JPH0213623B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0213623B2
JPH0213623B2 JP56188305A JP18830581A JPH0213623B2 JP H0213623 B2 JPH0213623 B2 JP H0213623B2 JP 56188305 A JP56188305 A JP 56188305A JP 18830581 A JP18830581 A JP 18830581A JP H0213623 B2 JPH0213623 B2 JP H0213623B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fiber
composite material
fibers
aromatic polyamide
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP56188305A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5890943A (en
Inventor
Juzo Aido
Keizo Shimada
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Teijin Ltd
Original Assignee
Teijin Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Teijin Ltd filed Critical Teijin Ltd
Priority to JP18830581A priority Critical patent/JPS5890943A/en
Priority to US06/343,978 priority patent/US4532275A/en
Priority to EP19820100772 priority patent/EP0057908B1/en
Priority to DE8282100772T priority patent/DE3278078D1/en
Publication of JPS5890943A publication Critical patent/JPS5890943A/en
Publication of JPH0213623B2 publication Critical patent/JPH0213623B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

[産業上の利用分野] 本発明は、炭素繊維および特定の全芳香族ポリ
アミド繊維を強化材として同時に含む繊維強化複
合材料に関する。さらに詳しくは、高性能繊維と
して知られる炭素繊維の層と特定の化学構造を有
する全芳香族共重合ポリアミドから得られた高強
力全芳香族ポリアミド繊維の層とを強化材として
用いたハイブリツド・タイプの高性能繊維強化複
合材料に関する。 [従来の技術] 繊維強化樹脂複合材料のうちでも、高強力、高
剛性のいわゆる高性能複合材料は軽量であるとい
う利点もあつて、近年あるゆる分野で注目をあび
ている。殊に、航空機、鉄道車両、自動車などの
用途面で、省資源−省エネルギーという観点から
極めて重要視されている。たとえば、強化材とし
て高剛性繊維である炭素繊維を用いた複合材料
は、その特性が優れているため、いわゆる高性能
複合材料の代表として期待されている。 しかるに、かかる炭素繊維を強化材とする複合
材料は、その高強力・高剛性という利点をもつ反
面、衝撃に弱いという欠点をもつ。そのために、
かかる複合材料の耐衝撃性の不足は、上述の高性
能材料応用分野において、常に問題点として指摘
されており、現実に各種分野への展開における
種々の制約の主な原因となつている。 かかる炭素繊維を強化材とする複合材料におけ
る衝撃強度が低いという欠点を解決する手段とし
て、他の高強力・高弾性率の有機繊維を強化材と
する複合材料も試みられており、その一例がポリ
パラフエニレンテレフタルアミド繊維を強化材と
して使用する複合材料である。しかし、このポリ
パラフエニレンテレフタルアミド繊維で代表され
る高性能有機繊維を用いても、炭素繊維を用いる
場合に見られるような高弾性率を発現させること
は困難である。 そこで、上述のような両高性能繊維が本質的に
有している優れた特性を、複合材料の構成要素と
して充分に発揮させることをひとつの目的として
両高性能繊維を強化材として同時に使用すること
が考えられた(例えば、実開昭51−48174号参
照)。いわゆる、ハイブリツド構造の複合材料が
それである。 すなわち、上述の炭素繊維とポリパラフエニレ
ンテレフタルアミド繊維とのハイブリツド型複合
材料は、夫々の高性能繊維の単独使用では、実現
されないようなバランスした特性を高水準でもつ
複合材料と言うことができ、最近は航空機用の機
材の一つとして用いられるようになつてきた。 [発明が解決しようとする課題] しかるに、炭素繊維とポリパラフエニレンテレ
フタルアミド繊維とを強化材とするハイブリツド
型複合材料は、その耐衝撃性が未だ充分とは言え
ない。すなわち、実際に得られる複合材料の耐衝
撃性が炭素繊維とポリパラフエニレンテレフタル
アミド繊維の物性から算出される値を下廻つたも
のとなり、必ずしも十分な性能を発揮しないのが
現状である。 本発明の主たる目的は、上記の如き従来公知の
ハイブリツド型複合材料の問題を解決し、特に耐
衝撃性に優れた複合材料を提供しようとするもの
である。 [課題を解決するための手段] 本発明者らは従来公知のハイブリツド型複合材
料の有する問題を解決すべく鋭意研究の結果、特
定の化学構造単位をもつ特殊な全芳香族共重合ポ
リアミドの繊維を炭素繊維とともに使用し、かつ
その使用方法も工夫することによつて、耐衝撃性
が極めて優れており、かつ他の性能も良好で工業
上極めて有用な特性を発現しうる複合材料となし
うることを見いだし、本発明に到達した。 すなわち、本発明は、 全芳香族ポリアミド繊維[A]の層と、炭素繊
維[B]の層とを強化材として含み、熱硬化性あ
るいは熱硬化性樹脂をマトリツクスとする繊維強
化複合材料において、 (ア) 上記全芳香族ポリアミド繊維[A]が下記化
学式()で表わされる構造単位と下記化学式
()で表わされる構造単位または/および下
記化学式()で表わされる構造単位とからな
る共重合ポリアミドにて構成されており、 (ただし、()式におけるXはハロゲン原子、
nは1〜3の整数) (イ) かつ、該複合材料における上記全芳香族ポリ
アミド繊維[A]の含有量と炭素繊維[B]の
含有量の比率が重量にして10/90〜90/10の範
囲内にあり、 (ウ) しかも、少くとも該複合材の外側面近傍に上
記全芳香族ポリアミド繊維[A]の層が存在す
る、 ことを特徴とする繊維強化複合材料である。 本発明に係るハイブリツド型複合材料は、上述
の如く、強化材として使用する繊維の種類、各繊
維の使用割合および複合材料中における繊維(強
化材)の使用形態等に特徴を有するものである
が、以下、それぞれについて詳細に説明する。 本発明に係る複合材料にあつては、強化材とし
て、特定の全芳香族ポリアミド繊維[A]と炭素
繊維[B]とを併用するが、後者の炭素繊維
[B]としては、通常の高性能複合材料に強化材
として用いられている炭素繊維を使用することが
できる。すなわち、ポリアクリロニトリル
(PAN)系繊維あるいはレーヨンを前駆体とする
炭素繊維、または石油系あるいは石炭系のピツチ
を原料とする高性能炭素繊維などが好適に用いら
れる。 本発明において、強化繊維の他のひとつとして
使用する全芳香族ポリアミド繊維[A]は、上述
のポリアミド繰返し構造単位()および()、
()および()、または()()および
()を有する共重合ポリアミドからなる延伸・
熱処理繊維であり、高強度・高弾性率を有するほ
かに、ポリパラフエニレンテレフタルアミド繊維
に比べ耐食性・耐薬品性がきわめてよく、またマ
トリツクス成分として用いる高分子化合物との接
着性が良好であると言う利点を有する。さらに、
該全芳香族ポリアミド繊維[A]を強化材として
使用した複合材料は、耐衝撃強度が極めて高い水
準にあり、機構材料、構造材料として有用な特性
を発揮するものである。 すなわち、本発明で使用する全芳香族ポリアミ
ド繊維[A]は、 の両構造単位からなる共重合ポリアミドからなる
高強度・高弾性率の全芳香族ポリアミド繊維(該
繊維自体は、例えば特開昭53−119977号、特開昭
53−33294号に記載されている)、あるいは の両構造単位からなる共重合ポリアミドからなる
高強度・高弾性率の全芳香族ポリアミド繊維、更
には、 の三つの構造更位からなる共重合ポリアミドの高
強度・高弾性率繊維などを好ましい例としてあげ
ることができる。後二者の繊維は特に弾性率の改
善されたもので、本発明者らが最近開発し、特願
昭55−107749号として提案したものである。これ
らのコポリアミド中における上記()の構造単
位の共重合モル比は、20〜80モル%が好ましい。 本発明に係る繊維強化複合材料において、強化
用繊維として使用する炭素繊維および上記全芳香
族共重合ポリアミド繊維は、夫々、マルチフイラ
メントからなるヤーンないしはロービングを並べ
たシート状物として使用することができ、また、
平織、朱子織、綾織、バスケツト織等各種構造の
織編物として使用することも可能である。 本発明に係る繊維強化複合材料のもつ第一の特
徴は、炭素繊維と特定の全芳香族共重合ポリアミ
ド繊維とを、強化用繊維として併用することにあ
る。 本発明において使用する特定の全芳香族共重合
ポリアミド繊維は、炭素繊維と併用することによ
つてポリパラフエニレンテレフタルアミド繊維等
の他の全芳香族ポリアミド繊維を使用した場合に
おいては、到達できない水準の高い引張り強度、
耐衝撃強度等を複合材料において発揮させること
が可能であり、特に、その使用形態を工夫するこ
とにより耐衝撃性が格段に優れた複合材料を提供
することが可能となつた。 本発明において、強化用繊維として使用する炭
素繊維および上記全芳香族共重合ポリアミド繊維
の使用割合は、炭素繊維10〜90重量部に対し、前
記全芳香族共重合ポリアミド繊維90〜10重量部の
組合せが好ましく適用される。 前記構造式()と()または/および
()とで表わされる各繰返し単位からなる全芳
香族共重合ポリアミドの繊維が、10重量部未満
(炭素繊維と該全芳香族共重合ポリアミド繊維と
の合計を100重量部とした場合)では、耐衝撃強
度向上に対する寄与が僅少であるので、本発明の
目的であるハイブリツドによる複合材料の特性バ
ランスが不充分である。 一方、上記全芳香族共重合ポリアミドの使用量
が90重量部を越える場合、即ち炭素繊維の使用量
が10重量部未満では、複合材料としての高弾性率
が損なわれるだけでなく、炭素繊維のひとつの特
徴でもある低撓み、低伸度による利点が発揮され
ず、したがつて複合材料の寸法安定性の良さが損
なわれるため好ましくない。 本発明におけるさらに好ましい使用割合は、炭
素繊維30〜80重量%と上記全芳香族共重合ポリア
ミド繊維の70〜20重量%との組合せである。 本発明に係る繊維強化複合材料の他の構成要素
は、マトリツクスとしての樹脂であり、すでに良
く知られている各種の硬化性樹脂あるいは熱可塑
性樹脂を使用することができる。かかる硬化性樹
脂の具体例としては、エポキシ樹脂、フエノール
樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹
脂、シリコン樹脂、ポリウレタン樹脂、アルキツ
ド樹脂等を挙げることができる。また、熱可塑性
樹脂の具体例としては、ポリエステル、ポリアミ
ド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリ
アミドイミド、ポリイミド、ポリフエニレンサル
フアイド等を挙げることができる。 本発明に係る繊維強化複合材料の利点を効果的
に発揮させるためには、マトリツクス樹脂とし
て、硬化性樹脂を使用することが好ましく、特に
好適なマトリツクス樹脂は、エポキシ樹脂、ポリ
イミド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などであ
る。 本発明に係る繊維強化複合材料において、強化
用繊維とマトリツクス樹脂との使用割合について
は、特に制約はないが、強化用繊維の使用割合が
全体の約90重量%を超えると、複合材料中の強化
用繊維の結束ないし分散状態が不均質となり、ボ
イドが発生しやすくなり好ましくない。一方、強
化用繊維の使用割合が約20重量%未満と僅少であ
れば、本来の目的となる高強力・高剛性等各種の
特性を高水準に発揮しがたいので好ましくない。
従つて、該複合材料中の強化用繊維の含有量は、
20〜90重量%が好適である。 本発明の繊維強化複合材料を形成するに際して
は、強化用繊維としての炭素繊維の層および上記
全芳香族共重合ポリアミド繊維の層と、マトリツ
クスとしての樹脂とを組合せるに際し、繊維層
は、たとえば、一方向に平行にひきそろえた複数
の繊維束にマトリツクス樹脂またはその溶液をス
プレーあるいは含浸させて形成することができる
し、また、あらかじめ繊維を平織、朱子織等の織
編物としたのちに上記マトリツクス樹脂またはそ
の溶液をスプレーあるいは含浸させることも可能
である。 そして、複合材料における強化繊維の配置は、
上記全芳香族共重合ポリアミド繊維[A]の層
(シート、織編物等)と炭素繊維[B]の層とを、
[A]の層が少くとも該複合材料の外側面または
その近傍に配置するように積層するのが好まし
く、このような配置とすることにより、特に耐衝
撃性の良好な複合材料とすることができる。 例えば、上記全芳香族共重合ポリアミド繊維
[A]の層と炭素繊維[B]の層とを最外層部ま
たはその近くが[A]の層となるように交互に配
置・積層して複合材料を形成してもよく、また、
複合材料の中央部(中心部)に炭素繊維[B]の
層を位置せしめ最外層部またはその近くに上記全
芳香族共重合ポリアミド繊維[A]の層を位置せ
しめてもよい。 これに対し、積層体の中央部(中心部)のみ
に、上記全芳香族ポリアミド繊維[A]の層を存
在せしめると、耐衝撃性向上の効果が小さくなる
ことがある。 上述のような複合材料の形成に際しては、上述
のようにして得られた強化用繊維とマトリツクス
樹脂とを加熱(必要に応じて加圧)することによ
り直接成形することもできるが、特にマトリツク
ス樹脂がエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂
などの熱硬化性樹脂である場合には、いわゆるプ
リプレグ等のあらかじめシート状に配列した強化
用繊維あるいは織編物に含浸させたマトリツクス
樹脂を「B−ステージ」と称されている中間段階
まで硬化反応を進めさせたのち、かかる成形用材
料を所定の加熱・加圧条件を用いて積層成形し、
複合材料とすることも可能である。 ハイブリツドの形態としては引き揃え型およ
び/または、織編物型の繊維集合体ないしはそれ
にマトリツクス樹脂を含浸せしめた「B−ステー
ジ」化した層状体を、繊維配列方向が種々の角度
をもつように積層することも可能である。 本発明に係る繊維強化複合材料は、種々の成形
方法により、有用な成形物を提供することができ
る。代表的な成形方法は、圧縮成形であり所定の
形状の金型を用いて機械的に圧縮するか、あるい
は、オートクレーブ中で気体による圧力をかける
などによつて成形することができる。その他に、
通常用いられるような、注型成形法、スプレー方
法、パンドレイアツプ法、積層法、トランスフア
ー成形法、インジエクシヨン成形法、プルトルー
ジヨン法など、強化用繊維の形状または/および
マトリツクス樹脂の特性にあわせて選択すること
ができる。 本発明に係る複合材料の強化用繊維は、前述し
てきたように、炭素繊維と特定の全芳香族共重合
ポリアミド繊維との組合せ使用を特徴としている
が、前記以外の有機または/および無機繊維の少
割合を強化用繊維として併用することも可能であ
る。かかる有機または/および無機繊維の具体例
としては、たとえば、ポリアリレート、ポリエス
テル、ポリアミド、本発明で特定した上記全芳香
族共重合ポリアミド以外の全芳香族ポリアミドな
どの有機繊維やガラス繊維、シリカ、シリカアル
ミナ、炭化ケイ素、チタン酸カリウム、窒化ボロ
ン、窒化ケイ素などの無機繊維を挙げることがで
きる。 また、本発明に係る複合材料中には、強化用繊
維並びにマトリツクス樹脂のほかに、充填材、含
量、難燃剤等の添加剤を併用することもできる。
かかる添加剤の例としては、炭酸カルシウム、ケ
イ酸カルシウム、シリカ、アルミナ、カーボンブ
ラツク、酸化チタンなどを挙げることができる。 [発明の効果] 以上のような本発明に係る複合材料は、従来の
全芳香族ポリアミド繊維(ポリパラフエニレンテ
レフタルアミド繊維)と炭素繊維とを強化材とす
るハイブリツド型複合材料の特長である、高強
力・高剛性という利点を維持しながら、その欠点
とされる耐衝撃性が大幅に改善される。 従つて、この複合材料は、従来のハイブリツド
型複合材料では適用困難と考えられていた分野に
も広く使用することが可能となる。 [実施例] 以下、本発明の繊維強化複合材料に関し、さら
に実施例および特定の全芳香族共重合ポリアミド
繊維の製造に関する参考例をもつて具体的に説明
する。しかしながら、本発明はこれらの実施例に
よつて限定されるものではない。 なお、以下の実施例および参考例中、単に
「部」とあるのは、重量部を表わす。また、機械
的特性の測定においては、特にことわらない限り
サンプルとして厚み3mmの成形物を用いて測定し
た。すなわち、曲げ特性の測定は、上記厚みの成
形片を用い、スパン50mmで行い、また層間剪断強
度の測定はスパン15mmで行つた。アイゾツト衝撃
強度(ノツチあり)の測定は前記厚みの成形片
に、45゜角のVノツチを所定の深さ切り込みを入
れた試験片により実施した。圧縮強度の測定に用
いた成形片は、巾:長さ:高さ(繊維方向)=
1:1:2の比率の角柱を使用した。 また、重合体の固有粘度は濃硫酸中、重合体濃
度0.5g/dl、温度30℃で測定した。 参考例 1 3,4′−ジアミノジフエニルエーテル10.72部
と、パラフエニレンジアミン5.79部とをN−メチ
ルピロリドン500部に乾燥窒素気流下に溶解し、
0℃に冷却した後、激しく攪拌しながら、テレフ
タル酸クロライドの粉末21.74部を速やかに添加
して重合を行つた。約5時間ののちに、酸化カル
シウムを加えて副生塩酸を中和した。 かくして得られた重合体は前記()および
()の構造単位からなる全芳香族共重合ポリア
ミドであり、その固有粘度は3.02で、溶液粘度は
100℃ポアズであつた。 この中和溶液を過、つづいて脱泡して半乾半
湿法により紡糸し、得られた糸条を水洗・乾燥
後、500℃に加熱した熱板上を通して熱延伸して
得られたマルチフイラメントヤーン(A)の糸特性
は、引張り強度26.2g/de、ヤング率630g/de、
伸度3.9%であつた。 参考例 2 3,4′−ジアミノジフエニルエーテル7.186部
とO−クロルパラフエニレンジアミン11.942部と
をN−メチルピロリドン543.5部に乾燥窒素気流
中で溶解し、この溶液を20℃に保持し、激しく攪
拌しながらテレフタル酸クロライドの粉末24.310
部を添加した。続いて系の温度を60℃に保持し攪
拌を続けたところ、徐々に系の粘度が上昇し、透
明な高粘度溶液が得られた。さらに約1時間後に
水酸化カルシウム8.74部を添加して副生塩酸を中
和したところ高粘度の透明溶液となつた。 この溶液の一部をとり出して水と混合し、沈澱
した重合体を単離して水洗・乾燥したのちの重合
体は上記()および(′)の構造単位からな
る全芳香族共重合ポリアミドであり、その固有粘
度は3.44であつた。 上記中和後の溶液を過・脱泡したのち、半乾
半湿法によつて紡糸し、ついで紡出糸を多段水洗
浴で十分に水洗し、乾燥したのち、500℃の熱板
上で熱延伸してマルチフイラメントヤーン(B)を得
た。このヤーン(B)の糸特性は強度28.0g/de、ヤ
ング率823g/de、伸度3.9%であつた。 実施例1〜3、比較例1 参考例1において得られた全芳香族共重合ポリ
アミドのマルチフイラメントヤーン(A)(750デニ
ール/500フイラメント)を乾燥したのち、エポ
キシ樹脂系溶液[「エピコート」828(シエル化学
(株)製)100部、「エピキユア」Z(シエル化学(株)製
アミン系硬化剤)20部およびアセトン12部よりな
る]中をくぐらせて樹脂を含浸させたのち、微小
孔を通して液量を一定に保持し、フイラメントワ
インデイング法により大口径の円筒型ドラム上に
巻きとつた。ついで90℃に維持した乾燥炉中に保
持して、上記エポキシ樹脂を半ゲル化状態のいわ
ゆる「B−ステージ」にして一方向ひきそろえ型
のシート状プリプレグ(C)を得た。 一方、炭素繊維(600デニール/1000フイラメ
ント、東邦ベスロン(株)製)を上記全芳香族共重合
ポリアミド繊維マルチフイラメントヤーンの場合
と同様にしてエピコート828/エピキユアZ系エ
ポキシ樹脂を含浸させた一方向ひきそろえ型のシ
ート状プリプレグ(D)を得た。 上述のシート状プリプレグ(C)(全芳香族ポリア
ミド系)とシート状プリプレグ(D)(炭素繊維系)
とを、プリプレグ(C)が最上層および最下層となる
ように交互に積層しその複合材料における炭素繊
維と全芳香族共重合ポリアミド繊維との体積比率
を第1表に示すような範囲で変化させ、かつ、複
合材料中の全繊維含有率を約60%となるようにプ
レス成形した。得られた複合材料(成形片)の特
性は第1表に示すように極めて高水準にあり、特
に衝撃特性の改善が顕著であつた。 なお、プレス成形の条件は下記の通りであり、
以下本発明における成形物調製時の条件は、すべ
これらに準じて実施した。 [主硬化:160℃、80Kg/cm2(ゲージ圧)、20分 後硬化:160℃、2時間
[Industrial Application Field] The present invention relates to a fiber-reinforced composite material that simultaneously contains carbon fibers and specific wholly aromatic polyamide fibers as reinforcing materials. More specifically, it is a hybrid type that uses a layer of carbon fiber, which is known as a high-performance fiber, and a layer of high-strength fully aromatic polyamide fiber obtained from a fully aromatic copolyamide with a specific chemical structure as a reinforcing material. Concerning high performance fiber reinforced composite materials. [Prior Art] Among fiber-reinforced resin composite materials, so-called high-performance composite materials with high strength and high rigidity have been attracting attention in various fields in recent years because they have the advantage of being lightweight. Particularly in applications such as aircraft, railway vehicles, and automobiles, it is extremely important from the viewpoint of resource and energy conservation. For example, composite materials using carbon fiber, which is a highly rigid fiber, as a reinforcing material have excellent properties and are expected to be representative of so-called high-performance composite materials. However, although such composite materials using carbon fiber as a reinforcing material have the advantages of high strength and high rigidity, they have the disadvantage of being weak against impact. for that,
The lack of impact resistance of such composite materials has always been pointed out as a problem in the above-mentioned high-performance material application fields, and is actually the main cause of various restrictions in the development of composite materials in various fields. As a means to solve the drawback of low impact strength in composite materials reinforced with carbon fibers, attempts have been made to create composite materials reinforced with other high-strength, high-modulus organic fibers. This is a composite material that uses polyparaphenylene terephthalamide fiber as a reinforcing material. However, even if high-performance organic fibers such as polyparaphenylene terephthalamide fibers are used, it is difficult to achieve a high elastic modulus as seen when carbon fibers are used. Therefore, both high-performance fibers are used simultaneously as reinforcing materials with the aim of fully demonstrating the excellent properties that both high-performance fibers inherently possess as described above as constituent elements of composite materials. (For example, see Utility Model Application Publication No. 51-48174). This is a so-called hybrid structure composite material. In other words, the above-mentioned hybrid composite material of carbon fiber and polyparaphenylene terephthalamide fiber can be said to be a composite material that has a high level of balanced properties that cannot be achieved by using each high-performance fiber alone. Recently, it has come to be used as part of aircraft equipment. [Problems to be Solved by the Invention] However, the impact resistance of hybrid composite materials made of carbon fibers and polyparaphenylene terephthalamide fibers as reinforcing materials is still not sufficient. That is, the current reality is that the impact resistance of the actually obtained composite material is lower than the value calculated from the physical properties of the carbon fiber and polyparaphenylene terephthalamide fiber, and does not necessarily exhibit sufficient performance. The main object of the present invention is to solve the problems of conventionally known hybrid composite materials as described above, and to provide a composite material particularly excellent in impact resistance. [Means for Solving the Problems] As a result of intensive research to solve the problems of conventionally known hybrid composite materials, the present inventors have developed a fiber made of a special wholly aromatic copolymerized polyamide having a specific chemical structural unit. By using carbon fiber together with carbon fiber and devising a method for using it, it is possible to create a composite material that has extremely excellent impact resistance and other properties, and can exhibit extremely useful industrial properties. We have discovered this and arrived at the present invention. That is, the present invention provides a fiber-reinforced composite material that includes a layer of wholly aromatic polyamide fiber [A] and a layer of carbon fiber [B] as reinforcing materials, and has a thermosetting or thermosetting resin as a matrix, (A) The fully aromatic polyamide fiber [A] is a copolymerized polyamide consisting of a structural unit represented by the following chemical formula () and a structural unit represented by the following chemical formula () or/and a structural unit represented by the following chemical formula (). It is composed of (However, X in formula () is a halogen atom,
n is an integer of 1 to 3) (a) and the ratio of the content of the fully aromatic polyamide fiber [A] to the content of the carbon fiber [B] in the composite material is 10/90 to 90/90/ by weight. and (c) a layer of the wholly aromatic polyamide fiber [A] is present at least in the vicinity of the outer surface of the composite material. As mentioned above, the hybrid composite material according to the present invention is characterized by the types of fibers used as reinforcing materials, the proportion of each fiber used, and the form in which the fibers (reinforcing materials) are used in the composite material. , each will be explained in detail below. In the composite material according to the present invention, specific wholly aromatic polyamide fibers [A] and carbon fibers [B] are used together as reinforcing materials. Carbon fiber, which is used as a reinforcement in performance composite materials, can be used. That is, polyacrylonitrile (PAN) fibers, carbon fibers made from rayon as a precursor, or high-performance carbon fibers made from petroleum-based or coal-based pitches are preferably used. In the present invention, the wholly aromatic polyamide fiber [A] used as another reinforcing fiber includes the above-mentioned polyamide repeating structural units () and (),
() and (), or () () and ().
It is a heat-treated fiber, and in addition to having high strength and high modulus, it has extremely good corrosion resistance and chemical resistance compared to polyparaphenylene terephthalamide fiber, and also has good adhesion to the polymer compound used as a matrix component. It has the advantage of moreover,
A composite material using the wholly aromatic polyamide fiber [A] as a reinforcing material has an extremely high level of impact resistance and exhibits useful properties as a mechanical material or a structural material. That is, the wholly aromatic polyamide fiber [A] used in the present invention is Fully aromatic polyamide fiber with high strength and high elastic modulus made of a copolymerized polyamide consisting of both structural units of
53-33294), or A fully aromatic polyamide fiber with high strength and high elastic modulus made of a copolymerized polyamide consisting of both structural units, and furthermore, Preferred examples include high-strength, high-modulus fibers made of copolyamide consisting of three structural alignments. The latter two fibers have particularly improved modulus of elasticity, and were recently developed by the present inventors and proposed in Japanese Patent Application No. 107749/1982. The copolymerization molar ratio of the above structural units () in these copolyamides is preferably 20 to 80 mol%. In the fiber-reinforced composite material according to the present invention, the carbon fibers and the fully aromatic copolyamide fibers used as reinforcing fibers can each be used as a sheet-like product in which multifilament yarns or rovings are arranged. ,Also,
It can also be used as woven or knitted fabrics with various structures such as plain weave, satin weave, twill weave, and basket weave. The first feature of the fiber-reinforced composite material according to the present invention is that carbon fibers and specific wholly aromatic copolymerized polyamide fibers are used together as reinforcing fibers. The specific wholly aromatic copolyamide fibers used in the present invention cannot be achieved when used in combination with carbon fibers and other wholly aromatic polyamide fibers such as polyparaphenylene terephthalamide fibers. High standard tensile strength,
It is possible to exhibit impact resistance strength etc. in a composite material, and in particular, by devising its usage form, it has become possible to provide a composite material with extremely excellent impact resistance. In the present invention, the ratio of the carbon fibers and the fully aromatic copolyamide fibers used as reinforcing fibers is 90 to 10 parts by weight of the fully aromatic copolyamide fibers to 10 to 90 parts by weight of the carbon fibers. Combinations are preferably applied. The fibers of the wholly aromatic copolyamide consisting of repeating units represented by the above structural formulas () and () or/and () are less than 10 parts by weight (the total amount of the carbon fiber and the wholly aromatic copolyamide fiber) If the total amount is 100 parts by weight), the contribution to improving the impact strength is small, so the balance of properties of the hybrid composite material, which is the object of the present invention, is insufficient. On the other hand, if the amount of the fully aromatic copolyamide used exceeds 90 parts by weight, that is, if the amount of carbon fiber used is less than 10 parts by weight, not only will the high elastic modulus of the composite material be impaired, but the carbon fiber This is not preferable because the advantages of low deflection and low elongation, which are one of the characteristics, are not exhibited, and therefore the dimensional stability of the composite material is impaired. A more preferable usage ratio in the present invention is a combination of 30 to 80% by weight of carbon fiber and 70 to 20% by weight of the fully aromatic copolyamide fiber. Another component of the fiber-reinforced composite material according to the present invention is a resin as a matrix, and various well-known curable resins or thermoplastic resins can be used. Specific examples of such curable resins include epoxy resins, phenolic resins, unsaturated polyester resins, polyimide resins, silicone resins, polyurethane resins, and alkyd resins. Specific examples of thermoplastic resins include polyester, polyamide, polysulfone, polyethersulfone, polyamideimide, polyimide, polyphenylene sulfide, and the like. In order to effectively exhibit the advantages of the fiber-reinforced composite material according to the present invention, it is preferable to use a curable resin as the matrix resin. Particularly suitable matrix resins include epoxy resin, polyimide resin, and unsaturated polyester resin. Such as resin. In the fiber-reinforced composite material according to the present invention, there are no particular restrictions on the proportion of reinforcing fibers and matrix resin used, but if the proportion of reinforcing fibers exceeds about 90% by weight of the whole, The binding or dispersion state of reinforcing fibers becomes non-uniform and voids are likely to occur, which is undesirable. On the other hand, if the proportion of reinforcing fibers used is as small as less than about 20% by weight, it is undesirable because it is difficult to exhibit various properties such as high strength and high rigidity, which are the original objectives.
Therefore, the content of reinforcing fibers in the composite material is
20-90% by weight is preferred. When forming the fiber-reinforced composite material of the present invention, when combining a layer of carbon fiber as a reinforcing fiber and a layer of the above-mentioned wholly aromatic copolyamide fiber with a resin as a matrix, the fiber layer is, for example, It can be formed by spraying or impregnating a plurality of fiber bundles aligned in parallel in one direction with a matrix resin or its solution, or it can be formed by forming the fibers into a woven or knitted fabric such as plain weave or satin weave in advance, and then It is also possible to spray or impregnate the matrix resin or its solution. And the arrangement of reinforcing fibers in the composite material is
The layer of the fully aromatic copolyamide fiber [A] (sheet, woven or knitted fabric, etc.) and the layer of carbon fiber [B],
It is preferable that the layer [A] is laminated so that it is arranged at least on the outer surface of the composite material or in the vicinity thereof, and by such an arrangement, it is possible to obtain a composite material with particularly good impact resistance. can. For example, a composite material is produced by alternately arranging and laminating layers of the fully aromatic copolymerized polyamide fiber [A] and carbon fiber [B] so that the layer [A] is at or near the outermost layer. may be formed, and
The layer of carbon fiber [B] may be located in the center (center) of the composite material, and the layer of wholly aromatic copolyamide fiber [A] may be located at or near the outermost layer. On the other hand, if the layer of the wholly aromatic polyamide fiber [A] is present only in the central part (center part) of the laminate, the effect of improving impact resistance may be reduced. When forming the above-mentioned composite material, it is also possible to directly mold the reinforcing fiber obtained as above and the matrix resin by heating (pressurizing if necessary), but in particular, the matrix resin When the resin is a thermosetting resin such as an epoxy resin or an unsaturated polyester resin, the matrix resin impregnated into reinforcing fibers or woven or knitted fabrics arranged in a sheet shape such as so-called prepreg is called "B-stage". After allowing the curing reaction to proceed to an intermediate stage, the molding material is laminated and molded using predetermined heating and pressure conditions.
It is also possible to use a composite material. In the hybrid form, aligned and/or woven or knitted fiber aggregates or "B-stage" layered bodies impregnated with matrix resin are laminated so that the fiber arrangement direction has various angles. It is also possible to do so. The fiber-reinforced composite material according to the present invention can be used to provide useful molded products by various molding methods. A typical molding method is compression molding, which can be performed by mechanical compression using a mold of a predetermined shape, or by applying gas pressure in an autoclave. Other,
The shape of the reinforcing fibers and/or the properties of the matrix resin, such as the commonly used cast molding method, spray method, pandoray up method, lamination method, transfer molding method, injection molding method, pultrusion method, etc. They can be selected together. As mentioned above, the reinforcing fibers for composite materials according to the present invention are characterized by the combination of carbon fibers and specific wholly aromatic copolyamide fibers, but they also include organic and/or inorganic fibers other than the above. It is also possible to use a small proportion as reinforcing fibers. Specific examples of such organic and/or inorganic fibers include organic fibers such as polyarylate, polyester, polyamide, wholly aromatic polyamides other than the above-mentioned wholly aromatic copolyamide specified in the present invention, glass fibers, silica, Examples include inorganic fibers such as silica alumina, silicon carbide, potassium titanate, boron nitride, and silicon nitride. Furthermore, in addition to the reinforcing fibers and matrix resin, additives such as fillers, fillers, and flame retardants can also be used in the composite material according to the present invention.
Examples of such additives include calcium carbonate, calcium silicate, silica, alumina, carbon black, titanium oxide, and the like. [Effects of the Invention] The composite material according to the present invention as described above is a feature of a conventional hybrid composite material that uses wholly aromatic polyamide fiber (polyparaphenylene terephthalamide fiber) and carbon fiber as reinforcement materials. While maintaining the advantages of high strength and high rigidity, the disadvantage of impact resistance is greatly improved. Therefore, this composite material can be widely used in fields where conventional hybrid composite materials were considered difficult to apply. [Examples] Hereinafter, the fiber reinforced composite material of the present invention will be specifically explained with reference to Examples and reference examples regarding the production of specific wholly aromatic copolyamide fibers. However, the present invention is not limited to these examples. In addition, in the following Examples and Reference Examples, "parts" simply represent parts by weight. In addition, in measuring the mechanical properties, a molded product with a thickness of 3 mm was used as a sample unless otherwise specified. That is, the bending properties were measured using a molded piece having the above thickness with a span of 50 mm, and the interlaminar shear strength was measured with a span of 15 mm. Izo impact strength (notched) was measured using a test piece in which a 45° V-notch was cut to a predetermined depth in a molded piece having the above thickness. The molded piece used for measuring compressive strength is width: length: height (fiber direction) =
A 1:1:2 ratio of prisms was used. Further, the intrinsic viscosity of the polymer was measured in concentrated sulfuric acid at a polymer concentration of 0.5 g/dl and a temperature of 30°C. Reference Example 1 10.72 parts of 3,4'-diaminodiphenyl ether and 5.79 parts of paraphenylenediamine were dissolved in 500 parts of N-methylpyrrolidone under a stream of dry nitrogen.
After cooling to 0° C., 21.74 parts of terephthalic acid chloride powder was quickly added while stirring vigorously to carry out polymerization. After about 5 hours, calcium oxide was added to neutralize the by-product hydrochloric acid. The thus obtained polymer is a wholly aromatic copolyamide consisting of the structural units () and () above, and its intrinsic viscosity is 3.02, and the solution viscosity is
It was 100℃ poise. This neutralized solution is filtered, then degassed, and spun using a half-dry, half-wet method. The resulting yarn is washed with water, dried, and then hot-stretched through a hot plate heated to 500°C. The yarn properties of filament yarn (A) are tensile strength of 26.2 g/de, Young's modulus of 630 g/de,
The elongation was 3.9%. Reference Example 2 7.186 parts of 3,4'-diaminodiphenyl ether and 11.942 parts of O-chloroparaphenylenediamine were dissolved in 543.5 parts of N-methylpyrrolidone in a stream of dry nitrogen, and this solution was maintained at 20°C, Terephthalic acid chloride powder 24.310 with vigorous stirring
part was added. Subsequently, when the temperature of the system was maintained at 60°C and stirring was continued, the viscosity of the system gradually increased, and a transparent high-viscosity solution was obtained. After about 1 hour, 8.74 parts of calcium hydroxide was added to neutralize the by-product hydrochloric acid, resulting in a highly viscous transparent solution. A part of this solution is taken out and mixed with water, and the precipitated polymer is isolated, washed with water, and dried. The resulting polymer is a wholly aromatic copolyamide consisting of the structural units () and (') above. It had an intrinsic viscosity of 3.44. After the above-mentioned neutralized solution was filtered and degassed, it was spun using a semi-dry and semi-wet method, and the spun yarn was thoroughly washed in a multi-stage water washing bath, dried, and then spun on a hot plate at 500°C. A multifilament yarn (B) was obtained by hot drawing. The yarn properties of this yarn (B) were strength of 28.0 g/de, Young's modulus of 823 g/de, and elongation of 3.9%. Examples 1 to 3, Comparative Example 1 After drying the fully aromatic copolyamide multifilament yarn (A) (750 denier/500 filaments) obtained in Reference Example 1, an epoxy resin solution ["Epicote" 828 (Siel Chemistry
Co., Ltd.), 20 parts of "Epicure" Z (amine-based curing agent made by Ciel Chemical Co., Ltd.), and 12 parts of acetone] to impregnate the resin, and then pour the liquid through the micropores. was held constant and wound onto a large diameter cylindrical drum using the filament winding method. Subsequently, the epoxy resin was kept in a drying oven maintained at 90°C to bring the epoxy resin into a semi-gelled state, so-called "B-stage", to obtain a unidirectionally aligned sheet-like prepreg (C). On the other hand, carbon fiber (600 denier/1000 filament, manufactured by Toho Bethlon Co., Ltd.) was unidirectionally impregnated with Epicoat 828/Epicure Z-based epoxy resin in the same manner as in the case of the fully aromatic copolymerized polyamide fiber multifilament yarn. A rolled sheet prepreg (D) was obtained. The above-mentioned sheet prepreg (C) (wholly aromatic polyamide type) and sheet prepreg (D) (carbon fiber type)
are laminated alternately so that the prepreg (C) is the top layer and the bottom layer, and the volume ratio of carbon fiber and wholly aromatic copolyamide fiber in the composite material is varied within the range shown in Table 1. The composite material was press-molded so that the total fiber content in the composite material was approximately 60%. The properties of the obtained composite material (molded piece) were at an extremely high level as shown in Table 1, and the improvement in impact properties was particularly remarkable. The conditions for press forming are as follows.
The following conditions for preparing molded articles in the present invention were all carried out in accordance with these conditions. [Main curing: 160℃, 80Kg/cm 2 (gauge pressure), 20 minutes Post-curing: 160℃, 2 hours

【表】【table】

【表】 実施例4、5、比較例3 実施例1において調製した全芳香族共重合ポリ
アミドマルチフイラメントヤーン(A)からのプリプ
レグ(C)および炭素繊維からのプリプレグ(D)を、(C)
が最上層部および最下層部に位置し、(D)が中間部
に位置するようにして、第2表に示す炭素繊維/
全芳香族ポリアミド繊維比率および複合材料中の
全繊維含有率が66重量%になるように積層し、熱
プレスして成形物を得た。 得られた成形片の物性を第2表に示すが、全芳
香族ポリアミド繊維として市販の「ケブラー49」
(デユポン(株)のポリパラフエニレンテレフタルア
ミド繊維の登録商標)に比べて本発明で特定した
全芳香族ポリアミド繊維を用いたものの方が、衝
撃強度および層間剪断強度において、明らかな優
位性を示していることが確認された。
[Table] Examples 4, 5, Comparative Example 3 Prepreg (C) made from the fully aromatic copolyamide multifilament yarn (A) prepared in Example 1 and prepreg (D) made from carbon fiber, (C)
are located in the top layer and bottom layer, and (D) is located in the middle part, and the carbon fibers shown in Table 2/
They were laminated so that the wholly aromatic polyamide fiber ratio and the total fiber content in the composite material were 66% by weight, and hot pressed to obtain a molded product. The physical properties of the obtained molded piece are shown in Table 2. "Kevlar 49", a commercially available fully aromatic polyamide fiber
(registered trademark of Dupont Co., Ltd.'s polyparaphenylene terephthalamide fiber), the fully aromatic polyamide fiber specified in the present invention has clear superiority in impact strength and interlaminar shear strength. It was confirmed that it shows.

【表】【table】

【表】 実施例 6 参考例2で得られた全芳香族ポリアミドのマル
チフイラメントヤーン(B)(750デニール/500フイ
ラメント)を用い、実施例1の場合と同様にし
て、フイラメントワインデイング法により一方向
ひきそろえ型プリプレグ(E)を調製した。こうして
得られたプリプレグ(E)および実施例1で用いたと
同じ炭素繊維のプリプレグ(D)を実施例4、5と同
様に積層して、炭素繊維/全芳香族ポリアミド系
ハイブリツド型複合材料を得た。 得られた複合材料を熱プレスした成形物の特性
は、第3表に示すように、全芳香族ポリアミド繊
維単独強化による複合材料を用いた場合(比較例
3)に比較して曲げ強度、曲げ弾性率、曲げたわ
み率及び層間剪断強度等において良好な結果を示
した。
[Table] Example 6 Using the fully aromatic polyamide multifilament yarn (B) (750 denier/500 filaments) obtained in Reference Example 2, it was woven in the same manner as in Example 1 by the filament winding method. A directionally aligned prepreg (E) was prepared. The thus obtained prepreg (E) and the same carbon fiber prepreg (D) used in Example 1 were laminated in the same manner as in Examples 4 and 5 to obtain a carbon fiber/wholly aromatic polyamide hybrid composite material. Ta. As shown in Table 3, the properties of the molded product obtained by hot pressing the obtained composite material are as follows. Good results were shown in terms of elastic modulus, bending deflection rate, interlaminar shear strength, etc.

【表】【table】

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 全芳香族ポリアミド繊維[A]の層と、炭素
繊維[B]の層とを強化材として含み、熱硬化性
あるいは熱硬化性樹脂をマトリツクスとする繊維
強化複合材料において、上記全芳香族ポリアミド
繊維[A]が下記化学式()で表わされる構造
単位と下記化学式()で表わされる構造単位ま
たは/および下記化学式()で表わされる構造
単位とからなる共重合ポリアミドよりなり、かつ
該複合材料における上記全芳香族ポリアミド繊維
[A]の含有量と炭素繊維[B]の含有量の比率
が、重量比にして10/90〜90/10の範囲内にあ
り、少なくとも該複合材の外側面近傍に上記全芳
香族ポリアミド繊維[A]の層が存在することを
特徴とする繊維強化複合材料。 (ただし、Xはハロゲン原子、nは1〜3の整
数)
[Scope of Claims] 1. A fiber-reinforced composite material containing a layer of wholly aromatic polyamide fiber [A] and a layer of carbon fiber [B] as reinforcing materials, and having a thermosetting or thermosetting resin as a matrix. , the fully aromatic polyamide fiber [A] is made of a copolyamide consisting of a structural unit represented by the following chemical formula () and a structural unit represented by the following chemical formula () or/and a structural unit represented by the following chemical formula (). , and the ratio of the content of the fully aromatic polyamide fiber [A] to the content of the carbon fiber [B] in the composite material is within the range of 10/90 to 90/10 in terms of weight ratio, and at least A fiber-reinforced composite material, characterized in that a layer of the fully aromatic polyamide fiber [A] is present near the outer surface of the composite material. (However, X is a halogen atom, n is an integer from 1 to 3)
JP18830581A 1981-02-03 1981-11-26 Fiber reinforced composite material Granted JPS5890943A (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP18830581A JPS5890943A (en) 1981-11-26 1981-11-26 Fiber reinforced composite material
US06/343,978 US4532275A (en) 1981-02-03 1982-01-29 Fiber-reinforced composite materials
EP19820100772 EP0057908B1 (en) 1981-02-03 1982-02-03 Fiber-reinforced composite materials
DE8282100772T DE3278078D1 (en) 1981-02-03 1982-02-03 Fiber-reinforced composite materials

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP18830581A JPS5890943A (en) 1981-11-26 1981-11-26 Fiber reinforced composite material

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS5890943A JPS5890943A (en) 1983-05-30
JPH0213623B2 true JPH0213623B2 (en) 1990-04-04

Family

ID=16221282

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP18830581A Granted JPS5890943A (en) 1981-02-03 1981-11-26 Fiber reinforced composite material

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS5890943A (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014062143A (en) * 2012-09-19 2014-04-10 Teijin Ltd Fiber-reinforced plastic

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5148174B2 (en) * 1972-02-24 1976-12-18

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5148174U (en) * 1974-10-08 1976-04-10

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5148174B2 (en) * 1972-02-24 1976-12-18

Also Published As

Publication number Publication date
JPS5890943A (en) 1983-05-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0057908B1 (en) Fiber-reinforced composite materials
JP5158778B2 (en) Epoxy resin impregnated yarn and its use for producing preforms
US4770926A (en) Hybrid fiber-reinforced plastic composite material
KR102006511B1 (en) Composite laminate having improved impact strength and the use thereof
Masuelli Introduction of fibre-reinforced polymers− polymers and composites: concepts, properties and processes
EP0216518B1 (en) Fiber having thermoplastic resin coating
CA1269576A (en) Sizing agents
KR20120026614A (en) Composite polyamide article
JP5864172B2 (en) Polyparaphenylene terephthalamide fiber composite, its production method and its use
KR102086180B1 (en) Complex materials having excellent thermal and excellent moldability and Preparing method thereof
JPS62167325A (en) Reinforced composite material
JPH0213623B2 (en)
JPS62115033A (en) Fiber-reinforced composite material
JPS63165583A (en) Method for improving adhesiveness of para type aramid fiber
KR20170004633A (en) Complex materials having excellent thermal and excellent moldability and Preparing method thereof
JPH07103253B2 (en) Synthetic resin reinforced composite fiber cloth
KR102134485B1 (en) Preparing method of aramid complex having special quality
JP3066805B2 (en) Manufacturing method of high strength high elasticity hybrid type FRP
JP7455466B2 (en) Base material for molding fiber-reinforced resin composites and fiber-reinforced resin composites
JPH04239534A (en) Fiber reinforced resin sheet
EP0206536A2 (en) Inorganic fiber-reinforced plastic composite material
JPS63146939A (en) Stamping molding sheet
JPH06184940A (en) Surface-treated sheet-like article and carbon fiberreinforced polyetherimide resin formed product
JPH07292137A (en) Synthetic resin-reinforced conjugate fiber fabric and nonwoven fabric
JPH01148545A (en) Interlaminar hybrid laminated material