JPH09300497A - 繊維強化プラスチック製大型柱状体 - Google Patents
繊維強化プラスチック製大型柱状体Info
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- JPH09300497A JPH09300497A JP8121522A JP12152296A JPH09300497A JP H09300497 A JPH09300497 A JP H09300497A JP 8121522 A JP8121522 A JP 8121522A JP 12152296 A JP12152296 A JP 12152296A JP H09300497 A JPH09300497 A JP H09300497A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】FRP製の大型柱状体の圧縮強度を向上させ、
より軽量化で安全性の高い大型柱状体を提供する。 【解決手段】連続である補強繊維と樹脂とからなる繊維
強化プラスチックから構成された隣接する[A]、
[B]、[C]の3層を少なくとも有する繊維強化プラ
スチック製大型柱状体であって、[B]の補強繊維は該
柱状体の長手方向に配列する炭素繊維であり、[A]と
[C]の補強繊維は上記柱状体の長手方向に対し±50
〜±70度に配列する炭素繊維またはガラス繊維である
ことを特徴とする繊維強化プラスチック製大型柱状体。
より軽量化で安全性の高い大型柱状体を提供する。 【解決手段】連続である補強繊維と樹脂とからなる繊維
強化プラスチックから構成された隣接する[A]、
[B]、[C]の3層を少なくとも有する繊維強化プラ
スチック製大型柱状体であって、[B]の補強繊維は該
柱状体の長手方向に配列する炭素繊維であり、[A]と
[C]の補強繊維は上記柱状体の長手方向に対し±50
〜±70度に配列する炭素繊維またはガラス繊維である
ことを特徴とする繊維強化プラスチック製大型柱状体。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、建材、構築物、
航空機、船舶等に使用される一次構造材料となる補強繊
維と樹脂とからなる繊維強化プラスチック(以下FRP
と略す)製の大型柱状体に関する。
航空機、船舶等に使用される一次構造材料となる補強繊
維と樹脂とからなる繊維強化プラスチック(以下FRP
と略す)製の大型柱状体に関する。
【0002】
【従来の技術】レース用ヨットのマストに代表される大
型柱状体には、船艇の高速安定性能、操縦性、安全性を
得るために、軽量で、高剛性かつ高強度であることが要
求される。しかも、空力学的に空気の剥離性がよい等の
必要性から、単なる円断面形状の柱状体では不十分であ
って、楕円断面や風洞実験で選定された特殊流線形状断
面の柱状体が要望される。
型柱状体には、船艇の高速安定性能、操縦性、安全性を
得るために、軽量で、高剛性かつ高強度であることが要
求される。しかも、空力学的に空気の剥離性がよい等の
必要性から、単なる円断面形状の柱状体では不十分であ
って、楕円断面や風洞実験で選定された特殊流線形状断
面の柱状体が要望される。
【0003】また、ポールと一般に称される長尺柱状体
においては、長手方向の重量のバランスをとる必要性か
ら柱状体にはテーパーがつけられることも要望される。
においては、長手方向の重量のバランスをとる必要性か
ら柱状体にはテーパーがつけられることも要望される。
【0004】このような要望を満たす大型柱状体とし
て、近年FRP製のものが注目され、(1)特開昭57
−60989号公報、(2)特開昭59−63289号
公報、(3)特開平4−255306号公報などで提案
されている。
て、近年FRP製のものが注目され、(1)特開昭57
−60989号公報、(2)特開昭59−63289号
公報、(3)特開平4−255306号公報などで提案
されている。
【0005】(1)特開昭57−60989号公報に
は、帆船用マストの船首及び船尾の少なくとも一方に外
側にふくらむように補強部を設けて、マストの剛性を増
強する技術が開示されている。また、該公報には、マス
トのねじり剛性を向上させる目的でマストの軸方向に対
し±20〜±70度方向に配向された層を補強部の内側
に設けた構造が示されている。
は、帆船用マストの船首及び船尾の少なくとも一方に外
側にふくらむように補強部を設けて、マストの剛性を増
強する技術が開示されている。また、該公報には、マス
トのねじり剛性を向上させる目的でマストの軸方向に対
し±20〜±70度方向に配向された層を補強部の内側
に設けた構造が示されている。
【0006】(2)特開昭59−63289号公報に
は、FRP製サーフィン用マストにおいて、ガラス繊維
とガラス繊維よりも高い弾性率を有する補強繊維を有す
る中間層を、ガラス繊維を補強繊維とする層で両側から
挟んだ中空円筒構造が開示されている。
は、FRP製サーフィン用マストにおいて、ガラス繊維
とガラス繊維よりも高い弾性率を有する補強繊維を有す
る中間層を、ガラス繊維を補強繊維とする層で両側から
挟んだ中空円筒構造が開示されている。
【0007】(3)特開平4−255306号公報に
は、炭素繊維とエポキシ樹脂からなる一方向プリプレグ
を積層した2分割一体構造のシェルを長さ方向に接合し
て得られる大型柱状体が開示されている。
は、炭素繊維とエポキシ樹脂からなる一方向プリプレグ
を積層した2分割一体構造のシェルを長さ方向に接合し
て得られる大型柱状体が開示されている。
【0008】一方、FRPは、金属材料とは異なり、引
張強度に比して圧縮強度が低く、このため構造用の大型
柱状体にFRPを使用する場合には、FRPの圧縮強度
をいかに高く発現させるかが軽量化を達成するための鍵
となっている。言い換えれば、圧縮強度が大型柱状体の
重量を決めている場合がほとんどである。
張強度に比して圧縮強度が低く、このため構造用の大型
柱状体にFRPを使用する場合には、FRPの圧縮強度
をいかに高く発現させるかが軽量化を達成するための鍵
となっている。言い換えれば、圧縮強度が大型柱状体の
重量を決めている場合がほとんどである。
【0009】上記した特開(1)〜(3)はいずれも、
軽量でありかつ高性能であるFRP製の大型柱状体に関
するものであにもかかわらず、上記特開(3)のみが、
大型柱状体の圧縮強度を向上させる手段として、繊維配
向度0度層を50%以上にするか、必要に応じ45度層
または90度層を組み合わせて積層すること望ましいこ
とを述べているに過ぎない。
軽量でありかつ高性能であるFRP製の大型柱状体に関
するものであにもかかわらず、上記特開(3)のみが、
大型柱状体の圧縮強度を向上させる手段として、繊維配
向度0度層を50%以上にするか、必要に応じ45度層
または90度層を組み合わせて積層すること望ましいこ
とを述べているに過ぎない。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
したFRP製の大型柱状体の圧縮強度を向上させ、より
軽量化で安全性の高い大型柱状体を提供することにあ
る。
したFRP製の大型柱状体の圧縮強度を向上させ、より
軽量化で安全性の高い大型柱状体を提供することにあ
る。
【0011】
【課題を解決するための手段】この目的に沿う本発明の
繊維強化プラスチック製大型柱状体は、連続である補強
繊維と樹脂とからなる繊維強化プラスチックから構成さ
れた隣接する[A]、[B]、[C]の3層を少なくと
も有する繊維強化プラスチック製大型柱状体であって、
[B]の補強繊維は該柱状体の長手方向に配列する炭素
繊維であり、[A]と[C]の補強繊維は上記柱状体の
長手方向に対し±50〜±70度に配列する炭素繊維ま
たはガラス繊維であることを特徴とする。
繊維強化プラスチック製大型柱状体は、連続である補強
繊維と樹脂とからなる繊維強化プラスチックから構成さ
れた隣接する[A]、[B]、[C]の3層を少なくと
も有する繊維強化プラスチック製大型柱状体であって、
[B]の補強繊維は該柱状体の長手方向に配列する炭素
繊維であり、[A]と[C]の補強繊維は上記柱状体の
長手方向に対し±50〜±70度に配列する炭素繊維ま
たはガラス繊維であることを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明の大型柱状体を、図1に示
す一実施形態により説明する。
す一実施形態により説明する。
【0013】図1は、本発明にかかる繊維強化プラスチ
ック製大型柱状体の一実施態様を示す概略図である。
ック製大型柱状体の一実施態様を示す概略図である。
【0014】大型柱状体1は、連続である補強繊維と樹
脂とからなる繊維強化プラスチックから構成された、隣
接する符号2で示す[A]層、符号3で示す[B]層、
符号4で示す[C]層の3層を少なくとも有し、かつ、
[B]の補強繊維は柱状体の長手(軸)方向に配列する
炭素繊維であり、[A]と[C]の補強繊維は柱状体の
長手方向に対し±50〜±70度に配列している炭素繊
維またはガラス繊維である。
脂とからなる繊維強化プラスチックから構成された、隣
接する符号2で示す[A]層、符号3で示す[B]層、
符号4で示す[C]層の3層を少なくとも有し、かつ、
[B]の補強繊維は柱状体の長手(軸)方向に配列する
炭素繊維であり、[A]と[C]の補強繊維は柱状体の
長手方向に対し±50〜±70度に配列している炭素繊
維またはガラス繊維である。
【0015】本発明にかかる大型柱状体は、ヨットのマ
ストに代表されるような、通常、長さが2m〜20m程
度、太さ(断面の最大外接円の直径)が30mm〜50
0mm程度の筒状体のものであることが好ましい。
ストに代表されるような、通常、長さが2m〜20m程
度、太さ(断面の最大外接円の直径)が30mm〜50
0mm程度の筒状体のものであることが好ましい。
【0016】柱状体断面の形状は円形、楕円形、おむす
び形、卵形、流線翼形など多様であり、他の部品接続の
ための孔やくびれ部を有することもある。また、断面が
中空状のものであることが好ましい。
び形、卵形、流線翼形など多様であり、他の部品接続の
ための孔やくびれ部を有することもある。また、断面が
中空状のものであることが好ましい。
【0017】まず、[B]層は大型柱状体を軽量にする
ため、補強繊維は連続である炭素繊維よりなる。
ため、補強繊維は連続である炭素繊維よりなる。
【0018】一般に、炭素繊維にはポリアクリルニトリ
ルを原料とするPAN系炭素繊維とピッチ系の炭素繊維
が主として用いられるが、本発明にかかる炭素繊維は、
PAN系、ピッチ系のいずれでもよく、弾性率が200
GPa以上700GPa以下、強度1GPa以上、10
GPa以下のものであることが好ましい。また、連続繊
維は、通常、繊維長さが1m以上の長繊維のものであ
る。
ルを原料とするPAN系炭素繊維とピッチ系の炭素繊維
が主として用いられるが、本発明にかかる炭素繊維は、
PAN系、ピッチ系のいずれでもよく、弾性率が200
GPa以上700GPa以下、強度1GPa以上、10
GPa以下のものであることが好ましい。また、連続繊
維は、通常、繊維長さが1m以上の長繊維のものであ
る。
【0019】樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ビ
ニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノー
ル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂などの熱硬
化性樹脂、あるいは、ポリエチレン樹脂、ナイロン樹
脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂、ABS樹
脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリアセタール
樹脂、ポリカーボネート等の樹脂などの熱可塑性樹脂な
どが使用できる。柱状体の圧縮強度を高くするという点
では、これら樹脂の中で弾性率が3GPa以上のものが
好ましい。ここで、樹脂弾性率は、例えばJIS K−
7113によって測定されるものである。
ニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノー
ル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂などの熱硬
化性樹脂、あるいは、ポリエチレン樹脂、ナイロン樹
脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂、ABS樹
脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリアセタール
樹脂、ポリカーボネート等の樹脂などの熱可塑性樹脂な
どが使用できる。柱状体の圧縮強度を高くするという点
では、これら樹脂の中で弾性率が3GPa以上のものが
好ましい。ここで、樹脂弾性率は、例えばJIS K−
7113によって測定されるものである。
【0020】また、大型長尺柱状体が帆船やヨット用の
マストなどの海水と接触する場合には、耐食性に優れる
ビニルエステルやポリエステル、あるいはこれらを主成
分とする樹脂が好ましい。
マストなどの海水と接触する場合には、耐食性に優れる
ビニルエステルやポリエステル、あるいはこれらを主成
分とする樹脂が好ましい。
【0021】上記樹脂中に占める補強炭素繊維の重量含
有率は、樹脂中での補強繊維の強度・弾性率の発現率を
高めるという観点から、45%〜85%であることが好
ましい。これは、45%未満であると樹脂が多すぎて軽
量化効果が小さく、85%を超えると樹脂が繊維の回り
に十分いきわたらず、繊維間の応力伝達が不良となるか
らである。さらに、成形のし易さという観点からは、樹
脂中に占める補強炭素繊維の重量含有率は、55%〜7
5%であるとより好ましい。
有率は、樹脂中での補強繊維の強度・弾性率の発現率を
高めるという観点から、45%〜85%であることが好
ましい。これは、45%未満であると樹脂が多すぎて軽
量化効果が小さく、85%を超えると樹脂が繊維の回り
に十分いきわたらず、繊維間の応力伝達が不良となるか
らである。さらに、成形のし易さという観点からは、樹
脂中に占める補強炭素繊維の重量含有率は、55%〜7
5%であるとより好ましい。
【0022】また、炭素繊維には、樹脂との接着が良好
となるように表面処理及びサイジング剤が施されている
ことが好ましい。
となるように表面処理及びサイジング剤が施されている
ことが好ましい。
【0023】[B]層を構成する連続である炭素繊維の
配列は、理想的には柱状体の長手(軸)方向であること
が好ましいが、現実的には柱状体軸方向に対して±5度
以内であれば差し支えない。
配列は、理想的には柱状体の長手(軸)方向であること
が好ましいが、現実的には柱状体軸方向に対して±5度
以内であれば差し支えない。
【0024】大型柱状体が帆船やヨット用のマストの場
合には、操縦性を高めるために柱状体の剛性を確保する
必要があるので、上記[B]層の炭素繊維としては弾性
率が350GPa以上の炭素繊維が好ましい。
合には、操縦性を高めるために柱状体の剛性を確保する
必要があるので、上記[B]層の炭素繊維としては弾性
率が350GPa以上の炭素繊維が好ましい。
【0025】また、[B]の位置は柱状体の外層に近い
ほど柱状体の曲げ剛性は増す。また、さらに大きな曲げ
剛性の向上を必要とする場合には、柱状体の断面形状を
空力抵抗特性等を低下させない範囲で変更してもよく、
たとえば、具体的には、肉厚を増やして剛性を必要とす
る軸回りの断面2次モーメントを大きくするなどしても
よいし、特開昭57−60989号公報にあるように突
起状の補強部を設けても差し支えない。
ほど柱状体の曲げ剛性は増す。また、さらに大きな曲げ
剛性の向上を必要とする場合には、柱状体の断面形状を
空力抵抗特性等を低下させない範囲で変更してもよく、
たとえば、具体的には、肉厚を増やして剛性を必要とす
る軸回りの断面2次モーメントを大きくするなどしても
よいし、特開昭57−60989号公報にあるように突
起状の補強部を設けても差し支えない。
【0026】さて、上記[B]層3の内側(内周側)お
よび外側(外周側)には、[B]層3に隣接して[A]
層2および[C]層4をそれぞれ存在させることが重要
である。
よび外側(外周側)には、[B]層3に隣接して[A]
層2および[C]層4をそれぞれ存在させることが重要
である。
【0027】[A]及び[C]層は連続である炭素繊維
またはガラス繊維からなるが、繊維は柱状体の軸に対し
て±50〜±70度の方向に配列させている。これは
[B]層を両側から支持して[B]層の圧縮強度を高く
するためであり、±50度未満であると[B]層との間
で剥離が生じ、±70度より大きいと支持のための層の
厚みを大きくする必要が生じて柱状体の重量が大きくな
るからである。最も好ましい配列角は±55〜±65度
である。
またはガラス繊維からなるが、繊維は柱状体の軸に対し
て±50〜±70度の方向に配列させている。これは
[B]層を両側から支持して[B]層の圧縮強度を高く
するためであり、±50度未満であると[B]層との間
で剥離が生じ、±70度より大きいと支持のための層の
厚みを大きくする必要が生じて柱状体の重量が大きくな
るからである。最も好ましい配列角は±55〜±65度
である。
【0028】なお、特開昭57−60989号公報に
は、マスト用円筒の船首または船尾方向にふくらむよう
に設けた補強部の内側に、ねじり剛性を向上させる目的
で、±20〜±70度方向に配向された繊維を有する層
を形成する技術が開示されているが、本発明において
は、補強部の存在は必ずしも必要ではなく、かつ、±5
0〜±70度の方向に連続繊維が配列している層を0度
層の内側と外側に存在させるものであり、これによっ
て、0度層の圧縮強度の向上、さらには大型柱状体の圧
縮強度の向上をはかったものである。
は、マスト用円筒の船首または船尾方向にふくらむよう
に設けた補強部の内側に、ねじり剛性を向上させる目的
で、±20〜±70度方向に配向された繊維を有する層
を形成する技術が開示されているが、本発明において
は、補強部の存在は必ずしも必要ではなく、かつ、±5
0〜±70度の方向に連続繊維が配列している層を0度
層の内側と外側に存在させるものであり、これによっ
て、0度層の圧縮強度の向上、さらには大型柱状体の圧
縮強度の向上をはかったものである。
【0029】本発明においては、[B]層と[A]層と
の厚み比[B]:[A]、および[B]層と[C]層の
厚み比[B]:[C]は、1:0.05〜1:0.4の
範囲内であることが好ましい。1:0.05未満である
と上記した[B]層の支持効果が顕著でなくなり、ま
た、1:0.4を超えると支持効果は十分とはなるもの
の重量増となり柱状体の軽量化が顕著でなくなるからで
ある。支持効果と軽量化効果をよりバランスさせるとい
う観点からは、[B]:[A]及び[B]:[C]は、
1:0.1〜1:0.3であることがより好ましい。勿
論、[A]と[C]の厚みは同じである必要はないが、
対称性をもたせるという点からほぼ同じにすることがよ
り好ましい。
の厚み比[B]:[A]、および[B]層と[C]層の
厚み比[B]:[C]は、1:0.05〜1:0.4の
範囲内であることが好ましい。1:0.05未満である
と上記した[B]層の支持効果が顕著でなくなり、ま
た、1:0.4を超えると支持効果は十分とはなるもの
の重量増となり柱状体の軽量化が顕著でなくなるからで
ある。支持効果と軽量化効果をよりバランスさせるとい
う観点からは、[B]:[A]及び[B]:[C]は、
1:0.1〜1:0.3であることがより好ましい。勿
論、[A]と[C]の厚みは同じである必要はないが、
対称性をもたせるという点からほぼ同じにすることがよ
り好ましい。
【0030】厚みは任意の5ケ所の層厚みをノギス等で
1/10mmまで測定した平均値で決める。
1/10mmまで測定した平均値で決める。
【0031】また、[A]または[C]は、層内におい
て、+方向と−方向に同量の繊維が配列した2方向配列
層となっているとより一層好ましい。より具体的には、
[A]または[C]層は+θ1(50度≦θ1≦70
度)に配列するプリプレグシートと−θ2(50度≦θ
2≦70度)に配列するプリプレグシートをそれぞれ1
枚以上積層した層、あるいは、FWによって同時形成さ
れる±θ(50度≦θ≦70度)層、あるいは2方向
(±50〜±70度の方向)に配列した織物であること
が好ましい。
て、+方向と−方向に同量の繊維が配列した2方向配列
層となっているとより一層好ましい。より具体的には、
[A]または[C]層は+θ1(50度≦θ1≦70
度)に配列するプリプレグシートと−θ2(50度≦θ
2≦70度)に配列するプリプレグシートをそれぞれ1
枚以上積層した層、あるいは、FWによって同時形成さ
れる±θ(50度≦θ≦70度)層、あるいは2方向
(±50〜±70度の方向)に配列した織物であること
が好ましい。
【0032】従って、厳密には[A]層と[C]層の概
念は、連続する補強繊維が±50度〜±70度の範囲内
で規則的あるいは非規則的に配列した単層あるいは複数
層からなる層(部分)といえる。
念は、連続する補強繊維が±50度〜±70度の範囲内
で規則的あるいは非規則的に配列した単層あるいは複数
層からなる層(部分)といえる。
【0033】大型柱状体が帆船やヨット用のマストの場
合には、柱状体のねじり剛性を高める効果を[A]また
は[C]層に持たせるという目的で、配列角度を±50
〜±55度にすることが有効である。また、[A]層ま
たは[C]層の厚み比を小さくして、例えば±45度層
を[A]または[C]層に隣接して設けて柱状体のねじ
り剛性を高くするとより好ましい。
合には、柱状体のねじり剛性を高める効果を[A]また
は[C]層に持たせるという目的で、配列角度を±50
〜±55度にすることが有効である。また、[A]層ま
たは[C]層の厚み比を小さくして、例えば±45度層
を[A]または[C]層に隣接して設けて柱状体のねじ
り剛性を高くするとより好ましい。
【0034】[A]及び[C]を構成する補強繊維は炭
素繊維又はガラス繊維であるが、炭素繊維の場合は、上
記した[B]と同様のPAN系あるいはピッチ系炭素繊
維が好ましく、大型柱状体の場合には300GPa以上
の弾性率を有する炭素繊維が柱状体のねじり剛性を高め
るという点でより好ましい。
素繊維又はガラス繊維であるが、炭素繊維の場合は、上
記した[B]と同様のPAN系あるいはピッチ系炭素繊
維が好ましく、大型柱状体の場合には300GPa以上
の弾性率を有する炭素繊維が柱状体のねじり剛性を高め
るという点でより好ましい。
【0035】また、ガラス繊維としては、酸化珪素Si
O2 を主成分とするいわゆるEガラス、Cガラス、Sガ
ラスなどの繊維状ガラスが好ましく用いられ、繊維径は
5〜20μm程度のものであることが好ましい。また、
本発明においては、汎用性の高いEガラスまたは強度の
高いSガラスとすることが好ましい。またガラス繊維に
は、炭素繊維同様、樹脂と相性のよい表面処理あるいは
サイジング剤が付与されていることが望ましい。
O2 を主成分とするいわゆるEガラス、Cガラス、Sガ
ラスなどの繊維状ガラスが好ましく用いられ、繊維径は
5〜20μm程度のものであることが好ましい。また、
本発明においては、汎用性の高いEガラスまたは強度の
高いSガラスとすることが好ましい。またガラス繊維に
は、炭素繊維同様、樹脂と相性のよい表面処理あるいは
サイジング剤が付与されていることが望ましい。
【0036】特開昭59−63289号公報には、内外
両面層をガラス繊維で、中間層をガラス繊維と炭素繊維
などのガラス繊維よりも弾性率の高い繊維を組み合わせ
て強化してなるサーフィン用マストが示されている。す
なわち、該公報においては、中間層にあたる部分にガラ
ス繊維が含まれており、また、中間層の配列は8〜30
度であるので、柱状体の圧縮強度の向上は十分ではな
い。また、該公報の中間層を挟むガラス繊維は、マスト
の曲げ剛性を炭素繊維を使用した場合よりも低くする目
的で使用しているが、本発明のA層およびC層は、中間
層であるB層の圧縮強度を向上させる目的で使用したも
のである。
両面層をガラス繊維で、中間層をガラス繊維と炭素繊維
などのガラス繊維よりも弾性率の高い繊維を組み合わせ
て強化してなるサーフィン用マストが示されている。す
なわち、該公報においては、中間層にあたる部分にガラ
ス繊維が含まれており、また、中間層の配列は8〜30
度であるので、柱状体の圧縮強度の向上は十分ではな
い。また、該公報の中間層を挟むガラス繊維は、マスト
の曲げ剛性を炭素繊維を使用した場合よりも低くする目
的で使用しているが、本発明のA層およびC層は、中間
層であるB層の圧縮強度を向上させる目的で使用したも
のである。
【0037】また、特開平4−255306号公報に
は、高性能炭素繊維とエポキシ樹脂からなる繊維体積内
含有率が50〜70%、繊維配向度合0度層が50%以
上の一方向引き揃えプリプレグを外型にて縦方向に一体
となるよう積層し、成形した2分割一対のシェルを長さ
方向に接合して得られる大型柱状体が示されているが、
本発明では、上記特開のように2分割一体である必要は
ない。逆に2分割とすることにより、繊維が切断され、
柱状体の圧縮強度は著しく低下してしまうので好ましく
ない。また、該公報には、2分割とすることにより著し
く低下すると考えられるが、圧縮強度を高める方法とし
て、0度層を45度層または90度層と組み合わせて使
用することが示されているが、本発明においても、配向
±50〜±70度の範囲の[A]層、[C]層に加え
て、45度層をねじり剛性増強のために使用したり、9
0度層を柱状体径方向の強度・剛性向上の目的で使用す
ることは差し支えない。
は、高性能炭素繊維とエポキシ樹脂からなる繊維体積内
含有率が50〜70%、繊維配向度合0度層が50%以
上の一方向引き揃えプリプレグを外型にて縦方向に一体
となるよう積層し、成形した2分割一対のシェルを長さ
方向に接合して得られる大型柱状体が示されているが、
本発明では、上記特開のように2分割一体である必要は
ない。逆に2分割とすることにより、繊維が切断され、
柱状体の圧縮強度は著しく低下してしまうので好ましく
ない。また、該公報には、2分割とすることにより著し
く低下すると考えられるが、圧縮強度を高める方法とし
て、0度層を45度層または90度層と組み合わせて使
用することが示されているが、本発明においても、配向
±50〜±70度の範囲の[A]層、[C]層に加え
て、45度層をねじり剛性増強のために使用したり、9
0度層を柱状体径方向の強度・剛性向上の目的で使用す
ることは差し支えない。
【0038】以上、本発明を帆船用あるいはヨット用マ
ストを中心に述べたが、本発明の効果が発揮できる部材
としては、これら以外に建材、構築物、航空機、などに
使用される一次構造材が挙げられる。
ストを中心に述べたが、本発明の効果が発揮できる部材
としては、これら以外に建材、構築物、航空機、などに
使用される一次構造材が挙げられる。
【0039】本発明の大型柱状体の成形法としては、公
知のあらゆる成形法が利用できる。例えば、フィラメン
トワインド法(FW)、シートワインド法、シートレイ
アップ法、シートラップ法、テープワインド法、テープ
ラッピング法、ハンドレイアップ法、シートモールディ
ング法(SMC)、スタンピング成形法、レジンインジ
ェクション法、引き抜き成形法、プルワインド法等であ
る。なお、大型柱状体の成形において、[A]、
[B]、[C]層を同時に一体成形することが好ましい
が、厚物の場合には多段階(逐次)成形してもかまわな
いし、別々に成形してから接着接合しても差し支えな
い。
知のあらゆる成形法が利用できる。例えば、フィラメン
トワインド法(FW)、シートワインド法、シートレイ
アップ法、シートラップ法、テープワインド法、テープ
ラッピング法、ハンドレイアップ法、シートモールディ
ング法(SMC)、スタンピング成形法、レジンインジ
ェクション法、引き抜き成形法、プルワインド法等であ
る。なお、大型柱状体の成形において、[A]、
[B]、[C]層を同時に一体成形することが好ましい
が、厚物の場合には多段階(逐次)成形してもかまわな
いし、別々に成形してから接着接合しても差し支えな
い。
【0040】
実施例1 直径70mmのスチール製マンドレルに東レ(株)製の
炭素繊維T700S(伸度2.0%、弾性率230GP
a、糸径7μm)が一方向に配列したエポキシ樹脂プリ
プレグ(厚さ145μm、繊維目付=150g/m2 )
をマンドレル側より60度方向、−60度方向、0度方
向に12枚、−60度方向、60度方向に(合計16
枚)巻き付けて、オーブン中にて最高温度130度で2
時間かけて硬化させて積層構成が[60/−60/012
/−60/60]なる肉厚2.32mmの大型柱状体を
得た。0度層と±60度層(片側)の比率は0.17で
あった。
炭素繊維T700S(伸度2.0%、弾性率230GP
a、糸径7μm)が一方向に配列したエポキシ樹脂プリ
プレグ(厚さ145μm、繊維目付=150g/m2 )
をマンドレル側より60度方向、−60度方向、0度方
向に12枚、−60度方向、60度方向に(合計16
枚)巻き付けて、オーブン中にて最高温度130度で2
時間かけて硬化させて積層構成が[60/−60/012
/−60/60]なる肉厚2.32mmの大型柱状体を
得た。0度層と±60度層(片側)の比率は0.17で
あった。
【0041】この柱状体の両端をスチール製の円管に接
着剤で固着して、ゲージ長200mmで圧縮試験したと
ころ、圧縮荷重は表1の通りであった。
着剤で固着して、ゲージ長200mmで圧縮試験したと
ころ、圧縮荷重は表1の通りであった。
【0042】実施例2 実施例1における60度層を50度層、−60度層を−
50度層とした以外は実施例1と全く同様にして、柱状
体を得た。また、実施例1と同様に圧縮試験した結果は
表1の通りであった。
50度層とした以外は実施例1と全く同様にして、柱状
体を得た。また、実施例1と同様に圧縮試験した結果は
表1の通りであった。
【0043】実施例3 実施例1における60度層を70度層、−60度層を−
70度層とした以外は実施例1と全く同様にして、柱状
体を得た。また、実施例1と同様に圧縮試験した結果は
表1の通りであった。
70度層とした以外は実施例1と全く同様にして、柱状
体を得た。また、実施例1と同様に圧縮試験した結果は
表1の通りであった。
【0044】実施例4 実施例1において、60度層と−60度層の積層枚数を
それぞれ4枚として積層構成が[(60)2 /(−6
0)2 /012/(−60)2 /(60)2 ]とした以外
は実施例1と同様にして肉厚2.90mmの大型柱状体
を得た。また、これを実施例1と同様に圧縮試験した結
果は表1の通りであった。
それぞれ4枚として積層構成が[(60)2 /(−6
0)2 /012/(−60)2 /(60)2 ]とした以外
は実施例1と同様にして肉厚2.90mmの大型柱状体
を得た。また、これを実施例1と同様に圧縮試験した結
果は表1の通りであった。
【0045】実施例5 実施例1において、60度層と−60度層の積層枚数を
それぞれ1枚と3枚として積層構成が[60/(−6
0)3 /012/(−60)3 /60]とした以外は実施
例1と同様にして肉厚2.90mmの大型柱状体を得
た。また、これを実施例1と同様に圧縮試験した結果は
表1の通りであった。
それぞれ1枚と3枚として積層構成が[60/(−6
0)3 /012/(−60)3 /60]とした以外は実施
例1と同様にして肉厚2.90mmの大型柱状体を得
た。また、これを実施例1と同様に圧縮試験した結果は
表1の通りであった。
【0046】実施例6 実施例4において、60度層と−60度層のプリプレグ
を、厚さ25μm、繊維目付=25g/m2 のものとし
た以外は実施例1と同様にして肉厚1.94mmの大型
柱状体を得た。また、これを実施例1と同様に圧縮試験
した結果は表1の通りであった。
を、厚さ25μm、繊維目付=25g/m2 のものとし
た以外は実施例1と同様にして肉厚1.94mmの大型
柱状体を得た。また、これを実施例1と同様に圧縮試験
した結果は表1の通りであった。
【0047】実施例7 実施例1において、[C]層に相当する60度層と−6
0度層を、厚さ25μm、繊維目付=25g/m2 のプ
リプレグ各2枚で構成した以外は実施例1と同様にして
肉厚2.08mmの大型柱状体を得た。また、これを実
施例1と同様に圧縮試験した結果は表1の通りであっ
た。
0度層を、厚さ25μm、繊維目付=25g/m2 のプ
リプレグ各2枚で構成した以外は実施例1と同様にして
肉厚2.08mmの大型柱状体を得た。また、これを実
施例1と同様に圧縮試験した結果は表1の通りであっ
た。
【0048】比較例1 実施例6における60度層を45度層、−60度層を−
45度層とした以外は実施例6と全く同様にして、柱状
体を得た。また、実施例6と同様に圧縮試験した結果は
表1の通りであった。
45度層とした以外は実施例6と全く同様にして、柱状
体を得た。また、実施例6と同様に圧縮試験した結果は
表1の通りであった。
【0049】比較例2 実施例6における60度層を85度層、−60度層を−
85度層とした以外は実施例6と全く同様にして、柱状
体を得た。また、実施例6と同様に圧縮試験した結果は
表1の通りであった。
85度層とした以外は実施例6と全く同様にして、柱状
体を得た。また、実施例6と同様に圧縮試験した結果は
表1の通りであった。
【0050】実施例8 実施例1において、マンドレルの径を40mmとした他
は実施例1と同様にして肉厚1.94mmの大型柱状体
を得た。また、これをゲージ長を150mmとして実施
例1と同様に圧縮試験した結果は表2の通りであった。
は実施例1と同様にして肉厚1.94mmの大型柱状体
を得た。また、これをゲージ長を150mmとして実施
例1と同様に圧縮試験した結果は表2の通りであった。
【0051】比較例3 実施例8において、60度層を85度層、−60度層を
−85度層とした以外は実施例8と同様にして肉厚1.
94mmの大型柱状体を得た。また、これを実施例8と
同様に圧縮試験した結果は表2の通りであった。
−85度層とした以外は実施例8と同様にして肉厚1.
94mmの大型柱状体を得た。また、これを実施例8と
同様に圧縮試験した結果は表2の通りであった。
【0052】実施例9 直径70mmのスチール製マンドレルに東レ((株))
製の炭素繊維T700S(伸度2.0%、弾性率230
GPa、糸径7μm)の繊維束(フィラメント数=12
000本)にフェノール樹脂を含浸させてフィラメント
ワインド法にて[±60/±3/±60]なる構成に捲
回し、130℃のオーブン中で硬化させて、肉厚2.3
2mmの大型柱状体を得た。0度層と±60度層(片
側)の比率は0.15であった。
製の炭素繊維T700S(伸度2.0%、弾性率230
GPa、糸径7μm)の繊維束(フィラメント数=12
000本)にフェノール樹脂を含浸させてフィラメント
ワインド法にて[±60/±3/±60]なる構成に捲
回し、130℃のオーブン中で硬化させて、肉厚2.3
2mmの大型柱状体を得た。0度層と±60度層(片
側)の比率は0.15であった。
【0053】この柱状体の両端をスチール製の円管に接
着剤で固着して、ゲージ長200mm圧縮試験したとこ
ろ、圧縮強度は表3の通りであった。
着剤で固着して、ゲージ長200mm圧縮試験したとこ
ろ、圧縮強度は表3の通りであった。
【0054】実施例10 実施例9において、±60度層をガラス繊維(弾性率7
0GPa、糸径13μm)束(フィラメント数=690
0本)で形成した以外は実施例9と同様にして肉厚2.
46mmの大型柱状体を得た。また、これを実施例9と
同様に圧縮試験した結果は表3の通りであった。
0GPa、糸径13μm)束(フィラメント数=690
0本)で形成した以外は実施例9と同様にして肉厚2.
46mmの大型柱状体を得た。また、これを実施例9と
同様に圧縮試験した結果は表3の通りであった。
【0055】比較例4 実施例9において、±60度層を±88度層とした以外
は実施例9と同様にして肉厚2.32mmの大型柱状体
を得た。また、これを実施例9と同様に圧縮試験した結
果は表3の通りであった。
は実施例9と同様にして肉厚2.32mmの大型柱状体
を得た。また、これを実施例9と同様に圧縮試験した結
果は表3の通りであった。
【0056】
【表1】
【表2】
【表3】
【0057】
【発明の効果】以上説明したように、本発明におけるF
RP大型柱状体は、連続である補強繊維と樹脂とからな
る繊維強化プラスチックから構成された隣接する
[A]、[B]、[C]の3層を少なくとも有する繊維
強化プラスチック製大型柱状体であって、[B]の補強
繊維は該柱状体の長手方向に配列する炭素繊維であり、
[A]と[C]の補強繊維は上記柱状体の長手方向に対
し±50〜±70度に配列する炭素繊維またはガラス繊
維であることを特徴とすることにより、圧縮強度が高
く、従って従来の大型柱状体よりもさらに軽量とするこ
とができる。
RP大型柱状体は、連続である補強繊維と樹脂とからな
る繊維強化プラスチックから構成された隣接する
[A]、[B]、[C]の3層を少なくとも有する繊維
強化プラスチック製大型柱状体であって、[B]の補強
繊維は該柱状体の長手方向に配列する炭素繊維であり、
[A]と[C]の補強繊維は上記柱状体の長手方向に対
し±50〜±70度に配列する炭素繊維またはガラス繊
維であることを特徴とすることにより、圧縮強度が高
く、従って従来の大型柱状体よりもさらに軽量とするこ
とができる。
【図1】本発明にかかる繊維強化プラスチック製大型柱
状体の一実施態様を示す概略図である。
状体の一実施態様を示す概略図である。
1:大型柱状体 2:[A]層 3:[B]層 4:[C]層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B32B 17/04 B29C 67/14 R B63B 15/02 C // B29K 105:06 307:04 309:08
Claims (5)
- 【請求項1】連続である補強繊維と樹脂とからなる繊維
強化プラスチックから構成された隣接する[A]、
[B]、[C]の3層を少なくとも有する繊維強化プラ
スチック製大型柱状体であって、[B]の補強繊維は該
柱状体の長手方向に配列する炭素繊維であり、[A]と
[C]の補強繊維は上記柱状体の長手方向に対し±50
〜±70度に配列する炭素繊維またはガラス繊維である
ことを特徴とする繊維強化プラスチック製大型柱状体。 - 【請求項2】[A]層と[B]層の厚み比([B]:
[A])、および[C]層と[B]層の厚み比
([B]:[C])がともに1:0.05〜1:0.4
の範囲内であることを特徴とする請求項1に記載の繊維
強化プラスチック製大型柱状体。 - 【請求項3】柱状体がヨットまたは帆船用マストである
ことを特徴とする請求項1または2記載の繊維強化プラ
スチック製大型柱状体。 - 【請求項4】[B]の炭素繊維の弾性率が350GPa
以上であり、[A]および[C]の補強繊維が弾性率3
00GPa以上の炭素繊維であることを特徴とする請求
項1〜3のいずれかに記載の繊維強化プラスチック製大
型柱状体。 - 【請求項5】断面が中空状であることを特徴とする請求
項1〜4のいずれかに記載の繊維強化プラスチック製大
型柱状体。
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