JPS6378734A - 中実若しくは中空状の繊維強化プラスチツク - Google Patents

中実若しくは中空状の繊維強化プラスチツク

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JPS6378734A
JPS6378734A JP61224195A JP22419586A JPS6378734A JP S6378734 A JPS6378734 A JP S6378734A JP 61224195 A JP61224195 A JP 61224195A JP 22419586 A JP22419586 A JP 22419586A JP S6378734 A JPS6378734 A JP S6378734A
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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］ 本発明は軽量で且つ衝撃吸収特性に優れた中実若しくは
中空状の繊維強化プラスチックに関するものである。
〔従来の技術］ 無機繊維を補強材とした繊維強化プラスチックは、引張
特性、圧縮特性０曲げ特性が優れ且つ軽量であるために
一部の分野では金属に代る構造材として採用され始めて
いる。特に無機繊維の内でもカーボン繊維を補強材とし
た繊維強化プラスチックは金属材料に匹敵する上記特性
に加えて、繊維強化プラスチックの中でも特に＠１性に
優れ、植空機や宇宙空間飛行物体の分野における構造材
として急凍な進歩をとげつつある。又最近では軽量スポ
ーツ用自転車、車椅子、ロボット等の用途にも需要が広
がりつつある。
しかるにカーボン繊維強化プラスチックは、この様に優
れた性質を有している反面、衝撃作用に対してはもろく
、破損時に脆性破壊を起こし易く破片が飛び散るなどの
欠点がある。この理由の一つとしてカーボン繊維の伸度
が著しく低いということが挙げられ、他の理由としてマ
トリックス側の原因、即ち耐熱性や耐薬品性が優れてい
るという特性から構造材用繊維強化プラスチツク用のマ
トリックス材として汎用されているエポキシ系樹脂のも
ろさが挙げられる。これらの欠点を改善するために近年
補強繊維の面からは高強度で且つ伸度の高い改良カーボ
ン繊維が開発され、又マトリックス樹脂の面からはエポ
キシ本来の物性を保持しつつ伸度の高い改良樹脂が盛ん
に開発されている。しかしながらこうして改善されたカ
ーボン繊維およびマトリックス樹脂の組み合せにおいて
さえ要求靭性に応えるには未だほど遠く、又改善にも限
度がある。
そこで最近では既存材料の効果的利用、即ちカーボン繊
維に衝撃性の高いアラミド繊維を複合化（ハイブリッド
化）した繊維強化プラスチックの開発が主流になりつつ
ある。
［発明が解決しようとする問題点］ 前記の如くアラミド繊維をハイブリッド化した強化プラ
スチックはカーボン繊維１００％の繊維強化プラスチッ
クに比べて耐衝撃性は改善される。しかし要求靭性を付
与するためにはかなりの量のアラミド繊維を複合化する
必要があり繊維強化プラスチックとしての圧縮特性およ
び曲げ特性を犠牲にせざるを得ないのが現状である。又
アラミド繊維は標準状態での吸水率が３．５％と高く使
用環境下での吸水による経時的物性劣化も問題となって
いる。さらにアラミド繊維の比重は１．４５と有機繊維
の中でも特に高く、できる限り軽量な繊維が望まれてい
る状況下では改善の余地がある。
本発明はこうした事情に着目してなされたものであって
、軽量で吸水率が低く且つ高度な耐衝撃性を有する繊維
を複合化することによって耐衝撃性が改良された軽量で
且つ吸水による経時劣化のない繊維強化プラスチックを
提供しようとするものである。
［問題点を解決するための手段］ しかして上記問題点を解決する本発明の構成は無機繊維
により強化されたプラスチック層を芯部に配し、高強力
ポリエチレンフィラメントにより強化されたプラスチッ
ク層を鞘部として構成される点に要旨を有するものであ
る。
［作用］ 本発明に用いる無機繊維としては、ガラス繊維、カーボ
ン繊維、ボロン繊維などが例示されるが高強力、高弾性
で且つ軽量性を兼ねそなえたカーボン繊維が特に好まし
い。
一方本発明に用いる高強力ポリオレフィンフィラメント
は無機繊維の有する物性とのバランスから考えて少なく
とも２０ｇ／デニール、好ましくは３０ｇ／デニール以
上、より好ましくは４０ｇ／ヂニー　１し１＝１１−の
ａｌＥ厚さか目デ　シ　ツムｔｒ　　ｌ　　ン　≠、　
ぢ　ＯＯぐ／デニール、好ましくは８００ｇ／デニール
以上、より好ましくは１０００ｇ／デニール以上の引張
弾性率を有するものが推奨される。又、該繊維の衝撃吸
収エネルギーは少なくとも４０ジユール／デニール、好
ましくは５０ジユ一ル／デニール以上、より好ましくは
６０ジユ一ル／デニール以上であることが望まれる。尚
４０ジユ一ル／デニール未満の場合にあっては本発明の
繊維強化プラスチックの耐衝撃強度比が目標と考えてい
る３以上の値を達成できなくなる。
本発明に用いる高強力ポリオレフィンフィラメントは前
記の物性を満足するものであればいずれでもよいが、特
に粘度平均分子量５Ｘ１０’以上の高分子量ポリエチレ
ンであると価格面および製糸の容易さの面で有利である
。本発明に用いる高強力ポリオレフィンフィラメントの
単糸デニールについては特に限定はないが好ましくは０
．２〜２０ｄ１更に好ましくは０．５〜１０ｄとするの
が良い。
尚高強力ポリオレフィンフィラメントの場合はマトリッ
クス樹脂との接着性があまり良くないことがあるので、
マトリックス樹脂との接着性を向上させる為に繊維表面
に無数の縦長の多条溝を付与することが推奨される。こ
の多条溝は溶剤を適当量含むポリオレフィンゲル糸を延
伸する際に、溶剤蒸発量を制御することにより付与する
ことができる。さらに、接着性向上の手段として、高分
子化合物と接着する以前に繊維表面をフッ素ガスで処理
するか、またはエポキシ基含有ポリオレフィン、カルボ
キシ基含有ポリオレフィン、塩素化ポリオレフィン等で
表面処理を行なうと接着性が極めて向上するので他の接
着性向上手段として推奨される。
他方本発明に用いるマトリックス樹脂は、１４５℃以下
で硬化又は脱溶媒により最終的に固化される樹脂であれ
ば特に限定されるものではない。例えばポリエーテル系
ポリウレタン、ポリエステル系ポリウレタン、脂肪族炭
化水素系重合体、脂肪族炭化水素系共重合物あるいは不
飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ
樹脂、フェノール樹脂、ウレタンアクリレート樹脂等が
挙げられるが、目的とする耐衝撃性を有する繊維強化プ
ラスチックを得るには靭性の改良された熱硬化性樹脂、
特にエポキシ系樹脂が好ましい。
本発明に係る繊維強化プラスチックの耐衝撃強度比は無
機繊維強化プラスチックの耐衝撃性に対する繊維強化プ
ラスチックの耐衝撃性の比で表わすことができ、好まし
い値は該強度比で３以上、殊に４以上であればよい。
本発明に係る繊維強化プラスチックは例えばカーボン繊
維にエポキシ樹脂を含浸し、半硬化した所謂プリプレグ
シートを積層して芯部となし、ついで高強度ポリオレフ
ィン（以下ポリエチレンで代表する）フィラメントを補
強繊維とした同プリプレグシートを芯部上に１層又は２
要具上積層して鞘部を構成し、ついで加熱成形すること
により複層構造に製造することができるが特にこの方法
に限定されるものではない。尚鞘部補強繊維として高強
力ポリエチレンフィラメントに他の繊維、例えば炭素繊
維、アラミド繊維、ガラス繊維等を混合使用してもよい
０本発明の芯・鞘構造としては、中実芯・鞘構造および
中空芯・鞘構造等があり用途に応じて使い分けられる。
又使用される強化繊維の形態はヤーン、ストランド、一
方向シート、織物（平織、朱子織、綾織等）などがあり
、用途および成形法により使い分けられる。
［実施例］ 本発明の評価に用いた物性の測定法は下記の通りである
。
〈耐ｆｆＴ撃強度比〉 耐衝撃強度はＪＩＳ　Ｋ　７１１１−１９８４　　ｒ硬
質プラスチックのシャルピー衝撃試験方法」に準じて測
定した。
測定は下記の条件により行なった。
衝撃法　　　：フラットワイズ衝撃 ハンマーの秤量：　１５０ｋｇ−ｃｍ 持ち上げ角度　＝１５０゜ 衝撃速度　　　＝３．７ｍ／秒 試験片　　　：バイブ構造体、切欠きなし試験片寸法　
　：径１０ｍｍφ、肉厚１　ｍｍ。
長さ５０ｍｍ 支点間路！１：４０ｍｍ 耐衝撃強度比は次式により求めた。
耐衝撃強度比＝ 無機繊維強化プラスチックの吸収エネルギーく強伸度特
性の測定法〉 ＪＩＳ　Ｌ−１０１３−１９８１ｒ７．５引張強さ及び
伸び率」に準じて測定した。
＜ｉ撃吸収エネルギー〉 ＪＩＳ　Ｌ−１０１３−１９８１ｒ７．Ｉ３　ｊｍ軍強
す」ニＪシテ測定した。
実施例１ 粘度平均分子量が１．８Ｘ１０’の可撓性高分子鎖を有
する超高分子量ポリエチレンをデカリン（キシレンやパ
ラフィン等も使用可能である）に溶解して紡糸原液とし
た後、該紡糸原液を紡糸装置内でポリエチレン溶液が固
化しない濃度で紡糸口金から室温の大気中（水中へ押し
出すこともある）に押し出して冷却しゲル状繊維を形成
する。
このデカリンを含有するゲル状繊維を該ゲル状繊維が溶
断しない温度で、トータル３０〜４０倍の倍率で延伸し
引張強度３５ｇ／デニール、引張弾性率１３５０ｇ／デ
ニール、破断伸度３．２％の引張特性を有する太さ１５
０デニールの高強力ポリエチレンフィラメントを得た。
該フィラメントを用いて経緯３４木／インチの織密度、
目付４５ｇ／　、２の平織を織製した。ついで該織物を
用いて下記の要領にて繊維強化プラスチツクパイプを作
成した。即ち硬化温度１２０℃タイプのカーボン繊維に
一方向ブリプレグシートを内径８．０　ｍｍ穴のマンド
レルに積層し最外層に前記高強力ポリエチレンフィラメ
ント織物のエボキシプレブリグを１回巻きし、１２０℃
で３時間硬化成形して肉厚１．０５ｍｍ、直径１０．１
ｍｍφ、繊維体積含有率（Ｖ、）６０％の繊維強化プラ
スチツクパイプを作製した。
カーボン繊維と高強力ポリエチレン繊維との体積含有率
比は９０対１０であった。
一方ブランクとして炭素繊維１００％の強化プラスチッ
クパイプを同様の方法にて作製し、肉厚１．０　ｍｍ、
直径１０．０ｍｍφ、Ｖｆ：６０％のものを得た。規定
の方法にて衝撃特性を測定した結果耐衝撃強度比は２．
８であった。
実施例２ 実施例１で得られた高強力ポリエチレン繊維織物のプリ
プレグシート（エポキシ樹脂）を前記カーボン繊維プリ
プレグ巻き層の最外層に２回巻ぎし、１２０℃で３時間
硬化成形して肉厚１．１■、直径１０．２ｍｍφ、Ｖｆ
：６０％の繊維強化プラスチツクパイプを作製した。カ
ーボン繊維と高強力ポリエチレン繊維との体積含有率比
は８０対２０であった。規定の方法にて衝塁特性を測定
した結果、耐衝撃強度比は４．０であった。
比較例１ ケブラー４９（デュポン社１）１９５デニールを使った
市販平織物（デュポン品番１２０）を用い、実施例１と
同様の方法にて高強力ポリエチレン繊維織物プリプレグ
の代りに該ケブラー４９織物プリプレグを最外層に１回
巻きし、１２０℃で３時間硬化成形して肉厚１．０５ｍ
ｍ、直径１０．１ｍｍφ。
Ｖｆ：６０％の強化プラスチックパイプを作製した。カ
ーボン繊維とケブラー４９との体積含有率比は８９対１
１であり、耐衝撃強度比は２．１であフた。
比較例２ 比較例１と同様な方法でパイプを作製するに際し、該ケ
ブラー４９織物プリプレグを最外層に２回巻きし、１２
０℃で３時間硬化成形し肉厚１．１ｍｍ、直径１０．２
ｍ＋ｎφ、Ｖｒ：６０％の繊維強化プラスチツクパイプ
を作製した。カーボン繊維とケブラー４９との体積含有
率比は７８対２２であり、耐衝撃強度比は３．０であっ
た。
比較例３ 粘度平均分子量が４．５万のポリエチレンを実施例１と
同様な方法で製糸し引張強度１９ｇ／デニール、引張弾
性率４８０ｇ／デニール、破断伸度６．２％の引張特性
を有する太さ１５０デニールのポリエチレンフィラメン
トを得た。該フィラメントを用いて実施例１と同様の方
法で織製しついでカーボン繊維との繊維強化プラスチツ
クパイプを作製した。肉厚１．０５ｍｍ、直径１０．１
ｍｍφ、ｉａ維体積含有率（Ｖｆ）６０％、カーボン繊
維とポリエチレン繊維との体積含有率比が９０：１０の
パイプが得られた。耐衝撃強度比は１．８であった。
比較例４ 実施例１で得られた高強力ポリエチレンフィラメントを
用いて、硬化温度１２０℃タイプの一方向ブリブレグシ
ート（エポキシ樹脂）を作製した。該プリプレグシート
を内径８．０　ｍｍ穴のマンドレルに積層し最外層に実
施例１で得られた高強力ポリエチレンフィラメント織物
のエポキシプリプレグを１回巻きし、１２０℃で３時間
硬化成形して肉厚１．０５ｍｍ、直径１０．１＋ｎｍφ
繊維体積含有率（Ｖ、）ＳＯ％の複合化繊維強化プラス
チツクパイプを作製した。規定の方法にて街！特性を測
定した結果耐衝撃強度比は３．５であった。
実施例１〜２．比較例１〜４の結果をまとめると第１表
の通りである。
第１表から明らかなように、カーボン繊維の強化プラス
チックパイプの耐衝撃性を改善する効果に関して本発明
の高強力ポリエチレンフィラメントは、比較例１〜２の
ケブラー４９の場合に比べて小さな使用量で達成できる
ことがわかる。
即ち本発明の体積含有率（Ａ／Ｂ　）　９０／１０の耐
ｆｆ［強度比は比較例２の（Ａ／Ｂ）７８／２２のそれ
にほぼ匹敵する。又巻き数を２倍にすることによる耐衝
撃強度比の増加割合に関しては本発明（実施例１〜２）
は比較例１〜２に比べて大きいことがわかる０本発明の
要件を満たさないポリエチレン繊維を使用した比較例３
の場合、同じ体積含有率の本発明（実施例１）に比べて
耐衝撃強度比は著しく劣り、本発明の効果は明白である
。又比較例４の高強力ポリエチレンフィラメント単独の
繊維強化プラスチツクパイプの耐衝撃強度比は実施例１
又は２に比べて必ずしも高い値を得られなかった。又曲
げ、圧縮特性はカーボン繊維１００％強化プラスチック
パイプに比べて著しく劣っていた。
［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されており、アラミド繊維をカ
ーボン繊維に複合化した強化プラスチックに比べて本発
明の繊維強化プラスチックは耐衝撃性が著しく改善され
、軽量で且つ吸水率の低いものであった。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）無機繊維により強化されたプラスチック層を芯部
    に配し、高強力ポリオレフィンフィラメントにより強化
    されたプラスチック層を鞘部として配したものであるこ
    とを特徴とする中実若しくは中空状の繊維強化プラスチ
    ック。
  2. （２）無機繊維がカーボン繊維からなる特許請求の範囲
    第１項に記載の中実若しくは中空状の繊維強化プラスチ
    ック。
  3. （３）高強力ポリオレフィンフィラメントの引張強度が
    ２０ｇ／デニール以上、引張弾性率が５００ｇ／デニー
    ル以上の高強力ポリエチレンである特許請求の範囲第１
    項又は第２項記載の中実若しくは中空状の繊維強化プラ
    スチック。
  4. （４）高強力ポリエチレンフィラメントの衝撃吸収エネ
    ルギーが少なくとも４０×１０＾−＾５ジュール／デニ
    ールである特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれか
    に記載の中実若しくは中空状の繊維強化プラスチック。
  5. （５）芯部が中空である特許請求の範囲第１項乃至第４
    項のいずれかに記載の中実若しくは中空状の繊維強化プ
    ラスチック。
JP61224195A 1986-09-22 1986-09-22 中実若しくは中空状の繊維強化プラスチツク Expired - Lifetime JPH0764035B2 (ja)

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