JPH03106619A - 異形状繊維強化プラスチック及びその製造方法 - 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］ 本発明は強化剤として炭素繊維を使用し、引張強度及び
弾性率を向上させた異形状繊維強化プラスチック及びそ
の製造方法に関し、特に、肉厚が１閣鵬以下の薄い異形
状繊維強化プラスチック及びその製造方法に関する。

［従来の技術コ 異形状の繊維強化プラスチックの製造方法として、特開
昭４９−２０２７４号に開示されたものが公知である。

この方法においては、樹脂の上にガラスロービングのチ
ロップを散布し、含浸ロールで絞ってＳＭＧ　（シート
モーノレディングコンパウンド）を製造し、その後異形
状の金型を用いて薄肉化することにより圧縮成形を行っ
ている。

また、不織布を使用した例としては、特開昭６１−１３
７７１２号に開示された強化プラスチック製ヘルメット
の製造方法があり、この方法においては、不織布を異形
状に配置した後、そのまま樹脂を含浸し、次いで、成形
型内でこの樹脂含浸強化材を加熱加圧し、硬化させてい
る。

［発明が解決しようとする課題コ しかしながら、前者の方法においては、樹脂マトリック
ス中で強化材が偏在することとなり、その結果として、
成形品において強度が低下する部分が発生すると共に、
そり及びうねり等の変形が生じる原因となる。

一方、後者の方法においては、予め不織布を異形状に配
置するので、成形作業が繁雑で手間がかかるという欠点
がある。また、乾式ファイバを使用するので、作業環境
が悪くなり、更に、ファイバが均一に流動しないので、
炭素繊維の体積含有率に局部的な変動が生じ、その結果
、成形品の強度及び弾性率が局部的に変動するという欠
点を有する。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
炭素繊維がマトリックス中に均一に分布し、引張強度及
び弾性率等の機械的特性が優れている異形状繊維強化プ
ラスチック及びその製造方法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コ 本発明に係る異形状繊維強化プラスチックは、熱硬化性
樹脂からなるマトリックス中に強化材として長さが！０
乃至１００ｍ＋ｓの炭素繊維を２次元的に且つ不規則的
に分布して構成され、厚さがｌＩｌｌｍ以下であること
を特徴とする。

また、本発明に係る異形状繊維強化プラスチックの製造
方法は、引張強度が３００　ｋｇｆ／ｍｍ２以上の炭素
繊維からなる不織布に熱硬化性樹脂を含浸し乾燥してプ
リブレグを得る工程と、このブリプレグを所定の異形状
のキャビティを有する成形型内に配置し、１００　ｋｇ
ｆ／ｃ＋ｓ２以上の面圧で前記プリプレグを加熱加圧す
る工程と、を有し、この加熱加圧工程により前記ブリプ
レグの前記熱硬化性樹脂と前記炭素繊維とを前記キャビ
ティ内で流動化させることを特徴とする。

［作用コ 本発明においては、長さがＩＯ乃至１００ｍｍの炭素繊
維を強化材として熱硬化性樹脂からなるマトリックス中
に２次元的に且つ不規則的に分布している。ブリプレグ
においては、この炭素繊維は相互に絡み合った不織布の
形態で配置するので、成形品においても、その強化材と
なる炭素繊維が基材切れがない状態で熱硬化性樹脂から
なるマトリックス中に存在する。これにより、異形状の
炭素繊維強化プラスチック成形品の引張強度及び弾性率
が向上する。

不織布を作る際の炭素繊維の長さは、１０乃至１００ｍ
ｍにする。炭素繊維長が１０ｍｍ未満の場合には、上述
の炭素繊維の絡みが少なく、良好な不織布を作ることが
できなくなる。炭素繊維長が１００ＩＩｍを超えると、
繊維長が長すぎるため、繊維がカール状となり十分な引
張強度及び弾性率を得ることができない。このような理
由で、炭素繊維の長さをＩＯ乃至１００ｍｍにする。

マトリックスを構成する熱硬化性樹脂としては、例えば
、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂及び
これらの混合物がある。

また、この熱硬化性樹脂からなるマトリックスに対する
炭素繊維の体積含有率は、１５乃至６０％にすることが
好ましい。炭素繊維の体積含有率が！５％未満の場合に
は、強化材としての炭素繊維の量が不足し、成形品にお
いて、引張強度及び弾性率が低下する。逆に、炭素繊維
の体積含有率が６０％を超えると、マトリックスに対す
る強化材としての添加物の量が多くなり過ぎ、マトリッ
クスの樹脂が添加された繊維になじまなくなり、また空
孔が生じるため強度が低下する。このような理由で炭素
繊維の体積含有率を１５乃至６０％にする。

また、本発明方法においては、先ず、引張強度が３００
ｋｇｆ／ｍｍ２以上の炭素繊維からなる不織布に熱硬化
性樹脂を含浸し、乾燥させてプリプレグを得る。

次いで、このブリブレグを所望の異形状に対応するキャ
ビティを有する成形型内に配置し、加熱下にわいて１０
０ｋｇｆ／ｃ＋＋＋”以上の加圧力で圧縮する。

このように、不織布に熱硬化性樹脂を含浸させたブリプ
レグの状態で加熱加圧成形するから、プリプレグを構成
する樹脂と共に、炭素繊維が前記キャビティ内に均一に
、且つキャビテイ内の隅々まで流動し、炭素繊維の体積
含有率が均一な異形状成形品を製造することができる。

炭素繊維としては、熱硬化性樹脂からなるマトリックス
の強化材として添加するものであるから、その引張強度
は高い方が好ましい。特に、引張強度が５００ｋｇｆ／
ｃｍ　２以上、弾性率がＩＱ’　ｋｇｆ／ｃｍ”以上の
機械的強度が優れた成形品を得るためには、不織布の炭
素繊維としては引張強度が３００ｋｇｆ／ｍ＋ｓ２以上
のものを使用する必要がある。

また、成形型内のブリブレグの加圧力は、樹脂と共に炭
素繊維をキャビテイ内で有効に流動させ、炭素繊維を均
一に分布させるために重要な意義をもつ。このような観
点で、加圧力は１００　ｋｇｆ／ｃ＋ｓ２以上にする。

第１図は横軸に加圧力（面圧）をとり、縦軸に炭素繊維
の流動率をとって、面圧と炭素繊維流動率との関係を示
すグラフ図である。なお、この流動率は［（流動後の炭
素繊維が占める面積）／（プリプレグ中の炭素繊維が占
める面積）−ｌ］ＸＩＯＯで表される。この第１図に示
すように、面圧を１００ｋｇｆ／ｃｗ＋２以上にすると
、炭素繊維の流動化が良好に進行し、樹脂と共に炭素繊
維がキャビティ内に均一に分布する。その結果、引張強
度が５００ｋｇｆ／ｃ＋ａ”以上、弾性率が１０’ｋｇ
ｆ／ｃ鵬２以上の成形品を得ることができる。

なお、熱硬化性樹脂の含浸時には、マトリックス樹脂に
対する炭素繊維の体積含有率が前述のごと＜１５乃至８
０％になるように、不織布及び含浸樹脂量を調節するこ
とが好ましい。

［実施例］ 次に、本発明の実施例について説明する。

先ず、炭素繊維のチョップをカード機により開繊して得
たウエップを所定量重ねてニードルパンチを打ち、目付
量が５００ｇ／ｍ２の不織布とした。この不織布をフェ
ノール樹脂液に浸漬してフェノール樹脂を乾燥後の樹脂
量で２００％になるように含浸した。乾燥温度は１２０
℃である。

このようにして製造したプリプレグを金型に押入した。

第２図はこの金型の下型２を示す。下型２は上端が開口
した箱状をなし、その内部の底面上にプリプレグ１を載
置した。そして、第３図に示すように、上型３を下型２
内に嵌入した。この上型３はその押圧部３ａが下型２の
内部に嵌入する大きさを有し、この押圧部３ａと下型２
の内面との間で所望の異形状成形品（第４図参照）に対
応するキャビティが形成されるようになっている。

従って、第２図に示すように、ブリプレグ１を下型２内
に載置し、上型３を下型２内に圧入すると、プリブレグ
１は前述のごとく形成されるキャビティ内に流動し、こ
のキャビティに規制されて第４図に示す異形状の成形品
が得られた。なお、成形温度は１４０℃、面圧は１５０
ｋｇｆ／ｃｏ＋２である。

その結果、得られた炭素繊維強化プラスチックは肉厚が
０．７ｍｍであり、リブ部まで均一に炭素繊維が流動し
ており、基材切れ及び気泡等の欠陥は存在しなかった。

一方、比較のために、炭素繊維不織布の替わりに、長さ
が３ｍｍのチａツプドファイバを使用したカーボンペー
パーに実施例と同一の樹脂を同一条件で含浸し乾燥して
シ一トモールディングコンパウンド（ＳＭＣ）を得た。

そして、このＳＭＣを実施例と同一条件で加圧成形して
同一形状の成形品を得た。

その結果、この比較例においては、成形品に基材切れが
発生していた。

また、実施例成形品と比較例成形品とについて、その各
種特性値を求めて比較した結果、下記第１表に示すよう
に、曲げ強度及び引張強度のいずれも実施例成形品の方
が比較例成形品よりも極めて高い値を示していた。また
、弾性率も同様に実施例成形品のほうが比較例成形品よ
りも極めて高いものであった。

第１表 ［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、長さが！０乃至
１００ｍｍの炭素繊維をマトリックス中に２次元的に且
つ不規則的に分布させたから、炭素繊維の含有率及び比
重が均一な異形状炭素繊維強化プラスチックが得られ、
強度及び弾性率の不均一が回避され、製造過程での蛇形
が防止される。

また、本発明方法によれば、成形型内で樹脂と共に、強
化材の炭素繊維も流動させることができ、成形品におい
て、樹脂マトリックス中に炭素繊維を均一に且つ隅々ま
で分布させることができる。

従って、炭素繊維含有率及び比重の局部的変動及び基材
切れ等が防止されて、引張強度が５００ｋｇｆ／ｃｏ１
２以上、弾性率が１０１Ｓｋｇｆ／ｃｍ２以上というよ
うに、薄肉成形品としては極めて優れた特性を有する異
形状繊維強化プラスチックを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は面圧と炭素繊維流動率との関係を示すグラフ図
、第２図は成形用下型を示す模式図、第３図は成形用上
型を示す模式図、第４図は成形品形状を示す模式図であ
る。 １；ブリプレグ、２；下型、３；上型、４：成形品 第２図 第３図 第１図 第４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）熱硬化性樹脂からなるマトリックス中に強化材と
   して長さが１０乃至１００ｍｍの炭素繊維を２次元的に
   且つ不規則的に分布して構成され、厚さが１ｍｍ以下で
   あることを特徴とする異形状繊維強化プラスチック。
2. （２）前記炭素繊維は前記マトリックスに対する体積比
   率が１５乃至６０％であることを特徴とする請求項１に
   記載の異形状繊維強化プラスチック。
3. （３）引張強度が３００ｋｇｆ／ｍｍ＾２以上の炭素繊
   維からなる不織布に熱硬化性樹脂を含浸し乾燥してプリ
   プレグを得る工程と、このプリプレグを所定の異形状の
   キャビティを有する成形型内に配置し、１００ｋｇｆ／
   ｃｍ＾２以上の面圧で前記プリプレグを加熱加圧する工
   程と、を有し、この加熱加圧工程により前記プリプレグ
   の前記熱硬化性樹脂と前記炭素繊維とを前記キャビティ
   内で流動化させることを特徴とする異形状繊維強化プラ
   スチックの製造方法。