JPH03113035A - プラスチック強化用カバリング炭素繊維及び炭素繊維強化プラスチック - 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］ 本発明は炭素繊維に有機繊維を被覆して成るカバリング
炭素繊維（以下単にカバリング炭素繊維という）及びこ
れを用いた炭素＄１１１維強化プラスチックに関するも
のである。

［従来の技術］ 炭素繊維強化プラスチック（以下ＣＦＲＰと略す）は高
強度、高弾性率等の優れた力学的特性を有する複合材料
であるが、炭素繊維と樹脂との接着性が悪い為、理論強
度及び理論弾性率に比べると未だ不十分であり、本来の
特性を十分に発揮し得ていないという問題がある。この
点を改良する目的で、炭素ｉａｉに対して種々の表面処
理が行なわれてきた。その代表的な方法として、酸化性
ガスや液体酸化剤を用いる酸化エツチング法、蒸着によ
り被膜を形成する被覆法等がある。これらの方法により
接着性はある程度は改善されつつあるが、より優れた力
学的特性を有する複合材料にするには更に改善する必要
がある。

一方、炭素繊維をゴム補強材とする目的で、炭素繊維の
周囲に有機繊維をカバリングし、カバリングの前や後に
接着剤を塗布する技術（特開昭５９−２１７８７）が開
発されている。

しかし、この技術では、炭素繊維１００重量部に対する
有機繊維のカバリング量を５０重量部以上にしているの
で、このカバリング炭素ｉａ維をプラスチック強化用に
転用したときは、炭素繊維の使用量を相対的に減少させ
ざるを得す、従ってカバリングしていない炭素繊維で強
化した時よりも強度１弾性率は却って低下してしまう。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明者らはこの様な事情に着目し、強度１弾性率等の
優れたＣＦＲＰを得るためには、炭素繊維とマトリック
ス樹脂との接着性を現在以上に高める必要があると共に
、炭素繊維の使用量を余り減少させなくとも良い様な構
成に改善する必要があるという観点から研究を行なった
。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係るカバリング炭素繊維は、炭素繊維に対して
有機繊維を撚回あるいは編組状に被覆してなるカバリン
グ炭素繊維であって、炭素繊維１００重量部に対する有
機繊維のカバリング量が０．５〜１０重量部である点に
要旨を有するものである。従って本発明に係るＣＦＲＰ
は前記カバリング炭素繊維を樹脂用補強材として利用し
たＣＦＲＰである。

［作用］ 炭素繊維を有機繊維で被覆すれば、該炭素繊維を織布あ
るいはプリプレグ等の中間製品に加工する際の摩擦によ
る損傷を抑制することやマトリックスとの接着性を高め
ること等が可能となる。

一方、ＣＦＲＰの強度や弾性率等の力学的特性は、炭素
繊維間への樹脂の含浸性や炭素繊維の体積含有率によっ
ても影響を受ける。従って優れた力学的特性を得るため
には上記含浸性や体積含有率を高める必要がある。

この様な観点から本発明の所期の効果を達成するための
条件を検討したところ、炭素繊維１００重量部に対する
有機ｉａ維のカバリング量を０．５〜１０重量部とする
必要があることがわかった。この範囲のカバリング量の
時には複合材料に加工する時の炭素繊維の実効使用量を
十分高く維持することができ、マトリックスとの接着性
を高めつつ炭素ｌｉｔ維による補強効果を十分に高いも
のとすることができた。有機繊維のカバリング量が０．
５重量部未満の場合は中間製品の加工時における炭素縁
ｍ損傷の防止効果が小さく、また炭素繊維とマトリック
スの十分な接着性も得られない。カバリング量が１０重
量部を超える場合にはＣＦＲＰに加工した時の炭素繊維
の体積含有率の低下、有機繊維をｍ密に被覆したことに
よる樹脂の炭素繊維への含浸阻害等のためにＣＦＲＰの
力学的特性が低下する。また有機繊維の繊度が５〜１０
００デニール、好ましくは２０〜３００デニールのもの
であり、且つまたフィラメント数１〜１５０本、好まし
くは５〜５０本のものを使用するとより優れた効果を発
揮することがわかった。

炭素繊維に対する有機繊維の被覆手段は撚回あるいは編
組状いずれの方法であってもよい。

有機繊維としては、ナイロン、レーヨン、ポリエステル
、芳香族ポリエステル等、いかなるものでも使用可能で
あるが、エポキシ樹脂強化用として使用する場合には、
ビニロン繊維に代表されるポリビニルアルコール系繊維
を用いると特に優れた効果を発揮する。これはポリビニ
ルアルコール系繊維がエポキシ樹脂との間で化学結合を
形成して接着力が強くなることに起因する。ポリビニル
アルコール系繊維とエポキシ樹脂の組み合せ以外にも、
アクリル繊維とエポキシ樹脂、ポリビニルアルコール系
繊維とフェノール樹脂等の組み合せでも強い接着力が得
られる。従って有機繊維は強化対象となる樹脂の種類に
応じて最適のものを選択することが推奨される。尚ＣＦ
ＲＰに加工した時を考慮すると有機繊維のステープルあ
るいはトウは引張強度が１．０〜８．０ｇ／ｄであって
引張伸度が１０〜４０％のものを使用するのが好ましい
。

炭素繊維としては、従来ＣＦＲＰ用として利用されたも
のは全て使用でき、原料、繊度、フィラメント数、撚回
の有無及び回数等は一切限定されず、使用目的に応じて
最適のものを選択すべきである。

ＣＦＲＰに加工する時に使用する樹脂の種類は特に制約
を受けないが、例えばエポキシ樹脂、不飽和ポリエステ
ル樹脂、フェノール樹脂等が使用できる。

以下実施例によって本発明を更に詳述するが、下記実施
例は本発明を制限するものではなく、前・後記の趣旨を
逸脱しない範囲で変更実施することは全て本発明の技術
的範囲に包含される。

［実施例］ 実施例１ 第１図に示される製造工程において、繊度０．８デニー
ル、フィラメント数６０００本から成る炭素繊維ヤーン
（２）を巻き出しロール（１）より送り出し、スピンド
ル（４）より解繊された繊度３０デニール、フィラメン
ト数１０本からなるビニロン繊維糸条（３）により緊張
下で数回撚回させてカバリングした。得られたカバリン
グ炭素繊維はエポキシ樹脂液を含浸させた後、ドラムワ
インダーに巻きとり溶剤を揮発させた後、積層してＣＦ
ＲＰとした。

以下に、各々異なった有機繊維を用いて実施例１と同様
の方法でカバリングした後、ＣＦＲＰに加工した実施例
及び比較例を示す。

実施例２ カバリング糸として繊度１００デニール、フィラメント
数２０本から成るビニロン繊維を用いた。

比較例１ カバリング糸を使用しなかった。

比較例２ カバリング糸として繊度３０デニール、フィラメント数
２本から成るビニロン繊維を用いた。

比較例３ カバリング糸として繊度１２００デニール。

フィラメント数１０本からなるビニロン繊維を用いた。

実施例及び比較例において測定した炭素繊維に対する有
機繊維の割合、ＣＦＲＰにおける炭素繊維の体積含有率
、引張強度１強度発現率９曲げ強度を第１表に示す。な
お、強度発現率は次式で表わされるものとする。

（＊理論強度＝ 炭素繊維の引張強度×体積含有率） ［発明の効果コ 本発明は以上のように構成されており、本発明のカバリ
ング炭素繊維をＣＦＲＰの強化材として使用した場合に
は、加工途中の炭素繊維の損傷を抑制することができる
と共に、炭素繊維と樹脂との接着性を高めることにより
、高強度、高弾性率等の優れた力学的特性を有するＣＦ
ＲＰを製造することが可能となる。

本発明のＣＦＲＰは本発明のカバリング炭素繊維を強化
材として使用しているため、高強度、高弾性率等の優れ
た力学的特性を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図はカバリング炭素繊維の製造工程を示す概念図で
ある。 １・・・巻出しロール　　２・・・炭素繊維３・・・有
機繊維　　　　４・・・スピンドル５・・・カバリング
炭素繊維 ６・・・巻取りロール

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）炭素繊維に対して有機繊維を撚回あるいは編組状
   に被覆して成るカバリング炭素繊維において、前記炭素
   繊維１００重量部に対する前記有機繊維のカバリング量
   が０．５〜１０重量部であることを特徴とするプラスチ
   ック強化用カバリング炭素繊維。
2. （２）請求項（１）の有機繊維の単繊維の繊度が５〜１
   ０００デニール、フィラメント数が１〜１５０本である
   プラスチック強化用カバリング炭素繊維。
3. （３）請求項（１）または（２）の有機繊維がポリビニ
   ルアルコール系繊維であり、且つ、前記有機繊維のステ
   ープルあるいはトウの引張強度が１．０〜８．０ｇ／ｄ
   、引張伸度が１０〜４０％であるカバリング炭素繊維。
4. （４）補強材として請求項（１），（２）または（３）
   のカバリング炭素繊維を用い、マトリックスとして樹脂
   を用いたものであることを特徴とする炭素繊維強化プラ
   スチック。