JP7723001B2 - Mesh-like fiber reinforced composite material, mesh-like fiber reinforced composite molding material, and mesh-like fiber reinforced composite molded product - Google Patents
Mesh-like fiber reinforced composite material, mesh-like fiber reinforced composite molding material, and mesh-like fiber reinforced composite molded productInfo
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Description
本発明は、熱硬化性又は熱可塑性樹脂と強化繊維との複合材料であって、メッシュ状であるために開口率が高く、軽量高強度且つ高耐衝撃性であるため、フィルターやカバー、補強部材、特に保護帽などのプロテクタや義肢(義足、義手)の内外装部材として好適なメッシュ状繊維強化複合材に関するものである。また、本発明は、メッシュ状繊維強化複合材に使用されるメッシュ状繊維強化複合材成形用材料に関するものであり、更に、メッシュ状繊維強化複合材成形用材料を賦形したメッシュ状繊維強化複合材成形体に関するものである。 The present invention relates to a mesh-like fiber-reinforced composite material that is a composite material of a thermosetting or thermoplastic resin and reinforcing fibers, and that is mesh-like and therefore has a high opening ratio, is lightweight, high strength, and high impact resistance, and is therefore suitable for use as filters, covers, reinforcing members, and particularly as protectors such as safety helmets, and as interior and exterior members for prosthetic limbs (artificial legs, artificial arms).The present invention also relates to a mesh-like fiber-reinforced composite molding material used for the mesh-like fiber-reinforced composite material, and further to a mesh-like fiber-reinforced composite molded product obtained by shaping the mesh-like fiber-reinforced composite molding material.
従来、メッシュ材料は樹脂若しくは金属にて作製されるものが殆んどであるが、樹脂製は軽量であるが強度が不足し、金属製は強度はあるが重量が重くなるという問題があった。Conventionally, most mesh materials have been made of resin or metal, but resin is lightweight but lacks strength, while metal is strong but heavy.
この問題は特に身体保護のために身に着ける装具において影響が大きく、近年では繊維強化プラスチック部材を適用する事例もみられる。例えば、警備員、駅員、警察官などが制帽として着用し、不測の落下物、或いは、外部からの打撃などに対して頭部を防護することができ、また、子供、高齢者を始め一般の人が運動帽などとして着用して頭部を防護することのできるインナー付き帽子が提案され、また、市販されている。This problem is particularly significant in protective gear worn for body protection, and in recent years, fiber-reinforced plastic components have been used in some cases. For example, caps with inner linings have been proposed and are commercially available, and are worn by security guards, station staff, police officers, and others as uniform caps to protect the head from unexpected falling objects or external impacts, and can also be worn by children, the elderly, and the general public as sports caps to protect the head.
特許文献1には、本願添付の図20(a)、(b)に記載するように、防護用インナー付き帽子100が記載されており、該帽子100は、布製のキャップ状の帽子本体(クラウン)102と、鍔103とを備えており、帽子本体102の内部には、防護用インナー110が設けられる。また、図示するように、防護用インナー110は、帽子本体102の内側に適合して装着し、且つ、人が着用した場合に、人の頭部に適合し得るように、略球形状に湾曲した椀形状とされ、帽子本体102の頂部領域形状と同様の湾曲形状とされる、繊維強化樹脂材料(FRP)にて作製されたインナーの基本構造をなすインナー本体111と、このインナー本体111の内側に配置されたクッション部材112と、インナー本体111及びクッション部材112を覆って配置されたカバーシート113と、にて構成される。20(a) and (b) attached to the present application, Patent Document 1 describes a hat 100 with a protective inner liner, which includes a cloth cap-shaped hat body (crown) 102 and a brim 103, and a protective inner liner 110 provided inside the hat body 102. As shown in the figure, the protective inner liner 110 is fitted to the inside of the hat body 102 and has a generally spherical, curved, bowl-like shape so that it can fit the person's head when worn, and is made of a fiber-reinforced plastic (FRP) and forms the basic structure of the inner liner. The inner liner 111 has a curved shape similar to the shape of the top region of the hat body 102, a cushion member 112 arranged inside the inner liner 111, and a cover sheet 113 arranged to cover the inner liner 111 and the cushion member 112.
上記特許文献1に記載の防護用インナー付き帽子100は、軽量で通気性が良く、しかも、耐衝撃性に優れており、且つ、装着性に優れているものである。The protective inner hat 100 described in the above-mentioned Patent Document 1 is lightweight and has good breathability, and is also excellent in impact resistance and comfort.
しかしながら、上記特許文献1に記載の防護用インナー付き帽子100にて、インナーの基本構造をなすインナー本体111は、一方向或いは織物とされる強化繊維に熱硬化性樹脂或いは熱可塑性樹脂とされるマトリクス樹脂が含浸され、硬化された繊維強化樹脂材料(FRP)にて作製される。そのために、軽量高強度ではあるが、長時間の着用において蒸れを感じることがあり、通気性の点で更なる改良が望まれることが分かった。また、上述のように、インナー本体111は、人の頭部に適合し得るように略球形状に湾曲した椀形状とされ、一方向或いは織物とされる強化繊維シートに樹脂含浸して硬化された繊維強化樹脂材料(FRP)とされるが、樹脂含浸前の一方向或いは織物とされる強化繊維シートは伸縮性及びドレープ性の点で問題があり、成形性(賦形性)の点で更なる改良が望まれる。However, in the protective hat with inner liner 100 described in Patent Document 1, the inner body 111, which forms the basic structure of the inner liner, is made of a fiber-reinforced plastic (FRP) material obtained by impregnating unidirectional or woven reinforced fibers with a matrix resin such as a thermosetting resin or a thermoplastic resin and then curing the material. Therefore, although the hat is lightweight and strong, it can feel stuffy when worn for long periods of time, and further improvement in breathability is desired. Also, as described above, the inner body 111 is shaped like a roughly spherical, curved bowl to fit a human head, and is made of a fiber-reinforced plastic (FRP) material obtained by impregnating a unidirectional or woven reinforced fiber sheet with resin and curing the resin. However, the unidirectional or woven reinforced fiber sheet before resin impregnation has problems with stretchability and drapeability, and further improvement in moldability (shapeability) is desired.
特許文献2には、炭素繊維を使用して編成したシート状炭素繊維編物を開示しており、該シート状炭素繊維編物が、伸縮性及びドレープ性に優れていることを記載している。Patent Document 2 discloses a sheet-shaped carbon fiber knitted fabric knitted using carbon fibers, and describes that the sheet-shaped carbon fiber knitted fabric has excellent stretchability and drapeability.
本発明者らは、特許文献2に記載されるシート状炭素繊維編物の優れた伸縮性及びドレープ性に着目し、シート状炭素繊維編物が有する所定の開口率を保有したまま、このシート状炭素繊維織物に所定量の樹脂を含浸し、硬化して作製したメッシュ状の強化繊維複合材が帽子、各種プロテクタ、義肢(義足、義手)などの内装材(インナー)、或いは、外装材(フレーム)などの基本構造を構成するための材料として使用したとき、優れた通気性を提供し、蒸れを防止することができ、しかも、軽量高強度であることを見出した。The present inventors have focused on the excellent stretchability and drapeability of the sheet-like carbon fiber knitted fabric described in Patent Document 2, and have discovered that a mesh-like reinforced fiber composite material produced by impregnating a sheet-like carbon fiber woven fabric with a predetermined amount of resin and curing it while maintaining the predetermined opening ratio of the sheet-like carbon fiber knitted fabric provides excellent breathability and prevents stuffiness, and is also lightweight and strong when used as a material for constituting the basic structure of interior materials (innerwear) for hats, various types of protectors, and artificial limbs (artificial legs, artificial arms), or exterior materials (frames).
そこで、本発明者らは、特許文献3に記載されるように、また、本願添付の図21(a)、(b)に図示するように、
(a)鎖編糸2がループ状に縦方向に連続して鎖編目2Aを形成しながら編成されて作製された複数の縦方向の編み組織20と、前記縦方向の編み組織20に対して横方向に挿入し、互いに隣接した前記編み組織20を結束する挿入糸3と、により形成された空隙Gを有するメッシュ状編み構造体1Aを有し、
(b)前記メッシュ状編み構造体1Aにおける前記編み組織20(鎖編糸2)と挿入糸3にのみ樹脂Rを含浸して硬化された、曲面を有する形状に賦形されたメッシュ状の繊維強化複合材10Aであって、
(c)前記鎖編糸2及び挿入糸3の少なくとも一部の糸は、炭素繊維からなる炭素繊維ストランドとされ、
(d)前記メッシュ状編み構造体1Aの開口率は20~60%とされる、構成の空隙Gを有したメッシュ状繊維強化複合材10Aを提案した。 Therefore, the present inventors have developed a method for manufacturing a semiconductor device, as described in Patent Document 3 and as illustrated in FIGS. 21(a) and 21(b) attached to the present application,
(a) A mesh-like knitted structure 1A having gaps G formed by a plurality of vertical knitted structures 20 produced by knitting a chain stitch yarn 2 in a loop shape while continuously forming chain stitches 2A in the vertical direction, and an insertion yarn 3 inserted laterally into the vertical knitted structures 20 and binding adjacent knitted structures 20 together;
(b) A mesh-shaped fiber reinforced composite material 10A formed into a curved shape in which only the knitted structure 20 (chain stitch yarn 2) and the insertion yarn 3 in the mesh-shaped knitted structure 1A are impregnated with resin R and hardened,
(c) At least a part of the chain stitch yarn 2 and the inserting yarn 3 is a carbon fiber strand made of carbon fiber,
(d) We have proposed a mesh-like fiber-reinforced composite material 10A having voids G in the structure, in which the opening ratio of the mesh-like knitted structure 1A is 20 to 60%.
特許文献3に記載するメッシュ状繊維強化複合材10Aに使用するメッシュ状編み構造体1Aは、使用する強化繊維が直線的でなく編み構造であることから、伸縮性及びドレープ性に優れ、曲面を有する形状への成形性(賦形性)において優れており、しかも、空隙Gを有することから、通気性に優れており蒸れを防止することができ、軽量で且つ十分な強度を有しており、帽子、各種プロテクタ、義肢(義足、義手)などの内装材(インナー)、或いは、外装材(フレーム)などの基本構造を構成することができる、といった特長を有するものである。The mesh-like knitted structure 1A used in the mesh-like fiber-reinforced composite material 10A described in Patent Document 3 has excellent stretchability and drapeability, and excellent moldability (shapeability) into curved shapes, because the reinforcing fibers used are not straight but have a knitted structure.Furthermore, because it has voids G, it has excellent breathability and can prevent stuffiness, is lightweight and has sufficient strength, and has the characteristics of being able to form the basic structure of interior materials (innerwear) for hats, various types of protectors, prosthetic limbs (prosthetic legs, prosthetic hands), etc., or exterior materials (frames).
一方、本発明者らは、上記特許文献3に記載するメッシュ状繊維強化複合材10Aについて更に研究実験を続行して行った結果、特許文献3に記載するメッシュ状繊維強化複合材10Aに使用するメッシュ状編み構造体1Aは、上述のように、伸縮性及びドレープ性に優れ、曲面を有する形状への賦形性において優れているが、その反面、伸縮性があるために、樹脂含浸し硬化したメッシュ状繊維強化複合材10Aでは、即ち、FRP構造とした場合には、僅かな外力で樹脂から破壊するといった問題点があることが分かった。従って、斯かるメッシュ状編み構造体1Aを使用したメッシュ状繊維強化複合材10Aを帽子などに使用した場合には、帽子表面に落下物などにより応力(衝撃)が加わると、応力が加わった部分に撓み(歪)が生じる場合があり、変形し易く、引張強度、曲げ弾性等機械的強度が低くなり易い。そのため、鎖編糸2及び挿入糸3の少なくとも一部の糸に炭素繊維からなる炭素繊維ストランドを使用したとしても、上述したように、伸縮性及びドレープ性に優れていることに起因して、衝撃による変形量(撓み量)が大とされ、更に強度の増大及び耐衝撃性を得るべく更なる改良が望まれることが分かった。Meanwhile, the present inventors have conducted further research and experiments on the mesh-like fiber-reinforced composite material 10A described in Patent Document 3, and as a result have found that, although the mesh-like knitted structure 1A used in the mesh-like fiber-reinforced composite material 10A described in Patent Document 3 has excellent stretchability and drapeability and is excellent in formability into curved shapes, as described above, due to its stretchability, when the mesh-like fiber-reinforced composite material 10A is impregnated with resin and cured, i.e., when it is made into an FRP structure, there is a problem in that the resin breaks under a slight external force. Therefore, when the mesh-like fiber-reinforced composite material 10A using such a mesh-like knitted structure 1A is used in a hat or the like, if stress (impact) is applied to the surface of the hat by a dropped object or the like, bending (distortion) may occur in the stressed portion, making the hat prone to deformation and prone to reducing mechanical strength such as tensile strength and bending elasticity. Therefore, even if carbon fiber strands made of carbon fiber are used for at least some of the chain stitch yarns 2 and the insert yarns 3, as described above, due to their excellent elasticity and drapeability, the amount of deformation (amount of deflection) due to impact is large, and it has been found that further improvements are desired to obtain even greater strength and impact resistance.
そこで、本発明者らは、用途において技術分野を異にするものであるが、特許文献4に記載する定着用アンカーを作製する連続繊維補強部材、即ち、強化繊維シートの構造に着目した。つまり、本願添付の図22(a)、(b)、図23に図示するように、特許文献4に記載する定着用アンカー用の強化繊維シート1Bは、拘束糸(即ち、鎖編糸)2がループ状に縦方向に連続して鎖編目2Aを形成しながら編成されて作製された鎖編み部(編み組織)20を有し、連続繊維ストランド50がこの編み組織20の鎖編目2Aの中に直交させて配置されている。Therefore, although the present inventors are in a different technical field in terms of application, they focused on the structure of the continuous fiber reinforcement member, i.e., the reinforcing fiber sheet, used to produce the fixing anchor described in Patent Document 4. That is, as shown in Figures 22(a), (b), and 23 attached to this application, the reinforcing fiber sheet 1B for the fixing anchor described in Patent Document 4 has a chain stitch portion (knitted structure) 20 produced by knitting a restraining yarn (i.e., chain stitch yarn) 2 in a loop shape continuously in the vertical direction while forming chain stitches 2A, and continuous fiber strands 50 are arranged orthogonally within the chain stitches 2A of this knitted structure 20.
また、各連続繊維ストランド50を拘束する編み組織20は、互いに隣接した編み組織20が互いに挿入糸3により結束される。つまり、挿入糸3は、編み組織20に対して横方向に挿入され、連続繊維ストランド50を囲包して編成された編み組織20に対して、連続繊維ストランド50の長手方向(即ち、縦方向)に沿って所定間隔にて絡み合い、複数の連続繊維ストランド50を平面状に、即ち、強化繊維シート状態に保形している。つまり、特許文献4に記載の強化繊維シート1Bによれば、拘束糸2が縦方向に連続的に、且つ、平面状に編成されて編み組織20を形成し、この縦方向に連続的に編成された編み組織20の中に、多数の連続した強化繊維を一方向に束ねて形成した連続繊維ストランド50が挿入される。そして、縦方向編み組織20の中に挿入された各連続繊維ストランド50は、縦方向の編み組織20に対して横方向に挿入された挿入糸3で連結することによって保形されている。In addition, in the knitted structure 20 that restrains each continuous fiber strand 50, adjacent knitted structures 20 are bound to each other by an insertion yarn 3. That is, the insertion yarn 3 is inserted laterally into the knitted structure 20 and is entangled at predetermined intervals along the longitudinal direction (i.e., the vertical direction) of the continuous fiber strands 50 with the knitted structure 20 knitted to surround the continuous fiber strands 50, thereby maintaining the shape of the multiple continuous fiber strands 50 in a planar state, i.e., a reinforcing fiber sheet state. That is, according to the reinforcing fiber sheet 1B described in Patent Document 4, the knitted structure 20 is formed by knitting the restraining yarns 2 continuously in the vertical direction and in a planar state, and continuous fiber strands 50 formed by bundling a large number of continuous reinforcing fibers in one direction are inserted into this knitted structure 20 continuously knitted in the vertical direction. The shape of each continuous fiber strand 50 inserted into the vertical knitted structure 20 is maintained by being connected by an insertion yarn 3 inserted laterally into the vertical knitted structure 20.
そこで、本発明者らは、上記特許文献4に記載の技術を基に、上記特許文献3に記載するメッシュ状編み構造体1Aにおいて、鎖編糸2がループ状に縦方向に連続して鎖編目2Aを形成しながら編成されて作製された複数の縦方向の編み組織20内に強化繊維糸50を縦針1にて挿入し、且つ、横挿入糸3を縦方向の編み組織20に対して横方向に挿入してシート状とされるメッシュ状編み構造体を作製し、樹脂含浸し、上記特許文献3に記載のメッシュ状繊維強化複合材と同様の構造とされるメッシュ状繊維強化複合材を作製し、この複合材について、研究実験を続行して行った。Therefore, based on the technology described in Patent Document 4, the inventors inserted reinforcing fiber yarns 50 with vertical needles 1 into a plurality of vertical knitted structures 20 produced by knitting chain stitch yarns 2 in a continuous loop shape in the vertical direction to form chain stitches 2A in the mesh-like knitted structure 1A described in Patent Document 3, and inserted horizontal insertion yarns 3 horizontally into the vertical knitted structure 20 to produce a sheet-like mesh-like knitted structure, which was then impregnated with resin to produce a mesh-like fiber-reinforced composite material having a structure similar to that described in Patent Document 3, and continued to conduct research and experiments on this composite material.
斯かるメッシュ状繊維強化複合材は引張強度の増大、引張歪の低下を達成することは出来たが、一方、例えば、メッシュ状繊維強化複合材を使用した帽子表面に落下物などにより応力(衝撃)が加わると、応力が加わった部分における、強化繊維糸を縦方向に保持している縦方向の鎖編糸2(編み組織20)の剛性不足に起因して鎖編糸2が破断し、結果的にメッシュ状繊維強化複合材の強度、耐衝撃性を保証している強化繊維糸50の機能を十分に達成し得ないことが分かった。そのため、剛性を大とし、例えば、帽子頂部に落下物があった場合などにも十分な強度、耐衝撃性を得るべく更なる改良が望まれることが分かった。While such a mesh-shaped fiber-reinforced composite material was able to achieve increased tensile strength and reduced tensile strain, it was found that when stress (impact) is applied to the surface of a hat using the mesh-shaped fiber-reinforced composite material, for example, by a dropped object, the chain stitch yarn 2 (knit structure 20) in the vertical direction that holds the reinforcing fiber yarns in the vertical direction in the stressed area lacks rigidity, causing the chain stitch yarn 2 to break, resulting in the mesh-shaped fiber-reinforced composite material not fully fulfilling the function of the reinforcing fiber yarn 50 that ensures the strength and impact resistance of the mesh-shaped fiber-reinforced composite material. Therefore, it was found that further improvements are desired to increase rigidity and obtain sufficient strength and impact resistance even when, for example, an object falls on the top of the hat.
そこで、本発明の目的は、従来の材料よりも、伸縮性及びドレープ性に優れ、曲面を有する形状への成形性及び通気性に優れており蒸れを防止するとともに軽量高強度であり、しかも、剛性が大とされ、耐衝撃性に優れたメッシュ状繊維強化複合材、更には、メッシュ状繊維強化複合材成形用材料及びメッシュ状繊維強化複合材成形体を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a mesh-like fiber-reinforced composite material that is superior to conventional materials in terms of stretchability and drapeability, excellent in formability into curved shapes and breathability, preventing stuffiness, lightweight and high in strength, and also has high rigidity and excellent impact resistance, as well as a material for molding the mesh-like fiber-reinforced composite material and a mesh-like fiber-reinforced composite molded product.
上記目的は本発明に係るメッシュ状繊維強化複合材、メッシュ状繊維強化複合材成形用材料及びメッシュ状繊維強化複合材成形体にて達成される。要約すれば、第1の本発明によると、鎖編糸が縦方向に連続し、鎖編目を形成しながら編成されて作製された複数の縦方向の編み組織と、鎖編目に沿って縦方向に1針挿入された縦挿入糸と、前記縦方向の編み組織に対して横方向に挿入し、互いに隣接した前記編み組織を結束する横挿入糸と、により形成されたメッシュ状編み構造体を有し、
前記メッシュ状編み構造体における前記編み組織と前記縦、横挿入糸とにのみ樹脂を含浸して硬化されたメッシュ状の繊維強化複合材であって、
前記鎖編糸及び前記縦、横挿入糸の少なくとも前記縦挿入糸は、炭素繊維からなる炭素繊維ストランドとされ、
前記メッシュ状編み構造体の開口率は20~60%とされる、
ことを特徴とするメッシュ状繊維強化複合材が提供される。
The above object is achieved by the mesh-shaped fiber reinforced composite material , the material for molding the mesh-shaped fiber reinforced composite material, and the mesh-shaped fiber reinforced composite molding according to the present invention. In summary, according to the first aspect of the present invention, there is provided a mesh-shaped knitted structure formed by a plurality of vertical knitting structures produced by knitting a chain stitch yarn continuously in the vertical direction while forming chain stitches, a vertical insertion yarn inserted into one needle in the vertical direction along the chain stitches, and a horizontal insertion yarn inserted horizontally into the vertical knitting structures to bind adjacent knitting structures together,
A mesh-shaped fiber reinforced composite material in which only the knitting structure and the warp and weft insertion yarns in the mesh-shaped knitted structure are impregnated with a resin and hardened,
At least the warp insert yarns of the chain stitch yarns and the warp and weft insert yarns are carbon fiber strands made of carbon fiber,
The opening ratio of the mesh-like knitted structure is 20 to 60%.
A mesh-like fiber-reinforced composite material is provided.
第2の本発明によると、鎖編糸が縦方向に連続し、鎖編目を形成しながら編成されて作製された複数の縦方向の編み組織と、鎖編目に沿って縦方向に1針挿入された縦挿入糸と、前記縦方向の編み組織に対して横方向に挿入し、互いに隣接した前記編み組織を結束する横挿入糸と、により形成されたメッシュ状編み構造体を有し、
前記メッシュ状編み構造体を所定形状に賦形し、その後、前記メッシュ状編み構造体における前記編み組織と前記縦、横挿入糸とにのみ樹脂を含浸して硬化したメッシュ状の繊維強化複合材であって、
前記鎖編糸及び前記縦、横挿入糸の少なくとも前記縦挿入糸は、炭素繊維からなる炭素繊維ストランドとされ、
前記メッシュ状編み構造体の開口率は20~60%とされる、
ことを特徴とするメッシュ状繊維強化複合材が提供される。 According to the second aspect of the present invention, there is provided a mesh-like knitted structure formed by a plurality of vertical knitting structures produced by knitting a chain stitch yarn continuously in the vertical direction while forming chain stitches, a vertical insertion yarn inserted into one needle in the vertical direction along the chain stitches, and a horizontal insertion yarn inserted horizontally into the vertical knitting structures and binding adjacent knitting structures together,
A mesh-shaped fiber reinforced composite material obtained by forming the mesh-shaped knitted structure into a predetermined shape, and then impregnating only the knitting structure and the warp and weft insertion yarns in the mesh-shaped knitted structure with a resin and hardening the resin,
At least the warp insert yarns of the chain stitch yarns and the warp and weft insert yarns are carbon fiber strands made of carbon fiber,
The opening ratio of the mesh-like knitted structure is 20 to 60%.
A mesh-like fiber-reinforced composite material is provided.
上記第1、第2の本発明にて一実施態様によると、前記メッシュ状の編み構造体に含浸する樹脂は、熱可塑性エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、若しくは、ポリエーテルエーテルケトン樹脂などの熱可塑性樹脂;又は、常温硬化型或は熱硬化型のエポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、MMA樹脂、アクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、若しくは、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂が使用される。According to one embodiment of the first and second present inventions, the resin impregnated into the mesh-like knitted structure is a thermoplastic resin such as a thermoplastic epoxy resin, a phenoxy resin, a polycarbonate resin, a polyester resin, a polyurethane resin, a polyamide resin, a polyetherimide resin, or a polyetheretherketone resin; or a thermosetting resin such as a room temperature curing or thermosetting epoxy resin, a vinyl ester resin, an MMA resin, an acrylic resin, an unsaturated polyester resin, or a phenolic resin.
第3の本発明によると、鎖編糸が縦方向に連続し、鎖編目を形成しながら編成されて作製された複数の縦方向の編み組織と、鎖編目に沿って縦方向に1針挿入された縦挿入糸と、前記縦方向の編み組織に対して横方向に挿入し、互いに隣接した前記編み組織を結束する横挿入糸と、により形成されたメッシュ状編み構造体を有し、
前記メッシュ状編み構造体における前記編み組織と前記縦、横挿入糸とにのみ樹脂を含浸して硬化し、その後、所定形状に賦形されたメッシュ状の繊維強化複合材であって、
前記鎖編糸及び前記縦、横挿入糸の少なくとも前記縦挿入糸は、炭素繊維からなる炭素繊維ストランドとされ、
前記メッシュ状編み構造体の開口率は20~60%とされる、
ことを特徴とするメッシュ状繊維強化複合材が提供される。 According to the third aspect of the present invention, there is provided a mesh-like knitted structure formed by a plurality of vertical knitting structures produced by knitting a chain stitch yarn continuously in the vertical direction while forming chain stitches, a vertical insertion yarn inserted vertically along one needle along the chain stitches, and a horizontal insertion yarn inserted horizontally into the vertical knitting structures and binding adjacent knitting structures together,
A mesh-shaped fiber reinforced composite material in which only the knitted structure and the warp and weft insertion yarns in the mesh-shaped knitted structure are impregnated with a resin, hardened, and then shaped into a predetermined shape,
At least the warp insert yarns of the chain stitch yarns and the warp and weft insert yarns are carbon fiber strands made of carbon fiber,
The opening ratio of the mesh-like knitted structure is 20 to 60%.
A mesh-like fiber-reinforced composite material is provided.
第3の本発明にて一実施態様によると、前記メッシュ状の編み構造体に含浸する樹脂は、熱可塑性エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、若しくは、ポリエーテルエーテルケトン樹脂などの熱可塑性樹脂が使用される。According to one embodiment of the third invention, the resin impregnated into the mesh-like knitted structure is a thermoplastic resin such as a thermoplastic epoxy resin, a phenoxy resin, a polycarbonate resin, a polyester resin, a polyurethane resin, a polyamide resin, a polyetherimide resin, or a polyetheretherketone resin.
上記本発明にて一実施態様によると、前記横挿入糸は、前記縦方向の編み組織に対して横方向に2針、3針若しくは4針挿入して配置されているか、又は、前記横挿入糸は、前記縦方向の編み組織に対して横方向に2針、3針若しくは4針挿入して配置され、且つ、前記縦挿入糸の前後に分かれて編地の表裏に配置されている。また、他の実施態様によると、前記横挿入糸は、前記縦方向の編み組織に対して一定のコースごとに振って編み込まれている。更に、他の実施態様によると、前記鎖編糸及び前記横挿入糸は、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリアクリロニトリル系、ポリビニルアルコール系、ポリオレフィン系の繊維、アラミド繊維などの有機繊維;チタン繊維、スチール繊維などの金属繊維;炭素繊維、ガラス繊維などの無機繊維;を単独で、又は、複数種混入して作製される糸である。According to one embodiment of the present invention, the weft insertion yarn is inserted at two, three, or four needles transversely to the vertical knitting structure, or the weft insertion yarn is inserted at two, three, or four needles transversely to the vertical knitting structure, and is arranged separately in front of and behind the vertical insertion yarn on the front and back of the knitted fabric. According to another embodiment, the weft insertion yarn is knitted at regular courses in the vertical knitting structure. According to yet another embodiment, the chain stitch yarn and the weft insertion yarn are yarns made from organic fibers such as polyester-based, polyamide-based, polyacrylonitrile-based, polyvinyl alcohol-based, and polyolefin-based fibers, and aramid fibers; metal fibers such as titanium fibers and steel fibers; and inorganic fibers such as carbon fibers and glass fibers; either alone or in combination with a plurality of types.
上記本発明にて他の実施態様によると、前記横挿入糸は、前記縦方向の編み組織に対して横方向に直線状に配置されており、前記横挿入糸は、炭素繊維からなる炭素繊維ストランドとされる。According to another embodiment of the present invention, the weft insertion yarns are arranged linearly in a transverse direction relative to the longitudinal knitting structure, and the weft insertion yarns are carbon fiber strands made of carbon fiber.
上記本発明にて他の実施態様によると、前記鎖編糸は、繊度が10~600dtexである。According to another embodiment of the present invention, the chain stitch yarn has a fineness of 10 to 600 dtex.
上記本発明にて他の実施態様によると、前記縦挿入糸は、
(a)PAN系の炭素繊維であって炭素繊維フィラメント数が24000本以下、繊度が16000dtex以下である炭素繊維ストランドであるか、又は、
(b)ピッチ系の炭素繊維であって炭素繊維フィラメント数が12000本以下、繊度が6000dtex以下である炭素繊維ストランドである。 According to another embodiment of the present invention, the warp insertion yarns are
(a) A carbon fiber strand of PAN-based carbon fiber having 24,000 or less carbon fiber filaments and a fineness of 16,000 dtex or less, or
(b) A carbon fiber strand of pitch-based carbon fiber having 12,000 or less carbon fiber filaments and a fineness of 6,000 dtex or less.
上記本発明にて他の実施態様によると、前記横挿入糸は、繊度が10~600dtexであり、2~4本引き揃えて使用されており、合計繊度が700~2500dtexとされる。According to another embodiment of the present invention, the weft insertion yarn has a fineness of 10 to 600 dtex, and is used in a state where 2 to 4 yarns are paralleled together, so that the total fineness is 700 to 2500 dtex.
また、第4の本発明によると、鎖編糸が縦方向に連続し、鎖編目を形成しながら編成されて作製された複数の縦方向の編み組織と、鎖編目に沿って縦方向に1針挿入された縦挿入糸と、前記縦方向の編み組織に対して横方向に挿入し、互いに隣接した前記編み組織を結束する横挿入糸と、により形成されたメッシュ状編み構造体を有し、
前記メッシュ状編み構造体における前記編み組織と前記縦、横挿入糸とにのみ樹脂を含浸したメッシュ状の繊維強化複合材成形用材料が提供される。
According to the fourth aspect of the present invention, there is provided a mesh-like knitted structure formed by a plurality of vertical knitting structures produced by knitting a chain stitch yarn continuously in the vertical direction while forming chain stitches, a vertical insertion yarn inserted vertically along one needle along the chain stitches, and a horizontal insertion yarn inserted horizontally into the vertical knitting structures and binding adjacent knitting structures together,
A mesh-shaped fiber-reinforced composite molding material is provided in which only the knitting structure and the warp and weft insertion yarns in the mesh-shaped knitted structure are impregnated with resin.
また、第5の本発明によると、上記メッシュ状繊維強化複合材成形用材料を賦形したメッシュ状繊維強化複合材成形体が提供される。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a mesh-shaped fiber-reinforced composite molding obtained by shaping the above-mentioned mesh-shaped fiber-reinforced composite molding material.
本発明のメッシュ状繊維強化複合材は、伸縮性及びドレープ性に優れ、曲面を有する形状への成形性において優れている。しかも、通気性に優れており蒸れを防止することができ、軽量で且つ十分な強度を有しており、しかも、剛性が大となり、耐衝撃性も向上する。特に、帽子、各種プロテクタ、義肢(義足、義手)などの内装材(インナー)、或いは、外装材(フレーム)などの基本構造を構成する部材として最適である。また、本発明のメッシュ状繊維強化複合材は、本発明のメッシュ状繊維強化複合材成形用材料にて好適に作製され、また、斯かるメッシュ状繊維強化複合材成形用材料を賦形して所望の形状のメッシュ状繊維強化複合材成形体を好適に作製することができる。 The mesh-like fiber-reinforced composite material of the present invention has excellent stretchability and drapeability, and is easily moldable into curved shapes. Furthermore, it has excellent breathability, preventing stuffiness, is lightweight, and has sufficient strength. It also has high rigidity and improved impact resistance. It is particularly suitable as a component constituting the basic structure of interior materials (innerwear) for hats, various protectors, and prosthetic limbs (artificial legs and artificial hands), or exterior materials (frames). Furthermore, the mesh-like fiber-reinforced composite material of the present invention can be suitably produced using the mesh-like fiber-reinforced composite molding material of the present invention. Furthermore, this mesh-like fiber-reinforced composite molding material can be suitably shaped to produce a mesh-like fiber-reinforced composite molded product of a desired shape.
以下、本発明に係るメッシュ状繊維強化複合材、メッシュ状繊維強化複合材成形用材料及びメッシュ状繊維強化複合材成形体を図面に則して更に詳しく説明する。 The mesh-like fiber-reinforced composite material , the material for molding the mesh-like fiber-reinforced composite material, and the mesh-like fiber-reinforced composite molded article according to the present invention will be described in more detail below with reference to the drawings.
なお、本明細書における「硬化」とは、熱硬化性樹脂が3次元網状構造を形成することによる硬化だけでなく、熱可塑性樹脂が流動状態から固化することも含む。In this specification, "hardening" includes not only hardening of a thermosetting resin by forming a three-dimensional network structure, but also solidification of a thermoplastic resin from a fluid state.
実施例1
図1、図2(a)、(b)、図3を参照して、本発明に係るメッシュ状繊維強化複合材10の一実施例を説明する。図1は、本発明にて使用される、シート状強化繊維編物、特に、シート状強化繊維経編物とされるメッシュ状編み構造体、即ち、メッシュ状繊維シート1を説明するための部分拡大編構造図であり、図2(a)は、部分拡大模式図である。図2(b)は、図2(a)の線A-Aに取った断面模式図であり、メッシュ状編み構造体に対する樹脂含浸状態を説明するための図である。図3は、本発明にて使用されるメッシュ状編み構造体1の組織図である。
Example 1
An embodiment of a mesh-like fiber-reinforced composite material 10 according to the present invention will be described with reference to Figures 1, 2(a), 2(b), and 3. Figure 1 is a partially enlarged knitted structure diagram illustrating a mesh-like knitted structure, i.e., a mesh-like fiber sheet 1, which is a sheet-like reinforcing fiber knitted fabric, particularly a sheet-like reinforcing fiber warp knitted fabric, used in the present invention, and Figure 2(a) is a partially enlarged schematic diagram. Figure 2(b) is a cross-sectional schematic diagram taken along line A-A in Figure 2(a), illustrating the resin impregnation state of the mesh-like knitted structure. Figure 3 is a structure diagram of the mesh-like knitted structure 1 used in the present invention.
本発明に係るメッシュ状繊維強化複合材10は、図1に示すメッシュ状編み構造体1の各構成糸に、図2(b)に示すように、樹脂Rを含浸して硬化したメッシュ状の繊維強化複合材(FRP)である。このメッシュ状繊維強化複合材10は、例えば、図20(a)、(b)に示すような帽子、その他の、各種プロテクタ、義肢(義足、義手)などの内装材(インナー)、或いは、外装材(フレーム)などの基本構造を構成するために湾曲した曲面とされる領域を少なくとも有した所定の形状(単に「曲面を有する形状」又は「所定形状」という場合もある。)に賦形された成形物とされる。The mesh-shaped fiber reinforced composite material 10 according to the present invention is a mesh-shaped fiber reinforced composite material (FRP) obtained by impregnating and hardening each of the constituent yarns of the mesh-shaped knitted structure 1 shown in Fig. 1 with a resin R, as shown in Fig. 2(b). This mesh-shaped fiber reinforced composite material 10 is a molded product shaped into a predetermined shape (sometimes simply referred to as a "shape having a curved surface" or a "predetermined shape") having at least a curved surface region to form the basic structure of, for example, a hat as shown in Figs. 20(a) and 20(b), various protectors, interior materials (innerwear) for prosthetic limbs (prosthetic legs, prosthetic hands), or exterior materials (frames).
更に説明すると、本発明にて使用されるメッシュ状編み構造体1は、図1に示すように、鎖編糸2(2a、2b)がループ状に縦方向に連続し、編地の表裏を交互に鎖編目2A、即ち、表側鎖編目2Aaと裏側鎖編目2Abのダブルの鎖編目2A(2Aa、2Ab)を形成しながら編成されて作製された複数の編み組織20、即ち、表側編み組織20aと裏側編み組織20bのダブルの縦方向の編み組織20(20a、20b)と、編み組織20(20a、20b)の表側編み組織20aと裏側編み組織20b内に1針挿入された縦挿入糸5と、縦方向の編み組織20に対して横方向に挿入し、互いに隣接した編み組織20を結束する横挿入糸3と、によりシート状に形成されることを特徴とする。また、少なくとも縦挿入糸5は、強化繊維として炭素繊維からなる炭素繊維ストランドが使用される。鎖編糸2及び横挿入糸3は、強化繊維として縦挿入糸5と同様に炭素繊維からなる炭素繊維ストランドとすることもできるが、他の強化繊維を使用することもできる。これら強化繊維については、後で詳述する。なお、メッシュ状編み構造体1はシート状でも良く、ウェブ状もしくはリボン状に形成しても良い。 1, the mesh-like knitted structure 1 used in the present invention is characterized in that it is formed into a sheet shape by a plurality of knitted structures 20 (20a, 20b), i.e., double vertical knitted structures 20 (20a, 20b) of a front side knitted structure 20a and a back side knitted structure 20b, which are produced by knitting chain stitch yarns 2 (2a, 2b) in a loop shape continuously in the vertical direction and alternately forming chain stitches 2A on the front side and back side of the knitted fabric, i.e., double chain stitches 2A (2Aa, 2Ab) of a front side chain stitch 2Aa and a back side chain stitch 2Ab, a warp insertion yarn 5 inserted into one needle in the front side knitted structure 20a and the back side knitted structure 20b of the knitted structures 20 (20a, 20b), and a weft insertion yarn 3 inserted laterally in the vertical knitted structures 20 and binding adjacent knitted structures 20. Furthermore, at least the warp insertion yarns 5 use carbon fiber strands made of carbon fiber as reinforcing fibers. The chain stitch yarns 2 and the weft insert yarns 3 can be carbon fiber strands made of carbon fiber as the reinforcing fiber, like the warp insert yarns 5, but other reinforcing fibers can also be used. These reinforcing fibers will be described in detail later. The mesh-like knitted structure 1 can be formed in a sheet, web, or ribbon shape.
メッシュ状編み構造体1は、所定形状に賦形後に又は、賦形前において、図2(a)、(b)を参照して上述したように、メッシュ状編み構造体1における鎖編糸2(2a、2b)から成る編み組織20(20a、20b)と、縦挿入糸5と、横挿入糸3と、にのみ樹脂Rが含浸される。つまり、詳しくは後述するが、メッシュ状編み構造体1は、所定形状に賦形し、その後、メッシュ状編み構造体1における鎖編糸2(2a、2b)から成る編み組織20(20a、20b)と、縦、横挿入糸5、3と、にのみ樹脂Rを含浸して硬化して、所定形状のメッシュ状の繊維強化複合材10とされるか、又は、メッシュ状編み構造体1は、先ず、編み組織20(20a、20b)と、縦、横挿入糸5、3と、にのみ樹脂Rを含浸して硬化し、その後、加熱成形して所定形状に賦形されたメッシュ状の繊維強化複合材10とされる。After or before the mesh-like knitted structure 1 is shaped into a predetermined shape, as described above with reference to Figures 2(a) and (b), resin R is impregnated only into the knitting structure 20 (20a, 20b) consisting of chain stitch yarns 2 (2a, 2b) in the mesh-like knitted structure 1, the vertical insertion yarns 5, and the horizontal insertion yarns 3. That is, as will be described in detail later, the mesh-like knitted structure 1 is formed into a predetermined shape, and then only the knitting structure 20 (20a, 20b) consisting of the chain knitting yarns 2 (2a, 2b) in the mesh-like knitted structure 1 and the warp and weft inserted yarns 5, 3 are impregnated with resin R and hardened to form a mesh-like fiber reinforced composite material 10 of a predetermined shape; alternatively, the mesh-like knitted structure 1 is first impregnated with resin R only the knitting structure 20 (20a, 20b) and the warp and weft inserted yarns 5, 3 and hardened, and then heated and molded to form a mesh-like fiber reinforced composite material 10 formed into a predetermined shape.
本発明に係るメッシュ状の繊維強化複合材10は、メッシュ状編み構造体1が編物でありループが3次元にわたっているため、布帛(メッシュ状編み構造体1)及びその成形物(メッシュ状の繊維強化複合材10)には、織物を使用して成形されたFRP材では得られない厚みがあり、その厚みにより成形物(FRP)の剛性が得られるという特長を有している。一方、織物は強化繊維が扁平となり易く、また成形後もその成形圧力により繊維が扁平に広がってしまい成形物の厚みが薄くなってしまい、結果的に剛性が出ない。In the mesh-like fiber reinforced composite material 10 according to the present invention, the mesh-like knitted structure 1 is a knitted fabric with loops extending three-dimensionally, so the fabric (mesh-like knitted structure 1) and its molded product (mesh-like fiber reinforced composite material 10) have a thickness that cannot be obtained with FRP materials molded using woven fabrics, and this thickness provides the rigidity of the molded product (FRP). On the other hand, in woven fabrics, the reinforcing fibers tend to flatten, and even after molding, the molding pressure causes the fibers to spread flat, resulting in a thin molded product and a lack of rigidity.
一般に、編物基材における鎖編糸は編地内で最も安定した曲線状で存在するために繊維強化複合材にしても高い強度特性は期待できないが、本発明においては、例えば、半球形状に賦形する際、強化繊維である各鎖編糸は賦形に伴って半球状の頂点から放射線状(引き延ばし方向)に向けて引き延ばされた状態で、硬化させているので、特に頂点からの圧縮に対しては高強度を発揮し、曲率を持った成形品などに最適である。Generally, chain stitch yarns in a knitted fabric base material exist in the most stable curved shape within the knitted fabric, so high strength characteristics cannot be expected even when they are used as a fiber-reinforced composite material. However, in the present invention, for example, when shaping into a hemispherical shape, each chain stitch yarn, which is a reinforcing fiber, is hardened in a state in which it is stretched radially (in the stretching direction) from the apex of the hemisphere as it is shaped. Therefore, it exhibits high strength, especially against compression from the apex, and is ideal for molded products with curvature.
特に、本発明に係るメッシュ状の繊維強化複合材10においては、メッシュ状編み構造体1は、鎖編糸2(2a、2b)がループ状に縦方向に連続して表側鎖編目2Aaと裏側鎖編目2Abのダブルの鎖編目2A(2Aa、2Ab)を形成しながら編成されて作製された複数の表側編み組織20aと裏側編み組織20bのダブルの縦方向の編み組織20(20a、20b)を有しており、且つ、編み組織20(20a、20b)の表側編み組織20aと裏側編み組織20b内に直線的に1針縦挿入糸5が挿入され、しかも、この1針縦挿入糸5は炭素繊維からなる炭素繊維ストランドとされる。In particular, in the mesh-like fiber reinforced composite material 10 according to the present invention, the mesh-like knitted structure 1 has a plurality of double vertical knitted structures 20 (20a, 20b) of front side knitted structures 20a and back side knitted structures 20b, which are produced by knitting chain stitch yarns 2 (2a, 2b) in a continuous loop shape in the vertical direction to form double chain stitches 2A (2Aa, 2Ab) of front side chain stitches 2Aa and back side chain stitches 2Ab, and a single-needle vertical insertion yarn 5 is linearly inserted into the front side knitted structure 20a and the back side knitted structure 20b of the knitted structures 20 (20a, 20b), and this single-needle vertical insertion yarn 5 is a carbon fiber strand made of carbon fiber.
このように、本発明にて使用されるメッシュ状編み構造体1は、炭素繊維ストランドが1針振り縦挿入糸5として挿入されているので、図21(a)、(b)に示す従来のメッシュ状編み構造体1Aに比較すると、縦方向の強度、弾性率が増大し、強度、耐衝撃性の向上を図ることができる。更に、本発明にて使用されるメッシュ状編み構造体1は、編地の両面に作製された表側編み組織20aと裏側編み組織20bから成る縦方向の編み組織20(20a、20b)と、この縦方向編み組織20(20a、20b)を結束する横挿入糸3とが、1針振り縦挿入糸5である炭素繊維糸のクッション材となって耐衝撃性を向上させる。 21(a) and 21(b) , the mesh-like knitted structure 1 used in the present invention has carbon fiber strands inserted as one-needle warp insertion yarns 5, and therefore has increased longitudinal strength and elastic modulus, thereby improving strength and impact resistance. Furthermore, the mesh-like knitted structure 1 used in the present invention has longitudinal knitted structures 20 (20a, 20b) consisting of a front side knitted structure 20a and a back side knitted structure 20b made on both sides of the knitted fabric, and the weft insertion yarns 3 binding these longitudinal knitted structures 20 (20a, 20b) together act as cushioning materials for the carbon fiber yarns that are one-needle warp insertion yarns 5, improving impact resistance.
本発明に従って構成されるメッシュ状の繊維強化複合材10は、メッシュ状編み構造体1における1針振り縦挿入糸5によって、更には、詳しくは後述するが、横挿入糸3の太繊度化によって、伸縮性が抑制されることがあるが、メッシュ状編み構造体1がせん断変形容易なメッシュ構造とされることから、例えば、半球状などの立体形状への賦形は容易であり、問題はない。The mesh-like fiber-reinforced composite material 10 constructed according to the present invention may have its elasticity restricted by the single-needle vertically inserted yarn 5 in the mesh-like knitted structure 1, and further by the thickening of the horizontally inserted yarn 3, as will be described in more detail below. However, because the mesh-like knitted structure 1 has a mesh structure that is easily shear deformable, it can be easily shaped into a three-dimensional shape, such as a hemisphere, and this does not pose a problem.
本発明にて使用されるメッシュ状編み構造体は、ピクチャーフレーム法によるピクチャーフレーム治具を用いたドレープ性の評価において、編み目の縦方向、横方向に対して45°の方向に50mmの変位を与えたときに測定される荷重が100N以下であることが好ましく、50N以下であることがより好ましい。測定される荷重が小さいほど、小さな力でメッシュ状編み構造体が大きく変形することができるため、半球状などの立体形状への賦形が容易となる。 In the evaluation of drapeability using a picture frame jig according to the picture frame method, the mesh-like knitted structure used in the present invention preferably exhibits a load of 100 N or less, more preferably 50 N or less, measured when a displacement of 50 mm is applied in a direction at an angle of 45° to the longitudinal and transverse directions of the stitches. The smaller the measured load, the greater the deformation of the mesh-like knitted structure can be with a smaller force, making it easier to form it into a three-dimensional shape such as a hemisphere.
なお、ピクチャーフレーム治具を用いたドレープ性の評価とは、図24(a)に示すように、各辺の支点(可動軸301a~301d)間距離が285mmであり、4隅が可動する正方形の金属製の治具300に、図24(b)に示す形状にカットしたメッシュ状編み構造体(試験片1T)を固定し、対角線(45°)方向から万能試験機によりクロスヘッドスピードを300mm/minにて50mmの変位を引張方向で与えた際に測定される荷重を測定することにより行っており、測定される荷重が小さいほど、編み構造体の変形が容易であることを示す。The evaluation of drapeability using a picture frame jig was carried out by fixing a mesh-like knitted structure (test piece 1T) cut into the shape shown in Figure 24(b) to a square metal jig 300 in which the distance between the fulcrums of each side (movable axes 301a to 301d) was 285 mm and the four corners were movable, as shown in Figure 24(a), and measuring the load measured when a displacement of 50 mm was applied in the tensile direction from the diagonal (45°) direction using a universal testing machine at a crosshead speed of 300 mm/min. The smaller the measured load, the easier the knitted structure was to deform.
次に、本発明のメッシュ状繊維強化複合材10を構成するメッシュ状編み構造体1について更に説明する。Next, the mesh-like knitted structure 1 constituting the mesh-like fiber-reinforced composite material 10 of the present invention will be further described.
(メッシュ状編み構造体)
本実施例にて、メッシュ状編み構造体1は、編み組織20(20a、20b)、即ち、鎖編糸2(2a、2b)、横挿入糸3、及び1針縦挿入糸5にて作製されるが、少なくとも1針縦挿入糸5は、強化繊維として炭素繊維からなる炭素繊維束(炭素繊維ストランド)が使用される。鎖編糸2(2a、2b)及び横挿入糸3もまた炭素繊維束(炭素繊維ストランド)を使用することができるが、本実施例では、他の強化繊維が使用される。これら鎖編糸2(2a、2b)及び縦、横挿入糸5、3が使用し得る強化繊維については、後で詳述する。 (Mesh-like knitted structure)
In this embodiment, the mesh-like knitted structure 1 is made of a knitting pattern 20 (20a, 20b), i.e., chain stitch yarns 2 (2a, 2b), weft insert yarns 3, and one needle warp insert yarn 5, and at least one needle warp insert yarn 5 uses a carbon fiber bundle (carbon fiber strand) made of carbon fiber as the reinforcing fiber. The chain stitch yarns 2 (2a, 2b) and the weft insert yarn 3 can also use carbon fiber bundles (carbon fiber strands), but in this embodiment, other reinforcing fibers are used. The reinforcing fibers that can be used for these chain stitch yarns 2 (2a, 2b) and the warp and weft insert yarns 5, 3 will be described in detail later.
本実施例によると、メッシュ状編み構造体1は、鎖編糸2(2a、2b)を縦方向(繊維シートの長さ方向)に連続したループを形成しながら並行に多数本配列して形成した、ダブルの編み組織20(20a、20b)を有し、この編み組織20(20a、20b)に、3針振り横挿入糸3が編み込まれている。図1に示す本実施例では、2本の引き揃えられた3針横挿入糸3が、編み組織20(20a、20b)の3本毎に、毎コース交錯して方向が反転し(1コース毎にガイドを3針分振って)、経編地が形成されている。According to this embodiment, the mesh-like knitted structure 1 has a double knitted structure 20 (20a, 20b) formed by arranging a large number of chain stitch yarns 2 (2a, 2b) in parallel while forming continuous loops in the vertical direction (the length direction of the fiber sheet), and a three-needle swing weft insertion yarn 3 is knitted into this knitted structure 20 (20a, 20b). In this embodiment shown in Figure 1, two parallel three-needle swing weft insertion yarns 3 cross every three yarns in the knitted structure 20 (20a, 20b) every course and reverse direction (the guide is swung by three needles every course), thereby forming a warp knitted fabric.
本発明にて使用されるメッシュ状編み構造体1は、上記実施例に限定されるものではない。3針横挿入糸3は、引き揃え本数は、2本とは限定されず、4本、或いは、その他の本数を引き揃えて使用することができる。The mesh-like knitted structure 1 used in the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment. The number of three-needle weft insertion yarns 3 is not limited to two, and four or other numbers of yarns may be used in a parallel arrangement.
また、図1に示す上記実施例では、横挿入糸3は編み組織20(20a、20b)の3本毎に、毎コース、交錯して方向が反転し(毎コース3針挿入)、経編地が形成されているが、その他の構成とすることもできる。すなわち、図4に示す実施例では、横挿入糸3は編み組織20(20a、20b)の4本毎に、毎コース、交錯して方向が反転し(毎コース4針挿入)、図5に示す実施例では、挿入糸は編み組織20(20a、20b)の2本毎に、3コース毎に、交錯して方向が反転し(3コース毎の2針挿入)、図6に示す実施例では、横挿入糸3は編み組織20(20a、20b)の2本毎に、4コース、2コース毎交互に、交錯して方向が反転し(4コース、2コース毎の2針挿入)、経編地が形成されている。In the embodiment shown in Fig. 1, the weft insert yarn 3 crosses every third knitted structure 20 (20a, 20b) in every course, reversing its direction (three needles inserted in every course) to form a warp knitted fabric, but other configurations are also possible. That is, in the embodiment shown in Fig. 4, the weft insert yarn 3 crosses every fourth knitted structure 20 (20a, 20b) in every course, reversing its direction (four needles inserted in every course), in the embodiment shown in Fig. 5, the insert yarn crosses every second knitted structure 20 (20a, 20b) in every third course, reversing its direction (two needles inserted in every three courses), and in the embodiment shown in Fig. 6, the weft insert yarn 3 crosses every second knitted structure 20 (20a, 20b) in every fourth course, alternating every two courses, reversing its direction (two needles inserted in every two courses, four courses) to form a warp knitted fabric.
本実施例にて、シート状とされるメッシュ状編み構造体(シート材)1では、鎖編糸2(2a、2b)がループを形成し、また横挿入糸3がループに編みこまれて一体化されているので、例えばシート材の長さ方向に引っ張ると、ループが伸び、また、これにつれて横挿入糸3の配列角も変わるので、シート材が簡単に伸びて伸縮性に富み、かつドレープ性にも富んでいる。このドレープ性は複雑曲面への賦形性を大きく支配する。メッシュ状編み構造体1はこのように伸縮性やドレープ性に優れるので、複雑曲面にも賦形可能である。In this embodiment, in the sheet-like mesh knitted structure (sheet material) 1, the chain stitch yarns 2 (2a, 2b) form loops, and the weft insertion yarns 3 are knitted into the loops and integrated. Therefore, when the sheet material is pulled in the length direction, for example, the loops stretch, and the arrangement angle of the weft insertion yarns 3 also changes accordingly, so the sheet material stretches easily and is highly stretchable and drapeable. This drapeability greatly determines the ability to form complex curved surfaces. Because the mesh knitted structure 1 has such excellent stretchability and drapeability, it can be formed into complex curved surfaces.
また、メッシュ状編み構造体1は、鎖編糸2(2a、2b)がループを形成し、また横挿入糸3も折り返し形態にて幅方向に配列し、全体として多方向に繊維配列しているので、複合材(FRP)10にしたときには、一方向材や織物などの形態のように極端な異方性を示さない。従って、例えば、複数枚のメッシュ状編み構造体1を積層して使用する場合においては、繊維軸が異なるように一枚一枚賦形しながら積層しなくとも、多数枚同方向に積層しても疑似等方性の特性が得られ、成形作業も極めて簡単になる。Furthermore, in the mesh-like knitted structure 1, the chain stitch yarns 2 (2a, 2b) form loops, and the weft insertion yarns 3 are also arranged in a folded form in the width direction, resulting in a multidirectional fiber arrangement overall, so that when made into a composite material (FRP) 10, it does not exhibit extreme anisotropy as in the forms of unidirectional materials or woven fabrics. Therefore, for example, when a plurality of mesh-like knitted structures 1 are stacked and used, pseudo-isotropic properties can be obtained even when multiple sheets are stacked in the same direction, without having to shape each sheet individually so that the fiber axes are different, and the molding process is extremely simplified.
本実施例にて、メッシュ状編み構造体1は、タブルラッセル編地とされ、ダブルの編み組織20(20a、20b)に鎖編糸2(2a、2b)が縦方向にループを形成し、また横挿入糸3がループに編み込まれて一体化されているので形態が安定し、積層作業時に繊維配向が乱れるようなことはなく好ましいが、これに限定されるものではない。シングルラッセル編地でも良く、また、編組織において、鎖編変化組織やデンビー組織、或いは、鎖編組織とデンビー組織の組み合わせなど多数存在する。これらは使用用途や使用形態によって適宜設計されると良い。In this embodiment, the mesh-like knitted structure 1 is a double Russell knitted fabric, in which chain stitch yarns 2 (2a, 2b) form vertical loops in a double knitted structure 20 (20a, 20b), and weft insertion yarns 3 are knitted into the loops and integrated, so the shape is stable and the fiber orientation is not disturbed during the layering process, which is preferable, but not limited to this. A single Russell knitted fabric is also acceptable, and there are many knitted structures, such as a chain stitch variation structure, a Denbigh structure, or a combination of a chain stitch structure and a Denbigh structure. These can be designed appropriately depending on the intended use and usage pattern.
ここで、編み組織20(20a、20b)の表側編み組織20aと裏側編み組織20b内に直線的に挿入される1針縦挿入糸5について説明する。縦挿入糸5としては、柔軟性を有した連続炭素繊維ストランドが使用される。炭素繊維ストランド5は、一方向に並列に引き揃えられている多数の連続した炭素繊維を集束して炭素繊維束を形成し、この繊維束にて炭素繊維ストランド5が形成される。Here, we will explain the one-needle warp insertion yarn 5 that is linearly inserted into the front knitted structure 20a and the back knitted structure 20b of the knitted structure 20 (20a, 20b). A flexible continuous carbon fiber strand is used as the warp insertion yarn 5. The carbon fiber strand 5 is formed by bundling a large number of continuous carbon fibers that are drawn parallel to one direction, and this fiber bundle forms the carbon fiber strand 5.
本実施例にて使用される炭素繊維は、ポリアクリロニトリルの繊維束を酸素雰囲気中で加熱することによって酸化・耐炎化処理し、これを高温の不活性ガス中に緊張状態で炭化処理することによって製造された、所調、PAN系炭素繊維とされる。従って、処理条件によっても異なるが、引張強度が3~10GPa、引張弾性率が200~600GPaの高強度でかつ高弾性率の高性能の炭素繊維となり、バラツキの少ない均一な特性となる。The carbon fiber used in this example is a PAN-based carbon fiber manufactured by heating a polyacrylonitrile fiber bundle in an oxygen atmosphere to oxidize and flame-retard the fiber bundle, and then carbonizing the resulting fiber bundle under tension in a high-temperature inert gas atmosphere. Therefore, although it depends on the processing conditions, the resulting carbon fiber has high strength and high elastic modulus, with a tensile strength of 3 to 10 GPa and a tensile modulus of 200 to 600 GPa, and exhibits uniform characteristics with little variation.
本実施例にて使用する連続炭素繊維ストランド5のフィラメント数や繊度は、24000本以下、16000dtex以下とされ、例えば18000本、12000dtex程度でもよいが、あまり炭素繊維ストランドが太いと鎖編糸2と挿入糸3の交差している箇所が厚くなり、一方、編み組織20の中には炭素繊維が存在しない空隙部もあるので、凹凸の大きなFRPとなる。従って、好ましくはフィラメント数が12000本以下(例えば、3000~12000本の範囲)でかつ炭素繊維ストランド5の繊度が8000dtex以下(例えば、2000~8000dtexの範囲)が好ましい。The number of filaments and the fineness of the continuous carbon fiber strands 5 used in this embodiment are 24,000 or less and 16,000 dtex or less, and may be, for example, about 18,000 or 12,000 dtex, but if the carbon fiber strands are too thick, the intersections of the chain stitch yarns 2 and the inserting yarns 3 will be thick, and there will also be voids in the knitted structure 20 where no carbon fibers are present, resulting in an FRP with large irregularities. Therefore, it is preferable that the number of filaments is 12,000 or less (for example, in the range of 3,000 to 12,000) and the fineness of the carbon fiber strands 5 is 8,000 dtex or less (for example, in the range of 2,000 to 8,000 dtex).
尚、上記説明では炭素繊維としてPAN系炭素繊維を使用したが、PAN系炭素繊維の代わりに全部を、或いは、一部をピッチ系炭素繊維にて置き換えることもできる。ピッチ系炭素繊維を使用した場合には、炭素繊維ストランドは、炭素繊維フィラメトン数が12000本以下、好ましくは、3000~6000本、炭素繊維ストランドの繊度が6000dtex以下、好ましくは、1000~4000dtexであることが好ましい。炭素繊維フィラメント数が6000本を超え、繊度が6000dtexを超えると、上述と同様に、炭素繊維ストランドが太くなり、炭素繊維ストランドの強度も大となり、メッシュ状編み構造体1自体の製造が困難となるだけでなく、鎖編糸2と縦、横挿入糸5、3とが交差している箇所が厚くなり、樹脂含浸後において凹凸の大きな複合材10となり、また、ドレープ性及び伸縮性を高性能に維持するのが困難となる。In the above description, PAN-based carbon fibers are used as the carbon fibers, but the PAN-based carbon fibers can be replaced in whole or in part with pitch-based carbon fibers. When pitch-based carbon fibers are used, the carbon fiber strands preferably have a carbon fiber filament count of 12,000 or less, preferably 3,000 to 6,000, and a fineness of 6,000 dtex or less, preferably 1,000 to 4,000 dtex. If the number of carbon fiber filaments exceeds 6,000 and the fineness exceeds 6,000 dtex, as described above, the carbon fiber strands become thicker and stronger, making it difficult to manufacture the mesh-like knitted structure 1 itself. This not only makes the intersections between the chain stitch yarn 2 and the warp and weft insertion yarns 5 and 3 thicker, but also results in a composite material 10 with large irregularities after resin impregnation, making it difficult to maintain high drapeability and stretchability.
上記説明では、メッシュ状編み構造体1は、鎖編糸2及び横挿入糸3も又、縦挿入糸と同様に、炭素繊維ストランドにて作製された糸条を使用することができるとして説明したが、メッシュ状編み構造体1を全て炭素繊維製とする必要はなく、即ち、メッシュ状編み構造体1を構成する鎖編糸2及び横挿入糸3の全てを炭素繊維ストランドにて作製する必要はなく、メッシュ状繊維強化複合材に要求される性状、即ち、強度、重量などによっては、鎖編糸2及び横挿入糸3のいずれかを、或いは複数使用する鎖編糸2及び横挿入糸3の中の一部を、他の繊維に置き換えることができる。つまり、換言すれば、本発明では少なくとも縦挿入糸5が炭素繊椎からなる炭素繊維ストランドとされ、残りの糸、つまり、鎖編糸2及び横挿入糸3は炭素繊維以外の繊維にて作製した糸条を使用することができる。In the above explanation, it has been explained that the mesh-like knitted structure 1 can use yarns made of carbon fiber strands for the chain stitch yarns 2 and the weft insert yarns 3 as well as the warp insert yarns, but it is not necessary for the entire mesh-like knitted structure 1 to be made of carbon fiber, that is, it is not necessary for all of the chain stitch yarns 2 and the weft insert yarns 3 constituting the mesh-like knitted structure 1 to be made of carbon fiber strands, and depending on the properties required of the mesh-like fiber reinforced composite material, i.e., strength, weight, etc., one of the chain stitch yarns 2 and the weft insert yarns 3, or some of the chain stitch yarns 2 and the weft insert yarns 3, which are used in combination, can be replaced with other fibers. In other words, in the present invention, at least the warp insert yarns 5 are carbon fiber strands made of carbon fiber, and the remaining yarns, i.e., the chain stitch yarns 2 and the weft insert yarns 3, can be made of fibers other than carbon fiber.
本実施例にて、鎖編糸2及び横挿入糸3に使用する炭素繊維以外の繊維としては、例えば、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリアクリロニトリル系、ポリビニルアルコール系、ポリオレフィン系の繊維、アラミド繊維などの有機繊維;チタン繊維、スチール繊維などの金属繊維;ガラス繊維などの無機繊維;を単独で、又は、複数種混入して作製される糸が使用される。斯かる繊維にて作製された鎖編糸2は、通常、繊度が10~600dtex、好ましくは、30~300dtexとされる。繊度が600dtexを越えると糸が太くなり、鎖編糸2と縦、横挿入糸5、3が交差している箇所が厚くなり、樹脂含浸後において凹凸の大きな複合材となる。また、ドレープ性及び伸縮性を高性能に維持するのが困難となる。また、横挿入糸3は、通常、繊度が10~600dtexとされ、通常、2~4本を引き揃えて使用し、使用する横挿入糸3の合計繊度の範囲は、700~2500dtexとされる。横挿入糸3を、例えば500dtex×2本(合計繊度1000dtex)~500dtex×4本(合計繊度2000dtex)と太繊度とすることにより、鎖編糸2と縦、横挿入糸5、3が交差している箇所を厚くすることなく、樹脂含浸後において耐衝撃性が向上した複合材を得ることができる。In this embodiment, fibers other than carbon fiber used for the chain stitch yarn 2 and the weft insert yarn 3 include, for example, organic fibers such as polyester, polyamide, polyacrylonitrile, polyvinyl alcohol, and polyolefin fibers, and aramid fibers; metal fibers such as titanium fibers and steel fibers; and inorganic fibers such as glass fibers; either alone or in combination. The chain stitch yarn 2 made from such fibers typically has a fineness of 10 to 600 dtex, preferably 30 to 300 dtex. If the fineness exceeds 600 dtex, the yarn becomes thicker, and the areas where the chain stitch yarn 2 intersects with the warp and weft insert yarns 5 and 3 become thicker, resulting in a composite material with significant irregularities after resin impregnation. It also becomes difficult to maintain high drapeability and stretchability. The weft insert yarns 3 typically have a fineness of 10 to 600 dtex, and are typically used in pairs of 2 to 4, with the total fineness of the weft insert yarns 3 being in the range of 700 to 2500 dtex. By using a thicker weft insert yarn 3, for example, 500 dtex x 2 (total fineness 1000 dtex) to 500 dtex x 4 (total fineness 2000 dtex), it is possible to obtain a composite with improved impact resistance after resin impregnation, without increasing the thickness of the areas where the chain stitch yarn 2 and the warp and weft insert yarns 5, 3 intersect.
また、本実施例におけるメッシュ状編み構造体1の1平方メートル当たりの強化繊維目付けは100~700gであることが好ましい。FRP成形物であるメッシュ状繊維強化複合材10に表面平滑性が求められる場合には、細い強化繊維糸を使用して100~300g/m2、メッシュ状繊維強化複合材10に機械的特性が求められたり、厚みのあるメッシュ状繊維強化複合材10を求められたりする場合には、太い強化繊維糸を使用して300~700g/m2の目付けとすることが好ましい。また、目付けが100g/m2以下であると、鎖編目2Aの大きな編物(メッシュ状編み構造体1)となり空隙部Gが多くなりメッシュ状繊維強化複合材10の凹凸が大きくなり、700g/m2以上になると、鎖編糸2、2同士や縦、横挿入糸5、3との交錯によって炭素繊維ストランドの屈曲(クリンプ)が大きくなり、応力集中よってメッシュ状繊維強化複合材10の機械的特性を低下させるので好ましくない。 In this embodiment, the reinforcing fiber weight per square meter of the mesh-like knitted structure 1 is preferably 100 to 700 g. When surface smoothness is required for the mesh-like fiber reinforced composite material 10, which is an FRP molding, it is preferable to use thin reinforcing fiber yarns and have a weight of 100 to 300 g/m 2 , and when mechanical properties are required for the mesh-like fiber reinforced composite material 10 or when a thick mesh-like fiber reinforced composite material 10 is required, it is preferable to use thick reinforcing fiber yarns and have a weight of 300 to 700 g/m 2 . Furthermore, if the basis weight is 100 g/ m2 or less, the knitted fabric (mesh-like knitted structure 1) will have large chain stitches 2A, resulting in more voids G and greater unevenness in the mesh-like fiber reinforced composite material 10. If the basis weight is 700 g/ m2 or more, the bending (crimping) of the carbon fiber strands will increase due to the crossing of the chain stitch yarns 2, 2 with each other and with the vertical and horizontal insertion yarns 5, 3, and stress concentration will reduce the mechanical properties of the mesh-like fiber reinforced composite material 10, which is undesirable.
本実施例のメッシュ状編み構造体1を使用したメッシュ状繊維強化複合材10においては、衝撃力が加わると、先ず、縦挿入糸5が挿入された編み組織20(20a、20b)の表側編み組織20aと裏側編み組織20bにより衝撃エネルギーを吸収しその衝撃力が緩和され、図22、図23を参照して説明した上述の特許文献4(特許第4463657号公報)に記載する繊維シート1Bを使用した複合材のように、真直ぐ配列した一方向材とされる炭素繊維50に大きな負荷はかからず、炭素繊維が破壊に至るのを抑制し、耐衝撃性に強いFRP成形物となる。In the mesh-like fiber-reinforced composite material 10 using the mesh-like knitted structure 1 of this embodiment, when an impact force is applied, the impact energy is first absorbed by the front knitted structure 20a and the back knitted structure 20b of the knitted structure 20 (20a, 20b) into which the vertical insertion yarns 5 are inserted, and the impact force is alleviated. As a result, unlike the composite material using the fiber sheet 1B described in Patent Document 4 (Japanese Patent No. 4,463,657) described above with reference to Figures 22 and 23, no large load is applied to the carbon fibers 50, which are made into a unidirectional material with straight alignment, and the carbon fibers are prevented from breaking, resulting in an FRP molded product with high impact resistance.
また、図21(a)、(b)に示す特許文献3(特許第6362454号公報)に記載するメッシュ状繊維強化複合材10Aに使用するメッシュ状編み構造体1Aは、上述のように、伸縮性及びドレープ性に優れ、曲面を有する形状への賦形性において優れているが、その反面、伸縮性があるために、樹脂含浸し硬化したメッシュ状繊維強化複合材では、即ち、FRP構造とした場合には、僅かな外力で樹脂から破壊するといった問題点がある。Furthermore, the mesh-like knitted structure 1A used in the mesh-like fiber-reinforced composite material 10A described in Patent Document 3 (Japanese Patent No. 6,362,454) shown in Figures 21(a) and (b) has excellent stretchability and drapeability, as described above, and is excellent in terms of formability into shapes having curved surfaces. However, because of its stretchability, when the mesh-like fiber-reinforced composite material is impregnated with resin and hardened, i.e., when it is made into an FRP structure, there is a problem in that it can be broken from the resin by a slight external force.
なお、本発明のメッシュ状繊維強化複合材10にてFRPの耐衝撃性をさらに向上させるには、樹脂部での衝撃吸収エネルギーを多くするため、破断伸度の大きな樹脂を用いることが好ましい。熱可塑性樹脂の場合は熱可塑性エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂及びポリエーテルエーテルケトン樹脂などが、また、熱硬化性樹脂の場合は常温硬化型或は熱硬化型のエポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、MMA樹脂、アクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂等の破断伸度が4%以上の高破断伸度樹脂が好ましい。In order to further improve the impact resistance of the FRP in the mesh-shaped fiber-reinforced composite material 10 of the present invention, it is preferable to use a resin with high breaking elongation so as to increase the impact energy absorbed in the resin portion. In the case of thermoplastic resins, thermoplastic epoxy resins, phenoxy resins, polycarbonate resins, polyester resins, polyurethane resins, polyamide resins, polyetherimide resins, and polyether ether ketone resins are preferred, and in the case of thermosetting resins, high breaking elongation resins with a breaking elongation of 4% or more, such as room temperature curing or thermosetting epoxy resins, vinyl ester resins, MMA resins, acrylic resins, unsaturated polyester resins, and phenolic resins are preferred.
なお、熱可塑性エポキシ樹脂とは、2官能エポキシ化合物と2官能フェノール性化合物とを、エポキシ環の開環を伴う付加重合により鎖延長して生成する熱可塑性を示す線状ポリマーであり、例えばビスフェノールA型エポキシ樹脂とビスフェノールAとを官能基の比率を1:1となるように配合し、リン系重合触媒存在下で現場重合させることにより得ることができる。The thermoplastic epoxy resin is a linear polymer exhibiting thermoplasticity, which is produced by chain extension of a bifunctional epoxy compound and a bifunctional phenolic compound through addition polymerization accompanied by ring-opening of the epoxy ring. For example, it can be obtained by blending bisphenol A epoxy resin and bisphenol A in a functional group ratio of 1:1, and polymerizing the mixture in situ in the presence of a phosphorus-based polymerization catalyst.
上記メッシュ状編み構造体1は、ラッセル編機を使用して、特に、特許文献2(特許第4822528号公報)に記載されるシート状炭素繊維編物の製造方法を採用して好適に作製することができ、更には、トリコット編機やクロチェット編機などを使用して、編成可能である。斯かる編物製造方法は、当業者には周知の方法であるので、更に詳しい説明は省略する。The mesh-like knitted structure 1 can be suitably produced using a Russell knitting machine, particularly by adopting the method for producing a sheet-like carbon fiber knitted fabric described in Patent Document 2 (Japanese Patent No. 4822528), and can also be knitted using a tricot knitting machine, a crochet knitting machine, etc. Such knitted fabric production methods are well known to those skilled in the art, and therefore further detailed explanations thereof will be omitted.
(開口率)
本発明にて、上記メッシュ状編み構造体1を使用して作製されるメッシュ状繊維強化複合材10の開口率は重要で、あり、詳しくは後述するように、開口率は20~60%、好ましくは、20~50%、更に好ましくは、30~50%とされる。 (Opening ratio)
In the present invention, the opening rate of the mesh-like fiber-reinforced composite material 10 produced using the mesh-like knitted structure 1 is important, and as will be described in detail later, the opening rate is set to 20 to 60%, preferably 20 to 50%, and more preferably 30 to 50%.
なお、本発明によれば、メッシュ状編み構造体1には、メッシュ状編み構造体1における、鎖編糸2にて形成される編み組織20と縦、横挿入糸5、3にのみ樹脂Rを含浸して硬化されるので、換言すれば、メッシュ状編み構造体1の空隙部Gには樹脂は充填されないので、メッシュ状繊維強化複合材10の開口率はメッシュ状編み構造体1の開口率と実質的に同じとされる。According to the present invention, the mesh-like knitted structure 1 is impregnated with resin R only into the knitted structure 20 formed by the chain stitch yarn 2 and the warp and weft insertion yarns 5, 3 in the mesh-like knitted structure 1, and then hardened.In other words, the resin is not filled into the voids G in the mesh-like knitted structure 1, so the opening rate of the mesh-like fiber-reinforced composite material 10 is substantially the same as the opening rate of the mesh-like knitted structure 1.
開口率とは、一般には、例えば、スクリーン印刷のメッシュ織物やパンチングメタルなどで用いられている平面での孔の開いている率を意味するものであり、同様に、本発明にて、メッシュ状編み構造体1の開口率とは、メッシュ状ュ編み構造体1の平面での孔の開いている率を意味する。メッシュ状編み構造体1を2次元スキャナーで、読み込み、繊維の有る部分と無い部分の比率で計算する。実際には、2次元スキャナーで読み込み、画像ソフトを用いて、空隙部分と繊維部分に切り分けて開口率を計算する。例えば、このような開口率は、キヤノン株式会社製の2次元スキャナー(商品名「CanoScan4400F」を使用して効率よく求めることができる。
開口率(%)={(空隙部分の面積)/(繊維部分の面積+空隙部分の面積)}×100 The open area ratio generally refers to the rate at which holes are formed on a plane, for example, in mesh fabrics used in screen printing or punched metal. Similarly, in the present invention, the open area ratio of the mesh knitted structure 1 refers to the rate at which holes are formed on a plane of the mesh knitted structure 1. The mesh knitted structure 1 is scanned with a two-dimensional scanner, and the ratio of the portions with and without fibers is calculated. In practice, the mesh knitted structure 1 is scanned with a two-dimensional scanner, and the open area ratio is calculated by dividing it into void portions and fiber portions using image software. For example, such an open area ratio can be efficiently determined using a two-dimensional scanner (trade name "CanoScan 4400F") manufactured by Canon Inc.
Opening rate (%) = {(area of void portion) / (area of fiber portion + area of void portion)} × 100
上述したように、本発明にて、メッシュ状編み構造体1の開口率は、20~60%とされる。開口率が20%未満だと、剛性は非常に良いが、成形後に孔が開かず、通気性が悪く、非常に重くなる。開口率が60%を超えると、通気性は非常に良く、軽量であるが、全体として補強繊維の量が不足し剛性が不足する。好ましくは、20~50%、より好ましくは、30~50%とされる。As described above, in the present invention, the opening rate of the mesh-like knitted structure 1 is set to 20 to 60%. If the opening rate is less than 20%, the rigidity is very good, but the holes do not open after molding, the breathability is poor, and the structure becomes very heavy. If the opening rate exceeds 60%, the breathability is very good and the structure is lightweight, but the amount of reinforcing fibers as a whole is insufficient, resulting in insufficient rigidity. Preferably, the opening rate is set to 20 to 50%, more preferably 30 to 50%.
なお、本発明にて、メッシュ状編み構造体1にて、開口部(孔)一個当たりの大きさもまた重要であり、一個当たりの開口部の面積が1.5~80mm2とされることが重要である。一個当たりの開口部面積が1.5mm2未満では、成形時に孔が空かない可能性があり、また、開口部面積が80mm2を超えると、成形後のメッシュが大きくなり過ぎて、メシッュ状繊維強化複合材10としての剛性がなくなってしまう可能性が生じる。 In the present invention, the size of each opening (hole) in the mesh-like knitted structure 1 is also important, and it is important that the area of each opening is 1.5 to 80 mm 2. If the area of each opening is less than 1.5 mm 2 , there is a possibility that no holes will be formed during molding, and if the area of each opening exceeds 80 mm 2 , the mesh after molding will be too large, and there is a possibility that the rigidity of the mesh-like fiber-reinforced composite material 10 will be lost.
(含浸樹脂)
本発明にて、メッシュ状編み構造体1は、所定形状に賦形後に、又は、賦形前において、メッシュ状編み構造体1における編み組織20と縦、横挿入糸5、3にのみ樹脂Rを含浸して硬化し、メッシュ状繊維強化複合材10とされる。メッシュ状繊維強化複合材10における繊維の含有量は、繊維の重量比率で30~70%、好ましくは、40~70%とされる。 (Impregnated resin)
In the present invention, after or before shaping the mesh-like knitted structure 1 into a predetermined shape, only the knitted texture 20 and the warp and weft insertion yarns 5, 3 in the mesh-like knitted structure 1 are impregnated with a resin R and hardened to form a mesh-like fiber-reinforced composite material 10. The fiber content in the mesh-like fiber-reinforced composite material 10 is 30 to 70%, preferably 40 to 70%, by weight of the fiber.
上記実施例にて、熱可塑性樹脂としては、熱可塑性エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂及びポリエーテルエーテルケトン樹脂などを例示し、また、熱硬化性樹脂としては、常温硬化型或は熱硬化型のエポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、MMA樹脂、アクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂などを例示したが、好ましくは熱可塑性樹脂を使用することであり、より好ましくは破断伸度が4%以上の熱可塑性樹脂、更に好ましくは破断伸度が10%以上の熱可塑性樹脂、最も好ましくは破断伸度が50%以上の熱可塑性樹脂を使用することである。In the above examples, examples of thermoplastic resins include thermoplastic epoxy resin, phenoxy resin, polycarbonate resin, polyester resin, polyurethane resin, polyamide resin, polyetherimide resin, and polyether ether ketone resin, and examples of thermosetting resins include room temperature curing or thermosetting epoxy resin, vinyl ester resin, MMA resin, acrylic resin, unsaturated polyester resin, and phenolic resin. However, it is preferable to use a thermoplastic resin, more preferably a thermoplastic resin with a breaking elongation of 4% or more, even more preferably a thermoplastic resin with a breaking elongation of 10% or more, and most preferably a thermoplastic resin with a breaking elongation of 50% or more.
(成形方法)
次に、本発明に係るメッシュ状繊維強化複合材10の成形方法について説明する。 (Molding method)
Next, a method for molding the mesh-shaped fiber-reinforced composite material 10 according to the present invention will be described.
メッシュ状繊維強化複合材10は、プレス成形やシートワインディング成形、テープワインディング成形、手曲げ成形など、従来公知の繊維強化複合材と同様の成形方法が使用できる。The mesh-shaped fiber reinforced composite material 10 can be formed using the same molding methods as those used for conventionally known fiber reinforced composite materials, such as press molding, sheet winding molding, tape winding molding, and hand bending molding.
図18(a)~(e)に、成形方法の一つの実施例であるプレス成形法を示す。このプレス成形法によると、凸形状の雄型201にメッシュ状編み構造体1が適合され、押圧することにより、メッシュ状編み構造体1は、雄型201に倣って成形される(図18(a))。この時、本発明に従って作製されたメッシュ状編み構造体1は、上述したように、ドレープ性、伸縮性が良く、成形性が良く、作業が容易である。18(a) to 18(e) show a press molding method, which is one example of a molding method. In this press molding method, the mesh-like knitted structure 1 is fitted to a convex male mold 201, and by pressing, the mesh-like knitted structure 1 is molded to follow the shape of the male mold 201 (FIG. 18(a)). At this time, the mesh-like knitted structure 1 produced according to the present invention has good drapeability, stretchability, good moldability, and is easy to work with, as described above.
次に、メッシュ状編み構造体1の鎖編糸2(2a、2b)からなる編み組織20(20a、20b)と縦、横挿入糸5、3にのみ樹脂を含浸させるべく、含浸用刷毛(ブラシ)などを使用してメッシュ状編み構造体1に樹脂Rを塗布する(図18(b))。樹脂Rとしては、熱硬化性樹脂、或いは、熱可塑性樹脂であってよい。その後、凹状の雌型202を雄型201に適合して設置し、所定の押圧力にて加圧し、加熱することにより、樹脂が硬化され、所定形状に賦形されたメッシュ状繊維強化複合材10が成形される(図18(c))。メッシュ状繊維強化複合材10は、型より取出し(図18(d))、所定形状に仕上げる(図18(e))。Next, resin R is applied to the mesh-like knitted structure 1 using an impregnation brush or the like to impregnate only the knitted structure 20 (20a, 20b) consisting of the chain stitch yarns 2 (2a, 2b) of the mesh-like knitted structure 1 and the warp and weft insertion yarns 5, 3 with the resin (FIG. 18(b)). The resin R may be a thermosetting resin or a thermoplastic resin. A concave female mold 202 is then fitted to the male mold 201, and the resin is hardened by applying a predetermined pressure and heating, thereby forming a mesh-like fiber-reinforced composite material 10 shaped into a predetermined shape (FIG. 18(c)). The mesh-like fiber-reinforced composite material 10 is then removed from the mold (FIG. 18(d)) and finished into the predetermined shape (FIG. 18(e)).
図19(a)、(b)に、成形方法の他の実施例である真空成形法を示す。この真空成形法によると、メッシュ状編み構造体1は、鎖編糸2から成る編み組織20と縦、横挿入糸5、3にのみ樹脂を含浸して硬化させ、FRP材とされる平板状のメッシュ状編み構造体1aが形成される。樹脂としては、熱硬化性樹脂もBステージ状態とすることで適用することができるが、好ましくは熱可塑性樹脂が使用される。なお、メッシュ状編み構造体1への樹脂含浸は事前に予め含浸されていても良いし、成形の直前であっても良い。19(a) and (b) show a vacuum forming method, which is another example of a molding method. According to this vacuum forming method, the mesh-like knitted structure 1 is formed by impregnating and curing only the knitted structure 20 made of chain stitch yarns 2 and the warp and weft insertion yarns 5, 3 with resin, forming a flat mesh-like knitted structure 1a made of FRP material. Although thermosetting resins can also be used in a B-stage state, thermoplastic resins are preferably used. The mesh-like knitted structure 1 may be impregnated with resin in advance or immediately before molding.
樹脂が含浸され硬化されているメッシュ状編み構造体1は、メッシュ状繊維強化複合材成形用材料1aとして凹状の真空型(雌型)202の上に設置され、更に、樹脂フィルム60にて被覆される(図19(a))。雌型202を真空引きするとともに、樹脂フィルム60側より、雌型202に適合して雄型201を所定の押圧力にて加圧し、加熱する。これによりメッシュ状編み構造体1aに含浸硬化された樹脂が軟化(溶融)することにより、雌型202に倣って成形される。成形型を冷却することにより、所定形状に賦形されたメッシュ状繊維強化複合材10が得られる(図19(b))。その後は、プレス成形法と同様に、図18(d)、(e)に示すように、メッシュ状繊維強化複合材10は、型より取出して所定形状に仕上げる。The mesh-like knitted structure 1, which has been impregnated with and cured with resin, is placed on a concave vacuum mold (female mold) 202 as a mesh-like fiber-reinforced composite molding material 1a and is further covered with a resin film 60 (FIG. 19(a)). The female mold 202 is evacuated, and a male mold 201 is pressed against the female mold 202 from the resin film 60 side with a predetermined pressure and heated. This softens (melts) the resin that has impregnated and cured the mesh-like knitted structure 1a, thereby molding it to the shape of the female mold 202. The molding mold is cooled, yielding a mesh-like fiber-reinforced composite 10 shaped to the desired shape (FIG. 19(b)). Thereafter, as with the press molding method, the mesh-like fiber-reinforced composite 10 is removed from the mold and finished to the desired shape, as shown in FIGS. 18(d) and 18(e) .
この真空成形法においても、樹脂が軟化、或いは、溶融したときのメッシュ状編み構造体1aは、ドレープ性、伸縮性が良く、成形性が良く、雄型に倣って成形され、作業が容易である。 In this vacuum molding method, when the resin is softened or melted, the mesh-like knitted structure 1a has good drapeability, stretchability, and formability, and can be molded to follow the male mold, making the process easy.
上記真空成形法によると、予め樹脂が含浸され硬化されているメッシュ状編み構造体1をメッシュ状繊維強化複合材成形用材料1aとしてプリプレグのように使用できるので生産性が良好であり、成形時にメッシュ状編み構造体1の孔が潰れることがなく、また、シート厚みが成形時に薄くならないため、断面が厚い複合材となり、高強度が得られ易いというメリットがある。According to the vacuum molding method, the mesh-like knitted structure 1, which has been previously impregnated with resin and cured, can be used like a prepreg as the mesh-like fiber-reinforced composite molding material 1a, which has the advantages of good productivity, the holes in the mesh-like knitted structure 1 are not crushed during molding, and the sheet thickness does not become thin during molding, resulting in a composite with a thick cross section, making it easier to obtain high strength.
実施例2
図7、図8を参照して、本発明に係るメッシュ状繊維強化複合材10の他の実施例を説明する。図7は、本実施例にて使用される、シート状強化繊維編物、即ち、シート状強化繊維経編物とされるメッシュ状編み構造体、即ち、メッシュ状繊維シート1を説明するための部分拡大編構造図であり、図8は本実施例のメッシュ状編み構造体の組織図を示す図である。
Example 2
Another embodiment of the mesh-like fiber reinforced composite material 10 according to the present invention will be described with reference to Figures 7 and 8. Figure 7 is a partially enlarged knitting structure diagram for explaining the sheet-like reinforcing fiber knitted fabric, i.e., the mesh-like knitted structure that is a sheet-like reinforcing fiber warp knitted fabric, i.e., the mesh-like fiber sheet 1, used in this embodiment, and Figure 8 is a diagram showing the structure of the mesh-like knitted structure of this embodiment.
本実施例のメッシュ状繊維強化複合材10は、図7に示すメッシュ状編み構造体1の各構成糸に、図2(a)、(b)を参照して、実施例1にて説明したと同様に、樹脂Rを含浸して硬化することによって作製される。The mesh-shaped fiber-reinforced composite material 10 of this embodiment is produced by impregnating each constituent yarn of the mesh-shaped knitted structure 1 shown in Figure 7 with resin R and curing it, in the same manner as described in Example 1, with reference to Figures 2(a) and (b).
本実施例のメッシュ状編み構造体1は、実施例1にて説明したと同様に、鎖編糸2(2a、2b)がループ状に縦方向に連続し、編地の表裏を交互に鎖編目2A、即ち、表側鎖編目2Aaと裏側鎖編目2Abのダブルの鎖編目2A(2Aa、2Ab)を形成しながら編成されて作製された複数の編み組織20、即ち、表側編み組織20aと裏側編み組織20bのタブルの縦方向の編み組織20(20a、20b)と、編み組織20(20a、20b)の表側編み組織20aと裏側編み組織20b内に1針挿入された縦挿入糸5を有している。The mesh-like knitted structure 1 of this embodiment, as described in Example 1, has a plurality of knitted structures 20 produced by knitting chain stitch yarns 2 (2a, 2b) in a continuous vertical loop shape, and alternating between the front and back of the knitted fabric to form chain stitches 2A, i.e., double chain stitches 2A (2Aa, 2Ab) of front side chain stitches 2Aa and back side chain stitches 2Ab, i.e., double vertical knitted structures 20 (20a, 20b) of front side knitted structure 20a and back side knitted structure 20b, and a vertical insertion yarn 5 inserted into one needle in the front side knitted structure 20a and back side knitted structure 20b of the knitted structure 20 (20a, 20b).
ここで、実施例1のメッシュ状編み構造体1は、図1、図4~図6に示すように、横挿入組織を形成する横挿入糸3が、縦方向の編み組織20に対して横方向に、例えば2針、3針又は4針挿入し、互いに隣接した編み組織20を結束することによりシート状に形成される構成とされた。Here, as shown in Figures 1 and 4 to 6, the mesh-like knitted structure 1 of Example 1 is configured so that the horizontal insertion yarns 3 forming the horizontal insertion structure are inserted horizontally, for example, by two, three, or four needles, relative to the vertical knitted structure 20, and adjacent knitted structures 20 are bound together to form a sheet.
これに対して、本実施例2では、図7、図8に示すように、横挿入糸3(3a、3b)は、縦方向の編み組織20に対して横方向に(本実施例では3針にて挿入して配置されているが、2針又は4針にて挿入して配置することもでき)2本又は4本とされる横挿入糸3が横挿入糸3a、3bに分離して、縦挿入糸5の前後に分かれて、編地の表側及び裏側にそれぞれ表側挿入糸3a及び裏側挿入糸3bとして配置される。本実施例2のメッシュ状編み構造体1は、編地の表裏が同じ(鏡面対称)とされることを特徴とする。In contrast to this, in this Example 2, as shown in Figures 7 and 8, the two or four weft insert yarns 3 (3a, 3b) are arranged transversely to the vertical knitting structure 20 (in this Example, they are inserted and arranged with three needles, but they can also be inserted and arranged with two or four needles), and the weft insert yarns 3 are separated into weft insert yarns 3a and 3b, which are separated in front and behind the vertical insert yarns 5 and are arranged on the front and back sides of the knitted fabric as front side insert yarns 3a and back side insert yarns 3b, respectively. The mesh-like knitted structure 1 of this Example 2 is characterized in that the front and back of the knitted fabric are the same (mirror symmetry).
また、本実施例2においても、少なくとも縦挿入糸5は、強化繊維として炭素繊維からなる炭素繊維ストランドが使用される。鎖編2糸及び横挿入糸3(3a、3b)は、強化繊維として縦挿入糸5と同様に炭素繊維からなる炭素繊維ストランドとすることもできるが、他の強化繊維を使用することもできる。これら強化繊維については、実施例1で説明した通りであり、ここでの再度の説明は省略する。In this Example 2, at least the warp insert yarns 5 are made of carbon fiber strands as reinforcing fibers. The chain stitch yarns 2 and the weft insert yarns 3 (3a, 3b) can be made of carbon fiber strands as reinforcing fibers, like the warp insert yarns 5, but other reinforcing fibers can also be used. These reinforcing fibers are as described in Example 1, and will not be described again here.
メッシュ状編み構造体1は、所定形状に賦形後に、又は、賦形前において、また、実施例1にて上述したように、メッシュ状編み構造体1における鎖編糸2(2a、2b)から成る編み組織20(20a、20b)と、縦挿入糸5と、横挿入糸3(3a、3b)と、にのみ樹脂Rが含浸される。After or before shaping the mesh-like knitted structure 1 into a predetermined shape, as described above in Example 1, resin R is impregnated only into the knitted structure 20 (20a, 20b) consisting of chain stitch yarns 2 (2a, 2b), the vertical insertion yarns 5, and the horizontal insertion yarns 3 (3a, 3b) in the mesh-like knitted structure 1.
本実施例2のメッシュ状繊維強化複合材10もまた、上記実施例1のメッシュ状繊維強化複合材10と同様の作用効果を達成し得る。つまり、上述のようにして成形された本実施例2のメッシュ状繊維強化複合材10は、上述にて理解されるように、炭素繊維糸を1針縦挿入しているので、縦方向の強度、弾性率が増大する。また、編地の両面に位置する編目形成の鎖編糸2(2a、2b)と、2本或いは4本引き揃えた2針、3針又は4針横挿入糸3(3a、3b)が1針振り縦挿入糸5の炭素繊維糸のクッション材となって耐衝撃特性が向上する。更に、1針振り縦挿入糸5の挿入や、横挿入糸3(3a、3b)の太繊度化で伸縮性が抑制されても、せん断変形容易なメッシュ構造であるから半球状などの立体形状の成形(賦形)は容易に可能である。The mesh-shaped fiber-reinforced composite material 10 of Example 2 can also achieve the same effects as the mesh-shaped fiber-reinforced composite material 10 of Example 1. That is, as understood above, the mesh-shaped fiber-reinforced composite material 10 of Example 2 formed as described above has one carbon fiber yarn inserted vertically per needle, thereby increasing the longitudinal strength and elastic modulus. Furthermore, the chain stitch yarns 2 (2a, 2b) forming the stitches on both sides of the knitted fabric and the two or four parallel two-, three-, or four-needle weft-inserted yarns 3 (3a, 3b) act as cushioning materials for the carbon fiber yarn of the one-needle vertical-inserted yarn 5, improving impact resistance. Furthermore, even if stretchability is suppressed by the insertion of the one-needle vertical-inserted yarn 5 or by the thickening of the weft-inserted yarns 3 (3a, 3b), the mesh structure is easily shear-deformable, so it is easy to mold (shape) into three-dimensional shapes such as hemispheres.
実施例3
図9、図10を参照して、本発明に係るメッシュ状繊維強化複合材10の他の実施例を説明する。図9は、本実施例にて使用される、シート状強化繊維編物、即ち、シート状強化繊維経編物とされるメッシュ状編み構造体、即ち、メッシュ状繊維シート1を説明するための部分拡大編構造図であり、図10は本実施例のメッシュ状編み構造体1の組織図を示す図である。
Example 3
Another embodiment of the mesh-like fiber reinforced composite material 10 according to the present invention will be described with reference to Figures 9 and 10. Figure 9 is a partially enlarged knitted structure diagram for explaining the sheet-like reinforcing fiber knitted fabric, i.e., the mesh-like knitted structure that is a sheet-like reinforcing fiber warp knitted fabric, i.e., the mesh-like fiber sheet 1, used in this embodiment, and Figure 10 is a diagram showing the structure of the mesh-like knitted structure 1 of this embodiment.
本実施例のメッシュ状繊維強化複合材10は、図9に示すメッシュ状編み構造体の各構成糸に、図2(a)、(b)を参照して、実施例1にて説明したと同様に、樹脂Rを含浸して硬化することによって作製される。The mesh-shaped fiber-reinforced composite material 10 of this embodiment is produced by impregnating each constituent yarn of the mesh-shaped knitted structure shown in Figure 9 with resin R and curing it, in the same manner as described in Example 1, with reference to Figures 2(a) and (b).
本実施例のメッシュ状編み構造体1は、図9に示すように、実施例1にて説明したと同様に、鎖編糸2(2a、2b)がループ状に縦方向に連続し、編地の表裏を交互に鎖編目2A、即ち、表側鎖編目2Aaと裏側鎖編目2Abのダブルの鎖編目2A(2Aa、2Ab)を形成しながら編成されて作製された複数の編み組織20、即ち、表側編み組織20aと裏側編み組織20bのダブルの縦方向の編み組織20(20a、20b)と、編み組織20(20a、20b)の表側編み組織20aと裏側編み組織20b内に1針挿入された縦挿入糸5を有している。As shown in Figure 9, the mesh-like knitted structure 1 of this embodiment, as described in Example 1, has a plurality of knitted structures 20 made by knitting chain stitches 2 (2a, 2b) in a continuous vertical loop shape, and forming chain stitches 2A alternately on the front and back of the knitted fabric, i.e., double chain stitches 2A (2Aa, 2Ab) of front side chain stitches 2Aa and back side chain stitches 2Ab, i.e., double vertical knitted structures 20 (20a, 20b) of front side knitted structure 20a and back side knitted structure 20b, and a vertical insertion yarn 5 inserted into one needle in the front side knitted structure 20a and back side knitted structure 20b of the knitted structure 20 (20a, 20b).
ここで、実施例1のメッシュ状編み構造体1は、図1、図4~図6に示すように、横挿入組織を形成する横挿入糸3が、縦方向の編み組織20に対して横方向に、例えば2針、3針又は4針挿入し、互いに隣接した編み組織20を結束することによりシート状に形成される構成とされた。Here, as shown in Figures 1 and 4 to 6, the mesh-like knitted structure 1 of Example 1 is configured so that the horizontal insertion yarns 3 forming the horizontal insertion structure are inserted horizontally, for example, by two, three, or four needles, relative to the vertical knitted structure 20, and adjacent knitted structures 20 are bound together to form a sheet.
これに対して、本実施例3では、図9、図10に示すように、横挿入糸3は、縦方向の編み組織20に対して横方向に直線状に配置されることを特徴とする。なお、本実施例3においては、横挿入糸3は、縦挿入糸5と共に、強化繊維として炭素繊維からなる炭素繊維ストランドが使用される。鎖編糸2(2a、2b)は、横挿入糸3及び縦挿入糸5と同様に、強化繊維として炭素繊維からなる炭素繊維ストランドとすることもできるが、他の強化繊維を使用することもできる。これら強化繊維については、実施例1で説明した通りであり、ここでの再度の説明は省略する。In contrast, in Example 3, as shown in Figures 9 and 10, the weft insertion yarns 3 are arranged linearly in the transverse direction relative to the vertical knitting structure 20. In Example 3, the weft insertion yarns 3, together with the vertical insertion yarns 5, use carbon fiber strands made of carbon fiber as reinforcing fibers. The chain stitch yarns 2 (2a, 2b) can be carbon fiber strands made of carbon fiber as reinforcing fibers, like the weft insertion yarns 3 and the vertical insertion yarns 5, but other reinforcing fibers can also be used. These reinforcing fibers are as described in Example 1, and will not be described again here.
メッシュ状編み構造体1は、所定形状に賦形後に、又は、賦形前において、実施例1にて上述したように、メッシュ状編み構造体1における鎖編糸2(2a、2b)から成る編み組織20(20a、20b)と、縦挿入糸5と、横挿入糸3と、にのみ樹脂Rが含浸される。After or before shaping the mesh-like knitted structure 1 into a predetermined shape, as described above in Example 1, resin R is impregnated only into the knitted structure 20 (20a, 20b) consisting of chain stitch yarns 2 (2a, 2b) in the mesh-like knitted structure 1, the vertical insertion yarns 5, and the horizontal insertion yarns 3.
本実施例3のメッシュ状繊維強化複合材10は、炭素繊維糸を1針縦挿入、並びに、横方向にも直線的に導入しているので、縦、横方向の両方向の強度、弾性率が増大する。一方、上記実施例1、2に比べ賦形性はやや劣るが、メッシュ構造であることからせん断能を有し、半球状などの立体形状への成形性(賦形性)は何ら問題ない。In the mesh-shaped fiber-reinforced composite material 10 of Example 3, the carbon fiber thread is inserted vertically with one needle and linearly in the horizontal direction, so the strength and elastic modulus are increased in both the vertical and horizontal directions. On the other hand, the shapeability is slightly inferior to that of Examples 1 and 2 above, but the mesh structure provides shear strength, and there are no problems with formability (shapeability) into three-dimensional shapes such as hemispheres.
(実験例1~9、比較例1~5)
次に、本発明によるメッシュ状繊維強化複合材10及びメッシュ状編み構造体1の作用効果を立証するために、メッシュ状編み構造体1の鎖編糸2、縦挿入糸5、横挿入糸3の種類、開口率、などを変えて編地を編成し、樹脂を含浸して成形加工を行ってメッシュ状繊維強化複合材10を作製して各種評価を行った。実験結果を表1に示す。なお、実験例、比較例にて複合材における繊維の含有量は、繊維の重量比率で65%とした。 (Experimental Examples 1 to 9, Comparative Examples 1 to 5)
Next, to verify the effects of the mesh-like fiber-reinforced composite material 10 and mesh-like knitted structure 1 according to the present invention, fabrics were knitted while changing the types and opening ratios of the chain stitch yarns 2, warp insertion yarns 5, and weft insertion yarns 3 of the mesh-like knitted structure 1, and the fabrics were impregnated with resin and molded to produce mesh-like fiber-reinforced composite materials 10, which were then subjected to various evaluations. The experimental results are shown in Table 1. In the experimental examples and comparative examples, the fiber content in the composite material was 65% by weight.
実験例1
カールマイヤー製のHDR8EH-S型6ゲージのダブルラッセル経編機を用い、図1~図3を参照して説明した実施例1に示すメッシュ状編構造及び編組織図に示すように、鎖編糸2として(株)クラレ製ビニロン500T-200(繊度:500dtex)を用いて、鎖編み組織20で表裏に交互に鎖編目2Aを形成すると同時に、1針振りの縦挿入糸5として(株)三菱ケミカル製炭素繊維糸TR50S-12L-AL(繊度:8000dtex)を、そして3針振りの横挿入糸3に鎖編糸2に用いたビニロン500T-200、2本を引き揃え、合計1000dtexの繊度にして編機の各ガイド孔に供給し、幅40cm、コース密度を9.5本/25.4mmの設定で編成した。 Experimental Example 1
As shown in the mesh-like knitting structure and knitting structure diagram of Example 1 described with reference to Figures 1 to 3, a Karl Mayer HDR8EH-S 6-gauge double Russell warp knitting machine was used, and chain stitches 2A were formed alternately on the front and back sides of the chain stitch structure 20 using Vinylon 500T-200 (fineness: 500 dtex) manufactured by Kuraray Co., Ltd. as the chain stitch yarn 2. At the same time, carbon fiber yarn TR50S-12L-AL (fineness: 8000 dtex) manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation was used as the warp insert yarn 5 with one swing, and two Vinylon 500T-200 used as the chain stitch yarn 2 were aligned as the weft insert yarn 3 with three swing needles, resulting in a total fineness of 1000 dtex, which were supplied to each guide hole of the knitting machine, and knitting was performed with a width of 40 cm and a course density of 9.5 stitches/25.4 mm.
得られた編地は、目付(実績質量)が372g/m2、厚さが1.50mmであって、開口率が43.8%、一個当たりの開口部(孔)の面積が4.96mm2であり、編地長さ方向に引っ張り弾性率の高い炭素繊維糸が配列されて伸びが殆どない編地であるが、斜め方向には伸長し易いメッシュ構造であった。 The obtained knitted fabric had a basis weight (actual mass) of 372 g/ m2 , a thickness of 1.50 mm, an opening ratio of 43.8%, and an area of each opening (hole) of 4.96 mm2.The carbon fiber yarns with a high tensile modulus were arranged in the length direction of the knitted fabric, resulting in a knitted fabric with almost no stretch, but a mesh structure that easily stretched in diagonal directions.
次いで、上記編地に熱可塑性エポキシ樹脂(ナガセケムテックス株式会社製、商品名「XNR6850V」)を含浸させたのち、オーブン内で120℃、10分で溶剤乾燥、160℃、30分で加熱することで平板を得た。Next, the knitted fabric was impregnated with a thermoplastic epoxy resin (trade name "XNR6850V" manufactured by Nagase ChemteX Corporation), and then the solvent was dried in an oven at 120°C for 10 minutes, followed by heating at 160°C for 30 minutes to obtain a flat plate.
メッシュ状繊維強化複合材10はInstron製万能試験機「CEAST9310」にて打抜衝撃強度試験(落下質量:1.59kg、落下高さ:580mm、ストライカ:20mm 半球状)を行った。なお、ロードセル容量は10kN(上限設計5kN)、衝撃エネルギー(位置エネルギー)は9.03Jであった。結果を表1に示す。表1にて、「Peak Force」は衝撃試験における最大荷重であり、「Total Energy」は衝撃試験における変位-荷重曲線の面積である。「Peak Force/設計質量」は、単位質量あたりの最大荷重であり、この値が大きいほど耐衝撃性に優れた組織と判断できる。The mesh-like fiber reinforced composite material 10 was subjected to a punching impact strength test (drop mass: 1.59 kg, drop height: 580 mm, striker: 20 mm hemispherical) using an Instron universal testing machine "CEAST9310." The load cell capacity was 10 kN (upper design limit 5 kN), and the impact energy (potential energy) was 9.03 J. The results are shown in Table 1. In Table 1, "Peak Force" is the maximum load in the impact test, and "Total Energy" is the area of the displacement-load curve in the impact test. "Peak Force/design mass" is the maximum load per unit mass, and the larger this value, the more excellent the impact resistance of the structure can be determined.
また、メッシュ状繊維強化複合材10の補助糸(縦糸・鎖編)方向が試験片の長手方向に連なる場合を縦(縦、0°)方向、試験片の幅方向に連なる場合を横(横、90°)方向として、縦方向または横方向をそれぞれ長辺としたメッシュ状繊維強化複合材10の平板状試験片を作成し、JIS K 7164(プラスチックー引張特性の試験方法)に準拠してAND社製万能試験機「RTF-2410」にて引張強度を測定した。In addition, flat test pieces of the mesh-like fiber-reinforced composite material 10 were prepared with the longitudinal direction or the transverse direction as the long side, with the longitudinal direction (vertical, 0°) being the direction when the auxiliary yarns (warp/chain knit) of the mesh-like fiber-reinforced composite material 10 were connected in the longitudinal direction of the test piece, and the transverse direction (horizontal, 90°) being the direction when the auxiliary yarns were connected in the width direction of the test piece, and the tensile strength was measured using a universal testing machine "RTF-2410" manufactured by AND Co., Ltd. in accordance with JIS K 7164 (Testing methods for tensile properties of plastics).
実験例2
実験例1において、3針振り横挿入糸3としてビニロン500T-200を引き揃えて供給した2本の横挿入糸3a、3bを、図7、図8を参照して説明した実施例2に示すメッシュ状編構造及び編組織図で示すように、編地の厚さ方向に対して1針縦挿入された炭素繊維糸の上下に1本ずつ配置するように分けて挿入した以外は実験例1と同じ条件で編成した。 Experimental Example 2
In Experimental Example 1, two weft insertion yarns 3a and 3b, which were made of aligned vinylon 500T-200 and supplied as three-needle weft insertion yarns 3, were inserted separately so that one was positioned above and one was positioned above the carbon fiber yarn inserted vertically through one needle in the thickness direction of the knitted fabric, as shown in the mesh-like knitting structure and knitting structure diagram shown in Example 2 described with reference to Figures 7 and 8. Knitting was carried out under the same conditions as in Experimental Example 1.
得られた編地は、目付が426g/m2、厚さが1.58mmであって、開口率は44.1%、一個当たりの開口部(孔)の面積が5.00mm2であり、実験例1と同様、編地の長さ方向には伸びが殆どない編地であるが、斜め方向には伸長し易いメッシュ構造であった。 The obtained knitted fabric had a basis weight of 426 g/ m2 , a thickness of 1.58 mm, an opening ratio of 44.1%, and an area of each opening (hole) of 5.00 mm2.As with Experimental Example 1, the knitted fabric had almost no stretch in the longitudinal direction of the fabric, but had a mesh structure that was easily stretchable in diagonal directions.
次いで、実験例1と同様にしてメッシュ状繊維強化複合材10を作製し、打抜衝撃強度試験を行った。結果を表1に示す。Next, a mesh-like fiber-reinforced composite material 10 was produced in the same manner as in Experimental Example 1, and a punching impact strength test was carried out. The results are shown in Table 1.
実験例3
実験例1において、3針振りの横挿入糸3としてビニロン500T-200を引き揃えて供給した2本の挿入糸を4本に増やし合計2000dtexの繊度に引き揃えて供給した以外は実験例1と同じ条件で編成した。 Experimental Example 3
In Experimental Example 1, two insert yarns of Vinylon 500T-200 were paralleled and supplied as the three-needle weft insert yarn 3, but this was increased to four, and the yarns were paralleled and supplied to a total fineness of 2000 dtex, and knitting was carried out under the same conditions as in Experimental Example 1.
得られた編地は、目付は445g/m2、厚さは1.82mmであって、開口率は24.8%、一個当たりの開口部(孔)の面積が2.78mm2であり、実験例1、2と同様、編地の長さ方向には伸びが殆どない編地であるが、斜め方向には伸長し易いメッシュ構造であった。 The obtained knitted fabric had a basis weight of 445 g/ m2 , a thickness of 1.82 mm, an opening ratio of 24.8%, and an area of each opening (hole) of 2.78 mm2.Similar to Experimental Examples 1 and 2 , the knitted fabric had almost no stretch in the longitudinal direction of the fabric, but had a mesh structure that easily stretched in diagonal directions.
次いで、実験例1と同様にしてメッシュ状繊維強化複合材10を作製し、打抜衝撃強度試験を行った。結果を表1に示す。Next, a mesh-like fiber-reinforced composite material 10 was produced in the same manner as in Experimental Example 1, and a punching impact strength test was carried out. The results are shown in Table 1.
実験例4
実験例3において、鎖編糸2及び4本引き揃えた3針振り横挿入糸3に使用したビニロン500T-200糸を、(株)帝人製ポリエステルフィラメント糸PET560T-96-P703B(繊度:560dtex)(横挿入糸合計繊度2240dtex)に変更した以外は実験例3と同じ条件で編成した。 Experimental Example 4
In Experimental Example 3, the Vinylon 500T-200 yarn used for the chain stitch yarn 2 and the four aligned three-needle swing weft insertion yarns 3 was changed to polyester filament yarn PET560T-96-P703B (fineness: 560 dtex) manufactured by Teijin Ltd. (total fineness of weft insertion yarns: 2240 dtex), except that the knitting was carried out under the same conditions as in Experimental Example 3.
得られた編地は、目付は507g/m2、厚さは1.70mmで、開口率は26.0%、一個当たりの開口部(孔)の面積が2.91mm2であり、実験例1、2と同様、編地の長さ方向には伸びが殆どない編地であるが、斜め方向には伸長し易いメッシュ構造であった。 The obtained knitted fabric had a basis weight of 507 g/ m2 , a thickness of 1.70 mm, an opening ratio of 26.0%, and an area of each opening (hole) of 2.91 mm2.Similar to Experimental Examples 1 and 2 , the knitted fabric had almost no stretch in the longitudinal direction of the fabric, but had a mesh structure that easily stretched in diagonal directions.
次いで、実験例1と同様にしてメッシュ状繊維強化複合材10を作製し、打抜衝撃強度試験を行った。結果を表1に示す。Next, a mesh-like fiber-reinforced composite material 10 was produced in the same manner as in Experimental Example 1, and a punching impact strength test was carried out. The results are shown in Table 1.
実験例5
実験例2において、1針振り縦挿入した炭素繊維糸の上下に分けて3針振り横挿入した横挿入糸3a、3bの2本のビニロン500T-200糸を各々2本ずつ引き揃えて合計4本(横挿入糸合計繊度2000dtex)に増やした以外は実験例2と同じ条件で編成した。 Experimental Example 5
In Experimental Example 2, knitting was performed under the same conditions as in Experimental Example 2, except that two vinylon 500T-200 yarns 3a and 3b were weft-inserted horizontally in three swing needles above and below the carbon fiber yarn inserted vertically in one swing needle, and two of each yarn were paralleled together to increase the number of yarns to a total of four (total fineness of the weft-inserted yarns: 2000 dtex).
得られた編地は、目付は483g/m2、厚さは1.70mmで、開口率は25.2%、一個当たりの開口部(孔)の面積が2.82mm2であり、実験例1、2と同様、編地の長さ方向には伸びが殆どない編地であるが、斜め方向には伸長し易いメッシュ構造であった。 The obtained knitted fabric had a basis weight of 483 g/ m2 , a thickness of 1.70 mm, an opening ratio of 25.2%, and an area of each opening (hole) of 2.82 mm2.Similar to Experimental Examples 1 and 2 , the knitted fabric had almost no stretch in the longitudinal direction of the fabric, but had a mesh structure that was easily stretchable in diagonal directions.
次いで、実験例1と同様にしてメッシュ状繊維強化複合材10を作製し、打抜衝撃強度試験を行った。結果を表1に示す。Next, a mesh-like fiber-reinforced composite material 10 was produced in the same manner as in Experimental Example 1, and a punching impact strength test was carried out. The results are shown in Table 1.
実験例6
実験例5で使用した鎖編糸2及び3針振り横挿入した横挿入糸3a、3bの2本のビニロン500T-200糸をポリエステルフィラメント糸PET560T-96-P703B(繊度:560dtex)(横挿入糸合計繊度2240dtex)に変更した以外は実験例5と同じ条件で編成した。 Experimental Example 6
The knitting was carried out under the same conditions as in Experimental Example 5, except that the chain stitch yarn 2 used in Experimental Example 5 and the two vinylon 500T-200 yarns used as the three-needle horizontally inserted yarns 3a and 3b were changed to polyester filament yarn PET560T-96-P703B (fineness: 560 dtex) (total fineness of the horizontally inserted yarns: 2240 dtex).
得られた編地は、目付は533g/m2、厚さは1.65mmで、開口率は26.2%、一個当たりの開口部(孔)の面積が2.94mm2であり、実験例5と同様、編地の長さ方向には伸びが殆どない編地であるが、斜め方向には伸長し易いメッシュ構造であった。 The obtained knitted fabric had a basis weight of 533 g/ m2 , a thickness of 1.65 mm, an opening ratio of 26.2%, and an area of each opening (hole) of 2.94 mm2.As with Experimental Example 5, the knitted fabric had almost no stretch in the longitudinal direction of the fabric, but had a mesh structure that was easily stretchable in diagonal directions.
次いで、実験例1と同様にしてメッシュ状繊維強化複合材10を作製し、打抜衝撃強度試験を行った。結果を表1に示す。Next, a mesh-like fiber-reinforced composite material 10 was produced in the same manner as in Experimental Example 1, and a punching impact strength test was carried out. The results are shown in Table 1.
実験例7
実験例1の編成要件であるコース密度9.5本/25.4mmを、15.0本/25.4mmにアップした以外が実験例1と同じ条件で編成した。 Experimental Example 7
Knitting was carried out under the same conditions as in Experimental Example 1, except that the course density, which was a knitting requirement of Experimental Example 1, of 9.5 threads/25.4 mm was increased to 15.0 threads/25.4 mm.
得られた編地は、目付は426g/m2、厚さは1.85mmで、開口率は21.1%、一個当たりの開口部(孔)の面積が1.52mm2であり、実験例1の編地に比べコース密度がアップされて開口部の面積が減少したことで斜め方向の伸長性が実験例1より低いメッシュ構造であった。 The resulting knitted fabric had a basis weight of 426 g/ m2 , a thickness of 1.85 mm, an opening ratio of 21.1%, and an area of each opening (hole) of 1.52 mm2.Compared to the knitted fabric of Experimental Example 1, the course density was increased and the area of the openings was reduced, resulting in a mesh structure with lower diagonal extensibility than Experimental Example 1.
次いで、実験例1と同様にしてメッシュ状繊維強化複合材10を作製し、打抜衝撃強度試験を行った。結果を表1に示す。Next, a mesh-like fiber-reinforced composite material 10 was produced in the same manner as in Experimental Example 1, and a punching impact strength test was carried out. The results are shown in Table 1.
実験例8
図9、図10を参照して説明した実施例3に示すメッシュ状編構造及び編組織図で示すように、鎖編糸2としてポリエステルフィラメント糸PET560T-96-P703B(繊度:560dtex)を用いて実験例1と同様に鎖編み組織20で表裏に交互に鎖編目2Aを形成すると同時に、1針振りの縦挿入糸5に(株)三菱ケミカル製炭素繊維糸TR50S-12L-AL(繊度:8000dtex)を用い、前記1針振り縦挿入糸5に用いた炭素繊維糸と同じ炭素繊維糸を、横挿入糸3として表裏の編目間に編地の幅方向の全幅に亘ってコース毎に直線状に挿入し、実験例1と同様に幅40cm、コース密度を9.5本/25.4mmの設定で編成した。 Experimental Example 8
As shown in the mesh-like knit structure and knitting structure diagram shown in Example 3 described with reference to Figures 9 and 10, polyester filament yarn PET560T-96-P703B (fineness: 560 dtex) was used as the chain stitch yarn 2, and chain stitches 2A were formed alternately on the front and back sides of the chain stitch structure 20 in the same manner as in Experimental Example 1. At the same time, carbon fiber yarn TR50S-12L-AL (fineness: 8000 dtex) manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation was used as the one-needle warp insertion yarn 5, and the same carbon fiber yarn as the one-needle warp insertion yarn 5 was inserted linearly as the weft insertion yarn 3 between the front and back stitches for each course across the entire width in the width direction of the knitted fabric, and knitting was performed with a width of 40 cm and a course density of 9.5 stitches/25.4 mm as in Experimental Example 1.
得られた編地は、目付は467g/m2、厚さは1.25mmで、開口率が21.1%、一個当たりの開口部(孔)の面積が2.39mm2であり、編地の長さ方向及び幅方向に連続した高弾性の炭素繊維糸が挿入されているために両方向には殆ど伸びないが、斜め方向には伸長し易いメッシュ構造であった。 The resulting knitted fabric had a basis weight of 467 g/ m2 , a thickness of 1.25 mm, an opening ratio of 21.1%, and an area of each opening (hole) of 2.39 mm2.Since continuous highly elastic carbon fiber yarns were inserted in the length and width directions of the knitted fabric, the mesh structure was almost inelastic in both directions but easily stretched in diagonal directions.
次いで、実験例1と同様にしてメッシュ状繊維強化複合材10を作製し、打抜衝撃強度試験を行った。結果を表1に示す。Next, a mesh-like fiber-reinforced composite material 10 was produced in the same manner as in Experimental Example 1, and a punching impact strength test was carried out. The results are shown in Table 1.
実験例9
実験例8において幅方向に連続してコース毎に横挿入した炭素繊維糸(横挿入糸3)を図11の編み構図に示すように、2コースに1本毎(1in1out)に挿入した以外は実験例8と同じ条件で編成した。 Experimental Example 9
Knitting was performed under the same conditions as in Experimental Example 8, except that the carbon fiber yarns (weftly inserted yarns 3) inserted laterally continuously in every course in the width direction were inserted every two courses (1 in 1 out) as shown in the knitting pattern of Fig. 11 .
得られた編地は、目付は471g/m2、厚さは1.57mmで、開口率が57.4%、一個当たりの開口部(孔)の面積が6.5mm2であり、実験例8と同様、編地の長さ方向と幅方向に対して殆ど伸びがないが、開口率が大きいことから実験例8の編地に比べて斜め方向には伸長し易いメッシュ構造であった。 The resulting knitted fabric had a basis weight of 471 g/ m2 , a thickness of 1.57 mm, an opening rate of 57.4%, and an area of each opening (hole) of 6.5 mm2.Like Experimental Example 8, the knitted fabric had almost no stretch in the length and width directions, but due to its large opening rate, it had a mesh structure that was more easily stretched in diagonal directions than the knitted fabric of Experimental Example 8.
次いで、実験例1と同様にしてメッシュ状繊維強化複合材10を作製し、打抜衝撃強度試験を行った。結果を表1に示す。Next, a mesh-like fiber-reinforced composite material 10 was produced in the same manner as in Experimental Example 1, and a punching impact strength test was carried out. The results are shown in Table 1.
比較例1
比較例1は、上記特許文献3(特許第6362454号公報)に記載するメッシュ状繊維強化複合材と同様の編地であって、本発明のメッシュ状繊維強化複合材10と比較することを目的としたものである。本比較例においても、上記実験例で編成を行った同じダブルラッセル経編機を使用し、図12、図13示す編構造、編組織図において、鎖編糸2には実験例1で用いたビニロン500T-200(繊度:500dtex)を用い、そして2針振り横挿入糸3には実験例1で用いた炭素繊維糸TR50S-12L-AL(繊度:8000dtex)を用い幅40cm、コース密度を9.5本/25.4mmに設定して編成した。 Comparative Example 1
Comparative Example 1 is a knitted fabric similar to the mesh-shaped fiber-reinforced composite material described in the above Patent Document 3 (Japanese Patent No. 6,362,454), and is intended for comparison with the mesh-shaped fiber-reinforced composite material 10 of the present invention. In this comparative example, the same double Russell warp knitting machine used in the above experimental examples was used, and in the knitting structure and knitting texture diagrams shown in Figures 12 and 13, the chain stitch yarn 2 was the same vinylon 500T-200 (fineness: 500 dtex) as used in Experimental Example 1, and the two-needle swing weft insertion yarn 3 was the carbon fiber yarn TR50S-12L-AL (fineness: 8,000 dtex) as used in Experimental Example 1, and the knitting was set to a width of 40 cm and a course density of 9.5 threads/25.4 mm.
得られた編地は、目付は550g/m2、厚さは1.50mmで、開口率は55.0%、一個当たりの開口部(孔)の面積が6.04mm2であり、編地の長さ方向、幅方向ともに伸縮性を有するメッシュ構造であった。 The obtained knitted fabric had a basis weight of 550 g/ m2 , a thickness of 1.50 mm, an opening ratio of 55.0%, and an area of each opening (hole) of 6.04 mm2 , and had a mesh structure that was stretchable in both the length and width directions of the knitted fabric.
次いで、実験例1と同様にしてメッシュ状繊維強化複合材10を作製し、打抜衝撃強度試験を行った。結果を表1に示す。Next, a mesh-like fiber-reinforced composite material 10 was produced in the same manner as in Experimental Example 1, and a punching impact strength test was carried out. The results are shown in Table 1.
比較例2
比較例2では、実験例1の編地に対して図14に示すように、横挿入糸3にビニロン500T-200(繊度:500dtex)、1本を用い、横挿入組織を2針振りに変更した以外は実験例1と同じ条件で編成した。 Comparative Example 2
In Comparative Example 2, the knitted fabric of Experimental Example 1 was knitted under the same conditions as Experimental Example 1, except that one vinylon 500T-200 (fineness: 500 dtex) was used as the weft insertion yarn 3 and the weft insertion structure was changed to a two-needle swing, as shown in Figure 14.
得られた編地は、目付は347g/m2、厚さは1.40mmで、開口率は45.2%、一個当たりの開口部(孔)の面積が5.03mm2であり、編地の長さ方向には実験例1の編地と同様に殆ど伸びがないが、2針振り横挿入組織であることから幅方向には伸び易いメッシュ構造であった。 The obtained knitted fabric had a basis weight of 347 g/ m2 , a thickness of 1.40 mm, an opening ratio of 45.2%, and an area of each opening (hole) of 5.03 mm2 . Similar to the knitted fabric in Experimental Example 1, the knitted fabric had almost no stretch in the length direction, but because it was a two-needle swing horizontal insertion structure, it had a mesh structure that easily stretched in the width direction.
次いで、実験例1と同様にしてメッシュ状繊維強化複合材10を作製し、打抜衝撃強度試験を行った。結果を表1に示す。Next, a mesh-like fiber-reinforced composite material 10 was produced in the same manner as in Experimental Example 1, and a punching impact strength test was carried out. The results are shown in Table 1.
比較例3
比較例3の編地は、比較例2の編地の1針振り縦挿入糸5の炭素繊維糸と2針振り横挿入糸3のビニロン糸を入れ替えた以外が同じ条件で編成した。 Comparative Example 3
The knitted fabric of Comparative Example 3 was knitted under the same conditions as the knitted fabric of Comparative Example 2, except that the carbon fiber yarn used as the one-needle warp insertion yarn 5 and the vinylon yarn used as the two-needle weft insertion yarn 3 were interchanged.
得られた編地の目付は568g/m2、厚さは1.70mmで、開口率は40.5%、一個当たりの開口部(孔)の面積が4.85mm2であり、比較例2と同様、編地の長さ方向には実験例1の編地と同様に殆ど伸びがないが、2針振り横挿入組織であることから幅方向には伸び易いメッシュ構造であった。 The resulting knitted fabric had a basis weight of 568 g/ m2 , a thickness of 1.70 mm, an opening ratio of 40.5%, and an area of each opening (hole) of 4.85 mm2 . As with Comparative Example 2, the knitted fabric had almost no stretch in the length direction, as with the knitted fabric of Experimental Example 1, but because it was a two-needle swing horizontal insertion structure, it had a mesh structure that easily stretched in the width direction.
次いで、実験例1と同様にしてメッシュ状繊維強化複合材10を作製し、打抜衝撃強度試験を行った。結果を表1に示す。Next, a mesh-like fiber-reinforced composite material 10 was produced in the same manner as in Experimental Example 1, and a punching impact strength test was carried out. The results are shown in Table 1.
比較例4
比較例4の編地は図15に示すように比較例2の編地の2針振り横挿入糸3の振り幅を3針振りに変更した以外は比較例2と同じ条件で編成した。 Comparative Example 4
The knitted fabric of Comparative Example 4 was knitted under the same conditions as Comparative Example 2, except that the swing width of the weft insertion yarn 3 in the knitted fabric of Comparative Example 2 was changed from two-needle swing to three-needle swing, as shown in FIG.
得られた編地は、目付は324g/m2、厚さは1.35mmで、開口率51.3%、一個当たりの開口部(孔)の面積が5.70mm2であり、編地の長さ方向には炭素繊維が1針振りで縦挿入されているから比較例2と同様に伸びが殆どなく、また幅方向には僅かに伸びるメッシュ構造であった。 The obtained knitted fabric had a basis weight of 324 g/ m2 , a thickness of 1.35 mm, an opening ratio of 51.3%, and an area of each opening (hole) of 5.70 mm2.Since the carbon fibers were inserted vertically in the length direction of the knitted fabric with one needle swing, the mesh structure had almost no stretch, similar to Comparative Example 2, and stretched slightly in the width direction.
次いで、実験例1と同様にしてメッシュ状繊維強化複合材10を作製し、打抜衝撃強度試験を行った。結果を表1に示す。Next, a mesh-like fiber-reinforced composite material 10 was produced in the same manner as in Experimental Example 1, and a punching impact strength test was carried out. The results are shown in Table 1.
比較例5
比較例5の編地は、図16、図17に示すメッシュ状編構造及び編組織図とされ、振り幅を4針振りと変更した以外は比較例2と同条件で編成した。 Comparative Example 5
The knitted fabric of Comparative Example 5 has the mesh-like knitting structure and knitting structure diagram shown in Figs. 16 and 17, and was knitted under the same conditions as Comparative Example 2 except that the swing width was changed to four needles.
得られた編地は、目付は339g/m2、厚さは1.45mm、開口率は40.6%、一個当たりの開口部(孔)の面積が4.60mm2であり、比較例4の3針振り横挿入糸3の編地よりも幅方向の伸びが少ないメッシュ構造であった。 The obtained knitted fabric had a basis weight of 339 g/ m2 , a thickness of 1.45 mm, an opening ratio of 40.6%, and an area of each opening (hole) of 4.60 mm2 , and had a mesh structure with less stretch in the width direction than the knitted fabric of Comparative Example 4 using three-needle horizontal insertion yarn 3.
次いで、実験例1と同様にしてメッシュ状繊維強化複合材10を作製し、打抜衝撃強度試験を行った。結果を表1に示す。Next, a mesh-like fiber-reinforced composite material 10 was produced in the same manner as in Experimental Example 1, and a punching impact strength test was carried out. The results are shown in Table 1.
(考察)
上記実験例及び比較例から、メッシュ編み構造体の縦方向又は横方向に高強度・高弾性な炭素繊維糸を挿入して構造体に高い引張強度と衝撃強度を付与できることが分かった。特に、この高い衝撃強度の発現については、連続的に配置された炭素繊維が衝撃を受けた際に即応し、その衝撃エネルギーを吸収するためと考えられる。一方、連続的に配置された炭素繊維は、プレス成形時には動きを抑制するため、賦形性では不利に働く可能性があるが、特に大きな賦形性を求められる場合に限られるほか、用途により編み構造体の仕様を選択することで対応することができる。 (Consideration)
The above experimental examples and comparative examples demonstrate that high tensile strength and impact strength can be imparted to a mesh knitted structure by inserting high-strength, high-elasticity carbon fiber yarns in the longitudinal or transverse direction. This high impact strength is thought to be due in particular to the fact that the continuously arranged carbon fibers respond quickly to impacts and absorb the impact energy. However, because continuously arranged carbon fibers are restricted in their movement during press molding, this may be detrimental to formability. However, this is limited to cases where particularly large formability is required, and can be addressed by selecting the specifications of the knitted structure depending on the application.
一方、その炭素繊維糸の周りに合成繊維からなる太繊度な編目糸或いは挿入糸をクッション材として配置することにより、炭素繊維が保護され、高い耐衝撃性を有したメッシュ状繊維強化複合材を得ることが確認できた。On the other hand, it was confirmed that by placing thick knitted yarn or inserted yarn made of synthetic fiber around the carbon fiber yarn as a cushioning material, the carbon fiber is protected and a mesh-shaped fiber-reinforced composite material with high impact resistance can be obtained.
また、実験例1~9と比較例2、4、5から、横挿入糸を太繊度とすることにより、樹脂含浸後において耐衝撃性が向上することが分かった。Furthermore, from Experimental Examples 1 to 9 and Comparative Examples 2, 4, and 5, it was found that by using thick fineness weft-inserted yarns, the impact resistance after resin impregnation was improved.
本発明の多孔構造体は、保護帽などのプロテクタや義肢(義足、義手)の内外装部材として特に好適であるが、用途としてこれらに限られるものではない。例えば、患部固定用のギプスなどの医療用資材や、スポーツ・レジャー用の靴や帽子といった被服品や用具、フィルターやハウジング部材、配管・ホース等の補強もしくは保護部材、構造体の補強用部材としての用途や、高い剛性を保持したまま複雑な曲面形状へ成形加工することが要求される航空機やロケット、人工衛星、自動車、自動二輪車、鉄道列車、自転車、家屋、光学機器、家電、携帯電子機器などの構造部材や修飾部材に対して産業用途、民生用途問わず広く好適に用いることができる。The porous structure of the present invention is particularly suitable as an interior/exterior component for protectors such as protective helmets and prosthetic limbs (prosthetic legs and prosthetic hands), but its applications are not limited thereto. For example, it can be used in a wide range of industrial and consumer applications, including medical materials such as casts for immobilizing affected areas, clothing and equipment such as shoes and hats for sports and leisure, filters and housing components, reinforcing or protective components for pipes and hoses, and structural reinforcing components, as well as structural and decorative components for aircraft, rockets, artificial satellites, automobiles, motorcycles, trains, bicycles, houses, optical equipment, home appliances, and portable electronic devices, which require molding and processing into complex curved shapes while maintaining high rigidity.
1 メッシュ状編み構造体
1a メッシュ状繊維強化複合材成形用材料
2(2a、2b) 鎖編糸
2A 鎖編目
3(3a、3b) 横挿入糸
5 縦挿入糸
10 メッシュ状繊維強化複合材
20 編み組織 REFERENCE SIGNS LIST 1 Mesh-shaped knitted structure 1a Mesh-shaped fiber-reinforced composite molding material 2 (2a, 2b) Chain stitch yarn 2A Chain stitch 3 (3a, 3b) Horizontal insertion yarn 5 Warp insertion yarn 10 Mesh-shaped fiber-reinforced composite material 20 Knitted structure
Claims (15)
前記メッシュ状編み構造体における前記編み組織と前記縦、横挿入糸とにのみ樹脂を含浸して硬化されたメッシュ状の繊維強化複合材であって、
前記鎖編糸及び前記縦、横挿入糸の少なくとも前記縦挿入糸は、炭素繊維からなる炭素繊維ストランドとされ、
前記メッシュ状編み構造体の開口率は20~60%とされる、
ことを特徴とするメッシュ状繊維強化複合材。 The knitted structure has a mesh-like knitted structure formed by a plurality of vertical knitted structures produced by knitting chain stitches while continuous chain stitch yarns are formed in the vertical direction, a vertical insertion yarn inserted into one needle in the vertical direction along the chain stitches, and a horizontal insertion yarn inserted horizontally into the vertical knitted structures to bind adjacent knitted structures together,
A mesh-shaped fiber reinforced composite material in which only the knitting structure and the warp and weft insertion yarns in the mesh-shaped knitted structure are impregnated with a resin and hardened,
At least the warp insert yarns of the chain stitch yarns and the warp and weft insert yarns are carbon fiber strands made of carbon fiber,
The opening ratio of the mesh-like knitted structure is 20 to 60%.
A mesh-like fiber-reinforced composite material characterized by:
前記メッシュ状編み構造体を所定形状に賦形し、その後、前記メッシュ状編み構造体における前記編み組織と前記縦、横挿入糸とにのみ樹脂を含浸して硬化したメッシュ状の繊維強化複合材であって、
前記鎖編糸及び前記縦、横挿入糸の少なくとも前記縦挿入糸は、炭素繊維からなる炭素繊維ストランドとされ、
前記メッシュ状編み構造体の開口率は20~60%とされる、
ことを特徴とするメッシュ状繊維強化複合材。 The knitted structure has a mesh-like knitted structure formed by a plurality of vertical knitted structures produced by knitting chain stitches while continuous chain stitch yarns are formed in the vertical direction, a vertical insertion yarn inserted into one needle in the vertical direction along the chain stitches, and a horizontal insertion yarn inserted horizontally into the vertical knitted structures to bind adjacent knitted structures together,
A mesh-shaped fiber reinforced composite material obtained by forming the mesh-shaped knitted structure into a predetermined shape, and then impregnating only the knitting structure and the warp and weft insertion yarns in the mesh-shaped knitted structure with a resin and hardening the resin,
At least the warp insert yarns of the chain stitch yarns and the warp and weft insert yarns are carbon fiber strands made of carbon fiber,
The opening ratio of the mesh-like knitted structure is 20 to 60%.
A mesh-like fiber-reinforced composite material characterized by:
前記メッシュ状編み構造体における前記編み組織と前記縦、横挿入糸とにのみ樹脂を含浸して硬化し、その後、所定形状に賦形されたメッシュ状の繊維強化複合材であって、
前記鎖編糸及び前記縦、横挿入糸の少なくとも前記縦挿入糸は、炭素繊維からなる炭素繊維ストランドとされ、
前記メッシュ状編み構造体の開口率は20~60%とされる、
ことを特徴とするメッシュ状繊維強化複合材。 The knitted structure has a mesh-like knitted structure formed by a plurality of vertical knitted structures produced by knitting chain stitches while continuous chain stitch yarns are formed in the vertical direction, a vertical insertion yarn inserted into one needle in the vertical direction along the chain stitches, and a horizontal insertion yarn inserted horizontally into the vertical knitted structures to bind adjacent knitted structures together,
A mesh-shaped fiber reinforced composite material in which only the knitted structure and the warp and weft insertion yarns in the mesh-shaped knitted structure are impregnated with a resin, hardened, and then shaped into a predetermined shape,
At least the warp insert yarns of the chain stitch yarns and the warp and weft insert yarns are carbon fiber strands made of carbon fiber,
The opening ratio of the mesh-like knitted structure is 20 to 60%.
A mesh-like fiber-reinforced composite material characterized by:
(a)PAN系の炭素繊維であって炭素繊維フィラメント数が24000本以下、繊度が16000dtex以下である炭素繊維ストランドであるか、又は、
(b)ピッチ系の炭素繊維であって炭素繊維フィラメント数が12000本以下、繊度が6000dtex以下である炭素繊維ストランドである、
ことを特徴とする請求項1~11のいずれかの項に記載のメッシュ状繊維強化複合材。 The warp insertion yarns are
(a) A carbon fiber strand of PAN-based carbon fiber having 24,000 or less carbon fiber filaments and a fineness of 16,000 dtex or less, or
(b) A carbon fiber strand made of pitch-based carbon fiber having 12,000 or less carbon fiber filaments and a fineness of 6,000 dtex or less.
12. The mesh-like fiber-reinforced composite material according to claim 1.
前記メッシュ状編み構造体における前記編み組織と前記縦、横挿入糸とにのみ樹脂を含浸したメッシュ状繊維強化複合材成形用材料。 The knitted structure has a mesh-like knitted structure formed by a plurality of vertical knitted structures produced by knitting chain stitches while continuous chain stitch yarns are formed in the vertical direction, a vertical insertion yarn inserted into one needle in the vertical direction along the chain stitches, and a horizontal insertion yarn inserted horizontally into the vertical knitted structures to bind adjacent knitted structures together,
A mesh-shaped fiber-reinforced composite molding material in which only the knitting structure and the warp and weft insertion yarns in the mesh-shaped knitted structure are impregnated with resin.
Applications Claiming Priority (3)
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