JP2621399B2 - ガラス繊維強化プラスチック - Google Patents
ガラス繊維強化プラスチックInfo
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- fiber
- glass
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- frp
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- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Treatments For Attaching Organic Compounds To Fibrous Goods (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はオキシナイトライドガラス繊維により補強し
た高強度のガラス繊維強化プラスチック（GFRP）に関す
る。
た高強度のガラス繊維強化プラスチック（GFRP）に関す
る。
従来の技術 近年、各種の補強繊維を用いてプラスチックなどの構
造材料を補強する材料の複合化が広く行われている。こ
のような複合材料においては、補強繊維としてＥガラス
繊維、Ｓガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維などの繊
維が単独で、あるいは組み合わせて（ハイブリッド化）
用いられる。
造材料を補強する材料の複合化が広く行われている。こ
のような複合材料においては、補強繊維としてＥガラス
繊維、Ｓガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維などの繊
維が単独で、あるいは組み合わせて（ハイブリッド化）
用いられる。
例えば、GFRP（ガラス繊維強化複合プラスチック）は
工業材料、建築資材、耐食装置など多方面に使用されて
おり、その補強繊維として主にＥガラス、Ｓガラスなど
が用いられている。
工業材料、建築資材、耐食装置など多方面に使用されて
おり、その補強繊維として主にＥガラス、Ｓガラスなど
が用いられている。
発明が解決しようとする課題 しかしながら、Ｅガラスは強度、剛性（弾性）、耐薬
品性が低く、またＳガラスは剛性が不足する。これら補
強繊維の高強度化、高剛性化は困難であり、このような
ガラス繊維を用いたFRPの高性能化は今後ともあまり期
待できない。
品性が低く、またＳガラスは剛性が不足する。これら補
強繊維の高強度化、高剛性化は困難であり、このような
ガラス繊維を用いたFRPの高性能化は今後ともあまり期
待できない。
また、アラミド繊維を補強繊維として用いたFRPは圧
縮0.5％否で座屈による破壊が起こり、圧縮強度が弱
い。すなわち樹脂との接着性が非常に悪く、界面ズリ強
度（層間セン断強度）が1.5〜3.0kg/mm2と非常に小さ
い。
縮0.5％否で座屈による破壊が起こり、圧縮強度が弱
い。すなわち樹脂との接着性が非常に悪く、界面ズリ強
度（層間セン断強度）が1.5〜3.0kg/mm2と非常に小さ
い。
さらに、炭素繊維を用いたFRPは、繊維自身の破壊伸
度が小さく、FRPの破壊靱性が非常に低い。これは突発
的な破壊による災害につながり危険が大きい。特にピッ
チ系炭素繊維は、樹脂との接着性が極めて悪く、プラス
チックの補強材として不向きである。
度が小さく、FRPの破壊靱性が非常に低い。これは突発
的な破壊による災害につながり危険が大きい。特にピッ
チ系炭素繊維は、樹脂との接着性が極めて悪く、プラス
チックの補強材として不向きである。
今後、アミド繊維、炭素繊維についても強度、弾性の
向上はあり得るものの、FRPの高性能化の要求にともな
い、前記欠点が一層大きな障害となる場合があり、かか
る補強繊維を用いたFRPの高性能化は困難である。
向上はあり得るものの、FRPの高性能化の要求にともな
い、前記欠点が一層大きな障害となる場合があり、かか
る補強繊維を用いたFRPの高性能化は困難である。
さらに、このような単体の補強繊維をハイブリッド化
し各種繊維材料の組み合わせにより、個々の欠点を相補
いかつその材料の特長を発揮させることも行われてい
る。例えば、Ｅガラス繊維と炭素繊維をハイブリッド化
すると、複合則が成立し、弾性係数（剛性）は向上し
（EC+G＝EC×VC＋EG×VG（VC、VGは炭素繊維及びＥガラ
ス繊維の体積含有率））、また、破壊靱性が増大して炭
素繊維FRPの突発的破壊が克服され、耐衝撃性も改善さ
れる。しかしながら、このようにハイブリッド化を行な
っても破壊強度は依然として向上しない。
し各種繊維材料の組み合わせにより、個々の欠点を相補
いかつその材料の特長を発揮させることも行われてい
る。例えば、Ｅガラス繊維と炭素繊維をハイブリッド化
すると、複合則が成立し、弾性係数（剛性）は向上し
（EC+G＝EC×VC＋EG×VG（VC、VGは炭素繊維及びＥガラ
ス繊維の体積含有率））、また、破壊靱性が増大して炭
素繊維FRPの突発的破壊が克服され、耐衝撃性も改善さ
れる。しかしながら、このようにハイブリッド化を行な
っても破壊強度は依然として向上しない。
本発明は高強度、高剛性を有しつつ、高靱性（耐衝撃
性）、高界面ズリ強度、高圧縮強度を有するFRPを提供
することを目的とする。
性）、高界面ズリ強度、高圧縮強度を有するFRPを提供
することを目的とする。
課題を解決するための手段 すなわち、本発明は、有機表面処理剤および架橋剤よ
りなる表面皮膜を有するオキシナイトライドガラス繊
維、並びに該繊維に含浸されたプラスチックマトリック
スからなることを特徴とするガラス繊維強化プラスチッ
クを提供するものである。
りなる表面皮膜を有するオキシナイトライドガラス繊
維、並びに該繊維に含浸されたプラスチックマトリック
スからなることを特徴とするガラス繊維強化プラスチッ
クを提供するものである。
本発明FRPに補強繊維として用いられるオキシナイト
ライドガラスは、窒素化合物を加えたガラス材料を窒素
雰囲気下で熔融する熔融法、またはゾル−ゲル法などに
より製造され、酸化物ガラスの酸素原子の一部が窒素に
置き換わった構造を有し、従来のガラスに比べ物理的性
質が優れる。
ライドガラスは、窒素化合物を加えたガラス材料を窒素
雰囲気下で熔融する熔融法、またはゾル−ゲル法などに
より製造され、酸化物ガラスの酸素原子の一部が窒素に
置き換わった構造を有し、従来のガラスに比べ物理的性
質が優れる。
また、かかるガラス繊維の形態は、クロス、ロービン
グ、ヤーン、ステープル、チョップドストランド、ウー
ル、ペーパー、マットなどのいずれであってもよい。
グ、ヤーン、ステープル、チョップドストランド、ウー
ル、ペーパー、マットなどのいずれであってもよい。
オキシナイトライドガラス繊維の表面に形成される皮
膜は、有機表面処理剤および架橋剤からなる。
膜は、有機表面処理剤および架橋剤からなる。
有機表面処理剤としては、従来、ガラス表面処理剤の
集束剤として用いられているプラスチック水性エマルジ
ョンがいずれも用いることができる。例えば、ポリエス
テル、ポリウレタン、エポキシ、ポリ酢酸ビニルなどの
ポリマーまたはこれらとエチレンなどどの共重合体のエ
マルジョンが用いられる。
集束剤として用いられているプラスチック水性エマルジ
ョンがいずれも用いることができる。例えば、ポリエス
テル、ポリウレタン、エポキシ、ポリ酢酸ビニルなどの
ポリマーまたはこれらとエチレンなどどの共重合体のエ
マルジョンが用いられる。
一方、架橋剤としては、従来ガラス表面処理剤に用い
られる公知の架橋剤が用いられる。例えばビニルトリエ
トキシシラン、γ−メタクリルオキシプロピルトリメト
キシシランなどのシラン系カップリング剤、あるいはチ
タネート系カップリング剤、アルミニウム系カップリン
グ剤などが用いられ、特に−NH2、−CH＝CH2、−CCH3＝
CH2などの官能基を有し、マトリックス樹脂と化学結合
を行う架橋剤が好ましい。これらのカップリング剤は単
独で、または併用して用いられる。
られる公知の架橋剤が用いられる。例えばビニルトリエ
トキシシラン、γ−メタクリルオキシプロピルトリメト
キシシランなどのシラン系カップリング剤、あるいはチ
タネート系カップリング剤、アルミニウム系カップリン
グ剤などが用いられ、特に−NH2、−CH＝CH2、−CCH3＝
CH2などの官能基を有し、マトリックス樹脂と化学結合
を行う架橋剤が好ましい。これらのカップリング剤は単
独で、または併用して用いられる。
これら架橋剤の配合量は、表面処理剤全体に対して２
〜10重量％である。配合量がこの範囲より少ないと、繊
維束の毛羽の発生や糸切が生じる。一方、配合量がこれ
より多いとFRPの強度が低下する。
〜10重量％である。配合量がこの範囲より少ないと、繊
維束の毛羽の発生や糸切が生じる。一方、配合量がこれ
より多いとFRPの強度が低下する。
さらに前記表面処理剤には柔軟剤（カチオン界面活性
剤）、静電除去剤が配合されてよい。柔軟剤（潤滑剤）
としては、カチオン界面活性剤などの従来公知の表面処
理剤に用いられているものがいずれも採用されてよい。
さらに、静電防止剤等も公知の表面処理剤に用いられて
いるものが採用されてよい。
剤）、静電除去剤が配合されてよい。柔軟剤（潤滑剤）
としては、カチオン界面活性剤などの従来公知の表面処
理剤に用いられているものがいずれも採用されてよい。
さらに、静電防止剤等も公知の表面処理剤に用いられて
いるものが採用されてよい。
該表面処理剤は、前記各成分を常法により混合し調製
される。
される。
ガラス繊維に対する該表面処理剤の塗布量は、ガラス
繊維に対して0.5〜1.5％であるのが好ましい。
繊維に対して0.5〜1.5％であるのが好ましい。
一方、本発明のガラス繊維補強プラスチックに用いら
れるマトリックス樹脂としては、従来FRPのマトリック
スとして公知の樹脂が用いられる。例えば、不飽和ポリ
エステル樹脂、エポキシ、エポキシ系ビニルエステルな
どが挙げられる。
れるマトリックス樹脂としては、従来FRPのマトリック
スとして公知の樹脂が用いられる。例えば、不飽和ポリ
エステル樹脂、エポキシ、エポキシ系ビニルエステルな
どが挙げられる。
本発明FRPにおいて、マトリックス樹脂とオキシナイ
トライドガラス繊維との配合割合は体積比で20/80〜20/
80である。
トライドガラス繊維との配合割合は体積比で20/80〜20/
80である。
つぎに本発明FRPの製造するには、まず、ガラス繊維
に表面皮膜を形成する。皮膜の形成は、紡糸ノズルより
押出された多数のオキシナイトライドガラスのフィラメ
ントを高速で捲き取り、この過程で前記表面処理剤を塗
布して行う。高強度高弾性ガラス繊維であるオキシナイ
トライドガラス繊維は、表面がＥガラス繊維に比べぬれ
にくく、従来の界面活性剤では均一に皮膜は得られず、
マトリックスとの間に充分な接着性が得られない。これ
に対して、前記表面処理剤はオキシナイトライドガラス
繊維とのぬれ性がよく、さらにマトリックス樹脂との接
着性に優れる。ついで、表面皮膜の形成されたガラス繊
維をマトリックス樹脂に浸漬した後、硬化を行う。
に表面皮膜を形成する。皮膜の形成は、紡糸ノズルより
押出された多数のオキシナイトライドガラスのフィラメ
ントを高速で捲き取り、この過程で前記表面処理剤を塗
布して行う。高強度高弾性ガラス繊維であるオキシナイ
トライドガラス繊維は、表面がＥガラス繊維に比べぬれ
にくく、従来の界面活性剤では均一に皮膜は得られず、
マトリックスとの間に充分な接着性が得られない。これ
に対して、前記表面処理剤はオキシナイトライドガラス
繊維とのぬれ性がよく、さらにマトリックス樹脂との接
着性に優れる。ついで、表面皮膜の形成されたガラス繊
維をマトリックス樹脂に浸漬した後、硬化を行う。
実施例 以下に本発明を実施例、比較例によりさらに具体的に
説明する。
説明する。
実施例１ 溶融紡糸炉より引き出された400本のオキシナイトラ
イドガラス（SiO2:4.8％モル、Al2O3:32.3モル％、Si3N
4:14.5モル％、CaO:48.8モル％；強度（500600kg/mm2、
弾性率:2000〜25000kg/mm2、耐熱温度:1000〜1200℃）
のフィラメントにアプリケーターで後記表面処理剤を塗
布した。ついで、フィラメント（400本）を集束し、１
本のストランド（束）としてボビンに捲き取った（ケー
キ）。該ストランドケーキを100℃、２時間で乾燥して
後、ストランド40本を集束しながら捲き取り、さらに12
0℃、３時間で乾燥しロービングを作成した。
イドガラス（SiO2:4.8％モル、Al2O3:32.3モル％、Si3N
4:14.5モル％、CaO:48.8モル％；強度（500600kg/mm2、
弾性率:2000〜25000kg/mm2、耐熱温度:1000〜1200℃）
のフィラメントにアプリケーターで後記表面処理剤を塗
布した。ついで、フィラメント（400本）を集束し、１
本のストランド（束）としてボビンに捲き取った（ケー
キ）。該ストランドケーキを100℃、２時間で乾燥して
後、ストランド40本を集束しながら捲き取り、さらに12
0℃、３時間で乾燥しロービングを作成した。
表面処理剤の組成はつぎのとおりである。 成 分 重量部 酢酸ビニルエマルジョン（クラレOM−6000） 5 ビニルトリエトキシシラン 1 テトラエチレンペンタミン 0.05 水 93.5 第１図に示すごとく、上記方法により作成したロービ
ング16本を送り出しローラー１より捲き出した。該ロー
ビングを樹脂槽２にてビニルエステル樹脂（リポキシR8
06 昭和高分子（株）製）溶液３に浸漬した。ついで、
金型４を通過させ、加熱炉５（入口80℃、中央135℃）
にて硬化を行い、引き抜き双ローラー６にて引き抜き、
６×3tの角棒を作成した（繊維含有率60体積％）。この
角棒（FRP）の物性を測定した結果を第１表に示す。
ング16本を送り出しローラー１より捲き出した。該ロー
ビングを樹脂槽２にてビニルエステル樹脂（リポキシR8
06 昭和高分子（株）製）溶液３に浸漬した。ついで、
金型４を通過させ、加熱炉５（入口80℃、中央135℃）
にて硬化を行い、引き抜き双ローラー６にて引き抜き、
６×3tの角棒を作成した（繊維含有率60体積％）。この
角棒（FRP）の物性を測定した結果を第１表に示す。
比較例１〜３ 下記の市販の繊維を補強繊維として用い、実施例１と
同様にしてFRPを製造した。結果を第１表に示す。
同様にしてFRPを製造した。結果を第１表に示す。
比較例１（CFRP）： 炭素繊維 トレカＴ−300東レ（株）製 比較例２（CFRP）： Ｅガラス繊維 ガラスロン 旭グラスファイバー（株）製 比較例３（AFRP）： アラミド繊維 ゲブラー49デュポン社製 ［測定方法］ 実施例１、比較例１〜３にて得られた各FRPの物性は
つぎの方法にて測定した。なお、補強繊維の配合量はい
ずれも60体積％である。
つぎの方法にて測定した。なお、補強繊維の配合量はい
ずれも60体積％である。
引張強度:JIS K7054 引っ張り弾性:JIS K7054 曲げ強度:JIS K7055 曲げ弾性:JIS K7055 圧縮強度:JIS K7056 層間剪断強度:ILSS（JIS K7057） アイゾット衝撃強度:JIS K6911 第１表から明らかなごとく、本発明のFRPは他のFRPに
比べて全ての性能をバランスよく備えている。
比べて全ての性能をバランスよく備えている。
発明の効果 本発明のガラス繊維強化プラスチックは、優れた強
度、弾性を有するオキシナイトライドガラス繊維を補強
繊維とし、しかもマトリックス樹脂との接着性に優れる
ため、高強度、高剛性を有しつつ、高靱性（耐衝撃
性）、高界面ズリ強度、高圧縮強度を有する。
度、弾性を有するオキシナイトライドガラス繊維を補強
繊維とし、しかもマトリックス樹脂との接着性に優れる
ため、高強度、高剛性を有しつつ、高靱性（耐衝撃
性）、高界面ズリ強度、高圧縮強度を有する。
第１図は、本発明ガラス繊維強化プラスチックを製造す
る装置の一具体例を示す概略図である。 図中の主な符号は次の通りである。 2:樹脂層、5:加熱炉。
る装置の一具体例を示す概略図である。 図中の主な符号は次の通りである。 2:樹脂層、5:加熱炉。
フロントページの続き (72)発明者 水口 博義 京都府京都市中京区西ノ京桑原町１番地 株式会社島津製作所三条工場内 (56)参考文献 特開 昭64−65045（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】有機表面処理剤および架橋剤よりなる表面
皮膜を有するオキシナイトライドガラス繊維、並びに該
繊維に含浸されたプラスチックマトリックスからなるこ
とを特徴とするガラス繊維強化プラスチック。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20098988A JP2621399B2 (ja) | 1988-08-10 | 1988-08-10 | ガラス繊維強化プラスチック |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20098988A JP2621399B2 (ja) | 1988-08-10 | 1988-08-10 | ガラス繊維強化プラスチック |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0249032A JPH0249032A (ja) | 1990-02-19 |
| JP2621399B2 true JP2621399B2 (ja) | 1997-06-18 |
Family
ID=16433655
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20098988A Expired - Lifetime JP2621399B2 (ja) | 1988-08-10 | 1988-08-10 | ガラス繊維強化プラスチック |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2621399B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05341615A (ja) * | 1992-04-07 | 1993-12-24 | Fuji Xerox Co Ltd | カラー画像記録方法及びその装置並びに現像方法及びその装置 |
| JP2009212227A (ja) * | 2008-03-03 | 2009-09-17 | Nec Corp | 配線基板及び製造方法 |
-
1988
- 1988-08-10 JP JP20098988A patent/JP2621399B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0249032A (ja) | 1990-02-19 |
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