JPS63264306A - アルミナ繊維ヤ−ンプリプレグ - 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】 〈産業上の利用分野） 本発明は、繊維強化複合材料原料のアルミナ繊維ヤーン
プリプレグに関するものである。

〈従来の技術〉 各種繊維から成るヤーンプリプレグについては、多くの
文献が知られている。

例えば特開昭５５−７８０２２号公報、特開昭５８−１
１３２２６号公報では炭素繊維、ガラス繊維、ボロン繊
維、ケプラー繊維及びシリコンカーバイト繊維などの一
本の繊維の直径が５〜２００μであり、１，０００〜３
０，０００本のフィラメントからなるストランドに熱硬
化性樹脂を含浸させたプリプレグが揚げられ、特開昭６
０−１７１１０９号公報では上記の繊維の他にアルミナ
繊維のフィラメント束に熱硬化性樹脂を１５〜５０重量
％含浸させ、かつ加圧ローラーを通して扁平化したプリ
プレグが開示されている。

また特開昭６１−１８２９３３号公報では上記の各種繊
維に着色したエポキシ、ウレタン、ポリエステル及びア
クリル系の樹脂を１〜２０重量％含浸硬化させた繊維束
硬化物が示されている。

（発明が解決しようとする問題点〉 各積繊ｉのヤーンプリプレグはつり竿、ゴルフビャフト
、ラケットの柄などの管状成形体の外周に螺旋状に巻き
付け、補強するのに用いられる。

この巻き付けの際、フィラメントが不揃いになったり、
ジグザグ状に乱れたり、毛羽が発生したりする。

そうなると外観上のみならず、機械的強度においても好
ましくない。

〈問題を解決するための手段〉 本発明は、１ｍ当り５〜１５０回撚りが付与されている
直径５〜２０μｍのアルミナ繊維のフィラメント束に熱
硬化性樹脂組成物を５〜５０重量％を含浸してなるアル
ミナ繊維ヤーンプリプレグに関するものである。

本発明に使用されるアルミナ繊維はＡＩ−ｔｏｓを主成
分とするアルミナ質繊維をいう。

つまり、Ａ１ｔＣｈ１００％のアルミナ繊維、Ａｊｌｘ
　Ｏｓ　７０重量％以上、残りがｓｈｏｗを主とする成
分のものであり、さらにはＳｉＯ□と共に全体の１０％
以下の範囲でリチウム、ベリリウム、ホウ素、ナトリウ
ム、マグネシウム、ケイ素、リン、カリウム、カルシウ
ム、チタン、クロム、マンガン、イツトリウム、ジルコ
ニウム、ランタン、タングステン、バリウムの一種以上
の酸化物を含有するものなどである。

結晶構造も種々有るが例えば、Ｘ＆ｌｌ的構造において
α−Ａｅｘｏｘの反射を実質的に示さないものも有る。

このようなアルミナ繊維は日本複合材料学会誌　昭和５
５年　第６巻　第３号に性質や製法が報告されている。

その他、アルミナ繊維は特公昭５１−１２７３６号公報
や特公昭５１−１３７６８号公報に記載された方法で製
造することができる。

アルミナ繊維のフィラメント径は５〜２０μｍの範囲で
あって、２０μｍ以上では硬く、柔軟性に欠は細径管状
体に巻き付けた時、下地への密着が悪くなり、かつフィ
ラメントが折れ易く、ヤーンプリプレグの損傷に伴う毛
羽が発生し、外観や物性を損う。

また、発生した毛羽が作業者の皮膚への刺激が強く扱い
難い。

５μｍ以下ではフィ、ラメント１本当りの強度が低くな
り損傷を受けやすく、毛羽が発生し易く好ましくない。

本発明のフィラメント束とは、フィラメント数が約２０
０本〜２０．０００本からなるものあるいは、複数の束
を絢ったものを言う。

アルミナ繊維フィラメント束には、１ｍ当り５〜１５０
回の撚りをかける。

５回未満では、例えば管状成形体に巻き付けた時、プリ
プレグのフィラメント束が無秩序に押し拡げられて、蛇
行し、毛羽が発生しやすく、それらに伴い引張り強度な
どの物性の低下をきたし、外観上も好しくない。

１５０回を越えると巻き付けの下地への密着性が不良と
なる。

撚りの付与は樹脂の含浸前、後のいずれでもよく、ある
いは前、後の２段階で行ってもよい。

撚りを付与するための方法及び装置、は「繊維の実際知
識」　（東洋経済新報社刊）に記載のリング式精紡機を
用いるものなど周知の方法が適用できる。

本発明の熱硬化性樹脂組成物における熱硬化性樹脂はエ
ポキシ樹脂、フェノール樹脂、アルキッド樹脂、尿素樹
脂、ホルムアルデヒド樹脂、メラミン−ホルムアルデヒ
ド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリアミド−イミド
樹脂、ポリベンゾチアゾール樹脂、ケイ素樹脂などある
いはこれら樹脂の前駆体を含めた物をいい、これらの１
種あるいは２種以上を使用する。

この中でエポキシ樹脂が汎用される。

熱硬化性樹脂を硬化するために、該樹脂に対応した公知
の硬化剤や硬化促進剤を用いる。

熱硬化性樹脂にはポリブタジェン、ポリイソプレン、ポ
リクロロプレン、スチレンーブダジエン共重合体（ＳＢ
Ｒ）、アクリロニトリループダシエン共重合体（ＮＢＲ
）、シリコーンゴムなどのゴム状物質や、着色剤、微粉
シリカ、微粉アルミナ、微粉チタンなどのフィラーを前
記熱硬化樹脂の熱硬化特性を損わない範囲で添加するこ
とができる。

なかでも熱硬化性樹脂に添加される着色剤は、公知の有
機、無機の顔料あるいは染料であるが、公害関係からは
ストロンチウムやクロムなどの重金属を含む無機質のも
のは好ましくない。

これらの顔料や染料は他の熱硬化性樹脂組成物、溶媒、
硬化剤などあるいは硬化に伴う加熱で発色を損わないも
のが好ましい。

着色剤の添加量は熱硬化性樹脂組成物の０〜５０重量％
であり、好ましくはＯ〜２０重星％である。

５０重遣％以上では熱硬化性樹脂の物性が損われる。

熱硬化性樹脂組成物の粘度は６０℃において１００〜２
０，０００ボイズ範囲が好ましい。

１００ボイズ以下では、前記同様にボビンに巻き取った
時ヤーンプリプレグが相互に粘着し、２０．０００ボイ
ズ以上ではヤーンプリプレグが硬く柔軟性が不足する。

熱硬化性樹脂組成物の含有率は、５〜５０重量％の範囲
である。

５重量％以下では、マトリフクスとしての充分な機嫌が
得られない。

５０重量％以上では離型紙などを介することなくボビン
に巻き取った時、ヤーンプリプレグが相互に粘着し、巻
き出す際剥れず切断しやすくなり作業性がｔＦｔねれる
や アルミナ繊維のフィラメント束に樹脂を含浸させる方法
は、まず熱硬化性樹脂組成物を溶媒に分散、溶解、希釈
し、樹脂組成物溶液とし、その液の中にフィラメント束
を浸漬して取り出し後で溶媒を乾燥する方法がある。

この方法によれば樹脂組成物をフィラメント束に均一に
、…傷なく含浸させ得る。

しかもこの樹脂組成物溶液による含浸方法は、ヤーンプ
リプレグ中の樹脂組成物の含打率を溶液中の樹脂組成物
の濃度によって容易に調整が可能である。

溶媒はアセトン、メチルイソブチルケトン、エチレング
リコールモノメチルエーテル、トルエン、塩化メチレン
、トリクロロエチレンなどが挙げられる。

樹脂の含浸装置としてＪＩＳ　Ｒ７６０付図に装置の一
部を例示できる。

溶媒中の熱硬化性樹脂組成物は完全に溶解していること
を必須としないが、一部あるいはすべてが溶解しない場
合は微粉子として均一に分散させることが望ましい。

また溶媒を使用せずに熱硬化性樹脂組成物が硬化しない
温度で溶融するものは、その融液にフィラメント束を浸
漬する方法、溶融した熱硬化性樹脂組成物をストランド
に塗布した後、圧着したロールの間隙を通して含浸する
方法、さらには熱硬化性樹脂組成物粉末を粉体塗装法に
よりフィラメント束に塗布し、加熱融解させ含浸させる
方法がある。

（実施例〉 本発明について、実施例でもって具体的に説明する。

実施例及び比較例における評価方法及び判定基準を示す
。

ヤーンプリプレグの樹脂含有率は、ヤーンプリプレグを
テトラヒドロフランで洗い樹脂を除去し、そのｆＩｊ、
量から算出した。

ヤーンプリプレグの粘着性は２３℃の環境下で、生成す
るアルミナ繊維ヤーンプリプレグをワイングーに設置さ
れた直径８０鶴、長さ２８０１の紙管ボビンにトラバー
スピッチ７０■１、張カフ５ｇ５速度３ｍ／分で巻き取
った。

巻き取り品をクリールスタンドに設置し３０ｍ／分の速
さで１０ｍ巻き出し、バックテンシランが３００ｇ未満
でスムーズに巻き出せるものを無、バックテンシランが
３００ｇ〜７００ｇで巻き出せるものをやや有とした。

管状体への巻き付は補強性能； ）１１０．５龍、長さ１．　Ｏｍのマンドレルに炭素繊
維の一方向引揃えプリプレグ　ＡＳ−４／Ｊ１２０１　
　（住化バーキュレス■製：炭素繊維目付量１３０　ｇ
／ｒｄ、樹脂含浸率３８重重量〕を繊維方向とマンドレ
ルの軸方向を同じにして３周巻き、その外側に互に１５
ｆｉピンチで交差するように螺旋状にアルミナ繊維ヤー
ンプリプレグを巻き付けた。

次に、その上にポリエチレンテレフタレート２０μｍ厚
のテープを張力１．５　ｆｕｒで巻き付け、８０℃で１
時間、１２０℃で２時間加熱硬化させ、管状成形体を得
た。

この管状成形体のアルミナ繊維ヤーンプリプレグのヤー
ンの乱れ状況については、管状成形体の中央部２０ｃＩ
１１の間、等間隔に２０点のヤーン巾を測定し、測定値
の平均値と各測定値との差の絶対値の平均を算出し、差
の絶対値の平均が測定値の平均の３０％以内のものを良
、それ以上を不良とした。

ヤーンプリプレグの密着性は、下地（炭素繊維のプリプ
レグ硬化物）との接着部界面任意の２００個所長さ１５
ａａの先端鋭利のステンレス製ピンセットでえぐり、剥
離の有無を見て全く！〃１離しないものを良、７１１Ｍ
が１〜２個所のものをやや不良、３個所以上剥離したも
のを不良とした。

ヤーンプリプレグ中の樹脂のにじみについては、管状成
形体中央部の２０ｃｍの間を観察しヤーンプリプレグか
らの樹脂が下地ににじみ出し、その巾が０．３鶴未満を
良、０．３−−〜Ｑ、５　ｍｍやや良とする。

発色はヤーンプリプレグを目視で観察した。

毛羽の発生状況については、管状成形体中央部の２０Ｃ
ＩＩ＋を観察し、長さ１ｍｍ以上の毛羽が発生している
個所が無いものを無、１〜５個所のものを少、６個所以
上を多とした。

実施例１ ビスフェノールＡ型のエポキシ樹脂スミボキシ■　ＥＬ
Ａ１２８（住友化学工業■製〕２９重量部、同ＥＳＡＯ
１１７１重量部からなる樹脂組成物に硬化剤２−エチル
メチルイミダゾール５重量部及び有機系の橙色顔料ツバ
バームオレンジ■ＨＬ−７０（ヘキスト社製〕　１０重
量部を６０℃に加熱した３本ロールミキサー〔（４鴫井
上製作所製〕を用いて均一に混合し、熱硬化性樹脂組成
物１　ｋｇを得た。

該組成物の６０℃における粘度は一東京計器製Ｅ型粘度
計にて９５０ボイズであった。

次にトリクロロエチレンに溶解しこの樹脂組成物を、そ
の濃度が１０重量％となる様樹脂溶液を調製した。

そして内部に１本のローラーを備えた含浸槽に該溶液を
入れた。

長さ１．０００ｍフィラメント径１７μｍ１フィラメン
ト数５００のアルミナ繊維束〔住友化学工業９１製〕を
リング式の精紡機を用いてｌＯ回／ｍの撚りを付与し、
このストランドを含浸槽内をローラーに沿わせて通過さ
せることにより樹脂溶液を含浸させ、次に長さ２　ｍ　
％内部温度１５０℃の乾燥炉を通して溶媒を揮散させた
後、紙管に巻き取りアルミナ繊維ヤーンプリプレグを得
た。

ヤーンプリプレグの粘着性を評価し結果を表１に示す。

続いて、管状成形体に巻き付は補強性能につき、評価し
た。

結果を表１に示す。

実施例２．３ アルミナ繊維のストランドの撚りを表１に示す値にした
以外は実施例１と同様に行った。

結果を表１に示す。

実施例４．５．６ 樹脂溶液の濃度を表１に示す値にし、樹脂の含浸量を変
えた以外は実施例２と同様に行った。

結果を表１に示す。

実施例７ アルミナ繊維がフィラメント径９μｍフィラメント数１
０００のものを用いた以外は、実施例１と同様に行った
。結果を表１に示す。

比較例１ アルミナ繊維のストランドに撚りをかけないまま使用し
た以外は実施例１と同様に行った。

結果を表１に示す。

比較例２ アルミナ繊維のストランドの１黙りを２００回／ｍとし
た以外は、実施例１と同様に行った。

結果を表１に示す。

〈発明の効果〉 本発明によるアルミナ繊維ヤーンプリプレグは熱硬化し
た時、発色が極めて鮮明であり、顔料を選定することに
より無色も含めて、任意の着色を可能とした。

また、例えばＦＲＰの管状体に螺旋状に巻き付けた時、
ヤーンプリプレグのヤーンの乱れや、毛羽の発生、下地
のＦＲＰへのヤーンプリプレグ中の樹脂のにじみを伴わ
ず、下地への密着性も良好なため、発色性と共に外観の
意匠効果を極めて高めることができる。

更に本発明で使用するアルミナ繊維は機械的強度、弾性
率が高く、圧縮強度に優れていることから、補強効果も
大きい。

本発明のアルミナ繊維ヤーンプリプレグは製造工程で離
型紙などで介することなくボビンに巻き取った後、使用
のため巻き出す際にヤーンプリプレグ同志が相互に粘着
することなくスムーズに巻き出すことができ、しかも柔
軟性があるため加工作業性にも優れている。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）１ｍ当り５〜１５０回撚りが付与されている直径
   ５〜２０μｍのアルミナ質繊維のフィラメント束に熱硬
   化性樹脂組成物を全体の５〜５０重量％を含浸してなる
   アルミナ繊維ヤーンプリプレグ。