纤维强化复合材料的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种纤维强化复合材料。该纤维强化复合材料具有包含被层叠的多个斜交织物层的织物基材。斜交织物层分别将多个第一强化纤维束和相对于上述第一强化纤维束斜交的多个第二强化纤维束进行织造而构成。多个斜交织物层以在层叠方向上相邻的2个斜交织物层中的一方斜交织物层的第一和第二强化纤维束中的任一方的取向方向与另一方斜交织物层的第一和第二强化纤维束中的任一方的取向方向相同的方式被层叠。在层叠方向上相邻的斜交织物层之间，配置由多个纤维束构成的单取向层。单取向层以单取向层的纤维束的取向方向与在相邻的斜交织物层相互具有相同的取向方向的强化纤维束的取向方向相同的方式被配置。
【专利说明】
纤维强化复合材料
技术领域
[0001] 本发明涉及具有包含被层叠的多个斜交织物层的织物基材的纤维强化复合材料， 即各斜交织物层是将相互平行排列的多个第一强化纤维束和相对于第一强化纤维束斜交 且相互平行排列的多个第二强化纤维束进行织造而构成的纤维强化复合材料。
【背景技术】
[0002] 作为轻型且高强度的材料使用纤维强化复合材料。纤维强化复合材料具有多个强 化纤维束层，该强化纤维束层通过排列多个纤维束而形成，该纤维束由多个纤维捆扎而成。 通过使基体树脂(Matrix resin)浸渍于包含被层叠的多个强化纤维束层的强化纤维基材， 形成纤维强化复合材料。作为强化纤维基材，例如，专利文献1和专利文献2中公开了层叠多 个织物层而成的织物基材，该织物层以平纹、斜纹、缎纹等将多个经纱(第一强化纤维束)和 多个炜纱(第二强化纤维束)进行织造而构成。
[0003] 专利文献1的织物基材例如通过将由具有0度的取向方向的经纱和具有90度的取 向方向的炜纱构成的织物层与由具有+45度的取向方向的经纱和具有-45度的取向方向的 炜纱构成的织物层交互层叠多个而形成。因为能够以这样简单的制造方法来使织物基材具 有准各向同性，所以专利文献1的织物基材具有优异的制造成本和生产率。
[0004] 另外，专利文献2的织物基材通过将经纱和炜纱以45度的狭角换言之135度的广角 交叉的织物层(斜交织物层)相互错开45度重叠而形成。
[0005] 专利文献1:日本特开平1-225538号公报
[0006] 专利文献2:日本实开平7-43501号公报
[0007] 在专利文献1的织物基材中，在织物层的层叠方向上相邻的织物层中的一方织物 层的经纱和炜纱的取向方向与另一方织物层的经纱和炜纱的取向方向不同。因此，在织物 层的层叠方向上相邻的织物层间的邻角较大，有可能在该相邻的织物层彼此之间产生内部 应力，出现层间剥离的问题。
[0008] 根据专利文献2的织物基材，与专利文献1的织物基材相比，能够缩小相邻的斜交 织物层之间的邻角。但是，如果不充分地对齐相邻的斜交织物层的纹理，纱的重叠面积会缩 小，其结果是，有可能会在相邻的斜交织物层彼此之间产生层间剥离的问题。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的在于提供一种能够抑制在斜交织物层的层叠方向上相邻的斜交织 物层彼此之间产生层间剥离的纤维强化复合材料。
[0010] 解决上述课题的纤维强化复合材料具有包含被层叠的多个斜交织物层的织物基 材。上述多个斜交织物层分别将相互平行排列的多个第一强化纤维束和相对于上述第一强 化纤维束斜交且相互平行排列的多个第二强化纤维束进行织造而构成。上述多个斜交织物 层以在上述斜交织物层的层叠方向上相邻的2个上述斜交织物层中的一方斜交织物层的上 述第一和第二强化纤维束中的任一方的取向方向与另一方斜交织物层的上述第一和第二 强化纤维束中任一方的取向方向相同的方式被层叠。在上述斜交织物层的层叠方向上相邻 的上述斜交织物层之间，配置由相互平行排列的多个纤维束构成的单取向层。上述单取向 层以上述单取向层的上述纤维束的取向方向与相邻的上述斜交织物层中相互具有相同取 向方向的强化纤维束的取向方向相同的方式，被配置于相邻的上述斜交织物层之间。
【附图说明】
[0011]图1是示出实施方式的纤维强化复合材料的剖视图。
[0012] 图2是示意性地示出图1的织物基材的一部分的俯视图。
【具体实施方式】
[0013] 下面，根据图1和图2对一实施方式所涉及的纤维强化复合材料10进行说明。
[0014] 如图1所示，纤维强化复合材料10通过在织物基材11浸渍基体树脂12并使两者11、 12复合化而形成。在本实施方式中，作为基体树脂12使用环氧树脂。
[0015] 如图2所示，织物基材11具有第一斜交织物层21，该第一斜交织物层21以平纹将以 90度的取向角度相互平行排列的多根作为第一强化纤维束的经纱21a和相对于经纱21a斜 交的以-45度的取向角度相互平行排列的多根作为第二强化纤维束的炜纱21b进行织造而 构成。另外，织物基材11具有第二斜交织物层22,该第二斜交织物层22以平纹将以-45度的 取向角度相互平行排列的多根作为第一强化纤维束的经纱22a和相对于经纱22a斜交的以0 度的取向角度相互平行排列的多根作为第二强化纤维束的炜纱22b进行织造而构成。
[0016] 并且，织物基材11具有第三斜交织物层23，该第三斜交织物层23以平纹将以+45度 的取向角度相互平行排列的多根作为第一强化纤维束的经纱23a和相对于经纱23a斜交的 以〇度的取向角度相互平行排列的多根作为第二强化纤维束的炜纱23b进行织造而构成。另 外，织物基材11具有第四斜交织物层24,该第四斜交织物层24以平纹将以90度的取向角度 相互平行排列的多根作为第一强化纤维束的经纱24a和相对于经纱24a斜交的以+45度的取 向角度相互平行排列的多根作为第二强化纤维束的炜纱24b进行织造而构成。
[0017] 因此，在第一~第四斜交织物层21、22、23、24的各层，炜纱2113、2213、2313、2413的取 向方向相对于经纱21&、22 &、23&、24&的取向方向成45度的角度。此外，"取向方向"的意思是 纤维或者纤维束延伸的方向。织物基材11通过将第一~第四斜交织物层21、22、23、24以该 顺序层叠而构成为具有准各向同性。经纱21&、223、233、24&和炜纱2113、2213、2313、2413分别为 捆扎多根纤维(碳纤维)而成的纤维束。
[0018] 第二斜交织物层22相对于第一斜交织物层21，以第二斜交织物层22的经纱22a的 取向方向与第一斜交织物层21的炜纱2 lb的取向方向相同的方式被层叠。第三斜交织物层 23相对于第二斜交织物层22,以第三斜交织物层23的炜纱23b的取向方向与第二斜交织物 层22的炜纱22b的取向方向相同的方式被层叠。第四斜交织物层24相对于第三斜交织物层 23,以第四斜交织物层24的炜纱24b的取向方向与第三斜交织物层23的经纱23a的取向方向 相同的方式被层叠。
[0019] 在第一斜交织物层21和第二斜交织物层22之间，双层配置有第一单取向层31，该 第一单取向层31由以-45度的取向角度相互平行排列的多个纤维束31a构成。因此，各第一 单取向层31以纤维束31a的取向方向与第一斜交织物层21的炜纱21b的取向方向和第二斜 交织物层22的经纱22a的取向方向相同的方式被配置于第一和第二斜交织物层21、22之间。
[0020] 在第二斜交织物层22和第三斜交织物层23之间，双层配置有第二单取向层32,该 第二单取向层32由以0度的取向角度相互平行排列的多个纤维束32a构成。因此，各第二单 取向层32以纤维束32a的取向方向与第二斜交织物层22的炜纱22b的取向方向和第三斜交 织物层23的炜纱23b的取向方向相同的方式被配置于第二和第三斜交织物层22、23之间。
[0021] 在第三斜交织物层23和第四斜交织物层24之间，双层配置有第三单取向层33,该 第三单取向层33由以+45度的取向方向相互平行排列的多个纤维束33a构成。因此，各第三 单取向层33以纤维束33a的取向方向与第三斜交织物层23的经纱23a的取向方向和第四斜 交织物层24的炜纱24b的取向方向相同的方式被配置于第三和第四斜交织物层23、24之间。 [0022]在第一~第四斜交织物层21、22、23、24的层叠方向上，在第一斜交织物层21的与 第一单取向层31相反的一侧，配置有第四单取向层34,该第四单取向层34由以90度的取向 角度相互平行排列的多个纤维束34a构成。因此，第四单取向层34以纤维束34a的取向方向 与第一斜交织物层21的经纱21 a的取向方向相同的方式被配置。
[0023]在第一~第四斜交织物层21、22、23、24的层叠方向上，在第四斜交织物层24的与 第三单取向层33相反的一侧，配置有第五单取向层35,该第五单取向层35由以90度的取向 角度相互平行排列的多个纤维束35a构成的。因此，第五单取向层35以纤维束35a的取向方 向与第四斜交织物层24的经纱24a的取向方向相同的方式被配置。各纤维束31a、32a、33a、 34a、35a由多根纤维(碳纤维)捆扎而成。
[0024]接下来，对本实施方式的作用进行说明。
[0025]在第一~第四斜交织物层21、22、23、24的层叠方向上相邻的第一斜交织物层21和 第二斜交织物层22间隔双层的第一单取向层31而被层叠。第一斜交织物层21的炜纱21b与 被配置于其上的第一单取向层31的纤维束31a相重叠，在其相重叠的部位不形成供基体树 脂12进入的间隙。另外，第二斜交织物层22的经纱22a与被配置于其下的第一单取向层31的 纤维束31a相重叠，因此在其相重叠的部位不形成供基体树脂12进入的间隙。其结果是，抑 制在第一~第四斜交织物层21、22、23、24的层叠方向上相邻的第一斜交织物层21和第二斜 交织物层22之间出现层间剥离。
[0026]相同地，在第一~第四斜交织物层21、22、23、24的层叠方向上相邻的第二斜交织 物层22和第三斜交织物层23间隔双层的第二单取向层32而被层叠。另外，在第一~第四斜 交织物层21、22、23、24的层叠方向上相邻的第三斜交织物层23和第四斜交织物层24间隔双 层的第三单取向层33而被层叠。其结果是，抑制在第二斜交织物层22和第三斜交织物层23 之间以及第三斜交织物层23和第四斜交织物层24之间产生层间剥离。
[0027]并且，第一斜交织物层21的经纱21a与被配置于其下的第四单取向层34的纤维束 34a相重叠，因此在其相重叠的部位不形成供基体树脂12进入的间隙。相同地，第四斜交织 物层24的经纱24a与被配置于其上的第五单取向层35的纤维束35a相重叠，因此在其相重叠 的部位不形成供基体树脂12进入的间隙。
[0028]在上述实施方式下，能够获得以下效果。
[0029] (1)第一~第四斜交织物层21~24以在其层叠方向上相邻的2个斜交织物层中的 一方斜交织物层的经纱21a~24a和炜纱21b~24b中的任一方的取向方向与另一方斜交织 物层的经纱21a~24a和炜纱21b~24b中的任一方的取向方向相同的方式被层叠。在层叠方 向上相邻的斜交织物层之间，分别配置有由相互平行排列的多个纤维束31a~33a构成的第 一~第三单取向层31~33。第一~第三单取向层31~33分别以纤维束31a~33a的取向方向 与相邻的斜交织物层中具有相同取向方向的强化纤维束(21a~24a、21b~24b)的取向方向 成为相同方向的方式，被配置于相邻的斜交织物层之间。由此，即使相邻的斜交织物层的纹 理不对齐，也能在层叠方向上相邻的斜交织物层彼此之间，确保用于抑制层间剥离的充分 的纱线重叠面积。其结果是，能够抑制在层叠方向上相邻的斜交织物层彼此之间产生层间 剥离。
[0030] (2)在第一~第四斜交织物层21~24的各层，炜纱21b~24b的取向方向相对于经 纱21a~24a的取向方向成45度的角度。即，第一~第四斜交织物层21~24不是相互不同种 类的织物，而是相同种类的织物。而且，是将一种第一~第四斜交织物层21~24以在层叠方 向上相邻的斜交织物层彼此错开45度的状态层叠。以这样的简单层叠方法，既能使织物基 材11具有准各向同性，也能在层叠方向上相邻的斜交织物层之间使强化纤维束(21a~24a、 21b~24b)的取向方向相同。
[0031] (3)单取向层31~33在相邻的斜交织物层之间被双层配置。由此能够更加提高织 物基材11的准各向同性。
[0032] (4)在第一~第四斜交织物层21~24的层叠方向上，在第一斜交织物层21的与第 一单取向层31相反的一侧，配置有第四单取向层34。另外，在第一~第四斜交织物层21~24 的层叠方向上，在第四斜交织物层24的与第三单取向层33相反的一侧，配置有第五单取向 层35。由此，与使第一斜交织物层21和第四斜交织物层24作为织物基材11的上下表面露出 到外部的情况相比，会减少织物基材11的上下表面的凹凸，因此能够减少在织物基材11的 上下表面所形成的树脂存积。
[0033] 此外，还可以如下变更上述实施方式。
[0034] ?可以删除第四单取向层34和第五单取向层35。
[0035] ?可以在相邻的斜交织物层之间分别仅配置1层第一~第三单取向层31~33。 [0036] ?在实施方式中，是以平纹织造构成第一~第四斜交织物层21~24,但织造方法 也可以是斜纹和缎纹。
[0037] ?作为基体树脂12,还可以使用环氧树脂以外的热固化性树脂。
[0038] ?作为基体树脂12还可以使用热固化性树脂以外的树脂。
[0039] ?还可通过厚度方向纱将第一~第四斜交织物层21~24和第一~第五单取向层 31~35在层叠方向上相结合。
[0040] ?形成经纱21a~24a、炜纱21b~24b或纤维束31a~35a的纤维并不局限于碳纤 维。例如，也可以是玻璃纤维、陶瓷纤维等无机纤维，或者芳族聚酰胺纤维、聚亚苯基苯并二 0恶唑纤维、多芳基化合物纤维、超高分子量聚乙烯纤维等高强度的有机纤维。
[0041 ]〇在第一~第四斜交织物层21~24的各层，炜纱21b~24b的取向方向相对于经纱 21a~24a的取向方向例如可以成60度的角度。总而言之，只要炜纱21b~24b的取向方向相 对于经纱21 a~24a的取向方向斜交即可。
【主权项】
1. 一种纤维强化复合材料，具有包含被层叠的多个斜交织物层的织物基材，其中， 上述多个斜交织物层分别将相互平行排列的多个第一强化纤维束和相对于上述第一 强化纤维束斜交且相互平行排列的多个第二强化纤维束进行织造而构成， 上述多个斜交织物层以在上述斜交织物层的层叠方向上相邻的2个上述斜交织物层中 的一方斜交织物层的上述第一和第二强化纤维束中的任一方的取向方向与另一方斜交织 物层的上述第一和第二强化纤维束中的任一方的取向方向相同的方式被层叠， 在上述斜交织物层的层叠方向上相邻的上述斜交织物层之间，配置由相互平行排列的 多个纤维束构成的单取向层， 上述单取向层以上述单取向层的上述纤维束的取向方向与相邻的上述斜交织物层中 相互具有相同取向方向的强化纤维束的取向方向相同的方式，被配置于相邻的上述斜交织 物层之间。2. 根据权利要求1所述的纤维强化复合材料，其中， 在全部斜交织物层的各层中，上述第二强化纤维束的取向方向相对于上述第一强化纤 维束的取向方向成45度的角度。3. 根据权利要求1或者2所述的纤维强化复合材料，其中， 上述单取向层被双层配置于相邻的上述斜交织物层之间。
【文档编号】C08J5/24GK105992791SQ201480063976
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2014年10月29日
【发明人】神谷隆太
【申请人】株式会社丰田自动织机