WO2017082066A1 - 繊維構造体 - Google Patents

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WO2017082066A1
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yarns
fiber
laminate
laminates
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Inventor
真梨 河原
神谷　隆太
Original Assignee
株式会社 豊田自動織機
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    • D03D1/00—Woven fabrics designed to make specified articles
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D03—WEAVING
    • D03D—WOVEN FABRICS; METHODS OF WEAVING; LOOMS
    • D03D11/00—Double or multi-ply fabrics not otherwise provided for
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D03—WEAVING
    • D03D—WOVEN FABRICS; METHODS OF WEAVING; LOOMS
    • D03D15/00—Woven fabrics characterised by the material, structure or properties of the fibres, filaments, yarns, threads or other warp or weft elements used
    • D03D15/50—Woven fabrics characterised by the material, structure or properties of the fibres, filaments, yarns, threads or other warp or weft elements used characterised by the properties of the yarns or threads
    • D03D15/573—Tensile strength
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D10—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B2505/00—Industrial
    • D10B2505/02—Reinforcing materials; Prepregs

Definitions

  • the present invention relates to a fiber structure composed of a plurality of laminates.
  • a fiber-reinforced composite material is used as a lightweight, high-strength material.
  • the reinforced fiber is compounded with a matrix of resin or metal. This improves the mechanical properties (mechanical properties) of the fiber reinforced composite material compared to the matrix itself. For this reason, a fiber reinforced composite material is preferable as a structural component.
  • a resin is used as the matrix, the structural parts can be reduced in weight, which is preferable.
  • a fiber structure is used as a base material for a fiber-reinforced composite material.
  • a fiber structure there is a fiber structure in which the main axis of the reinforcing fiber yarn extends in two directions of 0 degrees and 90 degrees to enhance the mechanical characteristics in two directions when used in a fiber reinforced composite material.
  • Such a biaxially oriented fiber structure is produced by laminating a plurality of fiber layers in which reinforcing fiber yarns are uniaxially oriented so that the main axes of the reinforcing fiber yarns of each fiber layer are orthogonal to each other.
  • Patent Document 1 discloses a woven fabric substrate composed of a fiber layer in which reinforcing fiber yarns are uniaxially oriented.
  • the woven fabric substrate is configured by laminating two fiber layers.
  • Each fiber layer includes a plurality of reinforcing fiber warps arranged in parallel to each other, and auxiliary yarns provided between adjacent reinforcing fiber warps and extending in the same direction as the reinforcing fiber warps.
  • the warp yarns for reinforcing fibers of each fiber layer extend in the same direction and are shifted in the arrangement direction in a state where a part of the warp yarns for reinforcing fibers are overlapped.
  • each fiber layer the warp yarns for reinforcing fibers and the auxiliary yarns are bonded by the in-layer tissue yarn.
  • the uniaxially-oriented textile base material is comprised because each fiber layer is couple
  • An object of the present invention is to provide a fiber structure that can easily produce a biaxially oriented fiber structure.
  • each of the laminates is formed by laminating a plurality of fiber layers, and each of the plurality of fiber layers is Reinforced fiber yarns and auxiliary yarns arranged alternately, and in-layer tissue yarns that join the reinforcing fiber yarns and auxiliary yarns in the arrangement direction, and in each laminate, each reinforcing fiber yarn of the plurality of fiber layers
  • the auxiliary yarns have the same main axis direction, and are arranged in the fiber layer stacking direction so that the plurality of reinforcing fiber yarns overlap with each other, and the plurality of auxiliary yarns shift the relative positions.
  • the plurality of fiber layers are joined by intermediate texture yarns engaged with auxiliary yarns positioned at both ends in the lamination direction. Arranged so that the main axes of the auxiliary yarns of the laminate are orthogonal By engaging at least one of the in-layer texture yarn and the intermediate texture yarn of the laminate extending in one direction with the yarn main shaft and at least one of the in-layer texture yarn and the intermediate texture yarn of the laminate extending in the other direction.
  • a fiber structure is provided in which a plurality of laminates are bonded in the lamination direction.
  • a fiber-reinforced composite material in which a fiber structure is impregnated with a matrix resin.
  • the fiber structure has a plurality of laminated bodies, each of the plurality of laminated bodies is formed by laminating a plurality of fiber layers, and each of the plurality of fiber layers is alternately arranged with reinforcing fiber yarns and auxiliary yarns, In each layered body, the reinforcing fiber yarns and auxiliary yarns in the arrangement direction are connected to each other in the arrangement direction.
  • the plurality of reinforcing fiber yarns are arranged with their relative positions shifted in a state where they overlap each other, and the plurality of auxiliary yarns are arranged with their relative positions shifted, and the plurality of fiber layers are arranged in the stacking direction.
  • the plurality of laminates have the yarn main axes of the reinforcing fiber yarns of each laminate made orthogonal and the yarn main axes of the auxiliary yarns of each laminate made orthogonal In the layer of the laminate that is arranged in a state and the yarn main axis extends in one direction
  • a plurality of laminates are coupled in the laminating direction by engagement of at least one of the woven yarn and the intermediate texture yarn and at least one of the in-layer texture yarn and the intermediate texture yarn of the laminate extending in the other direction.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line 2-2 of FIG.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line 3-3 in FIG. 1.
  • the front view which shows partially the fiber structure of 1st Embodiment.
  • the fragmentary perspective view which shows typically the fiber structure of the 2nd Embodiment of this invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line 6-6 of FIG.
  • FIG. 7 is a sectional view taken along line 7-7 in FIG.
  • the front view which shows partially the fiber structure of 2nd Embodiment.
  • FIG. 10 is a sectional view taken along line 10-10 in FIG. 9;
  • FIG. 11 is a sectional view taken along line 11-11 in FIG. 9;
  • the front view which shows the fiber structure of 3rd Embodiment partially.
  • the fiber structure 10 is configured by laminating a first laminated body 13 and a second laminated body 20 and coupling the first and second laminated bodies 13 and 20 in the laminating direction.
  • the first laminated body 13 is a laminated body of two first fiber layers 14, and is configured by connecting the two first fiber layers 14 with a first intermediate tissue thread 16 in the lamination direction.
  • Each first fiber layer 14 includes a plurality of first reinforcing fiber yarns 11 as reinforcing fiber yarns, a plurality of first auxiliary yarns 12 as auxiliary yarns, a first reinforcing fiber yarn 11 and a first auxiliary yarn 12.
  • the first reinforcing fiber yarns 11 and the first auxiliary yarns 12 are alternately arranged.
  • a plurality of first reinforcing fiber yarns 11 are arranged in parallel to each other, and a plurality of first auxiliary yarns 12 are arranged in parallel to each other, and the first reinforcing fiber yarns 11 and the first auxiliary yarns are arranged. 12 are arranged in parallel to each other.
  • each first in-layer tissue yarn 15 is engaged with the upper surface or the lower surface of the first reinforcing fiber yarn 11, and is engaged with the lower surface or the upper surface of the first auxiliary yarn 12.
  • each first-layer tissue yarn 15 extends in the arrangement direction of the first reinforcing fiber yarn 11 and the first auxiliary yarn 12 while being alternately folded back with respect to the first reinforcing fiber yarn 11 and the first auxiliary yarn 12.
  • the “reinforcing fiber” of the first reinforcing fiber yarn 11 is a fiber bundle that reinforces the matrix of the fiber-reinforced composite material when the fiber structure 10 is used as a reinforcing base material of the fiber-reinforced composite material.
  • the plurality of first reinforcing fiber yarns 11 have the same thickness.
  • the first auxiliary yarn 12 is made of a bundle of fibers thinner than the first reinforcing fiber yarn 11.
  • the two first fiber layers 14 of the first laminate 13 are laminated and bonded in the lamination direction by a plurality of first intermediate tissue threads 16.
  • the first intermediate texture yarns 16 are arranged between the first in-layer tissue yarns 15 adjacent to each other in the yarn principal axis direction of the first reinforcing fiber yarns 11 and arranged in parallel to each other.
  • each first intermediate tissue yarn 16 is engaged with the upper surface of the first auxiliary yarn 12 of the upper first fiber layer 14 located at one end in the laminating direction and then folded, and then the laminating direction. It extends to.
  • each first intermediate tissue yarn 16 is engaged with the lower surface of the second intermediate tissue yarn 26 under the first auxiliary yarn 12 of the lower first fiber layer 14 located at the other end in the stacking direction and folded back. ing.
  • Each first intermediate fabric yarn 16 extends in the arrangement direction while repeating engagement with the first auxiliary yarn 12 and the second intermediate fabric yarn 26, thereby joining the two first fiber layers 14 in the stacking direction. .
  • a plurality of first reinforcing fiber yarns 11 are arranged by overlapping a part in the width direction of each first reinforcing fiber yarn 11 in a plan view. Moreover, in the 1st laminated body 13, the some 1st reinforcement fiber yarn 11 has shifted the relative position of each 1st reinforcement fiber yarn 11 to the lamination direction, and is arranged in the zigzag form. In the first laminated body 13, the plurality of first auxiliary yarns 12 are also arranged in a zigzag shape by shifting the relative positions of the first auxiliary yarns 12 in the laminating direction.
  • the second laminated body 20 is a laminated body of two second fiber layers 24, and the two second fiber layers 24 are bonded in the stacking direction with a second intermediate texture yarn 26.
  • Each second fiber layer 24 includes a plurality of second reinforcing fiber yarns 21 as reinforcing fiber yarns, a plurality of second auxiliary yarns 22 as auxiliary yarns, a second reinforcing fiber yarn 21 and a second auxiliary yarn 22. And a plurality of second-layer tissue threads 25 that are bonded in the arrangement direction.
  • the second reinforcing fiber yarns 21 and the second auxiliary yarns 22 are alternately arranged.
  • each second fiber layer 24 a plurality of second reinforcing fiber yarns 21 are arranged in parallel to each other, a plurality of second auxiliary yarns 22 are arranged in parallel to each other, and the second reinforcing fiber yarns 21 and the second auxiliary yarns are arranged. 22 are arranged in parallel to each other.
  • each second-layer tissue yarn 25 is engaged with the upper surface or the lower surface of the second reinforcing fiber yarn 21, and is engaged with the lower surface or the upper surface of the second auxiliary yarn 22.
  • each second-layer tissue yarn 25 extends in the arrangement direction of the second reinforcing fiber yarn 21 and the second auxiliary yarn 22 while being alternately folded back with respect to the second reinforcing fiber yarn 21 and the second auxiliary yarn 22. ing.
  • the second reinforcing fiber yarn 21 is the same yarn as the first reinforcing fiber yarn 11, and the second auxiliary yarn 22 is the same yarn as the first auxiliary yarn 12.
  • the two second fiber layers 24 of the second laminated body 20 are laminated and bonded in the lamination direction by a plurality of second intermediate texture yarns 26.
  • the second intermediate texture yarns 26 are arranged between the second in-layer texture yarns 25 adjacent to each other in the yarn main axis direction of the second reinforcing fiber yarns 21 and are arranged in parallel to each other.
  • Each second intermediate texture yarn 26 is folded by engaging with the upper surface of the first intermediate texture yarn 16 on the second auxiliary yarn 22 on the second auxiliary yarn 22 of the upper second fiber layer 24 located at one end in the lamination direction. Extending in the direction.
  • each second intermediate tissue yarn 26 is folded back by engaging with the lower surface of the second auxiliary yarn 22 of the lower second fiber layer 24 located at the other end in the stacking direction.
  • Each of the second intermediate fabric yarns 26 extends in the arrangement direction while repeating engagement with the first intermediate fabric yarn 16 and the second auxiliary yarn 22, thereby joining the two second fiber layers 24 in the stacking direction. .
  • a plurality of second reinforcing fiber yarns 21 are arranged such that a part of each second reinforcing fiber yarn 21 in the width direction is overlapped in a plan view. Further, in the second laminated body 20, the plurality of second reinforcing fiber yarns 21 are arranged in a zigzag shape with the relative positions of the second reinforcing fiber yarns 21 being shifted in the laminating direction. In the second laminated body 20, the plurality of second auxiliary yarns 22 are also arranged in a zigzag shape with the relative positions of the second auxiliary yarns 22 shifted in the laminating direction.
  • the direction of the yarn main axis of the first reinforcing fiber yarn 11 in the first laminate 13 is defined as a first yarn main axis direction Y1.
  • the orientation angle of the first reinforcing fiber yarn 11 is set to 0 degree.
  • the direction of the yarn main axis of the second reinforcing fiber yarn 21 in the second laminate 20 is defined as a second yarn main axis direction Y2.
  • the yarn main axis of the first reinforcing fiber yarn 11 in the first laminated body 13 intersects and is orthogonal to the yarn main axis of the second reinforcing fiber yarn 21 in the second laminated body 20 at 90 degrees.
  • the fiber structure 10 is a fiber structure having biaxial orientation of 0 degrees and 90 degrees.
  • the second laminated body 20 in which the yarn main shaft of the yarn 21 extends is coupled in the lamination direction. Further, the first laminated body 13 and the second laminated body 20 are arranged in the laminating direction by the engagement of the first intermediate texture yarn 16 of the first laminated body 13 and the second intermediate texture yarn 26 of the second laminated body 20. are combined.
  • the first intermediate tissue yarn 16 of the first laminated body 13 is between the first reinforcing fiber yarn 11 of the lower first fiber layer 14 and the second laminated body 20. It is extended and folded.
  • the second intermediate texture yarn 26 of the second laminate 20 extends to the space between the second reinforcing fiber yarn 21 of the upper second fiber layer 24 and the first laminate 13 and is folded.
  • the first intermediate texture yarn 16 of the first laminate 13 is perpendicular to and engaged with the second intermediate texture yarn 26 of the second laminate 20 between the laminates 13 and 20.
  • the above fiber structure 10 is shaped and preformed. Thereafter, the fiber reinforced composite material is formed by impregnating the fiber structure 10 with a liquid thermosetting resin (matrix) by, for example, the RTM method and curing the resin.
  • a liquid thermosetting resin matrix
  • the first laminate 13 and the second laminate 20 of the fiber structure 10 are laminated using the first intermediate yarn 16 of the first laminate 13 and the second intermediate yarn 26 of the second laminate 20. Combined in direction.
  • the first intermediate texture yarn 16 and the second intermediate texture yarn 26 are controlled by controlling how the first intermediate texture yarn 16 and the second intermediate texture yarn 26 are fed. Can be engaged. Thereby, the 1st laminated body 13 and the 2nd laminated body 20 can be couple
  • the 1st laminated body 13 and the 2nd laminated body 20 are manufactured separately, and the 1st laminated body 13 and the 2nd laminated body 20 are couple
  • the biaxially oriented fiber structure 10 can be easily manufactured.
  • the first reinforcing fiber yarns 11 and the second reinforcing fiber yarns 21 have straight advancement and are not bent or bent. For this reason, the mechanical characteristics of the first yarn main axis direction Y1 and the second yarn main axis direction Y2 of the fiber reinforced composite material using the fiber structure 10 as the reinforcing base do not deteriorate.
  • the first intermediate textured yarn 16 of the first laminate 13 joins the two first fiber layers 14 of the first laminate 13 in the lamination direction.
  • the second intermediate texture yarn 26 of the second laminate 20 joins the two second fiber layers 24 of the second laminate 20 in the lamination direction.
  • the fiber layers 14 of the first laminated body 13 can be joined by the engagement of the auxiliary yarns 12 and the intermediate tissue yarns 16 of the fiber layers 14.
  • the two fiber layers 24 of the second laminated body 20 can be joined by engagement between the auxiliary yarns 22 and the intermediate tissue yarns 26 of the respective fiber layers 24.
  • the first laminated body 13 and the second laminated body 20 can be joined in the lamination direction by the engagement of the first intermediate texture yarn 16 and the second intermediate texture yarn 26.
  • the two laminated bodies and the two fiber layers in the fiber structure 10 can be coupled in the stacking direction by engaging yarns other than the first reinforcing fiber yarn 11 and the second reinforcing fiber yarn 21.
  • the first reinforcing fiber yarns 11 and the second reinforcing fiber yarns 21 are not bent or bent due to the coupling in the stacking direction of both laminates and both fiber layers in the fiber structure 10. Therefore, the mechanical characteristics of the yarn principal axis directions Y1, Y2 of the fiber reinforced composite material using the fiber structure 10 do not deteriorate.
  • the first laminated body 13 and the second laminated body 20 are composed of the first in-layer tissue yarn 15 and the second laminated body of the first laminated body 13.
  • the body 20 is coupled in the stacking direction by engagement with the tissue yarn 25 in the second layer.
  • the first in-layer tissue yarn 15 of the first fiber layer 14 near the second laminate 20 is used for the first engagement.
  • the in-layer tissue yarn 15a is used.
  • the second in-layer tissue yarn 25 of the second fiber layer 24 in the vicinity of the first laminate 13 is set as a second engaging in-layer tissue yarn 25 a.
  • the second in-layer tissue yarn 25 a for engagement is overlapped with the second reinforcing fiber yarn 21 of the second fiber layer 24.
  • 15a is engaged from the upper side, and is engaged from the lower side to the second auxiliary yarns 22 adjacent in the arrangement direction. Therefore, the second in-layer tissue yarn 25a, together with the first in-layer tissue yarn 15a, couples the plurality of second reinforcing fiber yarns 21 in the second fiber layer 24 in the arrangement direction.
  • the two first fiber layers 14 are bonded in the stacking direction by the first intermediate texture yarn 16.
  • the two second fiber layers 24 are joined in the lamination direction by the second intermediate texture yarn 26. Therefore, the first laminated body 13 and the second laminated body 20 are coupled in the laminating direction by the engagement between the first engaging tissue yarn 15a and the second engaging tissue yarn 25a.
  • the first fiber layer 14 and the second fiber layer 24 adjacent in the lamination direction use the in-layer tissue yarns 15a and 25a for engagement. Are connected to each other. Therefore, the 1st laminated body 13 and the 2nd laminated body 20 can be couple
  • the first laminated body 13 and the second laminated body 20 are composed of the first layer tissue yarn 15 and the second layer tissue yarn. 25 and the first intermediate tissue yarn 16 and the second intermediate tissue yarn 26 are engaged with each other in the stacking direction.
  • the first in-layer tissue yarn 15 of the first fiber layer 14 near the second laminate 20 is used for the first engagement.
  • the in-layer tissue yarn 15a is used.
  • the second in-layer tissue yarn 25 of the second fiber layer 24 in the vicinity of the first laminate 13 is set as a second engaging in-layer tissue yarn 25 a.
  • the second in-layer tissue yarn 25 a for engagement is the second reinforcing fiber yarn 21 of the second fiber layer 24. Is engaged from the upper side with the first in-layer tissue yarn 15a overlapping with each other, and is engaged with the second auxiliary yarn 22 adjacent in the arrangement direction from the lower side. Therefore, the second in-layer tissue yarn 25a, together with the first in-layer tissue yarn 15a, couples the plurality of second reinforcing fiber yarns 21 in the second fiber layer 24 in the arrangement direction.
  • first intermediate tissue yarn 16 of the first laminated body 13 extends to the position between the first reinforcing fiber yarn 11 and the second laminated body 20 of the lower first fiber layer 14 and is folded back.
  • second intermediate texture yarn 26 of the second laminate 20 extends to the position between the second reinforcing fiber yarn 21 of the upper second fiber layer 24 and the first laminate 13, and is folded back.
  • the first intermediate texture yarn 16 of the first laminate 13 is perpendicular to and engaged with the second intermediate texture yarn 26 of the second laminate 20 between the laminates 13 and 20.
  • the first laminated body 13 and the second laminated body 20 are coupled in the laminating direction by the engagement of the in-layer tissue yarns 15a and 25a and the engagement of the intermediate tissue yarns 16 and 26. Therefore, the coupling
  • the above embodiment may be modified as follows.
  • the direction of engagement of the second in-layer tissue yarn 25 with respect to the second auxiliary yarn 22 and the second reinforcing fiber yarn 21 in the second laminated body 20 is reversed to that of the first embodiment.
  • the tissue yarn 25 in the second layer may be engaged with the lower surface of the second reinforcing fiber yarn 21 while being engaged with the upper surface of the second auxiliary yarn 22.
  • the second in-layer tissue yarn 25 may be arranged at a position that does not face the first in-layer tissue yarn 15 in the stacking direction.
  • the second in-layer tissue yarn 25 of the second fiber layer 24 in the vicinity of the first laminate 13 is defined as a second engaging in-layer tissue yarn 25a.
  • the first intermediate structure yarn 16 of the first laminated body 13 and the second in-layer tissue thread 25a for engagement of the second laminated body 20 are engaged, and the first laminated body 13 and the second laminated body 20 are engaged. You may couple
  • first laminated body 13 and the second laminated body 20 may be coupled by the engagement between the thread 15 a and the second intermediate textured thread 26 of the second laminated body 20.
  • first intermediate texture yarn 16 of the first laminate 13 and the second intermediate texture yarn 26 of the second laminate 20 may be joined by engagement with the 20 second in-layer tissue threads 25a.
  • the first laminated body 13 and the second laminated body 20 may be coupled by engagement of the two laminated body 20 with the second intermediate tissue yarn 26.
  • first laminated body 13 and the second laminated body 20 may be coupled to each other by the engagement between the thread 15 a and the second in-layer tissue thread 25 a for the second laminated body 20.
  • FIG. 10 Three or more may be sufficient as the number of the fiber layers which comprise the 1st and 2nd laminated bodies 13 and 20.
  • the fiber structure 10 may be configured by stacking three or more laminated bodies. You may change suitably the cross-sectional shape and thickness of the 1st reinforcement fiber yarn 11 and the 2nd reinforcement fiber yarn 21.
  • the fiber bundles constituting the first reinforcing fiber yarn 11 and the second reinforcing fiber yarn 21 correspond to the physical properties required for the fiber reinforced composite material, and include an aramid fiber, a poly-p-phenylenebenzobisoxazole fiber, and an ultra high molecular weight. High-strength organic fibers such as polyethylene fibers, and inorganic fibers such as glass fibers and ceramic fibers may be used.

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Abstract

繊維構造体において、第１積層体と第２積層体とは、第１強化繊維糸と第２強化繊維糸の各糸主軸を直交させると共に第１補助糸と第２補助糸の各糸主軸を直交させた状態で配置されている。第１積層体の第１中間組織糸と第２積層体の第２中間組織糸との係合によって、第１積層体と第２積層体とが積層方向に結合されている。

Description

繊維構造体
　本発明は、複数の積層体からなる繊維構造体に関する。
　軽量、高強度の材料として繊維強化複合材料が使用されている。繊維強化複合材料では、強化繊維が樹脂や金属等のマトリックスと複合化されている。これにより、マトリックス自体に比べて、繊維強化複合材料の力学的特性（機械的特性）が向上する。このため、繊維強化複合材料は、構造部品として好ましい。特にマトリックスとして樹脂を使用した場合、構造部品の軽量化が図れるため好ましい。
　繊維構造体が、繊維強化複合材料の基材として用いられる。繊維構造体として、強化繊維糸の糸主軸が０度と９０度の二方向に延び、繊維強化複合材料に用いたときの二方向の力学的特性を高めるものがある。このような二軸配向の繊維構造体は、強化繊維糸が一軸配向された複数の繊維層を、各繊維層の強化繊維糸の糸主軸を互いに直交させるように積層して製造される。
　特許文献１は、強化繊維糸が一軸配向された繊維層からなる織物基材を開示する。織物基材は、二つの繊維層を積層して構成されている。各繊維層は、互いに平行に配列された複数の強化繊維用経糸と、隣り合う強化繊維用経糸の間に設けられるとともに強化繊維用経糸と同方向に延びる補助糸とを備える。各繊維層の強化繊維用経糸は、同方向に延びるとともに、強化繊維用経糸の一部を重ね合わせた状態で配列方向にずれている。各繊維層では、強化繊維用経糸と補助糸とが、層内組織糸によって結合されている。また、各繊維層が中間組織糸によって結合されることで、一軸配向の織物基材が構成されている。
　特許文献１に開示の織物基材を積層して二軸配向の繊維構造体を製造することが考えられる。この場合、まず、一方の織物基材の強化繊維用経糸の糸主軸に対して他方の織物基材の強化繊維用経糸の糸主軸を直交させるように、複数の織物基材を積層する。そして、別に用意した結合用糸で、複数の織物基材を積層方向に結合する。その結果、強化繊維用経糸の糸主軸方向が０度と９０度の二方向である二軸配向の繊維構造体が製造される。
　ところが、上記の二軸配向の繊維構造体を製造するには、少なくとも二つの織物基材を製造し、二つの織物基材を別の糸で結合する必要がある。このため、各織物基材を積層方向に結合するのに手間がかかり、製造コストが嵩む。
特開２０１３－１３３５５５号公報
　本発明の目的は、二軸配向の繊維構造体を容易に製造することができる繊維構造体を提供することにある。
　上記課題を解決するため、本願発明の第一の態様によれば、複数の積層体を有し、複数の積層体はそれぞれ、複数の繊維層を積層してなり、複数の繊維層はそれぞれ、交互に配列された強化繊維糸及び補助糸と、強化繊維糸と補助糸とを配列方向に結合する層内組織糸とを有し、各積層体では、複数の繊維層のそれぞれの強化繊維糸及び補助糸の糸主軸方向が同じであり、繊維層の積層方向に、複数の強化繊維糸が重なり合う状態で相対的な位置をずらして配置されると共に複数の補助糸が相対的な位置をずらして配置され、複数の繊維層が積層方向の両端に位置する補助糸に係合した中間組織糸によって結合され、複数の積層体は、各積層体の強化繊維糸の糸主軸を直交させると共に各積層体の補助糸の糸主軸を直交させた状態で配置され、一方向に糸主軸が延びる積層体の層内組織糸及び中間組織糸の少なくとも一つと、他方向に糸主軸が延びる積層体の層内組織糸及び中間組織糸の少なくとも一つとの係合によって、複数の積層体が積層方向に結合されている、繊維構造体が提供される。
　上記課題を解決するため、本願発明の第二の態様によれば、繊維構造体にマトリックス樹脂が含浸している繊維強化複合材料が提供される。繊維構造体は、複数の積層体を有し、複数の積層体はそれぞれ、複数の繊維層を積層してなり、複数の繊維層はそれぞれ、交互に配列された強化繊維糸及び補助糸と、強化繊維糸と補助糸とを配列方向に結合する層内組織糸とを有し、各積層体では、複数の繊維層のそれぞれの強化繊維糸及び補助糸の糸主軸方向が同じであり、繊維層の積層方向に、複数の強化繊維糸が互い重なり合う状態で相対的な位置をずらして配置されると共に複数の補助糸が相対的な位置をずらして配置され、複数の繊維層が積層方向の両端に位置する補助糸に係合した中間組織糸によって結合され、複数の積層体は、各積層体の強化繊維糸の糸主軸を直交させると共に各積層体の補助糸の糸主軸を直交させた状態で配置され、一方向に糸主軸が延びる積層体の層内組織糸及び中間組織糸の少なくとも一つと、他方向に糸主軸が延びる積層体の層内組織糸及び中間組織糸の少なくとも一つとの係合によって、複数の積層体が積層方向に結合されている。
本発明の第１の実施形態の繊維構造体を模式的に示す部分斜視図。 図１の２－２線断面図。 図１の３－３線断面図。 第１の実施形態の繊維構造体を部分的に示す正面図。 本発明の第２の実施形態の繊維構造体を模式的に示す部分斜視図。 図５の６－６線断面図。 図５の７－７線断面図。 第２の実施形態の繊維構造体を部分的に示す正面図。 本発明の第３の実施形態の繊維構造体を模式的に示す部分斜視図。 図９の１０－１０線断面図。 図９の１１－１１線断面図。 第３の実施形態の繊維構造体を部分的に示す正面図。
　（第１の実施形態）
　以下、本発明の繊維構造体を具体化した第１の実施形態を図１～図４にしたがって説明する。
　図１～図３に示すように、繊維構造体１０は、第１積層体１３と第２積層体２０とを積層し第１及び第２積層体１３，２０を積層方向に結合して構成されている。
　第１積層体１３は、二つの第１繊維層１４の積層体であり、二つの第１繊維層１４を第１中間組織糸１６で積層方向に結合して構成されている。
　各第１繊維層１４は、強化繊維糸としての複数の第１強化繊維糸１１と、補助糸としての複数の第１補助糸１２と、第１強化繊維糸１１と第１補助糸１２とを配列方向に結合する複数の第１層内組織糸１５とを有する。各第１繊維層１４では、第１強化繊維糸１１と第１補助糸１２とが交互に配列されている。また、各第１繊維層１４では、複数の第１強化繊維糸１１が互いに平行に配列され、複数の第１補助糸１２が互いに平行に配列され、第１強化繊維糸１１と第１補助糸１２とが互いに平行に配列されている。
　第１繊維層１４では、各第１層内組織糸１５は、第１強化繊維糸１１の上面又は下面に係合し、第１補助糸１２の下面又は上面に係合している。また、各第１層内組織糸１５は、第１強化繊維糸１１と第１補助糸１２とに対し交互に折り返されながら、第１強化繊維糸１１及び第１補助糸１２の配列方向に延びている。第１強化繊維糸１１の「強化繊維」とは、繊維構造体１０を繊維強化複合材料の強化基材として使用した際に繊維強化複合材料のマトリックスを強化する繊維束である。複数の第１強化繊維糸１１は、同じ太さを有する。また、第１補助糸１２は、第１強化繊維糸１１より細い繊維の束からなる。
　図１又は図４に示すように、第１積層体１３の二つの第１繊維層１４は、積層されるとともに、複数の第１中間組織糸１６によって積層方向に結合されている。
　図２又は図３に示すように、各第１中間組織糸１６は、第１強化繊維糸１１の糸主軸方向に隣り合う第１層内組織糸１５間に配置されると共に、互いに平行に配列されている。図４に示すように、各第１中間組織糸１６は、積層方向の一端に位置する上側の第１繊維層１４の第１補助糸１２の上面に係合して折り返されてから、積層方向に延びている。その後、各第１中間組織糸１６は、積層方向の他端に位置する下側の第１繊維層１４の第１補助糸１２下の第２中間組織糸２６の下面に係合して折り返されている。各第１中間組織糸１６は、第１補助糸１２及び第２中間組織糸２６への係合を繰り返しながら配列方向に延びることで、二つの第１繊維層１４を積層方向に結合している。
　第１積層体１３では、複数の第１強化繊維糸１１が、平面視において各第１強化繊維糸１１の幅方向の一部を重ね合わせて配置されている。また、第１積層体１３では、複数の第１強化繊維糸１１が、各第１強化繊維糸１１の相対的な位置を積層方向にずらして、ジグザグ状に配列されている。また、第１積層体１３では、複数の第１補助糸１２も、各第１補助糸１２の相対的な位置を積層方向にずらして、ジグザグ状に配列されている。
　図１～図３に示すように、第２積層体２０は、二つの第２繊維層２４の積層体であり、二つの第２繊維層２４を第２中間組織糸２６で積層方向に結合して構成されている。
　各第２繊維層２４は、強化繊維糸としての複数の第２強化繊維糸２１と、補助糸としての複数の第２補助糸２２と、第２強化繊維糸２１と第２補助糸２２とを配列方向に結合する複数の第２層内組織糸２５とを有する。各第２繊維層２４では、第２強化繊維糸２１と第２補助糸２２とが交互に配列されている。また、各第２繊維層２４では、複数の第２強化繊維糸２１が互いに平行に配列され、複数の第２補助糸２２が互いに平行に配列され、第２強化繊維糸２１と第２補助糸２２とが互いに平行に配列されている。
　第２繊維層２４では、各第２層内組織糸２５は、第２強化繊維糸２１の上面又は下面に係合し、第２補助糸２２の下面又は上面に係合している。また、各第２層内組織糸２５は、第２強化繊維糸２１と第２補助糸２２とに対し交互に折り返されながら、第２強化繊維糸２１及び第２補助糸２２の配列方向に延びている。第２強化繊維糸２１は、第１強化繊維糸１１と同じ糸であり、第２補助糸２２は、第１補助糸１２と同じ糸である。
　図３又は図４に示すように、第２積層体２０の二つの第２繊維層２４は、積層されるとともに、複数の第２中間組織糸２６によって積層方向に結合されている。各第２中間組織糸２６は、第２強化繊維糸２１の糸主軸方向に隣り合う第２層内組織糸２５間に配置されると共に、互いに平行に配列されている。各第２中間組織糸２６は、積層方向の一端に位置する上側の第２繊維層２４の第２補助糸２２上の第１中間組織糸１６の上面に係合して折り返されてから、積層方向に延びている。その後、各第２中間組織糸２６は、積層方向の他端に位置する下側の第２繊維層２４の第２補助糸２２の下面に係合して折り返されている。各第２中間組織糸２６は、第１中間組織糸１６及び第２補助糸２２への係合を繰り返しながら配列方向に延びることで、二つの第２繊維層２４を積層方向に結合している。
　第２積層体２０では、複数の第２強化繊維糸２１が、平面視において各第２強化繊維糸２１の幅方向の一部を重ね合わせて配置されている。また、第２積層体２０では、複数の第２強化繊維糸２１が、各第２強化繊維糸２１の相対的な位置を積層方向にずらして、ジグザグ状に配列されている。また、第２積層体２０では、複数の第２補助糸２２も、各第２補助糸２２の相対的な位置を積層方向にずらして、ジグザグ状に配列されている。
　図１に示すように、第１積層体１３での第１強化繊維糸１１の糸主軸の方向を、第１糸主軸方向Ｙ１とする。第１強化繊維糸１１の配向角度を０度とする。第２積層体２０での第２強化繊維糸２１の糸主軸の方向を、第２糸主軸方向Ｙ２とする。第１積層体１３での第１強化繊維糸１１の糸主軸は、第２積層体２０での第２強化繊維糸２１の糸主軸と、９０度で交差し、直交している。繊維構造体１０は、０度と９０度の二軸配向の繊維構造体である。繊維構造体１０では、一方向（第１糸主軸方向Ｙ１）に第１強化繊維糸１１の糸主軸が延びる第１積層体１３と、他方向（第２糸主軸方向Ｙ２）に第２強化繊維糸２１の糸主軸が延びる第２積層体２０とが、積層方向に結合されている。また、第１積層体１３と第２積層体２０とは、第１積層体１３の第１中間組織糸１６と第２積層体２０の第２中間組織糸２６との係合により、積層方向に結合されている。
　図３又は図４に示すように、第１積層体１３の第１中間組織糸１６は、下側の第１繊維層１４の第１強化繊維糸１１と第２積層体２０との間にまで延びて、折り返されている。また、第２積層体２０の第２中間組織糸２６は、上側の第２繊維層２４の第２強化繊維糸２１と第１積層体１３との間にまで延びて、折り返されている。第１積層体１３の第１中間組織糸１６は、両積層体１３，２０の間で、第２積層体２０の第２中間組織糸２６と直交し、係合している。
　上記の繊維構造体１０は、賦形されてプリフォームされる。その後、例えばＲＴＭ法で液状の熱硬化性樹脂（マトリックス）を繊維構造体１０に含浸し硬化させることで、繊維強化複合材料が形成される。
　次に、繊維構造体１０の作用を記載する。
　繊維構造体１０の第１積層体１３と第２積層体２０とが、第１積層体１３の第１中間組織糸１６と第２積層体２０の第２中間組織糸２６とを用いて、積層方向に結合されている。
　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）織機による繊維構造体１０の製造時、第１中間組織糸１６及び第２中間組織糸２６の送り方を制御することで、第１中間組織糸１６と第２中間組織糸２６とを係合させることができる。これにより、第１積層体１３と第２積層体２０とを積層方向に結合することができる。よって、第１積層体１３の第１強化繊維糸１１の糸主軸（第１糸主軸方向Ｙ１）と第２積層体２０の第２強化繊維糸２１の糸主軸（第２糸主軸方向Ｙ２）とが直交した二軸配向の繊維構造体１０を、織機を用いて容易に製造することができる。したがって、例えば、第１積層体１３と第２積層体２０とを別々に製造し、その後の工程で別の糸を用いて第１積層体１３と第２積層体２０とを積層方向に結合する方法と比べると、二軸配向の繊維構造体１０を容易に製造することができる。
　（２）繊維構造体１０において、第１強化繊維糸１１及び第２強化繊維糸２１は直進性を有し、湾曲したり、屈曲したりしていない。このため、繊維構造体１０を強化基材とした繊維強化複合材料の第１糸主軸方向Ｙ１及び第２糸主軸方向Ｙ２の力学的特性が低下しない。
　（３）第１積層体１３の第１中間組織糸１６は、第１積層体１３の二つの第１繊維層１４を積層方向に結合する。第２積層体２０の第２中間組織糸２６は、第２積層体２０の二つの第２繊維層２４を積層方向に結合する。このため、各中間組織糸１６，２６により、使用する糸を増やさずに、上記２種類の結合を行うことができる。
　（４）第１積層体１３の両繊維層１４の結合は、各繊維層１４の補助糸１２と中間組織糸１６との係合より行うことができる。第２積層体２０の両繊維層２４の結合は、各繊維層２４の補助糸２２と中間組織糸２６との係合より行うことができる。また、第１積層体１３と第２積層体２０との積層方向への結合は、第１中間組織糸１６と第２中間組織糸２６との係合により行うことができる。つまり、繊維構造体１０での両積層体及び両繊維層の積層方向の結合は、第１強化繊維糸１１及び第２強化繊維糸２１以外の糸の係合により行うことができる。したがって、繊維構造体１０での両積層体及び両繊維層の積層方向の結合のために、第１強化繊維糸１１や第２強化繊維糸２１が屈曲したり、湾曲したりしない。よって、繊維構造体１０を用いた繊維強化複合材料の各糸主軸方向Ｙ１，Ｙ２の力学的特性が低下しない。
　（第２の実施形態）
　次に、繊維構造体１０を具体化した第２の実施形態を図５～図８にしたがって説明する。第２の実施形態は、第１の実施形態の構成と同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。
　図５に示すように、第２の実施形態の繊維構造体１０では、第１積層体１３と第２積層体２０とが、第１積層体１３の第１層内組織糸１５と第２積層体２０の第２層内組織糸２５との係合により、積層方向に結合されている。
　図６又は図７に示すように、第１積層体１３の第１繊維層１４のうち、第２積層体２０近傍の第１繊維層１４の第１層内組織糸１５を、第１係合用層内組織糸１５ａとする。また、第２積層体２０の第２繊維層２４のうち、第１積層体１３近傍の第２繊維層２４の第２層内組織糸２５を、第２係合用層内組織糸２５ａとする。
　第１積層体１３と第２積層体２０の境界付近では、第２係合用層内組織糸２５ａは、第２繊維層２４の第２強化繊維糸２１に重なり合った第１係合用層内組織糸１５ａに上側から係合し、配列方向に隣り合う第２補助糸２２に下側から係合している。よって、第２係合用層内組織糸２５ａは、第１係合用層内組織糸１５ａとともに、第２繊維層２４における複数の第２強化繊維糸２１を配列方向に結合している。
　図８に示すように、第１積層体１３では、二つの第１繊維層１４が第１中間組織糸１６によって積層方向に結合されている。第２積層体２０では、二つの第２繊維層２４が第２中間組織糸２６によって積層方向に結合されている。よって、第１係合用層内組織糸１５ａと第２係合用層内組織糸２５ａとの係合により、第１積層体１３と第２積層体２０とが積層方向に結合されている。
　従って、第２の実施形態によれば、第１の実施形態に記載の（１）及び（２）の効果に加えて以下の効果を得ることができる。
　（５）第１積層体１３と第２積層体２０との境界付近において、積層方向に隣り合う第１繊維層１４と第２繊維層２４とが、係合用層内組織糸１５ａ，２５ａを用いて、互いに結合されている。よって、第１積層体１３と第２積層体２０とを積層方向に近い位置で結合することができる。従って、第１及び第２積層体１３，２０を強固に結合することができる。
　（第３の実施形態）
　次に、繊維構造体１０を具体化した第３の実施形態を図９～図１２にしたがって説明する。第３の実施形態は、第１の実施形態の構成と同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。
　図９又は図１２に示すように、第３の実施形態の繊維構造体１０では、第１積層体１３と第２積層体２０とが、第１層内組織糸１５と第２層内組織糸２５との係合及び第１中間組織糸１６と第２中間組織糸２６との係合により、積層方向に結合されている。
　図１０又は図１１に示すように、第１積層体１３の第１繊維層１４のうち、第２積層体２０近傍の第１繊維層１４の第１層内組織糸１５を、第１係合用層内組織糸１５ａとする。また、第２積層体２０の第２繊維層２４のうち、第１積層体１３近傍の第２繊維層２４の第２層内組織糸２５を、第２係合用層内組織糸２５ａとする。
　図９又は図１２に示すように、第１積層体１３と第２積層体２０との境界付近では、第２係合用層内組織糸２５ａは、第２繊維層２４の第２強化繊維糸２１に重なり合った第１係合用層内組織糸１５ａに上側から係合し、配列方向に隣り合う第２補助糸２２に下側から係合している。よって、第２係合用層内組織糸２５ａは、第１係合用層内組織糸１５ａとともに、第２繊維層２４における複数の第２強化繊維糸２１を配列方向に結合している。
　また、第１積層体１３の第１中間組織糸１６は、下側の第１繊維層１４の第１強化繊維糸１１と第２積層体２０との間の位置にまで延びて、折り返されている。また、第２積層体２０の第２中間組織糸２６は、上側の第２繊維層２４の第２強化繊維糸２１と第１積層体１３との間の位置にまで延びて、折り返されている。第１積層体１３の第１中間組織糸１６は、両積層体１３，２０の間で、第２積層体２０の第２中間組織糸２６と直交し、係合している。
　従って、第３の実施形態によれば、第１の実施形態に記載の（１）及び（２）の効果に加えて以下の効果を得ることができる。
　（６）第１積層体１３と第２積層体２０とが、層内組織糸１５ａ，２５ａの係合及び中間組織糸１６，２６の係合により、積層方向に結合されている。よって、第１積層体１３と第２積層体２０との積層方向の結合を、より強化することができる。
　上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
　第１の実施形態において、第２積層体２０での第２補助糸２２及び第２強化繊維糸２１に対する第２層内組織糸２５の係合の向きを、第１の実施形態と逆にしてもよい。即ち、第２層内組織糸２５を、第２補助糸２２の上面で係合させつつ、第２強化繊維糸２１の下面で係合するようにしてもよい。つまり、第２層内組織糸２５を、第１層内組織糸１５と積層方向に対向しない位置に配置してもよい。第２積層体２０の第２繊維層２４のうち、第１積層体１３近傍の第２繊維層２４の第２層内組織糸２５を、第２係合用層内組織糸２５ａとする。
　そして、第１積層体１３の第１中間組織糸１６と第２積層体２０の第２係合用層内組織糸２５ａとを係合して、第１積層体１３と第２積層体２０とを積層方向に結合してもよい。また、第１積層体１３の第１係合用層内組織糸１５ａと第２積層体２０の第２中間組織糸２６とを係合して、第１積層体１３と第２積層体２０とを積層方向に結合してもよい。
　第１積層体１３の第１係合用層内組織糸１５ａと第２積層体２０の第２係合用層内組織糸２５ａとの係合、及び第１積層体１３の第１係合用層内組織糸１５ａと第２積層体２０の第２中間組織糸２６との係合により、第１積層体１３と第２積層体２０とを結合してもよい。
　また、第１積層体１３の第１中間組織糸１６と第２積層体２０の第２中間組織糸２６との係合、及び第１積層体１３の第１中間組織糸１６と第２積層体２０の第２係合用層内組織糸２５ａとの係合により、第１積層体１３と第２積層体２０とを結合してもよい。
　さらに、第１積層体１３の第１中間組織糸１６と第２積層体２０の第２中間組織糸２６との係合、及び第１積層体１３の第１係合用層内組織糸１５ａと第２積層体２０の第２中間組織糸２６との係合により、第１積層体１３と第２積層体２０とを結合してもよい。
　加えて、第１積層体１３の第１中間組織糸１６と第２積層体２０の第２係合用層内組織糸２５ａとの係合、及び第１積層体１３の第１係合用層内組織糸１５ａと第２積層体２０の第２係合用層内組織糸２５ａとの係合により、第１積層体１３と第２積層体２０とを結合してもよい。
　第１及び第２積層体１３，２０を構成する繊維層の数は、三つ以上であってもよい。
　三つ以上の積層体を重ねて、繊維構造体１０を構成してもよい。
　第１強化繊維糸１１及び第２強化繊維糸２１の断面形状及び太さは、適宜変更してもよい。
　繊維構造体１０を繊維強化複合材料の強化基材として使用する場合、マトリックス樹脂の種類や、繊維強化複合材料の製造方法は、特に規制されない。
　第１強化繊維糸１１及び第２強化繊維糸２１を構成する繊維束は、繊維強化複合材料に要求される物性に対応して、アラミド繊維、ポリ－ｐ－フェニレンベンゾビスオキサゾール繊維、超高分子量ポリエチレン繊維等の高強度の有機繊維、ガラス繊維やセラミック繊維等の無機繊維を使用してもよい。

Claims (6)

  1. 　複数の積層体を有し、
    　前記複数の積層体はそれぞれ、複数の繊維層を積層してなり、
    　前記複数の繊維層はそれぞれ、交互に配列された強化繊維糸及び補助糸と、前記強化繊維糸と前記補助糸とを配列方向に結合する層内組織糸とを有し、
    　前記各積層体では、前記複数の繊維層のそれぞれの前記強化繊維糸及び前記補助糸の糸主軸方向が同じであり、前記繊維層の積層方向に、複数の強化繊維糸が重なり合う状態で相対的な位置をずらして配置されると共に複数の補助糸が相対的な位置をずらして配置され、前記複数の繊維層が前記積層方向の両端に位置する前記補助糸に係合した中間組織糸によって結合され、
    　前記複数の積層体は、前記各積層体の前記強化繊維糸の糸主軸を直交させると共に前記各積層体の前記補助糸の糸主軸を直交させた状態で配置され、
    　一方向に前記糸主軸が延びる前記積層体の前記層内組織糸及び前記中間組織糸の少なくとも一つと、他方向に前記糸主軸が延びる前記積層体の前記層内組織糸及び前記中間組織糸の少なくとも一つとの係合によって、前記複数の積層体が積層方向に結合されている、繊維構造体。
  2. 　一方向に前記糸主軸が延びる前記積層体の前記中間組織糸と、他方向に前記糸主軸が延びる前記積層体の前記中間組織糸との係合により、前記複数の積層体が結合されている、請求項１に記載の繊維構造体。
  3. 　一方向に前記糸主軸が延びる前記積層体の前記層内組織糸と、他方向に前記糸主軸が延びる前記積層体の前記層内組織糸との係合により、前記複数の積層体が結合されている、請求項１に記載の繊維構造体。
  4. 　一方向に前記糸主軸が延びる前記積層体の前記中間組織糸と他方向に前記糸主軸が延びる前記積層体の前記中間組織糸との係合、及び一方向に前記糸主軸が延びる前記積層体の前記層内組織糸と他方向に前記糸主軸が延びる前記積層体の前記層内組織糸との係合により、前記複数の積層体が結合されている、請求項１に記載の繊維構造体。
  5. 　前記中間組織糸は、前記強化繊維糸及び前記補助糸の糸主軸方向に隣り合う前記層内組織糸の間に配置されている、請求項１～４のうちいずれか一項に記載の繊維構造体。
  6. 　繊維構造体にマトリックス樹脂が含浸している繊維強化複合材料であって、
    　前記繊維構造体は、複数の積層体を有し、
    　前記複数の積層体はそれぞれ、複数の繊維層を積層してなり、
    　前記複数の繊維層はそれぞれ、交互に配列された強化繊維糸及び補助糸と、前記強化繊維糸と前記補助糸とを配列方向に結合する層内組織糸とを有し、
    　前記各積層体では、前記複数の繊維層のそれぞれの前記強化繊維糸及び前記補助糸の糸主軸方向が同じであり、前記繊維層の積層方向に、複数の強化繊維糸が互い重なり合う状態で相対的な位置をずらして配置されると共に複数の補助糸が相対的な位置をずらして配置され、前記複数の繊維層が前記積層方向の両端に位置する前記補助糸に係合した中間組織糸によって結合され、
    　前記複数の積層体は、前記各積層体の前記強化繊維糸の糸主軸を直交させると共に前記各積層体の前記補助糸の糸主軸を直交させた状態で配置され、
    　一方向に前記糸主軸が延びる前記積層体の前記層内組織糸及び前記中間組織糸の少なくとも一つと、他方向に前記糸主軸が延びる前記積層体の前記層内組織糸及び前記中間組織糸の少なくとも一つとの係合によって、前記複数の積層体が積層方向に結合されている、繊維強化複合材料。
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