JPS6028543A - 炭素繊維強化熱可塑性樹脂成形用材料 - Google Patents

炭素繊維強化熱可塑性樹脂成形用材料

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JPS6028543A
JPS6028543A JP58137334A JP13733483A JPS6028543A JP S6028543 A JPS6028543 A JP S6028543A JP 58137334 A JP58137334 A JP 58137334A JP 13733483 A JP13733483 A JP 13733483A JP S6028543 A JPS6028543 A JP S6028543A
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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】 この発明は、繊維強化熱可塑性樹脂成形用材料に関づる
繊維強化熱可塑性樹脂(以下、FRTPという)の成形
用材料としては、従来、たとえばナイロン繊維、ポリエ
ステル繊維、ポリプロピレン繊維などの熱可塑性m維と
補強繊維との交織織物が知られている。このような成形
用材料にJノいては、成形時の加熱、加圧によって熱可
塑性繊維が溶H1t L、FRTPの、いわゆる71−
リクス樹脂を形成づる。
しかしながら、ナイロン、ポリエステル、ポリプロピレ
ンなどをマトリクス樹脂とするF RT l)は、樹脂
の伸度が大きいので衝撃に強いという特長を有する反面
、ガラス転移点が高々80℃程度であるので耐熱特性が
低く、一般のS造材はともかく、たとえば航空機用構造
材など、高い耐熱特性が要求される分野には使えない。
一方、近年、より耐熱性の高いポリエーテルエーテルケ
トン(2以下、PEEKという)を使用した成形用材料
も検討されている。
PEEKを使用した成形用材料は、補強繊維を互に並列
かつシート状に配列した、いわゆる一方向引揃体に溶融
PEEKを含浸し、凝固してなるシート状まだ゛は板状
4体からなっている。しかしながら、この従来の成形用
材料は、PEEKが凝固して補強Ili維と一体になっ
たシート状体または板状体であるから、その厚みにもよ
るが極めて剛直であり、平板状のFRTPを成形する揚
台はともかく、二次曲面や三次曲面のような複雑な形状
をもつFRTPの成形は実質上無理である。
この発明の目的は、PEEKを使用した従来の成形用材
料の上記欠点を解決し、ドレープ性や可とう性に富み、
複雑な曲面をもつようなF RT’ Pでも容易に成形
することができ、しがも耐熱特性が良好で、航空機用構
造材のように極めて高い信頼性が要求されるような用途
に適しj: F RT pを成形することができる成形
用材料を提供するにある。
上記目的を達成するために、この発明においては、ポリ
ニーデルエーテルケトンからなる繊維または繊維状物と
、補強繊維とを、織物、編物またはマットに組織してな
ることを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂成形用祠斜が
提供される0この発明に+15いてPEEKとは、たと
えば特開昭54−90296号公報に記載の方法によっ
て製造される仝万香族の結晶性品分、子であり、次の横
端式をもつものである。
上記PEEKは、ガラス転移温度が約150’C1溶融
温度が約340’C1熱分解温疫が約/loO℃といっ
たように、優れた耐熱特性をもっでいる。
性串が約390 K g/mm2と、力学的特性におい
ても優れている。さらに、破断伸反は約25%で、繊維
強化樹脂のマトリクス樹脂として最も一般的なエポキシ
樹脂のそれの5%前後どいつ値にくらべて格段に高く、
靭性が高い。
そして、この発明においては、上記P E E Kを、
通常の溶融紡糸法により紡糸して得られる!l維の形態
で使用する。この場合、繊維はモノフィラメントであっ
てもマルチフィラメントであってもよいが、単糸径は5
〜100μ程度である。マルチフィラメントの場合は、
上記単糸径の単糸が5〜10.000本程皮果合したよ
うなものであるのが好ましい。このようなJllffl
は、織物や編物の場合には連続繊顆の形態で、またマツ
1−の場合には平均繊維長1〜50mm程度の短m #
ICの形態で用いられる。
PEEKはまた、通常の製膜法によって得た厚み5〜3
00μ程度のフィルムを、0.:3〜5mm程度の幅で
長手方向にスリットして得られる、いわゆるスリットヤ
ーンの形態であってもよい。ずなわら、この発明におい
ては、このような、いわゆる繊維状物を使用してもよい
ものである。そして、スリットヤーンも、成形用材料が
織物や編物である場合には連続した形態で、マツ1〜で
ある場合には平均長1〜50IllIII程度に切断し
た形態で使用する。なお、スリットヤーンもまた、ただ
1本で使用してもよいし、束状にして使用してもよいも
のである。
補強#I雑としては、4IN強化樹脂の補強繊維として
通常使用される、たとえば炭素繊維、ガラス繊維、有機
高弾性繊肩1(たとえば、ポリアラミド繊維)、ボロン
繊維、シリコンカーバイド繊維などの高強痕、高弾性繊
維を使用づる。これらの補強繊組は、単糸径5〜100
μ程度で、通常マルチフィラメントの形態で使用する。
PEEKの繊維またはIaN状物と41j強繊維との使
用割合は、成形材料の形態によって相違するものの、補
強繊維が3〜75体積%程度になるようにJoるのが好
ましい。たとえば、織物形態の場合には45〜70体積
%であるのが好ましい。成形用材料における補強繊維の
体積含有率は、得られるFRTPの強度や弾性率を支配
するから、使用目的に応じて上記範囲内で決定するよう
にする。
この発明の成形用材料の一実FM態様を説明するに、第
1図(概略平面図)に示すものは、互に並行するように
引き揃えた補強繊H1ど1)EEK!li維2(いずれ
もマルチフィラメント)を1組として、このように1H
It[の組を、いわゆる経糸および緯糸として平組織し
たものである。つまり、この成形用材料は平織物である
上記のような成形用材料は、加熱するとPEEKlli
維のみが溶融して補強繊維に3浸され、FRTPのマト
リクスとなる。換言すれば、補強繊維は溶融せず、FR
TP中に平組織を保持したまま残るので、補強繊維の平
織物でPEEK樹脂を強化してなるFRTPが得られる
わC)である。
第2図は別の実施態様を示すもので、補強繊維1とPE
EK繊維2をそれぞれ単独で使用し、それらを1本交互
に配列して平組織したbのである。
この成形材料によっても、上記第1図に示したものと同
様、補強繊維の平織物でP E E K樹脂を強化して
なるF RT Pが得られる。
第3図(概略断面図)は、さらに異−なる実施態様のこ
の発明の成形用材料を示゛すものである。この成形用u
判は、いわゆる経糸または緯糸としてP E E K繊
維2のみを使用し、それと交錯する緯糸または経糸に補
強繊維1とP IE E K繊維2を1組として使用し
たものである。この態様によれば、成形後のFRTP中
には、補強繊維1のみが、それも一方向に引き揃えられ
た形で残り、あたかも補強繊維の一方向引揃体でPEE
Kを強化してなるようなFRTPが得られる。
第4図(概略断面図)は、上記第2図に示した態様の成
形用材料において、経糸または緯糸はそのままとし、緯
糸または経糸として、補強繊維1どPEEK繊[2を1
組とし、かつPEEK繊維2が補強繊維1の内側になる
ように配置したものである。このようにPEEK繊#1
12を補強繊維1の内側に配置すると、経糸と緯糸の交
錯部における補強#J&紺への樹脂含浸がより容易に行
われるようになるので好ましい。
上記においては、補強11雑とPI三EK!I!iIと
が平組織されている場合について説明したが、他の、た
とえば綾組織や朱子組織であってもよい。また、三次元
織物(三輪織物)であってもよいし、I]紐のように組
織されたものであってもJ:い。さらに、織物の場合、
その経糸と緯糸が織物の長手方向に対して斜め方向に配
置されている、いわゆるバイアス織物であってもよい。
また、編物として組織されていてもよい。編物としては
、たとえば、補強繊維とPEEKm維を1本交互に配置
したものを、補助糸、たとえばPEEK繊維やガラスl
l$Mなどで編んだ、1種の経編を使用することができ
る。さらにまた、補強II雑知繊紺とP E E K 
4AIi雑短繊維との分散体をバインダで結着して、開
繊マットやストランドマットなどのマツ1−に組織して
もよいものである。
この発明の成形用材料を使用したFRTPの成形は、た
とえば次のようにして行う。
りなわら、まず、所望の形状をした金型に、この発明の
成形材料を、その繊維軸が所望の方向になるように、か
つ所望の枚数積層する。
次に、上記積層体の面を、PEEKよりも高い融点を有
し、かつ微粗な孔を右Jるフィルム、たとえば多孔性ポ
リイミドフィルムで覆い、その上にブリーダクロスとし
てガラスクロスなどを置き、さらにその上をPEEKよ
りも高い融点を有する、たとえばポリイミドフィルムで
覆い、金型との間をシールづる。
次に、最上部のフィルムと、積層体おJ−びブリーダク
ロスとの間を減圧状態にづ゛る。これによって積層体が
固定され、成形時のずれが防止できる。
次に、オートクレーブ中で加圧した後加熱してP I三
E K繊維の溶融と補強繊維への2浸を行う。
このときの加圧力は7〜20KCI/Cll12程度で
あり、また加熱温度は370〜400℃程瓜である。
次に、40〜b を室温までもどし、成形体、つまりFRTPを取り出ず
上記方法において、成形用材料を積層する際に、必要に
応じて、積層面間に、補強繊維のみ、またはPEEK繊
維のみからなる織物やマットを適宜介挿し、FRTP中
における補強繊維やPEEKの体積含有率を制御するよ
うにしてもよい。
以上説明したように、この発明の成形用材料は、PEE
Kを繊維または繊維状の形態で、しかも補強繊維との織
物、編物またはマットの形態で使用しているので、ドレ
ープ性や可どう性に優れ、複雑な形状のFRTPを成形
する場合でも型によく沿う。そのため、成形が容易であ
るばかりか、均質なFRTPを成形することができるよ
うになる。
また、PEEKは熱的、機械的特性、特に熱的特性に優
れているから、得られるF RT I)は極めて良好な
耐熱特性を示す。
実施例 補強繊維として東し株式会社製炭素繊帷゛トレ力”T3
00(単糸数3000本)を、繊維状PEEKとして、
厚み50μ、幅nunのスリットヤーンを横断面積が0
.15mm2になるように束ねにものをそれぞれ準備し
た。
次に、経糸として、上記炭素繊維とPEEKの束とを交
互に、かつそれぞれの密度が3.5本/cmになるよう
に使用し、一方緯糸としてPEEKの束を密度が3本/
cmになるように使用し、一方向性の平織物を得た。
次に、上記平織物をその炭素繊維の方向を揃えてfa層
し、上述したオートクレーブ成形法を用いて厚み2+1
1111のFRTP板を得た。このとき、加圧力は15
Kg/cm2とし、加熱温度は390℃とした。なiJ
)、上記FRTP板の炭素繊維体積含有率は約55%で
ある。
次に、上記FRTP板から、炭素繊維の繊維軸方向を長
手方向とする長さ84.nun1幅12.5mmの試験
片を切り出した。
次に、上記試験片について、3点曲げ試験法により、ス
パン間隔を64mmとし、室温(23℃)、80 ’C
63よび100℃におりる長手方向の曲げ弾痕を測定し
たところ、それぞれ169K(J/n+m2.162K
g/mm2.152KcJ/mm2Fあり、温なかった
。なお、このときの測定は、試験片をその温度に10分
間晒した後に行った。
次に、同様の試験片について、ショートビーム法により
、上記それぞれの温度にお1プる層間剪断強度を測定し
たところ、それぞれ10.7Kg/111m2.10.
3Kg/mm2.9.8K(J/mm2 テあり、やは
り温度依存性は極めて少ながった。
比較例 実施例1にお【プるPEEKの束を、同一横断面積をも
つナイロン66スリツトA7−ンの束に置き換えた一方
向性織物を使用し、以下実施例と全く同様にして、しか
し加圧力を7Kg/cIl12、加熱温度を290℃と
してFRTP板を成形した。このFRTP板の炭素繊維
体積含有率は、約57%であった。
次に、上記FRTP板から実施例と同様の試験片を切り
出し、実施例と同様の条件で、常温および80℃におけ
る曲げ強度を測定しにヶころ、それぞれ162Kg/m
m2 、91 K(7/mm2 テアリ、実施例の−b
のにくらべて常温ではそれほど外がないものの、80℃
においては常温の場合の約56%にまで低下し、著しい
温度依存性をボした。また、実施例と同様に測定した、
上記温度における層間剪断強度は、それぞれ9.4Kg
/mm2.6゜4Kg/mm2であり、やはり著しい温
度依存性を示した。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第4図は、それぞれ異なる実Mfa態様のこの
発明の成形用材料を示す概略図で、第1図および第2図
は平面図、第3図J3よび第4図は断面−図である。 1:補強機紐 2:PEEK繊1(1(ポリエーテルエーテルケトン繊
維) 特許出願人 東し株式会社 第1図 / 2 第3図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. ポリエーテルエーテルケトンからなる繊維または綴紐状
    物と、補強繊維とを、織物、編物またはマットに11織
    してなることを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂成形用
    材料。
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