JPH0558390B2 - - Google Patents
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- JPH0558390B2 JPH0558390B2 JP1085110A JP8511089A JPH0558390B2 JP H0558390 B2 JPH0558390 B2 JP H0558390B2 JP 1085110 A JP1085110 A JP 1085110A JP 8511089 A JP8511089 A JP 8511089A JP H0558390 B2 JPH0558390 B2 JP H0558390B2
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Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、強化用のロツドまたは繊維束をマト
リツクス中に多軸方向に配向した三次元多軸強化
複合材料の製造方法に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a method for producing a three-dimensional multiaxially reinforced composite material in which reinforcing rods or fiber bundles are oriented in multiaxial directions in a matrix.
［従来の技術］
三次元織物にマトリツクス樹脂を含浸させて三
次元多軸複合材料を製造する方法は、既に公知で
ある。これらの方法においては、製織された三次
元織物を基材とし、その基材にマトリツクス樹脂
を含浸させて、基材内の空隙に樹脂を充填してい
る。[Prior Art] A method for manufacturing a three-dimensional multiaxial composite material by impregnating a three-dimensional fabric with a matrix resin is already known. In these methods, a woven three-dimensional fabric is used as a base material, the base material is impregnated with a matrix resin, and the voids within the base material are filled with the resin.
しかしながら、予め製織された基材に樹脂を含
浸させる方法では、特に基材が高密度である場合
に完全に含浸できず、内部に空洞が生じ、複合材
料の物性を十分に現出できないことが多かつた。
即ち、三次元複合材料を製造する場合には、その
比強度及び比弾性率の向上のために、細い繊維束
で高密度化が図られるが、それによつて繊維束間
の隙間が狭くなり、マトリツクスの含浸が困難に
なつた。また、樹脂の含浸時に、基材の形状を保
つためのハンドリングが難かしく、特殊な治具等
を用意する必要が生じるという問題もあつた。 However, with the method of impregnating a pre-woven base material with resin, complete impregnation may not be possible, especially when the base material has a high density, creating cavities inside and failing to fully express the physical properties of the composite material. It was a lot.
That is, when producing a three-dimensional composite material, high density is achieved using thin fiber bundles in order to improve its specific strength and specific modulus, but as a result, the gaps between the fiber bundles become narrower. It became difficult to impregnate the matrix. Further, there was also the problem that handling to maintain the shape of the base material during resin impregnation was difficult, and it was necessary to prepare a special jig or the like.
［発明が解決しようとする課題］
本発明の技術的課題は、三次元織物を基材とす
る三次元多軸強化複合材料を製造するに際し、強
化用のロツドや繊維束の間に空隙が生じたりする
ことがなく、マトリツクスが完全に充填された複
合材料を容易に製造可能にすることにある。[Problems to be Solved by the Invention] A technical problem to be solved by the present invention is that when producing a three-dimensional multiaxially reinforced composite material using a three-dimensional fabric as a base material, voids may occur between reinforcing rods and fiber bundles. The object of the present invention is to easily manufacture a composite material completely filled with a matrix.
［課題を解決するための手段］
上記課題を解決するため、本発明の三次元多軸
強化複合材料製造方法においては、柔軟状態にあ
るマトリツクス塊に、ロツドまたは繊維束からな
る強化材を多軸方向から挿入し、しかる後に上記
マトリツクス塊を硬化させて、三次元多軸強化複
合材料を得るという手段を用いている。[Means for Solving the Problems] In order to solve the above problems, in the method for producing a three-dimensional multiaxially reinforced composite material of the present invention, a reinforcing material consisting of rods or fiber bundles is multiaxially applied to a flexible matrix mass. A method is used in which a three-dimensional multiaxially reinforced composite material is obtained by inserting the matrix from one direction and then hardening the matrix mass.
上記マトリツクスとしては、未硬化あるいは半
硬化の熱硬化性樹脂、温度調整によつて軟化させ
た熱可塑性樹脂、あるいは半凝固した金属などを
用いることができ、さらに、上面を除く他の周面
を半硬化させた樹脂を用いて強化材の挿入を行う
こともできる。 The matrix may be an uncured or semi-cured thermosetting resin, a thermoplastic resin softened by temperature adjustment, or a semi-solid metal. It is also possible to insert the reinforcing material using semi-cured resin.
［作用］
三次元多軸強化複合材料の製造に際し、柔軟状
態にあるマトリツクス塊に強化用のロツドまたは
繊維束を多軸方向から挿入した場合、該ロツドや
繊維束相互間のマトリツクス中に空隙が生じたり
することがなく、それらの間にマトリツクスが完
全に充填された複合材料を容易に得ることができ
る。[Function] When producing a three-dimensional multiaxially reinforced composite material, when reinforcing rods or fiber bundles are inserted into a flexible matrix mass from multiaxial directions, voids are created in the matrix between the rods or fiber bundles. It is possible to easily obtain a composite material in which the matrix is completely filled between them without any formation of particles.
マトリツクスとして未硬化あるいは半硬化の熱
硬化性樹脂を用いたときは、ロツドまたは繊維束
を挿入した後、マトリツクスを熱硬化させ、温度
調整によつて軟化させた熱可塑性樹脂や半凝固し
た金属を用いたときは、ロツドまたは繊維束を挿
入した後、マトリツクスを温度の降下により硬化
させる。 When an uncured or semi-cured thermosetting resin is used as the matrix, after inserting the rod or fiber bundle, the matrix is thermosetted, and then the thermoplastic resin or semi-solidified metal is softened by adjusting the temperature. When used, after insertion of the rod or fiber bundle, the matrix is cured by lowering the temperature.
また、上面を除く他の周面を半硬化させたマト
リツクスを用いたときには、ロツドや繊維束の挿
入により排除されるマトリツクスが上方に逃げる
ので、製造する複合材料の外形寸法を予め設定す
ることが可能である。 Furthermore, when using a matrix whose peripheral surfaces other than the top surface are semi-hardened, the matrix removed by insertion of rods or fiber bundles escapes upwards, so it is difficult to set the external dimensions of the composite material to be manufactured in advance. It is possible.
［実施例］
第１図は、本発明の方法によつて製造された三
次元多軸強化複合材料の構成を示している。[Example] FIG. 1 shows the structure of a three-dimensional multiaxially reinforced composite material produced by the method of the present invention.
この複合材料の製造に際しては、材料自体が柔
軟で流動可能な状態にあるマトリツクス塊１に、
強化用のロツド２を少なくとも３軸方向から密に
挿入し、しかる後に上記マトリツクス塊１を硬化
させる。 When manufacturing this composite material, the matrix mass 1, in which the material itself is flexible and flowable, is
The reinforcing rods 2 are inserted closely from at least three axial directions, and then the matrix mass 1 is hardened.
ロツドまたは後述の繊維束からなる強化材は、
必ずしもマトリツクス塊１に対して互いに直交す
る３軸方向から挿入する必要はなく、適宜角度で
傾斜させて挿入することもでき、それによつてロ
ツドを適宜多軸方向に配向させた三次元多軸複合
材料が得られる。 Reinforcements made of rods or fiber bundles described below are
It is not necessarily necessary to insert the rods into the matrix block 1 from three axial directions perpendicular to each other, but it is also possible to insert the rods at an appropriate angle. Materials are obtained.
柔軟状態にあるマトリツクスとしては、未硬化
あるいは半硬化の熱硬化性樹脂、流動が起らない
程度の硬さに温度調整した熱可塑性樹脂、あるい
は半凝固した金属等が用いられる。 As the matrix in a flexible state, an uncured or semi-cured thermosetting resin, a thermoplastic resin whose temperature is adjusted to a degree of hardness that does not flow, or a semi-solidified metal is used.
上記未硬化あるいは半硬化の熱硬化性樹脂とし
ては、エポキシ樹脂、フエノール樹脂等を用いる
ことができ、特に、この熱硬化性樹脂を用いる場
合には、液状樹脂の上面を除く他の周面を硬化温
度になるまで加熱し、外側の硬度が完全な硬化時
における硬度（室温）の1/100〜1/20程度（形状
を保持できる程度の硬度）になつたところで加熱
を停止し、ロツド２を挿入する、という方法が適
している。ロツド２の挿入の順序は、三次元三軸
の複合材料の場合には、ｘ，ｙ，ｚ方向のいずれ
の方向からでもよいが、先ず、一方向のみを挿入
し、次に残りの二方向を順次挿入すると、全体形
状の安定性が保持される。また、この場合に用い
るロツドとしては、エポキシ樹脂をマトリツクス
として繊維束を結合した断面形状が0.5〜３mm□
程度のものが適している。 As the uncured or semi-cured thermosetting resin, epoxy resin, phenolic resin, etc. can be used. In particular, when using this thermosetting resin, the other peripheral surfaces except the upper surface of the liquid resin are Heat until the hardening temperature is reached, and stop heating when the hardness of the outside is about 1/100 to 1/20 of the hardness (room temperature) at the time of complete curing (hardness enough to maintain the shape), and then A suitable method is to insert . In the case of a three-dimensional, triaxial composite material, the order of insertion of the rod 2 can be from any of the x, y, and z directions, but first insert it in only one direction, and then insert it in the remaining two directions. Inserting them sequentially maintains the stability of the overall shape. In addition, the rod used in this case has a cross-sectional shape of 0.5 to 3 mm□, which is made by bonding fiber bundles using epoxy resin as a matrix.
Appropriate.
上述したように、マトリツクス樹脂の上面をあ
らかじめ加熱硬化することなく、ロツド２を挿入
すると、ロツドによつて排除された液状のマトリ
ツクス樹脂が上方に逃げるので、製造する複合材
料の外形寸法を予め設定することが可能であると
同時に、複合材料を一層均質化することができ、
またマトリツクス塊の上面が最後に硬化するの
で、マトリツクスにクラツクが発生するのを可及
的に抑制することができる。 As mentioned above, if the rod 2 is inserted without heating and curing the upper surface of the matrix resin in advance, the liquid matrix resin removed by the rod will escape upwards, so the external dimensions of the composite material to be manufactured can be set in advance. At the same time, it is possible to further homogenize the composite material,
Furthermore, since the upper surface of the matrix block is cured last, the occurrence of cracks in the matrix can be suppressed as much as possible.
さらに、第２図に示すように先端２ａが尖つた
ロツド２を用いると、マトリツクス塊１の外側表
面の硬度が室温での硬度の1/10になつても挿入可
能である。実験的には、第２図においてｃ／ａ＝
１〜10、ｄ／ａ＝０〜0.7の場合に容易に挿入可
能であることを確かめている。 Furthermore, as shown in FIG. 2, if a rod 2 with a pointed tip 2a is used, it can be inserted even if the hardness of the outer surface of the matrix mass 1 is 1/10 of the hardness at room temperature. Experimentally, in Fig. 2, c/a=
It has been confirmed that it can be easily inserted when d/a is 1 to 10 and d/a is 0 to 0.7.
このようなロツドの挿入の後、マトリツクス全
体を温度制御して完全硬化させ、三次元三軸また
は多軸（四軸以上）の強化複合材料を得る。 After insertion of such rods, the entire matrix is completely cured under temperature control to obtain a three-dimensional triaxial or multiaxial (four or more) reinforced composite material.
上記マトリツクスとして熱可塑性樹脂を用いる
場合には、例えば、ポリイミド樹脂、アクリル樹
脂、ナイロン、PEEK等が適し、成形に際して
は、予めそのマトリツクス塊を流動が起らない程
度の硬さに温度調整し、そのマトリツクス塊１に
上述したようなロツド等の強化材の挿通を行つた
後に、温度降下により樹脂の硬化を進行させ、三
次元多軸強化複合材料を得る。 When using a thermoplastic resin as the matrix, for example, polyimide resin, acrylic resin, nylon, PEEK, etc. are suitable, and when molding, the temperature of the matrix mass is adjusted in advance to a hardness that does not cause flow. After a reinforcing material such as a rod as described above is inserted into the matrix mass 1, the resin is cured by lowering the temperature to obtain a three-dimensional multiaxially reinforced composite material.
また、マトリツクスとして金属を用いる場合に
は、液相線温度と固相線温度の差が大きいAl−
Si合金を中心とするAl系合金等が適し、それら
の金属を半凝固状態に保持して、ロツド等の強化
材を挿通し、その後温度降下により金属を完全凝
固させて三次元多軸強化複合材料を得る。 In addition, when using metal as the matrix, Al-
Al-based alloys, mainly Si alloys, are suitable, and these metals are held in a semi-solid state, reinforcing materials such as rods are inserted, and then the metal is completely solidified by lowering the temperature to create a three-dimensional multiaxially reinforced composite. Get the materials.
マトリツクス塊１に挿入するロツド２として
は、強化用繊維束をロツドマトリツクスにより結
合してロツド化したものを用いることができる。
この場合に用いる繊維としては、例えば、炭素繊
維、アラミド繊維、ガラス繊維等の高強度繊維が
適しているが、繊維束を結合するためのロツドマ
トリツクスとの関係で、Al2O3，SiC等の無機質
材料からなる繊維を用いることもできる。ロツド
マトリツクスには、マトリツクス塊１を構成する
材料と同じものを用いるのが通例であるが、それ
に限るものではなく、例えば、Al，Ti，Cu，Ni
を主体とする合金を用いることもできる。 As the rods 2 to be inserted into the matrix mass 1, it is possible to use reinforcing fiber bundles bonded together into rods by a rod matrix.
High-strength fibers such as carbon fibers, aramid fibers, and glass fibers are suitable as the fibers used in this case, but due to the relationship with the rod matrix for binding the fiber bundles, Al 2 O 3 , Fibers made of inorganic materials such as SiC can also be used. Although it is customary to use the same material as the material constituting the matrix lump 1 for the rod matrix, the material is not limited to this, for example, Al, Ti, Cu, Ni, etc.
An alloy mainly composed of can also be used.
ロツドの断面形状は、正方形にした場合を図示
しているが、必ずしもこのような断面形状に限ら
れるものではなく、例えば円形等にすることもで
きる。 Although the cross-sectional shape of the rod is shown as square, it is not necessarily limited to such a cross-sectional shape, and may be circular, for example.
マトリツクス塊１には、上記ロツド２に代え
て、上述したような材質の繊維束３をロツド化す
ることなく挿入することができる。この場合に
は、第３図に例示するように、ロービング等から
なる繊維束３の先端を針４と結合し、この針で縫
うようにして逐次繊維束をマトリツクス塊１に挿
入することにより、三次元多軸強化複合材料を得
る。針４の長さは、マトリツクス塊１のサイズに
依存し、それを貫通できる程度に設定される。繊
維束３を構成する各繊維間は、予め柔軟性のある
マトリツクス材料により予め結合しておくことが
できる。 In place of the rods 2, fiber bundles 3 made of the materials described above can be inserted into the matrix mass 1 without being made into rods. In this case, as illustrated in FIG. 3, the tip of a fiber bundle 3 made of roving or the like is connected to a needle 4, and the fiber bundles are successively inserted into the matrix mass 1 by sewing with this needle. Obtain a three-dimensional multiaxially reinforced composite material. The length of the needle 4 depends on the size of the matrix mass 1 and is set to the extent that it can penetrate it. The fibers constituting the fiber bundle 3 can be bonded in advance using a flexible matrix material.
このような方法によつて三次元多軸強化複合材
料を製造すると、柔軟状態にあるマトリツクス塊
にロツドまたは繊維束からなる強化材を挿入する
ようにしたので、該強化材相互間のマトリツクス
中に空隙が生じたりすることがなく、高密度に配
した強化材の間にマトリツクスが完全に充填され
た複合材料を容易に得ることができる。また、そ
れによつて、三次元多軸構造材における強化材間
の接触面を増大させることができるので、いずれ
の方向からの外方に対してもすぐれた強度を持つ
た複合材料を得ることが可能になる。 When a three-dimensional multiaxially reinforced composite material is produced by this method, reinforcing materials consisting of rods or fiber bundles are inserted into the matrix mass in a flexible state. It is possible to easily obtain a composite material in which the matrix is completely filled between densely arranged reinforcing materials without creating voids. In addition, this makes it possible to increase the contact surface between reinforcing materials in a three-dimensional multiaxial structural material, making it possible to obtain a composite material that has excellent external strength from any direction. It becomes possible.
もちろん、この方法を低繊維密度の三次元複合
材料に適用することは容易である。 Of course, it is easy to apply this method to three-dimensional composite materials with low fiber density.
［発明の効果］
このような本発明の製造方法によれば、次に列
記するような効果を期待することができる。[Effects of the Invention] According to the manufacturing method of the present invention, the following effects can be expected.
(1) 強化材の高密度化、高充填化を図つた三次元
多軸強化複合材料でも、強化材間にマトリツク
スが充填されていないキヤビテイが生じること
はない。(1) Even in a three-dimensional multiaxially reinforced composite material in which the reinforcing material is highly densified and highly filled, cavities that are not filled with matrix do not occur between the reinforcing materials.
(2) 予め製織した三次元織物間にマトリツクスを
含浸充填する場合のように、特別の含浸装置を
必要としない。(2) A special impregnating device is not required, unlike the case where a matrix is impregnated and filled between pre-woven three-dimensional fabrics.
(3) 形状安定性の高い三次元複合材料を得ること
ができる。(3) Three-dimensional composite materials with high shape stability can be obtained.
第１図は本発明の方法によつて得られる三次元
多軸複合材料の斜視図、第２図は上記複合材料の
製造に際して用いるのに適したロツドの要部斜視
図、第３図は複合材料の製造に用いる繊維束の側
面図である。
１……マトリツクス塊、２……ロツド、３……
繊維束。
Fig. 1 is a perspective view of a three-dimensional multiaxial composite material obtained by the method of the present invention, Fig. 2 is a perspective view of the main part of a rod suitable for use in manufacturing the above composite material, and Fig. 3 is a FIG. 3 is a side view of a fiber bundle used for manufacturing the material. 1... Matrix lump, 2... Rod, 3...
fiber bundle.
Claims (1)
たは繊維束からなる強化材を多軸方向から挿入
し、しかる後に上記マトリツクス塊を硬化させ
て、三次元多軸強化複合材料を得ることを特徴と
する三次元多軸強化複合材料の製造方法。 ２ 柔軟状態にあるマトリツクスとして、未硬化
あるいは半硬化の熱硬化性樹脂を用いることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の三次元多軸
強化複合材料の製造方法。 ３ 柔軟状態にあるマトリツクスとして、温度調
整によつて軟化させた熱可塑性樹脂を用いること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の三次元
多軸強化複合材料の製造方法。 ４ 柔軟状態にあるマトリツクスとして、半凝固
した金属を用いることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の三次元多軸強化複合材料の製造方
法。 ５ 柔軟状態にあるマトリツクス塊として、上面
を除く他の周面を半硬化させた樹脂、あるいは半
凝固した金属を用いることを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の三次元多軸強化複合材料の製
造方法。[Claims] 1. A reinforcing material made of rods or fiber bundles is inserted into a flexible matrix mass from multiple directions, and then the matrix mass is hardened to obtain a three-dimensional multiaxially reinforced composite material. A method for producing a three-dimensional multiaxially reinforced composite material, characterized by: 2. The method for manufacturing a three-dimensional multiaxially reinforced composite material according to claim 1, characterized in that an uncured or semi-cured thermosetting resin is used as the flexible matrix. 3. A method for manufacturing a three-dimensional multiaxially reinforced composite material according to claim 1, characterized in that a thermoplastic resin softened by temperature control is used as the matrix in a flexible state. 4. A method for manufacturing a three-dimensional multiaxially reinforced composite material according to claim 1, characterized in that a semi-solidified metal is used as the matrix in a flexible state. 5. The three-dimensional multiaxially reinforced composite according to claim 1, characterized in that the matrix lump in a flexible state is made of a semi-hardened resin or a semi-solidified metal on the peripheral surface other than the upper surface. Method of manufacturing the material.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1085110A JPH02263835A (en) | 1989-04-04 | 1989-04-04 | Production of three-dimensional multiaxial reinforced composite material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1085110A JPH02263835A (en) | 1989-04-04 | 1989-04-04 | Production of three-dimensional multiaxial reinforced composite material |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02263835A JPH02263835A (en) | 1990-10-26 |
| JPH0558390B2 true JPH0558390B2 (en) | 1993-08-26 |
Family
ID=13849489
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1085110A Granted JPH02263835A (en) | 1989-04-04 | 1989-04-04 | Production of three-dimensional multiaxial reinforced composite material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02263835A (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2551287B2 (en) * | 1991-12-02 | 1996-11-06 | 三菱電機株式会社 | Multiaxially reinforced three-dimensional molding substrate for high energy absorption and high energy absorption composite material using the same |
-
1989
- 1989-04-04 JP JP1085110A patent/JPH02263835A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02263835A (en) | 1990-10-26 |
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