WO2017104481A1 - 多軸挿入編物基材の製造方法、多軸挿入編物基材、及び繊維強化複合材料 - Google Patents
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- D10—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
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- D10B2505/00—Industrial
- D10B2505/02—Reinforcing materials; Prepregs
Definitions
- the present invention relates to a method for producing a multi-axis insertion knitted base material, a multi-axis insertion knitted base material, and a fiber-reinforced composite material.
- Fiber reinforced composite materials made by combining various reinforcing fibers and various matrix resins are lightweight and have excellent mechanical properties. Therefore, they are aerospace applications (aircraft components, etc.), automotive applications (automobile components), sports applications (sports) Tools, bicycle members, etc.), building applications (reinforcing materials for buildings, etc.), general industrial applications, etc.
- a method for producing a fiber reinforced composite material for example, a molding method (hand laying) in which a matrix resin composition is impregnated and cured on a stack of reinforcing fiber bases not impregnated with a matrix resin composition on a mold.
- An up method, a resin transfer molding (RTM) method, a vacuum assist resin transfer molding (VaRTM) method, etc. are known.
- Reinforcing fiber base materials used in the manufacture of fiber reinforced composite materials include reinforcing fiber fabric base materials in which reinforcing fiber yarns are either one or both of warp and weft yarns; a plurality of reinforcing fibers are drawn in one axial direction. Stitches knitted so that these reinforcing fiber sheets are integrated into a multiaxial stack of two or more stacked reinforcing fiber sheets stacked so that the axial direction of each reinforcing fiber becomes two or more And a multi-axis insertion knitted base material (also referred to as a multi-axis stitch base material or a multi-axis woven base material) constrained by a constraining knitted fabric made of yarns.
- a multi-axis insertion knitted base material also referred to as a multi-axis stitch base material or a multi-axis woven base material
- the multi-axis insertion knitted base material has no productivity of weaving the reinforcing fiber yarns compared to the reinforced fiber woven base material, and is excellent in productivity and has no texture. Attention has been focused on the point that the mechanical properties are excellent and the basis weight of the reinforcing fibers can be increased, so that the stacking work can be greatly saved and an inexpensive fiber-reinforced composite material can be manufactured.
- the multi-axis insertion knitted base material is a region where the reinforcing fibers are pushed away by the stitching yarn in the portion where the stitching yarn penetrates into the reinforcing fiber sheet, and there is no substantially diamond-shaped reinforcing fiber around the stitching yarn.
- so-called opening occurs. Therefore, when the matrix resin composition impregnated in the multiaxial insert knitted base material is cured, the opening portion causes a resin sink, resulting in a problem that the surface smoothness of the molded product is lowered. Further, there arises a problem that the strength and elastic modulus of the molded product are lowered due to the bending of the reinforcing fiber.
- Patent Document 1 a low melting point polymer having a melting point of 80 to 200 ° C. is used as a material for the stitching yarn, and the stitching yarn is dissolved at the time of impregnation with the resin.
- Patent Document 1 a multi-axis insertion knitted base material that is expected to reduce the mesh opening by dispersing.
- the present invention provides a method for producing a highly productive multiaxial insert knitted base material, and a multiaxial insert capable of obtaining a molded article having excellent surface smoothness and high strength and elastic modulus. It aims at providing the fiber reinforced composite material containing a knitted base material and the said multiaxial insertion knitted base material.
- a multiaxial stack in which two or more reinforcing fiber sheets in which a plurality of reinforcing fibers are aligned in one axial direction are stacked, and disposed so as to restrain the multiaxial stack.
- a multiaxial insert knitted fabric base material comprising a pressure heating treatment for a multiaxial insert knitted fabric substrate precursor including a stitching yarn made of a material having a glass transition temperature and a melting point.
- a manufacturing method comprising: The heating temperature in the pressure heating treatment is 10 ° C. or more higher than the glass transition temperature of the stitching yarn and 10 degrees or more lower than the melting point of the stitching yarn. Production method.
- [5] The method for producing a multi-axis insertion knitted substrate according to any one of [1] to [4], wherein in the pressurizing and heating treatment, pressurization and heating are performed simultaneously.
- [6] The method for producing a multiaxial insert knitted substrate according to any one of [1] to [5], wherein the reinforcing fiber is a carbon fiber.
- [7] The multiaxial insertion knitted fabric base material according to any one of [1] to [6], wherein the stitching yarn is made of one or more materials selected from the group consisting of polyester and nylon. Method.
- a multiaxial stack in which two or more reinforcing fiber sheets in which a plurality of reinforcing fibers are aligned in one axial direction are stacked, and stitching arranged to constrain the multiaxial stack A multi-axis insertion knitted base material including yarn, Using the fineness s (dtex), density ⁇ (g / cm 3 ), and circumference ratio ⁇ of the stitching yarn
- the nominal diameter d [ ⁇ m] of the stitching yarn defined as follows, and the opening width D [ ⁇ m] of the reinforcing fiber generated at the site where the stitching yarn penetrates into the reinforcing fiber sheet is expressed by the formula (1).
- a fiber-reinforced composite material comprising the multiaxial insert knitted base material according to any one of [8] to [12] and a matrix resin.
- a multiaxial insert knitted fabric substrate having excellent surface smoothness and capable of obtaining a molded product having high strength and elastic modulus is obtained under high productivity.
- the method for producing a multi-axis insertion knitted base material of the present invention since the cutting of the stitching yarn due to the melting of the stitching yarn is prevented, the separation or disorder of the reinforcing fibers of the reinforcing fiber sheet is prevented. It is possible to suppress the occurrence of undesirable effects that can cause production inconveniences.
- the multiaxial insertion knitted base material of the present invention has a small opening of the reinforcing fiber, the resin pool generated in the opening portion is small, the surface smoothness of the molded product is excellent, the bending of the reinforcing fiber is small, and the strength and elastic modulus Can be obtained. Since the fiber reinforced composite material of the present invention includes the multiaxial insertion knitted base material of the present invention, it has excellent surface smoothness and high strength and elastic modulus.
- FIG. 1 It is a schematic diagram which shows an example of a multiaxial insertion knitted fabric base material precursor. It is a conceptual diagram which shows a mode that the opening in a multiaxial insertion knitted base material precursor reduces with the manufacturing method of the multiaxial insertion knitted base material of this invention.
- the “reference direction of the multi-axis insertion knitted fabric base material” means the wale direction of the restrained knitted fabric. Further, the reference direction of the multi-axis insertion knitted base material is the 0 ° direction, and the direction orthogonal to the reference direction of the multi-axis insertion knitted base material is the 90 ° direction.
- “Wale” means a row of needle loops that are vertically continuous.
- “Wale direction of a restricted knitted fabric” means a direction of rows of needle loops that are vertically continuous in a restricted knitted fabric.
- “Course” means a row of needle loops arranged side by side
- “course direction of constrained knitted fabric” means a direction of a row of needle loops arranged side by side in a constrained knitted fabric.
- “Needle loop” means a peak portion of a loop in a knitted fabric.
- the “sinker loop” means a loop valley portion in the knitted fabric. Specifically, it is a portion connecting the needle loops.
- “Closed eye” is a basic stitch of a warp knitting, and means a crossed loop.
- the “open stitch” is a basic stitch of a warp knitting, and means a loop that opens left and right without intersecting.
- “Vertical knitting” means a knitted fabric in which loops are connected in the vertical direction.
- the multiaxial insertion knitted base material of the present invention includes a multiaxial stack in which two or more reinforcing fiber sheets in which a plurality of reinforcing fibers are aligned in one axial direction are stacked.
- excellent mechanical properties in a plurality of directions can be imparted to the target fiber-reinforced composite material, so that the axial direction of the reinforcing fibers of each reinforcing fiber sheet becomes two or more. It is preferable that they are stacked.
- the multi-axis insertion knitted base material of the present invention further includes stitching yarns arranged to constrain the multi-axis stack.
- the stitching yarn forms a constrained knitted fabric knitted so that two or more reinforcing fiber sheets constituting the multi-axis stack are integrated. It is preferable to maintain the integrity of the multiaxial stack in the manufacturing process of the target fiber-reinforced composite material.
- the constraint knitted fabric constrains the multiaxial stack.
- the needle loop of the constrained knitted fabric is formed along the second surface which is one surface of the multiaxial stack.
- the sinker loop of the constrained knitted fabric that connects between them is penetrated in the thickness direction of the multiaxial stack, and a part thereof is formed along the first surface, which is the other surface of the multiaxial stack. This means that the multiple piles are restrained by the restraining knitted fabric and integrated.
- FIG. 2 is a conceptual diagram showing how the mesh opening in the multi-axis insertion knitted base material precursor is reduced by the method for producing a multi-axis insertion knitted base material of the present invention. It is the partially notched front view seen from the direction of the 1st surface of a base material.
- the multiaxial insertion knitted base material includes a first reinforcing fiber sheet 10 including the first surface of the multiaxial insertion knitted base material, and a second reinforcing fiber sheet 20 including the second surface of the multiaxial insertion knitted base material. (See FIG. 1).
- the axial direction of the reinforcing fibers 12 of the first reinforcing fiber sheet 10 is arranged at + 45 ° with respect to the reference direction (0 ° direction) of the multiaxial insertion knitted base material, and the second reinforcing fiber sheet 20 is reinforced.
- the axial direction of the fibers 22 is arranged at ⁇ 45 ° with respect to the reference direction (0 ° direction) of the multiaxially inserted knitted base material, and the first reinforcing fiber sheet 10 and the second reinforcing fiber sheet 20 are stacked. It has been.
- the multiaxial insertion knitted base material includes a restrained knitted fabric 40 that restrains the multiaxial stack 30 composed of the first reinforcing fiber sheet 10 and the second reinforcing fiber sheet 20.
- the restrained knitted fabric 40 is knitted by stitching the stitching yarn 42.
- the sinker loop of the constrained knitted fabric 40 penetrates in the thickness direction at the penetration part 44 of the sinker loop of the stitching yarn, the sinker loop of the stitching yarn In the penetration portion 44, the reinforcing fiber 12 and the reinforcing fiber 22 constituting the reinforcing fiber sheet 10 and the reinforcing fiber sheet 20 are pushed away, and a substantially rhombic opening 50 is generated around the stitching yarn on the surface.
- the openings 50 are formed by the multiaxial insert knitted fabric base material manufacturing method of the present invention. Compared to 50, it is reduced.
- the 50 openings are the cause of resin sink, and the surface smoothness of the molded product is lowered. Therefore, it is desirable that the opening 50 is small.
- the maximum length in the direction orthogonal to the reinforcing fiber direction of the surface that is not bent due to the influence of the openings is treated as the opening width D, and the openings are The width D is preferably equal to or smaller than the nominal diameter of the stitching yarn.
- the reinforcing fiber is composed of long fibers of various kinds of fibers.
- the reinforcing fiber material include inorganic fibers, organic fibers, metal fibers, and composite fibers thereof.
- the inorganic fiber include carbon fiber, graphite fiber, silicon carbide fiber, alumina fiber, tungsten carbide fiber, boron fiber, and glass fiber.
- the organic fiber include aramid fiber, high density polyethylene fiber, nylon fiber, polyester fiber and the like.
- the metal fiber include stainless steel fiber, iron fiber, and metal-coated carbon fiber.
- One type of reinforcing fiber may be used alone, or two or more types may be used in combination.
- the reinforcing fiber is preferably one or more reinforcing fibers selected from the group consisting of carbon fiber, glass fiber, and aramid fiber from the viewpoint of excellent mechanical properties such as strength and elastic modulus of the fiber-reinforced composite material. More preferably, it is more preferably a carbon fiber.
- the fineness of the carbon fiber is preferably 0.1 to 2.4 dtex from the viewpoint of excellent strength and productivity.
- the reinforcing fiber sheet is a sheet that is aligned in one axial direction so that a plurality of reinforcing fibers are substantially parallel to each other.
- non-crimp fabric NCF is preferable from the viewpoint of obtaining a fiber-reinforced composite material having small crimps of reinforcing fibers and excellent mechanical properties.
- Basis weight of reinforcing fibers per one reinforcing fiber sheet is preferably 100 ⁇ 2000g / m 2, more preferably 200 ⁇ 800g / m 2. If the basis weight of the reinforcing fibers per reinforcing fiber sheet is equal to or more than the lower limit value, a multi-axis insertion knitted base material with less space due to restraint at the time of stitching and uniform mechanical properties can be obtained. If the basis weight of the reinforcing fiber per reinforcing fiber sheet is less than or equal to the above upper limit value, the generation of fluff due to needle penetration during stitching is small, and a multiaxially inserted knitted base material excellent in mechanical properties can be obtained.
- each reinforcing fiber sheet is preferably 0.1 to 2 mm, more preferably 0.2 to 0.8 mm.
- the multiaxial stack is a laminate in which two or more reinforcing fiber sheets are stacked.
- two or more reinforcing fiber sheets are stacked such that the axial directions of the reinforcing fibers of each reinforcing fiber sheet are two or more.
- the two or more axial directions are orthogonal from the viewpoint of having excellent mechanical properties in a plurality of directions and suppressing thermal warping during molding. It is more preferable that the insertion knitted base material is symmetric with respect to the reference direction.
- An embodiment (0 / + 90) in which a reinforcing fiber sheet is laminated is exemplified.
- the multiaxial stack is composed of three reinforcing fiber sheets, the reinforcing fiber sheet in which the axial direction of the reinforcing fiber is 0 °, the reinforcing fiber sheet in which the axial direction of the reinforcing fiber is + 45 °, and the axis of the reinforcing fiber A mode in which reinforcing fiber sheets having a direction of ⁇ 45 ° are laminated in this order (0 / + 45 / ⁇ 45), a reinforcing fiber sheet having an axial direction of reinforcing fibers of + 45 °, and an axial direction of reinforcing fibers of 0 ° A mode in which a reinforcing fiber sheet and a reinforcing fiber sheet having a reinforcing fiber axial direction of ⁇ 45 ° are laminated in this order (+ 45/0 / ⁇ 45), a reinforcing fiber sheet having a reinforcing fiber axial direction of 0 °, and a reinforcing fiber A mode of laminating
- the reinforcing fiber sheet whose reinforcing fiber has an axial direction of + 45 ° the reinforcing fiber sheet whose reinforcing fiber has an axial direction of ⁇ 45 °
- the axial direction of the reinforcing fiber is + 45 ° reinforcing fiber sheet, reinforcing fiber sheet having a reinforcing fiber axial direction of ⁇ 45 °, reinforcing fiber sheet having a reinforcing fiber axial direction of + 45 °, reinforcing fiber having a reinforcing fiber axial direction of ⁇ 45 °
- the stitching yarn is arranged to constrain the multiaxial stack. Further, the stitching yarn according to the present invention has a glass transition temperature and a melting point, has a certain degree of strength and rigidity at room temperature, and troubles such as yarn breakage during production of a multi-axis insertion knitted base material are unlikely to occur. In addition, it is required to soften easily when heated and weaken the constraint on the reinforcing fiber, but not easily cut. Therefore, it preferably has a glass transition temperature of 40 to 100 ° C. and a melting point of 200 ° C. or higher.
- Examples of the material having a glass transition temperature and a melting point as described above include polyester, nylon, polyethylene, polypropylene and the like, and one or more materials selected from the group consisting of polyester and nylon in terms of cost and strength. Is preferable, and polyester is more preferable.
- the thickness of the stitching yarn is preferably 50 to 400 dtex, and more preferably 70 to 300 dtex. If the thickness of the stitching yarn is equal to or greater than the lower limit, yarn breakage is unlikely to occur during production of the multi-axis insertion knitted base material. If the thickness of the stitching yarn is less than or equal to the above upper limit value, the opening will not be too large, and the surface smoothness of the molded article will not be impaired. Since stitching yarns are easily deformed, it is difficult to directly measure the cross-sectional geometry such as diameter. Therefore, when handling the thickness of the stitching yarn quantitatively, assuming a single fiber with the same material and the same fineness as the stitching yarn, and the diameter of the stitching yarn. Treated as nominal diameter d.
- the nominal diameter d (unit: ⁇ m) is defined by the following formula using the fineness s (unit: dtex), the density ⁇ (unit: g / cm 3 ), and the circumference ratio ⁇ .
- the stitching yarn forms a constrained knitted fabric knitted so that two or more reinforcing fiber sheets constituting a multiaxial stack are integrated.
- the knitting structure of the restrained knitted fabric is not particularly limited, and a known knitting structure can be adopted.
- Examples of the knitting structure of the restrained knitted fabric include chain knitting, single tricot knitting, tricot pillar knitting, single cord knitting, single satin knitting, single velvet knitting, plain tricot knitting, double cord knitting, half tricot knitting, etc. It is preferably one or more knitting structures selected from the group consisting of a single tricot knitting and a tricot pillar knitting, and more preferably a chain knitting or a single tricot knitting.
- the stitches of the constrained knitted fabric are not particularly limited, and may be a closed stitch, an open stitch, or a combination of a closed stitch and an open stitch.
- the density of the wale in the course direction in the restrained knitted fabric is preferably 1.4 to 6.7 times / cm, and more preferably 2.0 to 4.0 times / cm. If the density of the wale in the course direction in the constrained knitted fabric is equal to or higher than the lower limit value, the restraint of the multiaxial heavy object is not loosened and the handling becomes easy. If the density of the wale in the course direction in the constrained knitted fabric is equal to or less than the upper limit, an increase in the number of loops can be suppressed and good productivity can be maintained.
- the distance between the wales in the course direction in the constrained knitted fabric is preferably 2.5 to 25.4 mm, and more preferably 5.0 to 10.2 mm.
- the distance between the wales in the course direction in the restrained knitted fabric is equal to or greater than the lower limit value, good productivity can be maintained. If the distance between the wales in the course direction in the constrained knitted fabric is equal to or less than the upper limit value, the restraint of the multiaxial heavy object is not loosened and the handling becomes easy.
- the manufacturing method of the multi-axis insertion knitted fabric substrate of the present invention includes a multi-axis stack and a multi-axis insert including a constrained knitted fabric arranged to constrain the multi-axis stack.
- a pressure heat treatment is performed on the knitted base material precursor.
- the multiaxial insert knitted fabric substrate precursor means a multiaxial insert knitted fabric substrate before performing the pressure heat treatment.
- the multi-axis insertion knitted fabric base material of the present invention includes a multi-axis stack and a constraint knitted fabric arranged to constrain the multi-axis stack, and is a name for stitching yarns constituting the constraint knitted fabric.
- the diameter d [ ⁇ m] and the opening width D [ ⁇ m] of the reinforcing fiber generated at the site where the stitching yarn penetrates into the reinforcing fiber sheet satisfy the formula (1). D ⁇ d (1)
- a multi-axis insertion knitted base material such as a multi-axis insertion knitted base material precursor that is not subjected to pressure heat treatment as shown in the upper diagram of FIG. 2
- the stitching yarn penetrates into the reinforcing fiber sheet.
- the width of the opening of the reinforcing fiber generated in the part is expanded to the thickness of the needle used when the stitching yarn is penetrated into the reinforcing fiber sheet, and further expanded by the tension of the stitching yarn. Therefore, such a multi-axis insertion knitted base material does not satisfy the above formula (1).
- a pressure heating as shown in the middle diagram of FIG. 2 is applied to the multiaxial insert knitted fabric substrate precursor as shown in the upper diagram of FIG. Process.
- pressurization and heating may be performed simultaneously, or heating may be performed prior to pressurization.
- the pressurizing and heating treatment is preferably performed simultaneously with pressurization and heating.
- the stitching yarn according to the present invention is easily softened when heated, and thus the heating weakens the constraint on the reinforcing fiber, but at the same time, the thickness direction of the multiaxially inserted knitted base material precursor Since the reinforcing fiber moves in the direction of filling the openings by the pressurizing, the openings of the multi-axis insertion knitted base material shown in the lower diagram of FIG. 2 are shown in the upper diagram of FIG. It is because it can fully reduce compared with the opening of a multiaxial insertion knitted fabric base material precursor.
- the heating temperature in the pressure heat treatment needs to be a temperature at which the stitching yarn can be softened, and should be a temperature at which the stitching yarn can be prevented from being cut.
- the heating temperature in the pressure heating treatment needs to be higher than the glass transition temperature of the stitching yarn in order to soften the stitching yarn, and the stitching yarn is cut.
- the temperature needs to be lower than the melting point of the stitching yarn, 10 ° C. higher than the glass transition temperature of the stitching yarn, and 10 ° C. lower than the melting point of the stitching yarn.
- it is more preferably 10 ° C. or more higher than the glass transition temperature of the stitching yarn and 50 ° C. or more lower than the melting point of the stitching yarn.
- the load linear pressure in the pressure heat treatment is preferably 15 N / cm or more and 150 N / cm or less, and more preferably 20 N / cm or more and 50 N / cm or less.
- the load linear pressure in the pressure heating treatment is equal to or higher than the lower limit value, the reinforcing fibers can be sufficiently moved in the direction of filling the openings. If the load linear pressure in the pressure heating treatment is not more than the above upper limit value, cutting of the stitching yarn can be prevented, and occurrence of undesirable effects such as separation of reinforcing fibers and disorder of the fibers can be suppressed.
- Examples of the method for performing the pressure and heat treatment include a method using a roll press device, a flat plate press device, a hard ball opening device, an air jet opening device, and the like. 2 is preferably performed using a roll press apparatus as shown in the middle figure.
- the fiber-reinforced composite material of the present invention has the multiaxial insertion knitted base material of the present invention and a matrix resin.
- Microx resin examples of the matrix resin include a cured product of a thermosetting resin and a thermoplastic resin.
- thermosetting resins examples include epoxy resins, vinyl ester resins, unsaturated polyester resins, polyimide resins, maleimide resins, phenol resins, etc. Epoxy resins because they are excellent in price, handleability, and ease of control of physical properties. Is preferred.
- a thermosetting resin may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.
- Thermoplastic resins include polyamide (nylon 6, nylon 66, etc.), polyolefin (polyethylene, polypropylene, etc.), modified polyolefin, polyester (polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, etc.), polycarbonate, polyamideimide, polyphenylene oxide, polysulfone, polyether Examples include sulfone, polyether ether ketone, polyether imide, polystyrene, acrylonitrile-butylene-styrene copolymer, polyphenylene sulfide, liquid crystal polyester, acrylonitrile-styrene copolymer, and the like.
- a thermoplastic resin may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type. Moreover, what was copolymerized may be used like the copolymer nylon of nylon 6 and nylon 66.
- the matrix resin may contain one or more additives depending on the required physical properties of the fiber reinforced composite material.
- additives include flame retardants, weather resistance improvers, antioxidants, heat stabilizers, ultraviolet absorbers, plasticizers, lubricants, colorants, compatibilizers, conductive fillers, and the like.
- the multiaxial insertion knitted base material of the present invention that is not impregnated with the matrix resin composition is placed on a mold, and the preform is impregnated with the matrix resin composition. And can be manufactured by molding and curing.
- the fiber reinforced composite material of the present invention can be produced by impregnating the matrix resin composition into the multiaxial insert knitted base material of the present invention to form a prepreg, and molding and curing the prepreg.
- one multiaxial insert knitted base material of the present invention may be used, or two or more multiaxial insert knitted base materials may be stacked and used.
- the maximum length in the direction orthogonal to the reinforcing fiber direction on the surface that is not bent due to the opening is defined as the opening width.
- the side of the restrained knitted fabric where the sinker loop exists is the front side, and the test piece (multi-axis insertion knitted base material) subjected to pressure and heat treatment is perpendicular to the front side surface by a microscope (VHX-5000, manufactured by Keyence Corporation). Observe from the direction and measure the width of about 60 openings in the 30mm x 30mm area of the sample center using the length measurement function of the microscope composed of the reference plate. It was.
- Example 1 Carbon fiber (Pyrofil (registered trademark) TRW40 50L, manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd.) is used as the reinforcing fiber, and a plurality of reinforcing fibers are aligned in one axial direction.
- the reinforcing fiber has a basis weight of 150 g / m 2 .
- a fiber sheet was prepared. The obtained two reinforcing fiber sheets were stacked so that the axial directions of the reinforcing fibers were orthogonal to each other to obtain a multiaxial stack.
- Polyester yarn manufactured by Tenzler GmBH, dtex78f36 text.roh rudmatt, 78dtex, 36 filaments, glass transition temperature 80 ° C., melting point 220 ° C., density 1.4 g / cm 3 , nominal diameter 84.2 ⁇ m
- the constrained knitted fabric is used to constrain and integrate the multiaxial stack so that the direction of the reinforcing fiber is + 45 ° / ⁇ 45 ° with respect to the reference direction of the multiaxially inserted knitted base material, and FIG.
- a multi-axis insertion knitted base material precursor as shown was prepared.
- the density of the wale in the course direction in the restrained knitted fabric was 3 times / cm, and the wale interval in the course direction was 5 mm.
- a 100 mm ⁇ 100 mm test piece was cut out from the multi-axis insertion knitted base material, and the test piece was heated at a heating temperature of 150 ° C. and a load linear pressure of 37 N / min using a roll press device (JR-600LTSW, manufactured by Asahi Textile Machinery Co., Ltd.).
- a multi-axis insertion knitted base material was obtained by roll press treatment under conditions of cm.
- the width of the opening in the obtained multi-axis insertion knitted base material was 72.5 ⁇ m.
- Example 1 A multi-axis insertion knitted base material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the roll press treatment was not performed.
- the width of the opening in the obtained multi-axis insertion knitted base material was 363.2 ⁇ m.
- Example 2 A multi-axis insertion knitted fabric base material was obtained in the same manner as in Example 1 except that a single tricot knitted fabric was used as the constraint knitted fabric. The width of the openings in the obtained multi-axis insertion knitted base material was 37.3 ⁇ m.
- Example 2 A multi-axis insertion knitted base material was obtained in the same manner as in Example 2 except that the roll press treatment was not performed. The width of the openings in the obtained multi-axis insertion knitted base material was 126.7 ⁇ m.
- Example 3 A multi-axis insertion knitted base material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the load linear pressure in the roll press treatment was 30 N / cm. The width of the opening in the obtained multi-axis insertion knitted base material was 58.3 ⁇ m.
- Example 4 A multiaxial insert knitted base material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the load linear pressure in the roll press treatment was 23 N / cm. The width of the opening in the obtained multi-axis insertion knitted base material was 70.6 ⁇ m.
- Example 5 A multi-axis insertion knitted base material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the load linear pressure in the roll press treatment was 15 N / cm. The width of the opening in the obtained multi-axis insertion knitted base material was 80.1 ⁇ m.
- Example 6 A multi-axis insertion knitted base material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the heating temperature in the roll press treatment was 200 ° C. The width of the opening in the obtained multi-axis insertion knitted base material was 62.4 ⁇ m.
- Example 7 A multi-axis insertion knitted base material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the heating temperature in the roll press treatment was 180 ° C. The width of the openings in the obtained multi-axis insertion knitted base material was 59.8 ⁇ m.
- Example 8 A multi-axis insertion knitted base material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the heating temperature in the roll press treatment was 120 ° C. The width of the opening in the obtained multi-axis insertion knitted base material was 72.4 ⁇ m.
- Example 9 A multi-axis insertion knitted base material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the heating temperature in the roll press treatment was 100 ° C. The width of the opening in the obtained multi-axis insertion knitted base material was 72.9 ⁇ m.
- Example 10 A multi-axis insertion knitted base material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the heating temperature in the roll press treatment was 90 ° C. The width of the opening in the obtained multi-axis insertion knitted base material was 61.3 ⁇ m.
- Example 3 A multi-axis insertion knitted base material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the heating temperature in the roll press treatment was 80 ° C. The width of the opening in the obtained multi-axis insertion knitted base material was 109.9 ⁇ m.
- Example 11 Four sheets of the multi-axis insertion knitted base material obtained in Example 1 were laminated, and an epoxy resin for infusion molding (manufactured by Nagase ChemteX Corporation, XNR6815) and a curing agent (manufactured by Nagase ChemteX Corporation, XNH6815).
- the resin mixed at a mass ratio of 100: 27 was impregnated by the VaRTM method and molded under curing conditions of a curing temperature of 80 ° C. and a curing time of 2 hours to obtain a CFRP panel having a thickness of about 2 mm.
- the surface roughness Ra of the obtained CFRP panel was 0.12 ⁇ m.
- Example 4 A CFRP panel was obtained in the same manner as in Example 11 except that the multi-axis insertion knitted base material obtained in Comparative Example 1 was used instead of the multi-axis insertion knitted base material obtained in Example 1.
- the surface roughness Ra of the obtained CFRP panel was 0.38 ⁇ m.
- Example 12 to 20 A CFRP panel obtained in the same manner as in Example 11 except that the multiaxially inserted knitted base material obtained in Examples 2 to 10 was used instead of the multiaxially inserted knitted base material obtained in Example 1.
- the surface roughness Ra is 0.15 ⁇ m or less.
- the multi-axis insertion knitted fabric substrates of Examples 1 to 10 manufactured according to the method for manufacturing a multi-axis insertion knitted fabric substrate of the present invention had a nominal opening diameter of 83.1 ⁇ m or less of the stitching yarn used. Yes, the opening was sufficiently reduced. Further, the CFRP panel, which is a fiber-reinforced composite material including the multiaxial insertion knitted base material of the present invention, was excellent in surface smoothness.
- the multiaxially inserted knitted fabric base materials of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 that were not subjected to the pressure heat treatment in the method for producing a multiaxially inserted knitted fabric substrate of the present invention were stitched yarns whose opening width was used.
- the nominal diameter of the strip was larger than 84.2 ⁇ m.
- the width of the mesh is used in the multi-axis insertion knitted base material of Comparative Example 3 subjected to pressure and heat treatment at a heating temperature lower than the heating temperature in the method for producing a multi-axis insertion knitted base material of the present invention.
- the nominal diameter of the stitched yarn was larger than 84.2 ⁇ m, and the opening was not sufficiently reduced.
- the CFRP panel which is a fiber-reinforced composite material including these multiaxially inserted knitted base materials, has poor surface smoothness.
- a multiaxial insert knitted fabric substrate having excellent surface smoothness and capable of obtaining a molded product having high strength and elastic modulus is obtained under high productivity.
- a molded article having excellent surface smoothness and high strength and elastic modulus can be obtained. Since the fiber reinforced composite material of the present invention includes the multiaxial insertion knitted base material of the present invention, it has excellent surface smoothness and high strength and elastic modulus.
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Abstract
生産性の高い多軸挿入編物基材の製造方法、及び、表面平滑性に優れ、かつ、強度や弾性率の高い成形品を得ることができる多軸挿入編物基材、並びに前記多軸挿入編物基材を含む繊維強化複合材料を提供することを目的とする。多軸積重物(30)と、多軸積重物(30)を拘束するように配置された、拘束編地(40)を形成してもよいステッチング糸条(42)とを含む多軸挿入編物基材前駆体(1)に対して、特定の条件下で加圧加熱処理を行うことを含む多軸挿入編物基材の製造方法、及び、多軸挿入編物基材を構成する強化繊維の目開き(50)の幅が、拘束編地(40)を構成してもよいステッチング糸条(42)の呼び直径以下である、多軸挿入編物基材。
Description
本発明は、多軸挿入編物基材の製造方法、多軸挿入編物基材、及び繊維強化複合材料に関する。
本願は、2015年12月14日に日本に出願された特願2015-243446号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本願は、2015年12月14日に日本に出願された特願2015-243446号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
各種の強化繊維と各種のマトリックス樹脂とを複合化した繊維強化複合材料は、軽量で優れた機械特性を有するため、航空宇宙用途(航空機部材等)、自動車用途(自動車部材)、スポーツ用途(スポーツ用具、自転車部材等)、建造用途(建造物の補強材料等)、一般産業用途等に広く用いられている。
繊維強化複合材料の製造方法としては、例えば、成形型の上にマトリックス樹脂組成物が含浸されていない強化繊維基材を積み重ねたものに、マトリックス樹脂組成物を含浸させ硬化させる成形法(ハンドレイアップ法、レジントランスファーモールディング(RTM)法、バキュームアシストレジントランスファーモールディング(VaRTM)法等)が知られている。
繊維強化複合材料の製造に用いられる強化繊維基材としては、強化繊維糸条を経糸及び緯糸のいずれか一方又は両方とする強化繊維織物基材;複数本の強化繊維が一つの軸方向に引き揃えられた強化繊維シートを、それぞれの強化繊維の軸方向が二以上となるように2枚以上積み重ねた多軸積重物を、これらの強化繊維シートが一体化されるように編成されたステッチング糸条からなる拘束編地で拘束した多軸挿入編物基材(多軸ステッチ基材、多軸織物基材とも称される。)等が挙げられる。
これらの強化繊維基材のうち多軸挿入編物基材は、強化繊維織物基材に比べて強化繊維糸条どうしを織成する手間がなく生産性に優れ、また、織目を有さないため機械特性に優れる点、及び、強化繊維の目付を大きくできるため、積み重ね作業が大幅に省力化され、安価な繊維強化複合材料を製造できる点で注目されている。
しかし、多軸挿入編物基材は強化繊維シートにステッチング糸条が貫入する部分において、強化繊維がステッチング糸条に押しのけられ、ステッチング糸条の周辺に略ひし形の強化繊維が存在しない領域、いわゆる目開きが生じてしまう。そのため、多軸挿入編物基材に含浸したマトリックス樹脂組成物が硬化する際に、この目開き部分が樹脂ひけの原因となり、成形品の表面平滑性が低下するという問題が生じる。また、強化繊維の屈曲により成形品の強度や弾性率が低下するという問題も生じる。
このような成形品の表面平滑性の低下を抑制するため、ステッチング糸条の素材として融点が80~200℃の低融点ポリマーを使用し、樹脂含浸時にステッチング糸条を溶解させ、強化繊維を分散させることにより目開きを縮小させることを期待した多軸挿入編物基材が提案されている(特許文献1)。
特許文献1の多軸挿入編物基材においては、樹脂含浸時にステッチング糸条が溶解したとしても、強化繊維の分散を促す外力が存在しないため、十分に目開きを縮小させることは困難である。また、一般的に低融点ポリマーからなるステッチング糸条は、通常使用されるステッチング糸条と比較して強度に劣るため、多軸挿入編物基材の生産時に糸切れし、強化繊維の分離や目乱れ等が発生するなど、生産性に劣るという問題がある。
このような状況下、本発明は、生産性の高い多軸挿入編物基材の製造方法、及び、表面平滑性に優れ、かつ、強度や弾性率の高い成形品を得ることができる多軸挿入編物基材、並びに前記多軸挿入編物基材を含む繊維強化複合材料を提供することを目的とする。
本発明は下記の態様を有する。
[1]複数本の強化繊維が一つの軸方向に引き揃えられた強化繊維シートが2枚以上積み重ねられた多軸積重物と、前記多軸積重物を拘束するように配置された、ガラス転移温度及び融点を有する素材からなるステッチング糸条とを含む多軸挿入編物基材前駆体に対して、加圧加熱処理を行うことを含むことを特徴とする多軸挿入編物基材の製造方法であって、
前記加圧加熱処理における加熱温度が、前記ステッチング糸条のガラス転移温度より10℃以上高く、かつ、前記ステッチング糸条の融点より10度以上低い温度である、多軸挿入編物基材の製造方法。
[2]前記多軸積重物は、2枚以上の前記強化繊維シートがそれぞれの強化繊維の軸方向が二以上となるように積み重ねられたものである、[1]に記載の多軸挿入編物基材の製造方法。
[3]前記ステッチング糸条は、拘束編地を形成している、[1]又は[2]に記載の多軸挿入編物基材の製造方法。
[4]前記加圧加熱処理における負荷線圧が、15N/cm以上150N/cm以下である、[1]~[3]のいずれか一項に記載の多軸挿入編物基材の製造方法。
[5]前記加圧加熱処理において、加圧と加熱が同時に行われる、[1]~[4]のいずれか一項に記載の多軸挿入編物基材の製造方法。
[6]前記強化繊維が炭素繊維である[1]~[5]のいずれか一項に記載の多軸挿入編物基材の製造方法。
[7]前記ステッチング糸条が、ポリエステル、及びナイロンからなる群より選ばれる一種以上の素材からなる、[1]~[6]のいずれか一項に記載の多軸挿入編物基材の製造方法。
[1]複数本の強化繊維が一つの軸方向に引き揃えられた強化繊維シートが2枚以上積み重ねられた多軸積重物と、前記多軸積重物を拘束するように配置された、ガラス転移温度及び融点を有する素材からなるステッチング糸条とを含む多軸挿入編物基材前駆体に対して、加圧加熱処理を行うことを含むことを特徴とする多軸挿入編物基材の製造方法であって、
前記加圧加熱処理における加熱温度が、前記ステッチング糸条のガラス転移温度より10℃以上高く、かつ、前記ステッチング糸条の融点より10度以上低い温度である、多軸挿入編物基材の製造方法。
[2]前記多軸積重物は、2枚以上の前記強化繊維シートがそれぞれの強化繊維の軸方向が二以上となるように積み重ねられたものである、[1]に記載の多軸挿入編物基材の製造方法。
[3]前記ステッチング糸条は、拘束編地を形成している、[1]又は[2]に記載の多軸挿入編物基材の製造方法。
[4]前記加圧加熱処理における負荷線圧が、15N/cm以上150N/cm以下である、[1]~[3]のいずれか一項に記載の多軸挿入編物基材の製造方法。
[5]前記加圧加熱処理において、加圧と加熱が同時に行われる、[1]~[4]のいずれか一項に記載の多軸挿入編物基材の製造方法。
[6]前記強化繊維が炭素繊維である[1]~[5]のいずれか一項に記載の多軸挿入編物基材の製造方法。
[7]前記ステッチング糸条が、ポリエステル、及びナイロンからなる群より選ばれる一種以上の素材からなる、[1]~[6]のいずれか一項に記載の多軸挿入編物基材の製造方法。
[8]複数本の強化繊維が一つの軸方向に引き揃えられた強化繊維シートが2枚以上積み重ねられた多軸積重物と、多軸積重物を拘束するように配置されたステッチング糸条とを含む多軸挿入編物基材であって、
前記ステッチング糸条の繊度s(dtex)、密度ρ(g/cm3)及び円周率πを用いて
と定義されるステッチング糸条の呼び直径d[μm]と、ステッチング糸条が強化繊維シートへ貫入する部位に生じる強化繊維の目開きの幅D[μm]とが、式(1)
D≦d ・・・(1)
を満たす、多軸挿入編物基材。
[9]前記強化繊維が炭素繊維である[8]に記載の多軸挿入編物基材。
[10]前記ステッチング糸条が、ポリエステル、及びナイロンからなる群より選ばれる一種以上の素材からなる、[8]又は[9]に記載の多軸挿入編物基材。
[11]前記ステッチング糸条は、拘束編地を形成している、[8]~[10]のいずれか一項に記載の多軸挿入編物基材。
[12]前記拘束編地の編組織が、鎖編、シングルトリコット編、及びトリコットピラー編からなる群より選ばれる一種以上の編組織である、[11]に記載の多軸挿入編物基材。
前記ステッチング糸条の繊度s(dtex)、密度ρ(g/cm3)及び円周率πを用いて
と定義されるステッチング糸条の呼び直径d[μm]と、ステッチング糸条が強化繊維シートへ貫入する部位に生じる強化繊維の目開きの幅D[μm]とが、式(1)
D≦d ・・・(1)
を満たす、多軸挿入編物基材。
[9]前記強化繊維が炭素繊維である[8]に記載の多軸挿入編物基材。
[10]前記ステッチング糸条が、ポリエステル、及びナイロンからなる群より選ばれる一種以上の素材からなる、[8]又は[9]に記載の多軸挿入編物基材。
[11]前記ステッチング糸条は、拘束編地を形成している、[8]~[10]のいずれか一項に記載の多軸挿入編物基材。
[12]前記拘束編地の編組織が、鎖編、シングルトリコット編、及びトリコットピラー編からなる群より選ばれる一種以上の編組織である、[11]に記載の多軸挿入編物基材。
[13][8]~[12]のいずれか一項に記載の多軸挿入編物基材と、マトリックス樹脂とを有する、繊維強化複合材料。
本発明の多軸挿入編物基材の製造方法によれば、表面平滑性に優れ、かつ、強度や弾性率の高い成形品を得ることができる多軸挿入編物基材を、高い生産性の下で生産することができる。また、本発明の多軸挿入編物基材の製造法によれば、ステッチング糸条の溶融に起因するステッチング糸条の切断が防止されるため、強化繊維シートの強化繊維の分離や目乱れ等の、生産上の不都合を招き得る望ましくない影響の発生を抑制できる。
本発明の多軸挿入編物基材は、強化繊維の目開きが小さいため、目開き部分に生じる樹脂だまりが小さく成形品の表面平滑性に優れ、かつ、強化繊維の屈曲が小さく強度や弾性率の高い成形品を得ることができる。
本発明の繊維強化複合材料は、本発明の多軸挿入編物基材を含むため、表面平滑性に優れ、かつ、強度や弾性率が高い。
本発明の多軸挿入編物基材は、強化繊維の目開きが小さいため、目開き部分に生じる樹脂だまりが小さく成形品の表面平滑性に優れ、かつ、強化繊維の屈曲が小さく強度や弾性率の高い成形品を得ることができる。
本発明の繊維強化複合材料は、本発明の多軸挿入編物基材を含むため、表面平滑性に優れ、かつ、強度や弾性率が高い。
以下の用語の定義は、本明細書及び特許請求の範囲にわたって適用される。
「多軸挿入編物基材の基準方向」とは、拘束編地のウエール方向を意味する。また、多軸挿入編物基材の基準方向が0°方向であり、多軸挿入編物基材の基準方向に直交する方向が90°方向である。
「ウエール」とは、縦に連続したニードルループの列を意味し、「拘束編地のウエール方向」とは、拘束編地において、縦に連続したニードルループの列の方向を意味する。
「コース」とは、横に並んだニードルループの列を意味し、「拘束編地のコース方向」とは、拘束編地において、横に並んだニードルループの列の方向を意味する。
「ニードルループ」とは、編地におけるループの山の部分を意味する。
「シンカループ」とは、編地におけるループの谷の部分を意味する。具体的には、ニードルループ間をつなぐ部分である。
「閉じ目」とは、たて編の基本編目であり、交差したループを意味する。
「開き目」とは、たて編の基本編目であり、交差せずに左右に開いたループを意味する。
「たて編」とは、縦方向にループをつなぎ合わせた編物を意味する。
「ウエール」とは、縦に連続したニードルループの列を意味し、「拘束編地のウエール方向」とは、拘束編地において、縦に連続したニードルループの列の方向を意味する。
「コース」とは、横に並んだニードルループの列を意味し、「拘束編地のコース方向」とは、拘束編地において、横に並んだニードルループの列の方向を意味する。
「ニードルループ」とは、編地におけるループの山の部分を意味する。
「シンカループ」とは、編地におけるループの谷の部分を意味する。具体的には、ニードルループ間をつなぐ部分である。
「閉じ目」とは、たて編の基本編目であり、交差したループを意味する。
「開き目」とは、たて編の基本編目であり、交差せずに左右に開いたループを意味する。
「たて編」とは、縦方向にループをつなぎ合わせた編物を意味する。
<多軸挿入編物基材>
本発明の多軸挿入編物基材は、複数本の強化繊維が一つの軸方向に引き揃えられた強化繊維シートの2枚以上が積み重ねられた多軸積重物を備える。本発明の多軸挿入編物基材において、目的とする繊維強化複合材料に対して、複数方向に優れた機械特性を付与できるため、それぞれの強化繊維シートの強化繊維の軸方向が二以上となるように積み重ねられていることが好ましい。
本発明の多軸挿入編物基材は、多軸積重物を拘束するように配置されたステッチング糸条をさらに備える。本発明の多軸挿入編物基材において、このステッチング糸条は、多軸積重物を構成する2枚以上の強化繊維シートが一体化されるように編成された拘束編地を形成しているのが、目的とする繊維強化複合材料の製造工程において、多軸積重物の一体性を維持する上で好ましい。
本発明の多軸挿入編物基材は、複数本の強化繊維が一つの軸方向に引き揃えられた強化繊維シートの2枚以上が積み重ねられた多軸積重物を備える。本発明の多軸挿入編物基材において、目的とする繊維強化複合材料に対して、複数方向に優れた機械特性を付与できるため、それぞれの強化繊維シートの強化繊維の軸方向が二以上となるように積み重ねられていることが好ましい。
本発明の多軸挿入編物基材は、多軸積重物を拘束するように配置されたステッチング糸条をさらに備える。本発明の多軸挿入編物基材において、このステッチング糸条は、多軸積重物を構成する2枚以上の強化繊維シートが一体化されるように編成された拘束編地を形成しているのが、目的とする繊維強化複合材料の製造工程において、多軸積重物の一体性を維持する上で好ましい。
拘束編地が多軸積重物を拘束するとは、具体的には、多軸積重物の一方の面である第二の面に沿うように拘束編地のニードルループを形成し、ニードルループ間をつなぐ拘束編地のシンカループを多軸積重物の厚さ方向に貫通させ、その一部が多軸積重物のもう一方の面である第一の面に沿うように形成されることにより、多重積重物を拘束編地により拘束し、一体化することを意味する。
図2は、多軸挿入編物基材前駆体における目開きが本発明の多軸挿入編物基材の製造方法により縮小する様子を示す概念図であり、図2の下段の図は多軸挿入編物基材の第一の面の方向から見た一部切欠き正面図である。
多軸挿入編物基材は、多軸挿入編物基材の第一の面を含む第一の強化繊維シート10、及び多軸挿入編物基材の第二の面を含む第二の強化繊維シート20(図1を参照のこと。)を含む。第一の強化繊維シート10の強化繊維12の軸方向は、多軸挿入編物基材の基準方向(0°方向)に対して+45°で配置されており、第二の強化繊維シート20の強化繊維22の軸方向は、多軸挿入編物基材の基準方向(0°方向)に対して-45°で配置されており、第一の強化繊維シート10と第二の強化繊維シート20が積み重ねられている。また、多軸挿入編物基材は、第一の強化繊維シート10と第二の強化繊維シート20とからなる多軸積重物30を拘束する拘束編地40を含む。拘束編地40は、ステッチング糸条42が鎖編されることにより編成されている。
多軸挿入編物基材は、多軸挿入編物基材の第一の面を含む第一の強化繊維シート10、及び多軸挿入編物基材の第二の面を含む第二の強化繊維シート20(図1を参照のこと。)を含む。第一の強化繊維シート10の強化繊維12の軸方向は、多軸挿入編物基材の基準方向(0°方向)に対して+45°で配置されており、第二の強化繊維シート20の強化繊維22の軸方向は、多軸挿入編物基材の基準方向(0°方向)に対して-45°で配置されており、第一の強化繊維シート10と第二の強化繊維シート20が積み重ねられている。また、多軸挿入編物基材は、第一の強化繊維シート10と第二の強化繊維シート20とからなる多軸積重物30を拘束する拘束編地40を含む。拘束編地40は、ステッチング糸条42が鎖編されることにより編成されている。
図1における多軸挿入編物基材前駆体1では、拘束編地40のシンカループが、ステッチング糸条のシンカループの貫入部位44において厚さ方向に貫通しているため、そのステッチング糸条のシンカループの貫入部位44においては、強化繊維シート10及び強化繊維シート20を構成する強化繊維12及び強化繊維22が押しのけられ、表面のステッチング糸条周辺に略ひし形の目開き50が生じる。図2の下段の図における本発明の多軸挿入編物基材においては、本発明の多軸挿入編物基材の製造方法により、目開き50が、多軸挿入編物基材前駆体1の目開き50に比して縮小している。
多軸挿入編物基材が成形品表面に用いられる場合、目開き50部分が樹脂ひけの原因となり、成形品の表面平滑性の低下を招く。従って、目開き50は小さいことが望ましい。なお、目開きの大きさを定量的に扱う際には、目開きの影響で屈曲していない表面の強化繊維方向と直交する方向での最大長さを目開きの幅Dとして扱い、目開きの幅Dは、ステッチング糸条の呼び直径以下であることが好ましい。
(強化繊維)
強化繊維は、各種繊維の長繊維からなるものである。
強化繊維の素材としては、無機繊維、有機繊維、金属繊維、又はこれらの複合繊維等が挙げられる。
無機繊維としては、炭素繊維、黒鉛繊維、炭化珪素繊維、アルミナ繊維、タングステンカーバイド繊維、ボロン繊維、ガラス繊維等が挙げられる。
有機繊維としては、アラミド繊維、高密度ポリエチレン繊維、ナイロン繊維、ポリエステル繊維等が挙げられる。
金属繊維としては、ステンレスの繊維、鉄の繊維、金属を被覆した炭素繊維等が挙げられる。
強化繊維は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
強化繊維としては、繊維強化複合材料の強度、弾性率等の機械特性に優れる点から、炭素繊維、ガラス繊維、及びアラミド繊維からなる群より選ばれる1種以上の強化繊維が好ましく、炭素繊維を含むことがより好ましく、炭素繊維であることがさらに好ましい。
強化繊維は、各種繊維の長繊維からなるものである。
強化繊維の素材としては、無機繊維、有機繊維、金属繊維、又はこれらの複合繊維等が挙げられる。
無機繊維としては、炭素繊維、黒鉛繊維、炭化珪素繊維、アルミナ繊維、タングステンカーバイド繊維、ボロン繊維、ガラス繊維等が挙げられる。
有機繊維としては、アラミド繊維、高密度ポリエチレン繊維、ナイロン繊維、ポリエステル繊維等が挙げられる。
金属繊維としては、ステンレスの繊維、鉄の繊維、金属を被覆した炭素繊維等が挙げられる。
強化繊維は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
強化繊維としては、繊維強化複合材料の強度、弾性率等の機械特性に優れる点から、炭素繊維、ガラス繊維、及びアラミド繊維からなる群より選ばれる1種以上の強化繊維が好ましく、炭素繊維を含むことがより好ましく、炭素繊維であることがさらに好ましい。
強化繊維として炭素繊維を用いる場合、強度及び生産性に優れる点から、炭素繊維の繊度は0.1~2.4dtexが好ましい。
(強化繊維シート)
強化繊維シートは、複数本の強化繊維が互いに略平行になるように、一つの軸方向に引き揃えられたシートである。
強化繊維シートとしては、強化繊維のクリンプが小さく、機械特性に優れる繊維強化複合材料が得られる点から、ノンクリンプファブリック(NCF)が好ましい。
強化繊維シートは、複数本の強化繊維が互いに略平行になるように、一つの軸方向に引き揃えられたシートである。
強化繊維シートとしては、強化繊維のクリンプが小さく、機械特性に優れる繊維強化複合材料が得られる点から、ノンクリンプファブリック(NCF)が好ましい。
強化繊維シートの1枚当たりの強化繊維の目付は、100~2000g/m2が好ましく、200~800g/m2がより好ましい。強化繊維シートの1枚当たりの強化繊維の目付が前記下限値以上であれば、ステッチング時の拘束による目隙が少なく、均一で機械特性の安定した多軸挿入編物基材が得られる。強化繊維シートの1枚当たりの強化繊維の目付が前記上限値以下であれば、ステッチング時のニードル貫通による毛羽の発生が少なく、機械特性に優れた多軸挿入編物基材が得られる。
強化繊維として炭素繊維を用いる場合、強化繊維シートの1枚当たりの厚さは、0.1~2mmが好ましく、0.2~0.8mmがより好ましい。
(多軸積重物)
多軸積重物は、2枚以上の強化繊維シートが積み重ねられた積層体である。多軸積重物において、2枚以上の強化繊維シートは、それぞれの強化繊維シートの強化繊維の軸方向が二以上となるように積み重ねられていることが好ましい。
多軸積重物としては、複数方向に優れた機械特性を有し、かつ、成形時の熱反りを抑制できる点から、前記二以上の軸方向が直交していることが好ましく、さらに多軸挿入編物基材の基準方向に対して対称とされていることがより好ましい。
多軸積重物は、2枚以上の強化繊維シートが積み重ねられた積層体である。多軸積重物において、2枚以上の強化繊維シートは、それぞれの強化繊維シートの強化繊維の軸方向が二以上となるように積み重ねられていることが好ましい。
多軸積重物としては、複数方向に優れた機械特性を有し、かつ、成形時の熱反りを抑制できる点から、前記二以上の軸方向が直交していることが好ましく、さらに多軸挿入編物基材の基準方向に対して対称とされていることがより好ましい。
多軸積重物が2枚の強化繊維シートからなる場合、多軸挿入編物基材の基準方向(0°方向)に対して、強化繊維の軸方向が+45°である第一の強化繊維シートと、-45°である第二の強化繊維シートとを積層させる態様(+45/-45)、強化繊維の軸方向が0°である第一の強化繊維シートと、+90°である第二の強化繊維シートとを積層させる態様(0/+90)等が挙げられる。
また、多軸積重物が3枚の強化繊維シートからなる場合、強化繊維の軸方向が0°である強化繊維シート、強化繊維の軸方向が+45°である強化繊維シート、強化繊維の軸方向が-45°である強化繊維シートをこの順で積層させる態様(0/+45/-45)、強化繊維の軸方向が+45°である強化繊維シート、強化繊維の軸方向が0°である強化繊維シート、強化繊維の軸方向が-45°である強化繊維シートをこの順で積層させる態様(+45/0/-45)、強化繊維の軸方向が0°である強化繊維シート、強化繊維の軸方向が+60°である強化繊維シート、強化繊維の軸方向が-60°である強化繊維シートをこの順で積層させる態様(0/+60/-60)、強化繊維の軸方向が+60°である強化繊維シート、強化繊維の軸方向が0°である強化繊維シート、強化繊維の軸方向が-60°である強化繊維シートをこの順で積層させる態様(+60/0/-60)等が挙げられる。
さらに、多軸積重物が4枚の強化繊維シートからなる場合、強化繊維の軸方向が+45°である強化繊維シート、強化繊維の軸方向が-45°である強化繊維シート、強化繊維の軸方向が-45°である強化繊維シート、強化繊維の軸方向が+45°である強化繊維シートをこの順で積層させる態様(+45/-45/-45/+45)、強化繊維の軸方向が+45°である強化繊維シート、強化繊維の軸方向が-45°である強化繊維シート、強化繊維の軸方向が+45°である強化繊維シート、強化繊維の軸方向が-45°である強化繊維シートをこの順で積層させる態様(+45/-45/+45/-45)、強化繊維の軸方向が0°である強化繊維シート、強化繊維の軸方向が+45°である強化繊維シート、強化繊維の軸方向が+90°である強化繊維シート、強化繊維の軸方向が-45°である強化繊維シートを任意の順で積層させる態様(0/+45/+90/-45)等が挙げられる。
上記強化繊維の軸方向の角度の正負は、それぞれ逆であってもよい。
また、多軸積重物が3枚の強化繊維シートからなる場合、強化繊維の軸方向が0°である強化繊維シート、強化繊維の軸方向が+45°である強化繊維シート、強化繊維の軸方向が-45°である強化繊維シートをこの順で積層させる態様(0/+45/-45)、強化繊維の軸方向が+45°である強化繊維シート、強化繊維の軸方向が0°である強化繊維シート、強化繊維の軸方向が-45°である強化繊維シートをこの順で積層させる態様(+45/0/-45)、強化繊維の軸方向が0°である強化繊維シート、強化繊維の軸方向が+60°である強化繊維シート、強化繊維の軸方向が-60°である強化繊維シートをこの順で積層させる態様(0/+60/-60)、強化繊維の軸方向が+60°である強化繊維シート、強化繊維の軸方向が0°である強化繊維シート、強化繊維の軸方向が-60°である強化繊維シートをこの順で積層させる態様(+60/0/-60)等が挙げられる。
さらに、多軸積重物が4枚の強化繊維シートからなる場合、強化繊維の軸方向が+45°である強化繊維シート、強化繊維の軸方向が-45°である強化繊維シート、強化繊維の軸方向が-45°である強化繊維シート、強化繊維の軸方向が+45°である強化繊維シートをこの順で積層させる態様(+45/-45/-45/+45)、強化繊維の軸方向が+45°である強化繊維シート、強化繊維の軸方向が-45°である強化繊維シート、強化繊維の軸方向が+45°である強化繊維シート、強化繊維の軸方向が-45°である強化繊維シートをこの順で積層させる態様(+45/-45/+45/-45)、強化繊維の軸方向が0°である強化繊維シート、強化繊維の軸方向が+45°である強化繊維シート、強化繊維の軸方向が+90°である強化繊維シート、強化繊維の軸方向が-45°である強化繊維シートを任意の順で積層させる態様(0/+45/+90/-45)等が挙げられる。
上記強化繊維の軸方向の角度の正負は、それぞれ逆であってもよい。
(ステッチング糸条)
ステッチング糸条は、多軸積重物を拘束するように配置される。
また、本発明に係るステッチング糸条は、ガラス転移温度及び融点を有し、常温ではある程度の強度及び剛性を有し、多軸挿入編物基材の生産時の糸切れ等のトラブルが起こりにくく、かつ、加熱した際には容易に軟化し、強化繊維に対する拘束を弱めるが容易には切断されないことが求められる。そのため、40~100℃のガラス転移温度と200℃以上の融点を有することが好ましい。
ステッチング糸条は、多軸積重物を拘束するように配置される。
また、本発明に係るステッチング糸条は、ガラス転移温度及び融点を有し、常温ではある程度の強度及び剛性を有し、多軸挿入編物基材の生産時の糸切れ等のトラブルが起こりにくく、かつ、加熱した際には容易に軟化し、強化繊維に対する拘束を弱めるが容易には切断されないことが求められる。そのため、40~100℃のガラス転移温度と200℃以上の融点を有することが好ましい。
上記のようなガラス転移温度と融点を有する素材としては、ポリエステル、ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン等を挙げることができ、コスト及び強度の面からポリエステル、及びナイロンからなる群より選ばれる1種以上の素材が好ましく、ポリエステルがより好ましい。
ステッチング糸条の太さは、50~400dtexであることが好ましく、70~300dtexであることがより好ましい。ステッチング糸条の太さが前記下限値以上であれば、多軸挿入編物基材の生産時に糸切れが起こりにくい。ステッチング糸条の太さが前記上限値以下であれば、目開きが大きくなりすぎず、成形体の表面平滑性を損なうことがない。
ステッチング糸条は容易に変形してしまうため、直径などの断面の幾何学形状を直接測定することは困難である。そこで、ステッチング糸条の太さを定量的に扱う際には、ステッチング糸条と同じ材質、かつ、同じ繊度である断面円形状の単繊維を想定し、その直径をステッチング糸条の呼び直径dとして扱う。呼び直径d(単位:μm)は、繊度s(単位:dtex)、密度ρ(単位:g/cm3)及び円周率πを用いて、以下の式で定義される。
ステッチング糸条は容易に変形してしまうため、直径などの断面の幾何学形状を直接測定することは困難である。そこで、ステッチング糸条の太さを定量的に扱う際には、ステッチング糸条と同じ材質、かつ、同じ繊度である断面円形状の単繊維を想定し、その直径をステッチング糸条の呼び直径dとして扱う。呼び直径d(単位:μm)は、繊度s(単位:dtex)、密度ρ(単位:g/cm3)及び円周率πを用いて、以下の式で定義される。
(拘束編地)
ステッチング糸条は、多軸積重物を構成する2枚以上の強化繊維シートが一体化されるように編成された拘束編地を形成していることが好ましい。
ステッチング糸条は、多軸積重物を構成する2枚以上の強化繊維シートが一体化されるように編成された拘束編地を形成していることが好ましい。
拘束編地の編組織は特に限定されず、公知の編組織を採用することができる。拘束編地の編組織としては、鎖編、シングルトリコット編、トリコットピラー編、シングルコード編、シングルサテン編、シングルベルベット編、プレーントリコット編、ダブルコード編、ハーフトリコット編等が挙げられ、鎖編、シングルトリコット編、及びトリコットピラー編からなる群より選ばれる一種以上の編組織であることが好ましく、鎖編又はシングルトリコット編であることがより好ましい。
拘束編地の編目は特に限定されず、閉じ目であっても、開き目であっても、閉じ目と開き目との組合せであってもよい。
拘束編地の編目は特に限定されず、閉じ目であっても、開き目であっても、閉じ目と開き目との組合せであってもよい。
拘束編地におけるコース方向のウエールの密度は、1.4~6.7回/cmが好ましく、2.0~4.0回/cmがより好ましい。拘束編地におけるコース方向のウエールの密度が前記下限値以上であれば、多軸性重物の拘束が緩くなることがなく、取扱いが容易となる。拘束編地におけるコース方向のウエールの密度が前記上限値以下であれば、ループ数の増加を抑制し良好な生産性を維持できる。
拘束編地におけるコース方向のウエールの間隔は、2.5~25.4mmが好ましく、5.0~10.2mmがより好ましい。拘束編地におけるコース方向のウエールの間隔が前記下限値以上であれば、良好な生産性を維持できる。拘束編地におけるコース方向のウエールの間隔が前記上限値以下であれば、多軸性重物の拘束が緩くなることがなく、取扱いが容易となる。
拘束編地におけるコース方向のウエールの間隔は、2.5~25.4mmが好ましく、5.0~10.2mmがより好ましい。拘束編地におけるコース方向のウエールの間隔が前記下限値以上であれば、良好な生産性を維持できる。拘束編地におけるコース方向のウエールの間隔が前記上限値以下であれば、多軸性重物の拘束が緩くなることがなく、取扱いが容易となる。
(多軸挿入編物基材の製造方法)
本発明の多軸挿入編物基材の製造方法は、図2に示すように、多軸積重物と、多軸積重物を拘束するように配置された拘束編地とを含む多軸挿入編物基材前駆体に対して、加圧加熱処理を行うことを特徴とする。ここで、多軸挿入編物基材前駆体とは、加圧加熱処理を行う前の多軸挿入編物基材を意味する。
本発明の多軸挿入編物基材の製造方法は、図2に示すように、多軸積重物と、多軸積重物を拘束するように配置された拘束編地とを含む多軸挿入編物基材前駆体に対して、加圧加熱処理を行うことを特徴とする。ここで、多軸挿入編物基材前駆体とは、加圧加熱処理を行う前の多軸挿入編物基材を意味する。
本発明の多軸挿入編物基材は、多軸積重物と、多軸積重物を拘束するように配置された拘束編地とを含み、拘束編地を構成するステッチング糸条の呼び直径d[μm]と、ステッチング糸条が強化繊維シートへ貫入した部位に生じる強化繊維の目開きの幅D[μm]とが、式(1)を満たす。
D≦d ・・・(1)
D≦d ・・・(1)
しかし、図2の上段の図に示すような、加圧加熱処理を行わない多軸挿入編物基材前駆体のような多軸挿入編物基材においては、ステッチング糸条が強化繊維シートへ貫入した部位に生じる強化繊維の目開きの幅が、ステッチング糸条を強化繊維シートへ貫入させる際に使用するニードルの太さまで広げられ、さらにステッチング糸条の張力によってさらに広げられる。従って、このような多軸挿入編物基材では、上記式(1)を満たさない。
本発明の多軸挿入編物基材の製造方法においては、図2の上段の図に示すような多軸挿入編物基材前駆体に対して、図2の中段の図に示すような加圧加熱処理を行う。加圧加熱処理においては、加圧と加熱とが同時に行われてもよく、加熱が加圧に先行して行われてもよい。加圧加熱処理は、加圧と加熱を同時に行うことが好ましい。これは、本発明に係るステッチング糸条は、加熱した際に容易に軟化するため、前記加熱により、強化繊維に対する拘束を弱めるが、それと同時に、多軸挿入編物基材前駆体の厚さ方向に加圧を行う前記加圧により、強化繊維が目開きを埋める方向に移動するため、図2の下段の図に示す多軸挿入編物基材の目開きを、図2の上段の図に示す多軸挿入編物基材前駆体の目開きに比して十分に縮小させることができるためである。
従って、加圧加熱処理における加熱温度は、ステッチング糸条を軟化させることができる温度である必要があり、かつ、ステッチング糸条の切断が防止される温度でなければならない。具体的には、前記加圧加熱処理における加熱温度は、ステッチング糸条を軟化させるために、ステッチング糸条のガラス転移温度より高い温度が必要であり、かつ、ステッチング糸条の切断を防止するために、ステッチング糸条の融点より低い温度である必要があり、ステッチング糸条のガラス転移温度より10℃以上高く、かつ、ステッチング糸条の融点より10℃以上低い温度であることが好ましく、使用エネルギー量の観点から、ステッチング糸条のガラス転移温度より10℃以上高く、かつ、ステッチング糸条の融点より50℃以上低い温度であることがより好ましい。
一方、加圧加熱処理における負荷線圧は、15N/cm以上150N/cm以下であることが好ましく、20N/cm以上50N/cm以下であることがより好ましい。加圧加熱処理における負荷線圧が前記下限値以上であれば、目開きを埋める方向への強化繊維の十分な移動が可能となる。加圧加熱処理における負荷線圧が前記上限値以下であれば、ステッチング糸条の切断が防止され、強化繊維の分離や目乱れ等の望ましくない影響の発生を抑制できる。
加圧加熱処理を行う方法としては、ロールプレス装置、平板プレス装置、剛球開繊装置、エアジェット開繊装置などを用いて行う方法を挙げることができ、連続処理が可能である点から、図2の中段の図に示すようなロールプレス装置を用いて行う方法が好ましい。
<繊維強化複合材料>
本発明の繊維強化複合材料は、本発明の多軸挿入編物基材と、マトリックス樹脂とを有する。
本発明の繊維強化複合材料は、本発明の多軸挿入編物基材と、マトリックス樹脂とを有する。
(マトリックス樹脂)
マトリックス樹脂としては、熱硬化性樹脂の硬化物、熱可塑性樹脂が挙げられる。
マトリックス樹脂としては、熱硬化性樹脂の硬化物、熱可塑性樹脂が挙げられる。
熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、マレイミド樹脂、フェノール樹脂等が挙げられ、価格、取扱い性、物性のコントロールの容易性に優れる点から、エポキシ樹脂が好ましい。
熱硬化性樹脂は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
熱硬化性樹脂は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
熱可塑性樹脂としては、ポリアミド(ナイロン6、ナイロン66等)、ポリオレフィン(ポリエチレン、ポリプロピレン等)、変性ポリオレフィン、ポリエステル(ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等)、ポリカーボネイト、ポリアミドイミド、ポリフェニレンオキシド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリスチレン、アクリロニトリル-ブチレン-スチレン共重合体、ポリフェニレンサルファイド、液晶ポリエステル、アクリロニトリル-スチレン共重合体等が挙げられる。
熱可塑性樹脂は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。また、ナイロン6とナイロン66との共重合体ナイロンのように、共重合したものであってもよい。
熱可塑性樹脂は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。また、ナイロン6とナイロン66との共重合体ナイロンのように、共重合したものであってもよい。
マトリックス樹脂は、繊維強化複合材料の要求物性に応じて、1種又はそれ以上の添加剤を含んでいてもよい。
添加剤としては、難燃剤、耐候性改良剤、酸化防止剤、熱安定剤、紫外線吸収剤、可塑剤、滑剤、着色剤、相溶化剤、導電性フィラー等が挙げられる。
添加剤としては、難燃剤、耐候性改良剤、酸化防止剤、熱安定剤、紫外線吸収剤、可塑剤、滑剤、着色剤、相溶化剤、導電性フィラー等が挙げられる。
(繊維強化複合材料の製造方法)
本発明の繊維強化複合材料は、成形型の上にマトリックス樹脂組成物が含浸されていない本発明の多軸挿入編物基材を配置し、これにマトリックス樹脂組成物を含浸させた後、プリフォーム化し、これを成形、硬化させることによって製造することができる。
また、本発明の繊維強化複合材料は、本発明の多軸挿入編物基材にマトリックス樹脂組成物を含浸させてプリプレグとし、これを成形、硬化させることによって製造することができる。
上記に例示したいずれの方法においても、1枚の本発明の多軸挿入編物基材を用いてもよく、2枚以上の多軸挿入編物基材を積み重ねて用いてもよい。
本発明の繊維強化複合材料は、成形型の上にマトリックス樹脂組成物が含浸されていない本発明の多軸挿入編物基材を配置し、これにマトリックス樹脂組成物を含浸させた後、プリフォーム化し、これを成形、硬化させることによって製造することができる。
また、本発明の繊維強化複合材料は、本発明の多軸挿入編物基材にマトリックス樹脂組成物を含浸させてプリプレグとし、これを成形、硬化させることによって製造することができる。
上記に例示したいずれの方法においても、1枚の本発明の多軸挿入編物基材を用いてもよく、2枚以上の多軸挿入編物基材を積み重ねて用いてもよい。
以下、実施例及び比較例を用いて本発明を詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り以下の記載によって限定されるものではない。
[目開きの幅の測定]
強化繊維シートにステッチング糸条が貫入する部分に生じる目開きにおいて、目開きの影響で屈曲していない表面の強化繊維方向と直交する方向での最大長さを目開きの幅とした。拘束編地のシンカループが存在する側を表側とし、加圧加熱処理された試験片(多軸挿入編物基材)をマイクロスコープ(株式会社キーエンス製、VHX-5000)により、表側の面と直交する方向から観察し、基準プレートにより構成したマイクロスコープの長さ測定機能を使用してサンプル中心の30mm×30mmの領域にある目開き約60個の幅を測定し、その平均値を目開きの幅とした。
強化繊維シートにステッチング糸条が貫入する部分に生じる目開きにおいて、目開きの影響で屈曲していない表面の強化繊維方向と直交する方向での最大長さを目開きの幅とした。拘束編地のシンカループが存在する側を表側とし、加圧加熱処理された試験片(多軸挿入編物基材)をマイクロスコープ(株式会社キーエンス製、VHX-5000)により、表側の面と直交する方向から観察し、基準プレートにより構成したマイクロスコープの長さ測定機能を使用してサンプル中心の30mm×30mmの領域にある目開き約60個の幅を測定し、その平均値を目開きの幅とした。
[表面粗さの測定]
表面粗さ測定器(株式会社 ミツトヨ、サーフテスト402)を用いて、レンジ5μm、基準長さ2.5mm、測定区間5か所の設定で、表面粗さRa(中心線平均値)を測定した。
表面粗さ測定器(株式会社 ミツトヨ、サーフテスト402)を用いて、レンジ5μm、基準長さ2.5mm、測定区間5か所の設定で、表面粗さRa(中心線平均値)を測定した。
(実施例1)
強化繊維として炭素繊維(三菱レイヨン株式会社製、パイロフィル(登録商標)TRW40 50L)を用い、複数本の強化繊維が一つの軸方向に引き揃えられた、強化繊維の目付が150g/m2の強化繊維シートを作製した。
得られた強化繊維シート2枚を、強化繊維の軸方向が互いに直交するように積み重ね、多軸積重物とした。
ポリエステル糸(Tenzler GmBH製、dtex78f36 text.roh halbmatt、78dtex、36フィラメント、ガラス転移温度80℃、融点220℃、密度1.4g/cm3、呼び直径84.2μm)を編成してなる鎖編の拘束編地を用いて、強化繊維の方向が多軸挿入編物基材の基準方向に対して+45°/-45°となるように多軸積重物を拘束し、一体化させて図1に示すような多軸挿入編物基材前駆体を作製した。拘束編地におけるコース方向のウエールの密度は3回/cmであり、コース方向のウエールの間隔は5mmであった。
前記多軸挿入編物基材から100mm×100mmの試験片を切り出し、ロールプレス装置(アサヒ繊維機械株式会社製、JR-600LTSW)を用いて、前記試験片を加熱温度150℃、負荷線圧37N/cmの条件でロールプレス処理することにより、多軸挿入編物基材を得た。
得られた多軸挿入編物基材における目開きの幅は72.5μmであった。
強化繊維として炭素繊維(三菱レイヨン株式会社製、パイロフィル(登録商標)TRW40 50L)を用い、複数本の強化繊維が一つの軸方向に引き揃えられた、強化繊維の目付が150g/m2の強化繊維シートを作製した。
得られた強化繊維シート2枚を、強化繊維の軸方向が互いに直交するように積み重ね、多軸積重物とした。
ポリエステル糸(Tenzler GmBH製、dtex78f36 text.roh halbmatt、78dtex、36フィラメント、ガラス転移温度80℃、融点220℃、密度1.4g/cm3、呼び直径84.2μm)を編成してなる鎖編の拘束編地を用いて、強化繊維の方向が多軸挿入編物基材の基準方向に対して+45°/-45°となるように多軸積重物を拘束し、一体化させて図1に示すような多軸挿入編物基材前駆体を作製した。拘束編地におけるコース方向のウエールの密度は3回/cmであり、コース方向のウエールの間隔は5mmであった。
前記多軸挿入編物基材から100mm×100mmの試験片を切り出し、ロールプレス装置(アサヒ繊維機械株式会社製、JR-600LTSW)を用いて、前記試験片を加熱温度150℃、負荷線圧37N/cmの条件でロールプレス処理することにより、多軸挿入編物基材を得た。
得られた多軸挿入編物基材における目開きの幅は72.5μmであった。
(比較例1)
ロールプレス処理を行わなかった以外は、実施例1と同様にして多軸挿入編物基材を得た。
得られた多軸挿入編物基材における目開きの幅は363.2μmであった。
ロールプレス処理を行わなかった以外は、実施例1と同様にして多軸挿入編物基材を得た。
得られた多軸挿入編物基材における目開きの幅は363.2μmであった。
(実施例2)
拘束編地としてシングルトリコット編の拘束編地を用いた以外は、実施例1と同様にして多軸挿入編物基材を得た。
得られた多軸挿入編物基材における目開きの幅は37.3μmであった。
拘束編地としてシングルトリコット編の拘束編地を用いた以外は、実施例1と同様にして多軸挿入編物基材を得た。
得られた多軸挿入編物基材における目開きの幅は37.3μmであった。
(比較例2)
ロールプレス処理を行わなかった以外は、実施例2と同様にして多軸挿入編物基材を得た。
得られた多軸挿入編物基材における目開きの幅は126.7μmであった。
ロールプレス処理を行わなかった以外は、実施例2と同様にして多軸挿入編物基材を得た。
得られた多軸挿入編物基材における目開きの幅は126.7μmであった。
(実施例3)
ロールプレス処理における負荷線圧を30N/cmとした以外は、実施例1と同様にして多軸挿入編物基材を得た。
得られた多軸挿入編物基材における目開きの幅は58.3μmであった。
ロールプレス処理における負荷線圧を30N/cmとした以外は、実施例1と同様にして多軸挿入編物基材を得た。
得られた多軸挿入編物基材における目開きの幅は58.3μmであった。
(実施例4)
ロールプレス処理における負荷線圧を23N/cmとした以外は、実施例1と同様にして多軸挿入編物基材を得た。
得られた多軸挿入編物基材における目開きの幅は70.6μmであった。
ロールプレス処理における負荷線圧を23N/cmとした以外は、実施例1と同様にして多軸挿入編物基材を得た。
得られた多軸挿入編物基材における目開きの幅は70.6μmであった。
(実施例5)
ロールプレス処理における負荷線圧を15N/cmとした以外は、実施例1と同様にして多軸挿入編物基材を得た。
得られた多軸挿入編物基材における目開きの幅は80.1μmであった。
ロールプレス処理における負荷線圧を15N/cmとした以外は、実施例1と同様にして多軸挿入編物基材を得た。
得られた多軸挿入編物基材における目開きの幅は80.1μmであった。
(実施例6)
ロールプレス処理における加熱温度を200℃とした以外は、実施例1と同様にして多軸挿入編物基材を得た。
得られた多軸挿入編物基材における目開きの幅は62.4μmであった。
ロールプレス処理における加熱温度を200℃とした以外は、実施例1と同様にして多軸挿入編物基材を得た。
得られた多軸挿入編物基材における目開きの幅は62.4μmであった。
(実施例7)
ロールプレス処理における加熱温度を180℃とした以外は、実施例1と同様にして多軸挿入編物基材を得た。
得られた多軸挿入編物基材における目開きの幅は59.8μmであった。
ロールプレス処理における加熱温度を180℃とした以外は、実施例1と同様にして多軸挿入編物基材を得た。
得られた多軸挿入編物基材における目開きの幅は59.8μmであった。
(実施例8)
ロールプレス処理における加熱温度を120℃とした以外は、実施例1と同様にして多軸挿入編物基材を得た。
得られた多軸挿入編物基材における目開きの幅は72.4μmであった。
ロールプレス処理における加熱温度を120℃とした以外は、実施例1と同様にして多軸挿入編物基材を得た。
得られた多軸挿入編物基材における目開きの幅は72.4μmであった。
(実施例9)
ロールプレス処理における加熱温度を100℃とした以外は、実施例1と同様にして多軸挿入編物基材を得た。
得られた多軸挿入編物基材における目開きの幅は72.9μmであった。
ロールプレス処理における加熱温度を100℃とした以外は、実施例1と同様にして多軸挿入編物基材を得た。
得られた多軸挿入編物基材における目開きの幅は72.9μmであった。
(実施例10)
ロールプレス処理における加熱温度を90℃とした以外は、実施例1と同様にして多軸挿入編物基材を得た。
得られた多軸挿入編物基材における目開きの幅は61.3μmであった。
ロールプレス処理における加熱温度を90℃とした以外は、実施例1と同様にして多軸挿入編物基材を得た。
得られた多軸挿入編物基材における目開きの幅は61.3μmであった。
(比較例3)
ロールプレス処理における加熱温度を80℃とした以外は、実施例1と同様にして多軸挿入編物基材を得た。
得られた多軸挿入編物基材における目開きの幅は109.9μmであった。
ロールプレス処理における加熱温度を80℃とした以外は、実施例1と同様にして多軸挿入編物基材を得た。
得られた多軸挿入編物基材における目開きの幅は109.9μmであった。
(実施例11)
実施例1で得られた多軸挿入編物基材を4枚積層し、インフュージョン成形用エポキシ樹脂(ナガセケムテックス株式会社製、XNR6815)、及び硬化剤(ナガセケムテックス株式会社製、XNH6815)を、100:27の質量比で混合した樹脂を、VaRTM法により含浸させ、硬化温度80℃、硬化時間2時間の硬化条件で成形し、肉厚約2mmのCFRPパネルを得た。
得られたCFRPパネルの表面粗さRaは0.12μmであった。
実施例1で得られた多軸挿入編物基材を4枚積層し、インフュージョン成形用エポキシ樹脂(ナガセケムテックス株式会社製、XNR6815)、及び硬化剤(ナガセケムテックス株式会社製、XNH6815)を、100:27の質量比で混合した樹脂を、VaRTM法により含浸させ、硬化温度80℃、硬化時間2時間の硬化条件で成形し、肉厚約2mmのCFRPパネルを得た。
得られたCFRPパネルの表面粗さRaは0.12μmであった。
(比較例4)
実施例1で得られた多軸挿入編物基材に代えて、比較例1で得られた多軸挿入編物基材を用いた以外は、実施例11と同様にしてCFRPパネルを得た。
得られたCFRPパネルの表面粗さRaは0.38μmであった。
実施例1で得られた多軸挿入編物基材に代えて、比較例1で得られた多軸挿入編物基材を用いた以外は、実施例11と同様にしてCFRPパネルを得た。
得られたCFRPパネルの表面粗さRaは0.38μmであった。
(実施例12~20)
実施例1で得られた多軸挿入編物基材に代えて、実施例2~10で得られた多軸挿入編物基材を用いた以外は、実施例11と同様にして得られるCFRPパネルの表面粗さRaは0.15μm以下となる。
実施例1で得られた多軸挿入編物基材に代えて、実施例2~10で得られた多軸挿入編物基材を用いた以外は、実施例11と同様にして得られるCFRPパネルの表面粗さRaは0.15μm以下となる。
(比較例5~6)
実施例1で得られた多軸挿入編物基材に代えて、比較例2及び3で得られた多軸挿入編物基材を用いた以外は、実施例11と同様にして得られるCFRPパネルの表面粗さRaは0.20μm以上となる。
実施例1で得られた多軸挿入編物基材に代えて、比較例2及び3で得られた多軸挿入編物基材を用いた以外は、実施例11と同様にして得られるCFRPパネルの表面粗さRaは0.20μm以上となる。
本発明の多軸挿入編物基材の製造方法に従って製造された実施例1~10の多軸挿入編物基材は、その目開きの幅が使用したステッチング糸条の呼び直径83.1μm以下であり、目開きが十分に縮小されていた。
また、本発明の多軸挿入編物基材を含む繊維強化複合材料であるCFRPパネルでは表面平滑性に優れていた。
また、本発明の多軸挿入編物基材を含む繊維強化複合材料であるCFRPパネルでは表面平滑性に優れていた。
一方、本発明の多軸挿入編物基材の製造方法における加圧加熱処理を行わなかった比較例1及び比較例2の多軸挿入編物基材は、その目開きの幅が使用したステッチング糸条の呼び直径84.2μmより大きかった。同様に、本発明の多軸挿入編物基材の製造方法における加熱温度に満たない加熱温度で加圧加熱処理された比較例3の多軸挿入編物基材においても、その目開きの幅が使用したステッチング糸条の呼び直径84.2μmより大きく、目開きが十分に縮小されていなかった。
また、これらの多軸挿入編物基材を含む繊維強化複合材料であるCFRPパネルでは表面平滑性に劣っていた。
また、これらの多軸挿入編物基材を含む繊維強化複合材料であるCFRPパネルでは表面平滑性に劣っていた。
本発明の多軸挿入編物基材の製造方法によれば、表面平滑性に優れ、かつ、強度や弾性率の高い成形品を得ることができる多軸挿入編物基材を、高い生産性の下で生産することができる。
本発明の多軸挿入編物基材を用いることにより、表面平滑性に優れ、かつ、強度や弾性率の高い成形品を得ることができる。
本発明の繊維強化複合材料は、本発明の多軸挿入編物基材を含むため、表面平滑性に優れ、かつ、強度や弾性率が高い。
本発明の多軸挿入編物基材を用いることにより、表面平滑性に優れ、かつ、強度や弾性率の高い成形品を得ることができる。
本発明の繊維強化複合材料は、本発明の多軸挿入編物基材を含むため、表面平滑性に優れ、かつ、強度や弾性率が高い。
1 多軸挿入編物基材前駆体
10 第一の強化繊維シート
12 強化繊維
20 第二の強化繊維シート
22 強化繊維
30 多軸積重物
40 拘束編地
42 ステッチング糸条
44 ステッチング糸条のシンカループの貫入部位
50 目開き
10 第一の強化繊維シート
12 強化繊維
20 第二の強化繊維シート
22 強化繊維
30 多軸積重物
40 拘束編地
42 ステッチング糸条
44 ステッチング糸条のシンカループの貫入部位
50 目開き
Claims (13)
- 複数本の強化繊維が一つの軸方向に引き揃えられた強化繊維シートが2枚以上積み重ねられた多軸積重物と、前記多軸積重物を拘束するように配置された、ガラス転移温度及び融点を有する素材からなるステッチング糸条とを含む多軸挿入編物基材前駆体に対して、加圧加熱処理を行うことを含むことを特徴とする多軸挿入編物基材の製造方法であって、
前記加圧加熱処理における加熱温度が、前記ステッチング糸条のガラス転移温度より10℃以上高く、かつ、前記ステッチング糸条の融点より10度以上低い温度である、多軸挿入編物基材の製造方法。 - 前記多軸積重物は、2枚以上の前記強化繊維シートがそれぞれの強化繊維の軸方向が二以上となるように積み重ねられたものである、請求項1に記載の多軸挿入編物基材の製造方法。
- 前記ステッチング糸条は、拘束編地を形成している、請求項1又は2に記載の多軸挿入編物基材の製造方法。
- 前記加圧加熱処理における負荷線圧が、15N/cm以上150N/cm以下である、請求項1~3のいずれか一項に記載の多軸挿入編物基材の製造方法。
- 前記加圧加熱処理において、加圧と加熱が同時に行われる、請求項1~4のいずれか一項に記載の多軸挿入編物基材の製造方法。
- 前記強化繊維が炭素繊維である請求項1~5のいずれか一項に記載の多軸挿入編物基材の製造方法。
- 前記ステッチング糸条が、ポリエステル、及びナイロンからなる群より選ばれる一種以上の素材からなる、請求項1~6のいずれか一項に記載の多軸挿入編物基材の製造方法。
- 前記強化繊維が炭素繊維である請求項8に記載の多軸挿入編物基材。
- 前記ステッチング糸条が、ポリエステル、及びナイロンからなる群より選ばれる一種以上の素材からなる、請求項8又は9に記載の多軸挿入編物基材。
- 前記ステッチング糸条は、拘束編地を形成している、請求項8~10のいずれか一項に記載の多軸挿入編物基材。
- 前記拘束編地の編組織が、鎖編、シングルトリコット編、及びトリコットピラー編からなる群より選ばれる一種以上の編組織である、請求項11に記載の多軸挿入編物基材。
- 請求項8~12のいずれか一項に記載の多軸挿入編物基材と、マトリックス樹脂とを有する、繊維強化複合材料。
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