JPS63307915A - 繊維強化樹脂複合成形品の製造方法 - 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、特定の炭素線維と樹脂とのプリプレグによる
複合成形品の製造方法Ｋｒ！Ａするものであシ、特定の
二種以上の異質の繊維と樹脂とのプリプレグを積層し、
加熱下に圧縮することを特徴とした弾性率、曲げ強度等
物性及び成形性に優れた繊維強化樹脂複合成形品の製造
方法に関する。

（従来の技術） 軽量にして高強度、高耐熱性、高耐薬品性あるいは摺動
特性に優れる炭素繊維は、今や、全産業分野で新素材の
１つとして利用されている。

又、炭素繊維は、出発線＃１原料の種類、原料の処理方
法、あるいは焼成温度の相違によりて多種多様な繊維が
開発されている。この中で、直状の繊維ではなく曲状の
炭素繊維も開発され注目をあつめている。

（発明の解決しようとする問題点） しかし、かかる曲状の炭素繊維は、一般には非品性で、
糸物性も引張強度が８０ｋｇ／ｍ”、引張弾性率３〜４
　ｔｏｎ／ｍ”　、伸度２チ程度であシ、一本の糸長が
１０■〜１００ｏ−の限られた長さしかなく、又、曲状
であるためＫどの方向に４繊維配向しない。それ故、そ
の樹脂成形品の機械特性は、ガラス長繊維やいわゆる高
性能炭素長繊維で補強され九成形品に比較してよシ性能
に優れるとは言えないものであった。

（問題を解決する為の手段） 本発明者らは、曲状の炭素繊維を用いた成形品のかかる
物性を改善するべく装量研究した結果、本発明に到達し
たものである。

即ち、本発明は、（Ａ）曲状で引張強度が１００ｋ１７
／ｆｉ”より小さい炭素繊維のマット状物に樹脂を含浸
したグリプレグと、（Ｂ）引張強度が１００に９１７ｍ
”以上の繊維に樹脂を含浸したプリプレグとをｆＲ層し
、加熱下に圧縮することを特徴とした繊維強化樹脂複合
成形品の展進方法を提供するものである。

（構成） 本発明に言う曲状の炭素繊維とは、引張強度が１ｏｏｋ
ｇ／■２よシ小さいもので、一本の繊維のアスペクト比
が好ましくは４０以上で、直状炭素繊維と比較するとあ
きらかに比容積が大きくなるもので好ましくはアスペク
ト比１ｏｏｏ以上の時比容積４０〜７０５＋３／ｇ又は
嵩密度０．０１〜０．０３　ｇ／ｃｍ”　（Ｄ炭素ｆａ
、雑であればいずれでも良いが、−例として、大日本イ
ンキ化学工業■−大阪ガスー日本板硝子で共同開発中の
、コールタールを原料とした炭素繊維ドナカーゲ（ＤＯ
ＮＡＣＡＲＢＯ＠）　−Ｓシリーズがある。水沫からな
る炭素繊維は、マット状で焼成されるので、経済的にマ
ットプリプレグが製造できると言う利点もある。

炭素繊維のマット状物とは、厚み２−以上のもので、好
ましくは５ｗ〜２個のもので、焼土多品を指称するのみ
ならず、これにニードルパンチしたフェルト状物をも言
う。又、マット状を一旦解繊後、湿式にあるいは乾式に
＜　　／４’−状あるいはフェルト様に再堆積し九炭素
繊維でもよい。

本発明に言う樹脂とは、一般には熱硬化性樹脂であるが
、かかる曲状の炭素繊維のマット状物によ〈含浸でき、
成形も容易である樹脂が好ましい。

例えば通称ビニルエステル樹脂と言われるエポキシ樹脂
に（メタ）アクリル酸、クロトン酸、ケイ皮酸、イタコ
ン酸などの不飽和塩基酸と、あるいは一部マレイン酸、
コハク酸等の不飽和多塩基酸、フタル酸のような飽和多
塩基酸で置換し、反応させて得られる末端にビニル基を
有した樹脂が好ましく挙げられる。又、ビニルエステル
樹脂の他には、成形樹脂として優れた物性を持つエポキ
シ樹脂、不飽和、ｉｆ　リエステル樹脂、フェノール樹
脂、メラミン樹脂、マレイミド樹脂、あるいは熱可塑性
樹脂でエンジニアリンググラスチックと称される例えば
、変性ポリフェニレンエーテル、−りフェニレンサルフ
ァイド、ポリカーブネート、ポリアセタール、？リプチ
レンテレフタレート、ナイロン等を配合し、変性して使
用しうる。

本発明は、他の副材料として硬化剤、架橋剤、増粘剤、
フィラー類、あるいは溶剤を配合して使用しても何ら支
障えない。

かかる樹脂を含浸させた炭素繊維複合材は、そのまま成
型に供与しても支障えないが、作業上、半硬化状態のい
わゆるプリプレグで準備しておいた方が良い。

かかる炭素繊維プリプレグ囚と共に積ね合せて使用する
もう一方のシリプレグ（Ｂ）は、主に機械的強度改良の
為に少くとも引張強度が１００ｋｇ／−以上の高強度の
繊維のシリプレグでなければ々らない。かかる停維とし
ては、例えばＥ、Ｓ及びＲガラス長繊維、石英ガラス＃
Ｒ維、アルミナｌＩ２維、炭化硅素繊維、ゲロン繊維、
芳香族／リアミド挿維、高密度ポリエチレン繊維、スチ
ール繊維、及び高性能炭素繊維及び高性能黒鉛繊維が挙
げられる。

かかる繊維は、フェルト状、イーパー状、クロス状、チ
、ツブ状あるいは一方向に引きそろえた状態で樹脂と含
浸させプリプレグとして準備される。

含浸させる樹脂は、前記の炭素繊維グリプレグで挙げた
樹脂よシ本多岐に亘って使用できるが、なるべく同質の
樹脂を利用した方が、成形安定性上好ましい。

かくの如く、２種の異なる機能を有すプリプレグ（Ａ）
及び（Ｂ）の積層の順序及び使用割合は、重要である。

一般には成形品の使用条件を加味して設計するが、例え
ば摺動部材の場合、表面部が炭素繊維プリプレグ、中心
部が補強繊維プリプレグとなるようサンドイタチ状に積
層されるし、表面強度を必要とする場合、その逆に積層
される。従って、積層の順序とその割合は、用途によシ
適宜選ばれるもので特定できるものではない。

又、成型方法は、加熱下で樹脂を流動させ、加圧下で成
型する方法であればいずれの方法でも構わない。

（効果） 本発明の繊維補強複合成形品は、曲状の炭素繊維を用い
てＡるので、通常の直状の炭素繊維を用いたプリプレグ
に比べて、加熱成形時、繊維同志のからみが良いため、
該繊維の流動性を押えることができ、含浸樹脂のみの７
ａ−を出すことができるので、直状の繊維を用いた場合
の繊維と樹脂との７０−による内部気泡の生成といりた
成形上問題が生じないという利点がある。従って、成形
性が良い。更Ｋ、本発明のものは、曲状の炭素繊維を用
いているので、つまシ糸同志のからみ（接触点）が多い
ので、体積固有抵抗、表面抵抗が、直状の繊維を用いた
成形物の場合に比べて１／！〜１／４糧度疋低いといり
た利点もある。

本発明により得られる繊維補強複合成形品は、シート状
、筒状、ロッド状、ブロック等に成形すれ、特に熱寸法
安定性、導電性、摺動性、耐薬品性に優れているので、
これらの性質を必要とする部材として、多方面に利用で
きる。

以下に本発明を参考例、実施例、比較例によシ具体的に
説明するが、本実施例のみに限定されるものではない。

文中「部」および「憾」は重量基準であるものとする。

〔参考例〕

（曲状炭素繊維を用すたグリプレグの製造）ビニルエス
テル樹脂としてディックライトＵＢ−２０８３（大日本
インキ化学工業■製）１００部、増粘剤としてミリオネ
ートＭｒＬ（日本ポリウレタン與）１５部、過酸化物と
してパーへキサ３Ｍ（日本油脂型１．３部、ラジカル停
止剤としてＢＩＴスワノックス３００９Ｐ！！ｌを混合
し、充分攪拌し、ビニル配合物とした０次にエポキシ樹
脂及びエポキシ用硬化剤としてエピクロン８５０（大日
本インキ化学工業（株）製）２５部と無水メチルハイ２
ツク酸（日立化成製）２２．５部を混合し、充分攪拌し
て、エポキシ配合物とした。このビニル配合物とエポキ
シ配合物を混合し、マトリックス樹脂とした。比容積５
０　ｃｒｔｒ”　／ｆｉ　、嵩密度０．０２９／ＣＨＩ
”の曲状炭素ＰＲ維からなるマット状物ＤＯＮＡＣＡＲ
ＢＯ８−２１０（大日本インキ化学工業（株）製）にこ
のマトリックス樹脂を含浸し、重さ２３００ＩＩ／ｍ”
のプリプレグ■を得た。このグリプレグ２グライを１３
０℃、４０Ｋｆ／口２の条件でプレス成形し、１０分で
型出しし、繊維含有率３０４の成形板を得、ＪＩＳＫ−
６９１１に単じて物性測定を行った。常温での成形板の
曲げ強度は１２　Ｋｇ／＋ｗ”　、曲げ弾性率ｔｒｉ　
５９０　Ｋｆ／ｗ”　であった。

又、ＡＳＴＭＤ　−２５７に準じて体積固有抵抗を測定
したところ９×１００・画であり之。

〔実施例１〕 ２００１１７ｍ”　の重さを有する炭素繊維クロス織物
ペスファイト＄３１０１（東邦レーヨン製）に参考例の
マトリックス樹脂を含浸し、重さ３６０１部１ｍ”のグ
リプレグ■を得た。参考例におけるプリプレグのとこの
プリプレグ■を上より■−の一■の順ＶＣ２ｆライずつ
重ね合わせ、１３０℃、４ｏ歓マの条件でプレス成形し
、１０分で型出しを行い、織縁含有率３２％の成形板を
得、参考例と同様の物性測定を行った。常温での曲げ強
度は２５Ｋｆ／ｍ”であり、曲げ弾性率は３２９０Ｋｆ
／■２でありた。又体積固有抵抗は４Ｘ１０　　Ω・備
であった。

〔実施例２〕 高強度炭素繊維ペス７アイ）ＨＴＡ−７−６０００（東
邦レーヨン製）を１インチ長に切断し、方向性をもたな
いよう乱雑に配した繊維に参考例におけるマトリックス
樹脂を含浸させ、重さ７００９７ｍ”の重さを有する樹
脂含有率５０％のグリプレグ０（シートモルディングコ
ンパウンド）ｔｍた。実施例１と同様に上より◎−■−
■の順にそれぞれニゲライ、２グライ、１グライずつ重
ね合わせ、１３０℃、４０　Ｋｇ／ｌｓ”の条件でプレ
ス成形し、１０分で型出しを行い、繊維含有率３２優の
成形板を得、参考例と同様に物性測定を行った。常温で
の曲げ強度Ｆｉ２１に４／■１、弾性率け１９７０Ｋｆ
／簡２であった。

〔実施例３〕 ３００９７ｍ”の重さを有するがラスクロス織物ＫＳ−
１５８１（カネゲウ硝子繊維製）に参考例のマトリック
ス樹脂を含浸し重さ５８０１１／ｍ”のグリプレグＯを
得た。実施例１と同様に上よりの一〇−■の順に２プラ
イずつ重ね合わせ１３０℃、４０に４／ｃｍ”の条件で
プレス成形し、１０分で型出しを行い、繊維含有率３８
４の成形板を得、参考例と同様の物性測定を行った。常
温での曲げ強度は、１５　ＫｆＺ−であり弾性率は、５
５０Ｋｆ／−３であった。

〔実施例４〕 １７０　Ｋｆ／ｍ”の重さを有するケプラー繊維クロス
織物に−２８１（カネ♂つ硝子繊維製）に参考例におけ
るマトリックス樹脂を含浸し、重さ３１０ｇ　／ｍ”の
グリプレグ［Ｆ］を得た。実施例１と同様に上より［Ｆ
］−■−［Ｆ］の順に２プライずつ重ね合わせ１３０℃
、４０　Ｋｇ／ａｒｔ”の条件でプレス成形し１０分で
型出しを行い線維含有率３６　ｗｔ４の成形板を得た。

参考例と同様の物性測定を行った。常温での曲げ強度は
、３０〜／露３であり、曲げ弾性率は、１５７０麺／■
１であり九。

〔実施例５〕 参考例におけるグリプレグ■と実施例１におけるグリプ
レグ■を上から■−■−■−■＝■の屓に２プライ、１
プライ、１プライ、１ｆライ、２プライずつ重ね合わせ
１３０℃、４０　Ｋｇ／ｃｍ”の条件でプレス成形し１
０分で型出しを行い、繊維含有率３６４の成形板を得た
。参考例と同様に物性試験を行った。常温での曲げ強度
は、２９　Ｋｇ／ｗａ”で曲げ弾性率は、４０８０Ｋｆ
／−であった。

〔実施例６〕 炭素繊維ペスファイ）ＨＴＡ−７−６０００（東邦レー
ヨン製）一方向引き揃えたものに参考例におけるマトリ
ックス樹脂を含浸させ、５００９７ｍ”の重さを有し、
繊維含有率６０憾のグリプレグ［Ｆ］を得た。実施例５
と同様に上から［Ｆ］−〇−■−■−［Ｆ］の屈Ｖｃ１
プライ、２グライ、２プライ、２ｆライ、１ゾライを重
ね合わせ１３０℃、４０　Ｋｇ／ａｎ”の条件でプレス
成形し、１０分で聾出しを行い、繊維含有率３３４の成
形板を得た。参考例と同様に物性試験を行りた。常温で
の曲げ強度は、２１に／−であり、曲げ弾性率は、３６
００〜／−でありた。

〈比較例１〉 参考例と同様のマトリックス樹脂を比容積１゜ｃｓｓ”
／ｉ、嵩密度０．１０９　／ｃｙｔ”の直状炭素繊維か
らなるＭＦ７ト状物ＫＵＲＩＸＡ　Ｆ　−１０５（具現
化学工業（株）製）に含浸させ、重さ２４００９７ｍ”
のグリプレグ０を得た。このグリプレグ０２プライを、
１３０℃、６０１４７ｃｍ”の条件で１０分成形し、繊
維含有率３０％の成形板を得た。同様の試験を行ったと
ころ常温の曲げ強度は１３　Ｋ４７ｗ”　、曲げ弾性率
は７００　Ｋｆ／ｍ”であり、体積固有抵抗は６．２Ｘ
１０・Ω・菌でありた。

〔実施例７〕 実施例１のｆ　リプレグ■に代えて、比較例１のグリプ
レグ◎を用すて、実施例１と同様にして、繊維含有率３
２憾の成形板を得た。常温での曲げ強度は２５匂／■８
であり、曲げ弾性率は３３６０麺／露意であった。又、
体積固有抵抗Ｆｉｔｘｔｏ’Ω・国であった。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （Ａ）曲状で、引張強度が１００ｋｇ／ｍｍ＾２より小
   さい炭素繊維のマット状物に樹脂を含浸したプリプレグ
   と、 （Ｂ）引張強度が１００ｋｇ／ｍｍ＾２以上の繊維に樹
   脂を含浸させたプリプレグとを積層し、加熱下に圧縮す
   ることを特徴とした繊維強化樹脂複合成形品の製造方法