JPS6215695B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は軽量複合部材に関するものであり、さ
らに詳しくは、柱状あるいはビーム状に形成した
軽量複合部材の改良に関するものである。 本発明者らは、先に特開昭55−87541号公報に
より格子状多孔性構造部材について提案してい
る。この構造部材は、互いに直交する三方向の線
条により組織された三次元組織体の上記各線条の
みにマトリツクスを含浸固化させ、各線条間に空
隙を有する立体格子状に形成したもので、例えば
土木建築用、航空機用あるいは船舶用の構造材や
軽量パネル等として有効に利用することができ
る。 しかるに、上記構成を有する構造部材は、圧
縮、引張り、曲げ等に対してすぐれた強度を有し
ているが、それを柱状あるいはビーム状に形成し
た場合には、ねじりに対する強度が必ずしも十分
なものとは言えない。 一方、柱状あるいはビーム状の構造材を形成す
る場合に、第１図に例示するように、複数のたて
部材１，１，……の間に傾斜した補強用部材２，
２，……を設けたものは公知である。しかしなが
ら、このような構造材では、矢印によつて示す横
方向からの外力に対して非常に弱いばかりでな
く、それらと引張り、圧縮、曲げ、ねじり等との
複合力の作用に対して十分な強度がなく、従つて
その用途が限定されることになる。 本発明は、圧縮、引張り、曲げ、ねじり等の各
種外力に対する十分な強度を有する柱状またはビ
ーム状の軽量複合部材を提供しようとするもので
あつて、実質的に柱状またはビーム状の形態を有
する基材を、たて、よこ及び垂直の互いに直交す
る三方向の線条からなる三次元組織体のまわりに
左右両方向に傾斜する補強線条を配することによ
り組織し、これらの各線条にマトリツクスを含浸
固化させることにより、たて、よこ及び垂直の線
条間に空隙を設けた状態で各線条の接触部分を連
結固定したことを特徴とするものである。 以下、図面を参照して本発明の実施例について
詳述する。 第２図及び第３図各Ａ，Ｂは、それぞれ本発明
の実施例の正面図及び−，−線での横断
面図を示している。これらの複合部材は、たて糸
Ｚ、よこ糸Ｘ及び垂直糸Ｙの各線条によつて組織
された三次元組織体を芯材とし、それを柱状また
はビーム状に形成して、そのまわりに螺旋状糸Ｗ
からなる補強線条を左右両方向の螺旋状に巻着す
ることにより基材を形成している。第２図Ａ，Ｂ
は、たて糸Ｚ、よこ糸Ｘ及び垂直糸Ｙの各線条を
単純に直交させて三次元組織体を製織した場合を
示し、また第３図Ａ，Ｂはたて糸Ｚに対してよこ
糸Ｘ及び垂直糸Ｙを平織と同様な組織で絡み合わ
せた場合を示すものである。 上記三次元組織体においては、たて糸Ｚに対し
てよこ糸Ｘ及び垂直糸Ｙが略同一位置において直
交するものであつても、あるいは異なる位置にお
いて直交するものであつても差支えない。 また、三次元組織体のまわりに配設する螺旋状
糸Ｗは、糸状または繊維束状のものをその三次元
組織体のまわりに略一定のピツチで螺旋状に巻着
してもよいが、多数の繊維を配向状態で平面的に
配列させたプリプレグ等を各繊維が螺旋状となる
ように巻着してもよく、さらにそれらの螺旋状糸
を三次元組織体の周辺部に織込むことにより一体
化することもできる。 三次元組織体及び補強線条からなる基材を構成
する素材としては、ガラス繊維、炭素繊維、金属
繊維、石綿などの無機繊維、絹、綿、麻、羊毛な
どの天然繊維、ナイロン、ポリエステル、ポリプ
ロピレンなどの合成繊維等を用いることができ、
これらの繊維は糸条に紡糸されたものでもよい
し、フイラメント状のものでもよい。 而して、上記基材は、第４図に示すように、そ
の各線条にマトリツクス３を含浸固化させること
により、たて糸、よこ糸及び垂直糸の各線条間に
空隙を設けた状態で各線条の接触部分を連結固定
し、立体格子状の複合部材を形成させている。 上記マトリツクスとしては、一般的にエポキ
シ、ポリエステル、その他の各種合成樹脂を含む
成形可能な有機材料を使用するが、例えば、銅、
アルミニウムなどの金属、ガラス、石英、セメン
ト、その他の無機材料を用いることもできる。こ
のマトリツクスとして、例えば合成樹脂を用いる
場合には、上記基材を浸漬槽内の樹脂液中に浸漬
した後にそれを取出して樹脂の流下と脱泡を行
い、その樹脂を硬化させればよく、これによつて
たて糸Ｚ、よこ糸Ｘ及び垂直糸Ｙの各線条間に大
きな空隙のある立体格子状の複合部材を得ること
ができる。また、樹脂液中に浸漬した基材を遠心
力作用下に置くことにより余分の樹脂液を除去す
る方法を用いることもでき、さらに予めマトリツ
クスを含浸させた線条を用いて基材を構成し、そ
のマトリツクスを硬化させると同時に各線条間の
接触部分を連結固定することもできる。 このような構成を有する複合部材の製造には、
次のような方法を用いることができる。 適宜大きさに三次元組織体を織成する。 織成した三次元組織体を合成樹脂液中に浸漬
し、余分な樹脂液を流下させると共に脱泡を行
い、その樹脂を固化させる。 上記合成樹脂からなるマトリツクスにより接
触部分が連結固定された三次元組織体から、所
要寸法の柱状をなす芯材を切出す。 上記芯材を回転軸に取付けて緩回転させなが
ら、合成樹脂液に浸漬した線条をそのまわりに
螺旋状に巻き付け、それを基材と一体化した状
態で硬化させる。 なお、第５図は上記の方法を説明するための
もので、１０は上記によつて得られた芯材、１
１はその芯材１０の両端を保持して回転させる回
転軸、１２は補強線条となる線条１３をくり出す
ロービングパツケージ、１４は合成樹脂液１５を
みたした浸漬層、１６は供給された線条１３を回
転軸１１の回転と同期してその軸線方向に移動さ
せる誘導子を示している。 次に、本発明に基づいて製造した複合部材Ａ
と、たて糸、よこ糸、垂直糸のみからなる三次元
組織体にマトリツクスを含浸固化させてなる複合
部材Ｂと、第１図に示すような構造の複合材料Ｃ
の各種強度についての実験結果を示す。上記Ａ，
Ｂ，Ｃの各試験片は、線条材料としてガラスロー
ビング（2370tex）を用い、マトリツクスとして
エポキシ樹脂を用いたもので、ガラスロービング
は、その製織動作を容易にするために、下撚りを
１ｍ当り50回、上撚りを１ｍ当り40回加えた双糸
状とした。また、Ａ及びＢの試験片は、よこ糸及
び垂直糸のたて糸方向の糸配列ピツチを12mmと
し、他の糸の配列ピツチを10mmとした。Ａ，Ｂ，
Ｃの試験片についての各種強度を第１表に示し、
それらのうちの比曲げ強度を曲げひずみとの関連
において第６図に示す。

【表】 上記第１表において、比曲げ強度は３点曲げ試
験によるものであり、またたて糸方向比圧縮強度
はたて糸Ｚの方向に圧縮した場合、よこ方向比圧
縮強度はよこ糸Ｘの方向に圧縮した場合の比圧縮
強度を示している。 また、第２表及び第７図は上記Ａ，Ｂ，Ｃの試
験片についての比ねじり剪断応力を示している。

【表】

【表】 これらの実験結果から、本発明の複合部材は比
較例に比して極めてすぐれた強度を有し、特に比
ねじり剪断最大応力は、本発明の複合部材ＡがＢ
及びＣの複合部材の最大応力の和よりも大きい値
を示し、これは本発明の複合部材の構成が強度の
向上に極めて有効であることをあらわしている。

【図面の簡単な説明】

第１図は既知の構造材の斜視図、第２図及び第
３図各Ａ，Ｂはそれぞれ本発明の実施例の正面図
及び−線、−線での横断面図、第４図は
第２図Ａ，Ｂに示す複合部材の要部拡大斜視図、
第５図は本発明に係る複合部材の製法の一例を示
す説明図、第６図及び第７図は実験例を示すグラ
フである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 実質的に柱状またはビーム状の形態を有する
   基材を、たて、よこ及び垂直の互いに直交する三
   方向の線条からなる三次元組織体のまわりに左右
   両方向に傾斜する補強線条を配することにより組
   織し、これらの各線条にマトリツクスを含浸固化
   させることにより、たて、よこ及び垂直の線条間
   に空隙を設けた状態で各線条の接触部分を連結固
   定したことを特徴とする軽量複合部材。