えば米国特許第４．１５７．６４５号では、ループ状の飾り糸の製造用機械が 記述されている。かかる糸は３本の糸÷構成され、そのうちの１本は、互いに撚 られた他の２本の糸によって保持されたループを形成している。

撚り糸は、直線の糸に比べて低い引張り強度を示す。従ってかかる飾り糸は、大 きな応力を受ける可能性のある複合材料の織物補強材としては適当でなし）。

同様に、補強されたプラスチック材料の製造に関する英国特許を挙げることがで きる。かかる特許は、間に繊維が詰まった２本の絡み合った金属系を含む中央部 分で構成されたシェニール糸（毛虫糸）を記述している。

シェニール糸の引張り強度はその組成に入る金属系のものよりも低いため、安全 性及び性能を高めたいと考λている複合製品の製作にかかるシェニール糸を使用 することは有利でない。

例えば英国特許第８０４，４６４号、フランス特許第２．１１０．９８６号及び フランス特許第８６４．３９５号といった、突出した繊維が間に詰め込まれてい る絡み合った糸を記述する現在の技術レベルにおける数多くの文書で開示されて いる糸についても、同様のことがいえる。

本発明に基づく糸は、実質的に直線の心線から出発して、これに蜆則的又は不規 則なループを持つ糸を結びつけて心線とループ糸のアセンブリを構成することに よって実現できる。なおここで、かかるアセンブリは独立した少なくとも１本の 保持又は結束用の糸によって一体化されている。同様に、凹凸の多方向性をさら に増大させるために、実質的に直線の心線に複数のループ糸を結びつけてループ を伴う凹凸形状をもつ糸を実現することもできる。

本記述において、実質的に直線の心線というのは、撚りを受けていない１本の糸 又は複数の糸のアセンブリを意味する。

直線の心線を用いることによって、本発明に基づく糸の引張り強度は、既知の糸 のものよりはるかに高くなるということがわかる。

フランス特許第２．１４６．９４１号はすでに、一実施態様において結束用糸を 介し熱可塑性の針がその上に保持されているような１本の直線の心線を含む不織 布用の複合糸を記述している。かかる針は、完成品の中に粘着用樹脂をもたらす ことを目的としているが織物の補強の役割は果たさず、従って、本発明の糸の三 次元機能を果たすことはできない。

同様に、突出した要素が化学的にその上に固定されている炭素などでできた糸も 知られている（米国特許第３，８０８，０８７号）、かかる構造は、織物手段に よって得られるものではなく、特に、独立した結束用糸を全く含んでいない。

本発明のもう１つの実施態様によると、連続した１つの作業において凹凸状のル ープを切断して心線上に突出した毛羽又は小枝に似た個々の要素を作り出すこと ができる。その他の実施態様によると、例えば１本の心線から出発してこれに結 束用糸により保持されたジグザグ状の糸を結びつけ次に別々の毛羽を形成すべく カットを行なうことによって、毛羽付きのこのような構造を得ることができる。

当業者は、本発明に基づ（糸がその構成要素の性質に応じてきわめて広範囲の構 成をもちつるものであることがわかるだろう、当該糸は「純粋」なものであって もよい、すなわち、前述の技術系のカテゴリに属する単一の織物構成要素で形成 されていてもよい、ただし、たとえ構成要素の性質が同一であっても、構成要素 のいくつかはそれ自体表面の特殊性を有していてよ（、糸の性質上可能であれば 、ガラスの場合がそうであるように、テクスチャード加工処理を受けていてもよ い。

本発明に従うと、織物構成要素でできた心線及び少なくとも１本の凹凸ある糸及 び／又は少なくとも１つの他の織物構成要素でできた結束用糸を含む「混成」糸 を実現することも可能である。「混成」糸は同様に、それ自体混成物の性質をも つ少なくとも１つの構成要素（心線、凹凸糸、結束糸）を含んでいてもよい、混 成糸の典型的な例は、シリカ又は炭素型の心線と炭素型の凹凸を含む糸である。

従って、本発明によると、最終的な織物構造中の望ましい特性に従って、技術系 の構成要素を結びつける手段を得ることができる。当該出願人の知るかぎりにお いて、これまで、複合材料の補強材向けの、技術繊維（テクニカルファイバー） ベースの織物構造の中で、支持心線と、かかる心線とは性質的に異なったもので ありうる付加的要素を組合せることが提案されたことは一度もない。

前述のとおり、複合材料の製造において補強材として有効な織物構造は、少なく とも１本の凹凸形状糸を含んでいる。

このような織物構造は、例えば織地、ラップ、フィラメント巻線及びそれに類す る単方向又は多方向タイプのものであってよい、かかる構造は、凹凸形状の糸の みで構成されていてもよいし、又変形態様としては、凹凸形状糸と従来の糸の組 合せで構成されていてもよい０例えば、複数の通常糸と凹凸形状糸を混紡して織 地を製造することができる。

これらの織物構造は基本的に複合材料用の補強材として用いられるべきものであ る１本発明のもう１つの目的は、上述のタイプの凹凸形状糸をもつ少なくとも１ つの織物構造を含む複合材料用補強材にある。かかる補強材は、本発明に基づく 織物構造のみで構成されていてもよいし、又変形態様としては１本発明に基づく 構造と従来の織物構造の組合せで構成されていてもよい。

一例を挙げると、本発明に基づき、単方向性の織地又はラップといった構造の積 層配列で構成された層状タイプの補強材を実施することができる。かかる積層配 列は均質なものであってもよい（つまり類似の性質をもつ構造を含んでいてもよ い）し、或いは又本発明に基づいて作られた構造からできた層と従来の層を交互 に伴う混合のものであってもよい。

本発明のおかげで、当業者には最も適切な補強材を得ることのできる多くの可能 性が与えられることになる。

本発明により、糸の凹凸形状のおかげできわめて有利な多方向性が得られること になるが、少なくとも一部分にかかる糸を用いることによって三次元（３Ｄ）タ イプの構造を実現することも全く可能である。

なお、本発明に従った糸は、そのままの状態で商品化できる織物構造の中に使用 することができる。しかし、得るべき複合材料の製品の形状に従ってフィラメン ト状巻線（ボビン）技術において利用できる凹凸形状糸を末端ユーザに提供する ことも可能である。

本発明に基づく糸及びそれに相応する織物構造は、複合材料の製造を容易にする ための構成要素を含んでいる可能性がある０例えば、糸の心線は、ＦＩＴと呼ば れる糸について知られているように、熱可塑性材料で予め含浸又は被覆されてい てもよい、同様に、織物構造に熱可塑性粉末を添加し、その取扱い及び最終的利 用を容易にすることも可能である。

不均等な応力を受ける複合製品の製造のためには、かかる最終複合製品が受ける 応力に合わせるべく、凹凸数、ループ数又は毛羽数ならびに形状が均一でない本 発明に基づく糸を使用した織物構造を実現することができる。

従って、製造すべき部品又は複合材料の最も応力を受ける場所には、かかる場所 における繊維の体積率を増大させるべくより大きな凹凸密度を有する本発明に基 づく構成糸をもつ織物構造を使用することができる。

本発明に基づくと、凹凸形状をもつ糸を織物構造内で使用することにより、 −織物構造の粘着性をより良いものにすることができる、 −例えば織布の場合であれば緯糸と経糸の間というようにその構成要素の間に透 かしを作ることができる、 一一般に織物の充てんを調節することができる、さらに、 −・複合材の使用過程において（例えば射出による）のマトリックス（例えば樹 脂）の織物構造に対する、 ・及び複合材料中の積層配列を構成する層の互いに対する 結合及び付着率を大幅に増大することができる。

従って、本発明は、特に衝撃を与えた場合の複合材料の剥離に対する耐性をより 良いものにする。

本発明は、添付の図面を参考にした以下の記述によって限定的な意味を全くもた ずにさらに詳しく例示される： 第１図は、本発明に基づく織物構造のための糸の構成要素を示している。

第２図は、第１図に相応し、ループを伴う凹凸形状を有する糸を示している。

第３図は、毛羽を伴う凹凸形状をもつ糸の製造方法を示している。

第４図は、本発明に基づく織物構造を示している。

第５図は、織物構造の一変形態様を示している。

第６図は、複合材料用の補強材として用いることのできる織物構造の積層配列を 概略的に示している。

第１図及び第２図に示されている糸は、全体的に１０という番号が付されている 。これには基本的に、結束用糸３によりループ糸２と一体化された直線の心線１ が含まれている。第１図は、糸１０の３つの構成要素を示し、第２図は製造後の 糸を示している。第２図の表示は、糸のさまざまな構成要素を明確にする目的で やや変形されている。実際にはこれらの構成要素は密に結びついている。この糸 １０は、心線１を中心として可変的な空間内方向性をもちそのため糸のまわりに 多次元効果をもたらしている、ループ形の凹凸形状４を有していることがわかる 。

第３図は、類似してはいるが毛羽なもつ糸を作るための一実施態様を示している 。全体として２０という番号で示されている糸の３つの構成要素すなわち、直線 の心線２１、ジグザグの全体的形状をもつ糸２２及び結束用線２３を概略的に示 した。該３つの構成要素は織機上に既知の方法で一体化され、糸２０は矢印下の 方向に従って長手方向に移動し、糸２２のジグザグ状の端部を揃え心線２１上に 突出する毛羽２４を作る切断装置２５まで到達し、こうして糸２０に凹凸形状が 与えられることになる。

ループ糸用であれ毛羽付き重用であれ、製造作業をくり返して糸に複数の凹凸形 状を与えることが可能であり、これらの作業は、糸の生成の時点と同時に或いは 又それに続いて実施することができる。

第４図は、結束用糸３２により保持される本発明に基づく凹凸のある糸３】を含 む単方向性ラップ３ｏを概略的に示している。

第５図は、経糸及び／又は緯糸として本発明に基づく糸４１と従来の糸４２を用 いた織地４０を示している。

第６図は、複合材料の製造において補強材として用いることのできる織物構造の 積層配列を示している。

全体として５０という番号で記されたかかる補強材は、図示されている例におい て３つの織地層５１．５２．５３よりなる０層５１及び５３は、凹凸形状をもつ 糸による本発明に基づく織地であり、一方層５２は従来の織地である。

当然のことながら上述の表示は説明の一例として示されているにすぎず１本発明 に基づく構造と既知の構造の組合せの様に、本発明に基づく糸と従来の糸の組合 せを変化させることも可能である。

又、第４図乃至第６図は、単方向性の織地又はラップの形で作られた織物構造を 示しているということに留意されたい０本発明に基づく糸は、前述のように、三 次元構造の形で或いは又フィラメント巻線としても使用可能である０例えば、か かる糸を用いて、複合材料を生成するために直接樹脂を含浸させることのできる ボビンを製作することが可能である。

本発明は、限定的な意味を全くもたずに、以下の実施例によってさらに詳しく説 明される。

罠胤ヨ 当該例は、第２図に記された一般的なタイプの技術系から得られた、本発明に基 づく織物構造を例示するものである。

該織物構造は、以下の特徴をもつ織地であるニー　単方向性織地：　７００ｇ／ ｍ” −織り方：タフタ ー　織物組織：糸３．３本／ｃ＋ａ　Ｘ　１０打／ｃｒａ−経糸材料ニガラスＥ ｌｌ　Ｔｅｘ、織物オイリング−ｉ糸材料：以下に記す本発明に基づく技術系本 発明に基づく技術系は、異なる番手の３本の糸で製造されている：すなわち、 −心、％’ｉｌニガラスＥ３００　Ｔｅｘ、　Ｃ１Ｒ物プラスチツクオイリング 済）製の糸 −ループ糸２ニガラスＥ３００　Ｔｅｘ、　（織物プラスチックオイリング済） 製のループを含む糸 −結束用糸３ニガラスＥ３００　Ｔｅｘ、　（織物プラスチックオイリング済） 製の糸 糸２のループ４は、２゜５ｍｍ毎に規則的に配置され、従って、その１メートル あたりの数は約４００である。

ループ４の平均直径は４ｍｍである。

なお、本発明に基づいて実現された技術系は、緯糸方向（Ｘ方向）に６０％、Ｙ 及びＺ方向に６０％の繊維の分布を伴う次元効果を呈していることがわかる。

なお、Ｙ方向はＸ方向に対し垂直であり、Ｚ方向は、Ｘ方向とＹ方向の２つの方 向により形成された平面に対し直交している。

従って、本発明に基づく技術系を用いて得られた織地は、 −Ｘ方向（緯糸方向）において４２０　ｇ／ｍ”に等しく −Ｙ方向及びＺ方向において２８０　ｇｅＩｌｌ”に等しいｍ維質量をもつ織布 平面に対し垂直な繊維を持っている。

本発明により得られる利点を立証するため、本発明に基づ（織地の積層により製 造された複合材と従来の織地の積層により製造された複合材の、曲げ強度を比較 した。

ａ）本発明の構造を用いた複合材ＣＩを製造する目的で、上述のもののような異 なる織地層を、同一方向に積重ねた（例えば、前述の第６図を参照のこと）。

異なる層の積重ねの際に、すでに、異なる層のループ同志の緊密な入組みを確認 することができる。

異なる層を積重ねた後、樹脂（ここではエポキシ樹脂、ＣＩＢＡ　ＧＥＩＧＹ　 Ｘ　３０５２　Ａ／Ｂ　）を真空下及び加圧下で射出する方法により、複合材Ｃ １を製造した。

ｂ）比較を目的として、以下の織地を用いて同じ実施条件下で複合材Ｃ２を作る ニ ー　単方向性織地＋　４２５ｇ／ｍ２ −　織り方：フッタ ー　織物組ｌＲ＝糸３．３本／ｃｍ　Ｘ　ｌ　４打／ａｍ−経糸材料ニガラスＥ ｌｌ　Ｔｅｘ、　ｉｌ物オイリング済）−緯糸材料ニガラスＥ３００　Ｔｅｘ、 　（織物プラスチックオイリング済） 従って、上述の織地の組織を考慮に入れると、Ｘ方向（緯糸方向）における繊維 の質量は４２０　ｇ／ｍ”であり、本発明に従った技術系を用いて作られた織地 のものと同じである。

比較を目的として、上述の複合材Ｃ１及びＣ２を、フランス規格ＮＦ　　Ｔ５７ −１０５　（１９７７年６月）に従った曲げ試験に付した。この規格は、「曲げ 特性の決定−３欠陥方法」という名の１９７７年３月の欧州規格ＥＮ６３に相当 する。試験は緯糸方向（Ｘ方向）で行なわれた。この方向に作用する質量及び体 積は、２つの複合材Ｃ１及びＣ２について同一である。１０５ＯＮの力を加えた ところ、複合材Ｃ２は、はるかに大きい破壊伸びを有する複合材ＣＩとは反対に 急激に壊れることがわかる６複合材Ｃ２は素直な破断を呈するのに対し、複合材 ＣＩの破壊限界は漸進的である。

従って、本発明に基づく織物構造で作られた複合材は、類似の従来の複合材に比 べ、曲げ及び衝撃に対し高い耐性を有することがわかる。

１二±１ 当該例は、第２図に示されているタイプの、本発明に従った糸を例示する。

この糸は、次の要素を伴って、炭化ケイ素で作られているニ ー　心線二５００フィラメントの糸２本（Ｎ１ｃａｏｎＮ、２０２　） −結束用糸＝１メートルにつき３００回ターンした２５０のフィラメントの糸１ 本（Ｎｉｃａｌｏｎ　　Ｎ、２１７）−ループ糸：ブーフレヤーンを形成する２ ５０のフィラメントの糸１本 ループ糸は、直線１メートルにつき直径８ｍｍのループを１６０個有している。

１１■旦 当該例は、同様に、本発明に基づく糸を例示する。

この糸は、ループ糸が直線１メートルにつき４ｍｍのループを１６０含んでいる こと以外、実施例１のものと同じである。

衷ｌ目ｉ丘 当該例も又、本発明に基づく糸を例示する。この糸は、ループ糸が直線１メート ルにっき４ＩＩＩＩｎのループを８０含んでいること以外、実施例２又は３のも のと同じである。

宜１１九旦 当該例は、糸の長さ上でループ数ならびにその形が変化する本発明に基づ（糸を 例示する。この糸は、一定の長さにわたり実施例１に従って作られた糸で構成さ れ、次に実施例２に従って作られた糸で構成され、最後に実施例３に従った糸で 構成されている。

このような糸から、均等でない応力を受ける複合材料の製造において補強材とし て使用可能な織物構造を製造することができる。

ＲＧ、４　　　　　　　　　ＦＩＧ、５国際調査報告 一−Ｖ−−噂−−＾１−−−−−−−＠ＰＣＴ／ＦＲ８９１００６７６国際調査 報告 ＦＲ８９００６７６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）技術糸を用いて製造される、複合材料の製造において補強材として有用な織 物構造において、かかる糸のうちのいくつかが −実質的に直線の心線（１、２１） −凹凸のある糸（ｆｉｌ　ａ　ｒｅｌｉｅｆｓ）（２、２２）−独立した結束用 糸（３、２３） といった３つの構成要素で形成されており、凹凸のある糸（２、２２）は、結束 用糸（３、２３）により心線（１、２１）と一体化されていることを特徴とする 構造。 ２）技術糸はすべて複合材料の補強材を目的とする構造において用いられる可能 性のある糸であり、かかる糸は鉱物繊維、人工繊維又は合成繊維のいずれかであ ってもよく、また、例えば炭素、アラミド、ガラス、石英、シリカ、炭化ケイ素 、セラミックス及びそれに類するものの単独の又は混合された形での糸の中から 選ばれたものであることを特徴とする、請求の範囲第１項に記載の織物構造。 ３）凹凸はループ〔４）及び／又はジグザグ（２２）であることを特徴とする、 請求の範囲第１項又は第２項のいずれか１項に記載の織物構造。 ４）前記糸のループ及び／又はジグザグ状端部は毛羽（２４）を作るため高さが そろえられていることを特徴とする、請求の範囲第１項乃至第３項のいずれか１ 項に記載の織物構造。 ５）凹凸の、例えばループ（４）及び／又は毛羽（２４）の方向性により、組織 立ったものでも無作為なものでもありうる１つの多方両効果が得られることを特 徴とする、請求の範囲第１項乃至第４項のいずれか１項に記載の織物構造。 ６）技術糸の構成要素は同じ性質の織物であることを特徴とする、請求の範囲第 １項乃至第５項のいずれか１項に記載の織物構造。 ７）技術糸は混成のものであり、その構成要素は同じ性質を有していないことを 特徴とする、請求の範囲第１項乃至第５項のいずれか１項に記載の織物構造。 ８）混成糸には、織物構成要素でできた心線と少なくとも１本の凹凸糸及び／又 は少なくとももう１つの織物構成要素でできた結束用糸が含まれていることを特 徴とする、請求の範囲第７項に記載の織物構造。 ９）混成糸はそれ自体混成の性質をもつ少なくとも１つの構成要素（心線、凹凸 糸、結束用糸）を含むことを特徴とする、請求の範囲第７項に記載の織物構造。 １０）技術糸の構成要素のいくつかはそれ自体はっきりした表面特性を呈してい ること、つまり例えば糸の性質上可能であれば既知のテクスチャード加工処理を 受けた後の特性を呈していることを特徴とする、請求の範囲第１項乃至第９項の いずれか１項に記載の織物構造。 １１）単方向性又は多方向性タイプ、例えば織地、ラップ、フィラメント巻線及 びそれに類するものであることを特徴とする、請求の範囲第１項乃至第１０項の いずれか１項に記載の織物構造。 １２）凹凸形状の糸又はかかる糸と従来の糸との組合せのみで構成されているこ とを特徴とする、請求の範囲第１項乃至第１１項のいずれか１項に記載の織物構 造。 １３）請求の範囲第１項乃至第１２項のいずれか１項に記載の織物構造を少なく とも１つ含む、複合材料用の補強材。 １４）請求の範囲第１項乃至第１２項のいずれか１項に記載の織物構造又はかか る構造と従来の織物構造の組合せのみで構成されていることを特徴とする、請求 の範囲第１３項に記載の補強材。 １５）請求の範囲第１項乃至第１２項のいずれか１項に記載の織物構造及び請求 の範囲第１３項又は第１４項のいずれか１項に記載の補強材の製造のために用い られるものとしての、凹凸形状の技術糸。 １６）例えば熱可塑性材料が予め含浸又は被覆された糸といった、複合材料の製 造を容易にするための構成要素が含まれていることを特徴とする、請求の範囲第 １項乃至第１２項のいずれか１項に記載の織物構造、請求の範囲第１３項及び第 １４項のいずれか１項に記載の補強材及び請求の範囲第１５項に記載の糸。 １７）熱可塑性粉末を添加したことを特徴とする、請求の範囲第１項乃至第１２ 項のいずれか１項に記載の織物構造、請求の範囲第１３項及び第１４項のいずれ か１項に記載の補強材及び請求の範囲第１５項に記載の糸。