JP7123047B2 - 繊維強化樹脂用芯鞘複合糸及びこれを使用した繊維強化樹脂 - Google Patents
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Description
(1)材料のエネルギー吸収値としてパンクチャーエネルギー(J)を用いた。
(2)試験機:IMATEK 社製IM10T-20HV
(3)サンプル大きさ:60mm×60mm
(4)ストライカー:φ10mm 半円球
(5)高さ:1m
(6)衝撃速度:4.4m/sec
(7)衝撃エネルギー:91J
上記の条件により、本件のサンプルはすべて貫通させることができた。
(実施例1)
芯糸として繊度167texのパラ系アラミド繊維糸(東レ・デュポン社製、商品名"ケブラー")を使用し、下糸被覆糸として繊度66texの炭素繊維糸を芯糸の周囲にZ方向に600回/mの割合で巻回させ、次に上糸被覆糸として繊度66texの炭素繊維糸を芯糸の周囲にS方向に600回/mの割合で巻回させ、トータル繊度378.6texの芯鞘複合糸を得た(図1)。この芯鞘複合糸を緯糸にし、経糸にポリエステル(PET)333texのマルチフィラメント糸を使用して単位面積当たりの質量(目付)776.5g/m2の平織物を得た(図2)。この織物はタテ40cm,ヨコ20cmであった。この織物4枚を、芯鞘複合糸を基準に0°/90°/90°/0°となるように方向を異ならせてクロスプライ積層した(図3A)。次いで、ゴム変性エポキシ樹脂(DIC社製、商品名”TSR-930”)を主剤とし、硬化剤にDIC社製、商品名"WH-420"を用いて成形板を作製した(図3B,以下「CF-AF-930」ともいう。)。得られた成形板の中心部の厚さ6.2mm、単位面積当たりの質量(目付)6939.3g/m2であった。得られた成形板の中心部を図4に示すパンクチャ―衝撃試験をしたところ、図6のグラフのようになり、次のデータが得られた。
(1)パンクチャーエネルギー:28.88J
(2)パンクチャー変位:13.47mm
(3)ピークエネルギー:8.27J
(4)ピーク変位:5.09mm
(5)亀裂進展エネルギー:20.61J
(6)[亀裂進展エネルギー/パンクチャーエネルギー]×100=71.4%
芯糸として繊度167texのパラ系アラミド繊維糸(東レ・デュポン社製、商品名"ケブラー")を使用し、下糸被覆糸として繊度33texのガラス繊維糸を芯糸の周囲にZ方向に800回/mの割合で巻回させ、次に上糸被覆糸として繊度66texのガラス繊維糸を芯糸の周囲にS方向に800回/mの割合で巻回させ、トータル繊度288.6texの芯鞘複合糸を得た(図1)。この芯鞘複合糸を緯糸にし、経糸にポリエステル(PET)333texのマルチフィラメント糸を使用して単位面積当たりの質量(目付)999.6g/m2の平織物を得た(図2)。この織物を実施例1と同様に積層し、ゴム変性エポキシ樹脂(DIC社製、商品名”TSR-930”)を主剤とし、硬化剤にDIC社製、商品名"WH-420"を用いて成形板を作製した(図3B,以下「GF-AF-930」ともいう。)。得られた成形板の中心部の厚さ7.0mm、単位面積当たりの質量(目付)8301.9g/m2であった。得られた成形板の中心部を図4に示すパンクチャ―衝撃試験をしたところ、図7のグラフのようになり、次のデータが得られた。
(1)パンクチャーエネルギー:45.64J
(2)パンクチャー変位:14.93mm
(3)ピークエネルギー:20.14J
(4)ピーク変位:6.87mm
(5)亀裂進展エネルギー:25.50J
(6)[亀裂進展エネルギー/パンクチャーエネルギー]×100=55.90%
マトリックス樹脂をDIC社製エポキシ樹脂、商品名”EXA-4816”を主剤とし、硬化剤にDIC社製、商品名"WH-619"を用いた以外は実施例2と同様に成形板を作製した(図3B,以下「GF-AF-4816」ともいう。)。得られた成形板の中心部の厚さ7.7mm、単位面積当たりの質量(目付)8780g/m2であった。得られた成形板の中心部を図4に示すパンクチャ―衝撃試験をしたところ、図8のグラフのようになり、次のデータが得られた。
(1)パンクチャーエネルギー:46.95J
(2)パンクチャー変位:8.61mm
(3)ピークエネルギー:27.08J
(4)ピーク変位:5.19mm
(5)亀裂進展エネルギー:18.87J
(6)[亀裂進展エネルギー/パンクチャーエネルギー]×100=42.30%
以上のデータを表1にまとめて示す。
比較例1は、ステンレスSUS304、厚さ0.5mmのパンクチャ―衝撃試験測定データのグラフを図9に示し、データを表2にまとめて示す。
比較例2は、アルミニウムA5052、厚さ1.5mmのパンクチャ―衝撃試験測定データのグラフを図10に示し、データを表2にまとめて示す。
比較例3は、市販のガラス繊維織物強化エポキシ樹脂成形品(GFRP)、厚さ2.5mmのパンクチャ―衝撃試験測定データのグラフを図11に示し、データを表2にまとめて示す。
比較例4は、市販の炭素繊維織物を中央に配置し、その両表面にパラ系アラミド織物をサンドイッチ状に積層した強化エポキシ樹脂成形品(CF-AFRP)、厚さ3.3mmのパンクチャ―衝撃試験測定データのグラフを図12に示し、データを表2にまとめて示す。
比較例5は、市販のガラス繊維織物を中央に配置し、その両表面にパラ系アラミド織物をサンドイッチ状に積層した強化エポキシ樹脂成形品(GF-AFRP)、厚さ4.4mmのパンクチャ―衝撃試験測定データのグラフを図13に示し、データを表2にまとめて示す。
2 芯糸
3,4 被覆糸
5 織物
6 経糸
7 緯糸
8 マトリックス樹脂
9 基台
10 パンクチャ―衝撃試験装置
11 ホルダー
12 サンプル
13 ロードセル
14 インパクター
15 最大荷重までの面積を最大荷重までのエネルギー
16 最大荷重から最大荷重の1/2までの亀裂進展エネルギー
18,19 保護糸
20 保護糸を巻き付けた芯鞘複合糸
Claims (7)
- 芯糸と被覆糸を含む繊維強化樹脂用芯鞘複合糸であって、
前記芯糸は強度:14cN/decitex以上、弾性率:300cN/decitex以上のスーパー繊維糸であり、
前記被覆糸は炭素繊維糸、ガラス繊維糸、アラミド繊維糸及び高強度ポリエチレン繊維糸から選ばれる少なくとも一つであり、
前記被覆糸は、少なくとも1本の長繊維糸で前記芯糸の周囲を巻回被覆しており、
前記被覆糸の外側にさらに保護糸が撚られており、前記保護糸はポリエステル糸、ナイロン糸、ポリプロピレン糸及び前記スーパー繊維糸から選ばれる少なくとも一つの繊維糸であることを特徴とする繊維強化樹脂用芯鞘複合糸。 - 前記被覆糸は、巻回方向の異なる少なくも2本の糸で芯糸の周囲を巻回被覆している請求項1に記載の繊維強化樹脂用芯鞘複合糸。
- 前記スーパー繊維糸は、アラミド繊維、ポリアリレート繊維、ポリ(p-フェニレンベンゾビスオキザール)(PBO)繊維、ポリ(p-フェニレンベンゾビスチアゾール)(PBZT)繊維、ポリエチレン繊維、ポリエーテルエーテルケトン繊維及びポリビニルアルコール繊維から選ばれる少なくとも一つの繊維糸である請求項1又は2に記載の繊維強化樹脂用芯鞘複合糸。
- 前記芯糸は1本又は複数本である請求項1~3のいずれかに記載の繊維強化樹脂用芯鞘複合糸。
- 前記芯糸に対する被覆糸1本あたりの巻き付け数は100~1500回/mである請求項1~4のいずれかに記載の繊維強化樹脂用芯鞘複合糸。
- 請求項1~5のいずれかに記載の芯鞘複合糸を含む繊維強化樹脂用であって、
前記芯鞘複合糸をマトリックス樹脂と一体成形するか、又は前記芯鞘複合糸を含む繊維構造物をマトリックス樹脂と一体成形したことにより、衝撃エネルギー吸収性を有することを特徴とする繊維強化樹脂。 - 前記繊維構造物が、前記芯鞘複合糸を一方向に揃えたスダレ状基材、前記芯鞘複合糸を緯糸及び経糸から選ばれる少なくとも一方の糸とした織物、前記芯鞘複合糸を含む編物、前記芯鞘複合糸を含む組物及び前記芯鞘複合糸を含む多軸挿入たて編物から選ばれる少なくとも一つである請求項6に記載の繊維強化樹脂。
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