JPH01126338A - アルミナ・シリカ繊維強化複合材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は種々の機械的性質に優れたアルミナ・シリカ繊
維を強化材としたアルミナ・シリカ繊維強化樹脂複合材
料に関するものである。

〈従来の技術〉 アルミナ・シリカ繊維で樹脂を強化した複合材料につい
ては、例えば特公昭５１−４８７９３号公報ににより公
知である。この材料はガラス繊維強化樹脂に比較して弾
性率が数倍大きく、炭素繊維強化樹脂に比較して電気絶
縁性、電波透過性であり、極低温での熱伝導率が小さく
、さらに耐熱性が優れるなど、種々の有益な特性を兼ね
備えた材料として知られている。

近年、繊維強化複合材料の応用分野が広がるにつれて、
今までより過酷な条件下、例えばより応力等がかかる条
件下で使用されるとか、航空機、宇宙機器などにみられ
るように、今まで以上の機械的強度の向上が望まれてい
る。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、上記の用途においては従来のアルミナ・
シリカ繊維で樹脂を強化した複合材料は引張弾性率、圧
縮強度、眉間剪断強度については特に問題ないが、衝撃
強度については必ずしも満足すべきものではなく、この
改良が望まれていた。

く問題点を解決するための手段〉 すなわち、本発明は、５ｌＯ１２〜３０重量％、ＡＩよ
０゜７０〜９８重量％よりなり、結晶化度が７０〜９５
％、結晶部分における結晶粒子の平均サイズが４０　ｎ
ａ＋　（ナノメーター）以下であるアルミナ・シリカ繊
維を強化材とし、樹脂をマトリックスとしてなることを
特徴とするアルミナ・シリカ繊維強化複合材料を提供す
るものである。

本発明によれば、引張弾性率、眉間剪断強度を損なうこ
となく、衝撃強度が大幅に改良され、かつ、圧縮強度に
ついても向上が図られたアルミナ・シリカ繊維”強化樹
脂複合材料を提供することができる。

以下、本発明について詳述する。

本発明に使用される強化材としてのアルミナ・シリカ繊
維は（１）ＳｉＯｘ　２〜３０重量％、Ａｌｔｏｓ　７
０〜９８重量％よりなり、（２）結晶化度が７０〜９５
％であり、かつ（３）結晶部分における結晶粒子のサイ
ズが４０　ｎｍ以下であることが必要である。

Ｓｉｎｇが２重量％未満であると上記（２）および（３
）の条件を満足する繊維の製造が困難であり、複合材料
において繊維と樹脂との接着が悪かったり、または引張
弾性率が劣ったものしか傅られなかったりし、一方、３
０重量％を越えると複合材料の引張弾性率、圧縮強度が
低くなり、本発明の目的を達成することができない。

また、結晶化度は７０〜９５％のものを用いる。結晶化
度が７０％未満の場合、得られる複合材料の弾性率、圧
縮強度が低くなるので好ましくない。

一方、９５％を超えると繊維と樹脂の接着性が劣って繊
維が剥離し易くなり、耐衝撃性も劣る傾向にあるので好
ましくない。

また、結晶粒子の平均サイズが４０ｎ−以下のものが必
要であり、好ましくは３〜２０ｎｍ、より好ましくは５
〜１５ｎｍの範囲である。結晶粒子の平均サイズが４Ｏ
ｎ−を越えると結晶化度が上記範囲にはいっても繊維が
脆（なるうえに複合材料における繊維と樹脂の接着強度
が低くなる傾向があるため、得られる複合材料の衝撃強
度向上の効果はみられない、また、結晶粒子の平均サイ
ズが３ｎＩｍ未満であると非晶質に類似して複合材料の
弾性率、圧縮強度が低下し、衝撃強度の向上が殆ど発現
しないので好ましくない。

なお、本発明に使用のアルミナ・シリカ繊維は上記の条
件を満足するものであれば、他に少量のリチウム、ベリ
リウム、ホウ素、ナトリウム、マグネシウム、リン、カ
リウム、カルシウム、チタン、クロム、マンガン、イツ
トリウム、ジルコニウム、ランタン、タングステンの１
種または２種以上の酸化物を含むこともできる。

最も好ましいアルミナ、シリカ繊維は５〜２５重量％の
Ｓｉｎｇと残部のＡ１．Ｏ，からなり、Ｓｉｎｇは非晶
状態にあり、Ａ１．Ｏ，が平均サイズ５〜１５ｎｍのＴ
−Ａｌｔｏｚ構造の結晶粒子となっているものである。

なお、ここで結晶化度は広角Ｘ線回折で試料回折線の強
度と標準物質（例えば＾ＩｇＯｓｌＯＯ％の種々の結晶
形、種々の結晶化度のものや、非晶Ｓｉ’Ｏ□など）の
回折線の゛強度と比較することにより求めた値である。

また結晶粒子のサイズは透過型電子顕微鏡での繊維長さ
方向および垂直方向の断面の明視野像（二次元）におい
て求めた各結晶粒子の最長対角線の長さの平均を意味す
る。

本発明においては強化材としてのアルミナ・シリカ繊維
が前記（１）　、（２）および（３）の全ての条件を満
足して始めて優れた機械的強度を有し、特に衝撃強度が
顕著に向上した繊維強化樹脂複合材料が得られる。

本発明に使用する上記のアルミナ・シリカ繊維の製造法
としては、例えば特願昭６２−５１７６５号に記載の方
法で製造することができるがこれに限定されるものでは
ない。

一方、本発明の複合材料のマトリックスとして使用され
る樹脂としては従来の複合材料のマトリックスとして使
用されている樹脂が使用可能である。樹脂について例示
するとエポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラ
ミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、芳香族ポリアミド
樹脂、ポリアミド−イミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリ
ベンゾチアゾール樹脂、ケイ素樹脂等の熱硬化型樹脂、
ポリアミド（ナイロン６．６・６．６・１０．６・１２
など）、ポリアセタール、ポリスルホン、ポリカーボネ
ート、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルスルホン
、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、
ポリエステル（ポリエチレンテレフタレート、ポリブチ
レンテレフタレート、全芳香族ポリエステルなど）等の
エンジニアリング用の熱可塑性樹脂が挙げられる。これ
らは単独で、また必要に応じて適宜混合して用いること
ができる。

本発明の複合材料中に占めるアルミナ・シリカ繊維の割
合は従来の繊維強化複合材料における繊維強化材の割合
と特に変わるところはなく、一般には体積分率で１０〜
７５％、好ましくは２０〜６．５％の範囲で用途、要求
物性等を考慮して適宜法めることができる。

本発明に使用のアルミナ・シリカ繊維の使用形態は連続
繊維、チョツプドストランドの形態等特に限定されるも
゛のではない。

また、本発明においてはアルミナ・シリカ繊維と樹脂の
接着性をより向上させるため、予め表面をシランカップ
リング剤等公知の方法で処理して使用してもよい。

また、本発明においては強化材として上記のアルミナ・
シリカ繊維の他に、必要に応じて炭素繊維、ガラス繊維
、アラミド繊維、ステンレス繊維などの強化用に使用さ
れる無機、有機および金属繊維を本発明の目的を損なわ
ない範囲で適宜併用することもできる。

複合材料の成形法としては特に公知の方法と変わるとこ
ろはなく、例えば一方向引揃プリプレグシートを積層・
加圧・硬化する方法、レジンインジェクシゴンモールデ
ィング法、キャスティングモールディング法、フィラメ
ントワインディング法等を採用することができる。

本発明の複合材料は航空・宇宙機器部品、レーダードー
ム、極低温機器、自動車部品、自転車部品等の構造材料
、ゴルフシャフト、テニスラケット、釣ざお、スキー板
、野球バット、ゲートボール用具、剣道用具等のスポー
ツ・レジャー用品、スピーカ一部品、プリントサーキッ
トボード等の電子・電気機器部品等の用途に使用するこ
とができる。

〈発明の効果〉 本発明によれば従来のアルミナ・シリカ繊維を用いた複
合材料と比較して同等の高い引張弾性率および眉間剪断
強度を有し、さらにより高い衝撃強度を存し、かつ圧縮
強度も向上した複合材料を提供することができ工業的価
値は大きい。

〈実施例〉 以上本発明を実施例により具体的に説明するが本発明は
これら実施例によって何ら限定されるものではない。

実施例１ 強化繊維として特願昭６２−５１７６５号明細書の実施
例１に記載の方法によりアルミナ・シリカ繊維を製造し
た。このアルミナ・シリカ繊維は＾１．０．含有率８５
重量％、Ｓｉ０□１５重量％で結晶化度８０％、平均繊
維径１０μ、引張強度１．８　ＧＰａ、引張弾性率２３
５ＧＰａを有しており、結晶部分の結晶粒子の平均サイ
ズは１０　ｎ−であった・ この繊維の束を引揃えシートとし、この繊維シートにス
ミエポキシ＠　ＥＬ？＋４３４（住友化学工業■製エポ
キシ樹脂）１００重量部、ジアミノジフェニルスルホン
２０重量部、ジシアンジアミド２．３重量部、Ｎ、Ｎベ
ンジルジメチルアミン０．１２　Ｉ１１部からなる樹脂
組成物を含浸させ、プリプレグシートを作成した。この
プリプレグシートを幅３００■、長さ３００ｍｍの大き
さに裁断し、これを繊維方向を揃えて積層した後、オー
トクレーブ中にて６Ｋｇ／ｃｍ”　の窒素圧にて１８０
°Ｃ１時間のオートクレーブ成形を行った。得られた成
形体を２００℃で２時間オープン中でボストキュアを行
い、厚み２．０ａｕｇおよび３．Ｏｌの繊維体積含有率
６０．０％の一方向強化平板状成形体を得た。

これら成形体から物性測定用試験片を作製し、物性を測
定した。結果を第１表に示す。

比較例１〜４ 比較のため強化繊維として第１表に示すシリカ、含量、
結晶化度、平均結晶サイズのアルミナ・シリカ繊維を用
いた以外は実施例１と同様にして成形体を製造し、これ
より試験片を作製して物性を測定した。結果を第１表に
示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ＳｉＯ＿２２〜３０重量％、Ａｌ＿２Ｏ＿３７０〜９８
   重量％よりなり、結晶化度が７０〜９５％、結晶部分に
   おける結晶粒子の平均サイズが４０ｎｍ以下であるアル
   ミナ・シリカ繊維を強化材とし、樹脂をマトリックスと
   してなることを特徴とするアルミナ・シリカ繊維強化複
   合材料