(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数本の一方向繊維束を平行状態にして重ねることなく隣接配置してシート状にしたシート状一方向繊維束群と、
前記シート状一方向繊維束群を間に挟む、多数本の一方向繊維束を平行状態にして重ねることなく隣接配置してシート状にした一対のバイアスマットとを有し、
一方のバイアスマットの一方向繊維束と、シート状一方向繊維束群の一方向繊維束とが予め決めた角度となるように、一方のバイアスマットを斜めに配置し、
他方のバイアスマットの一方向繊維束と、シート状一方向繊維束群の一方向繊維束とが前記角度と逆向きの角度となるように、他方のバイアスマットを斜めに配置し、
ステッチ方向が前記シート状一方向繊維束群の一方向繊維束と平行になると共に、前記バイアスマットの一方向繊維束を横切るようにして、止め糸により一対のマットを縫い合わせることにより、シート状一方向繊維束群とバイアスマットとを結束してなることを特徴とする繊維強化プラスチック用の強化繊維基材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は繊維強化プラスチックに用いられる強化繊維基材に関するものであり、繊維基材の「うねり」を小さくすることができるように工夫したものである。
【０００２】
【従来の技術】
繊維強化プラスチック（以下「ＦＲＰ」と称する）は、繊維基材に樹脂を含浸し、含浸した樹脂を硬化させたものである。ＦＲＰは軽量であるにもかかわらず高強度であるため、大型のＦＲＰ製品も製造されている。
【０００３】
この大型のＦＲＰ製品としては、次のようなものがある。
(1) ＦＲＰブレード（風車、各種タービン動翼）
(2) 航空機用ＦＲＰ構造体（機体、ドア、翼）
(3) 橋梁
【０００４】
ところで、ＦＲＰの機械的強度には、繊維基材を構成する繊維の「うねり」が大きく影響しており、この「うねり」が大きいほど、ＦＲＰの機械的強度が低下する。
【０００５】
最近では、この「うねり」を小さくするために、繊維束を編み込んだ織物に替わり、繊維束を引きそろえて一平面となるように束ねた、ステッチファブリックが開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特公平１−２５６９９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したステッチファブリックにおいても、繊維束を束ねる「止め糸」あるいは「横糸」が繊維束を横切るように配置されている。このように、止め糸等が繊維束を横切るように配置されているため、繊維束は、これを横切るように配置された止め糸等で押し込まれてしまい、この部分において繊維束が湾曲して「うねり」が発生していた。つまり、従来のステッチファブリックにおいては、完全に「うねり」がなくなるわけではなかった。
【０００８】
本発明は、上記従来記述に鑑み、繊維束の「うねり」を最小限にした、繊維強化プラスチック用の強化繊維基材を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の構成は、多数本の一方向繊維束を平行状態にして重ねることなく隣接配置してシート状にしたシート状一方向繊維束群と、
前記シート状一方向繊維束群を間に挟む、多数本の一方向繊維束を平行状態にして重ねることなく隣接配置してシート状にした一対のバイアスマットとを有し、
一方のバイアスマットの一方向繊維束と、シート状一方向繊維束群の一方向繊維束とが予め決めた角度となるように、一方のバイアスマットを斜めに配置し、
他方のバイアスマットの一方向繊維束と、シート状一方向繊維束群の一方向繊維束とが前記角度と逆向きの角度となるように、他方のバイアスマットを斜めに配置し、
ステッチ方向が前記シート状一方向繊維束群の一方向繊維束と平行になると共に、前記バイアスマットの一方向繊維束を横切るようにして、止め糸により一対のマットを縫い合わせることにより、シート状一方向繊維束群とバイアスマットとを結束してなることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態ならびに実施例を図面に基づき詳細に説明する。
【００１２】
＜第１の実施の形態＞
図１及び図２は本発明の第１の実施の形態にかかる、強化繊維基材１を示す。この強化繊維基材１では、シート状一方向繊維束群２を用いる。このシート状一方向繊維束群２は、多数本の一方向繊維束２ａを平行状態にして重ねることなく隣接配置してシート状にしたものであり、それぞれの一方向繊維束２ａは、多数本の繊維を平行に引き揃えたものである。
【００１３】
更に、シート状一方向繊維束群２を、マット３とマット４とで挟んでいる。一対のマット３，４としては、カーボン繊維またはガラス繊維の連続繊維または短繊維をシート状にしたもので空隙率の多いものを採用する。
【００１４】
そして、シート状一方向繊維束群２を間に挟んでいる、マット３とマット４とを、止め糸５により縫い合わせて、シート状一方向繊維束群２とマット３，４とを結束する。このとき、止め糸５のステッチ方向は、一方向繊維束２ａと平行になるようにしている。つまり、止め糸５は、隣接する一方向繊維束２ａの間の位置を通って縫い込まれており、一方向繊維束２ａを横断することはない。
【００１５】
このように、この強化繊維基材１では、止め糸５が一方向繊維束２ａを横切ることはなく、他の繊維も一方向繊維束２ａを横切っていない。このように、一方向繊維束２ａを横切る繊維等がないため、一方向繊維束２ａには「うねり」が殆どない。この結果、ＦＲＰ製造時に、強化繊維基材１を多数枚積層した後であっても、繊維の「うねり」がほとんどなく、高強度なＦＲＰが得られる。
【００１６】
ちなみに、従来のステッチファブリックでは、シート状一方向繊維束群の各一方向繊維束を横断するように、止め糸等が縫い込まれており、止め糸等が横断する部分で、一方向繊維束に「うねり」が発生していた。
【００１７】
＜第２の実施の形態＞
図３及び図４は本発明の第２の実施の形態にかかる、擬似等方強化タイプの強化繊維基材１１を示す。この強化繊維基材１１では、シート状一方向繊維束群１２を用いる。このシート状一方向繊維束群１２は、多数本の一方向繊維束１２ａを平行状態にして重ねることなく隣接配置してシート状にしたものであり、それぞれの一方向繊維束１２ａは、多数本の繊維を平行に引き揃えたものである。
【００１８】
更に、シート状一方向繊維束群１２を、一対のバイアスシート１３，１４とで挟んでいる。バイアスシート１３は、多数本の一方向繊維束１３ａを平行状態にして重ねることなく隣接配置してシート状にしたものであり、それぞれの一方向繊維束１３ａは、多数本の繊維を平行に引き揃えたものである。しかも、バイアスシート１３の各一方向繊維束１３ａの引き揃え方向と、シート状一方向繊維束群１２の各一方向繊維束１２ａの引き揃え方向とでなす角度がθとなるように、シート状一方向繊維束群１２に対して斜めにバイアスシート１３を配置している。
【００１９】
また、バイアスシート１４は、多数本の一方向繊維束１４ａを平行状態にして重ねることなく隣接配置してシート状にしたものであり、それぞれの一方向繊維束１４ａは、多数本の繊維を平行に引き揃えたものである。しかも、バイアスシート１４の各一方向繊維束１４ａの引き揃え方向と、シート状一方向繊維束群１２の各一方向繊維束１２ａの引き揃え方向とでなす角度が−θとなるように、シート状一方向繊維束群１２に対して斜めにバイアスシート１４を配置している。
【００２０】
そして、シート状一方向繊維束群１２を間に挟んでいる、バイアスシート１３とバイアスシート１４とを、止め糸１５により縫い合わせて、シート状一方向繊維束群１２とバイアスシート１３，１４とを結束する。このとき、止め糸１５のステッチ方向は、一方向繊維束１２ａと平行になるようにしている。つまり、止め糸１５は、隣接する一方向繊維束１２ａの間の位置を通って縫い込まれており、一方向繊維束１２ａを横断することはない。更に詳述すると、止め糸１５は、バイアスシート１３，１４の一方向繊維束１３ａ，１４ａに対しては斜めに横切るが、主応力方向の一方向繊維束１２ａを横切ることはない。
【００２１】
このように、この強化繊維基材１１では、止め糸１５が主応力方向の一方向繊維束１２ａを横切ることはなく、他の繊維も主応力方向の一方向繊維束１２ａを横切っていない。このように、主応力方向の一方向繊維束１２ａを横切る繊維等がないため、一方向繊維束１２ａには「うねり」が殆どない。この結果、ＦＲＰ製造時に、強化繊維基材１１を多数枚積層した後であっても、主応力方向に関しては、繊維の「うねり」がほとんどなく、高強度なＦＲＰが得られる。
【００２２】
＜変形した実施の形態＞
なお、第１の実施の形態（図１，図２）及び、第２の実施の形態（図３，図４）では、シート状一方向繊維束群２，１２を用いていたが、この替わりに、多数本の一方向繊維（繊維束ではなく１本の繊維糸）を平行状態にして重ねることなく隣接配置してシートにしたシート状一方向繊維群（繊維束群ではなく繊維群）を用いるようにしてもよい。この場合にも、シート状一方向繊維群の各一方向繊維に、止め糸等が横切ることがないように止め糸等により縫い合わせる。
【００２３】
＜第１の実施例＞
第１の実施例は、図１，図２に示す強化繊維基材１において、一方向繊維束２ａを炭素繊維束とし、マット３，４を炭素繊維の短繊維からなるマット（５０ｇ／ｍ2 ）を用いて作製した。
この強化繊維基材１を用いて、真空含浸工法で作製したＦＲＰは、機械特性に優れており、特に圧縮強度が高い高強度ＦＲＰが得られた。
【００２４】
＜第２の実施例＞
第２の実施例は、図１，図２に示す強化繊維基材１において、一方向繊維束２ａを炭素繊維束とし、マット３，４をガラス繊維からなるマット（６０ｇ／ｍ2 ）を用いて作製した。
ガラス繊維マットは炭素繊維マットよりも樹脂の含浸性に優れ、また低コストであることから、含浸効率が高く且つ低コストな強化繊維基材１となる。
この強化繊維基材１を用いて、真空含浸工法で作製したＦＲＰは、機械特性に優れており、特に圧縮強度が高い高強度ＦＲＰが得られた。また、樹脂の含浸速度も速いため、製造性も優れている。
【００２５】
＜第３の実施例＞
第３の実施例は、図３，図４に示す強化繊維基材１１において、一方向繊維束１２ａ，１３ａ，１４ａを炭素繊維束とし、上面のバイアスシート１３の角度θを＋４５°とし、下面のバイアスシート１４の角度−θを−４５°として、擬似等方強化型の強化繊維基材とした。
この強化繊維基材１１を用いて、真空含浸工法で作製したＦＲＰは、機械特性に優れており、特に圧縮強度が高い高強度な擬似等方強化型ＦＲＰが得られた。
【００２６】
＜第４の実施例＞
第４の実施例は、図３，図４に示す強化繊維基材１１において、一方向繊維束１２ａを炭素繊維束とし、一方向繊維束１３ａ，１４ａをガラス繊維束とし、上面のバイアスシート１３の角度θを＋４５°とし、下面のバイアスシート１４の角度−θを−４５°として、擬似等方強化型の強化繊維基材とした。
ガラス繊維は炭素繊維よりも樹脂の含浸性に優れ、また低コストであることから、含浸効率が高く且つ低コストな高強度擬似等方強化型の強化繊維基材１１となる。
この強化繊維基材１１を用いて、真空含浸工法で作製したＦＲＰは、機械特性に優れており、特に圧縮強度が高い高強度な擬似等方強化型ＦＲＰが得られた。また、樹脂の含浸速度も速いため、製造性も優れている。
【００２７】
＜第５の実施例＞
第５の実施例は、図３，図４に示す強化繊維基材１１において、一方向繊維束１２ａ，１３ａ，１４ａを炭素繊維束とし、上面のバイアスシート１３の角度θを＋３０°とし、下面のバイアスシート１４の角度−θを−３０°として、擬似等方強化型の強化繊維基材とした。
この強化繊維基材１１を用いて、真空含浸工法で作製したＦＲＰは、機械特性に優れており、特に圧縮強度が高い高強度な擬似等方強化型ＦＲＰが得られた。また一方向繊維束１３ａ，１４ａの交差角度を小さくしているので、主応力方向の強度に優れる高強度な擬似等方強化型ＦＲＰが得られた。
【００２９】
【発明の効果】
以上、実施の形態及び実施例と共に具体的に説明したように、多数本の一方向繊維束を平行状態にして重ねることなく隣接配置してシート状にしたシート状一方向繊維束群と、前記シート状一方向繊維束群を間に挟む、多数本の一方向繊維束を平行状態にして重ねることなく隣接配置してシート状にした一対のバイアスマットとを有し、一方のバイアスマットの一方向繊維束と、シート状一方向繊維束群の一方向繊維束とが予め決めた角度となるように、一方のバイアスマットを斜めに配置し、他方のバイアスマットの一方向繊維束と、シート状一方向繊維束群の一方向繊維束とが前記角度と逆向きの角度となるように、他方のバイアスマットを斜めに配置し、ステッチ方向が前記シート状一方向繊維束群の一方向繊維束と平行になると共に、前記バイアスマットの一方向繊維束を横切るようにして、止め糸により一対のマットを縫い合わせることにより、シート状一方向繊維束群とバイアスマットとを結束してなる構成にした。
このような構成にしたため、シート状一方向繊維束群の各一方向繊維束を止め糸等が横切ることがなくなり、シート状一方向繊維束群の各一方向繊維束に「うねり」が発生しなくなる。この結果、この強化繊維基材により構成したＦＲＰの機械的強度が向上する。
更に、シート状一方向繊維束群の一方向繊維束と、バイアスマットの一方向繊維束とが交差しているため、擬似等方強化型の繊維基材となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る強化繊維基材を、縫い合わせの途中の状態で示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る強化繊維基材を示す斜視図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る強化繊維基材を、縫い合わせの途中の状態で示す斜視図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る強化繊維基材を示す斜視図である。
【符号の説明】
１，１１  強化繊維基材
２，１２  シート状一方向繊維束群
２ａ，１２ａ  一方向繊維束
３，４  マット
５，１５  止め糸
１３，１４  バイアスシート
【図１】
0003671037.tif 000002
【図２】
0003671037.tif 000003
【図３】
0003671037.tif 000004
【図４】
0003671037.tif 000005