炭素繊維複合織物織りの種類

炭素繊維複合材は様々な方法で織り込まれています。これらを理解することで、製品設計の最適化、製品性能のさらなる向上、軽量化、コスト削減、そして最終的には製品の競争力向上につながります。

1. ファブリックウィーブとは何ですか?

炭素繊維は、布地に加工される前の繊維束の束です。用途拡大のため、炭素繊維は織物に加工されることが多くあります。経糸と緯糸の繊維束が特定の角度で織り合わされ、平面的で柔軟な構造を形成します。これを織物織りと呼びます。

2. 織りの種類

平織り（チェッカーボードとも呼ばれる）

• 構造: 縦糸と横糸の繊維束が交互に上下に織り込まれ、均一な 1×1 の正方格子機構を形成します。
• 利点: より軽く、より薄く、よりバランスのとれた異方性により、その機械的特性があらゆる方向でバランスがとれ、シーンの薄壁の多方向の力に適しています。
• デメリット: 柔軟性とドレープ性が低く、曲面のドレープには適しておらず、平面構造にのみ適しています。

綾織り

• 構造: 経糸が複数の緯糸と交差して斜めの模様を形成します。一般的には 2×2 綾織り、4×4 綾織り、または 2×2 二重綾織りです。
• 利点：経糸と緯糸の絡み合いが少なく、組織が緻密で柔軟性が高いため、複合表面構造に適しています。形成される立体的な構造はより美しく、露出シーンに適しています。
• デメリット: 織り合わせ点が少ないため、耐摩耗性が低く、端が緩みやすくなります。

綾織りは、経糸と緯糸の織り合わせ方の違いによって、以下の種類に分類されます。

2×2ツイル織り：

これは最も一般的な2×2織りの生地です。2本の経糸が2本の緯糸の上に重ねられ、緯糸が2本の緯糸の下に埋め込まれることで、織り目が交差した織り方になります。

4×4ツイル織り：

2×2綾織りと同じ織り方ですが、経糸4本が緯糸4本の上に浮かび、緯糸4本が緯糸4本の下に埋もれている構造です。2×2綾織りよりも緩やかな構造で、ドレープ性が高く、成形が容易です。

2×2デュアルツイル: 一般的には混紡生地に使用されます

• 組織：経糸は2本の緯糸の上に水平に垂れ下がり、さらに2本の緯糸の上に垂れ下がり、連続した斜め構造を形成します。また、緯糸も同様に経糸と織り合わされ、2本が上、2本が下となり、対称的な綾組織を形成します。
• 利点: 斜め構造のため、せん断抵抗が優れ、表面フィットが強く、複雑な応力のシナリオに適しています。

サテン織り

• 構造: 縦糸と横糸の絡み合いは複数の糸の間隔で 1 回発生し、これらの絡み合い点は別々で、規則的で、不連続です。
• 利点：平滑で滑らかな表面、優れた柔軟性、複雑な曲面構造に適しています。軽量：エポキシ樹脂の均一な浸透、十分な繊維含有量。
• デメリット: 異方性がより顕著になり、組織の横方向の強度が低くなります。

一方向織り

• 構造: すべての糸の繊維は絡み合うことなく、同じ方向に平行に配列されています。
• 利点：繊維方向の優れた強度。軽量性に優れている。 
• 欠点：組織の横方向の強度が低いため、多層交差積層による改善が必要

3. 異なる織り方におけるパラメータの比較

4. 応用

• 航空宇宙

UAV プロペラ: プロペラブレードの長さに沿って一方向性織物を重ねることで曲げ強度を最大化し、機体の重量を大幅に軽減して航続距離を延ばします。

• 自動車

車体: 炭素繊維複合ツイル生地は、曲面成形能力と美観を兼ね備え、ねじり剛性とせん断抵抗を向上させます。

• 医療施設 

検査機器用 CT ベッドパネル: サテン織りの優れた柔軟性により、体の曲線に適合し、高い X 線透過率を保証します。

5. 結論

炭素繊維複合材の織り方を理解し学ぶことで、材料を製品の特性と正確に一致させ、製品の製造プロセスを最適化し、製品のコストを削減し、製品を市場に投入できるようになります。