纤维结构体和纤维增强复合材料制造技术

一种纤维结构体，包含：具有在第1纱主轴方向延伸的第1增强纤维束的第1纤维层；具有在与上述第1纱主轴方向正交的第2纱主轴方向延伸的第2增强纤维束的第2纤维层；以及，将上述第1纤维层和上述第2纤维层在它们的层叠方向结合的辅助纱。上述第1增强纤维束和第2增强纤维束中的至少一者包含芯纱以及对上述芯纱卷绕成螺旋状的包覆纱。上述包覆纱的取向角度即包覆角度对应于与上述第1纱主轴方向和上述第2纱主轴方向为不同的方向且用于使以上述纤维结构体为增强基材的纤维增强复合材料具有力学特性的方向。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】纤维结构体和纤维增强复合材料
本专利技术涉及一种包含结合于层叠方向的第1纤维层和第2纤维层的纤维结构体以及包含该纤维结构体的纤维增强复合材料。
技术介绍
纤维增强复合材料(以下简称为复合材料)作为轻量、高强度的材料被使用。复合材料通过在增强纤维中含浸基质树脂而复合化，从而与基质树脂本身相比力学特性(机械特性)得到提高，因此作为结构部件优选。例如，作为复合材料的增强基材的纤维结构体包含层叠体和辅助纱，其中，所述层叠体是将由增强纤维制造的经纱、纬纱各自排列的纤维层层叠多个而得到的，所述辅助纱将该多个纤维层在层叠方向进行结合。此外，复合材料中，为了使经纱、纬纱的纱主轴方向(纱延伸的方向)以外也具有力学特性，有时除了经纱层和纬纱层以外，还层叠具有斜向纱的纤维层，所述斜向纱以在与这些经纱和纬纱的主轴方向不同的主轴方向延伸的方式排列。例如，图7所示，专利文献1的5轴三维纺织物80包含排列有多个经纱81a的经纱层81、排列有多个纬纱82a的纬纱层82以及2层斜纱层83、84，层叠这些层，利用垂直纱85结合在层叠方向上。一方的斜纱层83的第1斜纱83a相对于经纱81a倾斜一定角度，另一方的斜纱层84的第2斜纱84a相对于经纱81a向与第1斜纱83a相反方向倾斜一定角度。并且，5轴三维纺织物80中，2种斜纱83a、84a在经纱81a的纱主轴方向和纬纱82a的纱主轴方向以外的方向延伸，使该斜纱83a、84a的延伸方向上的力学特性提高。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2002－105798号公报
技术实现思路
然而，将5轴三维纺织物80在第1斜纱83a的纱主轴方向拉伸进行赋形时，5轴三维纺织物80因第2斜纱84a抑制剪切变形。如此，第2斜纱84a向缩短方向变形，第2斜纱84a弯弯曲曲，在以5轴三维纺织物80为增强基材的复合材料中，向第2斜纱84a的纱主轴方向的力学特性下降。本专利技术的目的是提供一种可抑制赋形时的力学特性下降的纤维结构体和纤维增强复合材料。用于解决上述问题的纤维结构体包含：第1纤维层，其具有以在第1纱主轴方向延伸的方式排列的多根第1增强纤维束；第2纤维层，其具有以在与上述第1纱主轴方向正交的第2纱主轴方向延伸的方式排列的多根第2增强纤维束；以及，辅助纱，其交错于上述第1增强纤维束和上述第2增强纤维束而将上述第1纤维层和上述第2纤维层在它们的层叠方向结合；并且，上述第1增强纤维束和第2增强纤维束中的至少一者包含由增强纤维制造的芯纱以及对上述芯纱卷绕成螺旋状的由增强纤维制造的包覆纱，上述包覆纱相对于上述芯纱的取向角度即包覆角度对应于与上述第1纱主轴方向和上述第2纱主轴方向为不同的方向且用于使以上述纤维结构体作为增强基材的纤维增强复合材料具有力学特性的方向。用于解决上述问题的、使基质树脂含浸于纤维结构体而成的纤维增强复合材料中，上述纤维结构体包含：第1纤维层，其具有以在第1纱主轴方向延伸的方式排列的多根第1增强纤维束；第2纤维层，其具有以在与上述第1纱主轴方向正交的第2纱主轴方向延伸的方式排列的多根第2增强纤维束；以及，辅助纱，其交错于上述第1增强纤维束和上述第2增强纤维束而将上述第1纤维层和上述第2纤维层在它们的层叠方向结合；并且，上述第1增强纤维束和第2增强纤维束中的至少一者包含由增强纤维制造的芯纱以及对上述芯纱卷绕成螺旋状的由增强纤维制造的包覆纱，上述包覆纱相对于上述芯纱的取向角度即包覆角度对应于与上述第1纱主轴方向和上述第2纱主轴方向为不同的方向且用于使上述纤维增强复合材料具有力学特性的方向。附图说明图1是示意性地表示一个实施方式的纤维结构体的俯视图。图2是示意性地表示包含图1的纤维结构体的纤维增强复合材料的截面图。图3是示意性地表示图1的纤维结构体所含的第1增强纤维束和第2增强纤维束的图。图4是示意性地表示经剪切变形的图1的纤维结构体的图。图5的(a)是表示其它例子的增强纤维束的图，(b)是表示包含(a)的增强纤维束的纤维增强复合材料的部分截面图。图6是表示另一个例子的纤维增强复合材料的部分截面图。图7是表示以往的5轴三维纺织物的图。具体实施方式以下，按照图1～图4说明使纤维结构体和纤维增强复合材料具体化的一个实施方式。如图2所示，纤维增强复合材料M是向构成增强基材的纤维结构体W中含浸基质树脂Ma而形成的。如图1和图2所示，纤维结构体W是将第1纤维层11和第2纤维层21用第1辅助纱31和第2辅助纱32进行结合而构成的。纤维结构体W中，将第1纤维层11和第2纤维层21重叠的方向作为层叠方向，第1纤维层11和第2纤维层21中，将沿着层叠方向的方向作为厚度方向，并且将沿着该厚度方向的尺寸作为厚度。如图1所示，第1纤维层11是排列多根作为第1增强纤维束的经纱12而构成的。第1纤维层11中，将经纱12的经纱主轴X1的延伸方向设为经纱主轴方向。此外，纤维结构体W中，将经纱12的取向角度设为0度。第2纤维层21是排列多根作为第2增强纤维束的纬纱22而构成的。第2纤维层21中，将纬纱22的纬纱主轴X2的延伸方向设为纬纱主轴方向。纤维结构体W中，相对于经纱主轴方向(经纱主轴X1)，纬纱主轴方向(纬纱主轴X2)以90度交叉，纤维结构体W中的纬纱22的取向角度为相对于经纱12的经纱主轴方向正交的90度。第1辅助纱31配置于邻接的经纱12彼此之间。此外，第1辅助纱31与纬纱22和第2辅助纱32交错。第2辅助纱32配置于邻接的纬纱22彼此之间，并且与第1辅助纱31和经纱12交错。其结果，利用第1辅助纱31和第2辅助纱32将多个经纱12和纬纱22结合，第1纤维层11和第2纤维层21在层叠方向结合。接着，对经纱12和纬纱22进行说明。如图2所示，经纱12和纬纱22各自包含由增强纤维制造的芯纱13和被覆芯纱13的由增强纤维制造的多个包覆纱14。芯纱13和包覆纱14是各自将多个增强纤维捆扎而构成的。构成芯纱13的增强纤维例如为碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维。此外，芯纱13为截面扁平状，具有在芯纱13的长边方向延伸的一对宽幅面13a、13b，将一个宽幅面13a设为第1宽幅面13a，将另一个宽幅面13b设为第2宽幅面13b。芯纱13具备连接宽幅面13a、13b的长缘部彼此的圆弧面13c。经纱12中的芯纱13的纱主轴方向(纱主轴Y)与经纱12的经纱主轴方向(经纱主轴X1)一致，纬纱22中的芯纱13的纱主轴方向(纱主轴Y)与纬纱22的纬纱主轴方向(纬纱主轴X2)一致。如图3所示，包覆纱14在芯纱13的外周面卷绕成螺旋状。构成包覆纱14的增强纤维例如为碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维。包覆纱14以相对于芯纱13的纱主轴方向(纱主轴Y)形成一定的取向角度(包覆角度)θ的状态被卷绕。进而，芯纱13被通过卷绕包覆纱14而构成的包覆层15所覆盖。本实施方式中包覆角度θ为45度。将芯纱13的第1宽幅面13a上的包覆纱14的纱主轴方向(第1覆盖纱主轴Ya)设为第1覆盖方向，将第2宽幅面13b上的包覆纱14的纱主轴方向(第2覆盖纱主轴Yb)设为第2覆盖方向。第1覆盖方向与第2覆盖方向相对于芯纱13的纱主轴Y对称。相对于芯纱13的纱主轴Y，第1覆盖纱主轴Ya所形成的包覆角度为+θ度(+45度)，相对于芯纱13的纱主轴Y，第2覆盖纱主轴Yb所形成的包覆角度为－θ度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纤维结构体，其包含：第1纤维层，具有以在第1纱主轴方向延伸的方式排列的多根第1增强纤维束，第2纤维层，具有以在与所述第1纱主轴方向正交的第2纱主轴方向延伸的方式排列的多根第2增强纤维束，以及辅助纱，交错于所述第1增强纤维束和所述第2增强纤维束而将所述第1纤维层和所述第2纤维层在它们的层叠方向结合，并且，所述第1增强纤维束和第2增强纤维束中的至少一者包含由增强纤维制造的芯纱以及对所述芯纱卷绕成螺旋状的由增强纤维制造的包覆纱，所述包覆纱相对于所述芯纱的取向角度即包覆角度对应于与所述第1纱主轴方向和所述第2纱主轴方向为不同的方向且用于使以所述纤维结构体作为增强基材的纤维增强复合材料具有力学特性的方向。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.28 JP 2015-1695801.一种纤维结构体，其包含：第1纤维层，具有以在第1纱主轴方向延伸的方式排列的多根第1增强纤维束，第2纤维层，具有以在与所述第1纱主轴方向正交的第2纱主轴方向延伸的方式排列的多根第2增强纤维束，以及辅助纱，交错于所述第1增强纤维束和所述第2增强纤维束而将所述第1纤维层和所述第2纤维层在它们的层叠方向结合，并且，所述第1增强纤维束和第2增强纤维束中的至少一者包含由增强纤维制造的芯纱以及对所述芯纱卷绕成螺旋状的由增强纤维制造的包覆纱，所述包覆纱相对于所述芯纱的取向角度即包覆角度对应于与所述第1纱主轴方向和所述第2纱主轴方向为不同的方向且用于使以所述纤维结构体作为增强基材的纤维增强复合材料具有力学特性的方向。2.根据权利要求1所述的纤维结构体，其中，所述芯纱为截面扁平状，具有在所述芯纱的长边方向延伸的一对宽幅面，分别位于该一对宽幅面上的所述包覆纱的部位在所述不同的方向取向。3.根据权利要求1或2所述的纤维结构体，其中，所述第1增强纤维束和第2增强纤维束各自具有所述芯纱和所述包覆纱。4.根据权利要求3所述的纤维结构体，其中，在各个所述第1增强纤维束和第2增强纤维束中，所述包覆纱构成覆盖所述芯纱的包覆层，所述包覆层具有由所述包覆纱中的相对于所述芯纱的纱主轴方向呈规定的包覆角度的部位构成的第1覆盖部以及由相对于所述芯纱的纱主轴与所述第1覆盖部的包覆角度...

【专利技术属性】
技术研发人员：神谷隆太，
申请(专利权)人：株式会社丰田自动织机，
类型：发明
国别省市：日本,JP