JPH06315989A - 立体多軸強化繊維配向複合材の製造法 - Google Patents
立体多軸強化繊維配向複合材の製造法Info
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- JPH06315989A JPH06315989A JP5106645A JP10664593A JPH06315989A JP H06315989 A JPH06315989 A JP H06315989A JP 5106645 A JP5106645 A JP 5106645A JP 10664593 A JP10664593 A JP 10664593A JP H06315989 A JPH06315989 A JP H06315989A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 立体多軸強化繊維配向複合材の製造法に関す
る。 【構成】 予め繊維束に熱可塑性樹脂を含浸させて作製
したコンポジット・ロッドを、該ロッドが所望の方向に
配向しうるようにコンポジット・ロッド案内孔を有する
コンポジット・ロッド立体配向用治具を用いて所望の立
体多軸強化繊維配向体を製作した後、該配向体の空間部
に新たに繊維束に含浸させたものと同じ熱可塑性樹脂を
注入し、加熱し最終成形する立体多軸強化繊維配向複合
材の製造法。
る。 【構成】 予め繊維束に熱可塑性樹脂を含浸させて作製
したコンポジット・ロッドを、該ロッドが所望の方向に
配向しうるようにコンポジット・ロッド案内孔を有する
コンポジット・ロッド立体配向用治具を用いて所望の立
体多軸強化繊維配向体を製作した後、該配向体の空間部
に新たに繊維束に含浸させたものと同じ熱可塑性樹脂を
注入し、加熱し最終成形する立体多軸強化繊維配向複合
材の製造法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は立体多軸強化繊維配向複
合材の製造法に関する。
合材の製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の複合材強化繊維の配向は２次元積
層材、２次元織物材および直交３軸型までの３次元織物
に関してのみ可能であり、立体的な多軸強化繊維配向の
複合材の製造は不可能であった。
層材、２次元織物材および直交３軸型までの３次元織物
に関してのみ可能であり、立体的な多軸強化繊維配向の
複合材の製造は不可能であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前述したように、従来
の繊維強化型複合材は２次元の積層構造が主流であった
が、近年立体的に繊維を配向した３次元複合材が利用さ
れるようになってきた。しかしながら、現在の３次元複
合材の繊維配向技術は布地の織り技術を応用したもので
あり、したがって製作可能な繊維構成も一軸（図６参
照）、２軸（図７参照）、直交３軸（図８参照）および
直交３軸の応用型（図９参照）に示すような、３軸型ま
での構造に限られ、後述する５軸（図５参照）および６
軸（図２参照）のように３次元複合材としてのメリット
（疑似等方性、高強度等）を有する複雑な形態の立体的
繊維配向を製作することは困難であった。なお、図６〜
図９の１は繊維束を示す。
の繊維強化型複合材は２次元の積層構造が主流であった
が、近年立体的に繊維を配向した３次元複合材が利用さ
れるようになってきた。しかしながら、現在の３次元複
合材の繊維配向技術は布地の織り技術を応用したもので
あり、したがって製作可能な繊維構成も一軸（図６参
照）、２軸（図７参照）、直交３軸（図８参照）および
直交３軸の応用型（図９参照）に示すような、３軸型ま
での構造に限られ、後述する５軸（図５参照）および６
軸（図２参照）のように３次元複合材としてのメリット
（疑似等方性、高強度等）を有する複雑な形態の立体的
繊維配向を製作することは困難であった。なお、図６〜
図９の１は繊維束を示す。
【０００４】本発明は上記技術水準に鑑み、立体多軸強
化繊維配向複合材の製造法を提供しようとするものであ
る。
化繊維配向複合材の製造法を提供しようとするものであ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は予め繊維束に熱
可塑性樹脂を含浸させて作製したコンポジット・ロッド
を、該ロッドが所望の方向に配向しうるようにコンポジ
ット・ロッド案内孔を有するコンポジット・ロッド立体
配向用治具を用いて所望の立体多軸強化繊維配向体を製
作した後、該配向体の空間部に新たに繊維束に含浸させ
たものと同じ熱可塑性樹脂を注入し、加熱し最終成形す
ることを特徴とする立体多軸強化繊維配向複合材の製造
法である。
可塑性樹脂を含浸させて作製したコンポジット・ロッド
を、該ロッドが所望の方向に配向しうるようにコンポジ
ット・ロッド案内孔を有するコンポジット・ロッド立体
配向用治具を用いて所望の立体多軸強化繊維配向体を製
作した後、該配向体の空間部に新たに繊維束に含浸させ
たものと同じ熱可塑性樹脂を注入し、加熱し最終成形す
ることを特徴とする立体多軸強化繊維配向複合材の製造
法である。
【０００６】以下、図１〜図４によって本発明の一実施
態様を説明する。先ず、図１に示すように用いる強化繊
維を束ねた繊維束１に、マトリックスとなる熱可塑性樹
脂２を含浸させ、複合材の強化用として働くコンポジッ
ト・ロッドを成形する。ここでの強化繊維は通常の複合
材でよく用いられている長繊維（例えばカーボンファイ
バーやガラス繊維等）であれば、どのようなものでも使
用できるが、マトリックスとしては後の成形工程の関係
上熱可塑性樹脂２｛例えば、ポリエーテルエーテルケト
ン（ＤＥＥＫ）やポリフェニレンサルファイド（ＰＰ
Ｓ）等｝でなければならない。
態様を説明する。先ず、図１に示すように用いる強化繊
維を束ねた繊維束１に、マトリックスとなる熱可塑性樹
脂２を含浸させ、複合材の強化用として働くコンポジッ
ト・ロッドを成形する。ここでの強化繊維は通常の複合
材でよく用いられている長繊維（例えばカーボンファイ
バーやガラス繊維等）であれば、どのようなものでも使
用できるが、マトリックスとしては後の成形工程の関係
上熱可塑性樹脂２｛例えば、ポリエーテルエーテルケト
ン（ＤＥＥＫ）やポリフェニレンサルファイド（ＰＰ
Ｓ）等｝でなければならない。
【０００７】次に成形したコンポジット・ロッド３によ
り所望の立体多軸強化繊維配向を構成する図２に６軸に
配向したコンポジット・ロッド３の構造を示す。ここで
問題は図２のような繊維配向をいかにして構成するかで
あるが、これに対しては図４に示すような予めロッド３
が配向される方向にコンポジット・ロッド案内孔５を設
けたスチールやアルミニウム製の強化繊維立体配向用治
具６を用いることにより解決できる。この強化繊維立体
配向用治具６は立体多軸強化繊維配向体が形成された
後、解体されて取除かれる。
り所望の立体多軸強化繊維配向を構成する図２に６軸に
配向したコンポジット・ロッド３の構造を示す。ここで
問題は図２のような繊維配向をいかにして構成するかで
あるが、これに対しては図４に示すような予めロッド３
が配向される方向にコンポジット・ロッド案内孔５を設
けたスチールやアルミニウム製の強化繊維立体配向用治
具６を用いることにより解決できる。この強化繊維立体
配向用治具６は立体多軸強化繊維配向体が形成された
後、解体されて取除かれる。
【０００８】次に、図３に示すように、６軸配向に構成
したコンポジット・ロッド３間の空間部４にコンポジッ
ト・ロッド３を成形した時に用いたのと同じ熱可塑性樹
脂２を注入する。
したコンポジット・ロッド３間の空間部４にコンポジッ
ト・ロッド３を成形した時に用いたのと同じ熱可塑性樹
脂２を注入する。
【０００９】最後に、加熱することによりコンポジット
・ロッド３を成形した熱可塑性樹脂２と、新たに注入し
た同樹脂２を融合させ、所望の立体多軸強化繊維配向複
合材に成形する。
・ロッド３を成形した熱可塑性樹脂２と、新たに注入し
た同樹脂２を融合させ、所望の立体多軸強化繊維配向複
合材に成形する。
【００１０】
【作用】コンポジット・ロッドとコンポジット・ロッド
案内孔を設けた強化繊維立体配向用治具を用いることに
より、所望の立体的多軸繊維配向を構成することができ
る。また、マトリックスとして熱可塑性樹脂を採用する
ことで、構成したコンポジット・ロッドの樹脂とロッド
間の空間部に注入した樹脂とを加熱により融合させるこ
とができ、従来はその成形が不可能であった立体多軸強
化繊維複合材を製作することが可能となる。
案内孔を設けた強化繊維立体配向用治具を用いることに
より、所望の立体的多軸繊維配向を構成することができ
る。また、マトリックスとして熱可塑性樹脂を採用する
ことで、構成したコンポジット・ロッドの樹脂とロッド
間の空間部に注入した樹脂とを加熱により融合させるこ
とができ、従来はその成形が不可能であった立体多軸強
化繊維複合材を製作することが可能となる。
【００１１】本発明のコンポジット・ロッドを構成する
繊維と熱可塑性樹脂の組合せは多数あるが、その一例と
しての繊維としてはカーボン、ガラス、アラミド、ボロ
ン、炭化ケイ素などの工業用強化繊維があげられ、熱可
塑性樹脂としてはポリエーテルエーテルケトン、ポリア
リレンサルファイド、ポリアリルエーテル、ポリアミド
イミド、ポリイミドなどの工業用熱可塑性樹脂があげら
れる。
繊維と熱可塑性樹脂の組合せは多数あるが、その一例と
しての繊維としてはカーボン、ガラス、アラミド、ボロ
ン、炭化ケイ素などの工業用強化繊維があげられ、熱可
塑性樹脂としてはポリエーテルエーテルケトン、ポリア
リレンサルファイド、ポリアリルエーテル、ポリアミド
イミド、ポリイミドなどの工業用熱可塑性樹脂があげら
れる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明を実施例によって詳細に説明す
る。 （実施例）図５は前記図４に示した強化繊維立体配向用
治具と類似したセルロイド製治具を使用して立体５軸
（５方向に等密度で独立した繊維が走っている）にコン
ポジット・ロッド３を配向し組み上げた図である。コン
ポジット・ロッド３は繊維束を模擬して炭素棒を使用
し、熱可塑性樹脂を模擬してパラフィンを使用した。図
２の立体６軸配向と同様に異方性の影響の少ない立体複
合材を成形することができる。さらに理論的には７軸、
９軸、１０軸、そして１３軸の配向も可能であり、限り
なく等方性に近い繊維強化複合材料の製作も実施でき
る。
る。 （実施例）図５は前記図４に示した強化繊維立体配向用
治具と類似したセルロイド製治具を使用して立体５軸
（５方向に等密度で独立した繊維が走っている）にコン
ポジット・ロッド３を配向し組み上げた図である。コン
ポジット・ロッド３は繊維束を模擬して炭素棒を使用
し、熱可塑性樹脂を模擬してパラフィンを使用した。図
２の立体６軸配向と同様に異方性の影響の少ない立体複
合材を成形することができる。さらに理論的には７軸、
９軸、１０軸、そして１３軸の配向も可能であり、限り
なく等方性に近い繊維強化複合材料の製作も実施でき
る。
【００１３】上記実施例では各配向軸方向の密度を等し
くし、できるだけ等方性となる繊維構成の立体多軸強化
繊維配向複合材の製造について説明したが、本発明によ
る繊維配向法を用いて任意の方向に任意の材料物性値を
有する高機能な立体多軸強化繊維配向複合材の製造も行
うことができる。これはあらかじめ解析等により各方向
軸に含まれる繊維の含有割合を求め、それに適したコン
ポジット・ロッド３を製造しておくか、あるいは各軸方
向のコンポジット・ロッド３の本数を調整することによ
り可能となる。
くし、できるだけ等方性となる繊維構成の立体多軸強化
繊維配向複合材の製造について説明したが、本発明によ
る繊維配向法を用いて任意の方向に任意の材料物性値を
有する高機能な立体多軸強化繊維配向複合材の製造も行
うことができる。これはあらかじめ解析等により各方向
軸に含まれる繊維の含有割合を求め、それに適したコン
ポジット・ロッド３を製造しておくか、あるいは各軸方
向のコンポジット・ロッド３の本数を調整することによ
り可能となる。
【００１４】また、本発明によれば、数種の繊維からな
るいわゆるハイブリッド型複合材も容易に成形できる。
ハイブリッド型複合材は個々の繊維の固有の特性を組み
合わせて一種類の繊維からだけでは不可能な材料特性を
作りだす材料であり、本発明によれば多種類の繊維束に
よるコンポジット・ロッド３用いることで容易に実現で
きる。
るいわゆるハイブリッド型複合材も容易に成形できる。
ハイブリッド型複合材は個々の繊維の固有の特性を組み
合わせて一種類の繊維からだけでは不可能な材料特性を
作りだす材料であり、本発明によれば多種類の繊維束に
よるコンポジット・ロッド３用いることで容易に実現で
きる。
【００１５】
【発明の効果】本発明によれば立体多軸強化繊維複合材
の成形を可能にしたことから、従来の金属材料のような
等方性を有する（正確には擬似等方性を有する）複合材
料が実現できる。また、本発明では、予め繊維束に熱可
塑性樹脂を含浸させて作ったコンポジット・ロッドを用
いているため、従来の３次元織り物等にみられた繊維の
蛇行が起こりにくく、したがって強度的にも優れた材料
を作り出すことができる。さらに、繊維束と熱可塑性樹
脂との密着性も、従来の予め繊維束を織りあげたプリフ
ォームに樹脂を含浸させる方法より良好であり、加えて
コンポジット・ロッド間の空間部がほゞ均一に存在する
ため、後から注入する熱可塑性樹脂の含浸具合もよく、
したがってボイド等の複合材の成形段階で潜在する欠陥
の少ない高品質な材料を作り出すことができる。
の成形を可能にしたことから、従来の金属材料のような
等方性を有する（正確には擬似等方性を有する）複合材
料が実現できる。また、本発明では、予め繊維束に熱可
塑性樹脂を含浸させて作ったコンポジット・ロッドを用
いているため、従来の３次元織り物等にみられた繊維の
蛇行が起こりにくく、したがって強度的にも優れた材料
を作り出すことができる。さらに、繊維束と熱可塑性樹
脂との密着性も、従来の予め繊維束を織りあげたプリフ
ォームに樹脂を含浸させる方法より良好であり、加えて
コンポジット・ロッド間の空間部がほゞ均一に存在する
ため、後から注入する熱可塑性樹脂の含浸具合もよく、
したがってボイド等の複合材の成形段階で潜在する欠陥
の少ない高品質な材料を作り出すことができる。
【００１６】また勿論、擬似等方性材料だけでなく、任
意の材料特性を異方性をも含めて設計できることや、多
種の強化繊維の混在によるハイブリッド型高機能材料も
容易に実現できる。
意の材料特性を異方性をも含めて設計できることや、多
種の強化繊維の混在によるハイブリッド型高機能材料も
容易に実現できる。
【００１７】従って、本発明により、軽くて強く、また
腐食のない材料として、特に航空機や宇宙機器などの構
造部材として現在よく用いられているアルミニウム合金
製にかわる優れた部材を提供することができる。
腐食のない材料として、特に航空機や宇宙機器などの構
造部材として現在よく用いられているアルミニウム合金
製にかわる優れた部材を提供することができる。
【図１】本発明で使用するコンポジット・ロッドの説明
図。
図。
【図２】本発明の一例の立体６軸のコンポジット・ロッ
ドの配向の説明図。
ドの配向の説明図。
【図３】図２のコンポジット・ロッドの配向の拡大説明
図。
図。
【図４】本発明のコンポジット・ロッドの立体配向治具
の説明図。
の説明図。
【図５】本発明の一実施例の立体５軸のコンポジット・
ロッドの配向の説明図。
ロッドの配向の説明図。
【図６】従来の１軸配向の強化繊維の説明図。
【図７】従来の２軸配向の強化繊維の説明図。
【図８】従来の直向３軸配向の強化繊維の説明図。
【図９】従来の直向３軸応用型配向の強化繊維の説明
図。
図。
Claims (1)
- 【請求項１】 予め繊維束に熱可塑性樹脂を含浸させて
作製したコンポジット・ロッドを、該ロッドが所望の方
向に配向しうるようにコンポジット・ロッド案内孔を有
するコンポジット・ロッド立体配向用治具を用いて所望
の立体多軸強化繊維配向体を製作した後、該配向体の空
間部に新たに繊維束に含浸させたものと同じ熱可塑性樹
脂を注入し、加熱し最終成形することを特徴とする立体
多軸強化繊維配向複合材の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5106645A JPH06315989A (ja) | 1993-05-07 | 1993-05-07 | 立体多軸強化繊維配向複合材の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5106645A JPH06315989A (ja) | 1993-05-07 | 1993-05-07 | 立体多軸強化繊維配向複合材の製造法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06315989A true JPH06315989A (ja) | 1994-11-15 |
Family
ID=14438864
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5106645A Withdrawn JPH06315989A (ja) | 1993-05-07 | 1993-05-07 | 立体多軸強化繊維配向複合材の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06315989A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1193039A (ja) * | 1997-09-11 | 1999-04-06 | Murata Mach Ltd | 組物から複合材料のプリフォームを作成する方法 |
-
1993
- 1993-05-07 JP JP5106645A patent/JPH06315989A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1193039A (ja) * | 1997-09-11 | 1999-04-06 | Murata Mach Ltd | 組物から複合材料のプリフォームを作成する方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000801 |