JPS62189124A

JPS62189124A - ３次元繊維強化樹脂複合材料の製造法

Info

Publication number: JPS62189124A
Application number: JP61309279A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kosuda; 小須田　弘幸; Kenji Niijima; 新島　健二
Original assignee: Toho Rayon Co Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 1986-12-27
Filing date: 1986-12-27
Publication date: 1987-08-18
Also published as: JPH0339821B2

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３次元Ｉ１組強化樹脂複合材料の製造法に関す
るものである。

従来、炭素をマトリックスとし、ガラス繊維、炭素繊維
、その他の繊維を強化材としたｍ雑強化樹脂複合材料は
広く知られており、構造材料として実用化されている。

一般的繊維強化樹脂複合材料は、強化材として、ｍ維の
織物、不織布の如きランダムウェブ、一方向配向１１ｆ
ｆ１等を平面又は曲面に積層し、且つ未硬化樹脂を含浸
させて、これを加圧加熱して該樹脂を硬化させ、樹脂複
合材料とする。このものは、更にこれを非酸化性雰囲気
中で焼成して炭素繊維強化炭素複合材料（ＣＦＲＣ）と
することができる。

しかし、このような方法で得られた樹脂複合材料は、強
化材の積層面での剥離がおこり易く、また、面方向の強
度、弾性等は充分に持たせ得るが、面と直角方向の強度
、弾性等は強化材の影響が少く平面的用途以外の用途に
は不向であつ　ｌご　。

このような問題点を改良する方法として、強化材繊維に
て予め３次元織物を作り、これに未硬化樹脂を含浸させ
、次いで硬化、炭化させる方法がある。

しかし、このような方法において、３次元織物の構造を
密にすると樹脂の含浸が困難となり、複合材料の中に気
泡が生じ易く、さればといって樹脂の含浸を容易にすべ
く織物の構造を疎にすると複合材料本来の性能が得られ
封く、また樹脂硬化時の加圧圧縮により加圧方向に繊維
が傾斜してしまう傾向がある。更に他の方法として、予
め成形された棒状の複合材料を３次元方向に組み立て、
樹脂で固定する方法も提案されている（例えば特開昭５
４−１５９４８９＠）。

しかし、この方法は、非常に手数がかかるうえに８Ｍ含
有量を高めることが困Ｈで、更に棒状複合材料の間に強
化材を含まない部分が生ずるという問題が残る。

本発明者等はこのような問題点を改良するために研究の
結果、予め成形された繊維束ニードルと未硬化樹脂を含
浸した織物、マット等とを組み合せて使用することにに
り容易に３次元複合材料とづることができ口つ充分な性
能を有する炭素複合材料とづることかできることを見出
した。

プなわら、本発明は、未硬化樹脂を含浸した織物又はマ
ット状繊維をｆＩｉ層し、更に各層間を貫通して、繊維
束を強化材としたＦＲＰニードルを配し、次いで該ニー
ドルの方向に加圧加熱して未硬化樹脂を硬化することを
特徴とづ′る３次元繊維強化樹脂複合月料の製造法であ
る。

このような複合材料は、積層面方向のみならず各層間に
貫通されたニードルによって而に対し、直角方向にも所
望の性能をもたせることができる。

本発明において使用される強化材としての繊維は、炭素
繊維、ガラス繊維、炭化硅素＃１．Ｈ。

ボロン繊維、アルミナｍ紺、高弾性有機繊維（例えばケ
ブラー）等であり、これらの織物、不織布、マット等を
積層し、又は　１方向引き揃えプリプレグを多方向にＷ
４層し、次いで各層間にニードルを貫通さける。当然の
ことではあるが、２種以上の繊維を用いて成形すること
もできる。

マトリックスとしての樹脂材ｒ１は、エポキシ、ポリエ
ステル、ビニルエステル、フェノール、フランポリイミ
ドの如き熱硬化性樹脂が使用される。ニードルを成形す
る際に用いられる７トリツクスと、織物等に含浸し積層
硬化される樹脂とは、同一系統の樹脂であることが好ま
しい。

これは、ニードルのマ］・リックス樹脂と織物等に含浸
された樹脂との親和性を高め、ひいては複合材料の各方
向への特性を均質化さＩ得るためである。

本発明の複合材料の特性は、強化材織物等の積層面方向
のみならず法面の直角方向にもニードルの量を調整する
ことによって充分な機械的特性を保有させる得ることに
ある。

本発明の複合材料は、織物、不織布等を平面的に積層さ
れた強化材と、該強化材の各層を貫通し各面に対しほぼ
直角方向に＃！雑束強化材を有する複合材料である。平
面ｆｉ層された強化材と各層を貫通して段（プられた繊
維束強化材の量は、その複合材料の用途により、要求さ
れる性能に応じて選定できるが、繊維束強化材は、直径
０．１〜５１１１ｍＰｉ！ｌｉのニードルとして配置し
、でき得れば、なるべく細い状態で多数に分散し均一に
配設することが好ましい。このような複合材料は３次元
方向に対しバランスのとれた機械的特性を与えることが
できる。

例えば直径約１μの炭素ＩＩ維フィラメント（ｅ、ｏｏ
ｏ本からなる東邦レーヨン（株）へスフ？イトト（ｒΔ
ｅ、ｏｏｏ）を、たて、にこ６２５本／ｍ打込んだ炭素
繊維織物（８枚朱子、目付５００ｇ／ｍ２）にフェノー
ル樹脂を含浸させたプリプレグを２００層積震し、硬化
させたものと、積層後別に成形したＶｆ＝６５％、直径
１．　ｏｍｍのニードルを積層面と直角方向に貫通する
如く刺し込だ後硬化させたものとを対比して、強度を比
較すると、次の如くである。尚、成形物のＶｆは６０％
となる如く、厚みを調整して硬化させた。

各成形物の空隙率は１％以下であった。

このように面積層されｌこ各層を貫通して設【ノられた
ｍＮ束強化材（ニードル）の量によって、高さ方向く厚
さ方向）の性能は変ってくる。また、ｍＨ束強化材は、
各積層に対し直角方向に配していることが理想的である
が、製造段階ぐの加圧により傾斜することがある。用途
によりな積層面に対し６０度程度ま【・の傾斜ｊら許容できる場
合がある。しかし、加圧の過程で繊卸束強化材が傾斜す
ると、面積層された強化材の配向や均一性が乱れ均一４
Ｔ性能の複合材１′！１とはなり刊い。

本発明の樹脂複合月利の製造法を以下に述べる。

未硬化の樹脂を含浸した織物、不織布、マツ１〜．１方
向プリプレグ等を通常の方法にＪ：り平面的に積層する
。この際、Ｉｎ方向は、直交から面内等方性まで自由に
変え得るが、１方向のみの積層は目的に合致しない。

次いで、該樹脂が未硬化のうちに、予め成形されたｍｓ
束を強化材としたニードルを各層に貫通して配設置る。

ニー１島成形に使用されたマトリックス樹脂は織物等に
含浸している樹脂と同−又は同一系統の樹脂が好ましい
。

ニードルの成形は、＃＆雑束に樹脂を含浸させ、必要に
より樹脂量を調整するためにノズル孔を通過させ、フレ
ームに巻くなどして硬化させるか、又は引抜成形法によ
ることもできる。

織物の積層及びニードルの配置を行って侵、加圧加熱し
、未硬化の樹脂を硬化させる３、この際、加圧はニード
ルの方向に加圧づ−るのが好ましい。それは、ニードル
が傾斜づるのを防ぐためである。図面によって説明する
。

第１図は、本発明樹脂複合材料の強化材の配置を示す分
離展間図であり、第２図は前記強化材が組合された状態
を示す断面図である。図面において１はニードルを示し
、２は平面積層された強化材を示している。

本発明樹脂複合材＄１１の製造法では、予め、成形され
たＦＲＰニードル１を多数準備し、予定される複合材料
の厚みに切断しておく、一方、織物、マット又はＵＤ（
１方向）のプリプレグ等は多方向に積層される。ここへ
、準備したＦＲＰニードル１を多数刺し込み加圧する。

又は、予備的に加圧し、樹脂のしぼり出し等を行った後
、ｌ”　ＲＰニードル１を刺し込み、更に加圧し、所定
の厚さとＪ−る。

加圧後の状態は、ＦＲＰニードルの長さまでとするのが
好ましい。これは、それ以上に加圧すると、ＦＲＰニー
ドルが折れ、又は曲ったり傾斜したりするからである。

以−ヒの如くして得られた樹脂複合材料は、特に強化材
が炭素繊紹であり、フラン樹脂、フェノール樹脂の如ぎ
炭化可能な樹脂は、すΣに非酸本発明の３次元樹脂複合
材オ°３１は、３次元の種々の方向に応力の働く、種々
の構造材料、層間剪断応力の働く構造Ｕ料（例えば短か
くして肉厚のビーム）摩擦材料に使用可能である。この
ものを炭化した炭素複合月利は、ロケットノズルやノー
ズコーン等ロケッ］−の材料として有効である。

以下本発明を実施例にて説明づ−る。

実施例１東邦レーヨン（株）炭素繊組ベスファイ＋−ＨＴ　Ａ　
６０００をフェノール樹脂くスミライ１−レジンＰＲ−
５０２７３）に含浸後１７０℃で３０分硬化させ、直径
１．Ｏｍｍ、　ｖｆ６５％、長さ　１００ｍｍのニード
ルを成形した。

また、同炭素繊維を経緯６２５本打込／υだ炭素繊維織
物（８枚朱子、目付５００（１／ｍ　’　）に同フ工ノ
ール樹脂の７５％メタノール溶液を７５０ｏ／ｍ　’で
塗布した後、７０°Ｃ１時間加熱して溶剤を除去し　１
こ　。

該炭素繊維織物１３３層積層後、前記炭素繊維ニードル
を４０本／　ｃａ＋’で織物積層面と直角方向に打込ん
でホットプレスで厚さ１００ｍｍになるように加圧し、
１７０℃で１時間加熱成形して３次元炭素繊維強化樹脂
複合材料を得た。

この複合材料の曲げ強度は積層面たて、よこ及び厚み方
向それぞれ４１．３９．４２ｋｇ／　ｍｍ’であった。

またＶ「は各方向共１９％であり、空隙率は１％以下で
あった。

実施例２東邦レーヨン（株）製炭素繊維ベスファイトＨＴＡ　３
，０００をフラン樹脂（ヒタフランＶＦ３０２）に含浸
させ１７０℃で４０分硬化させ直径０．７ｍｍ、　Ｖ　
ｆ６５％長さ１　ｏｏｍｍのニードルを成形した。

また、東邦レーヨン（株）製炭素繊紐スパン′Ｖ−ン織
物〈目付３００ｇ／ｍ　’　）に上記フラン樹脂（触１
０．３重ｆｆ１％含右）を４００ｇ／ｍ　’で塗布後、
６５℃で４０分子備硬化後３５０層積層して、予備圧縮
を行ない厚さ１００ｍｍにした。この積層物に上記ニー
ドルを２８本／　ｃｍ’で積層面と直角になるように打
込んだ後、ホットプレスで厚さ１００ｍｍになるように
加圧、１７０℃で３時間加熱して３次元炭素繊維強化樹
脂複合材料を得た。　この複合材料の積層面内たて、よ
こ及び厚さ方向の曲げ強度は５２．γ、５０．８．２２
．２ｋｏ／　ｍｍ’であった。

またｆはそれぞれ２９．０．２９．０．７．１％で、空
隙率は１％以下であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明樹脂複合材料強化材の配置を示す分離
展開図である。第２図は前記強化材が組合された状態を
示す横断面図であ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）未硬化樹脂を含浸した織物又はマット状繊維を積
層し、更に各層間を貫通して、繊維束を強化材としたＦ
ＲＰニードルを配し、次いで該ニードルの方向に加圧、
加熱して未硬化樹脂を硬化することを特徴とする３次元
繊維強化樹脂複合材料の製造法。