JPS592815A - 繊維強化熱可塑性樹脂複合材料の製造方法 - Google Patents

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】 本発明は通電発熱性を有する連続した強化繊維からなる
織編成物あるいはマット状もしくは一方向に配列したシ
ート状等の組織体とマトリックスとなる熱可塑性樹脂材
料とを成形時に重ね合わせ、加圧しながら、組織体を通
電加熱することにより、樹脂を溶融して組織体に含浸せ
しめ、１、繊維強化複合材料を得る方法に関するもので
ある。

従来炭素繊維は、その卓越した比強度、比弾性率などの
コンポジット特性ならびにその軽量性などにより、各種
の構造部材として広く使用されているが、複合材料の製
法としては加圧しながら、熱可塑性樹脂を融点もしくは
軟化点以上に加熱して、°低粘度の溶融状態とし、強化
繊維に含浸せしめて冷却固化層、所定の形状に賦型する
方法が一般的そある。加熱の熱源には電気、〃ス、蒸気
、熱油等があるが、主に電気による外部加熱方式がとら
れており、−例として圧縮成形の場合は、所定の面積を
持つ上下２枚の熱板を加熱し、中間に金型をはさんで熱
を伝導させる方法である。しかじなか・やこの方法では
賦型する成形物に比較して金型の容積が太きいために、
瓶定温度に昇温するのに、長時間を要し、加熱板の放熱
量と併せて相当のエネルギー損失となり、加工コストの
増大にもつながる。

本発明はか又る問題を解決するために、炭素繊維の電導
性に着目したものであり、省エネルギーからくる加工コ
ストの低減、さらには均一な加熱によって材料の均質化
を狙いとする複合材料の製造方法に関するものである。

即ち炭素繊維あるいは炭化珪素のような炭化系繊維は電
導性であるため、通電によってジュール熱を発生するが
、特にアクーリル系、ピッチ系、セルロース系繊維のよ
うなグラファイト構造を有する繊維はか〜る特性が顕著
である。例えば平均直径８μの炭素繊維６０００本を引
揃えたトウ１ｍに９Ａ、８Ｖの直流電流を流すと、士数
秒后に約２５０℃に昇温する。

炭素繊維を用いて複合材料を得る方法としては、織成物
等の組織体と熱可塑性樹脂材料とを重ね合わせ、金型に
入れ加熱加圧によって樹脂を組織体に溶融含浸せしめ冷
却固化するの・が一般的であるが、本発明では、か〜る
加熱法を前記の如く、通電発熱性を有する炭素繊維の特
性を利用して行なうものであり、該方式により均一な加
熱が可能で、同時に繊維と樹脂との接着性をも向上させ
ることができる。即ち、強化体である炭素繊維自体が周
囲の樹脂よりも先に昇温するために繊維表面に接する樹
脂の粘度低１が他の部分の樹脂よりも早く、接着がアン
カー効果に負う比率が高い場合に、この効果が確実に発
揮されるからである。

本発明に用いられる樹脂としては、熱可塑性を有するも
のであれば、いかなる樹脂でも可能であるが、具体的に
はポリエチレン、ポリ゛プロピレンなどのポリオレフィ
ン類、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレン。テ
レフタレートなどの熱可塑性ポリエステル類、ナイロン
６６゜ナイロン６、ナイロン６などのポリアミド樹脂。

ポリカーボネート類、ポリスルホン、ポリエーテルスル
ホンなどのポリスルホン系樹脂、ポリフェニレンサルフ
ァイド、等がある。また樹脂材料の形態にはフィルム、
シート状物、粉体。

粒体、繊竺等からなる布縁状物などを例示することがで
きる。

以下図面に従ってさらに詳細に説明すると、第１図は通
電発熱体である強化繊維がタテ糸。

ヨコ糸の形で互に交叉して織成物（１）を形成し、これ
ら織成物と熱可塑性樹脂フィルム（２）を交互に積層し
たあと、加圧し、織成物の端部（３）　（３’）を電極
として２次いでいずれか一方の電極に通過電流調整用ス
ライダック（４）を配置し、更に電極の他方を電源（５
）　Ｋ接続して通電可能な状態にする。か又る状態で前
記織成物に通電すると、該織成物は通電する電流電圧に
応じて加熱され、この熱は当然のことながら、織成物か
ら樹脂に伝導し、該樹脂を加熱する。加熱温度が溶点以
上に達すると、樹脂の含浸が進み、所定時間経過したあ
と、冷却することによって樹脂が固化して織成物と樹脂
が一体化した優れた複合材料が得られる。第２図は通電
発熱体であるマット状もしくは一方向シート状の組織体
（６）と樹脂粉体（７）を重ね合わせて加圧し、該組織
体の両端部（８）、　　（８’）をリード線のついたク
ランプ（９）、　　（９’）で把持させ、次いでいずれ
か一方のリード線に通過電源調整用スライダック（４）
を配置し、更にクランプ（９）、　　（９’）の他端を
電源（５）に接続して、通電可能な状態にして、通電す
ると、組織体から樹脂に熱伝導して樹脂が組織体へ溶融
含浸して所定時間経過后、冷却することによって樹脂が
固化すれば、組織体と樹脂とが一体化した優れた複合材
料が得られる。このように通電加熱法によって均一な４
口熱成形を実施することができる。

第３図はその状態を模型的に図示するものであるが、第
３図（イ）は織成物の複合材料を成形する場合通電加熱
によって織成物の内部、外部の昇温曲線がどのようにな
るかを示したものである。通電加熱が内部加熱であるた
め、当然内部の方が外部に比して加熱直后の昇温は若干
速いが、繊維と樹脂とがはｙ均一に分布されているため
、通電開始后、所定温度に到る迄の時間Ａが内、外部共
に同時となり、それだけ均一でかつ短時間に昇温か達成
される。これに対して通常の外部加熱の場合を第３図（
ロ）に示すが外部から加熱するため、外部の昇温時間を
図においてＡとすると、内部が昇温直后より外部に比し
て昇温か遅れ、所定温度になる時間Ｂは外部よりかなり
遅れる。従って（Ｂ−Ａ　）時間だけ余分に処理時間が
増えることになる。

上記通電加熱による複合材料の成形を従来の外部加熱よ
り効果的に実施するためには繊維の通電特性および複合
材料の繊維体積含有率がある範囲内に入ることが種々検
討した結果間らかになった。まず通電加熱される繊維の
導電性と発熱量との関係を決定づける体積電気抵抗値が
重要となる。即ち体積電気抵抗値が大きい程ジュール熱
が発生し易いが、直接発熱に関与するのは電流量であり
、体積電気抵抗値が高過ぎても電流が流れず発熱し難い
。通常の工業あるいは家庭用電流による通電加熱の場合
、繊維の体積電気抵抗値は１０−４〜１０−１０・ｍの
範囲にあることが必要で好しくは１０−３０・ｍ付近の
値である。次に繊維と樹脂との体積含有率は複合材料の
強化効果あるいは通電加熱時の樹脂への熱伝導率から当
然適正な範囲があり好しくは繊維含有率で４０〜９０％
である。

以下実施例により、本発明を具体的に説明する。

実施例 体積電気抵抗値が２．０１９８　Ｘ　１０−３Ω・ｍで
ある炭素繊維（平均直径８μフィラメント数３，０００
本）を織成した８枚朱子目付４２０Ｆ汐の織成物を所定
の寸法にカットし、繊維体積含有率が約６０％になるよ
うにナイロン６フィルムと該織成物を積層し、圧力１０
　ＫＶｃｒｉでプレスしながら、織成物の両端部にリー
ド線を接続して直流電流を通電シタ結果、１５Ａ、ＩＯ
Ｖの電流電圧で、２３０’Ｃに加分で到達した。この条
件で５分間加熱したあと、電源を切り、冷却して、樹脂
が固化した結果、織成物と樹脂とが一体化した複合材料
が得られたが、これは外部加熱方法で得たものとは父同
−の物性であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は通電加熱する繊維の織成物と樹脂フィル弘との
積層体を加圧しながら、織成物の両端部を電極として通
電加熱することにより織成物に、樹脂を溶融含浸せしめ
たあと、冷却固化して複合材料を得る方法の略図であり
、第２図は第１図と同様な方法によってマット状もしく
はシート状の組織体と樹脂粉体とによって複合材料を得
る例を示している。第３図は、熱可塑性樹脂をマトリッ
クスとして、通電発熱体である織成物を強化体として複
合材料を得る方法において（イ）は通電加熱によって樹
脂溶融処理をした場合の内部、外部の昇温曲線、（ロ）
は従来の外部加熱による処理をした場合の内部、外部の
昇温曲線を示す。 特許出願人　三菱レイヨン株式会社 代理人弁理士　　　　１）村　武　敏 第１図 １゛ 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 通電加熱性を有する同種または異種の連続した強化繊維
   を織編成物あるいはマット状もしくは一方向に配列した
   シート状にすることにより繊維同志が互いに接触、交叉
   、交絡した組織体を形成し、該組織体と熱可塑性樹脂材
   料とを重ね合わせ、加圧しつつ該組織体に通電せしめる
   ことにより、該熱可塑性樹脂１．材料を融点もしくは軟
   化点以上の温度にて加熱し、組織体に樹脂を含浸せしめ
   て所望の形状に成形することを特徴とする繊維強化複合
   材料の製造方法。