JPH11500075A - 複合体のための濡れ表示 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、高強度複合材を製造する際に、複合材の強化材（１）が複合材のマトリックスによって完全に濡れたという表示を得るための工夫に関する。課題となっている強化材は、マトリックスによって濡れた際に半透明／透明にならない例えば炭素繊維やアラミドから成る糸や繊維束と、例えばハンドレイアップという技術に係る製造において液体状態で適用される熱硬化性プラスチックから主に構成されたタイプのものである。強化材は表示糸／束を含んでおり、それはマトリックスによって濡れた際に半透明／透明になる。良好な表示は、表示糸／束が隣接の強化材料が完全に全体的に濡れた時だけ透明になる性質を有する場合に得られる。好ましくは、表示糸／束は、強化材を横切り、不浸透性の複合材の性質に影響を与えない量だけ、規則的に分配される。

Description

【発明の詳細な説明】複合体のための濡れ表示 技術分野 本発明は、繊維から成り、複合材料に含まれる強化材料であって、濡れ状態で 半透明または透明にならないものが、複合材料を作製する際に複合材料のマトリ ックスによって全体的に濡れたということを示す請求項１の前段部分に係る工夫 （ｄｅｖｉｃｅ）に関する。その工夫は、たとえば船体などの材料としての炭素 繊維強化材が船体（車体、機体、ｈｕｌｌ）の製造の際に液体熱硬化プラスチッ クによって全体的に濡れたことを表示できる。従来技術の説明 複合材料から成る目的物は、強化材とある製造段階で液体のマトリックスとを 含む材料によって作製され、それはマトリックスをセットすると目的物の形状に 形成される鋳型に供給されて作製される。鋳型はキャビティを有するタイプか、 目的物の形状を決定する表面のみを有するタイプかに依存して、その形状は目的 物の全表面部分もしくは単に内側部分または外側部分を実質的に決定する。たと えば、強化熱硬化プラスチックからなる船体を製造する場合、船体の外表面のみ を決定する鋳型、すなわち雌鋳型が通常使用される。 船体を製造するためのある技術は、ハンドレイアップによる積層である。織物 またはマットのカットアウトパーツからなる繊維強化材が、ロール供給された液 体プラスチック層上にローラーで鋳型表面に配列される。そしてプラスチックを 含浸させてプラスチックで濡らすために、強化材は柔らかいローラーやブラシを 使用して作業される。最後に空気と過剰のプラスチックは、層並びに層とその下 にある表面の間の空間から、金属ローラを使用して押し出される。さらに、強化 繊維の表面に巻き付いた少量含まれる空気は取り除かれる。このような作業によ り、濡れはさらに向上する。そして、強化材の各繊維の全表面は、実質上完全に マトリックス材料で被覆される。 この第一層に対する付加層は、第一層に対する前記記載と同様に適用される。 大型目的物の場合、積層時に、中間キュアリングが施され得る。一方、すべての 層は順次適用されて最後の層の適用後にキュアリングを行ってもよい。 各層の適用後、その層の強化材が全体的に適切に濡れたことを確かめる必要が ある。複合材料が空気または空隙を含む場合、複合材は空気含有部の近傍で剥離 したり、水がその含有部に拡散したりして、材料の化学的分解や氷結によるクラ ッキングの原因となるので、船体は劣等な強度のリスクを有した劣等品質のもの となる。また、不十分な濡れは複合材の圧縮抵抗を減少させて、船体破損の原因 となる。 高強度複合材料として、最近、実際には炭素繊維またはアラミド繊維もしくは その混合物から構成される強化材が使用されるようになった。これらの材料の欠 点は、それらが全体的に十分に濡れたか否かを視覚的に評価することが困難な点 である。濡れが十分であることを確かめるために、超音波試験や他の試験技術が 適用されてきたが、そのために複合材は非常に高価になってしまう。製造物は簡 単な点検方法がなくても特に正確なものでなければならないという事実も、コス トアップの原因となる。発明の説明 技術課題 本発明の目的は、導入部で記載したような次の特徴を有する工夫を提供するこ とである。 ‐複合材料を製造する際に、強化材料が全体的に十分に濡れたか否かを容易に確 かめられる。これは、従来では濡れの評価が困難な例えば高強度複合材料中の強 化繊維に適用される。 ‐それは、短時間で、しかも高価で複雑な工夫を使用せずに点検できる。解決 上記目的は、添付の請求の範囲において規定される特徴部分を有する工夫によ って達成される。 本発明においては、好ましくは繊維表面がマトリックス材料で濡れたときに材 料の性質に依存する色の色調（ｓｈａｄｅ）によって半透明または透明になる材 料の糸、束（玉締め、ｂｕｎｄｌｅ）、フレーク（ｆｌａｋｅ）、塊（ｗａｄ） 等の形態の繊維としての強化材料と同じ濡れ特性を有する成分が添加されて、強 化材料と混合されることが示唆される。好ましくは強化材としての役割も果たす この表示材料は比較的少量添加されるため、複合材料の性質は条件に適さない範 囲まで変化せず、しかも良好な表示を得るには十分となる。その量は好ましい実 施例においては４％に選択されたが、通常適用においては約５％以下である。加 えられる成分は強化材料中に規則的に広げられ、それらが全体的に濡れると、そ の成分の周囲のエリアの強化材料も濡れたものと見做される。前記成分間の距離 は、これらの周囲領域が全強化材料を伴に被覆することよりも大きくなるように は選択されるべきではない。たとえば、炭素繊維やガラス繊維材料を含む混合強 化材は、すでに利用されているが、これらの強化材の目的は、他の特性やより高 価でない強化材を得ることである。それ故、ガラス繊維の添加物は、本発明の強 化材と比較してより大量に、たとえば約５０％添加される。 その成分が隣接の強化材料が完全に全体的に濡れたときにのみ半透明または透 明になる性質を有する場合、表示の信頼性は改善される。これらの性質は、前記 成分の材料の選択と表面処理によって影響を受ける。 複合材料が船体を目的とする強化熱硬化プラスチックの場合、マトリックス材 料としてエステルプラスチックまたはエポキシプラスチックがしばしば使用され る。液体状態の場合、これらの材料は通常光で透明である。そして前記表示成分 は、乾燥状態で例えば白色のものが、濡れた際に半透明または透明になる一定の ポリマーまたはガラス繊維から構成され得る。その時、それらは、ゲルコートの 色や下にある炭素繊維強化材の黒のベース色をそのまま透過する。もちろん、前 記成分の色は、色の明瞭な変化を得るためにベースの色と相違するように選択す べきである。他のマトリックスや表示材料に対しては、異なる波長領域の光を使 用でき、たとえば濡れた成分からの蛍光が表示目的のために使用できる。 炭素繊維の強化材料は、織物またはスティチされた所謂マルチアクシアルマッ トの形状になっている。織物の縦糸と横糸は、多数の炭素繊維またはフィブリル の平らな束から構成されている。より高い繊維含有量を有するよりリジッドな複 合材が望まれる場合に使用されるマットは、２個のプライ（ｐｌｙ：層）から構 成されており、各プライは織物に使用されるのと同じタイプの平行な糸から構成 されている。それぞれのプライの糸は異方向に配向され得る。２つのプライが使 用される場合、２番目のプライの糸は１番目のプライの糸に対して垂直方向にな っている。糸を固定するために、縫い目（ｓｅａｍ）はプライを通っている。ア ラミド繊維の強化材も同様にして行われる。 さらに本発明においては、織物やマットは、成分として、表示に適する上述材 料からなる糸または束から構成されることが示唆される。黒色炭素繊維材料中に おける明るい色のような強化材料の色と対称的な色の糸を使用することによって 、点検において容易に見つけることができる。強化材料の糸と同じ太さの糸が、 好ましくは、縦糸および横糸並びに両プライまたは全プライ中において互いから 等距離に挿入される。この距離は、前記成分に、上述のような、使用材料、複合 材のタイプ、製造技術等によって決定される強化材料中における広がりを与える ものである。 濡れたときに半透明または透明になる表示糸は、縦糸と横糸の両者ならびにマ ットの２つのプライ中に挿入されると、糸が横切る部分、即ち濡れた際に層全体 に半透明または透明になる、積層された層の部分に、スポットが生じる。２つ以 上のプライがマットに使用される場合、表示糸は付加層に配向され、その結果そ れらは上述のスポットまたは限定部分に延長される。このようにすると、表示は 層全体に得られる。結果として、層が最上のプライのみならず、厚さ全体に濡れ たことを確認することができる。 層が１つのプライだけに糸または束を有する強化の繊維またはマットを含む場 合、強化材は通常層中に異方向に配向された糸を据え付けている。表示糸の交差 部分において、２つの層における表示のためのスポットが得られる。 この発明は、単にハンドレイアップによる製造に限られるものではない。本発 明は、濡れが複合目的物を製造する前に点検される透明コーティングホイルを使 用する真空浸出や、前含浸された強化材料のためにも使用され得る。利点 ‐本発明では、炭素繊維やアラミドの強化材を有する例えば高強度複合材料の品 質管理を行うことができる。これらの材料の外観は濡れたとき変わらない。それ 故、従来は時間と費用のかかる技術を使用する必要があった。 ‐本発明の工夫は、最後に適用された層全体を深さ方向に、場合によっては全適 用材料の厚さ全体の表示を引き起こす。 ‐チェックパターン等に役立つので、点検はより計画的に実行することができる 。 ‐前含浸やそれに引き続く含浸のキュアリング回避のための冷貯蔵のような、完 全な濡れに必要とされる炭素繊維材料の費用のかかる調製をさけることができる 。図面の説明 好ましい実施例は、本発明に従う成分を含む織物形態の強化材料を示す添付図 面に従ってさらに説明される。好ましい実施例 図面は複合材料の強化材として使用される平織物１の一部を示している。その 織物は、後述する挿入された表示成分を除いては一般的なタイプのものから成り 、織物の縦糸２および横糸３の両方に対して同じタイプの束から構成されている 。束は通常種類のものから成り、長さに関して小さい高さを有する横断面で細長 くなっており、炭素繊維のフィブリルから成る多数の平行縦繊維から構成されて いる。縦糸並びに横糸中の２５番目毎の炭素繊維束に換えて、ガラス繊維から成 る束形態の表示成分４が挿入されている。好ましい実施例においては、これらの 束は炭素繊維束の横断面に対応する横断面からなっており、その結果、織物の厚 さが不均一になるのを防止している。強化材料である炭素繊維およびガラス繊維 の量に対する表示材料であるガラス繊維の量の４％という比率は、経験的に選択 された。他のタイプの織物では、他の比率が選択され得る。ガラス繊維から成る より狭い束が使用される場合、その比率は、強度に関してより好ましい、たとえ ば２．５％に減少できる。また、ガラス繊維束間の距離は同じ比率で減少され得 る。不浸透性では強化が低下するので、この比率はあまり大きくすべきではない 。また、製造技術も重要である。たとえば、適用時に、層が束上よりも束間でよ りよく作用する場合、その比率は表示エラーが不適切条件になるリスクなしに減 少できる。 複合材の製造は、強化材料が本発明従う成分から構成されるか否かに限らず、 同様の方法で行われる。しかしながら、各層の適用後の点検は、全ての繊維ガラ ス糸、特にそれらの交差部分が元の色から既に適用された層のｉｎｔｅｒ ａｌ ｉａ、ベースに依存する色に変化したことを確かめることによって、より組織的 に遂行される。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９６年９月１３日 【補正内容】 補正した請求の範囲 １．熱硬化性プラスチックから成るマトリックス材料と強化材（１）とを含む複 合材の製造において、前記強化材が前記マトリックス材料によって濡れたという 表示を得るための工夫であって、前記強化材が、縦糸と横糸とプライからそれぞ れ構成される織物またはマットから構成されており、それぞれは互いに平行な糸 または繊維束から構成されており、縦糸と横糸と割り当てられた２つの隣接マッ トプライのそれぞれには異配向を有し、前記マトリックスによって濡れた際に半 透明／透明にならない、例えば炭素繊維またはアラミドから成る繊維束から構成 されるものにおいて、 前記工夫は、前記マトリックスによって濡れた際に半透明または透明になる表 示糸／束（４）から構成されており、 前記表示糸／束は、少なくとも前記織物の前記縦糸又は横糸もしくは前記マッ トの前記プライの１つに、関連する強化糸／束と平行に挿入されており、 前記表示糸／束の体積は、前記複合材の性質が容認できない範囲まで影響を受 けないように、前記強化糸／束の体積に対して小さくなっていることを特徴とす る工夫。 ２．前記表示糸／束（４）は、前記隣接する強化糸／束が全体的に濡れたときだ け、半透明／透明になるように適用されていることを特徴とする請求項１に記載 の工夫。 ３．前記表示糸／束（４）は、前記強化材を横切って規則的に分配されているこ とを特徴とする上記請求項のいずれか１項に記載の工夫。 ４．前記表示糸／束（４）は、強化材としての役目も果たす材料、例えばガラス 繊維またはポリマーから構成されていることを特徴とする上記請求項のいずれか １項に記載の工夫。 ５．前記表示糸／束の体積は、最大値が強化材の全体積の約５％、好ましくは４ ％であることを特徴とする上記請求項のいずれか１項に記載の工夫。 ６．前記表示糸／束は、前記織物の前記縦糸および横糸の両方に含まれており、 前記織物は、前記表示糸／束が濡れた時に前記織物全体に半透明／透明になる交 差部分を形成して構成されていることを特徴とする上記請求項のいずれか１項に 記載の工夫。 ７．前記マットは２つのプライから構成されており、表示糸／束は各プライに挿 入されており、前記マットは前記表示糸／束が濡れた時に前記マット全体に半透 明／透明になる交差部分を形成して構成されていることを特徴とする請求項１〜 ５のいずれか１項に記載の工夫。 ８．前記強化材は２つの隣接単プライマットから構成されており、それぞれ異配 向で、表示糸／束を有し、前記マットは前記表示糸／束が濡れた時に前記マット 全体に半透明／透明になる交差部分を形成して構成されていることを特徴とする 請求項１〜５のいずれか１項に記載の工夫。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｇ０１Ｎ 13/00 Ｇ０１Ｎ 13/00 // Ｂ２９Ｋ 105:06 (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，Ｕ Ｇ)，ＵＡ(ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ )，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ， ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，Ｋ Ｇ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ， ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，Ｓ Ｉ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．熱硬化性プラスチックから成るマトリックス材料と強化材（１）とを含む複 合材の製造において、前記強化材が前記マトリックス材料によって濡れたという 表示を得るための工夫であって、前記強化材が、互いに平行な糸または繊維束か ら成る織物またはマットから構成されていて、縦糸、横糸および２つの隣接マッ トプライのそれぞれに強化材の異配向を有し、前記マトリックスによって濡れた 際に半透明／透明にならない、例えば炭素繊維またはアラミドから成る繊維束か ら構成されるものにおいて、 前記工夫は、前記マトリックスによって濡れた際に半透明または透明になる表 示糸／束（４）から構成されており、 前記表示糸／束は、少なくとも前記織物の前記縦糸又は横糸もしくは前記マッ トの前記プライの１つに、関連する強化糸／束と平行に挿入されており、 前記表示糸／束の体積は、前記複合材の性質が容認できない範囲まで影響を受 けないように、前記強化糸／束の体積に対して小さくなっていることを特徴とす る工夫。 ２．前記表示糸／束（４）は、隣接する強化糸／束が全体的に濡れたときだけ、 半透明／透明になるように適用されていることを特徴とする請求項１に記載の工 夫。 ３．前記表示糸／束（４）は、前記強化材を横切って規則的に分配されているこ とを特徴とする請求項１に記載の工夫。 ４．前記表示糸／束（４）は、強化材としての役目も果たす材料、例えばガラス 繊維またはポリマーから構成されていることを特徴とする請求項１に記載の工夫 。 ５．前記表示糸／束の体積は、最大値が強化材の全体積の約５％、好ましくは４ ％であることを特徴とする上記請求項のいずれか１項に記載の工夫。 ６．前記表示糸／束は、前記織物の前記縦糸および横糸の両方に含まれており、 それらは濡れた際に前記織物全体に半透明／透明になる交差部分を形成すること を特徴とする請求項１に記載の工夫。 ７．前記マットは少なくとも２つのプライから構成され、表示糸／束が各プライ に挿入されて、濡れた際に前記マット全体に半透明／透明になる交差部分を形成 するように適用されていることを特徴とする請求項１に記載の工夫。