JPH043769B2

JPH043769B2 -

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Publication number: JPH043769B2
Application number: JP62124172A
Authority: JP
Priority date: 1987-05-21
Filing date: 1987-05-21
Publication date: 1992-01-24
Also published as: JPS63289034A

Description

【発明の詳細な説明】

〔技術分野〕本発明は、炭素繊維強化熱可塑性樹脂組成物に
おいて、ポリエーテルエーテルケトン樹脂を熱可
塑性マトリツクス樹脂の主成分として含み、ポリ
カーボネート樹脂により集束された炭素繊維スト
ランド、シートまたは織物を強化基材として含む
炭素繊維強化熱可塑性樹脂組成物、およびその製
造方法に関するものである。本発明の目的物である炭素繊維強化熱可塑性樹
脂組成物より得られた成形物は、マトリツクス樹
脂の流動性の改良により、欠陥の少ない良好なも
のであり、且つ機械的特等にも優れ、航空宇宙分
野、一般産業分野で広く使用される。〔従来技術および問題点〕近年、炭素繊維は、高い比強度、比弾性率を有
していることから、長繊維、短繊維の形で各種の
マトリツクス樹脂と複合化されて使用されてい
る。高度の機械的特性、耐熱性等を要求される航空
宇宙分野、一般産業用途では、従来、マトリツク
ス樹脂として不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ
樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂が使用さ
れてきた。しかし、特に航空機用途では、これら
のマトリツクス樹脂が脆く耐衝撃性に劣るという
欠点を有するため、その改善が求められてきた。また、熱硬化性樹脂を使用する従来技術におい
ては、樹脂のライフ等に関連してプリプレグの保
存管理に問題があり、さらに、成形時間が長くて
生産性が低い等の問題があつた。これに対し、熱可塑性樹脂系複合材料は、耐衝
撃性に優れ、保存管理が容易で且つ成形時間が短
く成形コスト低減の可能性がある等の優位性を有
する。特にマトリツクス樹脂にポリエーテルエー
テルケトン樹脂を用いた場合、バランスの取れた
機械的特性と耐衝撃性に優れ且つ耐熱的にも問題
のない複合材料を与えることができる。ポリエーテルエーテルケトン樹脂をマトリツク
ス樹脂の主成分とする炭素繊維強化熱可塑性樹脂
複合材料を製造する場合、炭素繊維にポリエー
テルエーテルケトン樹脂が均一に含浸されたプル
プレグを積層し、成型して複合材料を得る方法、
ポリエーテルエーテルケトン樹脂フイルムと炭
素繊維を交互に積み重ね、加熱、圧着させながら
複合材料を得る方法等がある。前記の方法の場合、炭素繊維にポリエーテル
エーテルケトン樹脂を予め充分均一に含浸させた
プリプレグを使用するときは、比較的低い圧力
（たとえば20Kg／cm²以下）で加熱、融着させるこ
とで機械的特性の優れた成形物を得ることが一応
可能である。しかし、の方法の場合、ポリエーテルエーテ
ルケトン樹脂フイルムが末だ充分に含浸されてい
ないときは、含浸させるべく加熱、圧着を試みて
も、低圧では炭素繊維内部まで樹脂が含浸され
ず、このため、結果的には高圧（たとえば40Kg／
cm²以上）で成形しないと機械的特性に優れた成形
物を得ることができなかつた。〔発明の目的〕本発明者らは、上記の如き問題点を克服した炭
素繊維強化ポリエーテルエーテルケトン樹脂組成
物を開発するため、炭素繊維集束剤とマトリツク
ス樹脂の組合せについて鋭意検討した結果、本発
明に至つたものである。本発明は、炭素繊維の集束剤として、特に炭素
繊維に対し0.5〜5.0重量％のポリカーボネート樹
脂を付着させた炭素繊維束を用いることにより、
炭素繊維強化ポリエーテルエーテルケトン樹脂組
成物の成形物を得る際にマトリツクス樹脂の流動
性が改良され、ポリエーテルエーテルケトン樹脂
フイルムを炭素繊維組織に熱融着させる場合で
も、比較的低い圧力で繊維内部への樹脂含浸性に
優れ、良好な機械的特性を有する成形物を与える
ところの熱可塑性樹脂組成物と、その製造方法を
提供しようとするものである。〔発明の構成および作用〕本発明は下記のとおりである。炭素繊維に対し0.5〜5.0重量％のポリカーボネ
ート樹脂で集束された炭素繊維のストランド、シ
ートまたは織物とポリエーテルエーテルケトン樹
脂とを含む熱可塑性樹脂組成物。炭素繊維に対し0.5〜5.0重量％のポリカーボネ
ート樹脂で集束された炭素繊維のストランド、シ
ートまたは織物とポリエーテルエーテルケトン樹
脂含有熱可塑性マトリツクス樹脂とを一体化する
ことを特徴とする熱可塑性樹脂組成物の製造方
法。本発明によれば、ポリカーボネート樹脂によつ
て集束されたストランド、シートまたは織物など
の炭素繊維集束体を用いることにより、成形時の
樹脂フロー性が改良され、炭素繊維内部まで均一
に且つ含浸性良くポリエーテルエーテルケトン樹
脂が加熱、一体化された炭素繊維強化熱可塑性樹
脂成形物を得るこが可能であり、そして、この成
形物は、機械的特性に優れている。本発明において炭素繊維は、強度100Kgｆ／mm²
以上、弾性率10×10³kgf／mm²以上の繊維であり、
その表面は、樹脂と繊維の接着性を高めるため、
表面処理が施され、開繊されたものを使用するこ
とが好ましい。炭素繊維を集束するためのポリカーボネート樹
脂は、炭素繊維に対し0.5〜5.0重量％付着されて
いることが、成形時の樹脂フロー性を改良するた
めに必要である。0.5重量％よりも少ないと、マ
トリツクス樹脂の可塑化効果が少なく、成形時の
樹脂フロー性はそれほど改良されず、得られた成
形物も充分に良好なものでない。一方、5.0重量
％より多くなると、成形後の繊維束内部にポリカ
ーポネート樹脂が多く残り、ポリカーボネート樹
脂の性質により耐熱性や機械的性質を若千低下さ
せる傾向が出てくる。炭素繊維に、このようにポリカーボネート樹脂
を付与して集束させる方法としては、一般に熱可
塑性樹脂を繊維に付与する方法として慣用されて
いる方法、たとえば溶剤法が採用できる。即ち、
ポリカーボネート樹脂溶液に炭素繊維を浸漬し、
所定量のポリカーボネート樹脂を付着させ、次い
で、乾燥させることによつて行うことができる。
ポリカーボネート樹脂の溶剤としては、塩化メチ
レンが知られており、これが使用できる。本発明における熱可塑性樹脂は、ポリエーテル
エーテルケトン樹脂を主成分とするものである。主成分の熱可塑性マトリツクス樹脂であるポリ
エーテルエーテルケトン樹脂は、フイルム状、ペ
レツト状、微粉末状、繊維状あるいはこれらの併
用系であり、組成物が定形性を有する程度に予備
圧着され、組成物内において連続層を形成してい
てもよい。成形性を高め、あるいは物性を向上する目的
で、熱可塑性マトリツクス樹脂の副成分としてポ
リアミド、ポリエチレテレフタレート、ポリカー
ボネート、ポリエーテルイミド、ポリエーテルサ
ルフオン、ポリフエニレンスフイド、ポリアミド
イミド、ポリアリレート、ポリスルホン等の熱可
塑性樹脂を含ませることができるが、これらの熱
可塑性マトリツクス樹脂の副成分は30重量％未満
とするのがよい。これら副成分のうち、ポリカーボネート樹脂を
副成分とした場合は、集束剤として別途繊維に対
し使用したポリカーボネート樹脂との合計量が30
重量％未満であることが好ましい。熱可塑性マト
リツクスの副成分が30重量％以上になると、ポリ
エーテルエーテルケトン樹脂の優れた耐熱性また
は機械的特性が損われるおそれがある。一般に、
マトリツクス樹脂にポリカーボネート樹脂を副成
分として混合した場合は、繊維に集束剤としての
み使用した場合に比し、可塑化効果がやや低く、
繊維内部にまで樹脂が含浸しにくい傾向がある。本発明組成物における熱可塑性マトリツクス樹
脂含有量は10〜70重量％が好ましいが、複合材料
の性能を充分に発揮させるため、用途に応じ、成
形物の熱可塑性マトリツクス樹脂含有量を20〜50
重量％とするこが特に好ましい。本発明組成物には、他の生物として酸化ケイ素
のような充填剤、難燃剤等を含むこともできる。本発明の熱可塑性樹脂組成物を製造する方法は
以下のとおりである。必要に応じ表面処理され、溶剤法等の方法でポ
リカーボネート樹脂により集束された炭素繊維と
熱可塑性マトリツクス樹脂と均一に混合する。熱可塑性マトリツクス樹脂は繊維、粉末、フイ
ルム状にて使用される。熱可塑性マトリツクス樹脂は取扱性の面からフ
イルム状で使用されることがある。樹脂フイルムの厚さは、用いる炭素繊維のシー
ト状集合体の目付（単位面積当りの重さ）から決
定されるが、通常は10〜100μｍの厚さのものを
使用する。炭素繊維のシート状集合体の両面または片面
に、樹脂フイルムを添え、中間体としての形状が
保てる程度の加熱・加圧で予備圧着をするか、用
途に応じ均一熱可塑性マトリツクス樹脂が繊維間
に含浸するまで加熱・加圧する。均一に含浸したものは、そのまま成形物として
使用される場合もある。さらに必要なレイアツプ
を行い成形型で成形する場合もある。加熱・加圧は、用いられるポリエーテルエーテ
ルケトン樹脂の融点以上に加熱されたホツト・プ
レルの間、ローラーの間またはスリツトを通すこ
とで行われ、繊維と樹脂の一体化が完成される。
熱可塑性マトリツクス樹脂として微粉末状のもの
を用いる場合、その平均粒子径は、炭素繊維への
付着性等を考慮して30μｍ以下が好ましい。この
場合熱可塑性マトリツクス樹脂粉末を、炭素繊維
のストランドまたはシート状集合体に付着させ、
予備圧着するか均一含浸する。熱可塑性マトリツクス樹脂は繊維の場合、交
織、混織あるいは繊維束同志を束ねた、いわゆる
ハイブリツトヤーンの形態で使用することもでき
る。織り組織は朱子織り、すだれ織り等の成形性
の良い任意の組織が採用できる。この場合、定形
性を有するため、そのまま次の成形に供すること
ができる。炭素繊維と熱可塑性マトリツクス樹脂繊維を一
方向に引揃えたシート状の場合は、少なくとも予
備圧着が必要である。複合材料を得る場合、ポリエーテルエーテルケ
トン樹脂フイルムと炭素繊維束集合体を交互に積
み重ね、加熱、圧着させる方法があるが、あらか
じめ、一層の炭素繊維束集合体にポリエーテルエ
ーテルケトン樹脂を加熱、含浸させ、予備圧着し
次いで積み重ね、加熱、成形する方法もある。〔発明の効果〕本発明の熱可塑性樹脂組成物は、ホツト・プレ
ス成形法、オートクレーブ成形法、ガス圧成形な
ど各種の成形法に適用できる。本発明の熱可塑性樹脂組成物によると、ポリカ
ーボネート樹脂によつて集束された炭素繊維集合
体を用いるために、マトリツクス樹脂の可塑性化
効果による成形時の樹脂フロー性が改良され、炭
素繊維内部まで均一に且つ含浸性良くポリエーテ
ルエーテルケトン樹脂が加熱、一体化された炭素
繊維強化熱可塑性樹脂成形物を得ることが可能で
ある。その結果、得られた成形物は、成形性や物性面
で優位性を持ち、バランスの取れた性質を与える
ことができる。また、樹脂のフロー特性を改良す
るため、フイルム・スタツキング的な成形法で、
比較的低い成形圧力で欠陥の少ない高性能の複合
材料を得ることも可能で、良好な機械的性質を与
える複合材料の製造も可能である。実施例および比較例実施例１ポリカーボネート樹脂を塩化メチレンに溶解
し、第１表のポリカーボネート樹脂溶液を調製し
た。このポリカーボネート樹脂溶液に炭素繊維を
連続的に浸漬し、次いで、135℃の熱風乾燥炉で
脱溶剤し、ポリカーボネート樹脂で集束された炭
素繊維束とした。このようにして得られた、1.0
重量％のポリカーボネート樹脂で集束された炭素
繊維束（強度420Kgｆ／mm²、弾性率24500Kgｆ／
mm²、12000フイラメン束）40本を平行に配列され、
繊維目付150ｇ／m²のシート状炭素繊維束集合体
を調整した。炭素繊維束集合体の両面（表裏）を
ポリエーテルエーテルケトン樹脂フイルム（厚
さ：30μｍ）ではさみ、380℃温度のニツプロー
ラー間で加熱含浸させることにより、一体化した
一方向炭素繊維強化熱可塑性樹脂組成物を得た。得られた組成物の樹脂含有率は、34重量％であ
つた。この組成物から所定の寸法で小片をカツトし、
20枚積層した後、金型に入れ、第１表に示す成形
条件で、一方向積層板を得た。積層板の断面を研
磨し、顕微鏡で観察したが、ボイド等の欠陥は見
られなかつた。繊維体積含有率は第１表に示すと
おりである。この成形板より試験片を切り出し、
0°曲げ試験および0°層間せん断強さ（ILSS）を測
定した。結果を第１表に示す。何れも良好な機械
的性質を示した。比較例１ 1.0重量％のエポキシ樹脂で集束された炭素繊
維束（強度420Kgｆ／mm²、弾性率24500Kgｆ／mm²、
12000フイラメント束）40本を平行に配列させ、
あとは実施例１と同一条件で成形板および試験片
を作製し、断面観察、機械的性質を測定した。こ
の比較例では、成形板にボイド等の欠陥が見ら
れ、ILSS、0°曲げ試験等の機械的性質もそれほ
ど良好ではなかつた。比較例２〜３第１表に示す付着量のポリカーボネート樹脂溶
液の濃度を変更する以外は実施例１と同じ方法で
実施し、ポリカーボネート樹脂付着量の異なる炭
素繊維束とした。他は実施例１と同一条件で成形
板および試験片を作製し、断面観察、機械的性質
を測定した。ポリカーボネート樹脂の付着量が0.3重量％の
場合、顕微鏡観察より成形板にボイドが見られ
た。ポリカーボネート樹脂の付着量が8.0重量％
の場合、150℃でのILSS値が低く、耐熱性の低下
が認められた。実施例２ 1.0重量％のポリカーボネート樹脂で集束され
た炭素繊維束にてなる、所定の寸法にカツトされ
た炭素繊維物（ベスフアイト織物Ｗ−3101、繊維
目付：200ｇ／m²）片面にポリエーテルエーテル
ケトン樹脂フイルム（厚さ：100μｍ）が予備圧
着された組成物15枚を織物とフイルムと交互にな
るように重ね、ホツト・プレス装置を用い、第１
表に示す成形条件で、一方向積層板を得た。それ以外は実施例１と同一条件で試験片を作製
し、断面観察、機械的性質を測定した。この実施
例では、成形板にボイド等の欠陥が見られず、
ILSS、0°曲げ試験等の機械的性質も良好であつ
た。比較例４ 1.0重量％のエポキシ樹脂で集束された炭素繊
維束になる、所定の寸法にカツトされた炭素繊維
織物（ベスフアイト織物Ｗ−3101、繊維目付：
200ｇ／m²）とポリエーテルエーテルケトン樹脂
フイルム（厚さ：100μｍ）が予備圧着された組
成物を交互に重ね、ホツト・プレス装置を用い、
第１表に示す成形条件で、一方向積層板を得た。
それ以外は実施例１と同一条件で試験片を作製
し、断面観察、機械的性質を測定した。この比較
例では、繊維に対する樹脂の含浸性が悪く、成形
板にボイド等の欠陥が見られた。ILSS、0°曲げ
試験等の機械的性質を良好ではなかつた。

【表】

Claims

【特許請求の範囲】１炭素繊維に対し0.5〜5.0重量％のポリカーボ
ネート樹脂で集束された炭素繊維のストランド、
シートまたは織物とポリエーテルエーテルケトン
樹脂とを含む熱可塑性樹脂組成物。２ポリカーボネート樹脂が分子量10000〜30000
である特許請求の範囲１項記載の組成物。３ポリエーテルエーテルケトン樹脂が繊維であ
る特許請求の範囲１項記載の組成物。４ポリエーテルエーテルケトン樹脂がフイルム
状である特許請求の範囲１項記載の組成物。５ポリエーテルエーテルケトン樹脂が粉末状で
ある特許請求の範囲１項記載の組成物。６ポリエーテルエーテルケトン樹脂がペレツト
状である特許請求の範囲１項記載の組成物。７ポリエーテルエーテルケトン樹脂が連続層で
ある特許請求の範囲１項記載の組成物。８熱可塑性マトリツクス樹脂が、ポリエーテル
エーテルケトン樹脂のほかに、ポリアミド、ポリ
エチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポ
リエーテルイミド、ポリエーテルサルフオン、ポ
リフエニレンスフイド、ポリアミドイミド、ポリ
アリレート、ポリスルフオンの何れか１種以上を
含むものである特許請求の範囲１項記載の組成
物。９熱可塑性マトリツクス樹脂がポリエーテルエ
ーテルケトン樹脂を少なくとも70重量％含むもの
である特許請求の範囲１項記載の組成物。１０炭素繊維が強度100Kgｆ／mm²以上、弾性率
10×10³Kgｆ／mm²以上の特性を有するものである
特許請求の範囲１項記載の組成物。１１定形性が賦与される程度に予備圧着された
ものである特許請求の範囲１項記載の組成物。１２熱可塑性マトリツクス樹脂を10〜70重量％
含むものである特許請求の範囲１項記載の組成
物。１３炭素繊維に対し0.5〜5.0重量％のポリカー
ボネート樹脂で集束された炭素繊維のストラン
ド、シートまたは織物とポリエーテルエーテルケ
トン樹脂含有熱可塑性マトリツクス樹脂とを一体
化することを特徴とする熱可塑性樹脂組成物の製
造方法。１４ポリエーテルエーテルケトン樹脂が繊維で
ある特許請求の範囲１３項記載の製造方法。１５ポリエーテルエーテルケトン樹脂がフイル
ム状である特許請求の範囲１３項記載の製造方
法。１６ポリエーテルエーテルケトン樹脂が粉末状
である特許請求の範囲１３項記載の製造方法。１７ポリエーテルエーテルケトン樹脂がペレツ
ト状である特許請求の範囲１３項記載の製造方
法。１８ポリエーテルエーテルケトン樹脂が連続層
である特許請求の範囲１３項記載の製造方法。１９熱可塑性マトリツクス樹脂が、ポリエーテ
ルエーテルケトン樹脂のほかに、ポリアミド、ポ
リエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、
ポリエーテルイミド、ポリエーテルサルフオン、
ポリフエニレンスルフイド、ポリアミドイミド、
ポリアリレート、ポリスルフオンの何れか１種以
上を含むものである特許請求の範囲１３項記載の
製造方法。