0°/90° vs. ±45° 二軸グラスファイバー生地: 違いと選び方

グラスファイバー複合積層板を設計する際には、正しい強化方向を選択することが重要です。 0°/90° および ±45° の二軸グラスファイバー生地は、同じ E グラスファイバーを使用しており、総重量も同様ですが、複合構造を異なる方向に強化し、引張、曲げ、せん断、ねじり荷重に対する応答が異なります。

したがって、選択は単にどの二軸生地が強いかということではありません。それは荷重の方向、コンポーネントの形状、製造プロセス、および全体的なラミネートの設計によって異なります。

プロのグラスファイバー生地サプライヤーとして、Jlon は、さまざまな重量、幅、構造の 0°/90° 二軸グラスファイバー生地、±45° 二軸グラスファイバー生地、および多軸グラスファイバー生地を提供しています。このガイドでは、それらの主な違いについて説明し、複合材メーカーが海洋、風力エネルギー、輸送、建設、産業用途に適切なグラスファイバー強化材を選択するのに役立ちます。

二軸グラスファイバー生地とは何ですか?

二軸グラスファイバー生地は、一般に NCF と呼ばれる非クリンプ生地の一種で、連続したグラスファイバーロービングを主な 2 方向に配置することによって作られます。繊維層は、従来のグラスファイバー織布のように織り交ぜる代わりに、軽量のポリエステルステッチによって一緒に保持されています。

最も一般的な構造は次の 2 つです。

・ 0°/90°二軸グラスファイバー生地

・ +45°/-45°二軸グラスファイバー生地

主な強化繊維は比較的真っ直ぐなままであるため、通常、二軸グラスファイバー織物は、同じ重量の織物よりも優れた機械効率を提供します。繊維のクリンプが少ないため、荷重が繊維方向に沿ってより直接的に伝達されます。

二軸グラスファイバー生地の主な特徴は次のとおりです。

・ 高い方向強度

・ 低繊維クリンプ

・ 樹脂含浸性良好

· 効率的なラミネートの厚みの増加

・ ポリエステル、ビニルエステル、エポキシ樹脂との相溶性

・ ハンドレイアップ、真空袋詰め、樹脂注入に適しています。

· チョップドストランドマットの有無にかかわらず利用可能

「二軸」という用語は、2 つの補強方向を持つ生地を指します。ただし、これらの繊維の方向によって、完成したラミネートの性能が決まります。

0°/90°二軸グラスファイバー生地とは何ですか?

0°/90°の二軸グラスファイバー生地には、2 つの垂直方向に配置された連続グラスファイバーロービングが含まれています。

通常、0° ファイバーはロールの長さに沿って走行し、90° ファイバーはロール幅全体に走行します。製品仕様やメーカー表記によっては縦繊維、横繊維と表記される場合もございます。

この構造は、主に積層体をその主な縦方向および横方向に強化するように設計されています。

0°/90°グラスファイバー生地の主な特性

0°/90° グラスファイバー生地は通常、次の機能を備えています。

・ 縦方向、横方向の引張強度が高い。

· 主要な構造荷重に合わせた場合の優れた曲げ性能

・ 直交2方向の寸法安定性の向上

・ 平面パネルや緩やかな曲面パネルを効率よく補強

· コンポーネントの主軸に沿った予測可能な機械的特性

· 中厚地または厚手の生地を使用する場合、ラミネートが素早く形成されます。

繊維は主な幾何学的方向に沿って配置されているため、パネルの長さと幅に沿って荷重がかかる場合には、0°/90° の二軸グラスファイバー生地が一般的に使用されます。

代表的な用途

0°/90° 二軸グラスファイバー生地の一般的な用途は次のとおりです。

・ 船体の側面および底面パネル

・ 海洋甲板および隔壁

・ 複合サンドイッチパネル

・ 風力タービンブレードシェル

・ トラックおよび商用車のパネル

· 建築パネルとプロファイル

・ 水タンクおよび貯蔵容器

· 平板および引抜成形部品

· 工業用カバーおよびエンクロージャ

· 成形されたグラスファイバー構造

たとえば、長い複合パネルでは、0° ファイバーは主荷重方向を強化でき、90° ファイバーはパネルの幅全体での安定化と横方向の荷重の分散に役立ちます。

±45°二軸グラスファイバー生地とは何ですか?

±45° の二軸グラスファイバー生地は、ロールの長さまたはコンポーネントの定義された基準軸に対して +45° および -45° に配向された 2 つのグラスファイバー層で構成されます。

直接的な縦方向と横方向のみを強化するのではなく、斜めの繊維は面内のせん断荷重とねじり荷重を支えるのに特に効果的です。

±45°グラスファイバー生地の主な特性

±45° グラスファイバー生地は通常、次の機能を備えています。

・ 良好な面内せん断強度

・ ねじれやねじれに対する耐性が向上しました。

・ 縦方向と横方向の間で効率的な荷重伝達。

・ コーナーや曲面の補強に優れています。

· 一部の複雑な金型形状への適合性が向上

· 単一の主方向に沿った分割のリスクの低減

・ バランスの取れた斜め補強

複合構造がねじれたりせん断を受けると、荷重は積層体全体に斜めに作用します。したがって、+45° と -45° に配置されたファイバーは、この変形に抵抗するために適切に位置合わせされます。

代表的な用途

±45° 二軸グラスファイバー生地の一般的な用途は次のとおりです。

・ 湾曲した船体

· 船体と甲板の接続

・ ストリンガーとフレーム補強

・ パイプ、チューブ、円筒部品

・ 風力タービンブレードシャーウェブ

・ 複合コーナーとジョイント

・ 自動車および輸送部品

・ 構造補修用ラミネート

・ タンクおよび圧力関連構造物

· ねじれまたは多方向の荷重にさらされるコンポーネント

たとえば、造船では、±45° の二軸グラスファイバー生地が、船体のカーブ、構造接合部、チャイン、ストリンガー、およびスラミングまたはねじれ荷重がかかる領域の周囲で頻繁に使用されます。

0°/90° vs. ±45° 二軸グラスファイバー生地

主な違いは、強化繊維が荷重を支える方向です。

どちらの生地が一般的に優れているというわけではありません。それぞれの繊維の配向が予想される荷重経路と一致する場合に最高のパフォーマンスを発揮します。

引張荷重と曲げ荷重

グラスファイバー複合材は、強化繊維が加えられた荷重に合わせて整列したときに最も強くなります。

パネルが主にその長さに沿って引っ張られる場合、0°方向の繊維がその引張荷重を効率的に支えます。パネルの幅方向の強度も必要な場合は、90° ファイバーが横方向の補強になります。

このため、0°/90° 二軸グラスファイバー生地は、以下の用途によく選択されます。

・ 長尺フラットパネル

· 構造スキン

・ デッキとフロア

・ 壁パネル

・ ブレードシェル

・ 縦曲げ加工が施された部品

曲げると、ラミネートの片面に張力が生じ、もう一方の面に圧縮が生じます。適切に配置された 0° 補強により、長い複合パネルの曲げ剛性と強度が大幅に向上します。

ただし、曲げ性能は生地の方向のみに依存するわけではありません。ラミネートの厚さ、繊維含有量、樹脂システム、コア材料、およびサンドイッチ パネルのスキン間の距離も大きな影響を与えます。

せん断荷重とねじり荷重

せん断は、力が構造のある部分を別の部分に対してスライドさせようとするときに発生します。ねじれは、構造がその軸の周りでねじれるときに発生します。

±45° で配置された繊維は、斜め方向がせん断によって生成される主な張力と圧縮に密接に対応するため、これらの条件で特に効果的です。

したがって、±45° の二軸グラスファイバー生地は、以下の用途に一般的に選択されます。

・ チューブおよび円筒構造物

· 湾曲した船体セクション

・ 構造接合部

· コーナーとトランジション

・ 風力タービンシャーウェブ

・ ねじれにさらされる部分

・ 開口部周りの補強

· ラミネートの補修

0°/90°繊維のみを含む積層体は、直接引張強さは良好ですが、せん断亀裂やねじれに対する耐性が不十分である可能性があります。 ±45°のレイヤーを追加すると、よりバランスのとれた構造が作成されます。

曲面へのなじみ性

生地の適合性は、次のようないくつかの要因によって決まります。

・ 繊維配向性

・ 生地重量

・ ステッチパターン

・ レイヤー構成

・ チョップドストランドマットの有無

・ 金型の曲率

・ ドレープ方向

±45° の二軸グラスファイバー生地は、多くの場合、曲面または複合表面により容易に適合します。これは、斜めのファイバー配置が、厳密な縦方向および横方向のレイアウトよりも効果的に形状の変化に対応できるためです。

これにより、±45° のグラスファイバー生地がボートの船体の輪郭、丸い角、パイプ、複雑な成形部品に役立ちます。

ただし、重い二軸ファブリックは依然として、狭い半径を越えたり、複雑な金型でしわができたりする可能性があります。深いカーブや小さなコーナーを扱う場合、メーカーは、1 枚の厚い層の代わりに、より軽い生地、幅の狭いカット片、または複数の層を使用する必要がある場合があります。

本格的な生産を開始する前に、実用的な材料のトライアルを行うことをお勧めします。

0°/90°と±45°の生地を一緒に使用する必要がありますか?

多くの構造複合材料用途では、両方の構造を組み合わせることが最善の解決策となります。

バランスの取れたラミネートには次のものが含まれます。

・ 縦方向の強度を高める0°ファイバー

· 横方向の強度を高める 90° ファイバー

·  +45°/-45°ファイバーによるせん断強度とねじり強度

たとえば、ラミネートでは次のような組み合わせが使用される場合があります。

1. 0°/90°

2. +45°/−45°

3. 芯材

4. +45°/−45°

5. 0°/90°

正確な順序は、部品の設計、荷重条件、製造プロセスによって異なります。一般に、積層体の中立軸から遠くに位置する層は曲げ剛性に大きな影響を与えますが、内側の層はせん断伝達と構造バランスに寄与します。

三軸および四軸のグラスファイバー生地は、1 つのステッチ補強で複数の方向を組み合わせることができます。

・ 三軸生地：0°/+45°/-45°

・ 三軸生地：+45°/90°/−45°

・ 四軸織物：0°/+45°/90°/−45°

これらの多軸グラスファイバー生地は、個別の層の数を減らし、生産効率を向上させることができます。ただし、エンジニアが繊維の配向と層の配置を正確に制御する必要がある場合、別個の二軸層により柔軟性が向上します。

二軸グラスファイバー生地マットありまたはマットなし

0°/90° および ±45° の二軸ファブリックには、追加のチョップド ストランド マット層を供給できます。製品は、マット付き二軸グラスファイバー生地、コンビマット、CSM 付きステッチ入りグラスファイバー生地などの名称を使用して説明される場合があります。

マット層は以下を提供します。

· ラミネート層間の接着性の向上

· 樹脂リッチな表面形成の改善

・ 1層当たりの厚みが増加

· 一部のハンドレイアッププロセスとの互換性が向上

· 特定のアプリケーションにおけるプリントスルー制御の改善

ただし、チョップドストランドマットを使用すると、樹脂の消費量が増加し、ラミネートの重量が増加します。すべてのエポキシまたは樹脂注入ラミネートで必要なわけではありません。

マットなしの生地は、メーカーが次のことを望む場合によく選択されます。

・ 繊維と樹脂の比率が高い

・ 樹脂消費量の低減

· 重量効率の向上

· ラミネートの厚さを制御

・ 真空注入時のクリーナー使用

・ マット層が不要な用途にも対応

樹脂システム、対象となるガラス含有量、表面要件、および製造方法に応じて、正しい構造を選択する必要があります。

適切な二軸グラスファイバー生地の選び方

1. 主な荷重方向を特定する

部品が主に以下の影響を受けるかどうかを判断します。

・ 縦方向の引張または圧縮

・ 横荷重

・ 曲げ加工

・ 面内せん断

・ ねじれ

・ インパクト

・ 多方向荷重

主荷重がコンポーネントの長さと幅に沿って作用する場合は、0°/90° グラスファイバー生地を選択してください。せん断、ねじり、または斜めの荷重伝達がより重要な場合は、±45° のグラスファイバー生地を選択してください。

複雑な構造部品の場合は、通常、組み合わせが必要です。

2. 金型の形状を評価する

平らで緩やかに湾曲したパネルでは、多くの場合、より重い 0°/90° 二軸グラスファイバー生地を効率的に使用できます。

複雑な曲線、狭い半径、および複雑な移行の場合、±45° の生地または軽量の補強材を使用すると、ドレープ性が向上する可能性があります。向きだけでは適合性が決まるわけではないため、生地の重量と縫製も考慮する必要があります。

3. 適切な生地重量を選択します。

二軸グラスファイバー生地は、幅広い面積重量で入手可能です。一般的な重みには次のものが含まれます。

・ 300g/m²

・ 400g/m²

・ 450g/m²

・ 600g/m²

・ 800g/m²

・ 1,000g/m²

・ 1,200g/m²以上

正しい重量は、必要なラミネートの厚さ、層の数、表面の形状、および製造プロセスによって異なります。

重いグラスファイバー生地はすぐに厚みが増し、労力を軽減できますが、濡れて狭い曲線に沿わせるのが難しい場合があります。生地が軽いと、より正確なラミネート制御が可能になりますが、より多くの層が必要になります。

4. 製造プロセスを考慮する

Jlon 二軸グラスファイバー生地は、次のようなプロセスに選択できます。

・ ハンドレイアップ

・ ステッチ補強と組み合わせたスプレーアップ

・ 真空袋詰め

・ 真空注入

・ 樹脂トランスファー成形

・ 圧縮成形

・ 引抜成形

· 適切な構造のためのフィラメントワインディング

樹脂注入の場合、浸透性と樹脂の流れを考慮する必要があります。非常に高密度の補強スタックは樹脂の動きを遅くし、乾燥領域のリスクを高める可能性があります。

ハンドレイアップの場合、生地は過剰な樹脂の蓄積がなく、簡単に濡れてよい必要があります。オペレーターは、層間の空気が確実に除去されていることも確認する必要があります。

5. 生地と樹脂システムを一致させる

二軸グラスファイバー生地は、目的の樹脂と互換性のあるサイジングを持っている必要があります。一般的な樹脂システムには次のものがあります。

・ 不飽和ポリエステル樹脂

・ ビニルエステル樹脂

・ エポキシ樹脂

・ その他熱硬化性コンポジットレジン

樹脂システムは、ウェットアウト挙動、層間結合、耐薬品性、加工温度、および最終的な機械的性能に影響を与えます。

製造前に、グラスファイバー生地のサプライヤーに樹脂の適合性を確認してください。

6. 完全なラミネート設計を確認する

グラスファイバー補強材の選択は、単一の生地層に基づいて行うべきではありません。

完全な設計には次のものが含まれる場合があります。

・ ゲルコートまたは表面層

・ グラスファイバースキン層

・ 現地補強

・ 芯材

・ 接着剤またはボンディングペースト

・ 樹脂系

· インサートと締結エリア

PVC フォームコア、PET フォームコア、PMI フォーム、またはハニカムを使用したサンドイッチ構造の場合、グラスファイバースキンが引張荷重と圧縮荷重に耐える一方で、コアがスキンを分離してせん断を伝達します。

したがって、グラスファイバー生地の方向は、外部負荷とコア材料の特性の両方を補完する必要があります。

よくある選択の間違い

生地の重さだけで選ぶ

総重量が同じ 2 つの生地でも、繊維の方向が異なると、その性能は大きく異なります。ファイバーが 2 つの方向にどのように分散されているかを常に考慮してください。

±45°の生地が柔軟性のためだけに使用されていると仮定すると

±45°の二軸グラスファイバー生地は、単により柔軟な補強材ではありません。その主な構造目的は、せん断荷重とねじり荷重に耐えることです。

0°/90°生地のみを使用したツイスト構造

構造物は縦方向の強度が優れていても、せん断亀裂、接合部の損傷、ねじり変形によって破損することがあります。 ±45°の補強が必要な場合があります。

ファイバー分布の無視

二軸生地の中には、繊維の総重量を 2 つの方向で均等に分割するものもありますが、アンバランスな構造を使用するものもあります。たとえば、より大きな縦方向の強度が必要な場合は、より多くの繊維を 0° 方向に配置できます。

合計 g/m² のみに依存するのではなく、生地の完全な仕様を確認してください。

プロセス要件の無視

機械的に適切な生地であっても、適切に濡れたり、ドレープしたり、注入したりしないと、生産上の問題が発生する可能性があります。材料の選択は、構造性能と製造条件の両方を考慮する必要があります。

Jlon 二軸グラスファイバー生地を選ぶ理由?

Jlon は、海洋、風力エネルギー、輸送、建設、および一般産業市場の複合材メーカーにグラスファイバー強化材料を供給しています。

当社のグラスファイバー生地のラインナップには次のものが含まれます。

・ 0°/90°二軸グラスファイバー生地

・ +45°/-45°二軸グラスファイバー生地

・ チョップドストランドマットを使用した二軸グラスファイバーファブリック

・ 三軸グラスファイバー生地

・ 四軸グラスファイバー生地

・ ロービング織物

・ グラスファイバークロス

・ チョップドストランドマット

· カスタマイズされたステッチ入りグラスファイバー補強材

Jlon は、顧客の要件に応じて、さまざまな生地の重量、幅、ロールの長さ、繊維の分布、縫製構造を提供できます。

推奨事項をリクエストする場合、お客様は以下を提供する必要があります。

・ 応用

・ 部品寸法

・ 荷重方向

・ 必要生地重量

・ ロール幅

・ 樹脂タイプ

・ 製造工程

・ マットの有無にかかわらずファブリック

・ 目標積層厚さ

· 年間またはプロジェクトの数量

この情報により、Jlon はテストと認定に適した二軸グラスファイバー生地構造を特定するのに役立ちます。

よくある質問

0°/90°二軸生地は±45°生地より強いですか?

必ずしもそうとは限りません。強度は加えられる荷重の方向によって異なります。通常、0°/90° の生地は縦方向および横方向の繊維方向に沿って強度が高く、±45° の生地は面内のせん断荷重およびねじれ荷重に対してより効果的です。

どの二軸グラスファイバー生地が造船に適していますか?

どちらも海洋複合材に広く使用されています。 0°/90°生地は、船体、デッキ、パネルの縦方向および横方向の補強に適しています。 ±45°の生地は、船体のカーブ、ストリンガー、ジョイント、チャイン、およびせん断やねじれにさらされる領域によく使用されます。海洋構造用ラミネートは、多くの場合、両方を組み合わせています。

二軸グラスファイバー生地は真空注入に適していますか?

はい。二軸および多軸のグラスファイバー生地は真空注入に広く使用されています。完全な含浸を達成するには、生地の重量、スタックの厚さ、浸透性、樹脂の流れ戦略を考慮する必要があります。

二軸織物とロービング織物の違いは何ですか?

織ロービングは、縦糸と横糸のロービングを交絡させることによって製造され、交差部分に繊維のクリンプが形成されます。二軸グラスファイバー生地は、ステッチによって一緒に保持された別々の直線ファイバー層を使用しています。クリンプが低いため、方向性の機械効率が向上します。

二軸グラスファイバー生地にチョップドストランドマットを供給できますか?

はい。 Jlon は、チョップドストランドマット層の有無にかかわらず、二軸グラスファイバー生地を供給できます。最適なオプションは、樹脂、製造プロセス、接着要件、およびターゲットのラミネート特性によって異なります。

Jlon は各方向の繊維の重量をカスタマイズできますか?

はい。バランスの取れた二軸ファブリックに加えて、カスタマイズされた構造により、異なる繊維重量を異なる方向に割り当てることができます。これは、コンポーネントが 1 つの主軸に沿ってより多くの補強を必要とする場合に役立ちます。

結論

0°/90° と ±45° の二軸グラスファイバー生地の選択は、生地の重量だけではなく、負荷の方向に基づいて行う必要があります。

構造物に効果的な縦方向および横方向の引張または曲げ補強が必要な場合は、0°/90° 二軸グラスファイバー生地を使用します。せん断抵抗、ねじり性能、斜め荷重伝達がより重要な場合は、±45° の二軸グラスファイバー生地を使用してください。

多くの構造複合部品では、0°、90°、±45°の補強を組み合わせた最も効果的なラミネートが使用されます。これにより、複数方向の荷重に耐えられる、よりバランスの取れた構造が作成されます。

Jlon は、カスタマイズされた重量、幅、構造の二軸グラスファイバー生地と多軸グラスファイバー強化材を提供しています。複合プロジェクトに最適なグラスファイバー生地については、用途、樹脂システム、生産プロセス、必要な仕様を Jlon にお問い合わせください。