JPH0229496B2 - - Google Patents
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- JPH0229496B2 JPH0229496B2 JP61255893A JP25589386A JPH0229496B2 JP H0229496 B2 JPH0229496 B2 JP H0229496B2 JP 61255893 A JP61255893 A JP 61255893A JP 25589386 A JP25589386 A JP 25589386A JP H0229496 B2 JPH0229496 B2 JP H0229496B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fibers
- magnetic
- ferromagnetic
- long fibers
- reinforced laminate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Nonwoven Fabrics (AREA)
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Moulding By Coating Moulds (AREA)
- Producing Shaped Articles From Materials (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Description
〔産業上の利用分野〕
この発明は構造部材として用いられる繊維強化
積層体及びその製造方法に関するものである。 〔従来の技術〕 繊維強化積層体の諸特性は強化材の向きにより
大きな異方性を示し、その非強化方向の特性向上
が重要な課題となつている。従来はこの異方性を
解消するために強化材をある面内でランダムに配
向させるか、種々の層内で繊維が異なつた配向方
向を持つ多層積層体をつくることによつてある面
内で本質的に等方性とすることが一般的な技術で
あつた。しかしながら複合材料の適用が進むにつ
れ、複雑形状物や厚肉の製品が増え、面内方面よ
りも積層面と垂直な方向への強化材の配向が必要
となる特性、とりわけ層間せん断強度が問題とな
つてきている。上記のように面内方向における異
方性への対処は成されているものの、この積層面
と垂直な方向における異方性への対処は行われて
いない。 従来これに類似したものとして、長繊維系のプ
リプレグを積層する際、ウイスカを混入してプリ
プレグの層間を補強するものが提案されている
（例えば特開昭60−38145号公報）。この技術は第
３図に示すように、長繊維を含むプリプレグ１を
巻回して積層し、管状体を形成する際、ウイスカ
２を混合した熱硬化性合成樹脂をスクリムシート
３に含浸させ、このスクリムシート３をプリプレ
グ１に重合して捲回する方法、およびプリプレグ
１の一側面に溶剤に混合したウイスカ２を塗付し
たり、ウイスカ２を電気植毛したり、吹付けたり
する方法でウイスカ層を形成し、加熱、加圧して
硬化させ、長繊維層の層間にウイスカ層を設けた
管状体を得ている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 このように従来技術にあつても長繊維層の層間
へのウイスカの配向は存在するが、これらのウイ
スカは殆んどが長繊維積層面の面内方向へのみ配
向しており、層間強度を向上させるための繊維配
向、即ち長繊維積層面に垂直な方向への配向がな
されておらず、強化材の補助効果を十分に生かし
得ないという問題点があつた。 この発明は上記のような問題点を解消するため
になされたもので、長繊維積層面と垂直な方向へ
強化材を配向させ、しかも磁場配向により強化効
率の高い三次元強化積層体及びその製造方法を得
ることを目的とする。 〔問題点を解決するための手段〕 この発明の第１発明の三次元強化積層体は、積
層された非磁性体の長繊維と、この長繊維積層面
に垂直方向に磁場配向された強磁性体の短繊維
と、上記長繊維及び短繊維を上記配向状態で内蔵
するように硬化したマトリツクスとを備えたもの
である。 この発明の第２発明の三次元強化積層体の製造
方法は、強磁性体の短繊維と非磁性体の長繊維と
を組み合わせたものを磁場におかれた成形型の中
に入れ、マトリツクスを含浸させた状態で、上記
強磁性体の短繊維のみを磁力により長繊維積層面
に垂直方向に磁場配向させて硬化させる方法であ
る。 この発明では、磁極を有する磁気プレスに成形
型を配置し、磁力線の向きを長繊維積層面と垂直
に設定して、磁力により強磁性体である短繊維の
みを長繊維積層面と垂直に配向させた状態でマト
リツクスを硬化させ、三次元強化積層体を得るよ
うにしている。短繊維の長さは、成形時の加圧力
によりすでに配向している短繊維が向きをそらさ
れないように加圧時の各長繊維積層厚さより小さ
くなるように100μｍまでとし、十分な補強効果
を得るためにアスペクト比は20以上になるように
するのが好ましい。 この発明の三次元強化積層体は次の様にして製
造される。まず磁気プレスの磁極間に成形型を設
置する。成形型は磁性材料と非磁性材料の合わせ
型にすると、磁場を発生させた時、この磁性材料
間に磁力線が発生する。強磁性体の短繊維はこの
磁力線の向きに配向するので、磁力線の向きが長
繊維積層面と垂直になるように成形型を設置す
る。この成形型の中の一方向材またはクロス材の
長繊維に強磁性体の短繊維を混入したものを入
れ、さらにその中にマトリツクスを真空含浸させ
る。次に磁場を発生させ、強磁性体の短繊維のみ
を長繊維積層面と垂直に配向させる。またこの時
成形型に超音波振動子を取り付け、超音波振動に
より成形型内の短繊維を振動させ、短繊維が浮上
や沈降をしないように一様に分散させて磁力によ
る配向をやりやすくするのが好ましい。この状態
で成形型を加圧してマトリツクスを硬化させて三
次元強化積層体を得る。 非磁性体の長繊維としてセラミツク繊維を用い
る場合は、炭素繊維、ガラス繊維などの繊維状無
機化合物が使用でき、この場合マトリツクスとし
ては樹脂、金属、セラミツクスなどが使用でき
る。また有機繊維を用いる時は、ポリエチレンテ
レフタレート繊維、アラミド繊維などの合成繊維
や絹、綿などの天然繊維が使用でき、この場合マ
トリツクスとしては、金属、セラミツクスを使用
すると、成形温度が高くて有機繊維の方が熱分解
を起こしてしまうので、マトリツクスとしては熱
硬化性または熱可塑性の樹脂が好ましい。 強磁性体の短繊維としては、アスペクト比20以
上の酸化鉄粒子またはメタル粒子、あるいはアス
ペクト比20以上、繊維長100μｍ以下の強磁性ウ
イスカまたは強磁性体で被覆されたウイスカなど
が使用できる。 〔作 用〕 上記により製造された三次元強化積層体は、長
繊維の積層面に垂直方向に短繊維が配向された状
態でマトリツクスにより固化されているので、層
間せん断強度が著しく向上し、あらゆる応力に対
して強化されており、構造部材として適してい
る。 〔実施例〕 以下、この発明の実施例を図について説明す
る。 実施例 １ 第１図は実施例で使用する三次元強化積層体製
造装置の正面図、第２図はその成形型の垂直断面
図であり、図において４は磁気プレスであり、
上、下の加圧部に磁極５を有する。磁極５の直径
は300mmである。６は磁極５間に介在する成形型
で、上下面の磁性材料部６ａと側面の非磁性材料
部６ｂとからなる。７は超音波振動子である。
CFRPクロス材からなる非磁性体の長繊維８は縦
糸、横糸の密度が共に17.5本／25mmの平織りで、
寸法は100mm×100mm、厚みは0.14mmである。この
長繊維８を成形型６に一枚ずつ積層し、この時各
層間に直径0.03μｍ、粒子長0.6μｍの酸化鉄粒子
からなる強磁性体の短繊維９を均一に散布する。
成形容積に対する長繊維８および短繊維９の容積
含有率をそれぞれ50％および10％とする。このよ
うにして繊維を積層した後に、成形型６内を真空
に引きながらエポキシ樹脂を圧入する。この時積
層した長繊維８および短繊維９が乱れないように
圧入は徐々に行う。次に成形型６を磁気プレス４
の磁極５間に設置し、成形型６に取付けられた超
音波振動子７により型内の短繊維９を振動させ
て、配向の妨げになる粒子間の拘束を防ぎ、均一
に分散するようにする。この状態のままで磁極５
により磁場を発生させ、成形型６内の磁性材料部
６ａ間に磁力線を発生させる。非磁性体の長繊維
８は磁力線により何も影響を受けないが、強磁性
体である短繊維９はこの磁力線の向き、即ち長繊
維８と垂直な方向に配向する。そして成形型６内
に埋蔵されたヒーターにより加熱を、また磁極５
を通して加圧を行い硬化させる。エポキシ樹脂の
粘度は加熱により変化するので、短繊維９が配向
しやすい低粘度の時に加振および磁場配向を行
う。硬化後成形型６の中から試験片Ａ（高さ３mm
×幅６mm×長さ20mm）を取出して層間せん断強度
FISを測定し、磁場をかけなかつた時の試験片Ｅ
およびクロス材からなる長繊維８のみの試験片Ｆ
と比較し表１の結果を得た。 実施例 ２〜４ 実施例１において短繊維９の種類を、直径
0.03μｍ、粒子長0.7μｍのメタル粒子、直径0.3μ
ｍ、繊維長75μｍの鉄ウイスカおよび直径0.6μｍ、
繊維長80μｍのニツケル被覆SiCウイスカと変え
た実施例２〜４の試験片Ｂ、Ｃ、Ｄの層間せん断
強度の測定結果を表１に示す。
積層体及びその製造方法に関するものである。 〔従来の技術〕 繊維強化積層体の諸特性は強化材の向きにより
大きな異方性を示し、その非強化方向の特性向上
が重要な課題となつている。従来はこの異方性を
解消するために強化材をある面内でランダムに配
向させるか、種々の層内で繊維が異なつた配向方
向を持つ多層積層体をつくることによつてある面
内で本質的に等方性とすることが一般的な技術で
あつた。しかしながら複合材料の適用が進むにつ
れ、複雑形状物や厚肉の製品が増え、面内方面よ
りも積層面と垂直な方向への強化材の配向が必要
となる特性、とりわけ層間せん断強度が問題とな
つてきている。上記のように面内方向における異
方性への対処は成されているものの、この積層面
と垂直な方向における異方性への対処は行われて
いない。 従来これに類似したものとして、長繊維系のプ
リプレグを積層する際、ウイスカを混入してプリ
プレグの層間を補強するものが提案されている
（例えば特開昭60−38145号公報）。この技術は第
３図に示すように、長繊維を含むプリプレグ１を
巻回して積層し、管状体を形成する際、ウイスカ
２を混合した熱硬化性合成樹脂をスクリムシート
３に含浸させ、このスクリムシート３をプリプレ
グ１に重合して捲回する方法、およびプリプレグ
１の一側面に溶剤に混合したウイスカ２を塗付し
たり、ウイスカ２を電気植毛したり、吹付けたり
する方法でウイスカ層を形成し、加熱、加圧して
硬化させ、長繊維層の層間にウイスカ層を設けた
管状体を得ている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 このように従来技術にあつても長繊維層の層間
へのウイスカの配向は存在するが、これらのウイ
スカは殆んどが長繊維積層面の面内方向へのみ配
向しており、層間強度を向上させるための繊維配
向、即ち長繊維積層面に垂直な方向への配向がな
されておらず、強化材の補助効果を十分に生かし
得ないという問題点があつた。 この発明は上記のような問題点を解消するため
になされたもので、長繊維積層面と垂直な方向へ
強化材を配向させ、しかも磁場配向により強化効
率の高い三次元強化積層体及びその製造方法を得
ることを目的とする。 〔問題点を解決するための手段〕 この発明の第１発明の三次元強化積層体は、積
層された非磁性体の長繊維と、この長繊維積層面
に垂直方向に磁場配向された強磁性体の短繊維
と、上記長繊維及び短繊維を上記配向状態で内蔵
するように硬化したマトリツクスとを備えたもの
である。 この発明の第２発明の三次元強化積層体の製造
方法は、強磁性体の短繊維と非磁性体の長繊維と
を組み合わせたものを磁場におかれた成形型の中
に入れ、マトリツクスを含浸させた状態で、上記
強磁性体の短繊維のみを磁力により長繊維積層面
に垂直方向に磁場配向させて硬化させる方法であ
る。 この発明では、磁極を有する磁気プレスに成形
型を配置し、磁力線の向きを長繊維積層面と垂直
に設定して、磁力により強磁性体である短繊維の
みを長繊維積層面と垂直に配向させた状態でマト
リツクスを硬化させ、三次元強化積層体を得るよ
うにしている。短繊維の長さは、成形時の加圧力
によりすでに配向している短繊維が向きをそらさ
れないように加圧時の各長繊維積層厚さより小さ
くなるように100μｍまでとし、十分な補強効果
を得るためにアスペクト比は20以上になるように
するのが好ましい。 この発明の三次元強化積層体は次の様にして製
造される。まず磁気プレスの磁極間に成形型を設
置する。成形型は磁性材料と非磁性材料の合わせ
型にすると、磁場を発生させた時、この磁性材料
間に磁力線が発生する。強磁性体の短繊維はこの
磁力線の向きに配向するので、磁力線の向きが長
繊維積層面と垂直になるように成形型を設置す
る。この成形型の中の一方向材またはクロス材の
長繊維に強磁性体の短繊維を混入したものを入
れ、さらにその中にマトリツクスを真空含浸させ
る。次に磁場を発生させ、強磁性体の短繊維のみ
を長繊維積層面と垂直に配向させる。またこの時
成形型に超音波振動子を取り付け、超音波振動に
より成形型内の短繊維を振動させ、短繊維が浮上
や沈降をしないように一様に分散させて磁力によ
る配向をやりやすくするのが好ましい。この状態
で成形型を加圧してマトリツクスを硬化させて三
次元強化積層体を得る。 非磁性体の長繊維としてセラミツク繊維を用い
る場合は、炭素繊維、ガラス繊維などの繊維状無
機化合物が使用でき、この場合マトリツクスとし
ては樹脂、金属、セラミツクスなどが使用でき
る。また有機繊維を用いる時は、ポリエチレンテ
レフタレート繊維、アラミド繊維などの合成繊維
や絹、綿などの天然繊維が使用でき、この場合マ
トリツクスとしては、金属、セラミツクスを使用
すると、成形温度が高くて有機繊維の方が熱分解
を起こしてしまうので、マトリツクスとしては熱
硬化性または熱可塑性の樹脂が好ましい。 強磁性体の短繊維としては、アスペクト比20以
上の酸化鉄粒子またはメタル粒子、あるいはアス
ペクト比20以上、繊維長100μｍ以下の強磁性ウ
イスカまたは強磁性体で被覆されたウイスカなど
が使用できる。 〔作 用〕 上記により製造された三次元強化積層体は、長
繊維の積層面に垂直方向に短繊維が配向された状
態でマトリツクスにより固化されているので、層
間せん断強度が著しく向上し、あらゆる応力に対
して強化されており、構造部材として適してい
る。 〔実施例〕 以下、この発明の実施例を図について説明す
る。 実施例 １ 第１図は実施例で使用する三次元強化積層体製
造装置の正面図、第２図はその成形型の垂直断面
図であり、図において４は磁気プレスであり、
上、下の加圧部に磁極５を有する。磁極５の直径
は300mmである。６は磁極５間に介在する成形型
で、上下面の磁性材料部６ａと側面の非磁性材料
部６ｂとからなる。７は超音波振動子である。
CFRPクロス材からなる非磁性体の長繊維８は縦
糸、横糸の密度が共に17.5本／25mmの平織りで、
寸法は100mm×100mm、厚みは0.14mmである。この
長繊維８を成形型６に一枚ずつ積層し、この時各
層間に直径0.03μｍ、粒子長0.6μｍの酸化鉄粒子
からなる強磁性体の短繊維９を均一に散布する。
成形容積に対する長繊維８および短繊維９の容積
含有率をそれぞれ50％および10％とする。このよ
うにして繊維を積層した後に、成形型６内を真空
に引きながらエポキシ樹脂を圧入する。この時積
層した長繊維８および短繊維９が乱れないように
圧入は徐々に行う。次に成形型６を磁気プレス４
の磁極５間に設置し、成形型６に取付けられた超
音波振動子７により型内の短繊維９を振動させ
て、配向の妨げになる粒子間の拘束を防ぎ、均一
に分散するようにする。この状態のままで磁極５
により磁場を発生させ、成形型６内の磁性材料部
６ａ間に磁力線を発生させる。非磁性体の長繊維
８は磁力線により何も影響を受けないが、強磁性
体である短繊維９はこの磁力線の向き、即ち長繊
維８と垂直な方向に配向する。そして成形型６内
に埋蔵されたヒーターにより加熱を、また磁極５
を通して加圧を行い硬化させる。エポキシ樹脂の
粘度は加熱により変化するので、短繊維９が配向
しやすい低粘度の時に加振および磁場配向を行
う。硬化後成形型６の中から試験片Ａ（高さ３mm
×幅６mm×長さ20mm）を取出して層間せん断強度
FISを測定し、磁場をかけなかつた時の試験片Ｅ
およびクロス材からなる長繊維８のみの試験片Ｆ
と比較し表１の結果を得た。 実施例 ２〜４ 実施例１において短繊維９の種類を、直径
0.03μｍ、粒子長0.7μｍのメタル粒子、直径0.3μ
ｍ、繊維長75μｍの鉄ウイスカおよび直径0.6μｍ、
繊維長80μｍのニツケル被覆SiCウイスカと変え
た実施例２〜４の試験片Ｂ、Ｃ、Ｄの層間せん断
強度の測定結果を表１に示す。
以上のようにこの発明によれば、長繊維の積層
面に垂直方向に短繊維を配向させてマトリツクス
を硬化させたので、従来の積層体の弱点であつた
層間せん断強度を著しく向上させることができ、
あらゆる応力に対応した高品質の積層体が得られ
る効果がある。
面に垂直方向に短繊維を配向させてマトリツクス
を硬化させたので、従来の積層体の弱点であつた
層間せん断強度を著しく向上させることができ、
あらゆる応力に対応した高品質の積層体が得られ
る効果がある。
第１図は本発明の一実施例による三次元強化積
層体製造装置の正面図、第２図はその成形型の垂
直断面図、第３図は従来の製造方法による管状体
を形成する素材の一部切欠平面図である。 各図中、同一符号は同一部分を示し、４は磁気
プレス、５は磁極、６は成形型、６ａは磁性材料
部、６ｂは非磁性材料部、７は超音波振動子、８
は長繊維、９は短繊維である。
層体製造装置の正面図、第２図はその成形型の垂
直断面図、第３図は従来の製造方法による管状体
を形成する素材の一部切欠平面図である。 各図中、同一符号は同一部分を示し、４は磁気
プレス、５は磁極、６は成形型、６ａは磁性材料
部、６ｂは非磁性材料部、７は超音波振動子、８
は長繊維、９は短繊維である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 積層された非磁性体の長繊維と、この長繊維
積層面に垂直方向に磁場配向された強磁性体の短
繊維と、上記長繊維及び短繊維を上記配向状態で
内蔵するように硬化したマトリツクスとを備えた
ことを特徴とする三次元強化積層体。 ２ 強磁性体の短繊維がアスペクト比20以上の酸
化鉄粒子またはメタル粒子であることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の三次元強化積層
体。 ３ 強磁性体の短繊維がアスペクト比20以上で繊
維長が100μｍ以下の強磁性ウイスカまたは強磁
性体で被覆されたウイスカであることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の三次元強化積層
体。 ４ 非磁性体の長繊維がセラミツク繊維であり、
マトリツクスが樹脂、金属またはセラミツクスで
あることを特徴とする特許請求の範囲第１項ない
し第３項のいずれかに記載の三次元強化積層体。 ５ 非磁性体の長繊維が有機繊維であり、マトリ
ツクスが熱硬化性または熱可塑性樹脂であること
を特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第３項
のいずれかに記載の三次元強化積層体。 ６ 強磁性体の短繊維と非磁性体の長繊維とを組
み合わせたものを磁場におかれた成形型の中に入
れ、マトリツクスを含浸させた状態で、上記強磁
性体の短繊維のみを磁力により長繊維積層面に垂
直方向に磁場配向させて硬化させることを特徴と
する三次元強化積層体の製造方法。 ７ 磁場配向させる時に超音波振動により繊維を
振動させ、配向しやすくすることを特徴とする特
許請求の範囲第６項記載の三次元強化積層体の製
造方法。 ８ 成形型が磁性材料と非磁性材料から成り、磁
性材料間で磁力を発生させることを特徴とする特
許請求の範囲第６項または第７項記載の三次元強
化積層体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61255893A JPS63111038A (ja) | 1986-10-29 | 1986-10-29 | 三次元強化積層体及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61255893A JPS63111038A (ja) | 1986-10-29 | 1986-10-29 | 三次元強化積層体及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63111038A JPS63111038A (ja) | 1988-05-16 |
| JPH0229496B2 true JPH0229496B2 (ja) | 1990-06-29 |
Family
ID=17285031
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61255893A Granted JPS63111038A (ja) | 1986-10-29 | 1986-10-29 | 三次元強化積層体及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63111038A (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4880986B2 (ja) * | 2005-12-02 | 2012-02-22 | ポリマテック株式会社 | エポキシ樹脂組成物を用いて形成される物品の製造方法 |
| CZ2010336A3 (cs) * | 2010-04-30 | 2012-01-11 | Vysoká škola technická a ekonomická v Ceských Budejovicích | Kompozitový díl a zpusob jeho výroby |
| JP5606881B2 (ja) * | 2010-11-19 | 2014-10-15 | 津田駒工業株式会社 | 炭素繊維基材及び炭素繊維強化プラスチック |
| US9457521B2 (en) * | 2011-09-01 | 2016-10-04 | The Boeing Company | Method, apparatus and material mixture for direct digital manufacturing of fiber reinforced parts |
| JP6217254B2 (ja) * | 2013-09-06 | 2017-10-25 | 東レ株式会社 | 繊維強化プラスチック製部材 |
| US10096396B2 (en) | 2014-08-25 | 2018-10-09 | The Boeing Company | Composite materials with improved electrical conductivity and methods of manufacture thereof |
| JP7149577B2 (ja) * | 2018-10-15 | 2022-10-07 | 有限会社ヒロセ金型 | 炭素繊維強化樹脂成形品の製造方法、及び炭素繊維強化樹脂成形品 |
| CN116925531B (zh) * | 2022-03-30 | 2026-04-03 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种连续纤维增强聚酰胺复合材料及其制备方法 |
-
1986
- 1986-10-29 JP JP61255893A patent/JPS63111038A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63111038A (ja) | 1988-05-16 |
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