JPS58131027A - 炭素繊維と熱可塑性物質の複合材料およびその製造方法 - Google Patents

炭素繊維と熱可塑性物質の複合材料およびその製造方法

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JPS58131027A
JPS58131027A JP57185330A JP18533082A JPS58131027A JP S58131027 A JPS58131027 A JP S58131027A JP 57185330 A JP57185330 A JP 57185330A JP 18533082 A JP18533082 A JP 18533082A JP S58131027 A JPS58131027 A JP S58131027A
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JP
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thermoplastic
carbon fibers
fibers
thermoplastic material
fluidized bed
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JP57185330A
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English (en)
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フランソワ−ザビエル・ド・シヤラントネ
ジヤン−ジヤツク・ロビン
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GRADIENT
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GRADIENT
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2307/00Use of elements other than metals as reinforcement

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)
  • Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Chemical Treatment Of Fibers During Manufacturing Processes (AREA)
  • Moulding By Coating Moulds (AREA)

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】 本発明は炭素繊維と熱可塑性物質の複合材料に関するも
のであり、また前記複合材料の6M方法とその応用に鴎
するものである。
炭素繊維は既知のものであり、強化繊維としての利用は
度々記述されてきた。しかし、炭素繊維と熱可塑性物質
を含有する複合材料の製造には、これら2成分を直接混
合することが、一般的に、媒質の粘度のために炭素繊維
の過度の切断、これに伴う完成品中のこれら繊維の潜在
的強化性の損失を伴うことによる数多くの問題がある。
本発明の目的は長い炭素繊維と熱可塑性物質と・の複合
材料を製造する方法を提供することにある。1また本発
明は生成物として、長い配向性炭素繊維と熱i■塑塑性
資質ら成る引伸ばした形状の固体材料を目的とする。
本発明による複合材料の特徴はニ ー長い配向した炭素繊維と、この炭素繊維間の全空間を
充填する熱可塑性物質から成り、−炭素繊維の心として
示される炭素繊維が20〜65容量%含まれ、 −その厚さが約5龍以下である。
本発明で用いられる炭素繊維は、基本繊維をほぼ縦長に
配置したシート状、8状またはコード状の既知の材料で
ある。前記繊維は、約10w以上、好ましくは25s+
*以上の長さであるため、長繊維と呼ばれる。これら繊
維は多数の基本フィラメント、すなわち、断面が約0.
1〜0.5wua”の間で変化する繊維につき約800
0〜約12000本のフィラメントの並列から収る。
熱可塑性物質の語は可逆的現象により加熱下に溶融でき
る任意の物質を意味する。これら熱可塑・性物質は、繊
維(ガラス繊維または炭素繊維)から複合生成物を生成
するために既に予知されており、通常は繊維を被覆する
ためにその形で用いられる液体プレポリマーの形で示さ
れ、このプレポリマーは任意の形状にした後、続いて熱
硬化性物質を得るため最終の重合に委ねられる。本発明
に有用な熱可塑性物質はポリオレフィン、ポリアミド、
熱可塑性ポリエステル、ポリスルホン等である。これら
熱可塑性物質のうち、エンジニアニングサーモプラスチ
ックとして知られているサーモプラスチックを用いるこ
とが好ましく、これは既に一定の応力に耐えるように設
計された工業部品の製造に用いるために要求される十分
の機械的性質をそれ自体で有している。
使用する材料の熱可塑性は、この材料が分解することな
く、またその固有の機械的性質を失うことなく、炭素繊
維と接触して融解または少なくとも極めて軟化できるこ
とを意味する。
本発明による材料は、熱可塑性物質が基本炭素繊維間の
「間隙」全部を充填する。a終材料は横・断面で調べた
場合、「あな」を示さない。熱可塑性物質が炭素心の基
本繊維間の「間隙」を充填するだけの場合、最終材料は
約40〜60容量%の炭素繊維と60〜40容量%の熱
可塑性物質から成る。しかし、本発明では、出発の繊維
間の間隙を充填するのに必要な物質の分量に関して、熱
可塑性物質を過剰に用いることができる。こうして得ら
れるものは基本繊維間の空間を充填するだけでなく、生
成物(繊維をとりまく熱可塑性物質の層)を完全に埋め
込み、このため最終生成物の炭素繊維の容量は約20%
まで低くなる。
本発明による新規の材料はあなのない構造を有するため
、必然的に厚さが薄く、約5龍以下である。これに対し
て他の寸法は制限されず、このため縦長形状またはプレ
ート形状の材料を得ることができる。本発明による材料
は、例えば使用する出発材料が細長い炭素繊維(8状ま
たはコード状)である場合、硬い縦長形状である。しか
し明らかに、−万では前記材料は使用する炭素心の形状
により任意の断面形状(細管の場合、円、卵形、矩形ま
たは中空)を有し、他方では、本発明による材料の形状
は、材料を市場に出す前に、例えば、数枚の基礎プレー
トを一諸に組立てるかまたはこれらプレートを粒状形の
製品を得るように粉砕する等、改変することができる。
また本発明は上述の新規材料の製造方法に関するもので
あり、この方法はニ ー適当に加熱した炭素繊維を熱可塑性物質の流動床に導
入し、 −次いで、熱可塑性物質で被覆した前記繊維を取り出し
た後、 −これを新しく加熱して炭素繊維が可塑性物質によって
完全に広がるように確保する。
特に、本方法は連続的または不達HIlrJに¥施する
ことかできる。
第1の操作は使用する熱可塑性物質の粒子の流動床を実
現することにある。この流動床は、一定の特性(特に密
度および粒度)を示す粒子を用いて流動床を与えること
ができる既知の工業規則に従って製造する。流動床の密
度または粒径のようなパラメーターは本発明方法にはあ
まり重要ではないことがわかった。粒子が一定温度を有
する流動床を用いると時には有利であり、この温度は勿
論、粒子が互いにまたは反応器の壁に被着する傾向のあ
る温度以下にする必要がある。
粒子の流動床を用意する場合、適当に加熱した炭素粒子
を導入する。これら粒子は任意の既知の手段により(炉
中で、炭素が導体であるからジュール効果によって)加
熱することができ、加熱は繊維が流動床に導入される直
前に、または直接流動床で行われる。流動床内での繊維
による熱損失を考慮すると、最も有利な解決は流動床内
で繊維を加熱することであり、このために熱伝導による
加熱を用いることが好ましく、ざらに特にジュール効果
による繊維の内側の熱放出による加熱を用いることが好
ましい。
この加熱を適当な方法で実現する必要があり、この方法
は各場合に次に示すパラメーターに基づき決定される; 一繊維の温度は各可塑性物質に特有の接着温度と・呼ば
れる温度より高くなければな゛らない。この接着温度は
必然的に明らかに、可塑性物質の融解湿度より低く(「
融解」の語はここでは使用する可塑性物質が溶解するか
または軟化するかまたは可塑化することから、広い意味
で用いている)、可塑性物質のガラス質遷移温度より高
い。一連の実地試験は別として、この接着温度を正確に
測定する特別の基準はない。これら試験に用いる可塑性
物質は、前記接着温度が前記可塑性物質の結晶質の融点
以下の約100〜120℃の範囲であることが確認され
た。
一流動床内で適当に加熱した繊維の滞留時間は、繊維上
に析出する熱可塑性物質の公社、前記繊維の温度および
流動床の温度に依存する。日常の実験では、この滞留時
間は0.5〜60秒であると有利であり、明らかに、他
のすべての点では等しく、析出した物質の分量は滞留時
間と共に増加する。
適当量の熱可塑性物質を用いて被覆した流動床から出て
来た炭素繊維は、次いで別の加熱を行い、基本繊維間に
位置する間隔空間全体に熱可塑性物質を十分に分布させ
て、最終生成物の表面仕上を改善する。そこで再び、任
意の既知の手段によって加熱を行うが、この種の加熱に
より炭素繊維自身の熱が放出される事実に基づくと思わ
れるジュール効果による加熱が好ましい。この加熱の条
件は材料により変わる0繊維の温度は熱可塑性物質の1
1!l!点範囲であり、十分な加熱時間(一般に0.1
〜60秒)が許容される。
次いで得られた材料を冷却し、所望の長さに切断する。
本発明はまた、ごれら新規の材料の応用に関するもので
ある。前記材料は、例えば強化部材として棒状で用いら
れ、プレート状では、プレートは互いに瞬合わせてまた
は互いに重ね合わせて配置した矩形断面の材料(平行ま
たは垂直または多方向の繊維)と共に溶接して得られ、
あるいは可塑性物質の技術(例えば射出)による次の変
換のために粒状に切断することができる。
以下、本発明を実施例に基づき説明する。
a)使用した出発物質はニ ー約800・杢のフィラメントから成る炭素繊維、各フ
ィラメントは直径が約7ミクロンである。95%の炭素
を含有し、電気伝導率が1652/m(20℃)である
繊維は断面積がQ、l1m”であり; 一密度が1.04のポリアミド11である熱可塑性物質
、融点186℃;この物質は粉末状で用いられ、粒子の
平均粒径は約160ミクロンであり; b)熱可塑性物質を反応器で流動床の形にし、適当な空
気流を用い; C)炭素繊維(長さ403)を2個の電気接点の間に引
伸ばし;前記繊維を流動床に浸漬し、あらかじめ定めた
時間で電流を流し;この電随を、あらかじめ見積った固
定値に繊維温度をもっていくように選択し; d)加熱流を中断した後、繊維を流動床から取り出し電
流による別の加熱を行い;この第2の加熱では、使用す
る電流は繊維温度を約15秒間少なくとも190°C(
電圧50Vと電流の強き0.6 OA >にする必要が
ある。これらの条件で操作C)の間に繊維上に析出した
ポリアミドを、心を介して広げ間隙のない材料を構成す
る。
次表は種々の試験における操作条件と得られた結果を示
すものである。
この表にはニ ーサンプル数、 一上記操作C)で使用した操作条件、(ジュール効果に
より加熱した繊維をポリアミド粒子の流動床に通す。)
これらの条件は一方では、前記繊維が流動床に流れる際
に繊維の両端間に送出される電圧U(ボルト)であり、
他方では、前記流動床内の繊維の滞留時間(秒)であり
、 一上記操作d)で使用した操作条件。これらの条件もま
た、繊維の両端間に送出される電圧(ボルト)であり(
この場合実際は、加熱は同様にジュール効果である)、
加熱時間(秒)であり、〜得られた結果は、本発明の最
終生成物における炭素繊維の容量%で表した。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 120〜65容量%の長い配向した炭素繊維と、この炭
    素繊維間の全間隙を充填する熱可塑性物質から成る複合
    材料を製造するに当たり  ニ ー適当に加熱した炭素繊維を熱可塑性物質の粒子の流動
    床に導入し、 −次いで、熱可塑性物質で被覆した前記炭素繊維を取り
    出した後、これに別の加熱を行い炭素繊維が可塑性物質
    によって完全に広がるように確保する、 各工程から成る炭素繊維と熱可塑性物質の複合材料の製
    造方法。 2 最初の加熱を熱可塑性物質の接着温度に少なくとも
    等しい温度で行い、第2の加熱を熱可塑性物質の融解温
    度に少なくとも等しい温度で行う特許請求の範囲第1項
    記載の方法。 & 長い配向した炭素繊維と、この炭素繊維間の全間隙
    を充填する熱可塑性物質から成り、前記炭素繊維が20
    〜65容量%含まれ、生成物の形で厚さが5sw++以
    下である炭素W&維と熱可塑性物質の複合材料。 4  熱可m性物質がエンジニアリングサーモプラスチ
    ックである特許請求の範囲第8項記載の複合材料。
JP57185330A 1981-10-21 1982-10-21 炭素繊維と熱可塑性物質の複合材料およびその製造方法 Pending JPS58131027A (ja)

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FR8119766 1981-10-21
FR8119766A FR2514688A1 (fr) 1981-10-21 1981-10-21 Materiau compose de fibres de carbone et d'une matiere thermoplastique, procede de preparation et application dudit materiau

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JP (1) JPS58131027A (ja)
AT (1) ATE20446T1 (ja)
DE (1) DE3271782D1 (ja)
DK (1) DK465382A (ja)
ES (1) ES8404229A1 (ja)
FR (1) FR2514688A1 (ja)

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JPH02214639A (ja) * 1989-02-14 1990-08-27 Sekisui Chem Co Ltd 長尺複合成形体の製造方法
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EP0077733A1 (fr) 1983-04-27
DK465382A (da) 1983-04-22
ES516659A0 (es) 1984-04-16
ATE20446T1 (de) 1986-07-15
FR2514688A1 (fr) 1983-04-22
DE3271782D1 (en) 1986-07-24
FR2514688B1 (ja) 1984-09-28
EP0077733B1 (fr) 1986-06-18
ES8404229A1 (es) 1984-04-16

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