JPS6049214B2 - 炭素繊維強化複合材料 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は炭素繊維の優れた物性を反映した耐熱性、耐薬
品性ならびに機械的強度等に優れた炭素繊維強化複合材
料（以下ＣＦＲＣという）に関する。

ＣＦＲＣは軽量で卓越した機械的、化学的もしくは電気
的性質を有するために各種の構造用部材として広く使用
されているが該ＣＦＲＣを構成する炭素繊維とマトリッ
クス樹脂との接着性、マトリックス樹脂の耐熱性、機械
的性質によりＣＦＲＣの性能は必すしも満足すべきもの
ではなく、用途、たとえば航空・宇宙用途等によつては
さらに高性能のＣＦＲＣが要求されている。

このＣＦＲＣに要求される性能のうち、耐熱性や耐薬品
性などはマトリックス樹脂の種類に影響されるところが
大きく、たとえば炭素繊維に対する接着性が良好で広く
使用されているエポキシ樹脂は耐熱性が不十分であり、
耐熱性に優れているポリイミド樹脂は成形性が悪く、生
産性ならびにコスト上一般産業用としては不適である。

また、耐熱性、耐薬品性に優れ、しかも加熱効理によつ
て鎖延長もしくは架橋反応が起こり、而・熱性をさらに
向上させることができる熱可塑性σポリフェニレンサル
ファイド樹脂があるが、この樹脂は熱可塑性を有する未
架橋のポリフェニレンサルファイド樹脂を炭素繊維に含
浸した後の熱処理時に該ポリフェニレンサルファイドの
架橋反応に伴つて発生するラジカルが炭素繊維を劣化さ
せること、その伸びが小さいために成形後のＣＦＲＣは
サーマルクラックが発生し易く、強度や層間剪断強度（
以下ＩＬＳＳという）が低いことおよび上記架橋化のた
めの熱処理に伴う成形時間の延長が”生産性を低下させ
ることなどのために、ＣＦＲＣ用マトリックス樹脂とし
て多くの優れた特徴を有しながら未だ実用化されるに至
つていない。本発明の目的は上記ポリフェニレンサルフ
ァイドをマトリックス樹脂の主要成分として用いてい７
るにもかかわらずその欠点がなく長所を十分に具備した
高性能ＣＦＲＣを提供するにあり、他の目的はポリフェ
ニレンサルファイドの欠点である可撓性が改良され、炭
素繊維の劣化、ＣＦＲＣのサーマルクラック等が実質的
に生じない樹脂組成物ををｏ提供するにある。

このような本発明の目的は前記特許請求の範囲に記載し
たように、ＣＦＲＣの樹脂として特定範囲量のポリスル
ホンを配合したポリフェニレンサルファイド樹脂組成物
を用いることにより達成する冫５ことができる。

本発明に用いるポリフェニレンサルファイドは主要構成
単位として一般式（１）で示される繰返し単位を有する
ポリマであつて、具体的には、米国フイリツプス・ペト
ローリアム社の′６ライトン′５〜一１，゜“ライトン
゛Ｐ−４などの例示すること力できる。

しかしながら、本発明においてはポリフェニレンサルフ
ァイドは炭素繊維に対する含浸性の点がら未架橋のバー
ジンポリマ、たとえば゜゜ライトゾ゛Ｖ−１のように溶
融粘度が低いものがよい。

゛一 とＨ−２ ゛５などを例示することが
できる。

本発明の特徴は炭素繊維に含浸すべき樹脂としてポリフ
ェニレンサルファイド単独ではなく、ポリスルホンを配
合した樹脂組成物を用いる点にある。

すなわち、未架橋のポリフェニレンサルファイドを単独
で用いるときは十分な強度がないため、炭素繊維に含浸
させた後直ちに成形加工したものは、十分除冷してブレ
スから取出してもサーマルクラックが生成するため強度
、ＩＬＳＳとも著しく低いものしか得られない。そのた
め、未架橋Ｊのポリフェニレンサルファイドは加熱処理
して架橋させなければならないので、加熱処理に伴う成
形時間の延長が生産性を著しく低下させる一方、ポリフ
ェニレンサルファイドの架橋反応中に生成するラジカル
の為に炭素繊維が劣化して強度低下≦をきたす。それ故
、未架橋のポリフェニレンサルファイドを炭素繊維に含
浸させた後加熱架橋させることによりブレス成形後のサ
ーマルクラックの発生を防止することはできるので室温
での強度やまたポリスルホンとしては、その主要構成単
位が一般式（２）で示されるポリマである。ただし、上
式中Ａはエーテル炭素原子、および／または２価の脂肪
族基により中断されていることがある２価の芳香族基を
示す。

具体的には、米国ユニオン・カーバイド社の次式で示さ
れるポリスルホン，４−／ ］ｎ ぃ．：ニ！：３１ぃ。

８ぃハ（小Ｊれるポリエーテルスルホン、１＼、一／
＼、−／ ＼、 ／ ク 米国カーボランダム社の次式で示されるポリアリル
スルホン、＼ ／ 一″２ ） たあまり少なすぎると前記ポリフェニレンサルファイド
の欠点を改良する効果が小さくなるので好ましくない。

ポリフェニレンサルファイド７０〜９８重量％、ポリス
ルホン３０〜２重量％の範囲内で配合することにより、
はじめて本発明の目的を有利．に達成することができる
。本発明の樹脂組成物を炭素繊維に含浸する手段として
は特に限定されるものてはなく、各種の方法があるが、
たとえば、あらかじめポリフェニレンサルファイドとポ
リスルホンとを前記範囲内で，配合した樹脂組成物を炭
素繊維に含浸させたり、炭素繊維にいずれか一方の樹脂
成分を含浸させた後他方の樹脂成分を含浸させてもよい
。

また、ポリスルホンを溶剤、たとえば塩化メチレンのよ
うなハロゲン化炭化水素に溶解し、この溶液にポリフェ
ニレンサルファイド粉末を分散させた樹脂組成物を炭素
繊維に含浸させ、ついで溶剤を除去してもよい。さらに
本発明樹脂組成物を加熱、好ましくは３００〜３６０゜
Ｃの温度に加熱して溶融し、これを炭素繊維に段階的も
しくは連続的に含浸，成形してもよい。成形は通常３０
０〜３６０゜Ｃて少なくとも１００ｋ９／Ｃｄの加圧下
に行ない、ついで徐冷もしくは急冷することができる。
本発明になるＣＦＲＣは次のような優れた特徴を有する
。（１）ポリフェニレンサルファイドに起因する炭素繊
維の劣化、サーマルクラツククがなく、しかもポリフェ
ニレンサルファイドの優れた耐熱性，耐薬品性，炭素繊
維に対する接着性が保持された高性能ＣＦＲＣである。

（２）ポリスルホンの配合によつてマトリックス樹脂の
可撓性が改良され、たとえばプリプレグは優れたハンド
リング性を示す。

（３）成形時間が短縮され、含浸一成形の連続化が可能
になるので生産性が著しく向上する。

なお、本発明に使用する炭素繊維は、レーヨン系，ポリ
アクリルニトリル系，ピッチ系などいかなる種類のもの
でもよいし、炭素繊維の形態もヤーン，ローピング，カ
ットファイバー，織物，編物，組物などいずれの形態で
もさしつかえない。

以下実施例によつて本発明の内容をさらに詳細に説明す
る。実施例 米国ユニオン・カーバイド社のポリスルホンを塩化メチ
レンに溶解させた溶液に、米国フィリップス●ペトロー
リアム社のポリフェニレンサルファイド樹脂゛ライトン
゛■−１を種々の割合で分散させて樹脂溶液を調整した
。

次に、炭素繊維゜４トレが゛Ｔ−３（１）使いタテ／ヨ
コ１：１の炭素繊維クロスに、前記樹脂溶液を含浸させ
た後塩化メチレンを除去してプリプレグを作成した。な
おポリフェニレンサルファイドとポリスルホンの比率は
前記樹脂溶液の両者の混合比率を変えることによつてポ
リスルホンの添加率を２〜１００重量％の範囲で変化さ
せた。また別のポリフェニレンサルファイドを前記トレ
カクロスに均一に分散させて３５０℃で加熱溶融させて
１００％ポリフェニレンサルファイドのプリプレグを作
成した。そこで得られたプリプレグを積層して金型に入
れ３５０゜Ｃで３０分加熱架橋させた後、１１０ｋｇ／
Ｃｌｔ〜４００ｋｇ／ＣＩＬの範囲で加圧し、加圧後直
ちに冷却し、金型が１５０℃まで冷却した時点で成形品
を取出した。成形品は１５０′Ｃで２時間アニーリング
を行なつた後、ＡＳＴＭＤ−２３４４ならびにＡＳＴＭ
Ｄ−７９０に準じて曲げ強度ならびにＩＬＳＳを測定し
た。結果は表１に示したように、ポリスルホンの添加率
が２重量％より少ないと室温物性が低く、逆に３鍾量％
より多くても物性が低いことがわかる。なお、成形品の
繊維含有量は５踵量％に調整した。比較例 実施例で作成した１００％ポリフェニレンサルファイド
のプリプレグを用いて、加熱架橋時間を２時間に延長し
て架橋時間の影響を検討した。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 約７０〜９８重量％のポリフェニレンサルファイド
   および約３０〜２重量％のポリスルホンを主、成分とす
   る樹脂組成物を含浸してなる炭素繊維強化複合材料。