JPS63286327A - 長繊維、炭素質ウィスカ−含有複合材 - 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、長繊維、炭素質ウィスカー含有複合材に関し
、さらに詳しくは補強用長繊維を有する繊維集成体、例
えば編織物、不織布等に炭素質ウィスカーの少なくとも
一部が固着、一体化されている複合材に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

補強用長繊維からなる編物または織物（以下、編織物と
称する）または不織布等を用いた複合材料の強度は、そ
れを構成している補強用繊維と樹脂間の界面での主とし
て接着状態に左右され、ストランドの構成単糸間の割れ
や眉間剪断強度の向上が重要な課題となっている。特に
近年、補強用繊維としてアラミド繊維や炭素繊維のごと
き、樹脂とは極めてヌレの悪いものが多いことから、こ
れらの繊維で補強した樹脂組成物の機械的性質の改良が
切望されている０例えば、炭素繊維においては、繊維に
樹脂と親和性のある官能基をつける方法（Ｃａｒｂｏｎ
　　Ｆｉｂｅｒｓ、Ｄｏｎｎｅｔ、Ｊｅａｎ−Ｂａｐｔ
ｉｓｔｓ、１９２３．Ｐ１１５〜１３９）、架橋基を有
するような接着剤をつける方法、補強用長繊維にウィス
カー等を生成させる方法等が知られている。また、特開
昭６１−２６６６６６号においては、ウィスカーを連続
繊維に付着させた連続繊維とその製法が示されている。

しかしこれらの方法においては、複合材料とするのに必
要な編織物または不織布にする加工工程において、ウィ
スカーが単糸同士またはストランド同士の接触によって
はげ落ち易く、複合材とした後、ストランド間および単
糸間の割れを生じ易く、不充分な眉間剪断強度を示すも
のが多いという欠点がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、複合材料としたときの補強用長繊維ス
トランドの構成単糸間の割れを防ぎ、眉間剪断強度を改
良するとともに、複合材の平面に垂直な方向の、電気伝
導性の改良し得る、長繊維、炭素質ウィスカー含有複合
材を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者らは、補強用長繊維を有する繊維集成体、すな
わち、編織物または不織布等に、炭素質ウィスカーの少
なくとも一部を固着、一体化せしめた新規な複合材料を
使用することにより、得られた補強材中のストランド間
および単糸間の割れに対し抵抗があり、また層間剪断強
度が上がることがわかり、その上補強材の平面に垂直な
方向での電気伝導性の改良されることを見出し、本発明
に到達した。

本発明は、補強用長繊維を有する繊維集成体に炭素質ウ
ィスカーの少なくとも一部が固着、一体化されているこ
とを特徴とする。

本発明に使用される補強用長繊維は特に限定されないが
、炭素繊維、アラミド繊維、シリコンカーバイド繊維、
アルミナ繊維、ガラス繊維、その他の無機繊維、ポリオ
キシメチレン、ポリエチレン等の超延伸繊維のごとき、
接着性の比較釣書る繊維が好適である。中で−も構成フ
ィラメント数が多（、繊維径の細い繊維で構成される。

例えば炭素繊維やアラミド繊維は埋設および／または立
毛、一体化が容易なので好ましく使用される。ＩＪｌｉ
維の直径としては、おおむね２０μｍ以下、好ましくは
１５μｍ以下、さらに好ましくは１０μｍ以下、特に好
ましくは７μｍ以下である。この長繊維はストランドを
形成していてもよく、この場合、１本のストランドを構
成するフィラメントの数はおおむね５００本以上、好ま
しくは１０００本以上、さらに好ましくはｉｏ、ｏｏｏ
本以上である。不織布を構成する場合も同様である。な
お、不織布は、連続繊維の不織布（例えば、スパンボン
ド等）が好ましい。

前記の長繊維を有する繊維集成体としては編織物、不織
布またはこれらと形態上１ｔ（ｌなも−のがあげられる
が、これらのうち、織物の形態としては、平織、綾織等
、特に制限されるものではない０編物も同様である。不
織布は、単糸一本一本が完全にランダムに堆積していて
もよいし、一定方向に引揃えてシート状に展開されてい
るもの、またはそれらを組合わせたものも含まれる。繊
維密度はできるだけ大きいものが好ましい、これらの織
物、編物、不織布は炭素質ウィスカーの立毛の阻害のな
い限りにおいて、集束剤、接着剤、サイジング剤、油剤
等が付着していてよい。

本発明に使用される炭素質ウィスカーは、公知の製造法
、例えば、特公昭４１−１２０９１号、特公昭６２−２
４２号、特開昭６０−１９４１１９号、特開昭６１−２
０５７００号、特開昭６１−２３９０１９号等に示され
る方法により製造される。炭素質ウィスカーとしては、
いわゆる非晶の炭素から高結晶化（黒鉛単結晶を含む黒
鉛化の進んだもの）したものまで含まれる。ウィスカー
の長さはおおむねｔＯＷ以下、好ましくは７ｆｉ以下、
さらに好ましくは５ｆｉ以下、特に１目以下が好ましい
、繊維長が長いとウィスカーの分散が龍しくなる。ウィ
スカーの径は、少なくとも長繊維を構成する単糸の径以
下にする必要があり、好ましくは１７２〜１７３倍、さ
らに好ましくは５μｍ以下、最も好ましくは１μｍ以下
に設定される。

ウィスカーの径の大きいものは、長繊維からなる編織物
または不織布への立毛がうまくいかない。

本発明において、前記繊維集成体に炭素質ウィスカーが
少なくとも一部固着、一体化されるとは、例えば該繊維
集成体に炭素質ウィスカーの少なくとも一部が埋設およ
び／または立毛、一体化されている状態をいい、例えば
少なくとも炭素質ウィスカーの一端が長繊維の単糸間ま
たは長繊維に付着された樹脂の接着剤層の中に埋まって
いる状態をいう、該ウィスカーと長繊維の編織物または
不織布等の平面とのなす角度はおおむね５〜９０’、好
ましくは３０〜９０°、さらに好ましくは６０〜９０°
に設定される。ここでウィスカーの一端が埋設されると
は、長繊維を有する繊維集成体を構成する単糸間または
接着剤層の中に該ウィスカーの一端がもぐり込んでいる
状態をいう。

このような炭素質ウィスカーの存在箇所は、編織物また
は不織布においては全体的に均一に分布していてもよい
が、縦と横とのストランドが交差する部分に比較的多く
存在させる方がその効果をより発揮する。一方向に引揃
えられたストランドについては、ストランド間、単糸間
の密度の低いところに炭素質ウィスカーを多く存在させ
ることが好ましい。

炭素質ウィスカーの長繊維に対する割合は、単位面積当
たりの重量比で、長繊維１００に対して炭素質ウィスカ
ーがおおむね１〜８０、好ましくは１〜６０、さらに好
ましくは１〜４０、特に５〜３５に設定される。

本発明における長繊維と炭素質ウィスカーの総重量に対
する樹脂重量の比率は１〜８０％程度、好ましくは５〜
６０％、特に１０〜５０％に設定される。樹脂重量が少
ないと補強性に欠け、また多すぎると成形性、ハンドブ
ックに欠ける。

本発明の複合材は再成形可能であり、このような複合材
料を用いて他の成形品を製造するには、このような複合
材（以下、複合シートと称する）を離型紙の上に設置し
、該シート上に例えばエポキシ樹脂等の樹脂を所望の量
塗布した後、余分の樹脂を除き、さらにこれを離型紙で
はさみ、プレスしながら半硬化の状態まで加温し、プリ
プレグを作成する、または樹脂を溶剤で熔かし、これに
前記複合シートを含浸しん後、乾燥させてプリプレグと
する、等の方法が例示されるが、これらに制原されるも
のではない、上記の成形は必要に応じて減圧下に行なっ
てもよい。その後、このプリプレグを所望の枚数積層し
た後に、真空下で加圧し、硬化温度まで加温して所望の
複合材料とすることができる。

本発明の複合材を得る方法としては、例えば（１）予め
炭素質ウィスカーのシート状物を湿式または乾式の抄造
法によって製造した後、これを補強用長繊維からなる編
織物または不織布に積層し、高圧水流を炭素質ウィスカ
ーシート側より噴射することによりウィスカーを埋設お
よび／または立毛、一体化する、（２）長繊維からなる
編織物または不織布の上側に平板電極を設け、またはそ
れ自身を電極としてその反対側（下側）に炭素質ウィス
カーを入れたトレーを設けて接地し、電極に直流高電圧
をかけることにより、炭素質ウィスカーを静電気で飛ば
して長繊維からなる編織物または不織布に埋設および／
または立毛、一体化せしめる、等の方法があげられる。

もちろん、埋設および／または立毛、一体化の前後に適
当な接着剤、サイジング剤、樹脂を付着もしくは含浸さ
せておくのも好ましい方法である。特に、熱硬化または
熱可塑性の熱可塑性樹脂の場合、粉末状にして付着させ
ることも可能である。

炭素質ウィスカーの立毛、一体化の状態のコントロール
は、前記（１）の方法においては、例えば高圧水流の形
状と圧力、または下方からの吸引力等を変化させて行な
うことができる。炭素質ウィスカーと長繊維編織物また
は不織布の作り出す平面の角度を大きくするためには、
水流を柱状にして、圧力を長繊維を折らない程度に上げ
たり、下方からの吸引力を上げることが望ましい。一方
、前記（２）の方法においては、例えば「静電気ハンド
ブック」、高分子学会１！Ｐ　４８７〜４９４に示され
るように、長繊維編織物または不織布の供給速度、電圧
の大きさを変えたり、炭素質ウィスカーを飛ばす距離を
変化させることによって調節され、供給速度を小さくし
、電圧を上げて、飛ばす距離を短くすることが長繊維編
織物または不織布の作り出す平面と炭素質ウィスカーの
なす角度を大きくする上で好ましい。

以下、実施例にて詳細に説明する。

〔実施例〕

実施例１ ポリアクリロニトリル系炭素繊維ハイカーボロン（登録
商標、旭日本カーボン社製）の単糸数３０００本からな
るストランドを平織にした織物（３に−７０−ＰＷ、目
付１９３ｇ／ｎｆ）を長繊維織物として用いた。

直径０．１〜０．２μｍ、長さ３００μｍ以上の気相法
によって得られた炭素繊維を３０％ＨＮＯ３液中で６０
分間リフランクスし、充分水洗した。

その後、これを１２１１水中に４．８ｇ投入し、さらに
界面活性剤としてポリスター（登録商標、日本油脂社製
）をＩｇ入れ、ミキサーで攪拌、分散せしめた。これを
Ｑ、Ｑ５ｎｆの１８０番の金網上にすいて、約８０　ｇ
／Ｉの抄造レートを得た。

かくして得られた炭素質ウィスカーシートを前記の長繊
維織物に積層し、１８０番の金網にこの積層シートをの
せ、ウィスカー側より複数のノズル（０，１７ｍ径）よ
り噴射される１５ｋｇ／ｃｄの高圧水流を均一に衝突さ
せた。

得られた複合シートを走査型電子顕微鏡により観察した
。炭素質ウィスカーは約７割が植毛したごとく、約３０
〜６０°の角度で立毛していた。

その分布状態は長繊維織物の経緯糸の交差点に比較的多
く分布していた。

このシートにエポキシ樹脂（化成ファイバーライト社製
９３４）／アセトン（１００Ｐｈｒ）溶液を含浸せしめ
た後に風乾し、その後離型紙にはさんで、オープンにて
１００℃、１０分間加熱した。かくして再成形可能な複
合樹脂組成物を得た。

このものは１枚そのままオートクレーブ内で減圧下に１
８０℃、２ｈｒ硬化させた。この成形体を長繊維の長さ
方向に引裂こうとしたが、裂けかいたものであった。一
方これを１２枚重ねて、オートクレーブ内で減圧下に１
８０℃、２ｈｒ硬化させた。

得られた成形体を切出して物性評価を行なった。

これらの結果を第１表に示す。また、成形体の平面に垂
直な方向の電気抵抗を測定した結果も第１表に示す。

比較例１ 実施例１において、炭素質ウィスカーを用いずに、長繊
維織物のみで同様に成形体を作成し、実施例１と同様に
評価した。結果を第１表に示したが、１枚の成形体は長
繊維の繊維軸方向に引裂かれ易いものであワた。

実施例２ 実施例１において、長繊維織物としてアラミド繊維ケブ
ラー（登録商標、デュポン社製）の単糸数１０００本か
らなるストランドを平織にした織物（Ｎａ３２Ｂ、日付
２１７ｇ／／）を使用し、実施例１と同様に成形体を作
成し、評価した。結果を第１表に示した。

比較例２ 実施例２において、炭素質ウィスカーを用いずに長繊維
織物のみで同様に成形体を作成し、同様に評価した。結
果を第１表に示した。

第　　　１　　　表 〔発明の効果〕 本発明の補強用長繊維からなる編織物または不織布に炭
素質ウィスカーが埋設および、または立毛、一体化され
ている再成形可能な複合樹脂組成物を複合材料として使
用することにより、単糸間およびストランド間の割れを
防止し、眉間剪断強度力５改善されるだけでなく、成形
体の厚み方向（編織物または不織布の厚み方向）の伝導
性を向上することができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）補強用長繊維を有する繊維集成体に炭素質ウィス
   カーの少なくとも一部が固着、一体化されていることを
   特徴とする長繊維、炭素質ウィスカー含有複合材。