WO2017038445A1 - 繊維構造体及び繊維強化複合材 - Google Patents

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神谷　隆太
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株式会社 豊田自動織機
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Definitions

  • the present invention relates to a fiber structure including a first fiber layer and a second fiber layer bonded in the stacking direction, and a fiber reinforced composite material including the fiber structure.
  • a fiber-reinforced composite material (hereinafter simply referred to as a composite material) is used as a lightweight, high-strength material.
  • the composite material is preferable as a structural component because the mechanical properties (mechanical properties) are improved by impregnating the reinforced fibers with the matrix resin to form a composite material as compared with the matrix resin itself.
  • a fiber structure as a reinforced base material of a composite material includes a laminate obtained by laminating a plurality of fiber layers in which warp yarns and weft yarns made of reinforcing fibers are arranged, and the plurality of fiber layers in the laminating direction.
  • the main shaft direction is different from the main shaft direction of the warp and the weft so that the composite material has mechanical characteristics other than the warp and weft main axis direction (the direction in which the yarn extends).
  • fiber layers having bias direction yarns arranged so as to extend to each other are laminated. For example, as shown in FIG.
  • a five-axis three-dimensional fabric 80 of Patent Document 1 includes a warp layer 81 in which a plurality of warps 81a are arranged, a weft layer 82 in which a plurality of wefts 82a are arranged, and two bias yarn layers 83. , 84, and these layers are laminated and joined in the lamination direction by vertical threads 85.
  • the first bias yarn 83a of one bias yarn layer 83 is inclined at a certain angle with respect to the warp yarn 81a
  • the second bias yarn 84a of the other bias yarn layer 84 is the first bias yarn 83a with respect to the warp yarn 81a. Is inclined at a certain angle in the opposite direction.
  • bias yarns 83a and 84a extend in directions other than the main yarn direction of the warp yarn 81a and the main yarn direction of the weft yarn 82a, and the bias yarns 83a and 84a extend in the extending direction. Improves mechanical properties.
  • the fifth-axis three-dimensional fabric 80 is shaped by pulling in the direction of the main axis of the first bias yarn 83a, shear deformation of the five-axis three-dimensional fabric 80 is suppressed by the second bias yarn 84a. Then, the second bias yarn 84a is deformed in the contracting direction, and the second bias yarn 84a meanders, and in the composite material using the five-axis three-dimensional fabric 80 as the reinforcing base material, the second bias yarn 84a The mechanical characteristics in the direction of the yarn main shaft will deteriorate.
  • An object of the present invention is to provide a fiber structure and a fiber-reinforced composite material that can suppress a decrease in mechanical properties during shaping.
  • the fiber structure for solving the above-mentioned problems includes a first fiber layer having a plurality of first reinforcing fiber bundles arranged to extend in the first yarn main axis direction, and the first yarn main axis.
  • Covering that includes at least one of a reinforcing fiber core yarn and a reinforcing fiber covering yarn wound spirally around the core yarn, the covering angle being an orientation angle of the covering yarn with respect to the core yarn The angle is different from the first yarn main axis direction and the second yarn main axis direction. It corresponds to the direction for imparting mechanical properties to fiber-reinforced composite material in which the reinforcing base material the fiber structure comprising a.
  • the fiber reinforced composite material obtained by impregnating the fiber structure to solve the above problems with a matrix resin includes a plurality of first reinforcements arranged so that the fiber structure extends in the first yarn main axis direction.
  • At least one of the first reinforcing fiber bundle and the second reinforcing fiber bundle includes a reinforcing fiber core yarn and a reinforcing fiber covering yarn wound around the core yarn in a spiral shape.
  • a covering angle that is an orientation angle of the covering yarn with respect to the core yarn But it corresponds to the direction for imparting mechanical properties to the fiber-reinforced composite material to a direction different from the first yarn principal axis direction and the second yarn main axis direction.
  • Sectional drawing which shows typically the fiber reinforced composite material containing the fiber structure of FIG.
  • (A) is a figure which shows the reinforced fiber bundle of another example
  • (b) is a fragmentary sectional view which shows the fiber reinforced composite material containing the reinforced fiber bundle of (a).
  • the fragmentary sectional view which shows the fiber reinforced composite material of another example.
  • the fiber reinforced composite material M is formed by impregnating a matrix resin Ma into a fiber structure W constituting a reinforced base material.
  • the fiber structure W is configured by a first fiber layer 11 and a second fiber layer 21 being joined by a first auxiliary yarn 31 and a second auxiliary yarn 32. Yes.
  • a direction in which the first fiber layer 11 and the second fiber layer 21 are stacked is a stacking direction, and the first fiber layer 11 and the second fiber layer 21 are in a direction along the stacking direction. Is the thickness direction, and the dimension along the thickness direction is the thickness.
  • the first fiber layer 11 is configured by arranging a plurality of warps 12 as a first reinforcing fiber bundle.
  • the direction in which the warp main shaft X1 of the warp 12 extends is defined as the warp main shaft direction.
  • the orientation angle of the warp 12 is set to 0 degree.
  • the second fiber layer 21 is configured by arranging a plurality of wefts 22 as second reinforcing fiber bundles.
  • the direction in which the weft main axis X2 of the weft 22 extends is the weft main axis direction.
  • the weft main axis direction (weft main axis X2) intersects the warp main axis direction (warp main axis X1) at 90 degrees
  • the orientation angle of the weft 22 in the fiber structure W is the warp 12 orientation angle. It is 90 degrees perpendicular to the warp main axis direction.
  • the first auxiliary yarn 31 is disposed between the adjacent warp yarns 12.
  • the first auxiliary yarn 31 intersects the weft yarn 22 and the second auxiliary yarn 32.
  • the second auxiliary yarn 32 is disposed between the adjacent weft yarns 22 and intersects the first auxiliary yarn 31 and the warp yarn 12.
  • each of the warp yarn 12 and the weft yarn 22 includes a reinforcing fiber core yarn 13 and a plurality of reinforcing fiber covering yarns 14 covering the core yarn 13.
  • Each of the core yarn 13 and the covering yarn 14 is configured by bundling a plurality of reinforcing fibers.
  • the reinforcing fibers that constitute the core yarn 13 are, for example, carbon fibers, aramid fibers, and glass fibers.
  • the core yarn 13 has a flat cross section and has a pair of wide surfaces 13a and 13b extending in the longitudinal direction of the core yarn 13. One wide surface 13a is defined as a first wide surface 13a and the other wide surface 13b.
  • the core yarn 13 includes an arcuate surface 13c that connects the long edges of the wide surfaces 13a and 13b.
  • the yarn main axis direction (yarn main axis Y) of the core yarn 13 in the warp 12 coincides with the warp main axis direction (warp main axis X1) of the warp 12, and the yarn main axis direction (yarn main axis Y) of the core yarn 13 in the weft 22 is the same as that of the weft 22. It coincides with the weft main axis direction (weft main axis X2).
  • the covering yarn 14 is spirally wound around the outer peripheral surface of the core yarn 13.
  • the reinforcing fibers constituting the covering yarn 14 are, for example, carbon fibers, aramid fibers, and glass fibers.
  • the covering yarn 14 is wound in a state in which a certain orientation angle (covering angle) ⁇ is formed with respect to the yarn main axis direction (yarn main axis Y) of the core yarn 13.
  • the core yarn 13 is covered with a covering layer 15 formed by winding the covering yarn 14.
  • the covering angle ⁇ is 45 degrees.
  • the direction of the main axis of the covering yarn 14 on the first wide surface 13a of the core yarn 13 is defined as the first cover direction, and the covering yarn 14 on the second wide surface 13b.
  • the yarn spindle direction (second cover yarn spindle Yb) is defined as the second cover direction.
  • the first cover direction and the second cover direction are symmetric with respect to the yarn main axis Y of the core yarn 13.
  • the covering angle formed by the first cover yarn main shaft Ya with respect to the yarn main shaft Y of the core yarn 13 is + ⁇ degrees (+45 degrees), and the covering angle formed by the second cover yarn main shaft Yb with respect to the yarn main shaft Y of the core yarn 13 Is ⁇ degrees ( ⁇ 45 degrees).
  • the covering angle ⁇ of the covering yarn 14 is different from the orientation direction of the core yarn 13 (0 degree as the warp main axis direction and 90 degrees as the weft main axis direction) (in the first cover direction). +45 degrees and -45 degrees as the second cover direction).
  • the covering layer 15 includes a first cover portion 15a composed of a portion (layer) of the covering yarn 14 located on the first wide surface 13a of the core yarn 13, and the first cover portion 15a includes The covering angle is a portion constituted by the covering yarn 14 having a + ⁇ degree with respect to the yarn main axis Y.
  • the covering layer 15 includes a second cover portion 15b formed of a portion (layer) of the covering yarn 14 located on the second wide surface 13b of the core yarn 13, and the second cover portion.
  • Reference numeral 15b denotes a portion constituted by the covering yarn 14 having a covering angle of ⁇ degrees with respect to the yarn main axis Y. Therefore, as shown in FIG. 2, in the cross-sectional view of the warp yarn 12 and the weft yarn 22, each of the warp yarn 12 and the weft yarn 22 includes three layers including the core yarn 13, the first cover portion 15a, and the second cover portion 15b. Structure.
  • the volume ratio between the core yarn 13 and each layer of the covering yarn 14 is 2: 1: 1 for the core yarn 13: first cover portion 15a: second cover portion 15b. Yes. Therefore, in the cross-sectional view of the warp 12 and the weft 22, the ratio of the thickness of the core yarn 13, the thickness of the first cover portion 15a, and the thickness of the second cover portion 15b is also the core yarn 13: the first cover portion. 15a: The second cover portion 15b is 2: 1: 1. Therefore, the volume ratio between the core yarn 13 and the covering layer 15 is 1: 1.
  • the warp main axis direction and the weft main axis direction are perpendicular to each other.
  • the yarn main axis direction of the covering yarn 14 at the first cover portion 15a of the warp yarn 12 is the same as the yarn main axis direction of the covering yarn 14 at the second cover portion 15b of the weft yarn 22.
  • the yarn main axis direction of the covering yarn 14 at the second cover portion 15b of the warp yarn 12 and the yarn main axis direction of the covering yarn 14 at the first cover portion 15a of the weft yarn 22 are the same, and the warp main shaft direction is the same. Both have the same covering angle of - ⁇ degrees (-45 degrees).
  • the fiber structure W includes the core yarn 13 (0 degree) layer of the warp yarn 12, the core yarn 13 layer of the weft yarn 22 (90 degrees), the first cover portion 15a layer of the warp yarn 12, and the first weft 22 layer.
  • 2 is a six-layer structure including a layer of the cover portion 15b, a layer of the second cover portion 15b of the warp yarn 12, and a layer of the first cover portion 15a of the weft yarn 22.
  • both the layer of the first cover portion 15a of the warp 12 and the layer of the second cover portion 15b of the weft 22 have a covering angle of +45 degrees with respect to the warp main axis direction
  • Both the layer 15b and the layer of the first cover portion 15a of the weft 22 have a covering angle of ⁇ 45 degrees with respect to the warp main axis direction. Therefore, the fiber structure W is a structure including four types of layers having different orientations.
  • a cover of + ⁇ degrees with respect to the volume occupied by the core yarn 13 of the warp yarn 12, the volume occupied by the core yarn 13 of the weft yarn 22, and the warp main axis direction In the entire fiber structure W including the warp yarn 12 and the weft yarn 22, a cover of + ⁇ degrees with respect to the volume occupied by the core yarn 13 of the warp yarn 12, the volume occupied by the core yarn 13 of the weft yarn 22, and the warp main axis direction.
  • the ratio of the volume occupied by the portion of the covering yarn 14 having a ring angle to the volume occupied by the portion of the covering yarn 14 having a covering angle of ⁇ degrees with respect to the warp main axis direction is 1: 1: 1: 1. It is.
  • the volume ratio of the four types of layers oriented at 0 °, 90 °, + 45 °, and ⁇ 45 ° with respect to the warp main axis direction is 1: 1: 1: 1 (that is, four types having different orientations). Therefore, the mechanical characteristics in each direction are equal.
  • the fiber reinforced composite material M is manufactured by impregnating the matrix resin Ma into the fiber structure W having the above configuration.
  • a manufacturing method in which the matrix resin Ma is impregnated into the fiber structure W and cured there is an RTM (Resin Transfer Molding) method.
  • RTM Resin Transfer Molding
  • a liquid thermosetting resin is injected into the mold in a state where the fiber structure W is disposed in the resin-impregnated mold.
  • an epoxy resin is used as the thermosetting resin.
  • the fiber reinforced composite material M is formed by heat curing.
  • the mechanical characteristics are improved in four directions (45 degrees).
  • the fiber-reinforced composite material M has the same mechanical properties in the four directions and has pseudo-isotropic properties.
  • the operation of the fiber structure W including the warp 12 and the weft 22 and the fiber reinforced composite material M will be described.
  • the fiber structure W when the fiber structure W is pulled and shaped in the first cover direction in which the first cover yarn main axis Ya of the warp yarn 12 extends, the warp yarn 12 and the weft yarn 22 follow the tension. Deform.
  • the covering yarn 14 is not stretched in the pulled first cover direction, and the occurrence of meandering or loose winding in the second cover direction perpendicular to the pulled direction is suppressed. Yes.
  • the warp yarn 12 and the weft yarn 22 are configured by spirally winding the covering yarn 14 around the core yarn 13, and the covering angle of the covering yarn 14 is the orientation direction of the core yarn 13 (the warp main axis direction being 0). It corresponds to a direction (+45 degrees which is the first cover direction and ⁇ 45 degrees which is the second cover direction) different from the degrees and 90 degrees which are the weft main spindle directions.
  • the covering angle of the covering yarn 14 is different from the yarn principal axis directions of the warp yarn 12 and the weft yarn 22, and the fiber reinforced composite material M Can be controlled in a direction to give mechanical characteristics to the.
  • the fiber reinforced composite material M can have mechanical characteristics in directions other than the warp main shaft direction of the warp yarn 12 and the weft main shaft direction of the weft yarn 22. Further, since the covering yarn 14 is spirally wound around the core yarn 13, the yarn main axis direction of the covering yarn 14 on both the wide surfaces 13 a and 13 b is symmetric with respect to the yarn main axis direction of the core yarn 13. (Plus or minus).
  • the covering yarn 14 is wound around the core yarn 13, even if the fiber structure is pulled in one direction along the main axis of the covering yarn 14 in order to shape the fiber structure, the covering yarn 14 is The covering yarn 14 oriented in the direction does not stretch, and the covering yarn 14 oriented in the other direction is prevented from meandering and loosening of winding. That is, since the covering yarn 14 is wound around the core yarn 13, even if the fiber structure W is shaped, the covering yarn 14 does not stretch or meander, and wrinkles are unlikely to occur. Therefore, about the fiber reinforced composite material M using the fiber structure W, the fall of the mechanical characteristic can be suppressed about the direction which gave the mechanical characteristic with the covering yarn 14.
  • the straightness of the covering yarn 14 is high, and the main axis of the yarn The effect of improving the mechanical properties in the direction increases.
  • the first cover direction and the second cover direction of the covering yarn 14 are different from the warp main shaft direction of the warp 12 and the weft main shaft direction of the weft 22. Therefore, the fiber structure W is a laminated body of the first fiber layer 11 and the second fiber layer 21, and the covering yarn is used in the first cover direction and the second cover direction without using the bias direction yarn. 14 can be oriented to improve the mechanical characteristics in the first cover direction and the second cover direction.
  • the covering angle formed by the first cover yarn spindle Ya of the covering yarn 14 with respect to the yarn spindle Y of the core yarn 13 is +45 degrees
  • the yarn spindle of the core yarn 13 With respect to Y the covering angle formed by the second cover yarn main axis Yb of the covering yarn 14 is ⁇ 45 degrees.
  • the warp yarn 22 intersects with the warp yarn 22 at 90 degrees
  • the portion of the covering yarn 14 that intersects at +45 degrees intersects at ⁇ 45 degrees.
  • the fiber reinforced composite material M can be made pseudo-isotropic.
  • the volume occupied by the core yarn 13 of the warp yarn 12, the volume occupied by the core yarn 13 of the weft yarn 22, and the volume occupied by the portion of the covering yarn 14 having a covering angle of + ⁇ degrees with respect to the warp main axis direction is the same.
  • the mechanical characteristics in the direction that forms a covering angle of - ⁇ degrees with respect to the warp main axis direction can be made uniform.
  • the same elastic characteristics can be obtained in the four directions of the fiber reinforced composite material M.
  • the fiber structure W is configured by joining the first fiber layer 11 made of the warp yarn 12 and the second fiber layer 21 made of the weft yarn 22 and can be manufactured using a general loom. it can.
  • the warp yarn 12 and the weft yarn 22 are provided with the covering yarn 14, so that the same mechanical characteristics as those of the fiber structure provided with the bias direction yarn, even if the fiber structure W is manufactured using a general loom. Can be given.
  • the covering yarn 14 is wound so that the covering layer 15 covering the core yarn 13 becomes one layer, but this is not restrictive.
  • the covering yarn 14 may be wound so that the covering layer covering the core yarn 13 becomes two layers.
  • each of the warp yarn 12 and the weft yarn 22 includes a core yarn 13, a first covering layer 16 formed by winding a covering yarn 14 around the core yarn 13 in a spiral shape,
  • the first covering layer 16 includes a second covering layer 17 formed by spirally winding the covering yarn 14.
  • the winding direction of the covering yarn 14 in the first covering layer 16 is opposite to the winding direction of the covering yarn 14 in the second covering layer 17.
  • the first covering layer 16 includes a first cover portion 16a in a portion (layer) located on the first wide surface 13a of the core yarn 13, and this first cover portion.
  • Reference numeral 16 a denotes a portion constituted by the covering yarn 14 having a covering angle of + ⁇ degrees with respect to the yarn main axis Y of the core yarn 13.
  • the first covering layer 16 includes a second cover portion 16b in a portion (layer) located on the second wide surface 13b of the core yarn 13, and the second cover portion 16b has a covering angle at the core. This is a portion constituted by a covering yarn 14 of ⁇ degrees with respect to the yarn main axis Y of the yarn 13.
  • the second covering layer 17 includes a first cover portion 17a at a portion of the first covering layer 16 located on the first cover portion 16a.
  • the first cover portion 17a has a covering angle of the core yarn 13. This is a portion constituted by a covering yarn 14 of ⁇ degrees with respect to the yarn main axis Y.
  • the second covering layer 17 includes a second cover portion 17b at a position located on the second cover portion 16b.
  • the second cover portion 17b has a covering angle with respect to the yarn main axis Y of the core yarn 13. This is a portion constituted by the covering yarn 14 of + ⁇ degrees.
  • each of the warp 12 and the weft 22 includes the core yarn 13, the first cover portion 16a and the second cover portion 16b of the first covering layer 16, and the second cover.
  • the ring layer 17 has a five-layer structure including a first cover portion 17a and a second cover portion 17b.
  • the volume ratio (thickness ratio) between the core yarn 13 and each layer of the covering yarn 14 is as follows: core yarn 13: first cover portion 16a: second cover portion 16b: first The cover portion 17a: second cover portion 17b is 4: 1: 1: 1: 1. Therefore, the volume ratio between the core yarn 13 and the two covering yarns 14 (the first covering layer 16 and the second covering layer 17) is 1: 1, and the core yarn 13 and the covering yarn 14 is made of the same reinforcing fiber.
  • the winding direction of the covering yarn 14 on the first covering layer 16 and the winding direction of the covering yarn 14 on the second covering layer 17 Is the opposite.
  • the winding directions of the first covering layer 16 and the second covering layer 17 may be the same.
  • the warp yarn 12 may be configured to include the core yarn 13 and the covering yarn 14, and the weft yarn 42 may be configured to include only a bundle of reinforcing fibers that do not include the covering yarn 14.
  • the volume ratio between the core yarn 13 of the warp yarn 12 and the weft yarn 42 is 1: 1, and the same thickness.
  • the volume ratio (thickness ratio) between the core yarn 13 of the warp yarn 12, the first cover portion 15a, and the second cover portion 15b is 1 for the core yarn 13: the first cover portion 15a: the second cover portion 15b. 1: 1.
  • the volume ratio between the first cover portion 15a and the second cover portion 15b and the other portions is 1: 1.
  • the covering angle of the warp yarn 12 and the covering angle of the weft yarn 22 may be different.
  • the covering angle in the warp 12 and the weft 22 may be an angle other than ⁇ 45 degrees, for example, 60 degrees.
  • the core yarn 13 may have a circular cross section instead of a flat cross section.
  • the volume ratio of the covering layer 15 is set to be higher than that of the core yarn 13. It is preferable to make it large.

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Abstract

繊維構造体は、第１の糸主軸方向に延びる第１の強化繊維束を有する第１の繊維層と、前記第１の糸主軸方向に直交する第２の糸主軸方向に延びる第２の強化繊維束を有する第２の繊維層と、前記第１の繊維層と前記第２の繊維層とをそれらの積層方向に結合した補助糸と、を含む。前記第１の強化繊維束及び第２の強化繊維束の少なくとも一方が、芯糸と、前記芯糸に対し螺旋状に巻き付けられたカバーリング糸と、を含む。前記カバーリング糸の配向角度であるカバーリング角度が、前記第１の糸主軸方向及び前記第２の糸主軸方向とは異なる方向であって前記繊維構造体を強化基材とした繊維強化複合材に力学的特性を持たせるための方向に対応している。

Description

繊維構造体及び繊維強化複合材
　本発明は、積層方向に結合された第１の繊維層と第２の繊維層とを含む繊維構造体、及び該繊維構造体を含む繊維強化複合材に関する。
　軽量、高強度の材料として繊維強化複合材（以下、単に複合材と称す。）が使用されている。複合材は、強化繊維にマトリックス樹脂が含浸されて複合化されることにより、マトリックス樹脂自体に比べて力学的特性（機械的特性）が向上するため、構造部品として好ましい。
　例えば、複合材の強化基材としての繊維構造体は、強化繊維製の経糸や緯糸がそれぞれ配列された繊維層を複数枚積層して得た積層体と、該複数の繊維層を積層方向に結合する補助糸と、を含む。また、複合材において、経糸や緯糸の糸主軸方向（糸が延びる方向）以外にも力学的特性を持たせるため、経糸層及び緯糸層に加え、それら経糸及び緯糸の主軸方向とは異なる主軸方向に延びるように配列されたバイアス方向糸を有する繊維層を積層する場合がある。例えば、図７に示すように、特許文献１の５軸三次元織物８０は、経糸８１ａを複数配列した経糸層８１と、緯糸８２ａを複数配列した緯糸層８２と、２層のバイアス糸層８３，８４と、を含み、これらの層は積層され、垂直糸８５によって積層方向に結合されている。一方のバイアス糸層８３の第１のバイアス糸８３ａは、経糸８１ａに対し一定角度傾斜し、他方のバイアス糸層８４の第２のバイアス糸８４ａは、経糸８１ａに対し、第１のバイアス糸８３ａとは逆方向へ一定角度傾斜している。そして、５軸三次元織物８０では、経糸８１ａの糸主軸方向及び緯糸８２ａの糸主軸方向以外の方向に、２種類のバイアス糸８３ａ，８４ａが延び、そのバイアス糸８３ａ，８４ａの延びる方向への力学的特性を向上させている。
特開２００２－１０５７９８号公報
　ところで、５軸三次元織物８０を第１のバイアス糸８３ａの糸主軸方向に引っ張って賦形させたとき、５軸三次元織物８０は、第２のバイアス糸８４ａによってせん断変形が抑制される。すると、第２のバイアス糸８４ａは縮む方向へ変形し、第２のバイアス糸８４ａが蛇行してしまい、５軸三次元織物８０を強化基材とした複合材では、第２のバイアス糸８４ａの糸主軸方向への力学的特性が低下してしまう。
　本発明の目的は、賦形時の力学的特性の低下を抑制することができる繊維構造体及び繊維強化複合材を提供することにある。
　上記問題点を解決するための繊維構造体は、第１の糸主軸方向に延びるように配列された複数本の第１の強化繊維束を有する第１の繊維層と、前記第１の糸主軸方向に直交する第２の糸主軸方向に延びるように配列された複数本の第２の強化繊維束を有する第２の繊維層と、前記第１の強化繊維束と前記第２の強化繊維束とに交錯して、前記第１の繊維層と前記第２の繊維層とをそれらの積層方向に結合した補助糸と、を含み、前記第１の強化繊維束及び第２の強化繊維束の少なくとも一方が、強化繊維製の芯糸と、前記芯糸に対し螺旋状に巻き付けられた強化繊維製のカバーリング糸と、を含み、前記芯糸に対する前記カバーリング糸の配向角度であるカバーリング角度が、前記第１の糸主軸方向及び前記第２の糸主軸方向とは異なる方向であって前記繊維構造体を強化基材とした繊維強化複合材に力学的特性を持たせるための方向に対応している。
　上記問題点を解決するための繊維構造体にマトリックス樹脂を含浸させた繊維強化複合材は、前記繊維構造体は、第１の糸主軸方向に延びるように配列された複数本の第１の強化繊維束を有する第１の繊維層と、前記第１の糸主軸方向に直交する第２の糸主軸方向に延びるように配列された複数本の第２の強化繊維束を有する第２の繊維層と、前記第１の強化繊維束と前記第２の強化繊維束とに交錯して、前記第１の繊維層と前記第２の繊維層とをそれらの積層方向に結合した補助糸と、を含み、前記第１の強化繊維束及び第２の強化繊維束の少なくとも一方が、強化繊維製の芯糸と、前記芯糸に対し螺旋状に巻き付けられた強化繊維製のカバーリング糸と、を含み、前記芯糸に対する前記カバーリング糸の配向角度であるカバーリング角度が、前記第１の糸主軸方向及び前記第２の糸主軸方向とは異なる方向であって前記繊維強化複合材に力学的特性を持たせるための方向に対応している。
一実施形態の繊維構造体を模式的に示す平面図。 図１の繊維構造体を含む繊維強化複合材を模式的に示す断面図。 図１の繊維構造体が含む第１の強化繊維束及び第２の強化繊維束を模式的に示す図。 せん断変形した図１の繊維構造体を模式的に示す図。 （ａ）は別例の強化繊維束を示す図、（ｂ）は（ａ）の強化繊維束を含む繊維強化複合材を示す部分断面図。 さらなる別例の繊維強化複合材を示す部分断面図。 従来の５軸三次元織物を示す図。
　以下、繊維構造体及び繊維強化複合材を具体化した一実施形態を図１～図４にしたがって説明する。
　図２に示すように、繊維強化複合材Ｍは、強化基材を構成する繊維構造体Ｗにマトリックス樹脂Ｍａを含浸させて形成されたものである。
　図１及び図２に示すように、繊維構造体Ｗは、第１の繊維層１１と第２の繊維層２１とが、第１補助糸３１及び第２補助糸３２で結合されて構成されている。繊維構造体Ｗにおいて、第１の繊維層１１と第２の繊維層２１とが積み重ねられた方向を積層方向とし、第１の繊維層１１及び第２の繊維層２１において、積層方向に沿う方向を厚み方向とするとともに、その厚み方向に沿う寸法を厚みとする。
　図１に示すように、第１の繊維層１１は、第１の強化繊維束としての経糸１２が複数本配列されて構成されている。第１の繊維層１１において、経糸１２の経糸主軸Ｘ１の延びる方向を経糸主軸方向とする。また、繊維構造体Ｗにおいて、経糸１２の配向角度を０度とする。
　第２の繊維層２１は、第２の強化繊維束としての緯糸２２が複数本配列されて構成されている。第２の繊維層２１において、緯糸２２の緯糸主軸Ｘ２の延びる方向を緯糸主軸方向とする。繊維構造体Ｗにおいて、経糸主軸方向（経糸主軸Ｘ１）に対し、緯糸主軸方向（緯糸主軸Ｘ２）は９０度で交差しており、繊維構造体Ｗでの緯糸２２の配向角度は、経糸１２の経糸主軸方向に対し直交した９０度である。
　第１補助糸３１は、隣り合う経糸１２同士の間に配置されている。また、第１補助糸３１は、緯糸２２と第２補助糸３２に交錯している。第２補助糸３２は、隣り合う緯糸２２同士の間に配置されるとともに、第１補助糸３１と経糸１２に交錯している。その結果、第１補助糸３１及び第２補助糸３２によって、複数の経糸１２と緯糸２２とが結合され、第１の繊維層１１と第２の繊維層２１とが積層方向に結合されている。
　次に、経糸１２及び緯糸２２について説明する。
　図２に示すように、経糸１２及び緯糸２２の各々は、強化繊維製の芯糸１３と、芯糸１３を被覆した強化繊維製の複数のカバーリング糸１４とを含む。芯糸１３及びカバーリング糸１４の各々は、複数の強化繊維を束ねて構成されている。芯糸１３を構成する強化繊維は、例えば炭素繊維、アラミド繊維やガラス繊維である。また、芯糸１３は断面扁平状であり、芯糸１３の長手方向に延びる一対の幅広面１３ａ，１３ｂを有し、一方の幅広面１３ａを第１の幅広面１３ａとし、他方の幅広面１３ｂを第２の幅広面１３ｂとする。芯糸１３は、幅広面１３ａ，１３ｂの長縁部同士を繋ぐ円弧面１３ｃを備える。経糸１２における芯糸１３の糸主軸方向（糸主軸Ｙ）は経糸１２の経糸主軸方向（経糸主軸Ｘ１）と一致し、緯糸２２における芯糸１３の糸主軸方向（糸主軸Ｙ）は緯糸２２の緯糸主軸方向（緯糸主軸Ｘ２）と一致している。
　図３に示すように、カバーリング糸１４は、芯糸１３の外周面に螺旋状に巻き付けられている。カバーリング糸１４を構成する強化繊維は、例えば炭素繊維、アラミド繊維やガラス繊維である。カバーリング糸１４は、芯糸１３の糸主軸方向（糸主軸Ｙ）に対して一定の配向角度（カバーリング角度）θをなす状態で巻き付けられている。そして、芯糸１３は、カバーリング糸１４の巻き付けによって構成されたカバーリング層１５によって覆われている。本実施形態ではカバーリング角度θは４５度である。
　芯糸１３の第１の幅広面１３ａ上でのカバーリング糸１４の糸主軸方向（第１カバー糸主軸Ｙａ）を第１カバー方向とし、第２の幅広面１３ｂ上でのカバーリング糸１４の糸主軸方向（第２カバー糸主軸Ｙｂ）を第２カバー方向とする。第１カバー方向と、第２カバー方向とは、芯糸１３の糸主軸Ｙに関して対称である。芯糸１３の糸主軸Ｙに対し第１カバー糸主軸Ｙａがなすカバーリング角度は＋θ度（＋４５度）であり、芯糸１３の糸主軸Ｙに対し第２カバー糸主軸Ｙｂがなすカバーリング角度は－θ度（－４５度）である。繊維構造体Ｗにおいて、カバーリング糸１４のカバーリング角度θは、芯糸１３の配向方向（経糸主軸方向である０度及び緯糸主軸方向である９０度）とは異なる方向（第１カバー方向である＋４５度及び第２カバー方向である－４５度）に対応している。
　カバーリング層１５は、カバーリング糸１４のうち、芯糸１３の第１の幅広面１３ａ上に位置する部分（層）で構成された第１カバー部１５ａを備え、この第１カバー部１５ａは、カバーリング角度が糸主軸Ｙに対し＋θ度のカバーリング糸１４で構成された部位である。また、カバーリング層１５は、カバーリング糸１４のうち、芯糸１３の第２の幅広面１３ｂ上に位置する部分（層）で構成された第２カバー部１５ｂを備え、この第２カバー部１５ｂは、カバーリング角度が糸主軸Ｙに対し－θ度のカバーリング糸１４で構成された部位である。よって、図２に示すように、経糸１２及び緯糸２２の断面視では、経糸１２及び緯糸２２の各々は、芯糸１３と、第１カバー部１５ａと、第２カバー部１５ｂとからなる３層構造である。
　経糸１２及び緯糸２２の各々において、芯糸１３とカバーリング糸１４の各層との体積比については、芯糸１３：第１カバー部１５ａ：第２カバー部１５ｂが２：１：１となっている。このため、経糸１２及び緯糸２２の断面視では、芯糸１３の厚みと、第１カバー部１５ａの厚みと、第２カバー部１５ｂの厚みとの比についても、芯糸１３：第１カバー部１５ａ：第２カバー部１５ｂが２：１：１となっている。よって、芯糸１３とカバーリング層１５との体積比は１：１となっている。
　図１又は図３に示すように、上記構成の経糸１２及び緯糸２２を有する繊維構造体Ｗでは、経糸主軸方向と緯糸主軸方向とが直交している。このため、繊維構造体Ｗでは、経糸１２の第１カバー部１５ａでのカバーリング糸１４の糸主軸方向と、緯糸２２の第２カバー部１５ｂでのカバーリング糸１４の糸主軸方向とが同じであり、経糸主軸方向に対して共に同じカバーリング角度＋θ度（＋４５度）である。また、経糸１２の第２カバー部１５ｂでのカバーリング糸１４の糸主軸方向と、緯糸２２の第１カバー部１５ａでのカバーリング糸１４の糸主軸方向とが同じであり、経糸主軸方向に対して共に同じカバーリング角度－θ度（－４５度）である。
　繊維構造体Ｗは、経糸１２の芯糸１３（０度）の層と、緯糸２２（９０度）の芯糸１３の層と、経糸１２の第１カバー部１５ａの層と、緯糸２２の第２カバー部１５ｂの層と、経糸１２の第２カバー部１５ｂの層と、緯糸２２の第１カバー部１５ａの層とを含む６層構造である。また、経糸１２の第１カバー部１５ａの層と緯糸２２の第２カバー部１５ｂの層とは共に、経糸主軸方向に対して＋４５度のカバーリング角度を有し、経糸１２の第２カバー部１５ｂの層と緯糸２２の第１カバー部１５ａの層とは共に、経糸主軸方向に対して－４５度のカバーリング角度を有する。よって、繊維構造体Ｗは、互いに異なる配向を有する４種類の層を含む構造である。
　そして、経糸１２と緯糸２２とを含む繊維構造体Ｗ全体においては、経糸１２の芯糸１３が占める体積と、緯糸２２の芯糸１３が占める体積と、経糸主軸方向に対して＋θ度のカバーリング角度を有するカバーリング糸１４の部位が占める体積と、経糸主軸方向に対して－θ度のカバーリング角度を有するカバーリング糸１４の部位が占める体積との比が１：１：１：１である。したがって、経糸主軸方向に対して０度、９０度、＋４５度及び－４５度にそれぞれ配向される４種類の層の体積比が１：１：１：１（つまり、互いに異なる配向を有する４種類の層の体積が互いに同一）となるため、各方向への力学的特性が均等となる。
　繊維強化複合材Ｍは、上記構成の繊維構造体Ｗにマトリックス樹脂Ｍａを含浸することで製造される。マトリックス樹脂Ｍａを繊維構造体Ｗに含浸、硬化させる製造方法の一例として、ＲＴＭ（Resin Transfer Molding）法がある。ＲＴＭ法では、樹脂含浸用型内に繊維構造体Ｗを配置した状態で型内に液状の熱硬化性樹脂を注入する。熱硬化性樹脂として、例えばエポキシ樹脂が使用される。型内に熱硬化性樹脂を注入した後、加熱硬化することで繊維強化複合材Ｍが形成される。
　繊維強化複合材Ｍでは、経糸１２の芯糸１３が延びる経糸主軸方向（０度）、緯糸２２の芯糸１３が延びる緯糸主軸方向（９０度）、経糸１２の第１カバー部１５ａの第１カバー方向及び緯糸２２の第２カバー部１５ｂの第２カバー方向（＋４５度）、経糸１２の第２カバー部１５ｂの第２カバー方向及び緯糸２２の第１カバー部１５ａの第１カバー方向（－４５度）の４方向において力学的特性が向上している。また、繊維強化複合材Ｍは、４方向において力学的特性が同等に向上し、擬似等方性を有する。
　次に、経糸１２及び緯糸２２を備える繊維構造体Ｗ、及び繊維強化複合材Ｍの作用を記載する。
　例えば、図４に示すように、経糸１２の第１カバー糸主軸Ｙａの延びる第１カバー方向へ繊維構造体Ｗが引っ張られて賦形した場合、経糸１２及び緯糸２２は、引っ張りに追従して変形する。その一方で、カバーリング糸１４は、引っ張られた第１カバー方向への伸びが発生せず、引っ張られた方向に直交した第２カバー方向について蛇行や巻き付けの緩みが発生することが抑制されている。
　上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
　（１）経糸１２及び緯糸２２は、芯糸１３にカバーリング糸１４を螺旋状に巻き付けて構成され、カバーリング糸１４のカバーリング角度は、芯糸１３の配向方向（経糸主軸方向である０度及び緯糸主軸方向である９０度）とは異なる方向（第１カバー方向である＋４５度及び第２カバー方向である－４５度）に対応している。芯糸１３へのカバーリング糸１４のカバーリング角度を制御することで、カバーリング糸１４の糸主軸方向を、経糸１２及び緯糸２２の糸主軸方向とは異なる方向であり、繊維強化複合材Ｍに力学的特性を持たせるための方向に制御することができる。このため、バイアス方向糸を用いずに、繊維強化複合材Ｍにおいて経糸１２の経糸主軸方向及び緯糸２２の緯糸主軸方向以外の方向への力学的特性を持たせることができる。また、カバーリング糸１４は、芯糸１３に対し螺旋状に巻き付けられていることから、両幅広面１３ａ，１３ｂ上のカバーリング糸１４の糸主軸方向は、芯糸１３の糸主軸方向に関して対称（プラスマイナス）となる。さらに、カバーリング糸１４は芯糸１３に巻き付けられているため、繊維構造体を賦形するために、繊維構造体が、カバーリング糸１４の糸主軸方向の一方向に引っ張られても、一方向に配向されたカバーリング糸１４は伸びず、他方向に配向されたカバーリング糸１４は蛇行することや、巻き付けが弛むことが抑制される。つまり、カバーリング糸１４は、芯糸１３に巻き付けられているため、繊維構造体Ｗが賦形されてもカバーリング糸１４が伸びたり、蛇行したりせず、皺が発生しにくい。よって、繊維構造体Ｗを用いた繊維強化複合材Ｍについて、カバーリング糸１４によって力学的特性を持たせた方向について、その力学的特性の低下を抑制することができる。また、幅広面１３ａ，１３ｂ上でのカバーリング糸１４の糸主軸方向が繊維強化複合材Ｍにおいて力学的特性を向上させる方向に一致するので、カバーリング糸１４の直進性が高く、その糸主軸方向への力学的特性向上効果が高まる。
　（２）カバーリング糸１４の第１カバー方向及び第２カバー方向は、経糸１２の経糸主軸方向及び緯糸２２の緯糸主軸方向と異なる方向である。よって、繊維構造体Ｗが、第１の繊維層１１と第２の繊維層２１との積層体でありながら、バイアス方向糸を使用することなく第１カバー方向及び第２カバー方向にカバーリング糸１４を配向させ、第１カバー方向及び第２カバー方向への力学的特性を向上させることができる。
　（３）経糸１２及び緯糸２２の各々において、芯糸１３の糸主軸Ｙに対し、カバーリング糸１４の第１カバー糸主軸Ｙａがなすカバーリング角度は＋４５度であり、芯糸１３の糸主軸Ｙに対し、カバーリング糸１４の第２カバー糸主軸Ｙｂがなすカバーリング角度は－４５度である。このため、繊維構造体Ｗを用いた繊維強化複合材Ｍでは、経糸１２に対し、９０度で交差する緯糸２２と、＋４５度で交差するカバーリング糸１４の部位と、－４５度で交差するカバーリング糸１４の部位とが存在し、繊維強化複合材Ｍに疑似等方性を持たせることができる。
　（４）経糸１２の芯糸１３が占める体積と、緯糸２２の芯糸１３が占める体積と、経糸主軸方向に対して＋θ度のカバーリング角度を有するカバーリング糸１４の部位が占める体積と、経糸主軸方向に対して－θ度のカバーリング角度を有するカバーリング糸１４の部位が占める体積とが同じである。このため、経糸１２の経糸主軸方向への力学的特性と、緯糸２２の緯糸主軸方向への力学的特性と、経糸主軸方向に対して＋θ度のカバーリング角度をなす方向への力学的特性と、経糸主軸方向に対して－θ度のカバーリング角度をなす方向への力学的特性とを均等にすることができる。その結果として、繊維強化複合材Ｍの４方向について、同じ弾性特性とすることができる。
　（５）繊維構造体Ｗは、経糸１２からなる第１の繊維層１１と、緯糸２２からなる第２の繊維層２１とを結合して構成され、一般の織機を使用して製造することができる。そして、経糸１２及び緯糸２２がカバーリング糸１４を備えることで、一般の織機を使用して製造された繊維構造体Ｗであっても、バイアス方向糸を備えた繊維構造体と同じ力学的特性を持たせることができる。
　なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
　○　実施形態では、芯糸１３を覆うカバーリング層１５が１層となるようにカバーリング糸１４を巻き付けたが、これに限らない。芯糸１３を覆うカバーリング層が２層となるようにカバーリング糸１４を巻き付けてもよい。
　図５（ａ）に示すように、経糸１２及び緯糸２２の各々は、芯糸１３と、芯糸１３に対しカバーリング糸１４を螺旋状に巻き付けて構成された第１カバーリング層１６と、この第１カバーリング層１６に対しカバーリング糸１４を螺旋状に巻き付けて構成された第２カバーリング層１７とを有する。第１カバーリング層１６でのカバーリング糸１４の巻き付け方向と、第２カバーリング層１７でのカバーリング糸１４の巻き付け方向とは逆である。
　図５（ｂ）に示すように、第１カバーリング層１６は、芯糸１３の第１の幅広面１３ａ上に位置する部分（層）に第１カバー部１６ａを備え、この第１カバー部１６ａは、カバーリング角度が芯糸１３の糸主軸Ｙに対し＋θ度のカバーリング糸１４で構成された部位である。また、第１カバーリング層１６は、芯糸１３の第２の幅広面１３ｂ上に位置する部分（層）に第２カバー部１６ｂを備え、この第２カバー部１６ｂは、カバーリング角度が芯糸１３の糸主軸Ｙに対し－θ度のカバーリング糸１４で構成された部位である。
　第２カバーリング層１７は、第１カバーリング層１６の第１カバー部１６ａ上に位置する部位に第１カバー部１７ａを備え、この第１カバー部１７ａは、カバーリング角度が芯糸１３の糸主軸Ｙに対し－θ度のカバーリング糸１４で構成された部位である。また、第２カバーリング層１７は、第２カバー部１６ｂ上に位置する部位に第２カバー部１７ｂを備え、この第２カバー部１７ｂは、カバーリング角度が芯糸１３の糸主軸Ｙに対し＋θ度のカバーリング糸１４で構成された部位である。
　このため、経糸１２及び緯糸２２の断面視では、経糸１２及び緯糸２２の各々は、芯糸１３と、第１カバーリング層１６の第１カバー部１６ａ及び第２カバー部１６ｂと、第２カバーリング層１７の第１カバー部１７ａ及び第２カバー部１７ｂとからなる５層構造である。
　また、経糸１２及び緯糸２２の各々において、芯糸１３とカバーリング糸１４の各層との体積比（厚み比）については、芯糸１３：第１カバー部１６ａ：第２カバー部１６ｂ：第１カバー部１７ａ：第２カバー部１７ｂが４：１：１：１：１となっている。よって、芯糸１３と２本のカバーリング糸１４（第１カバーリング層１６と第２カバーリング層１７）との体積比は１：１となっており、また、芯糸１３とカバーリング糸１４が同じ強化繊維製である。このことから、経糸１２の経糸主軸方向への力学的特性と、緯糸２２の緯糸主軸方向への力学的特性と、経糸主軸方向に対して＋θ度のカバーリング角度をなす方向への力学的特性と、経糸主軸方向に対して－θ度のカバーリング角度をなす方向への力学的特性とを均等にすることができる。
　○　図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、第１カバーリング層１６でのカバーリング糸１４の巻き付け方向と、第２カバーリング層１７でのカバーリング糸１４の巻き付け方向とは逆である。これに対し、芯糸１３を第１カバーリング層１６と第２カバーリング層１７で覆った構造において、第１カバーリング層１６と第２カバーリング層１７の巻き付け方向を同じにしてもよい。
　○　図６に示すように、経糸１２を、芯糸１３とカバーリング糸１４を有する構成とし、緯糸４２を、カバーリング糸１４を有さない強化繊維の束だけの構成としてもよい。
　この場合、経糸１２の芯糸１３と、緯糸４２との体積比は１：１とし、同じ太さとする。また、経糸１２の芯糸１３と、第１カバー部１５ａと、第２カバー部１５ｂとの体積比（厚み比）については、芯糸１３：第１カバー部１５ａ：第２カバー部１５ｂが１：１：１である。その結果として、第１カバー部１５ａ及び第２カバー部１５ｂと、それ以外の部位（経糸１２の芯糸１３と緯糸４２）との体積比が１：１となる。
　○　経糸１２のカバーリング角度と、緯糸２２のカバーリング角度を異ならせてもよい。
　○　経糸１２及び緯糸２２におけるカバーリング角度は±４５度以外の角度であってもよく、例えば６０度でもよい。
　○　芯糸１３は断面扁平状ではなく、断面円形状であってもよい。この場合は、芯糸１３が断面扁平状である実施形態に比較してカバーリング角度θの方向への力学的特性向上効果が下がるので、カバーリング層１５の体積比率を芯糸１３の層よりもおおきくすることが好ましい。

Claims (7)

  1. 　繊維構造体であって、
    　第１の糸主軸方向に延びるように配列された複数本の第１の強化繊維束を有する第１の繊維層と、
    　前記第１の糸主軸方向に直交する第２の糸主軸方向に延びるように配列された複数本の第２の強化繊維束を有する第２の繊維層と、
    　前記第１の強化繊維束と前記第２の強化繊維束とに交錯して、前記第１の繊維層と前記第２の繊維層とをそれらの積層方向に結合した補助糸と、を含み、
    　前記第１の強化繊維束及び第２の強化繊維束の少なくとも一方が、
    　　強化繊維製の芯糸と、
    　　前記芯糸に対し螺旋状に巻き付けられた強化繊維製のカバーリング糸と、を含み、
    　前記芯糸に対する前記カバーリング糸の配向角度であるカバーリング角度が、前記第１の糸主軸方向及び前記第２の糸主軸方向とは異なる方向であって前記繊維構造体を強化基材とした繊維強化複合材に力学的特性を持たせるための方向に対応している繊維構造体。
  2. 　前記芯糸は、断面扁平状であり、前記芯糸の長手方向に延びる一対の幅広面を有し、該一対の幅広面上にそれぞれ位置する前記カバーリング糸の部位が前記異なる方向に配向されている請求項１に記載の繊維構造体。
  3. 　前記第１の強化繊維束及び第２の強化繊維束の各々が前記芯糸及び前記カバーリング糸を有する請求項１又は請求項２に記載の繊維構造体。
  4. 　前記第１の強化繊維束及び第２の強化繊維束の各々において、
    　　前記カバーリング糸は、前記芯糸を覆うカバーリング層を構成し、前記カバーリング層は、前記カバーリング糸のうち、前記芯糸の糸主軸方向に対し所定のカバーリング角度をなす部位で構成された第１カバー部と、前記芯糸の糸主軸に関して前記第１カバー部のカバーリング角度と対称のカバーリング角度をなす部位で構成された第２カバー部と、を有し、
    　　前記芯糸と前記第１カバー部と前記第２カバー部との体積比は、２：１：１である請求項３に記載の繊維構造体。
  5. 　前記第１の強化繊維束及び第２の強化繊維束のうち前記第１の強化繊維束のみが前記芯糸及び前記カバーリング糸を有する請求項１又は請求項２に記載の繊維構造体。
  6. 　前記カバーリング糸は、前記芯糸を覆うカバーリング層を構成し、前記カバーリング層は、前記カバーリング糸のうち、前記芯糸の糸主軸方向に対し所定のカバーリング角度をなす部位で構成された第１カバー部と、前記芯糸の糸主軸に関して前記第１カバー部のカバーリング角度と対称のカバーリング角度をなす部位で構成された第２カバー部と、を有し、
    　前記芯糸と前記第２の強化繊維束との体積比は１：１であり、前記芯糸と前記第１カバー部と前記第２カバー部との体積比は１：１：１である請求項５に記載の繊維構造体。
  7. 　繊維構造体にマトリックス樹脂を含浸させた繊維強化複合材であって、
    　前記繊維構造体は、
    　第１の糸主軸方向に延びるように配列された複数本の第１の強化繊維束を有する第１の繊維層と、
    　前記第１の糸主軸方向に直交する第２の糸主軸方向に延びるように配列された複数本の第２の強化繊維束を有する第２の繊維層と、
    　前記第１の強化繊維束と前記第２の強化繊維束とに交錯して、前記第１の繊維層と前記第２の繊維層とをそれらの積層方向に結合した補助糸と、を含み、
    　前記第１の強化繊維束及び第２の強化繊維束の少なくとも一方が、
    　　強化繊維製の芯糸と、
    　　前記芯糸に対し螺旋状に巻き付けられた強化繊維製のカバーリング糸と、を含み、
    　前記芯糸に対する前記カバーリング糸の配向角度であるカバーリング角度が、前記第１の糸主軸方向及び前記第２の糸主軸方向とは異なる方向であって前記繊維強化複合材に力学的特性を持たせるための方向に対応している繊維強化複合材。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019013091A1 (ja) * 2017-07-10 2019-01-17 倉敷紡績株式会社 繊維強化樹脂用芯鞘複合糸及びこれを使用した繊維強化樹脂

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI802955B (zh) * 2021-08-10 2023-05-21 銓程國際股份有限公司 具防臭抗菌的高強度防護布及其製造方法
TWI803932B (zh) * 2021-08-10 2023-06-01 銓程國際股份有限公司 具透濕之高強度防護布及其製造方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6366362A (ja) * 1987-05-22 1988-03-25 倉敷紡績株式会社 補強用基布
JP2512467Y2 (ja) * 1990-05-17 1996-10-02 東レ株式会社 三次元補強材およびそれを用いた繊維強化複合材料
JP2013522486A (ja) * 2010-03-18 2013-06-13 トウホウ テナックス ユーロップ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング 縫合した多軸の布帛
US20140045400A1 (en) * 2011-04-26 2014-02-13 Nv Bekaert Sa Steel fiber reinforced composites

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5530974A (en) * 1978-08-29 1980-03-05 Toray Industries Fabric construction for composite material
US6127035A (en) * 1998-12-03 2000-10-03 Carter; H. Landis Low dielectric composite fiber and fabric
JP2002105798A (ja) 2000-10-02 2002-04-10 Murata Mach Ltd ５軸三次元織機のバイアス装置
FR2828894B1 (fr) * 2001-08-24 2004-01-02 Schappe Sa Fil resistant a la coupure, destine notamment a la realisation de vetements de protection
US7361618B2 (en) * 2001-12-19 2008-04-22 Toray Industries, Inc. Carbon fiber-made reinforcing woven fabric and prepreg and prepreg production method
DE102010028433A1 (de) 2010-04-30 2011-11-03 Deutsche Institute Für Textil- Und Faserforschung Denkendorf Hybridgarn zur Herstellung von Formteilen
FR2970481B1 (fr) * 2011-01-18 2014-06-13 Snecma Structure fibreuse pour piece en materiau composite de geometrie complexe
US9023450B2 (en) * 2011-09-06 2015-05-05 Honeywell International Inc. High lap shear strength, low back face signature UD composite and the process of making
US9539789B2 (en) * 2012-08-21 2017-01-10 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki Three-dimensional fiber-reinforced composite and method for producing three-dimensional fiber-reinforced composite
JP2015080944A (ja) * 2013-10-24 2015-04-27 株式会社豊田自動織機 繊維強化樹脂

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6366362A (ja) * 1987-05-22 1988-03-25 倉敷紡績株式会社 補強用基布
JP2512467Y2 (ja) * 1990-05-17 1996-10-02 東レ株式会社 三次元補強材およびそれを用いた繊維強化複合材料
JP2013522486A (ja) * 2010-03-18 2013-06-13 トウホウ テナックス ユーロップ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング 縫合した多軸の布帛
US20140045400A1 (en) * 2011-04-26 2014-02-13 Nv Bekaert Sa Steel fiber reinforced composites

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3342907A4 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019013091A1 (ja) * 2017-07-10 2019-01-17 倉敷紡績株式会社 繊維強化樹脂用芯鞘複合糸及びこれを使用した繊維強化樹脂
JPWO2019013091A1 (ja) * 2017-07-10 2020-05-21 倉敷紡績株式会社 繊維強化樹脂用芯鞘複合糸及びこれを使用した繊維強化樹脂
JP7123047B2 (ja) 2017-07-10 2022-08-22 倉敷紡績株式会社 繊維強化樹脂用芯鞘複合糸及びこれを使用した繊維強化樹脂
TWI783004B (zh) * 2017-07-10 2022-11-11 日商倉敷紡績股份有限公司 纖維強化樹脂用芯鞘複合絲及使用其之纖維強化樹脂

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