JPH04279331A

JPH04279331A - 繊維強化樹脂積層体

Info

Publication number: JPH04279331A
Application number: JP4368591A
Authority: JP
Inventors: Tomoko Uematsu; 朋子植松; Masayasu Shinobu; 信夫　正廉; Kimitoku Takao; 高尾　公徳; Hirohide Nakagawa; 裕英中川
Original assignee: SEKIYU SANGYO KASSEIKA CENTER; Petroleum Energy Center PEC; Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: SEKIYU SANGYO KASSEIKA CENTER; Sekisui Chemical Co Ltd; Japan Petroleum Energy Center JPEC
Priority date: 1991-03-08
Filing date: 1991-03-08
Publication date: 1992-10-05

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、繊維強化樹脂積層体に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、強化繊維に樹脂が含浸されてな
る強化繊維樹脂層が多段に積層された繊維強化樹脂積層
体として、炭素繊維強化樹脂積層体が知られている。こ
の炭素繊維強化樹脂は、高強度および高弾性を有するが
、破壊歪みが小さいため、破壊がゼイ性的であった。そこで、この炭素繊維強化樹脂の強化繊維として、炭素
繊維とガラス繊維とを併用することが行われている。こ
の場合、破壊歪みの大きいガラス繊維を使用することに
よって、破壊靱性を向上させることできる。

【０００３】そして、従来より、この繊維強化樹脂積層
体は、炭素繊維とガラス繊維とを交互に積層して両繊維
を充分に分散させることが良いとされていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の繊
維強化樹脂積層体の場合、ガラス繊維が低弾性であるた
め、炭素繊維の有する高強度および高弾性というメリッ
トを充分に生かすことができないといった不都合を生じ
ることとなる。特に、両繊維を充分に分散させた場合、
ガラス繊維の混入比の増加にともなって強度および弾性
等の物性が低下するといった不都合を生じることとなる
。

【０００５】本発明は、係る実情に鑑みてなされたもの
であって、炭素繊維強化樹脂と略同一の物性を得ること
ができるとともに、破壊靱性の向上およびコストダウン
を計ることのできる繊維強化樹脂積層体を提供すること
を目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の繊維強化樹脂積
層体は、図１および図２に示すように、面方向に配向さ
れた強化繊維樹脂層が多段に積層されてなる繊維強化樹
脂積層体１であって、強化繊維としてガラス繊維２と炭
素繊維３とが使用されたものにおいて、ガラス繊維樹脂
層２０が多段に積層されており、その両側面に、炭素繊
維樹脂層３０が多段に積層されている。そして、炭素繊
維３の積層混入容量が、全強化繊維容量の４５〜８０容
量％となされたものである。

【０００７】ガラス繊維２としては、Ｅガラス、Ｓガラ
スおよびＴガラス等各種のガラス繊維を用いることがで
きるが、弾性率の点では、各ガラス繊維とも大差がない
ので、最も安価なＥガラスを用いることがコストダウン
の点から好ましい。

【０００８】炭素繊維３としては、汎用グレードとして
繊維弾性率２０Ｔｏｎ／ｍｍ２　程度のものから使用す
ることができるが、高弾性率タイプとして密着性が発現
し易い４０Ｔｏｎ　／ｍｍ２　以上のものを使用するこ
とが望ましい。また、炭素繊維の種類としては、ピッチ系、ＰＡＮ系を
問わないが、現在、高剛性を目指して盛んに開発が行わ
れているピッチ系炭素繊維を用いることが、高剛性を得
る点で望ましい。

【０００９】上記ガラス繊維２および炭素繊維３を面方
向に配向させるとは、平面のある一定方向に沿って、こ
れらガラス繊維２および炭素繊維３を敷き揃えてガラス
繊維樹脂層２０および炭素繊維樹脂層３０を形成するこ
とを言う。また、このように平面上に敷き揃えられたガ
ラス繊維樹脂層２０および炭素繊維樹脂層３０を多段に
積層する方法としては、図１および図２に示すように、
各層の強化繊維が同一角度となるようにしてもよいし、
各層の強化繊維が中立軸に対称となるように、斜交積層
してもよい（図示省略）。ただし、炭素繊維樹脂層３０
の中の炭素繊維の混入容量は、強化繊維容量の４５〜８
０容量％となるようにしなければならない。この炭素繊
維３の混入容量が、全強化繊維容量の４５容量％未満だ
と、本発明に係る繊維強化樹脂積層体１の物性が、炭素
繊維強化樹脂に比べて著しく低下することとなる。また
、この炭素繊維３の容量が、８０容量％を越えると、該
炭素繊維３よりも安価であるガラス繊維２の使用量が少
なくなり、コストをあまり低下させることができなくな
る。

【００１０】一般に強化繊維に含浸して強化繊維樹脂層
を形成させる為に用いる、樹脂４としては、不飽和ポリ
エステル樹脂、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂等の
熱硬化性樹脂を用いることができる。なかでも、炭素繊
維３の利点を最大限発揮できる樹脂４として、繊維の密
着性あるいは樹脂の伸びを考慮し、エポキシ樹脂系のも
のを用いることが好ましい。

【００１１】また、強化繊維樹脂層の積層総数は、繊維
強化樹脂積層体に積層成形歪みが生じないよう、偶数と
するのが望ましい。

【００１２】この繊維強化樹脂積層体１の成形方法とし
ては、ハンドレイアップ法をはじめ、ＲＴＭ法（レジン
トランスファーモールディング法）、ＦＷ法（フィラメ
ントワインディング法）、ＳＭＣ（シートモールディン
グコンパウンド）プレス、およびプリプレグを用いたオ
ートクレーブ成形等が挙げられる。特に、各強化繊維樹
脂層２０、３０の密着性を考慮すれば、一体で成形でき
るハンドレイアップ法並びにＦＷ法、プリプレグを用い
たオートクレーブ成形が好ましい。また、炭素繊維３の
高弾性率を最大限に発揮させるために、ロービングヤー
ンを使用することが好ましい。

【００１３】

【作用】本発明の繊維強化樹脂積層体によると、多段に
積層してなるガラス繊維樹脂層の両側面（外面）に、多
段に積層してなる炭素繊維樹脂層を積層しているので、
ガラス繊維樹脂層が繊維強化樹脂積層体の中間層に位置
し、実質的に繊維強化樹脂積層体の芯材となる。また、
このガラス繊維樹脂層の両側層に積層する炭素繊維樹脂
層の炭素繊維容量を、全強化繊維容量の４５〜８０容量
％とすることで、炭素繊維強化樹脂と略同一の物性を維
持することができるとともに、炭素繊維のみを使用した
炭素繊維強化樹脂と比較して強化繊維にかかる費用の低
減を計ることができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００１５】

【実施例１】ピッチ系炭素繊維プリプレグおよびガラス
繊維プリプレグを、表１に示すような積層数で全て０°
方向となるように積層した。

【００１６】

【表１】

【００１７】ただし、ピッチ系炭素繊維プリプレグは、
ピッチ系炭素繊維として株式会社ペトカ製ＨＭ５０Ｎ−
６Ｋ−５２Ｃ（重量０．９１７ｇ／ｍ、密度２．１６ｇ
／ｃｍ３　、フィラメント径９μｍ、ロービング繊維体
積０．４２５ｍｍ２　、弾性率５０Ｔｏｎ／ｍｍ２　）
、レジンとしてエポキシ樹脂を使用した。

【００１８】また、ガラス繊維（ＧＦ）プリプレグは、
ガラス繊維として株式会社旭ファイバーグラス製Ｒ２２
２０ＴＭＦ２８Ｋ１６（重量２．２２ｇ／ｍ、密度２．
５１ｇ／ｃｍ３　、フィラメント径１６μｍ、ロービン
グ繊維体積０．８８４ｍｍ２　）、レジンとしてエポキ
シ樹脂を使用した。

【００１９】さらに、各プリプレグの積層構成としては
、下記■〜■に示す３種類のものを用意した。

【００２０】■両外層がピッチ系炭素繊維プリプレグ、
中間層がガラス繊維プリプレグとなされた３層構造。

【００２１】■両外層がガラス繊維プリプレグ、中間層
がピッチ系炭素繊維プリプレグとなされた３層構造。

【００２２】■ピッチ系炭素繊維プリプレグとガラス繊
維プリプレグとを交互に積層した分散型積層構造。

【００２３】そして、このようにして得られる各積層体
について図３に示す硬化条件でオートクレーブ成形して
平板を成形した。成形後の平板の厚みは、約２．５ｍｍ
程度、繊維体積含有量は、約６５％程度であった。その
後、これらの各平板について、曲げ弾性率を測定した。結果を図４に示す。

【００２４】図４より、本発明に係る■の積層体は、ガ
ラス繊維を全体の繊維量の約５０％混入した場合であっ
ても、炭素繊維強化樹脂単体と略同等の曲げ弾性率を示
しており、弾性率の低下が見られないことが確認できた
。

【００２５】

【実施例２】強化繊維として、上記実施例１と同じピッ
チ系炭素繊維およびガラス繊維を用意した。また、レジ
ンとして、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂と酸無水物
系硬化剤と促進剤との混合樹脂液を用意した。そして、
ＦＷ法によって、図５に示すようなソケット５を成形し
た。ただし、ソケット５の内周面に形成された凹凸部分
は、あらかじめガラス繊維強化樹脂で成形し、その外周
部分を表２に示すような積層構成で積層した。なお、■
の積層構成は、ピッチ系炭素繊維とガラス繊維の各々の
ロービングを４対２の割合で混合したものを使用して成
形した。

【００２６】そして、このようにして得られる各ソケッ
ト５を、１３０℃、２時間の硬化条件で硬化させた。た
だし、硬化中の樹脂だれによる偏肉を防ぐために５ｒｐ
ｍの回転を与えならが硬化させた。成形後のソケット５
の繊維体積含有量は、約６０％であった。その後、これ
らの各ソケット５について、内圧試験を行った。試験方
法としては、図６に示すように、ソケット５の両端側内
部に塩化ビニル樹脂製の短管を挿着して内部に水を入れ
て密閉状態とし、孔６０から加圧し、漏水圧および破壊
圧を測定することによって行った。結果を表２に示す。

【００２７】

【表２】

【００２８】表２より、ガラス繊維強化樹脂製のソケッ
ト■は、ガラス繊維が低弾性であるため、変形量が大き
く、クラックによる漏水が発生した。また、分散型積層
構成のソケット■は、上記■のソケットより高水圧まで
保持したものの、炭素繊維とガラス繊維との界面の剥離
により６０ｋｇ／ｃｍ２　にて漏水し、破壊した。これ
に対して本発明に係るソケット■は、８０ｋｇ／ｃｍ２
　まで漏水ならびに破壊も起こらず、この積層構成が周
方向の応力にも強度的に有効であることが確認できた。

【００２９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の繊維強化樹
脂積層体によると、ガラス繊維樹脂層が繊維強化樹脂積
層体の中間層に位置し、実質的に繊維強化樹脂積層体の
芯材となるとともに、炭素繊維強化樹脂単体の場合と略
同一の物性を維持することができる。また、炭素繊維の
みを使用した炭素繊維強化樹脂と比較して強化繊維にか
かる費用の低下を計ることができるので、このように優
れた繊維強化樹脂積層体を低価格で提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る繊維強化樹脂積層体の全体構成の
概略を示す模式的斜視図である。

【図２】本発明に係る繊維強化樹脂積層体の繊維の配向
状態の一例を示す分解斜視図である。

【図３】実施例１に係る強化繊維積層体の硬化条件を示
すグラフである。

【図４】実施例１に係る強化繊維積層体の曲げ試験結果
を示すグラフである。

【図５】実施例２に係るソケットの全体構成の概略を示
す部分破断側面図である。

【図６】実施例２に係るソケットを用いて行った内圧試
験の試験方法を示す断面図である。

【符号の説明】

１　　繊維強化樹脂積層体２　　ガラス繊維２０　　ガラス繊維樹脂層３　　炭素繊維３０　　炭素繊維樹脂層４　　樹脂

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　面方向に配向された強化繊維樹脂層が
多段に積層されてなる繊維強化樹脂積層体であって、強
化繊維としてガラス繊維と炭素繊維とが使用されたもの
において、多段に積層されてなるガラス繊維樹脂層の両
側面に、多段に積層されてなる炭素繊維樹脂層が積層さ
れ、この炭素繊維混入容量が、強化繊維容量の４５〜８
０容量％となされたことを特徴とする繊維強化樹脂積層
体。