JPH08118527A - 耐炎化性を有する繊維強化プラスチック材料 - Google Patents
耐炎化性を有する繊維強化プラスチック材料Info
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- JPH08118527A JPH08118527A JP26283594A JP26283594A JPH08118527A JP H08118527 A JPH08118527 A JP H08118527A JP 26283594 A JP26283594 A JP 26283594A JP 26283594 A JP26283594 A JP 26283594A JP H08118527 A JPH08118527 A JP H08118527A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 耐熱性、耐炎性に優れた繊維強化プラスチッ
ク材料を提供する。 【構成】 繊維強化プラスチックの表面に、繊維軸方向
の熱伝導率が100W/m・K以上であるピッチ系炭素
繊維を強化繊維とする炭素繊維強化プラスチック(CF
RP)の層を有することを特徴とする繊維強化プラスチ
ック材料。
ク材料を提供する。 【構成】 繊維強化プラスチックの表面に、繊維軸方向
の熱伝導率が100W/m・K以上であるピッチ系炭素
繊維を強化繊維とする炭素繊維強化プラスチック(CF
RP)の層を有することを特徴とする繊維強化プラスチ
ック材料。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、耐炎化性、または耐熱
性を大幅に向上させることが出来る繊維強化プラスチッ
ク材料に係り、特に軽量化ニーズがあり、かつ耐炎化性
能が要求される輸送機関、搬送装置用の複合材料に関す
る。
性を大幅に向上させることが出来る繊維強化プラスチッ
ク材料に係り、特に軽量化ニーズがあり、かつ耐炎化性
能が要求される輸送機関、搬送装置用の複合材料に関す
る。
【0002】
【従来の技術】繊維強化プラスチック材料は、比強度及
び比弾性率に優れた材料であり、そのなかでも炭素繊維
強化プラスチック(CFRP)はその特徴を活かして航
空機や人工衛星など、軽量化メリットの大きい分野で広
く使われている。一方、軽量化ニーズはあるものの、耐
炎化性能が要求される分野、例えば、高速鉄道車輛、高
速船舶、高速エレベーター等の分野では、不燃、難燃性
の基準に達せず、未だアルミ合金、チタン合金等の金属
材料に置換えることが出来ない現状にある。鉄道車輛の
分野では、この点を改善すべく例えば、特開平2−33
1693号公報では、エポキシ樹脂系繊維強化プラスチ
ックのプリプレグ積層材からなる内側層の外側を、フェ
ノール樹脂系繊維強化プラスチックのプリプレグ積層材
からなる層で覆って耐火性を高めた鉄道車輛用台車枠が
提案されている。
び比弾性率に優れた材料であり、そのなかでも炭素繊維
強化プラスチック(CFRP)はその特徴を活かして航
空機や人工衛星など、軽量化メリットの大きい分野で広
く使われている。一方、軽量化ニーズはあるものの、耐
炎化性能が要求される分野、例えば、高速鉄道車輛、高
速船舶、高速エレベーター等の分野では、不燃、難燃性
の基準に達せず、未だアルミ合金、チタン合金等の金属
材料に置換えることが出来ない現状にある。鉄道車輛の
分野では、この点を改善すべく例えば、特開平2−33
1693号公報では、エポキシ樹脂系繊維強化プラスチ
ックのプリプレグ積層材からなる内側層の外側を、フェ
ノール樹脂系繊維強化プラスチックのプリプレグ積層材
からなる層で覆って耐火性を高めた鉄道車輛用台車枠が
提案されている。
【0003】しかし、フェノール樹脂は成形性に劣り加
工コストが高くなるばかりでなく、長時間炎にさらされ
ると蓄熱して内側のエポキシ樹脂が分解する難点があ
る。また、特開平6−144223号公報では、エポキ
シ樹脂系繊維強化プラスチックのプリプレグ積層材から
なる構造基体の外側面に、アルミニウムを溶射してなる
層を形成し、かつこの層の外側を、フェノール系やシリ
コン系の耐熱性樹脂材からなる層で覆って耐火性を高め
た鉄道車輛用構造体が提案されている。しかし、この方
法では、加工工程が複雑になりコストが高くなるばかり
でなく、ある程度の厚みのアルミニウム層が必要とな
り、繊維強化プラスチックを適用する軽量化メリットが
損なわれる。
工コストが高くなるばかりでなく、長時間炎にさらされ
ると蓄熱して内側のエポキシ樹脂が分解する難点があ
る。また、特開平6−144223号公報では、エポキ
シ樹脂系繊維強化プラスチックのプリプレグ積層材から
なる構造基体の外側面に、アルミニウムを溶射してなる
層を形成し、かつこの層の外側を、フェノール系やシリ
コン系の耐熱性樹脂材からなる層で覆って耐火性を高め
た鉄道車輛用構造体が提案されている。しかし、この方
法では、加工工程が複雑になりコストが高くなるばかり
でなく、ある程度の厚みのアルミニウム層が必要とな
り、繊維強化プラスチックを適用する軽量化メリットが
損なわれる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、繊維強化プ
ラスチックの軽量化メリットを最大限に活かし、かつ従
来弱点とされていた耐火性能を十分に高めた複合材料を
安価な加工コストで提供することを課題とする。
ラスチックの軽量化メリットを最大限に活かし、かつ従
来弱点とされていた耐火性能を十分に高めた複合材料を
安価な加工コストで提供することを課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明では、前記課題を
解決する手段として、繊維強化プラスチックの中で、
炎、または熱が作用する可能性がある表面に、繊維軸方
向の熱伝導率(以下単に「熱伝導率」という。)が10
0W/m・K以上であるピッチ系炭素繊維を強化繊維と
するCFRPの層を有することを特徴とする。このCF
RP層の形態としては、一方向プリプレグ、クロス、マ
ット等の積層物や、プルトルージョン成形品、フィラメ
ントワインディング成形品等、後述する熱拡散性を損な
わない範囲で、様々な形態のものを用いることが出来
る。
解決する手段として、繊維強化プラスチックの中で、
炎、または熱が作用する可能性がある表面に、繊維軸方
向の熱伝導率(以下単に「熱伝導率」という。)が10
0W/m・K以上であるピッチ系炭素繊維を強化繊維と
するCFRPの層を有することを特徴とする。このCF
RP層の形態としては、一方向プリプレグ、クロス、マ
ット等の積層物や、プルトルージョン成形品、フィラメ
ントワインディング成形品等、後述する熱拡散性を損な
わない範囲で、様々な形態のものを用いることが出来
る。
【0006】現在市販されている炭素繊維の中には、ポ
リアクリロニトリル(PAN)系炭素繊維とピッチ系炭
素繊維がある。これらは、その原料の違いから生じる極
めて異なる性質を有している。PAN系炭素繊維は、ポ
リアクリロニトリルを出発原料としており、高分子鎖が
絡み合った内部構造を有していることから、高強度のも
のが得られる反面、黒鉛結晶化性に劣るため、高弾性、
高熱伝導については、難点がある。一方、ピッチ系炭素
繊維は、コールタールピッチ等を精製したものを出発原
料としており、比較的大きな分子集団からなる内部構造
を有していることから、強度面ではPAN系炭素繊維に
くらべてやや劣る反面、黒鉛結晶化性に優れ、高弾性、
高熱伝導の性質を容易に達成することが出来るため、比
較的安価に本発明に適用する材料を入手することが出来
る。
リアクリロニトリル(PAN)系炭素繊維とピッチ系炭
素繊維がある。これらは、その原料の違いから生じる極
めて異なる性質を有している。PAN系炭素繊維は、ポ
リアクリロニトリルを出発原料としており、高分子鎖が
絡み合った内部構造を有していることから、高強度のも
のが得られる反面、黒鉛結晶化性に劣るため、高弾性、
高熱伝導については、難点がある。一方、ピッチ系炭素
繊維は、コールタールピッチ等を精製したものを出発原
料としており、比較的大きな分子集団からなる内部構造
を有していることから、強度面ではPAN系炭素繊維に
くらべてやや劣る反面、黒鉛結晶化性に優れ、高弾性、
高熱伝導の性質を容易に達成することが出来るため、比
較的安価に本発明に適用する材料を入手することが出来
る。
【0007】本発明に係る炭素繊維複合材料において、
熱伝導率100W/m・K以上、より好ましくは150
W/m・K以上のピッチ系炭素繊維を強化繊維とするC
FRPの層は、その高い熱伝導性から、熱拡散性に優
れ、熱拡散、放熱により、局部的な温度上昇を低減させ
る働きを有し、これにより複合材料の温度上昇に伴う発
火が防止されるか、または発火に至る時間を著しく長く
させる作用をする。この作用により、鉄道車輛等の業界
が要求する不燃、難燃性の基準を満たすことが出来る。
具体的用途として例えば、鉄道車輛用材料の場合、構
体、台車枠、内装材、パンタグラフ等の材料があげられ
る。
熱伝導率100W/m・K以上、より好ましくは150
W/m・K以上のピッチ系炭素繊維を強化繊維とするC
FRPの層は、その高い熱伝導性から、熱拡散性に優
れ、熱拡散、放熱により、局部的な温度上昇を低減させ
る働きを有し、これにより複合材料の温度上昇に伴う発
火が防止されるか、または発火に至る時間を著しく長く
させる作用をする。この作用により、鉄道車輛等の業界
が要求する不燃、難燃性の基準を満たすことが出来る。
具体的用途として例えば、鉄道車輛用材料の場合、構
体、台車枠、内装材、パンタグラフ等の材料があげられ
る。
【0008】本発明では、このような作用をCFRPの
みで達成できることに大きな特徴がある。つまり、金属
材料との組合せで問題となる界面剥離等を全く心配する
ことなく、単純な加工ですむことから比較的安価に軽量
かつ、耐火性を有する複合材料を提供することができ
る。本発明における熱伝導率100W/m・K以上のピ
ッチ系炭素繊維を強化繊維とするCFRPの層の厚み
は、要求される耐火性能に応じて決めれば良く、適用部
位によっては、また強度面、軽量化、あるいはコストの
面で厳しい設計の場合には、この層の内側にPAN系炭
素繊維、低弾性ピッチ系炭素繊維、ガラス繊維、ケブラ
ー繊維等を強化繊維とする層及び、又はアルミハニカム
材、ウレタン樹脂等の層を設けることが出来る。マトリ
ックス樹脂としては通常、汎用のエポキシ樹脂を用いる
ことが出来る。汎用エポキシ樹脂としては例えば、ビス
フェノールA型エポキシ樹脂があり、その他グリシジル
エステル系エポキシ樹脂、グリシジルアミン系エポキシ
樹脂、フェノールノボラックエポキシ樹脂等も用いるこ
とが出来る。
みで達成できることに大きな特徴がある。つまり、金属
材料との組合せで問題となる界面剥離等を全く心配する
ことなく、単純な加工ですむことから比較的安価に軽量
かつ、耐火性を有する複合材料を提供することができ
る。本発明における熱伝導率100W/m・K以上のピ
ッチ系炭素繊維を強化繊維とするCFRPの層の厚み
は、要求される耐火性能に応じて決めれば良く、適用部
位によっては、また強度面、軽量化、あるいはコストの
面で厳しい設計の場合には、この層の内側にPAN系炭
素繊維、低弾性ピッチ系炭素繊維、ガラス繊維、ケブラ
ー繊維等を強化繊維とする層及び、又はアルミハニカム
材、ウレタン樹脂等の層を設けることが出来る。マトリ
ックス樹脂としては通常、汎用のエポキシ樹脂を用いる
ことが出来る。汎用エポキシ樹脂としては例えば、ビス
フェノールA型エポキシ樹脂があり、その他グリシジル
エステル系エポキシ樹脂、グリシジルアミン系エポキシ
樹脂、フェノールノボラックエポキシ樹脂等も用いるこ
とが出来る。
【0009】そして該CFRPの層の繊維含有体積率
(Vf)は、実際にさらされる熱の条件に応じて変更す
ることができるため、特に限定されないが、通常40〜
65%、成形性等を考えると50〜60%がより好まし
い。又、該CFRP層の厚さも必要に応じて変更すれば
よく、通常1〜2mmでも十分に効果を発揮する。
(Vf)は、実際にさらされる熱の条件に応じて変更す
ることができるため、特に限定されないが、通常40〜
65%、成形性等を考えると50〜60%がより好まし
い。又、該CFRP層の厚さも必要に応じて変更すれば
よく、通常1〜2mmでも十分に効果を発揮する。
【0010】本特許の効果を最大限に活用し、コストを
低く押さえるためには、耐火作用を有する高弾性ピッチ
系炭素繊維の層と他の強化繊維の層を全て同じエポキシ
樹脂にして、一体成形することが望ましい。ただし必要
に応じて、ポリエステル樹脂、ビスマレイミド樹脂、ポ
リイミド樹脂、フェノール樹脂、コプナ樹脂等の熱硬化
樹脂及び又は、ポリプロピレン樹脂、ナイロン樹脂、P
EEK等の熱可塑性樹脂を使用することも出来る。
低く押さえるためには、耐火作用を有する高弾性ピッチ
系炭素繊維の層と他の強化繊維の層を全て同じエポキシ
樹脂にして、一体成形することが望ましい。ただし必要
に応じて、ポリエステル樹脂、ビスマレイミド樹脂、ポ
リイミド樹脂、フェノール樹脂、コプナ樹脂等の熱硬化
樹脂及び又は、ポリプロピレン樹脂、ナイロン樹脂、P
EEK等の熱可塑性樹脂を使用することも出来る。
【0011】
【実施例】以下本特許の内容を実施例に従って、より具
体的に説明するが、本特許はこれにより限定されるもの
ではない。
体的に説明するが、本特許はこれにより限定されるもの
ではない。
【0012】(実施例1)ピッチ系高弾性糸として三菱
化学社製「ダイアリード」K137(引張弾性率65t
/mm2 、熱伝導率150W/m・K)を用い、ビスフ
ェノールA型エポキシ樹脂をマトリックスとした一方向
プリプレグを積層し、120℃で2時間硬化させること
により一方向材CFRP板を得た。板の厚みは2mm
で、炭素繊維含有体積率(Vf)は58%であった。こ
の板を炭素繊維軸方向を長辺とする182mm×257
mmの長方形に切断し、試験片を得た。この試験片につ
いて、燃焼性試験を行なった。以下試験方法を説明す
る。乾燥させた試験片を図1に示すように45°に傾斜
させ保持する。次に試験片の中央の垂直下方25.4m
mの位置に純エチルアルコール0.5ccを入れた燃料
容器を支持する。アルコールに着火し、燃料が燃え尽き
るまで放置する。アルコールの燃焼中は、試験片への着
火の有無、発煙状態、炎の状況を観察し、燃焼後は、残
炎の有無、残塵、炭化、変形状態を調べ、鉄道車輛用材
料の燃焼性規格試験に準じて判定する。以上の方法で試
験、評価した結果、表1に示す通り不燃性の評価であっ
た。
化学社製「ダイアリード」K137(引張弾性率65t
/mm2 、熱伝導率150W/m・K)を用い、ビスフ
ェノールA型エポキシ樹脂をマトリックスとした一方向
プリプレグを積層し、120℃で2時間硬化させること
により一方向材CFRP板を得た。板の厚みは2mm
で、炭素繊維含有体積率(Vf)は58%であった。こ
の板を炭素繊維軸方向を長辺とする182mm×257
mmの長方形に切断し、試験片を得た。この試験片につ
いて、燃焼性試験を行なった。以下試験方法を説明す
る。乾燥させた試験片を図1に示すように45°に傾斜
させ保持する。次に試験片の中央の垂直下方25.4m
mの位置に純エチルアルコール0.5ccを入れた燃料
容器を支持する。アルコールに着火し、燃料が燃え尽き
るまで放置する。アルコールの燃焼中は、試験片への着
火の有無、発煙状態、炎の状況を観察し、燃焼後は、残
炎の有無、残塵、炭化、変形状態を調べ、鉄道車輛用材
料の燃焼性規格試験に準じて判定する。以上の方法で試
験、評価した結果、表1に示す通り不燃性の評価であっ
た。
【0013】(実施例2)「ダイアリード」K137の
層の厚みを1mm、PAN系炭素繊維である東邦レイヨ
ン社製「HTA」(引張弾性率24t/mm2 、熱伝導
率17W/m・K)の層の厚みを1mmの2層構造一方
向材CFRP板を実施例1と同じ方法で成形し、試験し
た。試験する際には、「ダイアリード」K137の層を
炎があたる下面とした。その結果、表1に示す通り、極
難燃性の評価であった。
層の厚みを1mm、PAN系炭素繊維である東邦レイヨ
ン社製「HTA」(引張弾性率24t/mm2 、熱伝導
率17W/m・K)の層の厚みを1mmの2層構造一方
向材CFRP板を実施例1と同じ方法で成形し、試験し
た。試験する際には、「ダイアリード」K137の層を
炎があたる下面とした。その結果、表1に示す通り、極
難燃性の評価であった。
【0014】(実施例3)「ダイアリード」K137の
代わりに「ダイアリード」K13B(引張弾性率85t
/mm2 、熱伝導率270W/m・K)とした以外は実
施例2と同じとした。試験の結果、表1に示す通り不燃
性の評価であった。
代わりに「ダイアリード」K13B(引張弾性率85t
/mm2 、熱伝導率270W/m・K)とした以外は実
施例2と同じとした。試験の結果、表1に示す通り不燃
性の評価であった。
【0015】(比較例1)「ダイアリード」K137の
代わりに「HTA」とした以外は、実施例1と同じとし
た。試験の結果、表1に示すとおり、難燃基準に達しな
かった。
代わりに「HTA」とした以外は、実施例1と同じとし
た。試験の結果、表1に示すとおり、難燃基準に達しな
かった。
【0016】(比較例2)試験片を厚み3mmのフェノ
ール樹脂をマトリックスとしたガラス繊維強化プラスチ
ック板として実施例1と同じ方法で試験した。その結
果、表1に示す通り、難燃性の評価であった。
ール樹脂をマトリックスとしたガラス繊維強化プラスチ
ック板として実施例1と同じ方法で試験した。その結
果、表1に示す通り、難燃性の評価であった。
【0017】(比較例3)試験片を厚み3mmのアルミ
ハニカム板として実施例1と同じ方法で試験した。その
結果、表1に示す通り、難燃性の評価であった。
ハニカム板として実施例1と同じ方法で試験した。その
結果、表1に示す通り、難燃性の評価であった。
【0018】
【表1】
【0019】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、高熱伝導
性を有するピッチ系高弾性繊維を補強繊維とする炭素繊
維強化プラスチックの層を炎、熱があたる可能性がある
表面に有することにより、繊維強化プラスチックの軽量
化メリットを最大限に活かし、かつ従来弱点とされてい
た耐火性能を十分に高めた複合材料を安価な加工コスト
で提供するものである。
性を有するピッチ系高弾性繊維を補強繊維とする炭素繊
維強化プラスチックの層を炎、熱があたる可能性がある
表面に有することにより、繊維強化プラスチックの軽量
化メリットを最大限に活かし、かつ従来弱点とされてい
た耐火性能を十分に高めた複合材料を安価な加工コスト
で提供するものである。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成7年3月2日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】追加
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1における試験片の燃焼性試験装置を示
す図
す図
Claims (3)
- 【請求項1】 繊維強化プラスチックの表面に、繊維軸
方向の熱伝導率が100W/m・K以上であるピッチ系
炭素繊維を強化繊維とする炭素繊維強化プラスチックの
層を有することを特徴とする繊維強化プラスチック材
料。 - 【請求項2】 プラスチックが汎用エポキシ樹脂である
ことを特徴とする請求項1記載の材料。 - 【請求項3】 請求項1の材料を用いた鉄道車輛用材
料。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26283594A JPH08118527A (ja) | 1994-10-26 | 1994-10-26 | 耐炎化性を有する繊維強化プラスチック材料 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26283594A JPH08118527A (ja) | 1994-10-26 | 1994-10-26 | 耐炎化性を有する繊維強化プラスチック材料 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08118527A true JPH08118527A (ja) | 1996-05-14 |
Family
ID=17381282
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP26283594A Pending JPH08118527A (ja) | 1994-10-26 | 1994-10-26 | 耐炎化性を有する繊維強化プラスチック材料 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH08118527A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103862736A (zh) * | 2014-02-27 | 2014-06-18 | 常州悦诚新材料有限公司 | 玻璃钢制品的加强筋 |
WO2014136876A1 (ja) * | 2013-03-07 | 2014-09-12 | 三菱レイヨン株式会社 | 炭素繊維強化熱可塑性樹脂複合材料、及びそれを用いた成型体 |
WO2016047767A1 (ja) * | 2014-09-26 | 2016-03-31 | 積水化学工業株式会社 | 難燃性ウレタン樹脂組成物 |
-
1994
- 1994-10-26 JP JP26283594A patent/JPH08118527A/ja active Pending
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014136876A1 (ja) * | 2013-03-07 | 2014-09-12 | 三菱レイヨン株式会社 | 炭素繊維強化熱可塑性樹脂複合材料、及びそれを用いた成型体 |
JP5679089B1 (ja) * | 2013-03-07 | 2015-03-04 | 三菱レイヨン株式会社 | 炭素繊維強化熱可塑性樹脂複合材料、及びそれを用いた成型体 |
CN105073848A (zh) * | 2013-03-07 | 2015-11-18 | 三菱丽阳株式会社 | 碳纤维增强热塑性树脂复合材料和使用其的成型体 |
TWI547371B (zh) * | 2013-03-07 | 2016-09-01 | 三菱麗陽股份有限公司 | 碳纖維強化熱可塑性樹脂複合材料、使用其的成型體、以及電子設備框體用構件 |
US10843437B2 (en) | 2013-03-07 | 2020-11-24 | Mitsubishi Chemical Corporation | Carbon-fiber-reinforced thermoplastic-resin composite material and molded body using the same |
CN103862736A (zh) * | 2014-02-27 | 2014-06-18 | 常州悦诚新材料有限公司 | 玻璃钢制品的加强筋 |
WO2016047767A1 (ja) * | 2014-09-26 | 2016-03-31 | 積水化学工業株式会社 | 難燃性ウレタン樹脂組成物 |
CN106715589A (zh) * | 2014-09-26 | 2017-05-24 | 积水化学工业株式会社 | 阻燃性聚氨酯树脂组合物 |
US10633480B2 (en) | 2014-09-26 | 2020-04-28 | Sekisui Chemical Co., Ltd. | Flame-retardant urethane resin composition |
CN106715589B (zh) * | 2014-09-26 | 2021-05-11 | 积水化学工业株式会社 | 阻燃性聚氨酯树脂组合物 |
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