JPH08300526A

JPH08300526A - 輸送機器用部材

Info

Publication number: JPH08300526A
Application number: JP7131062A
Authority: JP
Inventors: Akira Nishimura; 明西村; Kiyoshi Honma; 清本間; Ikuo Horibe; 郁夫堀部
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1995-05-01
Filing date: 1995-05-01
Publication date: 1996-11-19

Abstract

(57)【要約】【目的】輸送機器用部材において、特定の強化繊維織
物を用いたＦＲＰを含む部材とすることにより、目標と
する高強度化をはかりつつ軽量化する。【構成】複数層の強化繊維材に樹脂が含浸されてなる
繊維強化プラスチックを含む輸送機器用部材において、
少なくとも１層の強化繊維材が、単糸の糸幅が３〜１６
ｍｍ、糸幅／厚み比が２０以上の扁平な強化繊維糸をた
て糸とよこ糸の少なくとも一方とする強化繊維織物であ
って、前記たて糸とよこ糸の少なくとも一方は織物の状
態で繊維が並行しており、かつ、カバーファクターが９
５〜１００％である扁平糸織物からなることを特徴とす
る輸送機器用部材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、輸送機器用部材に関
し、とくに繊維強化プラスチック（以下、ＦＲＰとも言
う。）を用いた、航空機用部材、自動車用部材、鉄道車
両用部材、物流機器用部材等の輸送機器用部材に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ＦＲＰは、軽量でありながら優れた機械
的特性を有していることから、航空機用部材、自動車用
部材、鉄道車両用部材、物流機器用部材等の輸送機器用
部材において、従来用いられていた軽量合金材や鋼板、
あるいは単なるプラスチックに代わる材料として注目さ
れ始めている。中でも、比弾性率が大きく、かつ、比強
度が大きい炭素繊維を用いた炭素繊維強化プラスチック
（以下、ＣＦＲＰとも言う。）は、高い機械的特性を示
す。

【０００３】ＦＲＰは、通常、複数層の強化繊維材に樹
脂が含浸され、成形されたものに構成されるが、成形
前、成形時の取扱い易さ、型への沿わせ易さ、成形後の
ＦＲＰとして優れた特性が得られること等の面から、強
化繊維材として織物の形態にした強化繊維織物が多用さ
れている。

【０００４】ところで、炭素繊維糸は、通常その繊度が
大きくなる程、プリカーサおよび耐炎化工程や焼成工程
での生産性が向上し、安価に製造することが可能とな
る。

【０００５】しかし、通常の強化繊維織物は、強化繊維
をほぼ円形断面に集束させた強化繊維糸を用いて織物に
しているので、織り込まれた状態においては、たて糸と
よこ糸が交錯する交錯部における強化繊維糸の断面が楕
円形で、織糸が大きくクリンプしている。特に、太い強
化繊維糸を使用した強化繊維織物では、太いよこ糸と太
いたて糸が交錯しているのでこの傾向が大きくなる。

【０００６】このため、強化繊維糸が大きくクリンプし
た強化繊維織物では、繊維密度が不均一となって高強度
特性を充分に発揮できない。また、強化繊維糸が大きく
クリンプしていると、成形されたＦＲＰの表面平滑性も
良くない。さらに、太い強化繊維糸を使用した強化繊維
織物は、一般に、織物目付や厚みが大きくなるため、プ
リプレグやＦＲＰを成形するときの樹脂含浸性が悪くな
る。

【０００７】従って、太い強化繊維糸を製織した強化繊
維織物を用いて得られるＦＲＰやＣＦＲＰは、樹脂中に
存在するボイドが多くなり高い強度特性が期待できな
い。

【０００８】一方、太い強化繊維糸を使用して織物目付
を小さくすると、強化繊維糸間に形成される空隙が大き
くなる。このため、織物目付の小さい強化繊維織物を用
いてＦＲＰやＣＦＲＰを成形すると、強化繊維の体積含
有率が低くなり、強化繊維糸間に形成される空隙部分に
樹脂のボイドが集中的に発生し、高性能な複合材料が得
られなくなるという欠点があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
現状に着目し、とくに輸送機器用部材において、該部材
を特定の強化繊維織物を用いたＦＲＰを含む部材とする
ことにより、目標とする高強度化をはかりつつ軽量化す
ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的に沿う本発明の
輸送機器用部材は、複数層の強化繊維材に樹脂が含浸さ
れてなる繊維強化プラスチックを含む輸送機器用部材に
おいて、少なくとも１層の強化繊維材が、単糸の糸幅が
３〜１６ｍｍ、糸幅／厚み比が２０以上の扁平な強化繊
維糸をたて糸とよこ糸の少なくとも一方とする強化繊維
織物であって、前記たて糸とよこ糸の少なくとも一方は
織物の状態で繊維が並行しており、かつ、カバーファク
ターが９５〜１００％である扁平糸織物からなることを
特徴とするものからなる。

【００１１】上記たて糸とよこ糸の少なくとも一方を、
上記扁平な強化繊維糸を複数積層した形態とすることも
できる。このようにすれば、目付の大きな織物が可能と
なり、より繊維体積含有率の大きなＦＲＰの成形が可能
となる。

【００１２】また、強化繊維糸としては、炭素繊維糸や
ガラス繊維糸、ポリアラミド繊維糸等の各種強化繊維糸
が使用できるが、とくに、高弾性率、高強度の炭素繊維
糸が好ましい。そして、扁平な強化繊維糸は、通常、マ
ルチフィラメント糸の形態とされる。

【００１３】このような扁平な強化繊維糸からなる織物
の織糸には、実質的に撚りがなく繊維が並行しているこ
とが必要である。ここで「実質的に撚りがない」とは、
糸長１ｍ当たりに１ターン以上の撚りがない状態をい
う。つまり、現実的に無撚の状態をいう。織物の状態で
実質的に撚りがないことが必要である。そのためには、
無撚の扁平な強化繊維糸のボビンを横取り解舒させ、解
舒撚りが入らないようにたて糸およびよこ糸供給を行っ
て織物にする。

【００１４】織糸に撚りがあると、その撚りがある部分
で糸幅が狭く収束して分厚くなり、製織された織物の表
面に凹凸が発生する。このため、製織された織物は、外
力が作用した際にその撚り部分に応力が集中し、ＦＲＰ
等に成形した場合に強度特性が不均一となってしまう。

【００１５】扁平な強化繊維糸単糸の糸幅は３〜１６ｍ
ｍの範囲とされる。この範囲の糸幅が製織し易く、糸厚
みとの関係から、最適な扁平状態が得やすい。糸幅／糸
厚み比は、２０以上とされる。２０未満では、１００％
に近いカバーファクターを得ようとすると、織糸のクリ
ンプを極小に抑えることが難しくなる。

【００１６】このような最適な扁平状態の、実質的に撚
りがない織糸からなる強化繊維織物は、織糸の繊度を大
きくしても、各織糸の交錯部におけるクリンプは極めて
小さく抑えられ、ＦＲＰやＣＦＲＰにした際に高い強度
特性が得られる。クリンプが小さいので、ＦＲＰやＣＦ
ＲＰにした際の表面平滑性が良く、所望の輸送機器用部
材の表面形態が容易に得られる。また、織糸の繊度を上
げられることから、織糸、ひいては強化繊維織物は、よ
り安価に製造される。

【００１７】また、クリンプが極めて小さく抑えられる
ので、織物目付を高く設定でき、かつ、織糸の扁平状態
を確保した状態にてカバーファクターを１００％近く
に、つまり、９５〜１００％に設定することが可能とな
る。したがって、ＦＲＰにおいて、繊維含有率を高く設
定できるとともに、織糸間の樹脂リッチな部分を極めて
小さく抑えることができ、高強度でかつ均一な強度特性
を有する複合材料が得られる。

【００１８】さらに、織物の形態で各織糸が扁平な状態
に維持されているから、樹脂の含浸性が極めてよい。し
たがって、一層均一な特性の複合材料が得られ、目標と
する強度特性が容易に得られる。

【００１９】ここで、カバーファクターＣｆ（％）と
は、織糸間に形成される空隙部の大きさに関係する要素
で、織物上に面積Ｓ₁の領域を設定したとき、面積Ｓ₁
内において織糸に形成される空隙部の面積をＳ₂とする
と、次式で定義される値をいう。カバーファクターＣｆ＝［（Ｓ₁−Ｓ₂）／Ｓ₁］×１００

【００２０】本発明の強化繊維織物は、薄い扁平な強化
繊維糸からなるたて糸やよこ糸を用いている。従って、
目抜け度の小さな、すなわちカバーファクターが大きな
織物となる。このようなカバーファクターの大きな強化
繊維織物を用いてＦＲＰを成形すると、均一な成形品が
得られ、樹脂中にボイドが入ったり、応力が集中するよ
うな繊維分布むらが発生しない。

【００２１】なお、上記のような扁平糸自身の作成方法
としては、たとえば、強化繊維糸の製造工程において、
複数の強化繊維からなる繊維束をロール等で所定の幅に
拡げ、扁平な形状にしてそのまま保持するか、あるいは
元に戻らないようにサイジング剤等で形態を保持させれ
ばよい。とくに、扁平形状を良好に保持するためには、
扁平糸に０．１〜１．５重量％程度の小量のサイジング
剤を付着させておくことが好ましい。

【００２２】前記扁平な強化繊維をたて糸およびよこ糸
とする織物とする場合には、織物目付が１００〜３００
ｇ／ｍ²であることが好ましく、とくに、後述の内装材
（例えば、航空機内装材）を本発明に係るＦＲＰで構成
する場合、織物目付が１００〜２００ｇ／ｍ²であるこ
とが好ましい。

【００２３】また、扁平な強化繊維糸をたて糸とよこ糸
の少なくとも一方とする織物であって、該たて糸とよこ
糸の少なくとも一方が、扁平な強化繊維糸が複数積層さ
れてなる織物とする場合には、織物目付が２００〜６０
０ｇ／ｍ²であることが好ましい。扁平な織糸であるた
め、このように複数積層した状態で織成しても、クリン
プは小さく抑えられる。そして、積層により織物の繊維
密度を高めることができる。

【００２４】さらに、補助糸を用いた織物の形態とする
こともできる。補助糸としては、繊度が２，０００デニ
ール以下の細い繊維からなる扁平な織糸を使用すること
が好ましく、さらに好ましくは５０〜６００デニールで
ある。補助糸は、繊度が大きいとクリンプが大きくな
り、また、繊度が小さいと製織や取扱いに際して切断し
易い。この補助糸は、並行する扁平な織糸を一体に保持
することを目的に使用され、炭素繊維やガラス繊維など
の無機繊維、ポリアラミド繊維、ビニロン繊維、ポリエ
ステル繊維などの有機繊維が使用でき、種類に関しては
特に限定はない。

【００２５】ここで、織物の繊維密度とは、次式で定義
される値をいう。織物の繊維密度（ｇ／ｍ³）＝［織物目付（ｇ／
ｍ²）］／［織物厚さ（ｍｍ）］なお、織物目付（ｇ／ｍ²）および織物厚さ（ｍｍ）
は、それぞれＪＩＳＲ７６０２に準拠して測定した値
である。

【００２６】このような強化繊維織物からなる強化繊維
材が複数層積層され、樹脂が含浸されてＦＲＰに成形さ
れる。織物の積層構成としては特に限定されず、一方向
でも交差積層でもよい。

【００２７】強化繊維織物に使用する強化繊維糸が炭素
繊維糸の場合、使用する炭素繊維扁平糸の特性として、
引張弾性率が高く、破壊歪エネルギーが大きく、引張強
度（引張破断強度）が高いことが好ましい。引張弾性率
としては、２０×１０³ｋｇｆ／ｍｍ²以上であること
が好ましく、破壊歪エネルギーとしては、４．０ｍｍ・
ｋｇｆ／ｍｍ³以上であることが好ましい。とくに、高
破壊歪エネルギーとすることにより、成形されるＦＲＰ
の耐貫通衝撃性が向上し、航空機用部材、自動車用部
材、鉄道車両用部材、物流機器用部材等の輸送機器用部
材に用いて好適なものとなる。炭素繊維糸の引張強度と
しては、４５０ｋｇｆ／ｍｍ²以上であることが好まし
く、これによって、成形されるＦＲＰの強度が確保され
る。

【００２８】上記において、引張弾性率はＪＩＳ−Ｒ７
６０１に準拠して測定されるものである。破壊歪エネル
ギー（ｗ）は、ＪＩＳ−Ｒ７６０１に準拠して測定され
た引張強度をσ（ｋｇｆ／ｍｍ²）を、上記引張弾性率
をＥ（ｋｇｆ／ｍｍ²）としたとき、式、ｗ＝σ²／２Ｅで定義されるものである。

【００２９】上述のような強化繊維織物からなる強化繊
維材が複数層積層され、該強化繊維材に樹脂が含浸さ
れ、ＦＲＰからなる輸送機器用部材に成形される。輸送
機器用部材は、このＦＲＰ自身のみから構成されてもよ
く、このＦＲＰを用いた構成、例えば、該ＦＲＰが芯材
の両面に設けられたサンドイッチ構造材に構成されてい
てもよい。サンドイッチ構造材とする場合には、その芯
材には、例えば、発泡体（例えば、発泡プラスチック）
またはハニカム構造体からなる芯材が好ましい。発泡体
としては、例えば、ポリウレタン発泡体が使用でき、ハ
ニカム構造体としては、例えば、ポリアラミドペーパー
およびフェノール樹脂からなるものを使用できる。この
ようなサンドイッチ構造材は、とくに、軽量であること
を要求されつつ、高い耐貫通衝撃性や耐バーンスルー特
性を要求される用途、例えば、航空機の内装材や床材な
どに適しており、また、軽量、高剛性とともに耐貫通衝
撃性や衝撃力吸収性、遮音性などが要求される用途、例
えば、エレベーターケイジやコンテナなどに適してい
る。耐バーンスルー特性等が要求される場合には、芯材
は、不燃性または難燃性であることも必要である。

【００３０】なお、本発明に係るＦＲＰ成形に使用する
マトリクス樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエ
ステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリイミド樹脂、フ
ェノール樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられる。これらの
熱硬化性樹脂は、織物に含浸された状態ではＢステージ
である。また、マトリクス樹脂として、ナイロン樹脂、
ポリエステル樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、
ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ビスマ
レイミド樹脂等の熱可塑性樹脂も使用することができ
る。

【００３１】本発明に係る輸送機器用部材においては、
そのＦＲＰ成形に用いられる強化繊維織物を特定の扁平
糸織物としたので、軽量化は勿論のこと、表面平滑性に
優れ、かつ、機械的特性、とくに耐貫通衝撃性に優れた
部材を実現できる。したがって、このような優れた特性
を有するＦＲＰは、各種の輸送機器用部材、例えば、各
種の航空機用部材、自動車用部材、鉄道車両用部材、物
流機器用部材等の輸送機器用部材に適用できる。

【００３２】

【実施例】以下に、本発明に係る輸送機器用部材につい
て、図面を参照して各々具体的に説明する。図１および
図２は航空機の外観を示しており、図３は機内を示して
いる。本発明に係る輸送機器用部材である航空機用部材
としては、主翼１、尾翼２（水平尾翼２ａ、垂直尾翼２
ｂ）、胴体３、フラップ４、スポイラー５、ラダー６、
主車輪ドア７、フェアリング８などが挙げられ、これら
部材には、積層板構成のＦＲＰが適している。本発明に
係る構成を採ることにより、軽量化、高強度化は勿論の
こと、特に、良好な表面平滑性および高い耐貫通衝撃性
（例えば、鳥等に対する）が得られる。

【００３３】また、床材９や内装材１０には、前述のよ
うなサンドイッチ構造材が適している。これら部材に本
発明に係る構成を採ることにより、良好な表面平滑性、
高い耐貫通衝撃性（例えば、女性のハイヒールの踵等に
対する）および耐バーンスルー特性が得られる。

【００３４】図４および図５は自動車用部材を示してお
り、図４は乗用車、図５はトラック架装を示している。
図４において、本発明に係る輸送機器用部材である自動
車用部材としては、ドアパネル１１、フード１２、ボデ
ィ１３などが挙げられ、これら部材には、積層板のＦＲ
Ｐが適している。図５において、１４はフロアパネル、
１５はリアドアパネル、１６はウィングパネル、１７は
アオリパネルを示しており、これらいずれの部材にも本
発明に係る輸送機器用部材が適用できる。良好で見栄え
の良い表面平滑性、高い耐貫通衝撃性（例えば、飛び石
等に対する）が得られる。

【００３５】図６は、鉄道車両用部材としての車両構体
を示しており、本発明の輸送機器用部材の対象として
は、特に、外板２１ａ、２１ｂ、２１ｃや床板２２、屋
根板２３が挙げられ、これら部材には、積層板のＦＲＰ
が適している。良好な表面平滑性および高い耐貫通衝撃
性が得られる。また、他の部材、例えば、側柱２４ａ、
２４ｂ、腰柱２５、幕柱２６、タル木２７など、さらに
は内装材（図示略）などにも本発明の輸送機器用部材が
適用可能である。

【００３６】図７および図８は物流機器用部材を示して
おり、図７はエレベーターケイジ、図８はコンテナ（例
えば、航空機用コンテナ）を示している。図７におい
て、３１は枠体、３２は床板、３３は天井板、３４は側
板、３５は背板、３６はドアをそれぞれ示しており、こ
れら全ての部材に本発明に係る輸送機器用部材が適用可
能であるが、特に、床板３２、天井板３３、側板３４、
背板３５に好適である。そしてこれら部材には、積層板
の他に前述の如きサンドイッチ構造材が好適であり、良
好な表面平滑性および高い耐衝撃性、耐貫通衝撃性が得
られる。

【００３７】図８において、４１はフレーム、４２は側
板、４３は天板、４４は床板をそれぞれ示しており、こ
れら全ての部材に本発明に係る輸送機器用部材が適用可
能であるが、特に、側板４２、天板４３、床板４４に好
適である。これら部材には、積層板が好適であり、良好
な表面平滑性および高い耐貫通衝撃性が得られる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の輸送機器
用部材によるときは、特定の扁平糸織物を用いて成形し
たＦＲＰを含む構成としたので、軽量化、高強度化を達
成しつつ、特に良好な表面平滑性および高い耐貫通衝撃
性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の輸送機器用部材の適用対象箇所を示す
航空機の斜視図である。

【図２】図１の航空機の下面側を示す斜視図である。

【図３】本発明の輸送機器用部材の適用対象箇所を示す
航空機機内の透視斜視図である。

【図４】本発明の輸送機器用部材の適用対象箇所を示す
自動車の分解斜視図である。

【図５】本発明の輸送機器用部材の適用対象箇所を示す
トラック架装の斜視図である。

【図６】本発明の輸送機器用部材の適用対象箇所を示す
鉄道車両の車両構体の斜視図である。

【図７】本発明の輸送機器用部材の適用対象箇所を示す
エレベーターケイジの斜視図である。

【図８】本発明の輸送機器用部材の適用対象箇所を示す
コンテナの透視斜視図である。

【符号の説明】

１主翼２尾翼２ａ水平尾翼２ｂ垂直尾翼３胴体４フラップ５スポイラー６ラダー７主車輪ドア８フェアリング９床材１０内装材１１ドアパネル１２フード１３ボディ１４フロアパネル１５リアドアパネル１６ウィングパネル１７アオリパネル２１ａ、２１ｂ、２１ｃ外板２２床板２３屋根板２４ａ、２４ｂ側柱２５腰柱２６幕柱２７タル木３１枠体３２床板３３天井板３４側板３５背板３６ドア４１フレーム４２側板４３天板４４床板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数層の強化繊維材に樹脂が含浸されて
なる繊維強化プラスチックを含む輸送機器用部材におい
て、少なくとも１層の強化繊維材が、単糸の糸幅が３〜
１６ｍｍ、糸幅／厚み比が２０以上の扁平な強化繊維糸
をたて糸とよこ糸の少なくとも一方とする強化繊維織物
であって、前記たて糸とよこ糸の少なくとも一方は織物
の状態で繊維が並行しており、かつ、カバーファクター
が９５〜１００％である扁平糸織物からなることを特徴
とする輸送機器用部材。
【請求項２】前記たて糸とよこ糸の少なくとも一方は
前記扁平な強化繊維糸が複数積層されてなる、請求項１
の輸送機器用部材。
【請求項３】前記強化繊維糸が炭素繊維糸からなる、
請求項１または２の輸送機器用部材。
【請求項４】前記炭素繊維糸の引張弾性率が２０×１
０³ｋｇｆ／ｍｍ²以上である、請求項３の輸送機器用
部材。
【請求項５】前記炭素繊維糸の破壊歪みエネルギーが
４．０ｍｍ・ｋｇｆ／ｍｍ³以上である、請求項３また
は４の輸送機器用部材。
【請求項６】前記炭素繊維糸の引張強度が４５０ｋｇ
ｆ／ｍｍ²以上である、請求項３ないし５のいずれかに
記載の輸送機器用部材。
【請求項７】織物目付が１００〜６００ｇ／ｍ²であ
る、請求項３ないし６のいずれかに記載の輸送機器用部
材。
【請求項８】前記繊維強化プラスチックが芯材の両面
に設けられたサンドイッチ構造材に構成されている、請
求項１ないし７のいずれかに記載の輸送機器用部材。
【請求項９】前記芯材が発泡体またはハニカム構造体
からなる、請求項８の輸送機器用部材。
【請求項１０】航空機用部材である、請求項１ないし
９のいずれかに記載の輸送機器用部材。
【請求項１１】前記航空機用部材が、主翼、尾翼、胴
体、床材、内装材、フラップ、スポイラー、ラダー、主
車輪ドアまたはフェアリングである、請求項１０の輸送
機器用部材。
【請求項１２】自動車用部材である、請求項１ないし
９のいずれかに記載の輸送機器用部材。
【請求項１３】鉄道車両用部材である、請求項１ない
し９のいずれかに記載の輸送機器用部材。
【請求項１４】物流機器用部材である、請求項１ない
し９のいずれかに記載の輸送機器用部材。
【請求項１５】前記物流機器用部材がエレベーターケ
イジまたはコンテナである、請求項１４の輸送機器用部
材。