(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
鎖編糸がループ状に縦方向に連続して鎖編み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、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挿入糸にのみ樹脂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であって、
前記鎖編糸及び挿入糸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、
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。
鎖編糸がループ状に縦方向に連続して鎖編み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、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挿入糸と、により形成されたシート状とされる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曲面を有する形状に賦形し、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挿入糸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、
前記鎖編糸及び挿入糸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、
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。
前記メッシュ状の編み構造体に含浸する樹脂は、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;又は、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、若しくは、ポリフェニレンサルファイド樹脂などの熱可塑性樹脂が使用されることを特徴とする請求項1又は2に記載のメッシュ状繊維強化複合材。
鎖編糸がループ状に縦方向に連続して鎖編み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、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挿入糸と、により形成されたシート状とされる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挿入糸にのみ樹脂を含浸して硬化し、その後、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であって、
前記鎖編糸及び挿入糸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、
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。
前記メッシュ状の編み構造体に含浸する樹脂は、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、若しくは、ポリフェニレンサルファイド樹脂などの熱可塑性樹脂が使用されることを特徴とする請求項4に記載のメッシュ状繊維強化複合材。
前記炭素繊維ストランドは、炭素繊維フィラメント数が15000本以下、炭素繊維ストランドの繊度が1000テックス以下であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかの項に記載のメッシュ状繊維強化複合材。
炭素繊維ストランドとされない前記鎖編糸及び挿入糸は、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;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ことを特徴とする請求項1〜7のいずれかの項に記載のメッシュ状繊維強化複合材。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、本発明に係るメッシュ状繊維強化複合材を図面に則して更に詳しく説明する。
【0020】
実施例1
本発明に係るメッシュ状繊維強化複合材10は、
図1(a)に示すような、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と同様の構成とされるメッシュ状のシート状とされる編み構造体1を有し、
図1(b)に示すように、このメッシュ状編み構造体1に形成されたメッシュ(空隙部)Gを維持したままメッシュ状編み構造体1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7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。)に賦形された成型物とされる。
【0021】
更に説明すると、本実施例にてメッシュ状編み構造体1は、
図1(a)に示すように、鎖編糸2がループ状に縦方向に連続して鎖編み目2Aを形成しながら編成されて作製され、並行に配置された複数の縦方向の編み組織20と、縦方向の編み組織20に対して横方向に挿入し、互いに隣接した前記編み組織20を結束する挿入糸3とによりシート状に形成される。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、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から成る編み組織20と挿入糸3にのみ樹脂Rを含浸される。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における編み組織20と挿入糸3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と挿入糸3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とされる。上記構成とされるメッシュ状編み構造体1は、ドレープ性に優れ、深絞り賦形が可能であり、複合材を成形する際の成形作業が非常に簡単である。
【0022】
つまり、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になり易く、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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
(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、鎖編糸2及び挿入糸3として炭素繊維束(炭素繊維ストランド)を使用したメッシュ状とされるシート状の炭素繊維編物とされる。
図1(a)は、シート状炭素繊維編物、特に、シート状炭素繊維経編物とされるメッシュ状編み構造体1を説明するための部分拡大図である。
【0026】
本実施例によると、シート状編み構造体1は、炭素繊維ストランドからなる鎖編糸2が縦方向(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、そのループに炭素繊維ストランド(炭素繊維束)からなる多数本の挿入糸3が編み込まれている。本実施例では、挿入糸3は鎖編糸2の3本毎に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。
【0027】
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の炭素繊維ストランドがループを形成し、また挿入糸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。
【0028】
また、メッシュ状編み構造体1は、炭素繊維ストランド(鎖編糸2)がループを形成し、また挿入糸3も折り返し形態にて二方向に配列し、全体として多方向に繊維配列しているので、複合材(FRP)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。
【0029】
本実施例にて、メッシュ状編み構造体1における編み組織20については、鎖編糸2が縦方向にループを形成し、また挿入糸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。この他にも、デンビ、チュール、マーキゼットなどの組織があり、また挿入糸3は例えばデンビ組織の生地は耳部がカールしてしまうがそれを防ぐといった効果もあり、編み組織20や挿入糸3の有無などの組合せは多数存在する。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。
【0030】
炭素繊維ストランド、即ち、炭素繊維糸には短繊維を紡績した紡績糸も知られているが、紡績糸は強撚によって糸を形成しているので、集束性が強く、糸の断面形状は円形に近い。このような鎖編糸2を用いて編成したメッシュ状編み構造体1は、空隙部が多くなり、編地の表面が凹凸し、鎖編糸3の屈曲が大きくなる。また、短繊維の紡績によって糸形成がなされているから、FRPでの強度発現度合いも低くなる。従って、本発明では連続フィラメントを多数本集束した連続炭素繊維束が用いられる。
【0031】
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、所謂、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。
【0032】
本実施例にて使用する連続炭素繊維ストランドのフィラメント数や繊度は、15,000本、1000テックス以下とされ、例えば12,000本、800テックス程度でもよいが、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(
図1(a)における箇所F)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(
図1(a)における箇所G)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6,000本以下(例えば、1,000〜6,000本の範囲)でかつ炭素繊維ストランドの繊度が400テックス以下(例えば、60〜400テックスの範囲)が好ましい。
【0033】
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炭素繊維目付けは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、細い炭素繊維ストランドを使用して100〜300g/m
2、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、太い炭素繊維ストランドを使用して300〜700g/m
2の目付けとすることが好ましい。また、目付けが100g/m
2以下であると、鎖編み目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/m
2以上になると、鎖編糸2、2同士や挿入糸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。
【0034】
本実施例のメッシュ状編み構造体1を積層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、炭素繊維が屈曲しているので、炭素繊維が真直ぐ配列した一方向材のように直ちに炭素繊維に大きな負荷はかからず、先ず、複合材10のマトリックス樹脂Rが破壊して衝撃エネルギーを吸収し、次に炭素繊維が破壊に至るので、耐衝撃性に強いFRP成形物となる。
【0035】
なお、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、エポキシ樹脂やビニルエステル樹脂などの熱硬化性樹脂の場合は破断伸度が4〜10%の高破断伸度樹脂が好ましい。
【0036】
本実施例のメッシュ状編み構造体1は、既に炭化された炭素繊維ストランドを使用した編物なので、プリカーサからなる編物を炭化して得られる炭素繊維編物に比べ、安定した幅の布帛となり、また繊維目付けの均一な炭素繊維編物となり、高強度、高弾性率の、いわゆる高性能な炭素繊維編物となる。
【0037】
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。
【0038】
変更実施例1
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。つまり、
図1(a)に示す上記実施例では、挿入糸3は鎖編糸2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、
図2、
図3、
図4に示す構成とすることもできる。
【0039】
すなわち、
図2の実施例では、挿入糸3は鎖編糸2の2本毎に、毎コース、交錯して方向が反転し(毎コース2針挿入)、
図3の実施例では、挿入糸は編み糸の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4の実施例では、挿入糸は編み糸の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。
【0040】
変更実施例2
上記実施例では、メッシュ状編み構造体1は、鎖編糸2及び挿入糸3は全て、炭素繊維ストランドにて作製された糸条を使用するものとして説明した。また、炭素繊維ストランドはPAN系炭素繊維であるとして説明した。
【0041】
しかしながら、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及び挿入糸3の中の一部を、他の繊維に置き換えることもできる。つまり、換言すれば、本発明では、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、残りの糸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。
【0042】
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及び挿入糸3は、通常、繊度が10〜600テックス、好ましくは、30〜300テックスとされる。繊度が600テックスを超えると糸が太くなり、鎖編糸2と挿入糸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。
【0043】
また、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、炭素繊維フィラメント数が6000本以下、好ましくは、1000〜3000本、炭素繊維ストランドの繊度が600テックス以下、好ましくは、100〜300テックス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600テックスを超えると、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と挿入糸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。
【0044】
(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。
【0045】
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と挿入糸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。
【0046】
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
【0047】
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。
【0048】
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2〜80mm
2とされることが重要である。一個当たりの開口部面積が2mm
2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80mm
2を超えると、成形後のメッシュが大きくなり過ぎて、メッシ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。
【0049】
(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と挿入糸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、繊維の体積比率で30〜70%、好ましくは、40〜60%とされる。
【0050】
上記実施例にて、熱可塑性樹脂としては、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などを例示したがこれに限定されるものではない。更に、熱可塑性樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂などを使用することができ、熱硬化性樹脂としては、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使用することができる。
【0051】
(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。
【0052】
図5(a)〜(c)に、成形方法の一つの実施例であるプレス成型法を示す。このプレス成型法によると、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5(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。
【0053】
次に、メッシュ状編み構造体1の鎖編糸2からなる編み組織20と挿入糸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5(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5(c))。メッシュ状繊維強化複合材10は、型より取出し(
図5(d))、所定形状に仕上げる(
図5(e))。
【0054】
図6(a)、(b)に、成形方法の他の実施例である真空成型法を示す。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と挿入糸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、熱可塑性樹脂が使用される。
【0055】
樹脂が含浸され硬化されているメッシュ状編み構造体1aは、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6(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6(b))。その後は、プレス成型法と同様に、
図5(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。
【0056】
この真空成型法においても、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1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。
【0057】
上記真空成型法によると、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。
【0058】
(実験例1〜5、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、挿入糸3の種類、開口率(OR)、などを変えてメッシュ状繊維強化複合材10の強度、重量、通気性感覚、などを検証した。実験結果を表1に示す。なお、本実験例、比較例にて複合材における繊維の含有量は、繊維の体積比率で50%とした。
【0059】
実験例1
実験例1で使用したメッシュ状編み構造体1は、
図2を参照して説明した構造とされた。鎖編糸2及び挿入糸3は、PAN系の炭素繊維ストランドを使用した。炭素繊維ストランドのフィラメント数は3000本、繊度は200テックス、炭素繊維目付けは600g/m
2であった。
【0060】
上記メッシュ状編み構造体1の開口率を、キヤノン株式会社製の2次元スキャナー(商品名「CanoScan4400F」)を使用して求めた。実験例1のメッシュ状編み構造体1の開口率は、20%とされた。また、一個当たりの開口部(孔)の面積は、2.5〜3.0mm
2であった。
【0061】
上記メッシュ状編み構造体1は、
図5に示すプレス成型法にてメッシュ状繊維強化複合材10を成形した。つまり、上記メッシュ状編み構造体1を1層、半径13cmの半球状の雄型201にセットした。メッシュ状編み構造体1は、ドレープ性、伸縮性が良く、成形性が良く、作業が容易であった。雄型201にセットされたメッシュ状編み構造体1にエポキシ樹脂(新日鉄住金マテリアルズ株式会社製、商品名「FR−E5P」)をブラシにて塗布し、編み組織20と挿入糸3にのみ樹脂含浸させた。
【0062】
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(10MPa)にて加圧し、加熱(200℃)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が得られた。メッシュ状繊維強化複合材10は、型より取出し、所定形状に仕上げた。
【0063】
このメッシュ状繊維強化複合材10に対し成形1週間後に、万能試験機で強度を評価した。評価機は、島津製作所万能試験機(10ton対応)であり、評価方法は、圧縮、試験速度:10mm/分だった。圧子部には直径10cmのシリコン製の治具を用いた。圧縮試験の最大荷重値を読み取った。荷重値は、5.5kN、重量は54gであった。約2時間、晴天のもとで頭部に装着したが、内部に汗は認められなかった。
【0064】
実験例2
実験例2で使用したメッシュ状編み構造体1は、実験例1と同様のものであり、鎖編糸2及び挿入糸3は、PAN系の炭素繊維ストランドを使用した。炭素繊維ストランドのフィラメント数は3000本、繊度は200テックス、炭素繊維目付けは400g/m
2であった。
【0065】
実験例1と同様にして求めた上記メッシュ状編み構造体1の開口率は、40%とされた。また、一個当たりの開口部の面積は、4.0〜4.5mm
2であった。
【0066】
上記メッシュ状編み構造体1は、実験例1と同様にプレス成型法にてメッシュ状繊維強化複合材10を成形した。つまり、上記メッシュ状編み構造体1を1層、半径13cmの半球状の雄型201にセットした。メッシュ状編み構造体1は、ドレープ性、伸縮性が良く、成形性が良く、作業が容易であった。雄型201にセットされたメッシュ状編み構造体1にエポキシ樹脂(新日鉄住金マテリアルズ株式会社製、商品名「FR−E5P」)をブラシにて塗布し、編み組織20と挿入糸3にのみ樹脂含浸させた。
【0067】
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(10MPa)にて加圧し、加熱(200℃)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が得られた。メッシュ状繊維強化複合材10は、型より取出し、所定形状に仕上げた。
【0068】
このメッシュ状繊維強化複合材10に対し成形1週間後に、万能試験機で強度を評価した。評価機は、島津製作所万能試験機(10ton対応)であり、評価方法は、圧縮、試験速度:10mm/分だった。圧子部には直径10cmのシリコン製の治具を用いた。圧縮試験の最大荷重値を読み取った。荷重値は、4.3kN、重量は39gであった。約2時間、晴天のもとで頭部に装着したが、内部に汗は認められなかった。
【0069】
実験例3
実験例3で使用したメッシュ状編み構造体1は、実験例1と同様のものであり、鎖編糸2及び挿入糸3は、PAN系の炭素繊維ストランドを使用した。炭素繊維ストランドのフィラメント数は3000本、繊度は200テックス、炭素繊維目付けは300g/m
2であった。
【0070】
実験例1と同様にして求めた上記メッシュ状編み構造体1の開口率は、60%とされた。また、一個当たりの開口部の面積は、8.5〜9.0mm
2であった。
【0071】
上記メッシュ状編み構造体1は、実験例1と同様にプレス成型法にてメッシュ状繊維強化複合材10を成形した。つまり、上記メッシュ状編み構造体1を1層、半径13cmの半球状の雄型201にセットした。メッシュ状編み構造体1は、ドレープ性、伸縮性が良く、成形性が良く、作業が容易であった。雄型201にセットされたメッシュ状編み構造体1にエポキシ樹脂(新日鉄住金マテリアルズ株式会社製、商品名「FR−E5P」)をブラシにて塗布し、編み組織20と挿入糸3にのみ樹脂含浸させた。
【0072】
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(10MPa)にて加圧し、加熱(200℃)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が得られた。メッシュ状繊維強化複合材10は、型より取出し、所定形状に仕上げた。
【0073】
このメッシュ状繊維強化複合材10に対し成形1週間後に、万能試験機で強度を評価した。評価機は、島津製作所万能試験機(10ton対応)であり、評価方法は、圧縮、試験速度:10mm/分だった。圧子部には直径10cmのシリコン製の治具を用いた。圧縮試験の最大荷重値を読み取った。荷重値は、3.0kN、重量は29gであった。約2時間、晴天のもとで頭部に装着したが、内部に汗は認められなかった。ただし、圧縮強度が、実験例1から比べると約1/2になっていた。
【0074】
実験例4
実験例4で使用したメッシュ状編み構造体1は、
図4を参照して説明した構造とされた。ビニロン繊維を使用した鎖編糸2にて編み組織20を形成した。鎖編糸2のフィラメント数は、250本、繊度は56テックスであった。挿入糸3は、PAN系の炭素繊維ストランドを使用した。炭素繊維ストランドのフィラメント数は3000本、繊度は200テックスであった。メッシュ状編み構造体1の繊維目付けは450g/m
2であった。
【0075】
上記メッシュ状編み構造体1の開口率を、キヤノン株式会社製の2次元スキャナー(商品名「CanoScan4400F」)を使用して計算して求めた。実験例4のメッシュ状編み構造体1の開口率は、40%とされた。また、一個当たりの開口部の面積は、4.5〜5.0mm
2であった。
【0076】
上記メッシュ状編み構造体1は、実験例1と同様にプレス成型法にてメッシュ状繊維強化複合材10を成形した。つまり、上記メッシュ状編み構造体1を1層、半径13cmの半球状の雄型201にセットした。メッシュ状編み構造体1は、ドレープ性、伸縮性が良く、成形性が良く、作業が容易であった。雄型201にセットされたメッシュ状編み構造体1にエポキシ樹脂(新日鉄住金マテリアルズ株式会社製、商品名「FR−E5P」)をブラシにて塗布し、編み組織20と挿入糸3にのみ樹脂含浸させた。
【0077】
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(10MPa)にて加圧し、加熱(200℃)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が得られた。メッシュ状繊維強化複合材10は、型より取出し、所定形状に仕上げた。
【0078】
このメッシュ状繊維強化複合材10に対し成形1週間後に、万能試験機で強度を評価した。評価機は、島津製作所万能試験機(10ton対応)であり、評価方法は、圧縮、試験速度:10mm/分だった。圧子部には直径10cmのシリコン製の治具を用いた。圧縮試験の最大荷重値を読み取った。荷重値は、4.2kN、重量は38gであった。約2時間、晴天のもとで頭部に装着したが、内部に汗は認められなかった。
【0079】
実験例5
実験例5で使用したメッシュ状編み構造体1は、
図3を参照して説明した構造とされた。ビニロン繊維を使用した鎖編糸2にて編み組織20を形成した。鎖編糸2のフィラメント数は、250本、繊度は56テックスであった。
【0080】
挿入糸3は、第1挿入糸3aと、第2挿入糸3bとからなり、第1挿入糸3aは、ビニロン繊維を使用し、第2挿入糸3bは、PAN系の炭素繊維ストランドを使用した。第1挿入糸3aのビニロン糸のフィラメント数は、250本、繊度は56テックスであり、第2挿入糸3bの炭素繊維ストランドのフィラメント数は3000本、繊度は200テックスであった。
【0081】
メッシュ状編み構造体1の繊維目付けは450g/m
2であった。
【0082】
上記メッシュ状編み構造体1の開口率を、キヤノン株式会社製の2次元スキャナー(商品名「CanoScan4400F」)を使用して計算して求めた。実験例4のメッシュ状編み構造体1の開口率は、35%とされた。また、一個当たりの開口部の面積は、3.5〜4.0mm
2であった。
【0083】
上記メッシュ状編み構造体1は、実験例1と同様にプレス成型法にてメッシュ状繊維強化複合材10を成形した。つまり、上記メッシュ状編み構造体1を1層、半径13cmの半球状の雄型201にセットした。メッシュ状編み構造体1は、ドレープ性、伸縮性が良く、成形性が良く、作業が容易であった。雄型201にセットされたメッシュ状編み構造体1にエポキシ樹脂(新日鉄住金マテリアルズ株式会社製、商品名「FR−E5P」)をブラシにて塗布し、編み組織20と挿入糸3にのみ樹脂含浸させた。
【0084】
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(10MPa)にて加圧し、加熱(200℃)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が得られた。メッシュ状繊維強化複合材10は、型より取出し、所定形状に仕上げた。
【0085】
このメッシュ状繊維強化複合材10に対し成形1週間後に、万能試験機で強度を評価した。評価機は、島津製作所万能試験機(10ton対応)であり、評価方法は、圧縮、試験速度:10mm/分だった。圧子部には直径10cmのシリコン製の治具を用いた。圧縮試験の最大荷重値を読み取った。荷重値は、4.1kN、重量は33gであった。約2時間、晴天のもとで頭部に装着したが、内部に汗は認められなかった。
【0086】
比較例1
比較例1では、PAN系の炭素繊維ストランドを使用した2,2綾織クロスを使用した。炭素繊維ストランドのフィラメント数は3000本、繊度は200テックス、炭素繊維目付けは200g/m
2であった。
【0087】
上記綾織クロスを1層、実験例1と同様に、半径13cmの半球状の雄型201にセットした。綾織クロスは、ドレープ性、伸縮性が悪く、成形性が悪く、作業が困難であった。雄型201にセットされた綾織クロスにエポキシ樹脂(新日鉄住金マテリアルズ株式会社製、商品名「FR−E5P」)を含浸させた。その後、同じ構成の綾織クロスを2層目として被せて、1層目と同様に、同じ樹脂を含浸させた。
【0088】
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(10MPa)にて加圧し、加熱(200℃)することにより、樹脂が硬化され、所定形状に賦形された繊維強化複合材が得られた。繊維強化複合材は、型より取出し、所定形状に仕上げた。
【0089】
この繊維強化複合材に対し成形1週間後に、万能試験機で強度を評価した。評価機は、島津製作所万能試験機(10ton対応)であり、評価方法は、圧縮、試験速度:10mm/分だった。圧子部には直径10cmのシリコン製の治具を用いた。圧縮試験の最大荷重値を読み取った。荷重値は、6.2kN、重量は72gであった。約2時間、晴天のもとで頭部に装着したが、内部に少量の汗が認められた。
【0090】
比較例2
比較例2では、比較例1と同様にして、所定形状に賦形された繊維強化複合材を作製した。この繊維強化複合材に対して、成形の翌日、得られた成形物に直径1.85cm円孔を10個開けた。
【0091】
この成形物に対し成形1週間後に、万能試験機で強度を評価した。評価機は、島津製作所万能試験機(10ton対応)であり、評価方法は、圧縮、試験速度:10mm/分だった。圧子部には直径10cmのシリコン製の治具を用いた。圧縮試験の最大荷重値を読み取った。荷重値は、3.0kN、重量は62gであった。約2時間、晴天のもとで頭部に装着した。比較例1ほどではないが内部に汗の発生が認められた。
【0092】
比較例3
比較例3では、比較例1と同様にして、所定形状に賦形された繊維強化複合材を作製した。この繊維強化複合材に対して、成形の翌日、得られた成形物に直径1.85cm円孔を20個開けた。
【0093】
この成形物に対し成形1週間後に、万能試験機で強度を評価した。評価機は、島津製作所万能試験機(10ton対応)であり、評価方法は、圧縮、試験速度:10mm/分だった。圧子部には直径10cmのシリコン製の治具を用いた。圧縮試験の最大荷重値を読み取った。荷重値は、2.0kN、重量は50gであった。約2時間、晴天のもとで頭部に装着したが、内部に汗は認められなかった。
【0094】
比較例4
比較例4では、PAN系の炭素繊維ストランドを使用した2,2綾織クロスを使用した。炭素繊維ストランドのフィラメント数は3000本、繊度は200テックス、炭素繊維目付けは200g/m
2であった。
【0095】
上記綾織クロスを1層、比較例1と同様に、半径13cmの半球状の雄型201にセットした。綾織クロスは、ドレープ性、伸縮性が悪く、成形性が悪く、作業が困難であった。雄型201にセットされた綾織クロスにエポキシ樹脂(新日鉄住金マテリアルズ株式会社製、商品名「FR−E5P」)を含浸させた。その後、比較例1とは異なり、PAN系の炭素繊維ストランドを使用した2,2綾織クロスの代わりに、ビニロン製の平織クロス(ユニチカ株式会社製、商品名「ビストロン平織クロスVH205」)を使用した。原糸繊度はタテ、ヨコ1670dtex、密度タテ、ヨコ16本/25mm、繊維目付けは205g/m
2であった。
【0096】
比較例4においても、比較例1と同様にして、所定形状に賦形された繊維強化複合材を作製した。この繊維強化複合材に対して、成形の翌日、得られた成形物に直径1.85cm円孔を20個開けた。
【0097】
この成形物に対し成形1週間後に、万能試験機で強度を評価した。評価機は、島津製作所万能試験機(10ton対応)であり、評価方法は、圧縮、試験速度:10mm/分だった。圧子部には直径10cmのシリコン製の治具を用いた。圧縮試験の最大荷重値を読み取った。荷重値は、1.8kN、重量は49gであった。約2時間、晴天のもとで頭部に装着したが、内部に汗は認められなかった。
【0098】
比較例5
比較例5では、比較例1と同様に成形し、翌日得られた成形物に直径1.85cm円孔を40個開けた。
【0099】
この成形物に対し成形1週間後に、万能試験機で強度を評価した。評価機は、島津製作所万能試験機(10ton対応)であり、評価方法は、圧縮、試験速度:10mm/分だった。圧子部には直径10cmのシリコン製の治具を用いた。圧縮試験の最大荷重値を読み取った。荷重値は、1.0kN、重量は45gであった。約2時間、晴天のもとで頭部に装着したが、内部に汗は認められなかった。ただし、圧縮強度が、比較例1から比べると1/6になっていた。
【0100】
比較例6
比較例6では、比較例1と同様に成形し、翌日得られた成形物に直径1.85cm円孔を60個開けた。
【0101】
この成形物に対し成形1週間後に、万能試験機で強度を評価した。評価機は、島津製作所万能試験機(10ton対応)であり、評価方法は、圧縮、試験速度:10mm/分だった。圧子部には直径10cmのシリコン製の治具を用いた。圧縮試験の最大荷重値を読み取った。荷重値は、0.5kN、重量は35gであった。約2時間、晴天のもとで頭部に装着したが、内部に汗は認められなかった。ただし、圧縮強度が、比較例1から比べると1/12になっていた。