JPH0771804B2

JPH0771804B2 - 炭素繊維プリプレグ及び炭素繊維強化樹脂

Info

Publication number: JPH0771804B2
Application number: JP3224779A
Authority: JP
Inventors: 登明柚鳥; 政彦内村
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1990-10-12
Filing date: 1991-08-09
Publication date: 1995-08-02
Anticipated expiration: 2010-08-02
Also published as: JPH04363215A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、炭素繊維をマトリック
ス樹脂層内に一方向に配列してなる炭素繊維プリプレ
グ，及びこれを積層してなる炭素繊維強化樹脂に関し、
特に炭素繊維による強度，弾性率に優れた特性を有しな
がら、耐衝撃性，靱性を向上でき、かつマトリックス樹
脂との濡れ性，接着性を向上して品質に対する信頼性を
向上できるようにした構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】炭素繊維強化プラスチック（以下、ＣＦ
ＲＰと略す）は、他の繊維強化プラスチックに比べて強
度，弾性率，あるいは軽量性等において優れた力学的特
性を有していることから、航空，宇宙，スポーツレジャ
ー等の様々な分野で応用されており、その需要量も増大
している。しかし、上記ＣＦＲＰは強度，弾性率等に優
れているものの、耐衝撃性，靱性に劣るという欠点を抱
えており、このため航空機等の構造部材として採用する
にはこの点での改善が必要である。このようなＣＦＲＰ
における耐衝撃性，靱性を改善するために、従来、炭素
繊維とアラミド繊維とのハイブリッド繊維強化プラスチ
ックがある。また、特開昭58-90943号公報には、炭素繊
維と芳香族ポリアミド繊維とからなる繊維強化複合部材
が提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の炭素繊維とアラミド繊維とのハイブリッド強化プラ
スチックでは、靱性，耐衝撃性を改善するには上記アラ
ミド繊維を相当多量に添加しなければならないことか
ら、炭素繊維の特長である弾性率を低下させてしまうと
いう問題点がある。また、上記アラミド繊維はマトリッ
クス樹脂との濡れ性，接着性が悪いことから、剛性，強
度が低下し易く、品質に対する信頼性が低いという問題
もある。一方、上記従来公報によれば、炭素繊維と芳香
族ポリアミド繊維との繊維強化複合部材は、この両繊維
の長所を生かすことによって、炭素繊維の場合の耐衝撃
性の不足，及びアラミド繊維の場合の弾性率の不足を改
善でき、特にアラミド繊維の代表であるケプラー（米国
デュポン社の登録商標）に比べて耐衝撃性，及びマトリ
ックス樹脂との接着性を改善できることが記載されてい
る。しかし、上記繊維強化複合部材においても上述の用
途からして強度，弾性率，耐衝撃性等の力学的特性の向
上の点では不充分であり、この点での改善が要請されて
いる。

【０００４】本発明の目的は、炭素繊維の特長を犠牲に
することなく耐衝撃性，靱性を向上でき、かつマトリッ
クス樹脂との濡れ性，接着性を向上して品質に対する信
頼性を向上でき、ひいては繊維強化部材に要求される全
ての特性を向上して上述の要請に応えられる炭素繊維プ
リプレグ及びこのプリプレグからなる炭素繊維強化部材
を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そこで請求項１の発明
は、マトリックス樹脂層に一方向に炭素繊維を埋設して
なる素層に、線径 100μm 以下, 引張強度300 〜700 kg
f/mm², 破断絞り20％以上の鋼繊維からなる撚り線を上
記炭素繊維に対する鋼繊維の含有率が10容積％以下とな
るように上記炭素繊維と同一方向に混合したことを特徴
とする炭素繊維プリプレグである。また、請求項２の発
明は、請求項１の鋼繊維の単線を、上記炭素繊維と同一
方向に、かつ均一，微細に分散させて混合したことを特
徴とする炭素繊維プリプレグである。さらに請求項３の
発明は、請求項１又は２の炭素繊維プリプレグを積層し
たことを特徴とする炭素繊維強化樹脂であり、請求項４
の発明は上記鋼繊維がめっきされていることを、請求項
５の発明は上記鋼繊維が低炭素二相組織鋼線であること
を、請求項６の発明は上記めっきがＮｉめっきであるこ
とをそれぞれ特徴としている。

【０００６】ここで、本発明のプリプレグには、マトリ
ックス樹脂層内に炭素繊維と鋼繊維とを個別に配置した
ものと、両繊維を予め合糸したものを配置したものの両
方が含まれる。また上記鋼繊維は炭素繊維とマトリック
ス樹脂層とからなる素層内あるいは素層間のいずれにも
配置混合できるが、素層間に配置した場合は、素層間に
応力段差が発生し易く、効果が低減するおそれがあるこ
とから、素層内に配置するのがより好ましい。さらに鋼
繊維の配置間隔は、等間隔でも、あるいはランダムでも
よい。

【０００７】また、本発明における撚り線には、複数の
鋼繊維を撚り合わせたものだけでなく、合糸したいわゆ
るヤーンも含まれる。また上記鋼繊維としては、低炭素
二相組織鋼線だけでなく、ピアノ線，ステンレス線を採
用できる。ここで低炭素二相組織鋼線は、本件出願人が
先に提案したもので、これは重量％でＣ：0,01〜0.50
％、Ｓｉ：3.0 ％以下、Ｍｎ：5.0 ％以下、残部Ｆｅ及
び不可避不純物からなる線径0,01〜0.50mmの線材を一次
熱処理，及び一次冷間伸線、二次熱処理，及び二次冷間
伸線により線径100 μm 以下に強加工して製造されたも
のである( 特開昭62-20824号公報参照) 。上記方法によ
り製造された低炭素二相組織鋼線は、上記強加工による
加工セルが一方向に繊維状に配列された繊維状微細金属
組織を有しており、かつ上記加工セルの大きさ, 繊維間
隔が5 〜100 Å、50〜1000Åであり、さらに引張強度が
300 kgf/mm²以上である。このような低炭素二相組織鋼
線を金属繊維として採用することによって、極めて少量
の添加量で破断時の伸びを大きくでき、かつ衝撃に対す
る抵抗を大幅に向上できる。

【０００８】さらに本発明のマトリックス樹脂には、エ
ポキシ樹脂，フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂、あるい
はポリエステル，ポリアミド等の熱可塑性樹脂が採用で
きる。

【０００９】

【作用】ここで本発明の強化機構について説明する。複
合材の強度は、一般的には、複合材強度＝強化材強度×
容積％＋母材強度×容積％で表される。即ち、複合材強
度は、強化材強度とその容積％に依拠しており、従って
強化材強度が高い程、添加すべき容積％は少なくて済む
ことになる。通常のケプラー，アラミド繊維などの補強
材は、複合材強度を数％アップさせるためには、これら
の繊維も数％程添加する必要がある。つまりそれなりの
容積％を添加しなければ強度が上がらず、その分軽量化
の観点からはマイナスとなる。これに対して本発明の鋼
繊維では、後述する実施例のごとく、１％の添加で強度
が20％向上する、あるいは０.5％程度の添加でも10％程
度の向上が図れる等の通常の複合材の常識では考えにく
い強度向上率が図れるとともに、炭素繊維プリプレグあ
るいは強化樹脂の致命的欠陥であった破壊靭性（シャル
ピー衝撃強度）を飛躍的に向上させることができる。こ
れは上述した強度向上原理のみでは説明できない本発明
独特の効果である。即ち、従来のＣＦＲＰでは、大きな
外力が加わると、元々脆い炭素繊維に破断が生じ、これ
が主として樹脂の亀裂として炭素繊維と垂直方向に伝播
していき、結果として複合材の破壊につながる。これに
対して本発明では上述の特性を有する鋼繊維が存在する
ので、亀裂の伝播が食い止められる、又は鋼繊維自体の
靭性，強度により炭素繊維自体の破断が防止でき、その
効果により、全体の強度が向上するものと考えられる。
従って、本発明でいう鋼繊維とは、それ自体、優れた靭
性を有する必要があり、破断絞りで20％以上，好ましく
は50％以上を有する鋼を言い、例えば表２に示すような
低炭素二相組織鋼線，ピアノ線，ステンレス線が採用で
きる。鋼繊維の強度が高いだけでは上述の軽量化には寄
与するものの、靭性がなければ、炭素繊維そのものの破
断を防止する効果がなく、本発明の優れた破壊靭性が得
られない。例えばケプラー，アラミド繊維などは靭性が
破断絞りで５％程度であって、このような効果を持ち得
ない。又他のタングステン，チタンなどの金属線も同様
である。

【００１０】

【表２】

【００１１】請求項１の発明にかかる炭素繊維プリプレ
グによれば、炭素繊維とマトリックス樹脂層とからなる
素層に鋼繊維からなる撚り線（ヤーンも含む）を炭素繊
維と同一方向に配置混合したので、炭素繊維により高強
度，高弾性率を確保しながら、鋼繊維により耐衝撃性，
靱性を向上でき、さらに上記両繊維の軸方向に対する引
張，曲げ，等に対する強度を飛躍的に向上でき、炭素繊
維強化部材としての力学的特性の全てを満足できる。ま
た、上記鋼繊維を10容積％以下と少量添加するだけで上
記特性が得られることから、従来のアラミド繊維のよう
に大量に添加する必要がなく、そのため炭素繊維による
高弾性率等の特長を犠牲にすることなくハイブリッド化
でき、かつ金属繊維を用いた場合の欠点である重量の増
大を回避でき、軽量化に対応できる。さらに、上記鋼繊
維はマトリックス樹脂との濡れ性，接着性が良いことか
ら、剛性，強度の低下を回避して品質に対する信頼性を
向上できる。また、請求項２の発明によれば、上記マト
リックス樹脂層内に鋼繊維を炭素繊維と同一方向に混合
したので、この場合にも上記請求項１の発明と同様に力
学的特性の全てを向上できる。そしてこの場合、鋼繊維
を単線とし、かつ均一，微細に分散させたので、特性を
均一化できる。また鋼繊維を特性向上の必要な部分のみ
に混合することもできるので、効率良く特性を向上で
き、結果的に軽量化に貢献できる。また、鋼繊維が均
一，微細に配置されているので、上述の亀裂の伝播をよ
り確実に食い止めることができ、この点からさらに全体
の強度を向上できる。さらに、請求項３の発明では、
上記炭素繊維プリプレグを積層して炭素繊維強化樹脂を
構成したので、例えば航空機等の構造部材に採用した場
合に必要な力学的特性の全てを満足でき、上述の要請に
応えられる。また請求項４の発明では、鋼繊維にめっき
を施しており、特に請求項６のようにＮｉめっきを施し
た場合はマトリックス樹脂との濡れ性，接着性をさらに
向上できる。しかも線径 100μｍ以下の鋼繊維を採用し
た場合の素線の活性度を抑制できるとともに、自己潤滑
性，及び耐蝕性を向上できる。さらにまた請求項５の発
明において鋼繊維に採用した低炭素二相組織鋼線は、冷
間加工性に優れており、線材の線径及び加工度を適宜選
択することにより、 100μm 以下のものを容易に得るこ
とができる。しかもこの鋼線は上述の強化メカニズムで
説明したように、引張強度, 弾性率, 伸び，靱性におい
ても優れた特性を有する。従って、この低炭素二相組織
鋼線を採用した場合は、さらに上記力学的特性を向上で
きる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図について説明す
る。図１ないし図３は請求項１の発明に係る第１実施例
の炭素繊維プリプレグ及びこれを用いた炭素繊維強化樹
脂を説明するための図である。図において、１は炭素繊
維強化樹脂であり、これは炭素繊維プリプレグ２を複数
枚積層し、これを加熱，硬化させることにより形成され
た積層体である。上記炭素繊維プリプレグ２は、多数本
の炭素繊維の撚り線４ａ，及び鋼繊維５を10数本撚り合
わせてなる撚り線４ｂをマトリックス樹脂層３内に所定
間隔ごとに埋設して構成されている。上記プリプレグ２
内の炭素繊維撚り線４ａと鋼繊維撚り線４ｂとは同一方
向に向けて配列されており、また上記炭素繊維強化樹脂
１は上記炭素繊維プリプレグ２を各層の炭素繊維撚り線
４ａ，鋼繊維撚り線４ｂが同一方向を向くように積層し
てなり、該樹脂１中における炭素繊維に対する鋼繊維５
の含有率は0.5 〜10容積％となっている。

【００１３】上記鋼繊維５は、線径10〜40μm の低炭素
二相組織鋼線であり、これは上述の組成を有し、上述の
製造方法により製造されたものである。そのため、上記
低炭素二相組織鋼線は上述した強加工により生じた加工
セルが一方向に繊維状に配列された繊維状微細組織を有
しており、かつ上記加工セルの大きさ，繊維間隔がそれ
ぞれ５〜100 Å,50 〜1000Åであり、さらに引張強度30
0 〜700 kgf/mm², 弾性率15〜25Ton/mm²，伸び２〜５
％を有している。また、上記鋼繊維５の外表面にはＮｉ
めっき被覆層６が形成されている。このＮｉめっき被覆
層６は上記線材にめっき処理を行うことによって形成さ
れたものであり、かつ冷間伸線加工する際に同時に塑性
加工されてなる加工歪を有している。

【００１４】ここで上記炭素繊維プリプレグ２，及び炭
素繊維強化樹脂１の製造方法について説明する。図４
(a) 及び(b) は炭素繊維プリプレグ２の製造装置を示す
概略構成図であり、この製造装置１０は、多数本の炭素
繊維を束ねてなる炭素繊維ヤーン（炭素繊維撚り線）１
１，及び複数本の鋼繊維を束ねてなる鋼繊維ヤーン（鋼
繊維撚り線）２４をそれぞれ個別に供給する３組のクリ
ール部１２と、該各クリール部１２から供給された炭素
繊維ヤーン１１を均一に配列し、かつ鋼繊維ヤーン２４
を所定間隔ごとに配列するスリット部１３と、炭素繊維
ヤーン１１，鋼繊維ヤーン２４にエポキシ樹脂がコーテ
ィングされた離型紙１４，離型フィルム１５を熱圧着す
る一対のロール１６，１６と、これにより形成された炭
素繊維プリプレグシート１８を巻き取るドラム１７とか
ら構成されている。上記製造装置１０により炭素繊維プ
リプレグ２を製造するには、各クリール部１２から炭素
繊維ヤーン１１，鋼繊維ヤーン２４をそれぞれ個別に供
給し、スリット部１３で炭素繊維ヤーン１１，及び鋼繊
維ヤーン２４を均一に配列する。次に、両繊維ヤーン１
１，２４の下面に離型紙１４を、上面に離型フィルム１
５をそれぞれロール１６，１６で熱圧着してプリプレグ
シート１８を形成し、このプリプレグシート１８をドラ
ム１７に巻き取る。そして、このプリプレグシート１８
を所定寸法に切断して炭素繊維プリプレグ２を形成し、
これを所定枚数積層して積層体を形成する。しかる後、
この積層体を圧縮成形機により加熱，硬化させることに
よって炭素繊維強化樹脂１が製造される。なお、かかる
製造方法については、上記炭素繊維ヤーン１１と鋼繊維
ヤーン２４とを個別に供給する方法以外に、両繊維ヤー
ン１１，２４を予め合糸状に束ねたものを供給し、これ
を離型紙１４上に配列させてもよく、また上記合糸状に
束ねたものを有機溶剤を用いて湿式法でドラムに連続的
にワンディングする方法でもよい。

【００１５】このように本実施例によれば、マトリック
ス樹脂層３内に、炭素繊維撚り線４ａと、鋼繊維撚り線
４ｂとを同一方向に配列して埋設したので、炭素繊維の
有する高強度，高弾性率を確保しながら、鋼繊維５によ
ってプリプレグ２の耐衝撃性，靱性を向上でき、さらに
上記炭素繊維撚り線４ａ，鋼繊維撚り線４ｂの軸方向に
おける引張，曲げ，等に対する強度を飛躍的に向上でき
る。そして上記炭素繊維プリプレグ２を複数積層して炭
素繊維強化樹脂１を構成したので、従来は困難であった
航空機等の構造部材にも採用でき、上述の要請に応えら
れる。また、本実施例では、鋼繊維５に低炭素二相組織
鋼線を採用したので、引張強度, 弾性率, 伸び等の全て
の力学的特性をさらに向上できる。さらに、上記低炭素
二相組織鋼線の表面にＮｉメッキ被覆層６を形成したの
で、マトリックス樹脂層３との接着性，濡れ性を向上で
き、品質に対する信頼性を向上できる。さらにまた本実
施例では、炭素繊維プリプレグ２、ひいては樹脂１にお
ける鋼繊維撚り線４ｂの含有率を少量にできることか
ら、炭素繊維による高弾性率等の特長を犠牲にすること
なくハイブリッド化でき、かつ金属繊維の欠点である重
量の増大を回避でき、軽量化に対応できる。

【００１６】ここで、本実施例の炭素繊維強化樹脂の特
性向上効果を確認するために行った実験について説明す
る。本実験は、本実施例による製造方法で２種類の実施
例試料１，２を作製するとともに、３種類の比較試料１
〜３を作製し、それぞれの引張強度，引張弾性率，破断
伸度，曲げ強度，曲げ弾性率，シャルピー衝撃強度を測
定し、その測定値を比較して行った。まず、フィラメン
ト本数6000本からなる炭素繊維ヤーンと、フィラメント
数８本からなる鋼繊維ヤーンを採用し、上述の製造方法
により炭素繊維プリプレグを作成した。ここでエポキシ
樹脂は、エピクロルヒドリン−ビスフェノールＡ型液状
樹脂及び同固形樹脂と、フェノールノボラック型液状樹
脂との混合物を使用し、また硬化剤はジシアンジアミド
（ＤＩＣＹ）と３−（Ｐ−クロロフェニル）−１，１−
ジメチル尿素（ＤＣＭＵ）とを併用した。そして、上記
炭素繊維プリプレグを所定枚数積層し、圧縮成形機によ
り130 ℃×２時間，８kg／cm²の条件下で加熱，硬化さ
せて炭素繊維強化プラスチックを作製した（実施例試料
１）。また、上記鋼繊維ヤーンのフィラメント数を18本
とし、上記同様の製造方法，同様の条件で炭素繊維強化
プラスチックを作成した（実施例試料２）。次に、比較
試料として、フィラメント数6000本からなる炭素繊維ヤ
ーンと、フィラメント数８本からなる鋼繊維ヤーンとを
縦糸, 及び横糸の密度が９本／25mmになるように織布
（平織）に加工し、これに上記使用した樹脂を溶剤に希
釈した後、湿式法により浸漬させ、この後加熱成形させ
て炭素繊維プリプレグを作製し、これを所定枚数積層し
て、上記同一条件下が圧縮成形して炭素繊維強化プラス
チックを作製した（比較試料１）。また、上記鋼繊維の
代わりにアラミド繊維（フィラメント数50本−金属繊維
と同一体積) を用いて、上記実施例試料１の製造方法と
同様によりアラミド繊維ハイブリッド炭素繊維強化プラ
スチックを作製した（比較試料２）。さらに、炭素繊維
のみからなる炭素繊維強化プラスチックを作製した（比
較試料３）。

【００１７】

【表１】

【００１８】表１は、それらの結果を示す。同表の第１
欄はそれぞれ炭素繊維に対する鋼繊維，又はアラミド繊
維の含有率を示す。同表からも明らかなように、鋼繊維
を織布加工した比較試料１は、加工性は良いがすべての
力学的特性において著しく低くなっている。また、上記
比較試料２，３は引張弾性率がそれぞれ1.15,1.22GPa、
曲げ強度が1420,1513MPa、曲げ弾性率が1.06,1.18GPaと
満足できる値が得られているが、引張強度はそれぞれ12
30,1201MPa、破断伸度は0.92,0.89 ％、シャルピー衝撃
強度は0.93,0.90 kgfm/cm²と満足できる値が得られてい
ない。これに対して本実施例試料１，２は、引張弾性率
がそれぞれ1.23,1.23GPa、曲げ強度が1514,1543MPa、曲
げ弾性率が1.18,1.10GPaと満足できる値が得られてお
り、さらに引張強度はそれぞれ1469,1540MPa、破断伸度
は1.09,1.10 ％、シャルピー衝撃強度は1.13,1.21 kgfm
/cm²と飛躍的に向上している。この結果から、鋼繊維を
一方向にハイブリッドすることにより、炭素繊維のもつ
特性を犠牲にすることなく、かつ少量の添加で各特性を
バランス良く向上できることがわかる。

【００１９】

【表３】

【００２０】また、表３は、炭素繊維のみからなる比較
例試料片と、低炭素二相組織鋼線の撚り線（約１容積
％) からなる本実施例試料片とのシャルピー衝撃試験
値，及びその平均値を示す。同表からも明らかなよう
に、炭素繊維のみの比較例試料の場合は平均値が0.95Kg
fm/cm²となっており、これに対して本実施例試料の場合
は平均値が1.02Kgfm/cm²と約７％向上している。

【００２１】なお、鋼繊維の配置態様は各種のものが採
用でき、例えば図５に示すように、外表面部分のみを鋼
繊維撚り線４ｂで強化し、内側部分には炭素繊維撚り線
４ａのみを配置しても良い。これは、撚り線４ｂを全面
に渡って配置したプリプレグ２と、その両側部分のみに
配置したプリプレグ２０とを積層することによって実現
できる。また、炭素繊維プリプレグの積層方向について
も各種の態様が採用でき、例えば図６に示すように繊維
方向が交互に直交するように、又はある角度をもって交
わるように積層しても良い。

【００２２】図７は請求項２の発明に係る第２実施例の
炭素繊維プリプレグ及びこれを用いた炭素繊維強化樹脂
を説明するための図である。図において、３０は炭素繊
維強化樹脂であり、これは炭素繊維プリプレグ３１を複
数枚積層し、これを加熱，硬化させて構成されている。
上記炭素繊維プリプレグ３１はマトリックス樹脂層３４
内に炭素繊維３２，及び単線の鋼繊維３３を均一に，か
つ微細に分散させて埋設して構成されている。また、上
記炭素繊維３２と鋼繊維３３とは同一方向に向けて配列
されており、また上記炭素繊維強化樹脂３０中における
炭素繊維３２に対する鋼繊維３３の含有率は0.5 〜10容
積％となっている。さらに上記鋼繊維３３は表面にＮｉ
めっき層が被覆された低炭素二相組織鋼線が採用されて
いる。

【００２３】本実施例によれば、マトリックス樹脂層３
４内に単線の鋼繊維３３を均一，かつ微細に拡散させて
埋設したので、高強度，高弾性率を確保しながら、さら
に耐衝撃性，靱性を効率良く向上できるとともに、特性
を均一化できる。ちなみに上記請求項１の発明の実施例
のように撚り線を間隔をあけて埋設する構造の場合、耐
衝撃性，靱性等の全体における平均値は向上できるもの
の、局所的に鋼繊維が存在しない部分があり、この部分
の特性は向上していないから、特性の均一化には限界が
ある。これに対して本実施例では、単線の鋼繊維を均
一，かつ微細に分散させたので、特性の均一化が容易で
ある。また用途，荷重の作用状況等によっては、部材の
一部分のみの特性を向上させれば良い場合があるが、本
実施例では、特性向上を要する部分のみに鋼繊維を配置
することにより効率よく特性を向上でき、結果的に軽量
化に貢献できる。

【００２４】

【表４】

【００２５】ここで、本実施例の炭素繊維強化樹脂の効
果を確認するために行った衝撃試験について説明する。
この試験では、図９に示すように、炭素繊維のみからな
る第１〜第６，第８，第１０，第１１素層と、単線の低
炭素二相組織鋼線を均一，微細分散してなる第７，第９
素層を順次積層して幅10mm×厚さ1.6mm ×長さ80mmの本
実施例試料片を作製した。そして、表４に示すように、
各試料片の低炭素二相組織鋼線の含有率を1.4 容積％と
し、線径をそれぞれ50,100μm とした場合( 試料 No.
-1, -2) 、また含有率を2.8 容積％とし、線径をそれ
ぞれ50,100μmとした場合( 試料 No.-1, -2) の衝
撃強度を測定した。なお、比較するために炭素繊維のみ
の第１〜第１１素層からなる従来試料片（試料 No.）
についても同様の測定を行った。また、上記衝撃試験
は、シャルピー衝撃試験機（５Kgf・ｍ）を使用し、ハ
ンマ振り上げ角度90度(2.5m/S), スパン間距離60mmのフ
ラットワイズ衝撃試験法で行い、各試料片の第１１層側
から衝撃を加えた。

【００２６】表４，及び図１０からも明らかなように、
炭素繊維のみからなる従来試料片（No.参照）では、
衝撃値が1.74〜1.98Kgfm/cm²で平均値は1.84Kgfm/cm²と
なっている。これに対して本実施例試料片( -1,2、
-1,2参照) では、いずれも平均値は2.09〜2.29Kgfm/cm²
となっており、従来試料片に比べて14〜24％も向上して
いることがわかる。また、この試験結果によれば、低炭
素二相組織鋼線の含有％を多くするほど衝撃値は高くな
っており、しかも上述の撚り線を埋設した場合に比べ
て、さらに衝撃値が向上していることがわかる。

【００２７】なお、鋼繊維の配置態様は各種のものが採
用でき、例えば図８に示すように、衝撃荷重が加わる表
面部分のみを鋼繊維３３で強化し、内側部分には炭素繊
維のみを配置しても良い。このように構成した場合は、
耐衝撃性を向上しながら、さらに軽量化に貢献できる。

【００２８】

【発明の効果】以上のように、本発明にかかる炭素繊維
プリプレグによれば、炭素繊維とマトリックス樹脂層と
からなる素層に、単線の鋼繊維、又は該鋼繊維を撚り合
わせてなる撚り線を上記炭素繊維と同一方向に配列し、
また上記炭素繊維プリプレグを積層して炭素繊維強化樹
脂を構成したので、高強度，高弾性率を確保しながら、
また重量増大を回避しながら耐衝撃性，靱性を向上で
き、しかも上記両繊維の軸方向に対する引張，曲げ，等
に対する強度を飛躍的に向上できるとともに、マトリッ
クス樹脂との濡れ性，接着性を向上して品質に対する信
頼性を向上できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１の発明に係る第１実施例による炭素繊
維プリプレグを説明するための斜視図である。

【図２】上記第１実施例の炭素繊維プリプレグからなる
炭素繊維強化樹脂の斜視図である。

【図３】上記第１実施例の鋼繊維及び撚り線の断面図で
ある。

【図４】上記第１実施例の炭素繊維プリプレグの製造装
置を示す概略構成図である。

【図５】上記第１実施例の変形例を示す斜視図である。

【図６】上記第１実施例の他の変形例を示す斜視図であ
る。

【図７】請求項２の発明に係る第２実施例による炭素繊
維プリプレグ及び炭素繊維強化樹脂を説明するための斜
視図である。

【図８】上記第２実施例の変形例を示す斜視図である。

【図９】上記第２実施例の効果を確認するために行った
試験片を示す分解斜視図である。

【図10】上記第２実施例の試験結果を示す特性図であ
る。

【符号の説明】

１，３０炭素繊維強化プラスチック２，３１炭素繊維プリプレグ３，３４マトリックス樹脂層４ａ，３２炭素繊維４ｂ撚り線５，３３鋼繊維

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ０８Ｊ 5/24 7310−4Ｆ // Ｂ２９Ｋ 105:10 Ｂ２９Ｌ 9:00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一方向に配列された炭素繊維とマトリッ
クス樹脂層とからなる素層に、線径 100μm 以下, 引張
強度300 〜700 kgf/mm², 破断絞り20％以上の鋼繊維を
複数本撚り合わせてなる撚り線を、上記炭素繊維に対す
る鋼繊維の含有率が10容積％以下となるよう上記炭素繊
維と同一方向に混合したことを特徴とする炭素繊維プリ
プレグ。
【請求項２】一方向に配列された炭素繊維とマトリッ
クス樹脂層とからなる素層に、線径 100μm 以下, 引張
強度300 〜700 kgf/mm², 破断絞り20％以上の鋼繊維の
単線を上記炭素繊維に対する鋼繊維の含有率が10容積％
以下となるよう炭素繊維と同一方向に、かつ均一，微細
に分散させて混合したことを特徴とする炭素繊維プリプ
レグ。
【請求項３】請求項１又は２の炭素繊維プリプレグを
積層したことを特徴とする炭素繊維強化樹脂。
【請求項４】請求項１ないし３のいずれかにおいて、
上記鋼繊維がめっきされていることを特徴とする炭素繊
維プリプレグ及び炭素繊維強化樹脂。
【請求項５】請求項１ないし４のいずれかにおいて、
鋼繊維が低炭素二相組織鋼線であることを特徴とする炭
素繊維プリプレグ及び炭素繊維強化樹脂。
【請求項６】請求項４又は５において、鋼繊維のめっ
きがＮｉめっきであることを特徴とする炭素繊維プリプ
レグ及び炭素繊維強化樹脂。