夹层构造用的多层织物和夹层构造纤维强化复合材的制作方法

本发明涉及夹层构造用的多层织物和夹层构造纤维强化复合材。

背景技术：

为了弥补frp的刚度不足，存在表面使用frp材、芯材使用泡沫塑料的夹层构造。一般地，夹层构造的制作方法使用湿态叠层或预浸处理。

另外，提出一种利用皮层材夹着轻型的芯材的夹层构造的复合材料构造体(参照专利文献1)。如图5所示，这种复合材料构造体81具有利用皮层材83夹着芯材82的夹层构造。芯材82由合成树脂制的发泡体构成。皮层材83由碳纤维所形成的平纹布构成。皮层材83与芯材82通过贯通两者并且在皮层材83的外侧折回的纤维84结合。在复合材料构造体81的皮层材83含浸树脂并使之固化，从而frp化皮层材83。

对于湿态叠层而言，frp物理特性较低，生产上花费人工。对于预浸处理而言，frp物理特性较高，但生产需要高昂的投资。专利文献1的复合材料构造体具有较高的frp物理特性。然而，在由碳纤维形成的平纹布含浸基体树脂并使之固化制造出强化材(皮层材)之后，通过纤维将芯材(芯材)与夹着芯材的强化材结合(一体化)费工夫。

专利文献1：日本特开2001-246686号公报

技术实现要素：

本发明的目的在于提供与分别形成皮层与芯之后一体化的情况相比在制造上不费工夫的夹层构造用的多层织物或夹层构造纤维强化复合材。

为了解决上述课题，根据本发明的第一形态，提供一种包括由纤维强化树脂组成的皮层与被皮层夹着的芯的夹层构造用的多层织物。成为皮层的皮层部由强化纤维组成的经纱和纬纱构成。成为芯的芯部由不溶于皮层的基体树脂且比重比强化纤维小的纤维组成的经纱和纬纱构成。皮层部和芯部被不溶于皮层的基体树脂的束绑纱一体化。

这里，“多层织物”是指由纬纱层与经纱层形成、多个层被束绑纱一体化的结构。“非强化纤维”是指即便与基体树脂复合化也不需要实现基体树脂的强化功能的作用、只要至少实现形状保持的作用即可的纤维。

为了解决上述课题，根据本发明的第二形态，提供一种上述夹层构造用的多层织物与基体树脂复合化而形成的夹层构造纤维强化复合材。

附图说明

图1中的(a)是第一实施方式的夹层构造用的多层织物的示意性剖视图，图1中的(b)是夹层构造纤维强化复合材的示意性立体图。

图2中的(a)是第二实施方式的夹层构造纤维强化复合材的示意性立体图，图2中的(b)是夹层构造用的多层织物的示意性剖视图。

图3中的(a)、(b)、(c)是表示构成第二实施方式的夹层构造用的多层织物的罗纹结构部的强化纤维的排列的示意性剖视图。

图4是表示构成其他实施方式的具有罗纹结构部的夹层构造用的多层织物的罗纹结构部的强化纤维的排列的示意性剖视图。

图5是现有技术的复合材料构造体的示意性立体图。

具体实施方式

(第一实施方式)

以下，根据图1对将本发明具体化的第一实施方式进行说明。

如图1中的(a)所示，夹层构造用的多层织物(以下称为多层织物)10具有皮层部30与被皮层部30夹着的芯部20。芯部20和皮层部30分别通过在它们中含浸基体树脂而成为图1(b)所示的夹层构造纤维强化复合材(以下称为复合材)50的芯51和皮层52。作为基体树脂，例如使用热固性树脂的环氧树脂。在多层织物10中，皮层部30与芯部20被束绑纱z一体化。

皮层部30由纬纱yb与经纱xb构成。纬纱yb和经纱xb纬纱yb均由强化纤维组成。纬纱yb和经纱xb均笔直地延伸，相互正交。在该实施方式中，作为强化纤维，使用碳纤维。

芯部20由纬纱ya和经纱xa构成。纬纱ya和经纱xa均由不溶于基体树脂且比重比强化纤维小的纤维组成。纬纱ya和经纱xa笔直地延伸，相互正交。作为不溶于基体树脂且比重比强化纤维小的纤维，使用有机纤维。作为有机纤维，例如能够举出pa(尼龙)、聚酯、pp(聚丙烯)、pps(聚苯硫醚)、pbt(聚对苯二甲酸丁二醇酯)、pc(聚碳酸酯)、peek(聚醚醚酮)。在该实施方式中，作为有机纤维，使用尼龙。尼龙的比重较小，与作为基体树脂的环氧树脂的粘接性良好。因此，优选尼龙作为不溶于基体树脂且比重比强化纤维小的纤维。即，经纱xa和纬纱ya由即使与作为基体树脂的环氧树脂一体化、也不实现基体树脂的强化功能的作用、而是仅实现形状保持的作用的作为非强化纤维的尼龙构成。

束绑纱z为多层织物10的形状保持用，由非强化纤维构成。束绑纱z贯通两皮层部30和芯部20并且在两皮层部30的外侧折回。束绑纱z可以是强化纤维和非强化纤维中的任一者，但在该实施方式中，由尼龙构成。

多层织物10在排列了构成芯部20所需的数量的经纱xa、构成两皮层部30所需的数量的经纱xb、以及所需的数量的束绑纱z的状态下通过对纬纱ya、yb进行投纬的多层纺织形成。此时，束绑纱z排列为与经纱xa、xb平行。而且，束绑纱z通过综片以在比皮层部30的最上层的经纱xb靠上方的位置和比最下层的经纱xb靠下方的位置之间移动的方式进行束绑纱z的开口动作。由此，束绑纱z构成多层织物的经纱的一部分并且配置为贯通两皮层部30和芯部20并在两皮层部30的外侧折回。

多层织物10通过在其本身含浸基体树脂并使之固化而成为复合材50。树脂的含浸固化例如通过rtm(树脂传递模塑)法进行。另外，若在多层织物10含浸基体树脂并使之固化，则芯部20的纬纱ya和经纱xa与基体树脂复合化而成为芯51，皮层部30的纬纱yb和经纱xb与基体树脂复合化而成为皮层52。

如图1中的(b)所示，在多层织物10含浸基体树脂并使之固化而形成的复合材50具有芯51被皮层52夹着的构造。复合材50例如作为航空器、乘用车等移动体的外板使用。

根据该实施方式，能够获得以下所示的效果。

(1)多层织物10是芯51被由纤维强化树脂组成的皮层52夹着的夹层构造用的多层织物。成为皮层52的皮层部30由强化纤维组成的经纱xb和纬纱yb构成。成为芯51的芯部20由不溶于皮层52的基体树脂且比重比强化纤维小的纤维组成的经纱xa和纬纱ya构成。皮层部30和芯部20被不溶于皮层52的基体树脂的束绑纱z一体化。束绑纱z贯通皮层部30和芯部20并且在皮层部30的外侧折回。经纱xa、xb、纬纱ya、yb以及束绑纱z均能够与构成纤维强化复合材的基体树脂复合化。

根据该结构，多层织物10通过利用束绑纱z将成为皮层52的皮层部30与成为芯51的芯部20一体化的多层纺织制造。因此，仅在多层织物10含浸基体树脂并使之固化就能够获得夹层构造。因此，与在分别形成皮层与芯之后一体化的制法相比，不费工夫。

(2)束绑纱z由非强化纤维构成。束绑纱z并不局限于非强化纤维，也可以由强化纤维构成。然而，束绑纱z只要在多层织物10含浸基体树脂并使之固化而形成复合材50为止的期间能够保持为将多层织物10的皮层部30与芯部20一体化的状态即可。因此，束绑纱z不需要必须使用强化纤维。即，若为非强化纤维，则选择比强化纤维细的纱也是容易的。因此，能够提高复合材的强化纤维含有率。另外，非强化纤维获得比重比强化纤维小的结构也是容易的。因此，与使用强化纤维的情况相比，使用非强化纤维在轻型化上优选。

(3)作为不溶于皮层52的基体树脂且比重比强化纤维小的纤维，不需要使用有机纤维。然而，有机纤维与基体树脂的亲和性较高。因此，若使用有机纤维，则在多层织物10含浸基体树脂并使之固化来制造复合材50的情况下，复合材50的物理特性容易变高。

(4)复合材50通过多层织物10与基体树脂复合化而形成。根据该结构，复合材50通过将多层织物10放入模内、在多层织物10含浸基体树脂并使之固化而形成。而且，皮层部30的强化纤维与基体树脂复合化而成为皮层52，芯部20的纤维与基体树脂复合化而成为芯51。因此，与在分别形成皮层与芯之后使它们一体化的制法相比，不费工夫。

(第二实施方式)

接下来，根据图2对第二实施方式进行说明。

如图2中的(a)所示，该实施方式的复合材50在位于芯51的两侧的皮层52之间设置有多个罗纹53这点上与第一实施方式大不相同。对与第一实施方式相同的部分标注相同的附图标记，省略其详细说明。图2中的(a)示意性地示出复合材50。因此，在图2中的(a)中，罗纹53的数量、间隔与图2中的(b)所示的多层织物10的罗纹结构部25的数量、间隔不同。

如图2中的(b)所示，在多层织物10中，皮层部30与被皮层部30夹着的芯部20被束绑纱z一体化。多层织物10在芯部20的局部具有罗纹结构部25。在多层织物10含浸基体树脂并使之固化来制造复合材50的情况下，罗纹结构部25构成复合材50的罗纹53。

容易图2中的(b)所示，罗纹结构部25由构成皮层部30的强化纤维组成的经纱xb的局部和与该经纱xb的局部邻接并排列在芯部20内的强化纤维组成的纬纱yb构成。罗纹结构部25沿纬纱yb的排列方向延伸，即沿与纬纱yb相同的方向延伸。

详细而言，由构成皮层部30且与芯部20对置的位置的强化纤维组成的经纱xb在中途进入芯部20内之后在另一个皮层部30折回。因此，经纱xb具有沿多层织物10的厚度方向延伸的部分xbc。

如图3中的(a)、(b)所示，构成罗纹结构部25的经纱xb中的从下侧的皮层部30进入芯部20的部分xbc，被由强化纤维组成的纬纱yb夹着。另外，从上侧的皮层部30进入芯部20的部分xbc被由强化纤维组成的纬纱yb和由非强化纤维组成的纬纱ya(未图示)夹着。

如图3中的(c)所示，对于由构成罗纹结构部25的强化纤维组成的经纱xb而言，从上侧的皮层部30进入芯部20之后从下侧的皮层部30进入芯部20这段的间隔，比从下侧的皮层部30进入芯部20之后从上侧的皮层部30侧进入芯部20这段的间隔宽。在图3中的(a)、(b)、(c)中，省略由非强化纤维构成的经纱xa和纬纱ya、皮层部30的外侧的由强化纤维组成的纬纱yb、以及束绑纱z。

该实施方式的多层织物10通过多层纺织而形成。详细地说，以在比芯部20的最上层的纬纱ya靠上方的位置和比最下层的纬纱ya靠下方的位置之间，使通过综片使两皮层部30的经纱xb中的与芯部20对置的位置的经纱xb按照预先设定的间隔折回的方式，进行经纱xb的开口动作。

根据第二实施方式，除了能够获得与第一实施方式的(1)～(4)同样的效果之外，还能够获得以下效果。

(5)多层织物10的芯部20具有由强化纤维组成的罗纹结构部25。根据该结构，在多层织物10含浸基体树脂并使之固化来制造复合材50的情况下，罗纹结构部25构成复合材50的罗纹53。因此，与不存在罗纹53的第一实施方式的复合材50相比，复合材50的弯曲强度变高。

上述各实施方式可以以如下方式变更。

也可以是，如图4所示，构成多层织物10的一个罗纹结构部25的由强化纤维组成的经纱xb的部分xbc的数量为3个以上，例如为4个。经纱xb的部分xbc的数量根据对于复合材50的要求性能来设定。与图3中的(c)同样，图4也省略了由非强化纤维构成的经纱xa和纬纱ya、皮层部30的外侧的由强化纤维组成的纬纱yb、以及束绑纱z。

夹层构造只要至少存在一对由强化纤维组成且对置的皮层部30即可。例如，可以构成为在被皮层部30夹着的由非强化纤维组成的芯部20存在由强化纤维组成的层。

经纱xa、xb和纬纱ya、yb并不局限于相同的粗细，也可以为不同的粗细。

可以构成为粗细不同的多个经纱xa混合存在，也可以构成为粗细不同的多个经纱xb混合存在。

可以构成为粗细不同的多个纬纱ya混合存在，也可以构成为粗细不同的多个纬纱yb混合存在。

多层织物10可以为三维织物。三维织物是指在层叠了由经纱和纬纱组成的多个纤维层的状态下通过束绑纱将它们结合而形成的织物。在该情况下，也仅通过在夹层构造用的三维织物中含浸基体树脂并使之固化就能够获得夹层构造。

在多层织物和三维织物的情况下，可以构成为束绑纱没有插入全部的相邻的纬纱间。可以根据对于多层织物和三维织物的要求性能来适当地变更束绑纱的插入间隔。

芯部20的非强化纤维只要比重比皮层部30的强化纤维小即可，并不局限于有机纤维。

皮层部30的由强化纤维组成的纬纱yb和经纱xb并不局限于碳纤维，例如也可以是玻璃纤维、陶瓷纤维。

由多层织物10制造复合材50所使用的基体树脂并不局限于环氧树脂，例如也可以是不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂等其他热固性树脂。另外，基体树脂并不局限于热固性树脂，也可以是热塑性树脂。

束绑纱z可以使用强化纤维。另外，可以仅使多个束绑纱z的一部分为强化纤维，使其余部分为非强化纤维。

多层织物10的罗纹结构部25的数量和复合材50的罗纹53的数量根据复合材50所要求的性能适当地设定。

在构成两皮层部30的纬纱yb与经纱xb的排列构造中，可以代替纬纱yb成为最外层的结构，而形成为经纱xb成为最外层的结构。另外，也可以形成为在两皮层部30中的一个皮层部30中，形成为纬纱yb成为最外层的结构，而在另一个皮层部30中，形成为经纱xb成为最外层的结构。

在多层织物10中，可以交换纬纱ya与经纱xa并交换纬纱yb与经纱xb。

束绑纱z并不局限于贯通皮层部30和芯部20并且在皮层部30的外侧折回的结构。即，可以分为将构成皮层部30和芯部20的各层一体化的内部结合纱与将皮层部30与芯部20一体化的外部结合纱。