(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維を交差させ織り上げた織物を所定の圧力で加圧した二次元又は三次元織物からなる繊維構造体の製造方法において、前記加圧は樹脂の含浸前に所定の周期で複数回繰り返して行い、
前記加圧の繰り返し回数は１００〜４００の範囲であることを特徴とする高密度繊維構造体の製造方法。
【請求項２】
前記所定圧力は０．５〜１．０ＭＰａの範囲であることを特徴とする請求項１記載の高密度繊維構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高密度繊維構造体の製造方法及びその方法で製造された繊維構造体に関し、繊維構造体に樹脂を含浸させて成形した複合材（以下、複合材と呼ぶ）の繊維含有率を高め、強度を向上するようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス繊維や炭素繊維製の構造体に樹脂を含浸させて製造する複合材においては繊維の含有率が強度を発揮する上で重要である。繊維を立体的に交差させて織り上げられた三次元織物や二次元織物を積層して構成した繊維構造体を適用した複合材は、繊維体積割合が概ね５０％前後となっている。
【０００３】
図５は従来の複合材の代表的な例を示す断面図である。図において、３１は複合材であり、図示の例では、繊維３２と繊維３２と異なる方向の繊維３３とが交差し、交差したものが複数層となって樹脂で固められている。繊維３２と３３の材料としては、ガラス繊維、炭素繊維の細いフィラメントからなり、７〜８μのフィラメントを１，０００〜１２，０００本程度をたばねて１本の繊維３２，３３を構成している。３４は樹脂だまりであり、この樹脂だまりは繊維体積割合が低いと多くなってしまう。従来の複合材では、この樹脂だまり３４が多いために破壊の基点になり易く、又、繊維も蛇行が大きく強度を向上するには限界があった。  図６は従来の繊維構造体を製造する場合の装置の概要を示す断面図であり、各種製品の形状に合った型４０内に予め製織した繊維構造体４１を入れ、上から押板４２を覆せ、押板４２と型４０の周囲との間に複数本のボルト４３を結合し、このボルト４３を締めることにより、繊維構造体４１を押圧し、繊維体積割合を高くするように成形していた。このような方法により、積層厚さ１〜８０mm程度の繊維構造体に樹脂を含浸させて複合材を製造していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述の繊維構造体を適用した複合材は、航空機等の軽量化が必要な部材に適用し、機体を軽量化することが計画されており、この場合には複合材の繊維体積割合を高めて材料強度を向上させることにより材料を薄肉化することができ、軽量化が達成できる。このため、現状では、図６で示したように、予め製織した繊維構造体を型内に入れて無理に押し込んで成形し複合材の繊維体積割合を向上させていたが、繊維が蛇行して樹脂だまりが多くなり、強度や信頼性の面で欠点となり、別の手段で繊維体積割合を向上することが望まれていた。
【０００５】
そこで本発明は、繊維構造体を所定の条件で加圧することにより、複合材内部の繊維の蛇行を少くして樹脂だまりも少くし、繊維体積割合を高め、複合材の層間剪断強度、疲労強度などの材料強度を高めることができる高密度繊維構造体の製造方法及び製造された繊維構造体を提供することを課題としてなされたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述の課題を解決するために、次の手段を提供する。
【０００７】
（１）繊維を交差させ織り上げた織物を所定の圧力で加圧した二次元又は三次元織物からなる繊維構造体の製造方法において、前記加圧は樹脂の含浸前に所定の周期で複数回繰り返して行い、前記加圧の繰り返し回数は１００〜４００の範囲であることを特徴とする高密度繊維構造体の製造方法。
【０００８】
（２）前記所定圧力は０．５〜１．０ＭPaの範囲であることを特徴とする（１）記載の高密度繊維構造体の製造方法。
【００１１】
本発明の（１）の製造方法では、予め製織された繊維構造体を加圧治具等を用いて所定の圧力と周期で繰り返し複数回加圧する。この加圧の繰り返しにより、加圧後に圧縮された構造体が復元しようとする力が抑えられ繊維構造体を高密度化することができる。このような方法により高密度化した繊維構造体を適用した複合材の内部で繊維の蛇行が小さくなり、繊維体積割合が高くなり樹脂だまりが少くなって、複合材の層間剪断強度及び疲労強度などの材料強度が高まるものである。
【００１２】
本発明の（２）では、圧力の最大値を０．５〜１．０ＭＰａに保って繰り返し加圧を行うので、上記（１）の発明を試験データに基づいて行うことにより上記（１）の発明の効果を確実に得ることができるものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の実施の一形態に係る高密度繊維構造体を製造する装置を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＸ−Ｘ矢視図である。図において、１０は製品の型であり、略成形後の製品の形状をしており、内部には予め製織した繊維構造体が入っている。１１は押板であり、繊維構造体４１の上面を覆って設置されている。１４は支柱であり、天井支持材１５を四隅で支持している。天井支持材１５には加圧シリンダ１２が懸吊して取付けられており、そのロッド１３が押板１１に連結されている。
【００１５】
上記構成の装置において、加圧シリンダ１２を作動させ、圧力０．５〜１．０ＭPa（メガパスカル）の平均加圧力を押板１１に加え、かつ、所定の時間間隔、例えば２・３秒ごとに１００〜４００回の範囲で繰り返し加圧を行う。繰り返しの回数、加圧時間は、製品となる繊維構造体４１の厚さ、繊維の織物の形式、等により適宜設定すれば良いが、最大４００回程度まで繰り返し加圧を加えると、加圧後の積層間を広げようとする復元力が小さくなってほぼ飽和点に達するので、それ以上の繰り返し加圧はほとんど必要がない。
【００１６】
図２は加圧した後の複合材１の断面図であり、繊維２と、これに交差する繊維３とは繰り返しの加圧により繊維の束が開繊して密な状態となり、複合材の内部において蛇行が少くなり、繊維体積割合が高くなるので樹脂だまり４も小さくなる。従って、複合材の強度が向上する。
【００１７】
図３は本実施の形態における高密度繊維構造体の樹脂を含浸させる前の加圧繰り返しの回数と板厚、織密度との関係の例を示す実験データであり、（ａ）はそのグラフを、（ｂ）はそのデータを、それぞれ示す図である。
【００１８】
図３に示すように、加圧回数を１００，２００，３００と増加するに従って板厚は試験前の５．１７mmから４．７９，４．７０，４．６２mm、と減少して圧縮されており、３００回以降は７２時間放置した後においても４．６４mmと、ほとんど変化しないので、３００回の後は、多くても４００回まで加圧をすれば充分であることがわかる。
【００１９】
又、織密度は加圧繰り返し回数の増加に従って、増加し、試験前の５５．９％から３００回の加圧回数の後には６２．６％へ増加し、その後は７２時間放置後においても６２．３％と、ほとんど変化しないことから、３００回の後は、多くても４００回程度の繰り返し加圧すればほとんど上限に達することがわかる。
【００２０】
次に、表１は、平板状三次元織物に、平均圧力０．６ＭＰａの荷重を繰り返し３００回までかけた時の板厚と織密度を測定した例を示したものである。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
上記の結果からも、板厚は平均値で説明すれば、試験前の５．１７mmから繰り返し加圧が３００回では４．６０と小さくなって圧縮され、その後の１７時間放置においても４．６４mmとほとんど変化がみられず、又、織密度についても、試験前の５５．８８％から３００回の加圧では６２．８３％と増加を示し、１７時間放置後においても６２．３０％とあまり変化を示していない。従って、繰り返し加圧の回数は３００回程度の後は、多くても４００回程度まで行えば充分であることがわかる。
【００２３】
図４は繊維構造体の概念図を示し、本発明が適用されて効果を有する構造体を示すものである。（ａ）は，平面上での繊維２０，２１に対して更に、Ｚ軸方向の繊維２２を交差させたものであり、繊維２０、２１を合計で３層積層した三次元織物からなる繊維構造体を示している。
【００２４】
又、（ｂ）の例では二次元織物の（Ａ），（Ｂ）を二層積層した例であり、繊維２０と、これに交差する繊維２１とが二次元の平面上で織り上げられた二次元織物（Ａ）と（Ｂ）とが積層された繊維構造体を示している。
【００２５】
本発明の高密度繊維構造体は、これら（ａ）図に示す三次元織物からなる繊維構造体、（ｂ）図に示す二次元織物からなる繊維構造体のいずれも含むものである。
【００２６】
本発明の高密度繊維構造体の製造方法は、（１）繊維を交差させ織り上げた織物を所定の圧力で加圧して成形した二次元又は三次元織物からなる繊維構造体の製造方法において、前記加圧は樹脂の含浸前に所定の周期で複数回繰り返して行い、前記加圧の繰り返し回数は１００〜４００の範囲であることを特徴としている。
【００２７】
上記の製造方法により、この加圧の繰り返しにより、加圧後に圧縮された構造体が復元しようとする力が抑えられ繊維構造体を高密度化することができる。このような方法により複合材の内部で繊維の蛇行が小さくなり、繊維体積割合が高くなって樹脂だまりが少くなり、複合材の層間剪断強度及び疲労強度などの材料強度が高まるものである。
【００２８】
本発明の（２）では、圧力の最大値を０．５〜１．０ＭＰａに保って繰り返し加圧を行うので、上記（１）の発明を試験データに基づいて行うことにより上記（１）の発明の効果を確実に得ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係る高密度繊維構造体を製造する装置を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＸ−Ｘ矢視図である。
【図２】本発明の実施の一形態に係る高密度繊維構造体を適用した複合材の断面図である。
【図３】本発明の実施の一形態に係る高密度繊維構造体の樹脂を含浸させる前の繰り返し加圧回数と板厚、織密度との関係を示し、（ａ）はそのグラフ、（ｂ）は実験データを示す。
【図４】本発明の実施の一形態に係る高密度繊維構造体の概念図を示し、（ａ）は三次元織物からなる繊維構造体、（ｂ）は二次元織物からなる繊維構造体の例を、それぞれ示す。
【図５】従来の繊維構造体を適用した複合材の断面図である。
【図６】従来の繊維構造体の加圧装置の概要を示す断面図である。
【符号の説明】
１，３１                    繊維構造体に樹脂を含浸させ成形した複合材
２，３，２０，２１，２２，３２，３３  繊維
４，３４                    樹脂だまり
１０，４０                  型
１１                        押板
１２                        加圧シリンダ
１３                        ロッド
１４                        支柱
１５                        天井支持材
４１                        繊維構造体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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