WO2018083734A1 - 複合材料用強化基材、複合材料および複合材料用強化基材の製造方法 - Google Patents

複合材料用強化基材、複合材料および複合材料用強化基材の製造方法 Download PDF

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WO2018083734A1
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fibers
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黒田　真一
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日産自動車株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a reinforced base material for composite materials, a composite material, and a method for producing a reinforced base material for composite materials.
  • Patent Document 1 discloses a method in which a dry base material not impregnated with a resin is used as a reinforcing base material.
  • a dry base material has a lower production cost than a prepreg in which a reinforced base material is impregnated with a resin. For this reason, a composite material can be manufactured at low cost by using a dry base material as a reinforcing base material.
  • Patent Document 1 a cloth base material in which warp yarns and weft yarns are woven is used as a dry base material.
  • the cross base material forms a portion (crimp) where the fibers are bent by cross-weaving warp and weft. It is known that the strength of a bent fiber is lower than that of a fiber extending linearly. For this reason, the strength of the cross base material is reduced as compared with a base material in which fibers are arranged in one direction.
  • Patent Document 2 and Patent Document 3 there is a method for manufacturing a composite material using an NCF (non-crimp fabric) base material in which fibers are arranged in one direction and do not form a crimp. It is disclosed.
  • NCF non-crimp fabric
  • the NCF base material is not crimped, the strength of the composite material can be improved as compared with the cross base material.
  • the NCF base material does not require a process of weaving warp and weft yarns, and therefore has a higher productivity than a cross base material and is a low cost base material compared to a cross base material.
  • JP 2001-55642 A Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-145547 JP 2008-132775 A
  • the NCF base material disclosed in Patent Document 2 and Patent Document 3 is a “multiaxial” in which fibers arranged in one direction are oriented and laminated in two or more directions, and intersecting fibers are stitched together and fixed.
  • a “substrate” is used.
  • the multiaxial base material has less elongation and poor formability as compared to the cross base material by stitching and fixing fibers oriented in a plurality of directions. For this reason, when a base material is shaped, a wrinkle will arise partially depending on the shape. When wrinkles are generated, the function as a reinforced base material for composite materials cannot be exhibited sufficiently, so that there is a problem in that the degree of freedom in shaping is limited.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a composite material reinforced base material, a composite material, and a method for producing the composite material reinforced base material capable of improving the formability. For the purpose.
  • the reinforced base material for composite materials according to the present invention that achieves the above object is used when molding a composite material.
  • the reinforcing substrate is laminated to the reinforcing layer so that the fiber direction of the reinforcing fiber is arranged in one direction and only one direction intersecting the fiber direction, and the reinforcing layer is bonded to the reinforcing fiber to be the reinforcing layer.
  • Auxiliary fibers for holding The auxiliary fiber has a larger elongation at break than the reinforcing fiber.
  • the composite material according to the present invention that achieves the above object has a resin disposed on a reinforced base material.
  • the reinforcing base material in the composite material is laminated to the reinforcing layer so that the fiber direction of the reinforcing fiber is arranged in one direction and only one direction intersecting the fiber direction, and is bonded to the reinforcing fiber.
  • the auxiliary fiber has a larger elongation at break than the reinforcing fiber.
  • the reinforcing fibers are arranged so as to form a reinforcing layer in which the fiber directions of the reinforcing fibers are arranged in one direction.
  • An auxiliary fiber having a tensile elongation at break larger than that of the reinforcing fiber is laminated on the reinforcing layer so as to be along only one direction intersecting the fiber direction. Then, auxiliary fibers are bonded to the reinforcing fibers to hold the reinforcing layer.
  • the present embodiment is characterized in that an NCF (non-crimp fabric) substrate using a large toe is used as a reinforced substrate having a lower manufacturing cost.
  • NCF non-crimp fabric
  • FIG. 1 is a system diagram in which the types of reinforced base materials for composite materials are classified from the viewpoint of manufacturing cost. It shows that the manufacturing cost decreases from left to right in FIG.
  • the reinforced base material is roughly classified into two types: a prepreg base material in which a resin is impregnated with a reinforced base material and a dry base material that is not impregnated with a resin.
  • the prepreg base material is expensive to manufacture because the reinforced base material is impregnated with the resin. For this reason, the manufacturing cost of the dry base material is lower than that of the prepreg base material.
  • the dry substrate is formed from a fiber bundle in which a plurality of reinforcing fibers are bundled.
  • the fiber bundles are classified into large toe with a relatively large number of reinforcing fibers and regular toe with a relatively small number of reinforcing fibers according to the number of reinforcing fibers.
  • the number of large toe reinforcing fibers can be, for example, 40,000 or more
  • the number of regular toe fibers can be, for example, 24,000 or less.
  • PAN carbon fibers are widely used as reinforcing fibers.
  • PAN-based carbon fibers are continuously processed through a flameproofing process, a carbonization process, a graphitization process, a surface treatment process, and a sizing process process by a production line that sends a bundle of PAN fibers bundled in a predetermined number in the fiber direction. To be manufactured.
  • the production line that sends a bundle of PAN fibers bundled in a predetermined number in the fiber direction.
  • the production cost of the fiber bundle decreases as the number of reinforcing fibers bundled increases. That is, the base material using large toe is lower in manufacturing cost than the base material using regular toe.
  • the dry base material a cloth base material in which warp and weft yarns are woven and an NCF base material in which reinforcing fibers are arranged in one direction are generally used.
  • the cloth base material warps and wefts are crossed and knitted to form a crimp in which reinforcing fibers are bent.
  • bending of reinforcing fibers due to crimping becomes too large.
  • the strength of the bent reinforcing fiber is lower than that of the reinforcing fiber extending linearly. Therefore, when a cross base material is manufactured using large toe, the strength may be extremely reduced. For this reason, the cloth substrate has been manufactured using regular toe.
  • the regular toe has a problem that the manufacturing cost is high and the width is narrow compared to the large toe, so that it takes a long time to manufacture and the productivity is poor.
  • the NCF base material is oriented in one direction, no crimp like a cross base material is formed. For this reason, a large toe can be used for a reinforcement base material. By using large toe as the reinforced base material, the manufacturing cost can be greatly reduced as compared with the case of using only regular toe, and productivity is increased. Furthermore, since the NCF base material does not require a process of weaving warp and weft, the productivity is higher than that of the cross base material.
  • the NCF base material generally, a “multiaxial base material” in which reinforcing fibers arranged in one direction are oriented and laminated in two or more directions, and the reinforcing fibers intersecting each other are stitched and fixed. It is used.
  • the multiaxial base material may be less stretched and have poor shapeability as compared to the cross base material, because the reinforcing fibers oriented in a plurality of directions are sewn and fixed.
  • a “unidirectional base material” oriented in one direction is used without making the reinforcing fibers multiaxial.
  • the direction in which the reinforcing fibers are sewn and restrained is reduced, so that the elongation of the reinforcing base material can be improved, and the shapeability can be improved.
  • the manufacturing cost can be significantly reduced by using large toe for the NCF substrate.
  • the composite material 10 includes a reinforced substrate 100 and a resin 200 disposed thereon. As is well known, by combining the resin 200 with the reinforced base material 100, the composite material 10 having higher strength and rigidity than the resin 200 alone is obtained.
  • the composite material 10 can be applied to, for example, a skeletal component or an outer plate component of an automobile body. Since the composite material 10 is lighter than the steel material, the weight of the vehicle body can be reduced compared to a vehicle body configured by assembling components made of the steel material.
  • thermosetting resin such as an epoxy resin, a urethane resin, an unsaturated polyester resin, or a phenol resin, or a thermoplastic resin such as a polyamide (PA) resin or a polypropylene (PP) resin
  • PA polyamide
  • PP polypropylene
  • an epoxy resin having excellent mechanical characteristics and dimensional stability is used.
  • Epoxy resin is mainly a two-component type, and a main agent and a curing agent are mixed and used.
  • the main agent is generally a bisphenol A-type epoxy resin, and the curing agent is an amine-based one.
  • the main agent is not particularly limited, and can be appropriately selected according to desired material characteristics.
  • the resin 200 may contain a release agent so that the mold can be easily removed after the composite material 10 is molded.
  • the type of the release agent is not particularly limited, and known ones can be used.
  • the reinforced substrate 100 has a reinforcing layer 115 in which the fiber directions of the reinforcing fibers 110 are arranged in one direction, and only along one direction intersecting the fiber direction.
  • the auxiliary fiber 120 is laminated on the reinforcing layer 115 and bonded to the reinforcing fiber 110 to hold the reinforcing layer 115.
  • the auxiliary fiber 120 has a tensile elongation at break larger than that of the reinforcing fiber 110.
  • it further has a stitch yarn 130 that stitches the reinforcing fiber 110 and the auxiliary fiber 120 together.
  • the reinforcing layer 115 is arranged in a state where the fiber bundles of large toe having more reinforcing fibers than regular toe are not opened.
  • the number of large toe reinforcing fibers is generally about 40,000 or more, and is generally about 40,000 to about 50,000. In this embodiment, the number is about 50,000.
  • the number of regular toe reinforcing fibers is generally about 24,000 or less, and is generally about 12,000 to about 24,000.
  • Examples of the material constituting the reinforcing fiber 110 include carbon fiber, glass fiber, aramid fiber, polyamide (PA) fiber, polypropylene (PP) fiber, and acrylic fiber.
  • carbon fibers are used as the reinforcing fibers 110.
  • Carbon fiber has a small coefficient of thermal expansion, excellent dimensional stability, and little deterioration in mechanical properties even at high temperatures. Therefore, carbon fiber is suitably used as a reinforcing base material for composite materials 10 such as automobile bodies. be able to.
  • the basis weight per one layer of the reinforcing layer 115 (fiber weight per unit area (g / m 2 )) can be 50 to 400 g / m 2 , more preferably 300 to 400 g / m 2 . If the basis weight per one layer of the reinforcing layer 115 is less than 300 g / m 2 , a process of opening the large toe is required, and it becomes difficult to reduce the manufacturing cost. In addition, if the basis weight per layer of the reinforcing layer 115 exceeds 400 g / m 2 , the number of laminated sheets is reduced when the same plate thickness is used, and workability is improved, but free selection of the plate thickness dimension is limited. The Therefore, by setting the basis weight per layer of the reinforcing layer 115 to 300 to 400 g / m 2 , it is possible to reduce the manufacturing cost and flexibly select the dimensions according to the product design.
  • the auxiliary fiber 120 is bonded to at least a part of the reinforcing fiber 110 by the stitch yarn 130 and holds the reinforcing layer 115.
  • the auxiliary fiber 120 is laminated on the reinforcing layer 115 so as to be along only one direction intersecting the fiber direction of the reinforcing fiber 110.
  • the auxiliary fibers 120 are arranged in a direction orthogonal to the fiber direction of the reinforcing fibers 110. Since the auxiliary fibers 120 are arranged along only one direction, the mesh-like arrangement is usually not included.
  • auxiliary fibers 120 are arranged in a mesh shape and bonded to the reinforcing fibers 110, when the elongation equivalent to that of the “unidirectional substrate” in which the reinforcing fibers 110 are oriented in one direction can be substantially secured. Should be construed as “auxiliary fibers 120 are arranged along only one direction”.
  • the auxiliary fiber 120 uses a material having a tensile elongation at break larger than that of the reinforcing fiber 110. Thereby, since the auxiliary fiber 120 is less likely to break than the reinforcing fiber 110, the reinforcing layer 115 can be reliably held.
  • the auxiliary fiber is made of a material having a lower elastic modulus than the reinforcing fiber 110.
  • the auxiliary fiber 120 can be flexibly deformed along with the deformation at the time of shaping the reinforcing base material 100, and can securely hold the reinforcing layer 115 without breaking.
  • auxiliary fiber 120 examples include glass fiber, aramid fiber, carbon fiber, nylon fiber, polyethylene (PE) fiber, and the like.
  • carbon fibers are used for the reinforcing fibers 110, glass fibers having a lower elastic modulus and larger tensile elongation at break than carbon fibers are used.
  • Glass fiber can be suitably used as the auxiliary fiber 120 because of its relatively high strength and low material cost.
  • the fiber feed direction indicated by the white arrow is the Y axis
  • the direction orthogonal to the fiber feed direction Y is the X axis.
  • A1 spacing of auxiliary fibers 120 (parallel)
  • b width of bundle of reinforcing fibers 110 (parallel)”
  • a2 spacing of auxiliary fibers 120 (X axis)”
  • c spacing of stitch yarns 130”
  • Each of the (X-axis) has dimensions shown in the drawing.
  • An example of the ratio of the reinforcing fiber 110 and the auxiliary fiber 120 can be shown by the following conditions.
  • a1 (interval of auxiliary fibers 120 (parallel)): range of 3 to 6 times
  • b width of bundle of reinforcing fibers 110 (parallel)
  • a2 (interval of auxiliary fibers 120 (X axis)): c (stitch yarn 130 (Interval (X axis)) is in the range of 3 to 6 times.
  • B can be set in a range of 3 to 6 times a1 (interval of auxiliary fibers 120 (parallel)) with respect to 1 (width (parallel) of bundle of reinforcing fibers 110).
  • b width of the bundle of reinforcing fibers 110 (parallel)
  • a2 interval of auxiliary fibers 120 (X axis)
  • c interval of stitch yarn 130 (X axis)
  • the number and diameter of the auxiliary fibers 120 are determined from the viewpoint of ensuring the strength to withstand the tension when forming the base material and the shaping force generated during shaping.
  • the number is preferably about 500 to 6,000. In this embodiment, 1,000 glass fibers are employed.
  • the auxiliary fiber 120 having a strength higher than the required strength is not preferable because it causes a wasteful increase in the weight of the reinforcing base material or an increase in cost.
  • the orientation angle between the reinforcing fiber 110 and the auxiliary fiber 120 is 90 °, the most reinforcing effect can be obtained.
  • the orientation angle is preferably set in the range of 30 ° to 120 °.
  • the reinforcing fibers 110 and the auxiliary fibers 120 are oriented so that the orientation angle is 90 °.
  • the auxiliary fibers 120 are laminated so as to intersect the reinforcing fibers 110, and the points where the auxiliary fibers 120 and the reinforcing fibers 110 intersect are fixed by the stitch yarn 130. For this reason, it is possible to prevent the reinforcing fibers 110 from being separated, and the handling of the reinforcing base material 100 becomes easy in the process of carrying, cutting, shaping, and forming the reinforcing base material 100. Further, the arrangement state of the reinforcing fibers 110 can be maintained by the auxiliary fibers 120 and the stitch yarns 130.
  • the manufacturing apparatus 300 includes a plurality of bobbins 310, an orientation unit 320, a stacking unit 330, a stitch unit 340, a belt conveyor 350, and a take-up roller 360.
  • the plurality of bobbins 310 hold the reinforcing fiber 110 and the auxiliary fiber 120 in a wound state so that they can be pulled out.
  • the bobbin 310 includes a first bobbin 311 and a second bobbin 312 around which the reinforcing fiber 110 is wound, and a third bobbin 313 around which the auxiliary fiber 120 is wound.
  • the first bobbin 311 and the second bobbin 312 are alternately arranged in a plane along the direction in which the reinforcing fibers 110 drawn from the respective bobbins 311 and 312 intersect the fiber direction. are arranged as follows.
  • the orientation part 320 arranges and arranges the reinforcing fibers 110 in a predetermined fiber direction.
  • the stacking unit 330 stacks the auxiliary fibers 120 on the arranged reinforcing fibers 110.
  • the stitch part 340 stitches and joins the reinforcing fiber 110 and the auxiliary fiber 120 to form the reinforcing base material 100.
  • the stitch portion 340 includes a knitting needle 341 for stitching the reinforcing fiber 110 and the auxiliary fiber 120 with the stitch yarn 130.
  • the belt conveyor 350 continuously conveys the reinforcing fiber 110 and the auxiliary fiber 120.
  • assistant fiber 120 is not limited to the belt conveyor 350, For example, you may convey with the robot for conveyance.
  • the take-up roller 360 takes up the reinforced base material 100 and holds it in a roll shape.
  • control unit 500 The operation of the manufacturing apparatus 300 is controlled by the control unit 500.
  • the configuration of the control unit 500 will be described in detail later.
  • the molding apparatus 400 for the composite material 10 includes an openable / closable molding die 410 that forms a cavity 414 in which a laminate 140 (see FIG. 10) in which a plurality of reinforced substrates 100, 101, and 102 are laminated is disposed.
  • a press part 420 for applying a mold clamping pressure to the mold 410 and a resin injection part 430 for injecting the resin 200 into the cavity 414 are provided.
  • the molding die 410 has a pair of upper and lower molds 411 and 412 that can be opened and closed, and an injection port 415 that injects the resin 200 into the cavity 414.
  • the injection port 415 is provided so that the cavity 414 and the resin injection part 430 can communicate with each other.
  • the resin 200 injected from the resin injection part 430 is impregnated from the surface of the laminate 140 into the inside.
  • a suction port for evacuating the cavity 414 to suck air may be provided in the mold 410.
  • the press unit 420 includes, for example, a cylinder 421 that uses fluid pressure such as hydraulic pressure, and can be configured by a press machine that can adjust the clamping pressure applied to the molding die 410 by controlling the hydraulic pressure or the like.
  • the resin injection unit 430 is configured by a known circulation type pump mechanism that can be supplied to the mold 410 while circulating the main agent supplied from the main agent tank 431 and the curing agent supplied from the curing agent tank 432. Can do.
  • the resin injection part 430 communicates with the injection port 415 and injects the resin 200 into the cavity 414.
  • the control unit 500 controls the operation of each part of the manufacturing apparatus 300 and the molding apparatus 400. 4 and 6, the control unit 500 includes a storage unit 510, a calculation unit 520, and an input / output unit 530 that transmits and receives various data and control commands.
  • the input / output unit 530 is electrically connected to each part of the apparatus such as the bobbin 310, the orientation unit 320, the stacking unit 330, the stitch unit 340, the belt conveyor 350, the take-up roller 360, the press unit 420, and the resin injection unit 430. .
  • the storage unit 510 includes a ROM and a RAM, and stores data such as the arrangement of the reinforcing fiber 110, the auxiliary fiber 120, and the stitch yarn 130.
  • the calculation unit 520 is configured mainly with a CPU, and receives data such as the arrangement of the reinforcing fibers 110 and the auxiliary fibers 120 via the input / output unit 530. Based on the data read from storage unit 510 and the data received from input / output unit 530, calculation unit 520 calculates the arrangement of auxiliary fibers 120, the position at which stitch yarn 130 is stitched, and the like.
  • Control signals based on the calculated data are sent to the bobbin 310, the orientation unit 320, the stacking unit 330, the stitching unit 340, the belt conveyor 350, the take-up roller 360, the press unit 420, the resin injection unit 430, etc. via the input / output unit 530. Send to each part of the device.
  • the control unit 500 controls the arrangement and the like of the reinforcing fiber 110, the auxiliary fiber 120, and the stitch yarn 130 in the reinforcing base material 100.
  • the reinforcing substrate 110 has a fiber direction ⁇ of + 45 ° (see FIGS. 2 and 8A), the reinforcing substrate 101 has a fiber direction ⁇ of ⁇ 45 ° (see FIG. 8B), and Three types of reinforced base materials 100, 101, and 102 of the reinforced base material 102 (see FIG. 8C) having a fiber direction ⁇ of 0 ° are manufactured.
  • the arrows in FIGS. 4, 8A to 8C, 9A, and 9B indicate the conveyance direction of the reinforcing fiber 110, and the angle with respect to the conveyance direction is the fiber direction ⁇ (see FIG. 4).
  • the manufacturing method of the reinforced base materials 100 and 101 includes a step of arranging the reinforcing fibers 110 (Step S10), a step of stacking the auxiliary fibers 120 (Step S20), and the reinforcing fibers 110 and the auxiliary fibers. And 120 (step S30).
  • Step S10 the step of arranging the reinforcing fibers 110
  • Step S20 the step of stacking the auxiliary fibers 120
  • step S30 the manufacturing method of the reinforced base materials 100 and 101.
  • a plurality of first bobbins 311 and a plurality of second bobbins 312 are alternately set.
  • step S10 the reinforcing fiber 110 is pulled out from the first bobbin 311 and the second bobbin 312 by the orientation unit 320.
  • the reinforcing fibers 110 are arranged so that the fiber direction ⁇ is one direction.
  • the reinforcing fibers 110 drawn from the bobbins 311 and 312 are arranged so as to be alternately arranged in a plane along a direction intersecting the fiber direction ⁇ .
  • the arranged reinforcing fibers 110 are conveyed to the stacking unit 330 by the belt conveyor 350.
  • step S20 the auxiliary fiber 120 is laminated on the reinforcing fiber 110 by the lamination unit 330. At this time, the auxiliary fiber 120 is laminated on the reinforcing fiber 110 so as to be along a direction intersecting the fiber direction ⁇ . In the present embodiment, the auxiliary fibers 120 are arranged in a direction orthogonal to the fiber direction ⁇ .
  • step S30 the reinforcing fiber 110 and the auxiliary fiber 120 are stitched and joined with the stitch yarn 130 by the knitting needle 341 of the stitch portion 340.
  • FIG. 8A shows a state in which the reinforcing fibers 110 having a fiber direction ⁇ of + 45 ° are stitched.
  • FIG. 8B shows a state in which the reinforcing fibers 110 having a fiber direction ⁇ of ⁇ 45 ° are sewn.
  • a sheet-like reinforcing substrate 100 having a fiber direction ⁇ of + 45 ° and a sheet-like reinforcing substrate 101 having a fiber direction ⁇ of ⁇ 45 ° are completed.
  • steps S20 and S30 the arrangement of the auxiliary fibers 120 and the position to be sewn by the stitch yarn 130 are controlled based on the arrangement of the reinforcing fibers 110.
  • the control unit 500 synchronizes the operations of the orientation unit 320, the stacking unit 330, and the stitch unit 340 to perform the operations of each process. Thereby, the reinforcing fiber 110 and the auxiliary fiber 120 that intersect each other can be reliably stitched together by the stitch yarn 130.
  • the reinforcing base materials 100 and 101 are wound up by the winding roller 360 and held in a roll shape.
  • the reinforcing base material 102 having a fiber direction ⁇ of 0 ° is formed by laminating auxiliary fibers 120 in the same manner as the reinforcing base materials 100 and 101 having a fiber direction ⁇ of ⁇ 45 °.
  • the fibers 120 are stitched together with stitch yarns 130.
  • the reinforced base material is a multiaxial base material, as shown in FIG. 9A, the reinforcing fibers 110 arranged in one direction are oriented and stacked in two or more directions, and the reinforcing fibers 110 intersecting each other are stitched into the stitch yarn 130. Suture by. For this reason, it becomes difficult for the reinforcing fiber 110 to be deformed, and the shapeability is greatly reduced.
  • the reinforcing base materials 100, 101, and 102 according to the present embodiment are unidirectional base materials using reinforcing fibers 110 arranged in one direction. For this reason, the reinforced base materials 100, 101, and 102 can greatly improve the formability as compared with the multiaxial base material.
  • the composite material 10 Next, a method for forming the composite material 10 according to the embodiment will be described.
  • a molding method of the composite material 10 an RTM (Resin Transfer Molding) molding method having high productivity and suitable for mass production is used.
  • the reinforced base material 100 is placed in a molding die 410 (see FIG. 6), and the composite material 10 is molded by impregnating the resin 200 and curing.
  • the manufacturing method of the composite material 10 includes a step of forming the laminate 140 (step S110), a step of impregnating the laminate 140 with the resin 200 (step S120), and demolding the composite material 10. (Step S130).
  • step S110 a step of forming the laminate 140
  • step S120 a step of impregnating the laminate 140 with the resin 200
  • step S130 demolding the composite material 10.
  • the reinforced base materials 100, 101, 102 wound around the take-up roller 360 are pulled out and prepared in a predetermined size.
  • the reinforced base materials 100, 101, 102 are laminated in a predetermined laminated structure to form a laminated body 140.
  • the reinforcing base material 102 is laminated so as to be sandwiched between the reinforcing base materials 100 and 102 from both sides.
  • the laminated structure becomes + 45 ° / 0 ° / ⁇ 45 °, and the layers are asymmetrically laminated.
  • asymmetry means that the fiber direction is laminated asymmetrically with respect to the plane that is the center of the laminate 140 in the lamination direction.
  • a laminated structure is not limited to this, It can select suitably by the material characteristic calculated
  • the laminated body 145 is configured so as to cancel the warpage between the laminated layers by symmetrically laminating the laminated structure to ⁇ 45 ° / 0 ° / 0 ° / ⁇ 45 °.
  • symmetry means that the fiber directions are laminated symmetrically with respect to the plane that is the center of the laminate in the lamination direction. Since the basis weight is large in the reinforced base materials 100, 101, and 102 using large toe as in the present embodiment, the thickness of the composite material 10 becomes unnecessarily large when lamination is performed symmetrically. This makes it difficult to design the composite material to a desired thickness. For this reason, in this embodiment, as shown in FIG. Thereby, it can suppress that the thickness of the composite material 10 becomes unnecessarily large.
  • step S120 the resin 200 is injected into the cavity 414 of the mold 410 and the laminate 140 is impregnated with the resin 200. Thereafter, the temperature of the mold 410 is gradually heated to the curing temperature of the resin 200 to cure the resin 200.
  • the resin 200 is a thermoplastic resin
  • the mold 410 may be cooled and cured.
  • step S130 after the resin 200 is cured, the mold 410 is opened, the composite material 10 is removed, and the molding is completed.
  • the laminated body 140 of the embodiment has a three-layer structure in which the laminated structure is + 45 ° / 0 ° / ⁇ 45 °.
  • the reinforcing substrate 100, the reinforcing substrate 101, and the reinforcing substrate 102 of each layer are shown in FIGS. 8A, 8B, and 8C, respectively.
  • Carbon fiber was used for the reinforcing fiber 110 and glass fiber was used for the auxiliary fiber 120.
  • the reinforcing layers 115 are arranged in a state where the large toe fiber bundle is not opened.
  • the basis weight per one layer of the reinforcing layer 115 in each of the reinforcing base materials 100, 101, 102 is 300 g / m 2 . Since the reinforced substrate according to the embodiment has a three-layer structure, the overall basis weight is 900 g / m 2 .
  • the proportional laminated body 145 has a six-layer structure in which the laminated structure is ⁇ 45 ° / 0 ° / 0 ° / ⁇ 45 ° as shown in FIG.
  • a reinforcing substrate 146 having a fiber direction ⁇ of ⁇ 45 ° is shown in FIG. 9A.
  • the reinforcing base material 147 having a fiber direction ⁇ of 0 ° is shown in FIG. 9B.
  • the auxiliary fibers 120 in the reinforcing base 147 are formed in a mesh shape and hold the reinforcing layer 115. Carbon fiber was used for the reinforcing fiber 110 and glass fiber was used for the auxiliary fiber 120.
  • the reinforcing layer 115 is arranged by opening large toe fiber bundles.
  • the basis weight per layer of the reinforcing layer 115 in each of the reinforcing substrates 146 and 147 is 150 g / m 2 . Since the reinforced base material according to the comparative example has a six-layer structure, the overall basis weight is 900 g / m 2 .
  • the wall thickness is the same as that of the reinforced substrate according to the embodiment.
  • the shaping was performed using an embossing shaping die 150 with an adjustable drawing depth d (embossing depth).
  • the embossing shaping die 150 can be attached by exchanging the lower die 151 having a different drawing depth d. Thereby, the aperture depth d is adjusted.
  • FIG. 14A and FIG. 14B show the result of wrinkles 160 when the proportional laminated body 145 is shaped.
  • FIG. 13A and FIG. 13B show the results when the laminated body 140 of the embodiment is shaped under the same drawing depth condition.
  • 13A and 14A are diagrams showing the concave side of the emboss as a surface
  • FIGS. 13B and 14B are diagrams showing the convex side of the emboss as a surface.
  • FIG. 15 is a graph showing the relationship between the elongation and load of the reinforced base material.
  • the horizontal axis represents the elongation of the substrate
  • the shear angle is represented
  • the vertical axis represents the shear load.
  • the picture frame method is a test method in which the four sides of the laminates 140 and 145 cut into a square are fixed by a rectangular frame and pulled on a diagonal line. Thereby, shear deformation is caused in the laminates 140 and 145, and the load and the shear angle at that time are obtained.
  • each of the reinforcing base materials 146 on the upper and lower outermost layers has reinforcing fibers 110 in two directions ( ⁇ 45 °) fixed by stitch yarns 130.
  • the reinforced base material 146 is stretched by applying a tensile load in a certain direction, it is difficult to stretch uniformly because the stitch yarns 130 are finely fixed.
  • the auxiliary fibers 120 are formed in a mesh shape. For this reason, when the reinforcement base material 147 is stretched by applying a tensile load in a certain direction, the auxiliary fiber 120 is fixed to the reinforcement fiber 110 in a mesh shape, so that the reinforcement base material 147 is hardly stretched uniformly.
  • the comparative laminate 145 obtained by laminating the reinforcing substrates 146 and 147 generated a large load (reference numeral 161) from the initial stage of shearing.
  • the shear angle increased, that is, as the reinforced substrates 146 and 147 extended, the shear load decreased.
  • the reinforcing base materials 146 and 147 have been broken, and it is considered that the stitch yarn 130 and the auxiliary fiber 120 that fixed the reinforcing layer 115 were broken. Therefore, it is considered that when the proportional laminate 145 is shaped, the reinforced base material does not stretch at the initial shaping stage, and wrinkles 160 are generated as shown in FIGS. 14A and 14B.
  • each of the reinforcing base materials 100, 101, and 102 is only in one direction intersecting the fiber direction with the reinforcing layer 115 in which the fiber directions of the reinforcing fibers 110 are arranged in one direction.
  • Auxiliary fibers 120 that are laminated on the reinforcing layer 115 and are bonded to the reinforcing fibers 110 to hold the reinforcing layer 115 are provided.
  • the auxiliary fiber 120 has a tensile elongation at break larger than that of the reinforcing fiber 110.
  • the reinforcing fiber 110 and the auxiliary fiber 120 are joined by stitching with the stitch yarn 130. Fixing by stitching is not required between the layers (between the reinforced substrates 100 and 102 and between the reinforced substrates 101 and 102).
  • the reinforcing base material 100 of the present embodiment is reinforced so that the reinforcing fiber 110 is aligned along only one direction intersecting the reinforcing layer 115 in which the fiber direction of the reinforcing fiber 110 is arranged in one direction.
  • auxiliary fibers 120 that are laminated to the layer 115 and bonded to the reinforcing fiber 110 to hold the reinforcing layer 115.
  • the auxiliary fiber 120 has a tensile elongation at break larger than that of the reinforcing fiber 110.
  • a “unidirectional base material” in which the reinforcing fibers 110 are oriented in one direction is obtained. Since the reinforcing layer 115 is held by the auxiliary fibers 120, the reinforcing fibers 110 are suppressed from varying, and the arrangement state of the reinforcing fibers 110 can be maintained.
  • the auxiliary fiber 120 has a larger elongation at break than the reinforcing fiber 110 and is less likely to break than the reinforcing fiber 110. The auxiliary fiber 120 can continue to hold the reinforcing layer 115 without breaking.
  • the reinforcing substrate 100 has fewer directions to restrain the reinforcing fibers 110, so that the elongation is improved and the shapeability is improved. As a result, the generation of wrinkles is suppressed when the reinforced substrate 100 is shaped. A shaped product without wrinkles can be obtained. Furthermore, since it becomes an NCF base material, a manufacturing cost can be reduced compared with a cross base material.
  • the auxiliary fiber 120 has a lower elastic modulus than the reinforcing fiber 110. Thereby, the auxiliary fiber 120 can be flexibly deformed along with the deformation when the reinforcing base material 100 is shaped, and can hold the reinforcing layer 115 without breaking.
  • a stitch yarn 130 for stitching and joining the reinforcing fiber 110 and the auxiliary fiber 120 together is provided. Thereby, it is possible to further suppress the dispersion of the reinforcing fibers 110 and to further maintain the arrangement state of the reinforcing fibers 110. As a result, generation of wrinkles can be further suppressed when the reinforced substrate 100 is shaped.
  • the reinforcing layer 115 is arranged in a state where the fiber bundle of the large toe in which the number of the reinforcing fibers 110 is larger than the regular toe is not opened.
  • the basis weight per one layer of the reinforcing layer 115 is 300 to 400 g / m 2 .
  • the composite material 10 of the present embodiment is a composite material 10 in which a resin is disposed on a reinforced base material 100, and the reinforced base material 100 includes a reinforcing layer 115 in which the fiber directions of the reinforcing fibers 110 are arranged in one direction.
  • the auxiliary fiber 120 is laminated on the reinforcing layer 115 so as to be along only one direction intersecting the fiber direction, and is joined to the reinforcing fiber 110 to hold the reinforcing layer 115.
  • the auxiliary fiber 120 has a tensile elongation at break larger than that of the reinforcing fiber 110.
  • the degree of freedom in shape when the reinforced base material 100 is shaped is increased.
  • the appearance of the composite material 10 The degree of freedom in shape increases.
  • the manufacturing cost of the composite material 10 can be reduced through the reduction in the manufacturing cost of the reinforced substrate 100.
  • the auxiliary fiber 120 has a lower elastic modulus than the reinforcing fiber 110. As a result of retaining the reinforcing layer 115 without breaking the auxiliary fiber 120, the shapeability of the reinforced substrate 100 is further improved, and the degree of freedom of the external shape of the composite material 10 is further increased.
  • a stitch yarn 130 for stitching and joining the reinforcing fiber 110 and the auxiliary fiber 120 together is further provided.
  • the reinforcing layer 115 is arranged in a state where the fiber bundle of the large toe in which the number of the reinforcing fibers 110 is larger than the regular toe is not opened.
  • the basis weight per one layer of the reinforcing layer 115 is 300 to 400 g / m 2 .
  • the manufacturing cost of the reinforced substrate 100 can be reduced, and the dimensions according to the product design can be selected flexibly. As a result, the manufacturing cost of the composite material 10 can be further reduced, and the dimensions according to the product design related to the composite material 10 can be flexibly selected.
  • the reinforcing fibers 110 are arranged so as to form the reinforcing layer 115 in which the fiber directions of the reinforcing fibers 110 are arranged in one direction.
  • the auxiliary fiber 120 having a tensile elongation at break larger than that of the reinforcing fiber 110 is laminated on the reinforcing layer 115 so as to be along only one direction intersecting the fiber direction. Then, the auxiliary fiber 120 is bonded to the reinforcing fiber 110 to hold the reinforcing layer 115.
  • the reinforced base material 100 with improved formability can be manufactured.
  • the generation of wrinkles is suppressed when the reinforced substrate 100 is shaped.
  • a shaped product without wrinkles can be obtained.
  • a manufacturing cost can be reduced compared with a cross base material.
  • the auxiliary fiber 120 has a lower elastic modulus than the reinforcing fiber 110. Thereby, the reinforcement base material 100 which can hold
  • the reinforcing fiber 110 and the auxiliary fiber 120 are stitched together by the stitch thread 130 and joined. Thereby, the reinforcement base material 100 which can suppress generation
  • the arrangement of the auxiliary fibers 120 and the position to be stitched by the stitch yarn 130 are controlled. Thereby, the reinforcing fiber 110 and the auxiliary fiber 120 that intersect each other can be reliably stitched together by the stitch yarn 130. As a result, the arrangement state of the reinforcing fibers 110 can be further maintained.
  • a reinforcing layer 115 is formed by arranging a fiber bundle of large toe in which the number of reinforcing fibers 110 is larger than that of regular toe in a state where the fiber is not opened.
  • the basis weight per layer of the reinforcing layer 115 is set to 300 to 400 g / m 2 . Thereby, while being able to reduce manufacturing cost, the dimension according to product design can be selected flexibly.
  • the present invention is not limited only to the configuration described in the embodiments, Changes can be made as appropriate based on the description of the range.
  • the form in which the reinforcing fiber 110 and the auxiliary fiber 120 are joined by stitching with the stitch yarn 130 is shown.
  • the auxiliary fiber 120 can be bonded to the reinforcing fiber 110.
  • the auxiliary fiber 120 can be bonded to the reinforcing fiber 110 with an adhesive.
  • the reinforcing base material for composite material and the composite material are not limited to the configuration including the stitch yarn.
  • the molding method of the composite material is not limited to the RTM molding method, and for example, a known molding method such as an autoclave molding method can be appropriately selected.

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Abstract

発明が解決しようとする課題は、賦形性を改善することができる複合材料用強化基材、複合材料及び複合材料用強化基材の製造方法を提供することである。　本発明の複合材料用強化基材１００は、強化繊維１１０の繊維方向が一方向に配列された強化層１１５と、繊維方向に対して交差する一つの方向にのみ沿うように強化層に積層され、強化繊維に接合されて強化層を保持する補助繊維１２０と、を有している。補助繊維は、強化繊維よりも引張破断伸びが大きい。

Description

複合材料用強化基材、複合材料および複合材料用強化基材の製造方法
　本発明は、複合材料用強化基材、複合材料および複合材料用強化基材の製造方法に関する。
　近年、自動車の車体軽量化のために強化基材に樹脂を含浸させた複合材料が自動車部品として広く用いられている。複合材料の製造方法として、例えば、下記特許文献１には、樹脂が含浸されていないドライ基材を強化基材として使用する方法が開示されている。ドライ基材は、強化基材に樹脂が含浸されたプリプレグに比べて製造コストが低い。このため、強化基材としてドライ基材を使用することによって、複合材料を安価に製造することができる。
　下記特許文献１に開示された方法では、ドライ基材として、縦糸と横糸を織り込んで織物とするクロス基材を使用している。クロス基材は、縦糸と横糸が交差して編み込まれることによって繊維が屈曲した部分（クリンプ）が形成される。屈曲した繊維は、直線状に延びた繊維に比べて強度が低下することが知られている。このため、クロス基材は、繊維が一方向に配列された基材に比べて強度が低下してしまう。この問題を解決するために、例えば、下記特許文献２や下記特許文献３では、繊維が一方向に配列されてクリンプを形成しないＮＣＦ（ノンクリンプファブリック）基材を使用した複合材料の製造方法が開示されている。
　ＮＣＦ基材は、クリンプが形成されないため、クロス基材に比べて複合材料の強度を向上させることができる。また、ＮＣＦ基材は、縦糸と横糸を織り込む工程が不要なため、クロス基材に比べて生産性が高く、クロス基材に比べて低コストの基材である。
特開２００１－５５６４２号公報 特開２０１５－１４５５４７号公報 特開２００８－１３２７７５号公報
　特許文献２および特許文献３に開示されたＮＣＦ基材は、一方向に配列された繊維を２方向以上に配向して積層し、交差する繊維同士を縫合（ステッチ）して固定する「多軸基材」が用いられている。しかしながら、多軸基材は、複数の方向に配向された繊維が縫合して固定されることによって、クロス基材に比べて、伸びが少なく、賦形性が悪い。このため、基材を賦形したときに、その形状によっては部分的にシワが生じてしまう。シワが生じると複合材料用の強化基材として十分な機能を発揮できなくなることから、賦形するときの形状の自由度が制限されるという問題がある。
　そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、賦形性を改善することができる複合材料用強化基材、複合材料および複合材料用強化基材の製造方法を提供することを目的とする。
　上記目的を達成する本発明に係る複合材料用強化基材は、複合材料を成形するときに使用される。強化基材は、強化繊維の繊維方向が一方向に配列された強化層と、繊維方向に対して交差する一つの方向にのみ沿うように強化層に積層され、強化繊維に接合されて強化層を保持する補助繊維と、を有している。補助繊維は、強化繊維よりも引張破断伸びが大きい。
　上記目的を達成する本発明に係る複合材料は、強化基材に樹脂が配置されてなる。複合材料における強化基材は、強化繊維の繊維方向が一方向に配列された強化層と、繊維方向に対して交差する一つの方向にのみ沿うように強化層に積層され、強化繊維に接合されて強化層を保持する補助繊維と、を有している。補助繊維は、強化繊維よりも引張破断伸びが大きい。
　上記目的を達成する本発明に係る複合材料用強化基材の製造方法は、強化繊維の繊維方向が一方向に配列された強化層を形成するように強化繊維を配置する。強化繊維よりも引張破断伸びが大きい補助繊維を、繊維方向に対して交差する一つの方向にのみ沿うように強化層に積層する。そして、強化繊維に補助繊維を接合して強化層を保持する。
強化基材の種類と製造コストとの関係を示す系統図である。 実施形態に係る強化基材を示す概略斜視図である。 図２に示した強化基材を使用した複合材料を示す概略断面図である。 補助繊維を配置するときの条件の一例を示す図である。 強化基材の製造装置を示す概略図である。 強化基材の製造装置のボビンの配置を示す概略図である。 複合材料の成形装置を示す概略図である。 強化基材の製造方法を示すフローチャートである。 複合材料の成形方法を示すフローチャートである。 強化基材の製造装置を用いて強化基材を製造する手順を説明するための図であって、縫合工程を示す概略図である。 強化基材の製造装置を用いて強化基材を製造する手順を説明するための図であって、縫合工程を示す概略図である。 強化基材の製造装置を用いて強化基材を製造する手順を説明するための図であって、縫合工程を示す概略図である。 対比例に係る強化基材を製造する手順を説明するための図であって、縫合工程を示す概略図である。 対比例に係る強化基材を製造する手順を説明するための図であって、縫合工程を示す概略図である。 本実施形態に係る強化基材を積層した積層体を示す概略断面図である。 対比例に係る強化基材を積層した積層体を示す概略断面図である。 賦形実験に使用したエンボス賦形型を示す概略断面図である。 実施形態に係る強化基材を積層した積層体を賦形したときの結果を示す図であり、エンボスの凹側を表面にして示す図である。 実施形態に係る強化基材を積層した積層体を賦形したときの結果を示す図であり、エンボスの凸側を表面にして示す図である。 対比例に係る強化基材を積層した積層体を賦形したときの結果を示す図であり、エンボスの凹側を表面にして示す図である。 対比例に係る強化基材を積層した積層体を賦形したときの結果を示す図であり、エンボスの凸側を表面にして示す図である。 強化基材の伸びと荷重との関係を示すグラフである。
　発明の理解を容易にするために、図１を参照して本発明の実施形態の位置づけを説明する。本実施形態では、より製造コストの低い強化基材として、ラージトゥを用いたＮＣＦ（ノンクリンプファブリック）基材を使用することを特徴としている。以下、図１を参照して、強化基材の種類と製造コストとの関係を説明する。
　図１は、製造コストの観点から、複合材料用の強化基材の種類を分類した系統図である。図１中の左から右に向かって製造コストが低くなることを示している。
　系統図の上位から説明すると、まず、強化基材は、樹脂が強化基材に含浸されたプリプレグ基材と、樹脂が含浸されていないドライ基材の２つに大きく分類される。プリプレグ基材は、強化基材に樹脂を含浸させるために製造コストがかかる。このため、ドライ基材は、プリプレグ基材に比べて製造コストが低くなる。
　一般的に、ドライ基材は、強化繊維が複数本束ねられた繊維束から形成される。繊維束は、強化繊維の本数によって、強化繊維の本数が比較的多いラージトゥと、強化繊維の本数が比較的少ないレギュラートゥに区分される。ここで、ラージトゥの強化繊維の本数は、例えば、４０，０００本以上、レギュラートゥの繊維の本数は、例えば、２４，０００本以下とすることができる。
　強化繊維としては、ＰＡＮ系炭素繊維が広く一般に用いられている。ＰＡＮ系炭素繊維は、所定の本数が束ねられたＰＡＮ繊維の繊維束を繊維方向に送る製造ラインによって、耐炎化工程、炭素化工程、黒鉛化工程、表面処理工程、サイジング処理工程を経て連続的に製造される。この際、繊維束の強化繊維の本数が多い程、同じサイクルタイムで製造できる強化繊維の量が増加する。このため、繊維束は、束ねられる強化繊維の本数が多い程、製造コストが低くなる。つまり、ラージトゥを使用した基材は、レギュラートゥを使用した基材に比べて製造コストが低くなる。
　また、ドライ基材としては、縦糸と横糸を織り込んで織物とするクロス基材や、強化繊維が一方向に配列されたＮＣＦ基材が一般的に用いられる。
　クロス基材は、縦糸と横糸が交差して編み込まれることによって、強化繊維が屈曲したクリンプが形成されており、ラージトゥを使用するとクリンプによる強化繊維の屈曲が大きくなり過ぎてしまう。屈曲した強化繊維は、直線状に延びた強化繊維に比べて強度が低下する。よって、ラージトゥを用いてクロス基材を製造すると強度が極端に低下する虞がある。このため、クロス基材は、レギュラートゥを用いて製造していた。しかしながら、レギュラートゥは、ラージトゥに比べて製造コストが高く、幅が細いため、製造に長い時間を要して生産性が悪いという課題があった。
　これに対して、ＮＣＦ基材は、繊維方向が一方向に配向されているため、クロス基材のようなクリンプが形成されない。このため、強化基材にラージトゥを使用することができる。強化基材にラージトゥを使用することによって、レギュラートゥのみを使用する場合に比べて製造コストを大幅に低減することができ、生産性も高くなる。さらに、ＮＣＦ基材は、縦糸と横糸を織り込む工程が不要なため、クロス基材に比べて生産性が高い。
　ラージトゥの繊維束を幅広く、薄くする開繊という加工を行うことがある。ラージトゥの繊維束を開繊しない状態のまま使用することによって、開繊工程が不要となり、生産性が高くなる。
　ＮＣＦ基材としては、一般的に、一方向に配列された強化繊維を２方向以上に配向して積層し、交差する強化繊維同士を縫合（ステッチ）して固定する「多軸基材」が用いられている。しかしながら、多軸基材は、複数の方向に配向された強化繊維が縫合して固定されることによって、クロス基材に比べて、伸びが少なく、賦形性が悪くなってしまう場合がある。
　そこで、本発明の実施形態に係るＮＣＦ基材では、図２に示すように、強化繊維を多軸化することなく、一方向に配向した「一方向基材」を用いる。これにより、強化繊維を縫合して拘束する方向が少なくなるため、強化基材の伸びを向上することができ、賦形性を向上することができる。さらに、ＮＣＦ基材にラージトゥを用いることによって製造コストを大幅に低減することができる。
　以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明は特許請求の範囲に記載される技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。また、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
　図３Ａを参照して、複合材料１０は、強化基材１００に樹脂２００が配置されてなる。周知のように、樹脂２００を強化基材１００と組み合わせることによって、樹脂２００単体に比べて高い強度および剛性を備える複合材料１０となる。複合材料１０は、例えば、自動車の車体の骨格部品や外板部品に適用することができる。複合材料１０は、鉄鋼材料よりも軽量なため、鉄鋼材料からなる部品を組み付けて構成した車体と比べて、車体の軽量化を図ることができる。
　樹脂２００は、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂やポリアミド（ＰＡ）樹脂、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂等の熱可塑性樹脂が用いられる。本実施形態においては、機械的特性、寸法安定性に優れたエポキシ樹脂を用いる。エポキシ樹脂は２液タイプが主流であり、主剤および硬化剤を混合して使用する。主剤はビスフェノールＡ型のエポキシ樹脂、硬化剤はアミン系のものが一般的に用いられるが、特にこれに限定されるものではなく、所望の材料特性に合わせて適宜選択できる。
　また、樹脂２００には、複合材料１０を成形した後の脱型を容易に行い得るように、離型剤を含ませてもよい。離型剤の種類は、特に限定されず、公知のものを使用することができる。
　強化基材１００は、概説すれば、図２に示すように、強化繊維１１０の繊維方向が一方向に配列された強化層１１５と、繊維方向に対して交差する一つの方向にのみ沿うように強化層１１５に積層され、強化繊維１１０に接合されて強化層１１５を保持する補助繊維１２０と、を有している。補助繊維１２０は、強化繊維１１０よりも引張破断伸びが大きい。本実施形態では、強化繊維１１０と補助繊維１２０とを縫合して接合するステッチ糸１３０をさらに有している。
　強化層１１５は、強化繊維の本数がレギュラートゥよりも多いラージトゥの繊維束が開繊しない状態のまま配列されている。ここで、ラージトゥの強化繊維の本数は、一般的に約４０，０００本以上であり、概ね、約４０，０００～約５０，０００本である。本実施形態では、約５０，０００本とする。一方、レギュラートゥの強化繊維の本数は、一般的に約２４，０００本以下であり、概ね、約１２，０００～約２４，０００本である。
　強化繊維１１０を構成する材料は、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ポリアミド（ＰＡ）繊維、ポリプロピレン（ＰＰ）繊維、アクリル繊維等が挙げられる。本実施形態では、強化繊維１１０として炭素繊維を使用した例を説明する。炭素繊維は、熱膨張係数が小さく、寸法安定性に優れ、高温下においても機械的特性の低下が少ないという特徴があるため、自動車の車体等の複合材料１０の強化基材として好適に使用することができる。
　強化層１１５の一層あたりの目付量（単位面積あたりの繊維重量（ｇ／ｍ２））は、５０～４００ｇ／ｍ２とすることができ、より好ましくは、３００～４００ｇ／ｍ２である。強化層１１５の一層あたりの目付量が３００ｇ／ｍ２未満では、ラージトゥを開繊する工程が必要となり、製造コストを低減することが難しくなってしまう。また、強化層１１５の一層あたりの目付量が４００ｇ／ｍ２を超えると同じ板厚とする場合の積層枚数が少なくなり、作業性は良好になるものの、板厚寸法の自由な選択が制限される。そのため、強化層１１５の一層あたりの目付量を３００～４００ｇ／ｍ２とすることによって、製造コストを低減することができるとともに、製品設計に応じた寸法を柔軟に選択することができる。
　補助繊維１２０は、ステッチ糸１３０によって強化繊維１１０の少なくとも一部に接合されて、強化層１１５を保持する。補助繊維１２０は、強化繊維１１０の繊維方向に対して交差する一つの方向にのみ沿うように強化層１１５に積層されている。本実施形態では、補助繊維１２０は、強化繊維１１０の繊維方向に対して直交する方向に配置されている。補助繊維１２０は、一つの方向にのみ沿って配置されることから、メッシュ状の配置は通常含まれない。ただし、補助繊維１２０がメッシュ状に配置されて強化繊維１１０に接合されていても、強化繊維１１０を一方向に配向した「一方向基材」と同程度の伸びが実質的に確保できる場合には、「補助繊維１２０は一つの方向にのみ沿って配置される」と解釈されるべきである。
　補助繊維１２０は、強化繊維１１０よりも引張破断伸びが大きい材料を使用している。これにより、補助繊維１２０は、強化繊維１１０よりも破断し難くなるため、強化層１１５を確実に保持することができる。
　補助繊維は、強化繊維１１０よりも弾性係数が低い材料を使用することがさらに好ましい。これにより、補助繊維１２０は、強化基材１００を賦形する際の変形に伴って柔軟に変形して、破断することなく強化層１１５を確実に保持することができる。
　補助繊維１２０を構成する材料は、例えば、ガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維、ナイロン繊維、ポリエチレン（ＰＥ）繊維等が挙げられる。本実施形態では、強化繊維１１０に炭素繊維を使用しているため、炭素繊維よりも弾性係数が低く、引張破断伸びが大きい、ガラス繊維を使用する。ガラス繊維は、強度が比較的高く、材料コストが低いため、補助繊維１２０として好適に使用することができる。
　図３Ｂを参照して、補助繊維１２０を配置するときの条件の一例を説明する。
　図３Ｂに示されるように、白抜き矢印によって示される繊維送り方向をＹ軸、繊維送り方向Ｙに直交する方向をＸ軸とする。「ａ１：補助繊維１２０の間隔（平行）」、「ｂ：強化繊維１１０の束の幅（平行）」、「ａ２：補助繊維１２０の間隔（Ｘ軸）」、「ｃ：ステッチ糸１３０の間隔（Ｘ軸）」のそれぞれは、図に示される寸法とする。強化繊維１１０と補助繊維１２０との割合の一例は、次の条件により示すことができる。
　　ａ１（補助繊維１２０の間隔（平行））：ｂ（強化繊維１１０の束の幅（平行））の３～６倍の範囲
　　ａ２（補助繊維１２０の間隔（Ｘ軸））：ｃ（ステッチ糸１３０の間隔（Ｘ軸））の３～６倍の範囲である。
　ｂ（強化繊維１１０の束の幅（平行））が１に対して、ａ１（補助繊維１２０の間隔（平行））を３～６倍の範囲において設定することができる。ｂ（強化繊維１１０の束の幅（平行））は、ステッチ糸１３０の間隔を用いても示すことができる。この場合には、ｃ（ステッチ糸１３０の間隔（Ｘ軸））が１に対して、ａ２（補助繊維１２０の間隔（Ｘ軸））を３～６倍の範囲において設定することができる。補助繊維１２０の配置条件を上記のように設定することによって、強化基材１００の賦形性を向上させて、強化基材１００を賦形するときにシワの発生を抑制することができる。
　補助繊維１２０の本数や直径は、基材化する際の張力および賦形中に発生する賦形力に耐えうる強度を確保する観点から決定される。ガラス繊維の場合には、５００～６，０００本程度の本数が望ましい。本実施形態では、１，０００本のガラス繊維を採用した。ただし、必要強度以上の強度を備えた補助繊維１２０は、強化基材の無駄な重量増加を招いたり、コストの増加を招いたりすることになるので好ましくない。
　強化繊維１１０と補助繊維１２０との配向角度は、９０°のときが最も補強効果を得ることができる。しかしながら、設計的な要件から、９０°以外の配向角度を設定することも可能である。配向角度は、３０°～１２０°の範囲において設定することが好ましい。実施形態においては、配向角度が９０°になるように、強化繊維１１０および補助繊維１２０を配向した。
　本実施形態では、補助繊維１２０を強化繊維１１０に交差するように積層して、補助繊維１２０と強化繊維１１０とが交差した点をステッチ糸１３０によって固定する。このため、強化繊維１１０がばらけることを防止でき、強化基材１００の運搬・切断・賦形・成形を行う過程において、強化基材１００の取り扱いが容易となる。また、補助繊維１２０およびステッチ糸１３０によって、強化繊維１１０の配列状態を維持することができる。
　（強化基材の製造装置）
　図４を参照して、強化基材１００の製造装置３００について説明する。
　製造装置３００は、複数のボビン３１０と、配向部３２０と、積層部３３０と、ステッチ部３４０と、ベルトコンベア３５０と、巻き取りローラ３６０とを有している。
　複数のボビン３１０は、強化繊維１１０および補助繊維１２０を巻回した状態で、引き出し可能に保持している。ボビン３１０は、強化繊維１１０を巻回した第１のボビン３１１および第２のボビン３１２と、補助繊維１２０を巻回した第３のボビン３１３とを備えている。第１のボビン３１１および第２のボビン３１２は、図５に示すように、それぞれのボビン３１１、３１２から引き出された強化繊維１１０が繊維方向に交差する方向に沿って平面的に交互に並べられるように配置されている。
　配向部３２０は、強化繊維１１０を所定の繊維方向に配向して配置する。積層部３３０は、配置された強化繊維１１０に補助繊維１２０を積層する。
　ステッチ部３４０は、強化繊維１１０と補助繊維１２０とを縫合して接合して強化基材１００を形成する。図８Ａ～図８Ｃに示すように、ステッチ部３４０は、強化繊維１１０と補助繊維１２０とをステッチ糸１３０によって縫合するための編み針３４１を備えている。
　ベルトコンベア３５０は、強化繊維１１０および補助繊維１２０を連続的に搬送する。なお、強化繊維１１０および補助繊維１２０を搬送する構成は、ベルトコンベア３５０に限定されず、例えば、搬送用ロボットによって搬送してもよい。
　巻き取りローラ３６０は、強化基材１００を巻き取って、ロール状に保持する。
　なお、製造装置３００の作動は、制御部５００によって制御する。制御部５００の構成は、後述において詳細に説明する。
　（複合材料の成形装置）
　図６を参照して、複合材料１０の成形装置４００について説明する。
　複合材料１０の成形装置４００は、強化基材１００、１０１、１０２が複数枚積層された積層体１４０（図１０を参照）が配置されるキャビティ４１４を形成する開閉自在な成形型４１０と、成形型４１０に型締圧力を負荷するプレス部４２０と、キャビティ４１４内に樹脂２００を注入する樹脂注入部４３０と、を有している。
　成形型４１０は、開閉可能な一対の上型４１１および下型４１２と、キャビティ４１４内に樹脂２００を注入する注入口４１５と、を有している。
　注入口４１５は、キャビティ４１４と樹脂注入部４３０とを連通可能に設けられている。樹脂注入部４３０から注入された樹脂２００は、積層体１４０の表面から内部に含浸する。なお、成形型４１０にキャビティ４１４内を真空引きして空気を吸引する吸引口を別途設けてもよい。
　プレス部４２０は、例えば、油圧等の流体圧を用いたシリンダー４２１を備え、油圧等を制御することによって成形型４１０に付与する型締圧力を調整自在なプレス機によって構成することができる。
　樹脂注入部４３０は、主剤タンク４３１から供給される主剤と、硬化剤タンク４３２から供給される硬化剤とを循環させつつ、成形型４１０へ供給可能な公知の循環式のポンプ機構により構成することができる。樹脂注入部４３０は、注入口４１５に連通してキャビティ４１４内に樹脂２００を注入する。
　制御部５００は、製造装置３００および成形装置４００の各部の作動を制御する。図４、図６を参照して、制御部５００は、記憶部５１０と、演算部５２０と、各種データや制御指令の送受信を行う入出力部５３０と、を有している。入出力部５３０は、ボビン３１０、配向部３２０、積層部３３０、ステッチ部３４０、ベルトコンベア３５０、巻き取りローラ３６０、プレス部４２０、樹脂注入部４３０等の装置各部に電気的に接続している。
　記憶部５１０は、ＲＯＭやＲＡＭから構成し、強化繊維１１０、補助繊維１２０およびステッチ糸１３０の配置等のデータを記憶する。演算部５２０は、ＣＰＵを主体に構成され、入出力部５３０を介して強化繊維１１０および補助繊維１２０の配置等のデータを受信する。演算部５２０は、記憶部５１０から読み出したデータおよび入出力部５３０から受信したデータに基づいて、補助繊維１２０の配置やステッチ糸１３０を縫合する位置等を算出する。算出したデータに基づく制御信号は、入出力部５３０を介してボビン３１０、配向部３２０、積層部３３０、ステッチ部３４０、ベルトコンベア３５０、巻き取りローラ３６０、プレス部４２０、樹脂注入部４３０等の装置各部へ送信する。このようにして、制御部５００は、強化基材１００における強化繊維１１０、補助繊維１２０およびステッチ糸１３０の配置等を制御する。
　（強化基材の製造方法）
　次に、実施形態に係る強化基材１００、１０１、１０２の製造方法を説明する。
　本実施形態では、強化繊維１１０の繊維方向θが＋４５°の強化基材１００（図２、図８Ａを参照）、繊維方向θが－４５°の強化基材１０１（図８Ｂを参照）および、繊維方向θが０°の強化基材１０２（図８Ｃを参照）の３種類の強化基材１００、１０１、１０２を製造する。なお、図４、図８Ａ～図８Ｃ、図９Ａ、図９Ｂ中の矢印は、強化繊維１１０の搬送方向を示し、搬送方向に対する角度を繊維方向θ（図４を参照）としている。
　強化基材１００、１０１の製造方法は、図７Ａに示すように、強化繊維１１０を配置する工程（ステップＳ１０）と、補助繊維１２０を積層する工程（ステップＳ２０）と、強化繊維１１０と補助繊維１２０とを縫合して接合する工程（ステップＳ３０）とを有している。以下、各工程について説明する。
　まず、図５に示すように、複数の第１のボビン３１１および複数の第２のボビン３１２を交互にセットする。
　次に、ステップＳ１０として、図４に示すように、配向部３２０によって、第１のボビン３１１および第２のボビン３１２から強化繊維１１０を引き出す。強化繊維１１０を、繊維方向θが一方向になるように配置する。この際、それぞれのボビン３１１、３１２から引き出された強化繊維１１０が、繊維方向θに交差する方向に沿って平面的に交互に並ぶように配列する。配置された強化繊維１１０は、ベルトコンベア３５０によって積層部３３０へ搬送される。
　次に、ステップＳ２０として、積層部３３０によって、強化繊維１１０に補助繊維１２０を積層する。この際、繊維方向θに対して交差する方向に沿うように補助繊維１２０を強化繊維１１０に積層する。本実施形態では、補助繊維１２０を繊維方向θに対して直交する方向に配置する。
　次に、ステップＳ３０として、ステッチ部３４０の編み針３４１によって、強化繊維１１０と補助繊維１２０をステッチ糸１３０によって縫合して接合する。図８Ａには、繊維方向θが＋４５°の強化繊維１１０を縫合する様子を示す。図８Ｂには、繊維方向θが－４５°の強化繊維１１０を縫合する様子を示す。これにより、繊維方向θが＋４５°のシート状の強化基材１００と、繊維方向θが－４５°のシート状の強化基材１０１とが完成する。
　なお、ステップＳ２０、Ｓ３０では、強化繊維１１０の配置を基に、補助繊維１２０の配置およびステッチ糸１３０によって縫合する位置を制御する。本実施形態では、制御部５００によって、配向部３２０、積層部３３０およびステッチ部３４０の作動を同期させて各工程の動作を行う。これにより、互いに交差する強化繊維１１０と補助繊維１２０とを確実にステッチ糸１３０によって縫合することができる。
　その後、巻き取りローラ３６０によって、強化基材１００、１０１を巻き取ってロール状に保持する。
　繊維方向θが０°の強化基材１０２は、図８Ｃに示すように、繊維方向θが±４５°の強化基材１００、１０１と同様に、補助繊維１２０を積層し、強化繊維１１０と補助繊維１２０とをステッチ糸１３０によって縫合する。
　仮に、強化基材が多軸基材の場合、図９Ａに示すように、一方向に配列された強化繊維１１０を２方向以上に配向して積層し、交差する強化繊維１１０同士をステッチ糸１３０によって縫合する。このため、強化繊維１１０が変形し難くなり、賦形性が大幅に低下してしまう。本実施形態に係る強化基材１００、１０１、１０２は、一方向に配列された強化繊維１１０を用いた一方向基材である。このため、強化基材１００、１０１、１０２は、多軸基材に比べて大幅に賦形性を向上させることができる。
　（複合材料の成形方法）
　次に、実施形態に係る複合材料１０の成形方法を説明する。複合材料１０の成形方法は、生産性が高く量産に適したＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ　Ｔｒａｎｓｆｅｒ　Ｍｏｌｄｉｎｇ）成形法を用いる。ＲＴＭ成形法にあっては、強化基材１００を成形型４１０（図６を参照）に配置し、樹脂２００を含浸させて硬化させることによって複合材料１０を成形する。
　複合材料１０の製造方法は、図７Ｂに示すように、積層体１４０を形成する工程（ステップＳ１１０）と、積層体１４０に樹脂２００を含浸する工程（ステップＳ１２０）と、複合材料１０を脱型する工程（ステップＳ１３０）とを有している。以下、各工程について説明する。
　まず、巻き取りローラ３６０に巻回された強化基材１００、１０１、１０２を引き出して所定の大きさにカットしたものを準備する。
　次に、ステップＳ１１０として、強化基材１００、１０１、１０２を所定の積層構成に積層して積層体１４０を形成する。本実施形態では、図１０に示すように、強化基材１０２を強化基材１００、１０２によって両側から挟み込むように積層する。これにより、積層構成は、＋４５°／０°／－４５°となり、アシンメトリーに積層される。ここで、アシンメトリーとは、積層方向において積層体１４０の中央となる面を基準として繊維方向が非対称に積層されていることを意味する。なお、積層構成は、これに限定されず、成形品である複合材料１０に求められる材料特性によって適宜選択できる。
　一般的に、積層体１４５は、図１１に示すように、積層構成を±４５°／０°／０°／±４５°として、シンメトリーに積層することによって、積層間の反りを打ち消すように構成されている。ここで、シンメトリーとは、積層方向において積層体の中央となる面を基準として繊維方向が対称に積層されていることを意味する。本実施形態のように、ラージトゥを用いた強化基材１００、１０１、１０２では、目付量が大きいため、シンメトリーに積層を行うと、複合材料１０の厚さが不必要に大きくなってしまう。これにより、複合材料を所望の厚さに設計することが困難になってしまう。このため、本実施形態では、図１０のようにアシンメトリーに積層を構成する。これにより、複合材料１０の厚さが不必要に大きくなることを抑制することができる。
　次に、ステップＳ１２０として、成形型４１０のキャビティ４１４内に樹脂２００を注入して積層体１４０に樹脂２００を含浸させる。その後、成形型４１０の温度を徐々に樹脂２００の硬化温度まで加熱して、樹脂２００を硬化させる。なお、樹脂２００が熱可塑性樹脂の場合は、成形型４１０を冷却して硬化させてもよい。
　次に、ステップＳ１３０として、樹脂２００が硬化した後、成形型４１０を開いて、複合材料１０を脱型して、成形が完了する。
　（賦形実験）
　実施形態に係る強化基材の積層体１４０、対比例に係る強化基材の積層体１４５を用いて行った賦形実験について説明する。
　実施形態の積層体１４０は、図１０に示したように、積層構成が＋４５°／０°／－４５°の３層構造を有する。各層の強化基材１００、強化基材１０１、および強化基材１０２は、図８Ａ、図８Ｂ、および図８Ｃにそれぞれ示される。強化繊維１１０に炭素繊維を使用し、補助繊維１２０にガラス繊維を使用した。強化層１１５は、ラージトゥの繊維束が開繊しない状態のまま配列されている。それぞれの強化基材１００、１０１、１０２における強化層１１５の一層あたりの目付量は、３００ｇ／ｍ２である。実施形態に係る強化基材は、３層構造であるので、全体の目付量は９００ｇ／ｍ２である。
　対比例の積層体１４５は、図１１に示したように、積層構成が±４５°／０°／０°／±４５°の６層構造を有する。繊維方向θが±４５°の強化基材１４６は、図９Ａに示される。繊維方向θが０°の強化基材１４７は、図９Ｂに示される。強化基材１４７における補助繊維１２０は、メッシュ状に形成し、強化層１１５を保持する。強化繊維１１０に炭素繊維を使用し、補助繊維１２０にガラス繊維を使用した。強化層１１５は、ラージトゥの繊維束を開繊して配列されている。それぞれの強化基材１４６、１４７における強化層１１５の一層あたりの目付量は、１５０ｇ／ｍ２である。対比例に係る強化基材は、６層構造であるので、全体の目付量は９００ｇ／ｍ２である。肉厚は、実施形態に係る強化基材と同じである。
　賦形は、図１２に示すように、絞り深さｄ（エンボス深さ）を調整自在なエンボス賦形型１５０を用いて行った。エンボス賦形型１５０は、絞り深さｄが異なる下型１５１を交換して取り付けることができる。これによって、絞り深さｄを調整する。
　図１４Ａおよび図１４Ｂは、対比例の積層体１４５を賦形したときにシワ１６０が生じた結果を示している。図１３Ａおよび図１３Ｂは、同じ絞り深さの条件において、実施形態の積層体１４０を賦形したときの結果を示している。なお、図１３Ａおよび図１４Ａは、エンボスの凹側を表面にして示す図であり、図１３Ｂおよび図１４Ｂは、エンボスの凸側を表面にして示す図である。
　図１５は、強化基材の伸びと荷重との関係を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は、基材の伸びを表す、せん断角度を示し、縦軸は、せん断荷重を示している、ピクチャーフレーム法によって、実施形態の積層体１４０、および対比例の積層体１４５のそれぞれを試験した。ピクチャーフレーム法とは、正方形に切り出した積層体１４０、１４５の４辺を矩形形状のフレームによって固定し、対角線上に引っ張る試験法である。これによって、積層体１４０、１４５にせん断変形を起こし、そのときの荷重と、せん断角度とを求める。
　対比例においては、上下最表層の強化基材１４６のそれぞれは、２方向（±４５°）の強化繊維１１０がステッチ糸１３０によって固定されている。このため、強化基材１４６は、一定方向に引張荷重を加えて伸ばした場合、ステッチ糸１３０が細かく固定されていることが原因となって、均一に伸び難い。また、中央の２層の強化基材１４７は、補助繊維１２０がメッシュ状に形成されている。このため、強化基材１４７は、一定方向に引張荷重を加えて伸ばした場合、補助繊維１２０が強化繊維１１０にメッシュ状に固定されていることが原因となって、均一に伸び難い。
　図１５に示すように、強化基材１４６、１４７を積層した対比例の積層体１４５は、せん断初期段階から大きな荷重（符号１６１）が発生していることが確認できた。せん断角度が大きくなるにつれ、つまり強化基材１４６、１４７が伸びるにつれ、せん断荷重が低下した。このことは、強化基材１４６、１４７の破壊が発生したことを示しており、強化層１１５を固定していたステッチ糸１３０や補助繊維１２０が破壊されたと考えられる。したがって、対比例の積層体１４５を賦形すると、賦形初期段階で強化基材が伸びずに、図１４Ａおよび図１４Ｂに示されるようにシワ１６０が発生したと考えられる。
　一方、実施形態においては、強化基材１００、１０１、１０２は、いずれも、強化繊維１１０の繊維方向が一方向に配列された強化層１１５と、繊維方向に対して交差する一つの方向にのみ沿うように強化層１１５に積層され、強化繊維１１０に接合されて強化層１１５を保持する補助繊維１２０と、を有している。さらに、補助繊維１２０は、強化繊維１１０よりも引張破断伸びが大きい。強化繊維１１０と補助繊維１２０とは、ステッチ糸１３０によって縫合して接合している。積層間（強化基材１００と１０２との間、強化基材１０１と１０２との間）においては、ステッチによる固定は不要である。
　図１５に示すように、強化基材１００、１０１、１０２を積層した実施形態の積層体１４０は、対比例の積層体１４５に比べて少ない荷重で、伸びていることが確認できた。さらに、ステッチ糸１３０による拘束点が少ないため、対比例の積層体１４５において初期に発生したステッチ糸１３０の破壊および補助繊維１２０の破壊が発生していないことが確認できた。実施形態の積層体１４０を賦形しても、図１３Ａおよび図１３Ｂに示されるようにシワのない賦形品を得ることができた。したがって、実施形態の積層体１４０によれば、対比例の積層体１４５に比べて、深絞り量を深くしても、シワなく賦形できる。
　以上説明したように、本実施形態の強化基材１００は、強化繊維１１０の繊維方向が一方向に配列された強化層１１５と、繊維方向に対して交差する一つの方向にのみ沿うように強化層１１５に積層され、強化繊維１１０に接合されて強化層１１５を保持する補助繊維１２０と、を有している。補助繊維１２０は、強化繊維１１０よりも引張破断伸びが大きい。
　このように構成した強化基材１００によれば、強化繊維１１０を一方向に配向した「一方向基材」となる。強化層１１５は補助繊維１２０によって保持されているため、強化繊維１１０がばらつくことが抑制され、強化繊維１１０の配列状態を維持することができる。また、補助繊維１２０は、強化繊維１１０よりも引張破断伸びが大きく、強化繊維１１０よりも破断し難い。補助繊維１２０は、破壊が発生することなく、強化層１１５を保持し続けることができる。したがって、強化基材１００は、強化繊維１１０を拘束する方向が少なくなるため、伸びが向上し、賦形性が向上する。その結果、強化基材１００を賦形するときにシワの発生が抑制され。シワのない賦形品を得ることができる。さらに、ＮＣＦ基材となるので、クロス基材に比べて、製造コストを低減することができる。
　補助繊維１２０は、強化繊維１１０よりも弾性係数が低い。これにより、補助繊維１２０は、強化基材１００を賦形する際の変形に伴って柔軟に変形して、破断することなく強化層１１５を保持することができる。
　強化繊維１１０と補助繊維１２０とを縫合して接合するステッチ糸１３０をさらに有する。これにより、強化繊維１１０がばらつくことが一層抑制され、強化繊維１１０の配列状態を一層維持することができる。この結果、強化基材１００を賦形するときにシワの発生を一層抑制することができる。
　強化層１１５は、強化繊維１１０の本数がレギュラートゥよりも多いラージトゥの繊維束が開繊しない状態のまま配列されてなる。ラージトゥが使用できること、および開繊工程が不要になることを通して、強化基材の生産性が高くなり、製造コストを一層低減することができる。
　強化層１１５の一層あたりの目付量は、３００～４００ｇ／ｍ２である。これにより、製造コストを低減することができるとともに、製品設計に応じた寸法を柔軟に選択することができる。
　本実施形態の複合材料１０は、強化基材１００に樹脂が配置されてなる複合材料１０であって、強化基材１００は、強化繊維１１０の繊維方向が一方向に配列された強化層１１５と、繊維方向に対して交差する一つの方向にのみ沿うように強化層１１５に積層され、強化繊維１１０に接合されて強化層１１５を保持する補助繊維１２０と、を有している。補助繊維１２０は、強化繊維１１０よりも引張破断伸びが大きい。
　このように構成した複合材料１０によれば、強化基材１００の賦形性が向上したことから、強化基材１００を賦形するときの形状の自由度が高くなる結果、複合材料１０の外観形状の自由度が高くなる。さらに、強化基材１００の製造コストが低減することを通して、複合材料１０の製造コストを低減することができる。
　補助繊維１２０は、強化繊維１１０よりも弾性係数が低い。補助繊維１２０が破断することなく強化層１１５を保持することができる結果、強化基材１００の賦形性が一層向上し、複合材料１０の外観形状の自由度が一層高くなる。
　強化繊維１１０と補助繊維１２０とを縫合して接合するステッチ糸１３０をさらに有する。強化基材１００を賦形するときにシワの発生を一層抑制することができる結果、強化基材１００の賦形性が一層向上し、複合材料１０の外観形状の自由度が一層高くなる。
　強化層１１５は、強化繊維１１０の本数がレギュラートゥよりも多いラージトゥの繊維束が開繊しない状態のまま配列されてなる。強化基材１００の製造コストが低減することを通して、複合材料１０の製造コストを一層低減することができる。
　強化層１１５の一層あたりの目付量は、３００～４００ｇ／ｍ２である。強化基材１００の製造コストを低減することができるとともに、製品設計に応じた寸法を柔軟に選択することができる。この結果、複合材料１０の製造コストを一層低減することができるとともに、複合材料１０に関する製品設計に応じた寸法を柔軟に選択することができる。
　本実施形態の強化基材１００の製造方法は、強化繊維１１０の繊維方向が一方向に配列された強化層１１５を形成するように強化繊維１１０を配置する。強化繊維１１０よりも引張破断伸びが大きい補助繊維１２０を、繊維方向に対して交差する一つの方向にのみ沿うように強化層１１５に積層する。そして、強化繊維１１０に補助繊維１２０を接合して強化層１１５を保持する。
　このように構成した強化基材１００の製造方法によれば、賦形性が向上した強化基材１００を製造できる。その結果、強化基材１００を賦形するときにシワの発生が抑制され。シワのない賦形品を得ることができる。さらに、ＮＣＦ基材となるので、クロス基材に比べて、製造コストを低減することができる。
　補助繊維１２０は、強化繊維１１０よりも弾性係数が低い。これにより、補助繊維１２０が破断することなく強化層１１５を保持することができる強化基材１００を製造できる。
　強化繊維１１０と補助繊維１２０とをステッチ糸１３０によって縫合して接合する。これにより、強化基材１００を賦形するときにシワの発生を一層抑制することができる強化基材１００を製造できる。
　強化繊維１１０の配置を基に、補助繊維１２０の配置およびステッチ糸１３０によって縫合する位置を制御する。これにより、互いに交差する強化繊維１１０と補助繊維１２０とを確実にステッチ糸１３０によって縫合することができる。この結果、強化繊維１１０の配列状態を一層維持することができる。
　強化繊維１１０の本数がレギュラートゥよりも多いラージトゥの繊維束を、開繊しない状態のまま配置して強化層１１５を形成する。ラージトゥが使用できること、および開繊工程が不要になることを通して、強化基材の生産性が高くなり、製造コストを一層低減することができる。
　強化層１１５の一層あたりの目付量を３００～４００ｇ／ｍ２とする。これにより、製造コストを低減することができるとともに、製品設計に応じた寸法を柔軟に選択することができる。
　以上、実施形態を通じて複合材料用強化基材、複合材料および複合材料用強化基材の製造方法を説明したが、本発明は実施形態において説明した構成のみに限定されることはなく、特許請求の範囲の記載に基づいて適宜変更することが可能である。
　例えば、強化繊維１１０と補助繊維１２０とをステッチ糸１３０によって縫合して接合する形態を示したが、補助繊維１２０が強化層１１５を保持する機能を発揮しうる限りにおいて、適宜の手法を用いて、補助繊維１２０を強化繊維１１０に接合することができる。例えば、補助繊維１２０を接着剤によって強化繊維１１０に接合することができる。縫合以外の接合方法を使用する場合、複合材料用強化基材および複合材料は、ステッチ糸を備える構成に限定されない。
　また、複合材料の成形方法は、ＲＴＭ成形法に限定されず、例えば、オートクレーブ成形法等の公知の成形法を適宜選択することができる。
１０　　複合材料、
１００、１０１、１０２　強化基材（複合材料用強化基材）、
１１０　強化繊維、
１１５　強化層
１２０　補助繊維、
１３０　ステッチ糸、
１４０　実施形態の積層体、
１４５　対比例に係る積層体、
１５０　エンボス賦形型、
１５１　下型、
１６０　シワ、
２００　樹脂、
３００　強化基材の製造装置、
３１０　ボビン、
３２０　配向部、
３３０　積層部、
３４０　ステッチ部、
３４１　編み針、
３５０　ベルトコンベア、
３６０　巻き取りローラ、
４１０　成形型、
４２０　プレス部、
４３０　樹脂注入部、
５００　制御部。

Claims (16)

  1. 　複合材料を成形するときに使用される強化基材であって、
    　強化繊維の繊維方向が一方向に配列された強化層と、
    　前記繊維方向に対して交差する一つの方向にのみ沿うように前記強化層に積層され、前記強化繊維に接合されて前記強化層を保持する補助繊維と、を有し、
    　前記補助繊維は、前記強化繊維よりも引張破断伸びが大きい、複合材料用強化基材。
  2. 　前記補助繊維は、前記強化繊維よりも弾性係数が低い、請求項１に記載の複合材料用強化基材。
  3. 　前記強化繊維と前記補助繊維とを縫合して接合するステッチ糸をさらに有する、請求項１または請求項２に記載の複合材料用強化基材。
  4. 　前記強化層は、前記強化繊維の本数がレギュラートゥよりも多いラージトゥの繊維束が開繊しない状態のまま配列されてなる、請求項１～３のいずれか１項に記載の複合材料用強化基材。
  5. 　前記強化層の一層あたりの目付量は、３００～４００ｇ／ｍ２である、請求項１～４のいずれか１項に記載の複合材料用強化基材。
  6. 　強化基材に樹脂が配置されてなる複合材料であって、
    　前記強化基材は、
    　強化繊維の繊維方向が一方向に配列された強化層と、
    　前記繊維方向に対して交差する一つの方向にのみ沿うように前記強化層に積層され、前記強化繊維に接合されて前記強化層を保持する補助繊維と、を有し、前記補助繊維が前記強化繊維よりも引張破断伸びが大きい、複合材料。
  7. 　前記補助繊維は、前記強化繊維よりも弾性係数が低い、請求項６に記載の複合材料。
  8. 　前記強化繊維と前記補助繊維とを縫合して接合するステッチ糸をさらに有する、請求項６または請求項７に記載の複合材料。
  9. 　前記強化層は、前記強化繊維の本数がレギュラートゥよりも多いラージトゥの繊維束が開繊しない状態のまま配列されてなる、請求項６～８のいずれか１項に記載の複合材料。
  10. 　樹脂が配置される前の状態の前記強化基材における前記強化層の一層あたりの目付量は、３００～４００ｇ／ｍ２である、請求項６～９のいずれか１項に記載の複合材料。
  11. 　強化繊維の繊維方向が一方向に配列された強化層を形成するように前記強化繊維を配置し、
    　前記強化繊維よりも引張破断伸びが大きい補助繊維を、前記繊維方向に対して交差する一つの方向にのみ沿うように前記強化層に積層し、
    　前記強化繊維に前記補助繊維を接合して前記強化層を保持する、複合材料用強化基材の製造方法。
  12. 　前記補助繊維は、前記強化繊維よりも弾性係数が低い、請求項１１に記載の複合材料用強化基材の製造方法。
  13. 　前記強化繊維と前記補助繊維とをステッチ糸によって縫合して接合する、請求項１１または請求項１２に記載の複合材料用強化基材の製造方法。
  14. 　前記強化繊維の配置を基に、前記補助繊維の配置および前記ステッチ糸によって縫合する位置を制御する、請求項１３に記載の複合材料用強化基材の製造方法。
  15. 　前記強化繊維の本数がレギュラートゥよりも多いラージトゥの繊維束を、開繊しない状態のまま配置して前記強化層を形成する、請求項１１～１４のいずれか１項に記載の複合材料用強化基材の製造方法。
  16. 　前記強化層の一層あたりの目付量を３００～４００ｇ／ｍ２とする、請求項１１～１５のいずれか１項に記載の複合材料用強化基材の製造方法。
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