JP2022003179A

JP2022003179A - 繊維束、繊維基材、及び繊維強化複合材

Info

Publication number: JP2022003179A
Application number: JP2020107935A
Authority: JP
Inventors: 弘樹石本; Hiroki Ishimoto
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2020-06-23
Filing date: 2020-06-23
Publication date: 2022-01-11

Abstract

【課題】靭性を強化すること。【解決手段】熱可塑性樹脂からなる靭性強化剤１７の少なくとも一部が繊維束１３の内部に配置されている。このため、熱硬化性樹脂であるマトリックス樹脂を繊維基材に対してＲＴＭ法で含浸させる際に、靭性強化剤１７がマトリックス樹脂によって流れてしまうことが抑制される。その結果、繊維強化複合材の靭性が強化される。【選択図】図４

Description

本発明は、繊維束、繊維基材、及び繊維強化複合材に関する。

軽量、高強度の材料として複数の強化繊維により形成される繊維強化複合材が使用されている。繊維強化複合材の製造方法には、例えば、ＲＴＭ（Resin Transfer Molding）法が採用されている。ＲＴＭ法は、成形サイクルが短く、生産性が高い。ＲＴＭ法では、成形型内に配置された繊維基材に対してマトリックス樹脂を含浸させる。マトリックス樹脂としては、熱硬化性樹脂が用いられるが、熱硬化性樹脂は、熱可塑性樹脂に比べて靭性が低い。そこで、例えば特許文献１に開示されている繊維強化複合材は、繊維基材の表面に熱可塑性樹脂を付着させることで、靭性を強化している。

特開２０１２−１０７１６０号公報

ところで、特許文献１では、繊維基材の表面に熱可塑性樹脂を付着させた後に、成形型内に繊維基材を配置して、繊維基材に対してマトリックス樹脂を含浸させる。このため、繊維基材にマトリックス樹脂を含浸させる際に、繊維基材の表面に付着されている熱可塑性樹脂がマトリックス樹脂によって流されてしまう場合があり、繊維強化複合材の靭性を強化することができない虞がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、靭性を強化することができる繊維束、繊維基材、及び繊維強化複合材を提供することにある。

上記課題を解決する繊維束は、複数の強化繊維を有するとともに繊維基材を構成し、熱硬化性樹脂であるマトリックス樹脂を前記繊維基材に対してＲＴＭ法で含浸させることにより繊維強化複合材を製造するために用いられる繊維束であって、熱可塑性樹脂からなる靭性強化剤を有し、前記靭性強化剤の少なくとも一部が内部に配置されている。

ここで、繊維束の内部とは、複数の強化繊維のうち、繊維束の最外周に配置される複数の強化繊維により形成される繊維束の表面よりも繊維束の内側の部分である。これによれば、熱可塑性樹脂からなる靭性強化剤の少なくとも一部が繊維束の内部に配置されているため、熱硬化性樹脂であるマトリックス樹脂を繊維基材に対してＲＴＭ法で含浸させる際に、靭性強化剤がマトリックス樹脂によって流れてしまうことを抑制することができる。その結果、繊維強化複合材の靭性を強化することができる。

上記繊維束において、熱可塑性樹脂からなるカバーリング糸が螺旋状に巻き付けられた無撚糸であるとよい。
これによれば、繊維束が無撚糸である場合に必要となるカバーリング糸が熱可塑性樹脂からなるため、繊維束の靭性を強化することができる。その結果として、繊維強化複合材の靭性をさらに強化することができる。

上記課題を解決する繊維基材は、請求項１又は請求項２に記載の繊維束を有する。
これによれば、繊維基材は、熱可塑性樹脂からなる靭性強化剤の少なくとも一部が内部に配置されている繊維束を有するため、繊維強化複合材を製造するために、熱硬化性樹脂であるマトリックス樹脂を繊維基材に対してＲＴＭ法で含浸させる際に、靭性強化剤がマトリックス樹脂によって流れてしまうことを抑制することができる。その結果、繊維強化複合材の靭性を強化することができる。

上記課題を解決する繊維強化複合材は、請求項３に記載の繊維基材に対して熱硬化性樹脂であるマトリックス樹脂をＲＴＭ法で含浸させることにより製造される。
これによれば、繊維強化複合材は、熱可塑性樹脂からなる靭性強化剤の少なくとも一部が内部に配置されている繊維束により構成されている繊維基材に対して熱硬化性樹脂であるマトリックス樹脂をＲＴＭ法で含浸させることにより製造されている。したがって、繊維強化複合材を製造するために、熱硬化性樹脂であるマトリックス樹脂を繊維基材に対してＲＴＭ法で含浸させる際に、靭性強化剤がマトリックス樹脂によって流れてしまうことを抑制することができる。その結果、繊維強化複合材の靭性を強化することができる。

この発明によれば、靭性を強化することができる。

実施形態における繊維強化複合材を模式的に示す斜視図。繊維基材を模式的に示す断面図。繊維層を模式的に示す平面図。繊維束にカバーリング糸が螺旋状に巻き付けられている状態を模式的に示す斜視図。繊維束の一部を拡大して示す断面図。繊維束の一部を拡大して示す断面図。図６における７−７線断面図。

以下、繊維束、繊維基材、及び繊維強化複合材を具体化した一実施形態を図１〜図７にしたがって説明する。
図１及び図２に示すように、繊維強化複合材１０は、繊維基材１１に対して熱硬化性樹脂であるマトリックス樹脂Ｍａを含浸させることにより構成されている。繊維強化複合材１０は、ＲＴＭ法で製造されている。ＲＴＭ法では、成形型内に配置された繊維基材１１に対してマトリックス樹脂Ｍａを含浸させる。したがって、本実施形態の繊維強化複合材１０は、熱硬化性樹脂であるマトリックス樹脂Ｍａを繊維基材１１に対してＲＴＭ法で含浸させることにより製造されている。繊維基材１１は、複数の繊維層１２を有している。繊維基材１１は、複数の繊維層１２が積層されることにより形成されている。

図３に示すように、各繊維層１２は、複数の繊維束１３によって形成されている。したがって、繊維基材１１は、繊維束１３を有している。繊維束１３は、繊維基材１１を構成し、繊維強化複合材１０を製造するために用いられる。本実施形態においては、繊維層１２として平織物が採用されている。繊維束１３は、複数の経糸１４と、複数の緯糸１５と、を含む。各経糸１４は、第１方向Ｘに延びている。各緯糸１５は、第１方向Ｘに対して直交する方向である第２方向Ｙに延びている。繊維層１２は、複数の経糸１４と、複数の緯糸１５とによって平織で製織されている。複数の経糸１４は、互いに平行に第２方向Ｙに配列されている。複数の緯糸１５は、互いに平行に第１方向Ｘに配列されている。

図４、図５、図６、及び図７に示すように、繊維束１３は、複数の強化繊維１６を有している。複数の強化繊維１６は、非連続繊維である。複数の強化繊維１６は、炭素繊維である。また、繊維束１３は、熱可塑性樹脂からなる靭性強化剤１７を複数有している。靭性強化剤１７は粒子状である。靭性強化剤１７の径は、強化繊維１６の繊維長よりも小さい。繊維束１３には、複数の靭性強化剤１７が内部に配置されている。ここで、「繊維束１３の内部」とは、複数の強化繊維１６のうち、繊維束１３の最外周に配置される複数の強化繊維１６により形成される繊維束１３の表面１３ａよりも繊維束１３の内側の部分である。繊維束１３の繊維束１３には、複数の靭性強化剤１７が埋設されている。また、繊維束１３の表面１３ａには、複数の靭性強化剤１７の一部が露出している。よって、複数の靭性強化剤１７のうち、一部が繊維束１３の表面１３ａに露出している靭性強化剤１７は、その他の部分が繊維束１３の内部に配置されている。したがって、各靭性強化剤１７は、少なくとも一部が繊維束１３の内部に配置されている。

繊維束１３は、無撚糸である。繊維束１３には、熱可塑性樹脂からなるカバーリング糸１８が螺旋状に巻き付けられている。したがって、本実施形態の繊維束１３は、熱可塑性樹脂からなるカバーリング糸１８が螺旋状に巻き付けられた無撚糸である。カバーリング糸１８は、繊維束１３の形状を保持する。

次に、本実施形態の作用について説明する。
熱可塑性樹脂からなる靭性強化剤１７の少なくとも一部が繊維束１３の内部に配置されているため、繊維強化複合材１０において、例えば、複数の繊維層１２の層間にクラックが生じたとしても、靭性強化剤１７によってクラックの進展が抑えられる。したがって、繊維強化複合材１０の靭性が強化されている。

上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
（１）熱可塑性樹脂からなる靭性強化剤１７の少なくとも一部が繊維束１３の内部に配置されているため、熱硬化性樹脂であるマトリックス樹脂Ｍａを繊維基材１１に対してＲＴＭ法で含浸させる際に、靭性強化剤１７がマトリックス樹脂Ｍａによって流れてしまうことを抑制することができる。その結果、繊維強化複合材１０の靭性を強化することができる。

（２）繊維束１３は、熱可塑性樹脂からなるカバーリング糸１８が螺旋状に巻き付けられた無撚糸である。これによれば、繊維束１３が無撚糸である場合に必要となるカバーリング糸１８が熱可塑性樹脂からなるため、繊維束１３の靭性を強化することができる。その結果として、繊維強化複合材１０の靭性をさらに強化することができる。

（３）例えば、繊維強化複合材１０の靭性を強化する方法として、マトリックス樹脂Ｍａに靭性を強化する添加剤を添加する方法が考えられる。しかし、マトリックス樹脂Ｍａに添加剤を添加すると、マトリックス樹脂Ｍａの粘度が高くなってしまうため、マトリックス樹脂Ｍａを繊維基材１１に対してＲＴＭ法で含浸させる際に、繊維基材１１に対するマトリックス樹脂Ｍａの含浸性が劣化してしまう。そこで、本実施形態では、熱可塑性樹脂からなる靭性強化剤１７の少なくとも一部を繊維束１３の内部に配置することにより、繊維強化複合材１０の靭性を強化した。これによれば、マトリックス樹脂Ｍａを繊維基材１１に対してＲＴＭ法で含浸させる際に、繊維基材１１に対するマトリックス樹脂Ｍａの含浸性が劣化してしまうことが無いため、生産性を損なわずに、繊維強化複合材１０の靭性を強化することができる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

○ 実施形態において、靭性強化剤１７は、粒子状であったが、例えば、短繊維状であってもよい。この場合、靭性強化剤１７の繊維長が強化繊維１６の繊維長よりも小さくてもよいし、靭性強化剤１７の繊維長が強化繊維１６の繊維長よりも長くてもよい。要は、靭性強化剤１７の少なくとも一部を繊維束１３の内部に配置することにより繊維強化複合材１０の靭性を強化できればよく、靭性強化剤１７の形状は特に限定されるものではない。

○ 実施形態において、繊維束１３は、繊維束１３の表面１３ａに靭性強化剤１７の一部が露出していない構成であってもよく、全ての靭性強化剤１７が繊維束１３に埋設されていてもよい。要は、靭性強化剤１７は、少なくとも一部が繊維束１３の内部に配置されていればよい。

○ 実施形態において、強化繊維１６は、非連続繊維であったが、連続繊維であってもよい。
○ 実施形態において、強化繊維１６は、炭素繊維であったが、例えば、ガラス繊維であってもよい。

○ 実施形態において、繊維束１３は、無撚糸であったが、撚糸であってもよい。繊維束１３が撚糸である場合、カバーリング糸１８はなくてもよい。
○ 実施形態において、繊維基材１１は、複数の平織物からなる繊維層１２が積層されて形成される構成であったが、例えば、組紐や編物からなる繊維層が積層されて形成される構成であってもよい。

○ 実施形態において、靭性強化剤１７は、繊維基材１１を構成する全ての繊維束１３に配置されている構成であったが、靭性を強化する部位にのみ靭性強化剤１７を配置してもよい。例えば、各繊維層１２において、繊維束１３の配列角度の異なる繊維束１３同士が重なる部分は、繊維強化複合材１０においてクラックが生じやすい部分であるため、繊維束１３において、このような部分にのみ靭性強化剤１７の少なくとも一部を内部に配置してもよい。

１０…繊維強化複合材、１１…繊維基材、１３…繊維束、１６…強化繊維、１７…靭性強化剤、１８…カバーリング糸、Ｍａ…マトリックス樹脂。

Claims

複数の強化繊維を有するとともに繊維基材を構成し、熱硬化性樹脂であるマトリックス樹脂を前記繊維基材に対してＲＴＭ法で含浸させることにより繊維強化複合材を製造するために用いられる繊維束であって、
熱可塑性樹脂からなる靭性強化剤を有し、
前記靭性強化剤の少なくとも一部が内部に配置されている繊維束。
熱可塑性樹脂からなるカバーリング糸が螺旋状に巻き付けられた無撚糸である請求項１に記載の繊維束。
請求項１又は請求項２に記載の繊維束を有する繊維基材。
請求項３に記載の繊維基材に対して熱硬化性樹脂であるマトリックス樹脂をＲＴＭ法で含浸させることにより製造される繊維強化複合材。