JPS6223139B2

JPS6223139B2 -

Info

Publication number: JPS6223139B2
Application number: JP56213811A
Authority: JP
Inventors: Akira Nishimura; Toshiki Norita
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1981-12-28
Filing date: 1981-12-28
Publication date: 1987-05-21
Also published as: JPS58117160A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は桁材に関し、さらに詳しくは、複合材
料、すなわち繊維強化樹脂（以下FRPという）
や繊維強化金属（以下FRMという）からなる桁
材に関する。

FRPやFRMからなるＩ型桁材、Ｈ型桁材、Ｔ
型桁材の如き桁材、たとえばFRPのＩ型桁材
は、従来、炭素繊維織物のような、いわゆる補強
用シート状繊維基材（以下シート状基材という）
を、コの字状および逆コの字状に折り曲げながら
所望の枚数積層し、そうして得たコの字状および
逆コの字状の積層体を互に背中合せになるように
配置し、次いでこれに樹脂を含浸し、硬化させる
ことによつて成形している。しかしながら、この
ような従来のＩ型桁材は、シート状基材の積層面
および積層体の背中合せ面同志の結合が樹脂のみ
によつて行われており、これらの面と直交する方
向には補強用繊維が存在していないので、機械的
強度、特に層間せん断強度や層間はく離強度が大
変低いという欠点があつた。また、何らかの原因
で上記面にクラツクを発生すると、そのクラツク
は面内で容易に成長し、結局Ｉ型桁材は理論値よ
りもはるかに低い応力で破壊してしまうという欠
点もあつた。FRPの他の型の桁材やFRMの桁材
についても、上記と全く同様のことがいえる。

本発明の目的は、従来の桁材の上記欠点を解決
し、機械的強度や破壊強度の高い桁材を提供する
にある。

上記目的を達成するために、この発明において
は、樹脂または金属と、その樹脂または金属を補
強している複数枚の補強用シート状繊維基材とか
らなる、ウエブとフランジとを有する桁材であつ
て、 (イ) 前記ウエブにおいては、前記基材の全部が積
層配置されており、 (ロ) 前記ウエブにおける前記基材は、前記ウエブ
とフランジとの境界部において２組に拡開さ
れ、各基材組を１単位としてフランジに延びて
おり、 (ハ) 前記ウエブとフランジとの境界部における、
拡開された前記基材組間には、補強用繊維から
なる調整材が入れられており、かつ、 (ニ) 前記基材は、少なくとも前記ウエブにおい
て、補強用繊維からなるステイツチ糸によつて
縫合され、一体に保持されている、ことを特徴とする桁材が提供される。

本発明の桁材の一実施例を、FRPのＩ型桁材
について説明するに、図面（概略斜視図）におい
て、横断面がＩ型の桁材１は、不飽和ポリエステ
ル樹脂やエポキシ樹脂、フエノール樹脂などの熱
硬化性樹脂や、ポリアミド樹脂、ポリブチレンテ
レフタレート樹脂などの熱可塑性樹脂の如き
FRP用として周知の樹脂２と、後述するシート
状基材の積層体とを複合してなり、かつウエブ
（桁腹）３とフランジ４とを有している。

上記積層体は、シート状基材である４枚の炭素
繊維平織物５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄを有してい
る。そして、上記４枚の平織物５Ａ，５Ｂ，５
Ｃ，５Ｄは、ウエブ３の部分においては、経糸６
および緯糸７が桁材１の長手方向に対してそれぞ
れほぼ＋45°，−45゜であるように積層され、か
つ桁材１の長手方向に延在している、ガラス繊維
のマルチフイラメントからなるステイツチ糸８に
よつて一体に縫合されている。一方、上記平織物
５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄは、フランジ４の部分に
おいては、平織物５Ａ，５Ｂおよび５Ｃ，５Ｄを
１組として互に離反する方向に拡開されている。
そして、その拡開した面には、２枚の炭素繊維平
織物９が、その経糸１０および緯糸１１が桁材１
の長手方向に対してそれぞれ０゜，90゜であるよ
うに積層され、かつ桁材１の長手方向に延在して
いる、ガラス繊維のマルチフイラメントからなる
ステイツチ糸１２によつて、上記平織物５Ａ，５
Ｂおよび５Ｃ，５Ｄと一体に縫合されている。

平織物５Ａ，５Ｂおよび５Ｃ，５Ｄと、平織物
９で囲まれた部分には、炭素繊維からなる調整材
１３が、その長手方向が桁材１の長手方向である
ように入れられている。

上記実施例において、シート状基材は、平織物
以外の、たとえば綾織物や朱子織物のような他の
組織の織物であつてもよい。また、織物が、たと
えば特開昭55―30974号公報に記載されているよ
うな、屈曲を有しない真直ぐな補強用繊維を互に
平行かつシート状に引き揃えてなる２個の糸条群
を、補助繊維によつて一体に織成した、いわゆる
ノンクリンプ織物であると、補強用繊維が応力の
集中するような屈曲を有していないためにその特
性が十分発現され、桁材の機械的強度や破壊強度
が一層高くなるので好ましい。さらに、シート状
基材は、チヨツプドストランドマツトやサーフエ
イスマツトなどのマツトや、フエルト、編組、紙
のような、織物以外の形態であつてもよい。

シート状基材の積層数は、２層以上であればよ
い。そして、この積層数や、縫合、拡開する部分
を適宜選定することによつて、実施例に示したよ
うなＩ型の桁材に限らず、Ｈ型やＴ型など、いろ
いろな形の桁材を得ることができる。また、シー
ト状基材は、異る種類のものが、たとえば交互に
積層されてもよい。さらに、基材が織物である場
合、その経糸または緯糸の方向が、たとえば実施
例の桁材において、最外層においては桁材の長手
方向に対して０゜であるようにし、内側の２層に
おいては45゜であるようにするなど、異る角度の
組合せ積層とすることもできる。経糸および緯糸
の方向が、桁材の長手方向に対して±45゜である
ような層は、桁材に長手方向の曲げ応力が加わつ
た場合に生ずるせん断応力に対して有効に作用す
る。

シート状基材は、桁材のウエブの部分において
は縫合されていることが必要であるが、フランジ
の部分においては必ずしもその必要はない。ま
た、フランジの部分にさらに平織物９を積層する
ことなく、平織物５Ａ，５Ｂおよび５Ｃ，５Ｄを
それぞれ１組として拡開し、各組の平織物を縫合
し、または縫合しないでフランジを構成すること
であつてもよい。しかしながら、実施例のように
平織物９、すなわちシート状基材を上記拡開面に
積層すると、ウエブとフランジの厚みを等しくす
ることができるので好ましい。

シート状基材を構成している補強用繊維は、上
記炭素繊維や、ガラス繊維、ポリアラミド繊維、
金属繊維、シリコンカーバイド繊維のように、
FRPの補強用繊維として通常使用されているも
のであつてよい。もちろん、２種以上の補強用繊
維の混用であつてもよい。

ステイツチ糸もまた、上述したような補強用繊
維からなるが、ステイツチ糸はシート状基材を構
成している補強用繊維にくらべて屈曲の程度が大
きいので、桁材に加わる応力がステイツチ糸に集
中し、ステイツチ糸が破断してその部分から桁材
が破壊することがある。これを防止するために、
ステイツチ糸はシート状基材を構成している補強
用繊維よりも破断伸度の大きい補強用繊維である
のが好ましい。また、ステイツチ糸の熱収縮率が
大きいと、桁材を成形する際の成形温度によつて
大きく収縮し、シート状基材を構成している補強
用繊維の配列を乱してしまうことがある。そのた
め、ステイツチ糸は120℃における熱収縮率が２
％以下であるようなものであるのが好ましい。上
述したような観点から、シート状基材が炭素繊維
からなるものである場合、ステイツチ糸としては
ガラス繊維またはポリアラミド繊維が好適であ
る。

調整材は、一見、なくてもよいように思える
が、機械的強度や破壊強度の高い桁材を得るとい
う本発明の目的を達成するためには、なくてはな
らないものである。すなわち、図面に示すよう
に、ウエブとフランジとの境界部分を、この部分
に応力が集中するのを避けるために適当な半径を
もつように構成すると、平織物５Ａ，５Ｂおよび
５Ｃ，５Ｄと平織物９で囲まれる部分が樹脂のみ
になつてしまう。そのため、この部分に調整材を
介在せしめ、樹脂のみにならないようにして、機
械的強度の向上のみならず、この部分が早期に破
壊して桁材の破壊が進行するのを防止し、破壊強
度を向上させる。そのような調整材は、上述した
ような補強用繊維か、またはそのような補強用繊
維の織物、マツトなどをすし巻状に巻いたもの、
上記補強用繊維のひも状物、金属棒などであつて
よい。

上述したような桁材は、たとえば次のようにし
て製造する。

すなわち、所望の桁材の形状をした積層体を成
形型内に配置し、また調整材を配置し、成形型内
を減圧した後、樹脂を圧力注入し、加圧加熱して
樹脂を硬化させる。樹脂の粘度が高い場合には、
樹脂をその硬化温度以下の温度で加熱して粘度を
下げ、一方、成形型もあらかじめ加熱しておくと
よい。また、積層体のプリプレグを成形型内に配
置して成形するようにしてもよい。

以上においては、FRPの桁材について説明し
たが、周知の、たとえば粉末治金法の如きFRM
の製造技術を用いることにより、FRMの桁材と
することができる。この場合、FRMはFRPにく
らべて成形温度が大変高いので、使用できる補強
用繊維は、炭素繊維や金属繊維、シリコンカーバ
イド繊維などの超耐熱性繊維に限られる。なお、
いわゆるマトリクスは、銅やアルミニウム、ニツ
ケル、マグネシウム、またはこれらの少なくとも
１種を主成分とする合金など、FRMとして周知
のものであつてよい。

本発明の桁材は、いろいろな用途に使用するこ
とができる。たとえば、Ｉ型やＴ型のものは、航
空機の翼のスキン材や、床材を支持するのに好ま
しく使用することができる。また、その他の一般
構造材の補強用として用いることができる。

以上説明したように、本発明の桁材は、樹脂ま
たは金属とシート状基材の積層体との複合材料か
らなり、かつ上記基材を、桁材の少なくともウエ
ブの部分において補強用繊維で一体に縫合してな
るものであるから、基材の積層方向にも補強用繊
維が存在していることになり、機械的強度、特に
層間せん断強度や層間はく離強度が高い。また、
積層面にクラツクを生ずるようなことがあつて
も、そのクラツクの成長が積層方向の補強用繊維
によつて防止されるので、破壊強度も向上する。

また、本発明においては、ウエブとフランジと
の境界部における、拡開されたシート状基材組間
に補強用繊維からなる調整材を入れているから、
その境界部が樹脂または金属のみになることはな
く、機械的強度が高いばかりか、その部分が早期
に破壊して桁材の破壊が進行するのを防止できる
から破壊強度も高い。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明の桁材の一実施例を、FRPの
桁材について示す概略斜視図である。１…桁材、２…樹脂、３…ウエブ、４…フラン
ジ、５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，９…炭素繊維平織
物（補強用シート状繊維基材）、８，１２…ステ
イツチ糸（補強用繊維）、１３…調整材。

Claims

【特許請求の範囲】１樹脂または金属と、その樹脂または金属を補
強している複数枚の補強用シート状繊維基材とか
らなる、ウエブとフランジとを有する桁材であつ
て、 (イ) 前記ウエブにおいては、前記基材の全部が積
層配置されており、 (ロ) 前記ウエブにおける前記基材は、前記ウエブ
とフランジとの境界部において２組に拡開さ
れ、各基材組を１単位としてフランジに延びて
おり、 (ハ) 前記ウエブとフランジとの境界部における、
拡開された前記基材組間には、補強用繊維から
なる調整材が入れられており、かつ、 (ニ) 前記基材は、少なくとも前記ウエブにおい
て、補強用繊維からなるステイツチ糸によつて
縫合され、一体に保持されている、ことを特徴とする桁材。