JPH0242098B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0242098B2 JPH0242098B2 JP57221957A JP22195782A JPH0242098B2 JP H0242098 B2 JPH0242098 B2 JP H0242098B2 JP 57221957 A JP57221957 A JP 57221957A JP 22195782 A JP22195782 A JP 22195782A JP H0242098 B2 JPH0242098 B2 JP H0242098B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- strength
- carbon fiber
- fiber
- fibers
- compressive
- 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
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- Reinforced Plastic Materials (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Moulding By Coating Moulds (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は高強度、高剛性を有する複合材を作り
得る炭素繊維強化樹脂複合中間体に関するもので
あり、とくに航空宇宙飛行体、地上高速輸送体等
をはじめとする工業用材料として、或いは高品質
性能が要求されるスポーツレジヤー用複合材料と
して使用しうる複合中間体に関するものである。 炭素繊維強化複合材料は高い強度と剛性を有す
ることが注目され材料の軽量化、高強度化が要求
される分野を中心にその用途開発が進められてい
るが、材料のより一層の軽量化、高剛性を図る場
合現在開発実用化されている引張強度300Kg／mm2、
引張弾性率23t／mm2程度の炭素繊維によつて強化
された繊維強化プラスチツクではその要望を満た
すことは極めて難しい状態となつてきている。 炭素繊維強化プラスチツク複合材料の強度、剛
性を向上する方法としては(1)使用する炭素繊維の
引張強度、引張伸度を向上すること、(2)マトリツ
クス樹脂の強度、伸度を向上せしめること、(3)炭
素繊維とマトリツクス樹脂との界面接着性を向上
すること、等によつてその目的を達成しうると予
測され、これらの観点より種々の検討が進められ
ている。 しかし、(1)〜(3)に示したいずれの方法も現在使
用されている技術に対し著るしい技術的飛躍がな
ければその目的を達成することはできず、現実問
題としてすぐに採用することができないものであ
る。 そこで、本発明者は現在開発実用化されている
素材を用い、上述した要望に答え得る複合中間体
を開発すべく検討した結果得られたものであり、
その要旨は、引張強度200Kg／mm2以上、引張弾性
率20t／mm2以上の高強度、高弾性の炭素繊維(A)と、
繊維含有率60Vol％なる一方向引揃え樹脂マトリ
ツクス複合材に於て110Kg／mm2以上の圧縮強度と、
8t／mm2以上の圧縮弾性率を与えうる補強用繊維(B)
とを体積比95／５〜５／95なる割合で併用して補
強材とし、マトリツクスとして引張弾性率250
Kg／mm2以上伸度３％以上なる特性を発揮する樹脂
を用いた炭素繊維強化複合中間体にある。 本発明を実施するに際して用いる炭素繊維(A)と
してはポリアクリロニトリル系繊維、ピツチ系繊
維、タール系繊維などよりなるプレカーサーを焼
成して得られる200Kg／mm2以上、とくに300Kg／mm2
以上の引張強度と、20t／mm2以上、好ましくは
25t／mm2以上の引張弾性率を有する炭素繊維をそ
の具体例として挙げることができ、これらの炭素
繊維は単独で、或いは複合した状態で用いること
ができ、場合によつては芳香族ポリアミド繊維を
併用するのもよい。 補強用繊維(B)としては前述した如きプレカーサ
ーを焼成した炭素繊維類、ボロン繊維、アルミナ
繊維、シリコンカーバイト繊維類のうち、これら
補強用繊維を60Vol含む一方向引揃え樹脂マトリ
ツクス複合体に於て110Kg／mm2以上、好ましくは
130Kg／mm2以上の圧縮強度と、8t／mm2以上好まし
くは10t／mm2以上の圧縮弾性率を与えうる繊維類
を挙げることができる。補強用繊維(B)はその単繊
維径が太い程複合材の圧縮強度及び圧縮弾性率が
大きくなる傾向を示すため出来るだけ大繊度のも
のや部分接着した部分を含むトウを用いるのがよ
く、更には太い繊維のものと細い繊度のものとを
混合したものなどを用いる。 炭素繊維(A)と補強用繊維(B)との組合せは体積比
で95／５〜５／95なる割合とするのがよい。 本発明の複合材中間体より得られる成形体は従
来開発されてきた複合材料製成形体に比べ高強度
でかつ高剛性なものとすることができるが、その
理由は次の如く考えられる。即ち、第１図に示す
如く、複合材成形体１を支点２，３にて支え、そ
の上面より力４を加えた場合、力４の下面にあた
る成形体はその中心面から上の部分５の領域に於
ては圧縮力が、下面６に於ては引張り力が主体的
に加えられ、その破壊は成形体の引張り側よりも
圧縮力が強く働く側が先行する。通常の高強度炭
素繊維のみを補強材とする複合材60tol％の樹脂
マトリツクス複合材に於て引張強度は150〜170
Kg／mm2と十分であるにもかかわらず、その圧縮弾
性率は110〜130Kg／mm2と小さいものとなつてい
る。また近年開発が進められている高弾性炭素繊
維を補強材として使用した複合材の引張強度は
140〜150Kg／mm2であるのに対し、やはりその圧縮
強度は90〜110Kg／mm2と低く、高性能炭素繊維を
補強材として作られた複合材はどうしてもその圧
縮強度が低いのである。これに対し、本発明の中
間体には高い圧縮強度を与えうる補強用繊維を炭
素繊維(A)に対し体積比で５％以上併用してあるた
め、この中間体から作られた成形体の破壊強度を
著るしく向上せしめることができるのである。こ
のような補強用繊維の組合せ例としては、例え
ば、高弾性率炭素繊維と高強度高圧縮性を有する
炭素繊維との組合せ、高強度高弾性炭素繊維と低
弾性高圧縮性炭素繊維との組合せ、径６〜9μの
引張強度500Kg／mm2、引張弾性率23t／mm2なる高強
度炭素繊維と、径20〜25μの60Vol％時複合材の
圧縮強度が160Kg／mm2、圧縮弾性12t／mm2を与えう
る高圧縮性炭素繊維、或いは径100μのボロン繊
維などの組合せなどを挙げることができる。 補強用繊維の形態としては、トウ状物一方向引
揃えシート状物、織物、編組物、チヨツプドフア
イバー、スプレツトロービング等種々の形態で用
いることができる。 本発明を実施するに際して用いる引張弾性率
250Kg／mm2以上、伸度３％以上なる特性を発揮し
うるマトリツクス樹脂としては不飽和ポリエステ
ル、ビニルエステル、エポキシ樹脂、ポリイミ
ド、マレイミド、フエノール樹脂等の熱硬化性樹
脂のみならず、ポリアミド、ポリエステル、ポリ
塩化ビニル、ABS樹脂、ポリカーボネート、
PPS、ポリエーテルエーテルケトン、PPO等の
熱可塑性樹脂のいずれをも用いることができる。 本発明の複合中間体の形態としてはプリプレグ
シート、SMC、BMC、ペレツト状成形中間体、
スタンパブルシート、ロービング等の種々の形能
のものとして用いることができる。 本発明の複合中間体を成形した成形体は比強
度、比剛性、比圧縮強度が従来開発されてきた複
合体に比べ優れており、また、成形時の取扱いが
簡単で、かつ、バランスのとれた成形物を得るこ
とができる。 以下実施例により効果を説明する。 実施例表−１に示した高引張強度を示す炭素繊
維群(A)と高圧縮強度を示す繊維群(B)を表−１に示
す様な割合で配合し、エポキシ樹脂を含浸した一
方向引揃え補強繊維プリプレグを製造し、繊維含
有率60Vol％、内径80mm長さ300mmのパイプ状成
形物を作りその曲げ強度を比較した結果を表−１
に示した。それぞれ単独の材料で同様の成形物に
した場合の特性と対比すると強度、剛性のバラン
スが取れて良好であることが判る。 【表】
得る炭素繊維強化樹脂複合中間体に関するもので
あり、とくに航空宇宙飛行体、地上高速輸送体等
をはじめとする工業用材料として、或いは高品質
性能が要求されるスポーツレジヤー用複合材料と
して使用しうる複合中間体に関するものである。 炭素繊維強化複合材料は高い強度と剛性を有す
ることが注目され材料の軽量化、高強度化が要求
される分野を中心にその用途開発が進められてい
るが、材料のより一層の軽量化、高剛性を図る場
合現在開発実用化されている引張強度300Kg／mm2、
引張弾性率23t／mm2程度の炭素繊維によつて強化
された繊維強化プラスチツクではその要望を満た
すことは極めて難しい状態となつてきている。 炭素繊維強化プラスチツク複合材料の強度、剛
性を向上する方法としては(1)使用する炭素繊維の
引張強度、引張伸度を向上すること、(2)マトリツ
クス樹脂の強度、伸度を向上せしめること、(3)炭
素繊維とマトリツクス樹脂との界面接着性を向上
すること、等によつてその目的を達成しうると予
測され、これらの観点より種々の検討が進められ
ている。 しかし、(1)〜(3)に示したいずれの方法も現在使
用されている技術に対し著るしい技術的飛躍がな
ければその目的を達成することはできず、現実問
題としてすぐに採用することができないものであ
る。 そこで、本発明者は現在開発実用化されている
素材を用い、上述した要望に答え得る複合中間体
を開発すべく検討した結果得られたものであり、
その要旨は、引張強度200Kg／mm2以上、引張弾性
率20t／mm2以上の高強度、高弾性の炭素繊維(A)と、
繊維含有率60Vol％なる一方向引揃え樹脂マトリ
ツクス複合材に於て110Kg／mm2以上の圧縮強度と、
8t／mm2以上の圧縮弾性率を与えうる補強用繊維(B)
とを体積比95／５〜５／95なる割合で併用して補
強材とし、マトリツクスとして引張弾性率250
Kg／mm2以上伸度３％以上なる特性を発揮する樹脂
を用いた炭素繊維強化複合中間体にある。 本発明を実施するに際して用いる炭素繊維(A)と
してはポリアクリロニトリル系繊維、ピツチ系繊
維、タール系繊維などよりなるプレカーサーを焼
成して得られる200Kg／mm2以上、とくに300Kg／mm2
以上の引張強度と、20t／mm2以上、好ましくは
25t／mm2以上の引張弾性率を有する炭素繊維をそ
の具体例として挙げることができ、これらの炭素
繊維は単独で、或いは複合した状態で用いること
ができ、場合によつては芳香族ポリアミド繊維を
併用するのもよい。 補強用繊維(B)としては前述した如きプレカーサ
ーを焼成した炭素繊維類、ボロン繊維、アルミナ
繊維、シリコンカーバイト繊維類のうち、これら
補強用繊維を60Vol含む一方向引揃え樹脂マトリ
ツクス複合体に於て110Kg／mm2以上、好ましくは
130Kg／mm2以上の圧縮強度と、8t／mm2以上好まし
くは10t／mm2以上の圧縮弾性率を与えうる繊維類
を挙げることができる。補強用繊維(B)はその単繊
維径が太い程複合材の圧縮強度及び圧縮弾性率が
大きくなる傾向を示すため出来るだけ大繊度のも
のや部分接着した部分を含むトウを用いるのがよ
く、更には太い繊維のものと細い繊度のものとを
混合したものなどを用いる。 炭素繊維(A)と補強用繊維(B)との組合せは体積比
で95／５〜５／95なる割合とするのがよい。 本発明の複合材中間体より得られる成形体は従
来開発されてきた複合材料製成形体に比べ高強度
でかつ高剛性なものとすることができるが、その
理由は次の如く考えられる。即ち、第１図に示す
如く、複合材成形体１を支点２，３にて支え、そ
の上面より力４を加えた場合、力４の下面にあた
る成形体はその中心面から上の部分５の領域に於
ては圧縮力が、下面６に於ては引張り力が主体的
に加えられ、その破壊は成形体の引張り側よりも
圧縮力が強く働く側が先行する。通常の高強度炭
素繊維のみを補強材とする複合材60tol％の樹脂
マトリツクス複合材に於て引張強度は150〜170
Kg／mm2と十分であるにもかかわらず、その圧縮弾
性率は110〜130Kg／mm2と小さいものとなつてい
る。また近年開発が進められている高弾性炭素繊
維を補強材として使用した複合材の引張強度は
140〜150Kg／mm2であるのに対し、やはりその圧縮
強度は90〜110Kg／mm2と低く、高性能炭素繊維を
補強材として作られた複合材はどうしてもその圧
縮強度が低いのである。これに対し、本発明の中
間体には高い圧縮強度を与えうる補強用繊維を炭
素繊維(A)に対し体積比で５％以上併用してあるた
め、この中間体から作られた成形体の破壊強度を
著るしく向上せしめることができるのである。こ
のような補強用繊維の組合せ例としては、例え
ば、高弾性率炭素繊維と高強度高圧縮性を有する
炭素繊維との組合せ、高強度高弾性炭素繊維と低
弾性高圧縮性炭素繊維との組合せ、径６〜9μの
引張強度500Kg／mm2、引張弾性率23t／mm2なる高強
度炭素繊維と、径20〜25μの60Vol％時複合材の
圧縮強度が160Kg／mm2、圧縮弾性12t／mm2を与えう
る高圧縮性炭素繊維、或いは径100μのボロン繊
維などの組合せなどを挙げることができる。 補強用繊維の形態としては、トウ状物一方向引
揃えシート状物、織物、編組物、チヨツプドフア
イバー、スプレツトロービング等種々の形態で用
いることができる。 本発明を実施するに際して用いる引張弾性率
250Kg／mm2以上、伸度３％以上なる特性を発揮し
うるマトリツクス樹脂としては不飽和ポリエステ
ル、ビニルエステル、エポキシ樹脂、ポリイミ
ド、マレイミド、フエノール樹脂等の熱硬化性樹
脂のみならず、ポリアミド、ポリエステル、ポリ
塩化ビニル、ABS樹脂、ポリカーボネート、
PPS、ポリエーテルエーテルケトン、PPO等の
熱可塑性樹脂のいずれをも用いることができる。 本発明の複合中間体の形態としてはプリプレグ
シート、SMC、BMC、ペレツト状成形中間体、
スタンパブルシート、ロービング等の種々の形能
のものとして用いることができる。 本発明の複合中間体を成形した成形体は比強
度、比剛性、比圧縮強度が従来開発されてきた複
合体に比べ優れており、また、成形時の取扱いが
簡単で、かつ、バランスのとれた成形物を得るこ
とができる。 以下実施例により効果を説明する。 実施例表−１に示した高引張強度を示す炭素繊
維群(A)と高圧縮強度を示す繊維群(B)を表−１に示
す様な割合で配合し、エポキシ樹脂を含浸した一
方向引揃え補強繊維プリプレグを製造し、繊維含
有率60Vol％、内径80mm長さ300mmのパイプ状成
形物を作りその曲げ強度を比較した結果を表−１
に示した。それぞれ単独の材料で同様の成形物に
した場合の特性と対比すると強度、剛性のバラン
スが取れて良好であることが判る。 【表】
第１図は複合材で作られた成形体の破壊現象を
示す模式図である。
示す模式図である。
Claims (1)
- １ 引張強度200Kg／mm2以上、引張弾性率20t／mm2
以上の高強度高弾性の炭素繊維(A)、繊維含有率
60Vol％による一方引揃え樹脂マトリツクス複合
材に於て110Kg／mm2以上の圧縮強度と8t／mm2以上
の圧縮弾性率を与え得る補強用繊維(B)とを炭素繊
維(A)と補強用繊維(B)とを体積比95／５〜５／95な
る割合で混合したものを補教材とし、引張り弾性
率250Kg／mm2以上、伸度３％以上なる特性を発揮
し得る樹脂をトリツクスとした炭素繊維強化複合
材中間体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57221957A JPS59111839A (ja) | 1982-12-20 | 1982-12-20 | 炭素繊維強化複合中間体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57221957A JPS59111839A (ja) | 1982-12-20 | 1982-12-20 | 炭素繊維強化複合中間体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59111839A JPS59111839A (ja) | 1984-06-28 |
| JPH0242098B2 true JPH0242098B2 (ja) | 1990-09-20 |
Family
ID=16774805
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57221957A Granted JPS59111839A (ja) | 1982-12-20 | 1982-12-20 | 炭素繊維強化複合中間体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59111839A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09111687A (ja) * | 1995-10-12 | 1997-04-28 | Beloit Technol Inc | 変形制御ロール |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4603157A (en) * | 1984-05-23 | 1986-07-29 | Mitsubishi Rayon Co., Ltd. | Intermediate for composite material |
| JP2621380B2 (ja) * | 1988-07-15 | 1997-06-18 | 日産自動車株式会社 | 炭素繊維強化複合材料 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5658023A (en) * | 1979-10-12 | 1981-05-20 | Toray Industries | Fiber material for fiber reinforsed resin |
-
1982
- 1982-12-20 JP JP57221957A patent/JPS59111839A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09111687A (ja) * | 1995-10-12 | 1997-04-28 | Beloit Technol Inc | 変形制御ロール |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59111839A (ja) | 1984-06-28 |
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