JPH0924568A - 耐衝撃性複合材料 - Google Patents
耐衝撃性複合材料Info
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- JPH0924568A JPH0924568A JP17367195A JP17367195A JPH0924568A JP H0924568 A JPH0924568 A JP H0924568A JP 17367195 A JP17367195 A JP 17367195A JP 17367195 A JP17367195 A JP 17367195A JP H0924568 A JPH0924568 A JP H0924568A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 軽量且つ衝撃吸収性及び剛性に優れた高度な
防護性能を有する複合材料を提供する。 【構成】 無機繊維構造体と高強度高弾性率の有機繊維
からなる構造体とを積層してなる樹脂強化複合材料にお
いて、樹脂として硬化物の固体13Ｃ−ＮＭＲスペクトル
における６０ｐｐｍ〜８０ｐｐｍ区間の積分強度が１６
０ｐｐｍ〜１８０ｐｐｍ区間の積分強度の３．８〜５．
９倍であるビニルエステル樹脂を用いる耐衝撃性複合材
料。
防護性能を有する複合材料を提供する。 【構成】 無機繊維構造体と高強度高弾性率の有機繊維
からなる構造体とを積層してなる樹脂強化複合材料にお
いて、樹脂として硬化物の固体13Ｃ−ＮＭＲスペクトル
における６０ｐｐｍ〜８０ｐｐｍ区間の積分強度が１６
０ｐｐｍ〜１８０ｐｐｍ区間の積分強度の３．８〜５．
９倍であるビニルエステル樹脂を用いる耐衝撃性複合材
料。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、軽量かつ衝撃吸収性、
剛性に優れた高い防護性能を有する複合材料に関する複
合材料に関するものである。
剛性に優れた高い防護性能を有する複合材料に関する複
合材料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】無機繊維を補強材とした繊維強化プラス
チックは、引張特性、圧縮特性および曲げ特性に優れ、
かつ勤続と比べて軽量である。この特徴を活かしてガラ
ス繊維強化熱硬化性樹脂（以下ＧＦＲＰという）のもの
が一部汎用されている。ところがＧＦＲＰは無機繊維の
中で比較的高重量であるため大型化には限界がある。ま
た、ＧＦＲＰは衝撃に対して脆く、クラック伝播をおこ
して完全破壊に到りやすい。一方、アラミド繊維や超高
分子量ポリエチレン繊維など高強度、高弾性率有機高分
子繊維を補強材とする繊維強化複合材料は耐衝撃性が優
れており、従って、これら高強度高弾性率有機繊維を強
化材として併用し、ガラス繊維の使用量を少なくするこ
とにより軽量、大型化を図った複合材料が既に市販され
ているが、これらの複合材料は剛性が不足しているがた
めに用途が著しく限定されている。
チックは、引張特性、圧縮特性および曲げ特性に優れ、
かつ勤続と比べて軽量である。この特徴を活かしてガラ
ス繊維強化熱硬化性樹脂（以下ＧＦＲＰという）のもの
が一部汎用されている。ところがＧＦＲＰは無機繊維の
中で比較的高重量であるため大型化には限界がある。ま
た、ＧＦＲＰは衝撃に対して脆く、クラック伝播をおこ
して完全破壊に到りやすい。一方、アラミド繊維や超高
分子量ポリエチレン繊維など高強度、高弾性率有機高分
子繊維を補強材とする繊維強化複合材料は耐衝撃性が優
れており、従って、これら高強度高弾性率有機繊維を強
化材として併用し、ガラス繊維の使用量を少なくするこ
とにより軽量、大型化を図った複合材料が既に市販され
ているが、これらの複合材料は剛性が不足しているがた
めに用途が著しく限定されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一般に、有機繊維強化
複合材料は耐衝撃性は大きいが剛性は小さい。従って、
強化繊維としてガラス繊維に有機繊維を併用した複合材
料はＧＦＲＰに比べて軽量性、耐衝撃性には優れている
が、剛性が低下している。最近、軽量性を保持し耐衝撃
性と剛性をともに向上させること、及び剛性と耐衝撃性
を保持し軽量性を向上させることが望まれているが、こ
の要求を十分満足するものは限られていない。本発明は
軽量で耐衝撃性と剛性に優れた複合材料を提供すること
を目的とするものである。
複合材料は耐衝撃性は大きいが剛性は小さい。従って、
強化繊維としてガラス繊維に有機繊維を併用した複合材
料はＧＦＲＰに比べて軽量性、耐衝撃性には優れている
が、剛性が低下している。最近、軽量性を保持し耐衝撃
性と剛性をともに向上させること、及び剛性と耐衝撃性
を保持し軽量性を向上させることが望まれているが、こ
の要求を十分満足するものは限られていない。本発明は
軽量で耐衝撃性と剛性に優れた複合材料を提供すること
を目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明複合材料の
構成は無機繊維からなる構造体からなる構造体と高強度
高弾性率有機繊維からなる構造体とを積層してなる樹脂
強化複合材料において、マトリックス樹脂としてその硬
化物の固体13Ｃ−ＮＭＲスペクトルにおける６０ｐｐｍ
〜８０ｐｐｍ区間の積分強度が１６０ｐｐｍ〜１８０ｐ
ｐｍ区間の積分強度の３．８倍〜５．９倍、望ましくは
４．４倍〜５．２倍であるビニルエステルを用いること
を特徴とする体衝撃性複合材料よりなる。
構成は無機繊維からなる構造体からなる構造体と高強度
高弾性率有機繊維からなる構造体とを積層してなる樹脂
強化複合材料において、マトリックス樹脂としてその硬
化物の固体13Ｃ−ＮＭＲスペクトルにおける６０ｐｐｍ
〜８０ｐｐｍ区間の積分強度が１６０ｐｐｍ〜１８０ｐ
ｐｍ区間の積分強度の３．８倍〜５．９倍、望ましくは
４．４倍〜５．２倍であるビニルエステルを用いること
を特徴とする体衝撃性複合材料よりなる。
【０００５】この発明における高強度高弾性率有機繊維
は、軽量性と耐衝撃性を確保するため少なくとも２０ｇ
／デニールの引張強度と少なくとも３００ｇ／デニール
の引張弾性率を有する高強度高弾性率繊維を用いる。さ
らに比重の小さい高分子量ポリエチレン繊維を用いると
好ましい。
は、軽量性と耐衝撃性を確保するため少なくとも２０ｇ
／デニールの引張強度と少なくとも３００ｇ／デニール
の引張弾性率を有する高強度高弾性率繊維を用いる。さ
らに比重の小さい高分子量ポリエチレン繊維を用いると
好ましい。
【０００６】これに対し無機繊維は剛性を発現するため
に用いる。無機繊維としてはガラス、アルミナ、シリ
カ、ジルコニア、チタニア、シリコンカーバイド、シリ
コンナイトライト等のセラミックス繊維、炭素繊維等を
挙げる事ができる。この中で軽量、耐衝撃性、価格の点
からガラス繊維を用いることが好ましい。
に用いる。無機繊維としてはガラス、アルミナ、シリ
カ、ジルコニア、チタニア、シリコンカーバイド、シリ
コンナイトライト等のセラミックス繊維、炭素繊維等を
挙げる事ができる。この中で軽量、耐衝撃性、価格の点
からガラス繊維を用いることが好ましい。
【０００７】これらの強化繊維の特徴を有効に発現する
ために各々の繊維構造体を積層してもちいる。好ましく
は外層と内層に上記無機繊維層を、中間層に上記高強度
高弾性率有機繊維層を用いた構成よりなる。本発明にお
ける構造体は織編物、不織布、一方引き揃えストランド
等いずれでもよいが、耐衝撃性の点から織物が好まし
い。
ために各々の繊維構造体を積層してもちいる。好ましく
は外層と内層に上記無機繊維層を、中間層に上記高強度
高弾性率有機繊維層を用いた構成よりなる。本発明にお
ける構造体は織編物、不織布、一方引き揃えストランド
等いずれでもよいが、耐衝撃性の点から織物が好まし
い。
【０００８】本発明者らは、さらに軽量性と耐衝撃性を
確保し、剛性を向上させるには、マトリックス樹脂に下
記のものを用いれば、効果を示すことを見いだした。一
般にビニルエステル樹脂は低価格で成形体の生産性、耐
衝撃性に優れているためマトリックス樹脂として使用さ
れているが、本発明に用いるマトリックス樹脂はその硬
化物の固体13Ｃ−ＮＭＲスペクトルにおいて６０ｐｐｍ
〜８０ｐｐｍ区間の積分強度が１６０ｐｐｍ〜１８０ｐ
ｐｍ区間の積分強度の３．８倍以上５．９倍以下、望ま
しくは４．４倍以上５．２倍以下であるビニルエステル
樹脂である。さらに作業環境、耐候性の点からメタクリ
レート系ビニルエステル樹脂が望ましい。上記樹脂が使
用に供し得る性能を持つためにはその硬化度は適正な硬
化条件により適正な値を有する。この条件下で硬化させ
ることによりマトリックス樹脂として上記効果を示す。
硬化積分強度の倍数が上記の値より高い場合は、樹脂の
架橋点密度が低くなり、それにより高い場合は、樹脂の
架橋点密度が低くなり、それにより分子運動性が高くな
り、剛性が低くなる。また、上記の値より低い場合は、
架橋点密度が高くなり、分子運動性が低下し耐衝撃性が
低下する。さらに低い値を示す場合は架橋点密度の増大
により分子内空隙が増大し剛性も低下する。
確保し、剛性を向上させるには、マトリックス樹脂に下
記のものを用いれば、効果を示すことを見いだした。一
般にビニルエステル樹脂は低価格で成形体の生産性、耐
衝撃性に優れているためマトリックス樹脂として使用さ
れているが、本発明に用いるマトリックス樹脂はその硬
化物の固体13Ｃ−ＮＭＲスペクトルにおいて６０ｐｐｍ
〜８０ｐｐｍ区間の積分強度が１６０ｐｐｍ〜１８０ｐ
ｐｍ区間の積分強度の３．８倍以上５．９倍以下、望ま
しくは４．４倍以上５．２倍以下であるビニルエステル
樹脂である。さらに作業環境、耐候性の点からメタクリ
レート系ビニルエステル樹脂が望ましい。上記樹脂が使
用に供し得る性能を持つためにはその硬化度は適正な硬
化条件により適正な値を有する。この条件下で硬化させ
ることによりマトリックス樹脂として上記効果を示す。
硬化積分強度の倍数が上記の値より高い場合は、樹脂の
架橋点密度が低くなり、それにより高い場合は、樹脂の
架橋点密度が低くなり、それにより分子運動性が高くな
り、剛性が低くなる。また、上記の値より低い場合は、
架橋点密度が高くなり、分子運動性が低下し耐衝撃性が
低下する。さらに低い値を示す場合は架橋点密度の増大
により分子内空隙が増大し剛性も低下する。
【０００９】上記構成によれば、無機繊維により剛性を
もたせ、高強度高弾性率有機繊維により耐衝撃性をもた
せ、軽量化する。さらに上記マトリックス樹脂により軽
量性を保ちながら耐衝撃性をさらに向上させ剛性も向上
させることになる。これによって耐衝撃性を確保しなが
ら剛性を向上させたヘルメット等に有用な軽量性複合材
料を得ることが可能となる。
もたせ、高強度高弾性率有機繊維により耐衝撃性をもた
せ、軽量化する。さらに上記マトリックス樹脂により軽
量性を保ちながら耐衝撃性をさらに向上させ剛性も向上
させることになる。これによって耐衝撃性を確保しなが
ら剛性を向上させたヘルメット等に有用な軽量性複合材
料を得ることが可能となる。
【００１０】
【実施例】以下、発明の実施例を説明する。 実施例１ 引張強度３２ｇ／デニール、引張弾性率１３５０ｇ／デ
ニール、単糸デニール１０ｄの超高分子量ポリエチレン
繊維からなる目付け２５０ｇ／ｍ2 、平織りの織物を中
間層に、ガラス繊維マットを外層に使用し、マトリック
ス樹脂には希釈用スチレンを含み、硬化物の固体13Ｃ−
ＭＡＳＳ−ＮＭＲスペクトルの６０ｐｐｍ〜８０ｐｐｍ
区間の積分強度が１６０ｐｐｍ〜１８０ｐｐｍ区間のそ
れの４．５倍であるものを用い、複合材料を成形した。
なおガラス繊維とポリエチレン繊維の比率は比重が１．
１０となるようにした。
ニール、単糸デニール１０ｄの超高分子量ポリエチレン
繊維からなる目付け２５０ｇ／ｍ2 、平織りの織物を中
間層に、ガラス繊維マットを外層に使用し、マトリック
ス樹脂には希釈用スチレンを含み、硬化物の固体13Ｃ−
ＭＡＳＳ−ＮＭＲスペクトルの６０ｐｐｍ〜８０ｐｐｍ
区間の積分強度が１６０ｐｐｍ〜１８０ｐｐｍ区間のそ
れの４．５倍であるものを用い、複合材料を成形した。
なおガラス繊維とポリエチレン繊維の比率は比重が１．
１０となるようにした。
【００１１】実施例２ 上記実施例１と同様の構成で強化繊維を用い、マトリッ
クス樹脂にはその硬化樹脂の固体高分解能13Ｃ−ＮＭＲ
スペクトルにおいて、６０ｐｐｍ〜８０ｐｐｍ区間の積
分強度が１６０ｐｐｍ〜１８０ｐｐｍ区間の積分強度の
３．９倍であるメタクリレート系ビニルエステル樹脂を
用い、複合材料を成形した。
クス樹脂にはその硬化樹脂の固体高分解能13Ｃ−ＮＭＲ
スペクトルにおいて、６０ｐｐｍ〜８０ｐｐｍ区間の積
分強度が１６０ｐｐｍ〜１８０ｐｐｍ区間の積分強度の
３．９倍であるメタクリレート系ビニルエステル樹脂を
用い、複合材料を成形した。
【００１２】実施例３ 上記実施例１と同様の織物を用い、マトリックス樹脂に
は、その硬化状態の固体高分解能13Ｃ−ＮＭＲスペクト
ルの６０ｐｐｍ〜８０ｐｐｍ区間の積分強度が１６０ｐ
ｐｍ〜１８０ｐｐｍ区間の積分強度の５．７倍であるメ
タクリレート系ビニルエステル樹脂を用い、複合材料を
成形した。
は、その硬化状態の固体高分解能13Ｃ−ＮＭＲスペクト
ルの６０ｐｐｍ〜８０ｐｐｍ区間の積分強度が１６０ｐ
ｐｍ〜１８０ｐｐｍ区間の積分強度の５．７倍であるメ
タクリレート系ビニルエステル樹脂を用い、複合材料を
成形した。
【００１３】比較例１ 実施例と同様の構成で強化繊維を用い、マトリックス樹
脂にはその硬化物の固体高分解能13Ｃ−ＮＭＲスペクト
ルの６０ｐｐｍ〜８０ｐｐｍ区間のピーク総積分強度が
１６０ｐｐｍ〜１８０ｐｐｍ区間のそれの６．４倍であ
るメタクリレート系ビニルエステル樹脂を用い、複合材
料を成形した。
脂にはその硬化物の固体高分解能13Ｃ−ＮＭＲスペクト
ルの６０ｐｐｍ〜８０ｐｐｍ区間のピーク総積分強度が
１６０ｐｐｍ〜１８０ｐｐｍ区間のそれの６．４倍であ
るメタクリレート系ビニルエステル樹脂を用い、複合材
料を成形した。
【００１４】比較例２ 上記実施例１と同様の構成で強化繊維を用いマトリック
ス樹脂にはその硬化物の固体高分解能13Ｃ−ＮＭＲスペ
クトルにおける６０ｐｐｍ〜８０ｐｐｍ区間のピーク総
積分強度が１６０ｐｐｍ〜１８０ｐｐｍ区間のそれの
３．０倍であるメタクリレート系ビニルエステル樹脂を
用い、複合材料を成形した。
ス樹脂にはその硬化物の固体高分解能13Ｃ−ＮＭＲスペ
クトルにおける６０ｐｐｍ〜８０ｐｐｍ区間のピーク総
積分強度が１６０ｐｐｍ〜１８０ｐｐｍ区間のそれの
３．０倍であるメタクリレート系ビニルエステル樹脂を
用い、複合材料を成形した。
【００１５】比較例３ 実施例１と同様のマトリックス樹脂を用い、強化繊維に
は、外層にガラス繊維を中間層に９ｇ／デニールの引張
強度と１５０ｇ／デニールの引張弾性率を有し、単糸デ
ニール１０ｄ、重量平均分子量５万の高密度ポリエチレ
ン繊維からなり、実施例１の超高分子量ポリエチレン繊
維と同様の織り構造をもつ織物を用い、複合材料を成形
した。
は、外層にガラス繊維を中間層に９ｇ／デニールの引張
強度と１５０ｇ／デニールの引張弾性率を有し、単糸デ
ニール１０ｄ、重量平均分子量５万の高密度ポリエチレ
ン繊維からなり、実施例１の超高分子量ポリエチレン繊
維と同様の織り構造をもつ織物を用い、複合材料を成形
した。
【００１６】比較例４ 比較例１と同様のマトリックス樹脂を用い、複合材料を
成形した。なおガラス繊維とポリエチレン繊維の比率は
比重が１．２４とした。なお重量は比較例４を１００と
した場合、実施例１〜３、比較例１〜３は９０である。
成形した。なおガラス繊維とポリエチレン繊維の比率は
比重が１．２４とした。なお重量は比較例４を１００と
した場合、実施例１〜３、比較例１〜３は９０である。
【００１７】上記実施例１〜３および比較例１〜４につ
いて耐衝撃性、剛性を知るため、曲げ衝撃試験、ＪＩＳ
Ｋ７０５５に従う３点曲げ試験を実施した。また軽量
性を評価するため比重を測定した。曲げ衝撃試験では厚
み２ｍｍ、幅１０ｍｍ、長さ３２ｍｍの試験片を支点間
距離２０ｍｍの２点で支え、重量２．６８ｋｇのくさび
を４．３ｍ／ｓの速度で衝突させ、その最大荷重を評価
した。剛性は３点曲げ試験から曲げ弾性率を求める事に
より、評価した。その結果を表１にしめすが、比較例４
は従来の重量で従来の耐衝撃性、曲げ弾性率をもってい
る。ところが実施例では耐衝撃性、曲げ弾性率すべて軽
量化構造で従来の性能を発現している。比較例１では比
較例４を軽量化したものであるが、耐衝撃性、曲げ弾性
率が低下している。一方、マトリックスが実施例、比較
例１と異なる比較例２は実施例と同様軽量化構造である
が、これも従来の性能に比べ、耐衝撃性が劣っている。
中間層で用いた繊維の引張強度と引張弾性率が低い場合
を比較例３に示すが、耐衝撃性、曲げ弾性率ともに低下
する。
いて耐衝撃性、剛性を知るため、曲げ衝撃試験、ＪＩＳ
Ｋ７０５５に従う３点曲げ試験を実施した。また軽量
性を評価するため比重を測定した。曲げ衝撃試験では厚
み２ｍｍ、幅１０ｍｍ、長さ３２ｍｍの試験片を支点間
距離２０ｍｍの２点で支え、重量２．６８ｋｇのくさび
を４．３ｍ／ｓの速度で衝突させ、その最大荷重を評価
した。剛性は３点曲げ試験から曲げ弾性率を求める事に
より、評価した。その結果を表１にしめすが、比較例４
は従来の重量で従来の耐衝撃性、曲げ弾性率をもってい
る。ところが実施例では耐衝撃性、曲げ弾性率すべて軽
量化構造で従来の性能を発現している。比較例１では比
較例４を軽量化したものであるが、耐衝撃性、曲げ弾性
率が低下している。一方、マトリックスが実施例、比較
例１と異なる比較例２は実施例と同様軽量化構造である
が、これも従来の性能に比べ、耐衝撃性が劣っている。
中間層で用いた繊維の引張強度と引張弾性率が低い場合
を比較例３に示すが、耐衝撃性、曲げ弾性率ともに低下
する。
【００１８】
【表１】
【００１９】
【発明の効果】本発明によれば従来の剛性、耐衝撃性を
維持し軽量化した複合材料を提供することができる。
維持し軽量化した複合材料を提供することができる。
Claims (3)
- 【請求項１】 無機繊維からなる構造体と引張強度≧２
０ｇ／ｄ、引張弾性率≧３００ｇ／ｄの有機繊維からな
る構造体とを積層してなる樹脂強化複合材料において、
樹脂として硬化物の固体13Ｃ−ＮＭＲスペクトルにおけ
る６０ｐｐｍ〜８０ｐｐｍ区間の積分強度が１６０ｐｐ
ｍ〜１８０ｐｐｍ区間の積分強度の３．８〜５．９倍で
あるビニルエステル樹脂を用いることを特徴とする耐衝
撃性複合材料。 - 【請求項２】 両外層にガラス繊維からなる構造体を内
層に引張強度≧２０ｇ／ｄ、引張弾性率≧３００ｇ／ｄ
の有機繊維からなる構造体が配されてなることを特徴と
する請求項１記載の耐衝撃性複合材料。 - 【請求項３】 引張強度≧２０ｇ／ｄ、引張弾性率≧３
００ｇ／ｄの有機繊維が、高分子量ポリエチレン繊維で
あることを特徴とする請求項１記載の耐衝撃性複合材
料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17367195A JPH0924568A (ja) | 1995-07-10 | 1995-07-10 | 耐衝撃性複合材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17367195A JPH0924568A (ja) | 1995-07-10 | 1995-07-10 | 耐衝撃性複合材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0924568A true JPH0924568A (ja) | 1997-01-28 |
Family
ID=15964948
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17367195A Pending JPH0924568A (ja) | 1995-07-10 | 1995-07-10 | 耐衝撃性複合材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0924568A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009533245A (ja) * | 2006-04-12 | 2009-09-17 | ディーエスエム アイピー アセッツ ビー．ブイ． | 積層体 |
| CN103788677A (zh) * | 2014-01-15 | 2014-05-14 | 芜湖市宝艺游乐科技设备有限公司 | 一种新型玻璃钢复合涂层材料及其制备方法 |
-
1995
- 1995-07-10 JP JP17367195A patent/JPH0924568A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009533245A (ja) * | 2006-04-12 | 2009-09-17 | ディーエスエム アイピー アセッツ ビー．ブイ． | 積層体 |
| US8158228B2 (en) | 2006-04-12 | 2012-04-17 | Dsm Ip Assets B.V. | Laminate |
| CN103788677A (zh) * | 2014-01-15 | 2014-05-14 | 芜湖市宝艺游乐科技设备有限公司 | 一种新型玻璃钢复合涂层材料及其制备方法 |
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