JP2003238698A - 繊維強化複合材料、繊維強化複合材料用の補強繊維、及び繊維強化複合材料の製造方法 - Google Patents
繊維強化複合材料、繊維強化複合材料用の補強繊維、及び繊維強化複合材料の製造方法Info
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- JP2003238698A JP2003238698A JP2002046733A JP2002046733A JP2003238698A JP 2003238698 A JP2003238698 A JP 2003238698A JP 2002046733 A JP2002046733 A JP 2002046733A JP 2002046733 A JP2002046733 A JP 2002046733A JP 2003238698 A JP2003238698 A JP 2003238698A
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- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＦＲＰの補強繊維と直角方向の強度を向上
し、層間の強度を向上して、ＣＡＩの高いＦＲＰを提供
すること、前記ＦＲＰに好適な補強繊維であり、プリプ
レグにしたときもその取り扱い性を犠牲にすることな
く、優れた機械物性、特に高いＣＡＩを得ることができ
る補強繊維を提供すること、及び、前記ＦＲＰを容易に
得ることができる製造方法を提供することを課題とす
る。 【解決手段】 （Ａ）補強繊維、（Ｂ）無機系添加剤及
び（Ｃ）樹脂からなる繊維強化複合材料において、
（Ｂ）無機系添加剤の（Ｃ）樹脂中の分布濃度が（Ａ）
補強繊維に接する部分で最大であり、（Ａ）補強繊維か
ら離れるにしたがって低い繊維強化複合材料、それに好
適に用いることができる繊維強化複合材料用の補強繊
維、及び、前記繊維強化複合材料の製造方法である。
し、層間の強度を向上して、ＣＡＩの高いＦＲＰを提供
すること、前記ＦＲＰに好適な補強繊維であり、プリプ
レグにしたときもその取り扱い性を犠牲にすることな
く、優れた機械物性、特に高いＣＡＩを得ることができ
る補強繊維を提供すること、及び、前記ＦＲＰを容易に
得ることができる製造方法を提供することを課題とす
る。 【解決手段】 （Ａ）補強繊維、（Ｂ）無機系添加剤及
び（Ｃ）樹脂からなる繊維強化複合材料において、
（Ｂ）無機系添加剤の（Ｃ）樹脂中の分布濃度が（Ａ）
補強繊維に接する部分で最大であり、（Ａ）補強繊維か
ら離れるにしたがって低い繊維強化複合材料、それに好
適に用いることができる繊維強化複合材料用の補強繊
維、及び、前記繊維強化複合材料の製造方法である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、マトリックス樹脂
に機能傾斜を付与した繊維強化複合材料（以下、ＦＲＰ
という。）、そのＦＲＰに好適に用いることのできる補
強繊維及び前記ＦＲＰの製造方法に関する。
に機能傾斜を付与した繊維強化複合材料（以下、ＦＲＰ
という。）、そのＦＲＰに好適に用いることのできる補
強繊維及び前記ＦＲＰの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＦＲＰは、熱硬化性樹脂などのマトリッ
クス樹脂を補強繊維で強化したものであり、軽量、かつ
高強度、高弾性の特性を有し、ゴルフシャフト、テニス
ラケット、釣り竿、等のスポーツレジャー関連から自動
車、航空機などの産業用途にまで広く用いられている。
クス樹脂を補強繊維で強化したものであり、軽量、かつ
高強度、高弾性の特性を有し、ゴルフシャフト、テニス
ラケット、釣り竿、等のスポーツレジャー関連から自動
車、航空機などの産業用途にまで広く用いられている。
【０００３】ＦＲＰは高強度、軽量化を目指す各用途に
対して非常に適しており、ますます今後の展開が期待さ
れる材料であるが、一方ＦＲＰの欠点として、補強繊維
の方向に対し直角方向の強度が弱いことが挙げられる。
これは、たとえば補強繊維方向の強度は、補強繊維その
ものの強度が反映するため、非常に高強度が発現される
のに対し、それと直角方向の強度はマトリックスの強
度、又は補強繊維とマトリックスの界面接着強度に支配
されるために、補強繊維方向に比べて一桁以上低くなっ
てしまう。
対して非常に適しており、ますます今後の展開が期待さ
れる材料であるが、一方ＦＲＰの欠点として、補強繊維
の方向に対し直角方向の強度が弱いことが挙げられる。
これは、たとえば補強繊維方向の強度は、補強繊維その
ものの強度が反映するため、非常に高強度が発現される
のに対し、それと直角方向の強度はマトリックスの強
度、又は補強繊維とマトリックスの界面接着強度に支配
されるために、補強繊維方向に比べて一桁以上低くなっ
てしまう。
【０００４】このようにＦＲＰは補強繊維方向と、それ
と直角方向とで大きく物性が異なる、いわゆる異方性材
料であるが、あらゆる方向に同等の物性を付与する方法
として、補強繊維が一方向に配列した一方向材料を、角
度を変えて擬似等方に積層する方法がある。しかしなが
ら、この積層方法にしても厚み方向に対しては異方性を
防ぐことはできない。特に層間はガラス転移温度以下で
のマトリックスの熱収縮が残留応力として残存するた
め、厚み方向の強度が非常に低くなってしまう。構造材
料としては耐熱性が要求されることが多いが、耐熱性が
向上するほど、残留応力は大きくなり、層間、すなわち
厚み方向の強度が低くなってしまう。
と直角方向とで大きく物性が異なる、いわゆる異方性材
料であるが、あらゆる方向に同等の物性を付与する方法
として、補強繊維が一方向に配列した一方向材料を、角
度を変えて擬似等方に積層する方法がある。しかしなが
ら、この積層方法にしても厚み方向に対しては異方性を
防ぐことはできない。特に層間はガラス転移温度以下で
のマトリックスの熱収縮が残留応力として残存するた
め、厚み方向の強度が非常に低くなってしまう。構造材
料としては耐熱性が要求されることが多いが、耐熱性が
向上するほど、残留応力は大きくなり、層間、すなわち
厚み方向の強度が低くなってしまう。
【０００５】ＦＲＰの強度評価の一つにＣＡＩ（衝撃後
圧縮強度）がある。これはＦＲＰ積層板に衝撃を与え、
その後の圧縮強度を測定するものであるが、衝撃を与え
たときに層間に剥離が伸展し、その後の圧縮強度を大き
く低下させてしまう。このＣＡＩは航空機などの構造材
料にとって、耐熱性とともに最も重要な強度の一つであ
り、高い耐熱性とＣＡＩを両立させることで航空機など
の設計の自由度が大いに広がり、更なる軽量化が達成可
能となる。
圧縮強度）がある。これはＦＲＰ積層板に衝撃を与え、
その後の圧縮強度を測定するものであるが、衝撃を与え
たときに層間に剥離が伸展し、その後の圧縮強度を大き
く低下させてしまう。このＣＡＩは航空機などの構造材
料にとって、耐熱性とともに最も重要な強度の一つであ
り、高い耐熱性とＣＡＩを両立させることで航空機など
の設計の自由度が大いに広がり、更なる軽量化が達成可
能となる。
【０００６】ＣＡＩを向上させる方法としてはインター
リーフ的層間補強技術が代表的なものであり、特開平１
−１０４６２４号公報をはじめ、数多くの技術が開示さ
れている。これらの技術の基本的な考え方は、熱可塑性
樹脂やエラストマー、ゴム成分などの高靭性成分を層間
に配置することにより、衝撃時の層間の剥離を抑え、Ｃ
ＡＩの低下を防ぐものである。これらの方法の問題点と
しては、高靭性成分を層間に配置させることが困難であ
ったり、工数を要したりするということが挙げられる。
リーフ的層間補強技術が代表的なものであり、特開平１
−１０４６２４号公報をはじめ、数多くの技術が開示さ
れている。これらの技術の基本的な考え方は、熱可塑性
樹脂やエラストマー、ゴム成分などの高靭性成分を層間
に配置することにより、衝撃時の層間の剥離を抑え、Ｃ
ＡＩの低下を防ぐものである。これらの方法の問題点と
しては、高靭性成分を層間に配置させることが困難であ
ったり、工数を要したりするということが挙げられる。
【０００７】たとえばシート状の高靭性成分を添加する
場合には、まず薄いシート状にしなくてはならない。厚
ければ補強繊維の含有率が低下してしまい、その他の機
械物性に悪影響を与えてしまう。次にこのシート状高靭
性成分を層間に配置しなければならず、工数アップにな
る。又成形時にはこのシート状高靭性成分が乱れないよ
うに注意が必要である。工数アップを防ぐためにプリプ
レグなどの中間材料に予め貼り付けておく場合には、プ
リプレグのタックなどの取り扱い性を犠牲にせざるを得
ないなど、課題が多い。又、粒子状の高靭性成分を用い
る場合にも、層間に配置させるのに高度な技術が必要で
あること、プリプレグの表面に予め分散させておく場合
には、やはりタックの低減は避けられず、取り扱い性を
犠牲にしなければならない。
場合には、まず薄いシート状にしなくてはならない。厚
ければ補強繊維の含有率が低下してしまい、その他の機
械物性に悪影響を与えてしまう。次にこのシート状高靭
性成分を層間に配置しなければならず、工数アップにな
る。又成形時にはこのシート状高靭性成分が乱れないよ
うに注意が必要である。工数アップを防ぐためにプリプ
レグなどの中間材料に予め貼り付けておく場合には、プ
リプレグのタックなどの取り扱い性を犠牲にせざるを得
ないなど、課題が多い。又、粒子状の高靭性成分を用い
る場合にも、層間に配置させるのに高度な技術が必要で
あること、プリプレグの表面に予め分散させておく場合
には、やはりタックの低減は避けられず、取り扱い性を
犠牲にしなければならない。
【０００８】このように、ＦＲＰの最も重要な機械強度
の一つであるＣＡＩを向上する層間補強には高度な技術
が必要であり、プリプレグにした場合にもその取り扱い
性を犠牲にせざるを得ないという問題があった。
の一つであるＣＡＩを向上する層間補強には高度な技術
が必要であり、プリプレグにした場合にもその取り扱い
性を犠牲にせざるを得ないという問題があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の課題
は、ＦＲＰの補強繊維と直角方向の強度を向上し、層間
の強度を向上して、ＣＡＩの高いＦＲＰを提供すること
である。又、本発明の課題は、そのようなＦＲＰに好適
な補強繊維であり、プリプレグにしたときもその取り扱
い性を犠牲にすることなく、優れた機械物性、特に高い
ＣＡＩを得ることができる補強繊維を提供することであ
る。さらに本発明の課題は、前記ＦＲＰを容易に得るこ
とができる製造方法を提供することである。
は、ＦＲＰの補強繊維と直角方向の強度を向上し、層間
の強度を向上して、ＣＡＩの高いＦＲＰを提供すること
である。又、本発明の課題は、そのようなＦＲＰに好適
な補強繊維であり、プリプレグにしたときもその取り扱
い性を犠牲にすることなく、優れた機械物性、特に高い
ＣＡＩを得ることができる補強繊維を提供することであ
る。さらに本発明の課題は、前記ＦＲＰを容易に得るこ
とができる製造方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題について鋭意検
討した結果、全く新しい発想により上記課題を解決する
ことができ、本発明に到達した。
討した結果、全く新しい発想により上記課題を解決する
ことができ、本発明に到達した。
【００１１】すなわち、本発明のＦＲＰは、マトリック
スに機能傾斜を付与し、残留応力の低減を図ることによ
りＣＡＩの向上、更にはＦＲＰの繊維と直角方向の強度
向上を達成したものである。具体的には、（Ａ）補強繊
維、（Ｂ）無機系添加剤及び（Ｃ）樹脂からなるＦＲＰ
において、（Ｂ）無機系添加剤の（Ｃ）樹脂中の分布濃
度が（Ａ）補強繊維に接する部分で最大であり、（Ａ）
補強繊維から離れるにしたがって低くなることを特徴と
するＦＲＰである。
スに機能傾斜を付与し、残留応力の低減を図ることによ
りＣＡＩの向上、更にはＦＲＰの繊維と直角方向の強度
向上を達成したものである。具体的には、（Ａ）補強繊
維、（Ｂ）無機系添加剤及び（Ｃ）樹脂からなるＦＲＰ
において、（Ｂ）無機系添加剤の（Ｃ）樹脂中の分布濃
度が（Ａ）補強繊維に接する部分で最大であり、（Ａ）
補強繊維から離れるにしたがって低くなることを特徴と
するＦＲＰである。
【００１２】本発明のＦＲＰは（Ａ）補強繊維が炭素繊
維であることが好ましい。又、本発明のＦＲＰは、
（Ｂ）無機系添加剤の弾性率が、（Ｃ）樹脂の弾性率よ
りも高いことが好ましく、又（Ｂ）無機系添加剤がカー
ボンナノチューブであることが好ましい。
維であることが好ましい。又、本発明のＦＲＰは、
（Ｂ）無機系添加剤の弾性率が、（Ｃ）樹脂の弾性率よ
りも高いことが好ましく、又（Ｂ）無機系添加剤がカー
ボンナノチューブであることが好ましい。
【００１３】又、本発明のＦＲＰは、（Ｃ）樹脂が熱硬
化性樹脂であることがこのましい。本発明のＦＲＰ用の
補強繊維は、（Ｂ）無機系添加剤が（Ａ）補強繊維の表
面に塗布されていることを特徴とするＦＲＰ用の補強繊
維である。
化性樹脂であることがこのましい。本発明のＦＲＰ用の
補強繊維は、（Ｂ）無機系添加剤が（Ａ）補強繊維の表
面に塗布されていることを特徴とするＦＲＰ用の補強繊
維である。
【００１４】本発明のＦＲＰの製造方法は、（Ｂ）無機
系添加剤を予め（Ａ）補強繊維に塗布し、その後（Ｃ）
樹脂と一体化して成形することを特徴とする前記ＦＲＰ
の製造方法。
系添加剤を予め（Ａ）補強繊維に塗布し、その後（Ｃ）
樹脂と一体化して成形することを特徴とする前記ＦＲＰ
の製造方法。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明のＦＲＰに用いられる
（Ａ）補強繊維としては、特に制限はなく、炭素繊維、
ガラス繊維、アラミド繊維、スチール繊維、高強度ポリ
エチレン繊維、ＰＢＯ繊維、等が挙げられるが、強度、
弾性率に優れる炭素繊維を使用した場合、本発明のＦＲ
Ｐの強度が非常に優れたものとなるため、最も好適であ
る。
（Ａ）補強繊維としては、特に制限はなく、炭素繊維、
ガラス繊維、アラミド繊維、スチール繊維、高強度ポリ
エチレン繊維、ＰＢＯ繊維、等が挙げられるが、強度、
弾性率に優れる炭素繊維を使用した場合、本発明のＦＲ
Ｐの強度が非常に優れたものとなるため、最も好適であ
る。
【００１６】（Ｂ）無機系添加剤としては特に制限はな
いが、（Ｃ）樹脂に対する濃度が（Ａ）補強繊維に接す
る部分で最大であり、（Ａ）補強繊維から離れるにした
がって低くならなければならない。濃度の測定方法とし
てはたとえば次のような方法が例示できる。まずＦＲＰ
が層間を含む場合、図１に示したように補強繊維層１と
補強繊維層２にはさまれた樹脂層３が確認できるように
ＦＲＰの断面写真をとる。層間の樹脂層部分を補強繊維
の層に沿って５つの層に分ける。補強繊維の層１に近い
ほうから順にａ層、ｂ層、ｃ層、ｄ層、ｅ層とし、各層
の厚みに対して、それぞれ５倍以上の長さの断面におい
て、各層の断面積に対する各層に含まれる（Ｂ）無機系
添加剤の断面積の比を、その層での（Ｂ）無機系添加剤
濃度とする。又、ＦＲＰが層間を含まないような場合に
は、補強繊維とマトリックスが確認できるような、図２
に示すような断面写真をとる。補強繊維４と補強繊維４
の間のマトリックスを５つの層に分け、それぞれａ層、
ｂ層、ｃ層、ｄ層、ｅ層とする。前記と同様、各層の厚
みに対して、それぞれ５倍以上の長さの断面において、
各層の断面積に対する各層に含まれる（Ｂ）無機系添加
剤の断面積の比を、その層での（Ｂ）無機系添加剤の濃
度とする。いずれの場合にも厚みが一定でないときに
は、５点程度厚みを測り、その平均値に対して５倍以上
の長さに対して濃度の評価を実施する。
いが、（Ｃ）樹脂に対する濃度が（Ａ）補強繊維に接す
る部分で最大であり、（Ａ）補強繊維から離れるにした
がって低くならなければならない。濃度の測定方法とし
てはたとえば次のような方法が例示できる。まずＦＲＰ
が層間を含む場合、図１に示したように補強繊維層１と
補強繊維層２にはさまれた樹脂層３が確認できるように
ＦＲＰの断面写真をとる。層間の樹脂層部分を補強繊維
の層に沿って５つの層に分ける。補強繊維の層１に近い
ほうから順にａ層、ｂ層、ｃ層、ｄ層、ｅ層とし、各層
の厚みに対して、それぞれ５倍以上の長さの断面におい
て、各層の断面積に対する各層に含まれる（Ｂ）無機系
添加剤の断面積の比を、その層での（Ｂ）無機系添加剤
濃度とする。又、ＦＲＰが層間を含まないような場合に
は、補強繊維とマトリックスが確認できるような、図２
に示すような断面写真をとる。補強繊維４と補強繊維４
の間のマトリックスを５つの層に分け、それぞれａ層、
ｂ層、ｃ層、ｄ層、ｅ層とする。前記と同様、各層の厚
みに対して、それぞれ５倍以上の長さの断面において、
各層の断面積に対する各層に含まれる（Ｂ）無機系添加
剤の断面積の比を、その層での（Ｂ）無機系添加剤の濃
度とする。いずれの場合にも厚みが一定でないときに
は、５点程度厚みを測り、その平均値に対して５倍以上
の長さに対して濃度の評価を実施する。
【００１７】ＦＲＰに対して以上のような処理を施し、
ａ層、ｅ層を補強繊維に接する部分とし、ｃ層を補強繊
維から最も離れた部分とする。本発明においては（Ｂ）
無機系添加剤の濃度の平均値が、ａ層→ｂ層→ｃ層（ｅ
層→ｄ層→ｃ層）と（Ａ）補強繊維から離れるにしたが
って低くならなければならない。ａ層、ｅ層での（Ｂ）
無機系添加剤の濃度が、ｃ層での（Ｂ）無機系添加剤の
濃度の２倍以上高い場合は、機能傾斜効果がより顕著に
なるために好ましい。
ａ層、ｅ層を補強繊維に接する部分とし、ｃ層を補強繊
維から最も離れた部分とする。本発明においては（Ｂ）
無機系添加剤の濃度の平均値が、ａ層→ｂ層→ｃ層（ｅ
層→ｄ層→ｃ層）と（Ａ）補強繊維から離れるにしたが
って低くならなければならない。ａ層、ｅ層での（Ｂ）
無機系添加剤の濃度が、ｃ層での（Ｂ）無機系添加剤の
濃度の２倍以上高い場合は、機能傾斜効果がより顕著に
なるために好ましい。
【００１８】本発明における（Ｂ）無機系添加剤の弾性
率は（Ｃ）樹脂の弾性率よりも高いことが望ましい。
（Ａ）は補強するための繊維であるので、（Ｃ）樹脂よ
りも弾性率は高い。本発明は（Ｂ）無機系添加剤の
（Ｃ）樹脂内での分布により、樹脂に機能傾斜を付与す
るものであるので、（Ｂ）弾性率は（Ｃ）弾性率よりも
高いことが望ましいのである。
率は（Ｃ）樹脂の弾性率よりも高いことが望ましい。
（Ａ）は補強するための繊維であるので、（Ｃ）樹脂よ
りも弾性率は高い。本発明は（Ｂ）無機系添加剤の
（Ｃ）樹脂内での分布により、樹脂に機能傾斜を付与す
るものであるので、（Ｂ）弾性率は（Ｃ）弾性率よりも
高いことが望ましいのである。
【００１９】又、（Ｂ）無機系添加剤はカーボンナノチ
ューブであることが好ましい。カーボンナノチューブは
非常に弾性率が高く、特に（Ａ）補強繊維が炭素繊維で
ある場合には、（Ｂ）成分も同等の弾性率となるため、
補強繊維も含めたＦＲＰ全体に機能傾斜効果が付与さ
れ、機能傾斜効果が最も大きくなるので好ましい。カー
ボンナノチューブとしては特に制限はなく、単層カーボ
ンナノチューブでも多層カーボンナノチューブでもよい
が、コストパフォーマンスに優れる多層カーボンナノチ
ューブの方が好適である。更に（Ｂ）無機系添加剤とし
てカーボンナノチューブを用いた場合、そのカーボンナ
ノチューブがＦＲＰの中で、（Ａ）補強繊維に平行に配
置されている場合には、（Ｃ）樹脂は（Ａ）補強繊維に
よる異方性をある程度保持しながら、なおかつ機能傾斜
を付与されている為、本発明のＦＲＰとして最も理想的
な状態となり、機械強度も非常に高くなるので、特に好
ましい。
ューブであることが好ましい。カーボンナノチューブは
非常に弾性率が高く、特に（Ａ）補強繊維が炭素繊維で
ある場合には、（Ｂ）成分も同等の弾性率となるため、
補強繊維も含めたＦＲＰ全体に機能傾斜効果が付与さ
れ、機能傾斜効果が最も大きくなるので好ましい。カー
ボンナノチューブとしては特に制限はなく、単層カーボ
ンナノチューブでも多層カーボンナノチューブでもよい
が、コストパフォーマンスに優れる多層カーボンナノチ
ューブの方が好適である。更に（Ｂ）無機系添加剤とし
てカーボンナノチューブを用いた場合、そのカーボンナ
ノチューブがＦＲＰの中で、（Ａ）補強繊維に平行に配
置されている場合には、（Ｃ）樹脂は（Ａ）補強繊維に
よる異方性をある程度保持しながら、なおかつ機能傾斜
を付与されている為、本発明のＦＲＰとして最も理想的
な状態となり、機械強度も非常に高くなるので、特に好
ましい。
【００２０】本発明における（Ｃ）樹脂としては特に制
限はなく、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂が使用できる
が、熱硬化性樹脂が、成形性や取り扱い性に優れるため
好ましい。
限はなく、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂が使用できる
が、熱硬化性樹脂が、成形性や取り扱い性に優れるため
好ましい。
【００２１】次にもう一つの発明である補強繊維につい
て説明する。（Ａ）補強繊維、（Ｂ）無機系添加剤及び
（Ｃ）樹脂は上述の通りである。本発明のＦＲＰに好適
に用いることのできる補強繊維は、例えば次のようにし
て製造することができる。 （製造方法を説明してください。）
て説明する。（Ａ）補強繊維、（Ｂ）無機系添加剤及び
（Ｃ）樹脂は上述の通りである。本発明のＦＲＰに好適
に用いることのできる補強繊維は、例えば次のようにし
て製造することができる。 （製造方法を説明してください。）
【００２２】本発明のＦＲＰの製造方法としては特に制
限はないが、次の方法による製造方法が好適である。す
なわち、（Ｂ）無機系添加剤を予め（Ａ）補強繊維に付
着させておいて、その後（Ｃ）樹脂と一体化して成形す
る方法である。このような方法で製造すると、本発明の
ＦＲＰを比較的容易に製造することができる。
限はないが、次の方法による製造方法が好適である。す
なわち、（Ｂ）無機系添加剤を予め（Ａ）補強繊維に付
着させておいて、その後（Ｃ）樹脂と一体化して成形す
る方法である。このような方法で製造すると、本発明の
ＦＲＰを比較的容易に製造することができる。
【００２３】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づき詳細に説明す
るが、もちろん本発明はこれらの実施例に限定されるも
のではない。
るが、もちろん本発明はこれらの実施例に限定されるも
のではない。
【００２４】（実施例１）まず、使用した材料について
説明する。（Ａ）補強繊維としては、三菱レイヨン社製
の炭素繊維、パイロフィルＴＲ５０Ｓ−１２Ｋを使用し
た。 （Ｂ）無機系添加剤としては、直径約１６ｎｍのガラス
微粒子を使用した。 （Ｃ）樹脂としては、次の組成のエポキシ樹脂組成物を
用いた。 すなわち、ジャパンエポキシレジン社製エピコート８２
８ ４０質量部、同エピコート１００２ ３０質量部、
大日本インキ化学工業社製エピクロンＮ６７３３０質量
部、ジャパンエポキシレジン社製Ｄｉｃｙ７ ５質量
部、保土ヶ谷化学社製ＤＣＭＵ９９ ５質量部、を均一
に混合したものである。
説明する。（Ａ）補強繊維としては、三菱レイヨン社製
の炭素繊維、パイロフィルＴＲ５０Ｓ−１２Ｋを使用し
た。 （Ｂ）無機系添加剤としては、直径約１６ｎｍのガラス
微粒子を使用した。 （Ｃ）樹脂としては、次の組成のエポキシ樹脂組成物を
用いた。 すなわち、ジャパンエポキシレジン社製エピコート８２
８ ４０質量部、同エピコート１００２ ３０質量部、
大日本インキ化学工業社製エピクロンＮ６７３３０質量
部、ジャパンエポキシレジン社製Ｄｉｃｙ７ ５質量
部、保土ヶ谷化学社製ＤＣＭＵ９９ ５質量部、を均一
に混合したものである。
【００２５】次にＦＲＰ用補強繊維の製造方法について
説明する。まず、（Ｂ）樹脂 １００質量部とジャパン
エポキシレジン社製エピコート１００１、１００質量
部、メチルエチルケトン １００質量部とを均一に混合
した。次にこの均一混合物に（Ａ）補強繊維をディップ
して塗布し、メチルエチルケトンを脱溶剤して本発明の
ＦＲＰ用補強繊維を得た。得られたＦＲＰ用補強繊維
の、（Ａ）補強繊維に対する（Ｂ）無機系添加剤の付着
割合は１２質量％であった。さらにＦＲＰの製造方法に
ついて説明する。ＦＲＰ用補強繊維を一方向に引き揃え
て、（Ｃ）樹脂をホットメルト方式により含浸させてプ
リプレグを得た。プリプレグの補強繊維目付けは１５０
ｇ／ｍ２とした。プリプレグの製造は通常の方法により
実施可能であり、特に制限はなかった。又得られたプリ
プレグはタック、ドレープ性に優れ、取り扱い製に優れ
たものであった。
説明する。まず、（Ｂ）樹脂 １００質量部とジャパン
エポキシレジン社製エピコート１００１、１００質量
部、メチルエチルケトン １００質量部とを均一に混合
した。次にこの均一混合物に（Ａ）補強繊維をディップ
して塗布し、メチルエチルケトンを脱溶剤して本発明の
ＦＲＰ用補強繊維を得た。得られたＦＲＰ用補強繊維
の、（Ａ）補強繊維に対する（Ｂ）無機系添加剤の付着
割合は１２質量％であった。さらにＦＲＰの製造方法に
ついて説明する。ＦＲＰ用補強繊維を一方向に引き揃え
て、（Ｃ）樹脂をホットメルト方式により含浸させてプ
リプレグを得た。プリプレグの補強繊維目付けは１５０
ｇ／ｍ２とした。プリプレグの製造は通常の方法により
実施可能であり、特に制限はなかった。又得られたプリ
プレグはタック、ドレープ性に優れ、取り扱い製に優れ
たものであった。
【００２６】得られたプリプレグを［４５°／０°／−
４５°／９０°／４５°／０°／−４５°／９０°／４
５°／０°／−４５°／９０°／９０°／−４５°／０
°／４５°／９０°／−４５°／０°／４５°／９０°
／−４５°／０°／４５°］で２４ｐｌｙ積層し、オー
トクレーブで２ｋｇ／ｃｍ２の圧をかけて、１３０℃×
１時間で成形した。炭素繊維の体積含有率は５５体積％
であった。成形したパネルの層間を含む断面写真をと
り、機能傾斜の評価を、明細書に示した層間を含む場合
に準じて実施した。ａ層、ｅ層、ｂ層、ｄ層における
（Ｂ）無機系添加剤の平均値はそれぞれ２８％、２０％
であり、ｃ層における（Ｂ）無機系添加剤の平均濃度は
１２％であった。ａ層、ｅ層における（Ｂ）無機系添加
剤の濃度の平均値はｃ層における（Ｂ）無機系添加剤の
濃度の２倍以上であった。該ＣＦＲＰパネルをボーイン
グマテリアルスペック８−２７６に従ってＣＡＩを測定
した。ＣＡＩは２９０ＭＰａと高い値を示した。
４５°／９０°／４５°／０°／−４５°／９０°／４
５°／０°／−４５°／９０°／９０°／−４５°／０
°／４５°／９０°／−４５°／０°／４５°／９０°
／−４５°／０°／４５°］で２４ｐｌｙ積層し、オー
トクレーブで２ｋｇ／ｃｍ２の圧をかけて、１３０℃×
１時間で成形した。炭素繊維の体積含有率は５５体積％
であった。成形したパネルの層間を含む断面写真をと
り、機能傾斜の評価を、明細書に示した層間を含む場合
に準じて実施した。ａ層、ｅ層、ｂ層、ｄ層における
（Ｂ）無機系添加剤の平均値はそれぞれ２８％、２０％
であり、ｃ層における（Ｂ）無機系添加剤の平均濃度は
１２％であった。ａ層、ｅ層における（Ｂ）無機系添加
剤の濃度の平均値はｃ層における（Ｂ）無機系添加剤の
濃度の２倍以上であった。該ＣＦＲＰパネルをボーイン
グマテリアルスペック８−２７６に従ってＣＡＩを測定
した。ＣＡＩは２９０ＭＰａと高い値を示した。
【００２７】又、得られたプリプレグを［０°／０°／
０°／０°／０°／０°／０°／０°／０°／０°］で
１０ｐｌｙ積層し、同様に成形して一方向のＣＦＲＰを
得た。炭素繊維の体積含有率は５５体積％であった。得
られたＣＦＲＰは層間が不明瞭であったので、明細書中
に示した層間を含まない場合に準じて機能傾斜の評価を
実施した。ａ層、ｅ層、ｂ層、ｄ層における（Ｂ）無機
系添加剤の濃度の平均値はそれぞれ３６％、２９％であ
り、ｃ層における（Ｂ）無機系添加剤の濃度は１７％で
あった。ａ層、ｅ層における（Ｂ）無機系添加剤の濃度
の平均値はｃ層における（Ｂ）無機系添加剤の濃度の２
倍以上であった。得られたＣＦＲＰの９０°方向の曲げ
強度をＡＳＴＭ Ｄ７９０に従って評価したところ、１
５８ＭＰａと高い値を示した。
０°／０°／０°／０°／０°／０°／０°／０°］で
１０ｐｌｙ積層し、同様に成形して一方向のＣＦＲＰを
得た。炭素繊維の体積含有率は５５体積％であった。得
られたＣＦＲＰは層間が不明瞭であったので、明細書中
に示した層間を含まない場合に準じて機能傾斜の評価を
実施した。ａ層、ｅ層、ｂ層、ｄ層における（Ｂ）無機
系添加剤の濃度の平均値はそれぞれ３６％、２９％であ
り、ｃ層における（Ｂ）無機系添加剤の濃度は１７％で
あった。ａ層、ｅ層における（Ｂ）無機系添加剤の濃度
の平均値はｃ層における（Ｂ）無機系添加剤の濃度の２
倍以上であった。得られたＣＦＲＰの９０°方向の曲げ
強度をＡＳＴＭ Ｄ７９０に従って評価したところ、１
５８ＭＰａと高い値を示した。
【００２８】（比較例１）（Ｂ）無機系添加剤のを用い
ない例を示す。（Ａ）補強繊維、（Ｃ）樹脂は実施例１
と同じものを用いた。（Ａ）補強繊維に、ジャパンエポ
キシレジン社製エピコート１００１ １００質量部とメ
チルエチルケトン １００質量部を均一に混合したもの
を塗布し、メチルエチルケトンを脱溶剤した。次にこの
補強繊維を一方向に引き揃えて、（Ｃ）樹脂をホットメ
ルト方式により含浸させてプリプレグを得た。プリプレ
グの補強繊維目付けは１５０ｇ／ｍ２とした。
ない例を示す。（Ａ）補強繊維、（Ｃ）樹脂は実施例１
と同じものを用いた。（Ａ）補強繊維に、ジャパンエポ
キシレジン社製エピコート１００１ １００質量部とメ
チルエチルケトン １００質量部を均一に混合したもの
を塗布し、メチルエチルケトンを脱溶剤した。次にこの
補強繊維を一方向に引き揃えて、（Ｃ）樹脂をホットメ
ルト方式により含浸させてプリプレグを得た。プリプレ
グの補強繊維目付けは１５０ｇ／ｍ２とした。
【００２９】得られたプリプレグから実施例１と同様に
してＣＦＲＰを成形した。成形物の炭素繊維の体積含有
率は５５体積％であった。得られたＣＦＲＰで、実施例
１と同様にしてＣＡＩ、９０°方向の曲げ強度を測定し
たところ、それぞれ２４５ＭＰａ、１３２ＭＰａであっ
た。
してＣＦＲＰを成形した。成形物の炭素繊維の体積含有
率は５５体積％であった。得られたＣＦＲＰで、実施例
１と同様にしてＣＡＩ、９０°方向の曲げ強度を測定し
たところ、それぞれ２４５ＭＰａ、１３２ＭＰａであっ
た。
【００３０】（比較例２）マトリックスに機能傾斜がな
い場合を示す。実施例１で用いた（Ｂ）添加剤を（Ｃ）
樹脂に均一に混合し、（Ａ）成分を一方向に引きそろえ
たものに含浸させてプリプレグを調製した。（Ｂ）添加
量は（Ａ）の質量に対して１２質量％とした。得られた
プリプレグから実施例１と同様にしてＣＦＲＰを成形し
た。成形物の炭素繊維の体積含有率は５５％であった。
得られたＣＦＲＰで、実施例１と同様にしてＣＡＩ、９
０度方向の曲げ強度を測定したところ、それぞれ２３４
ＭＰａ、１３５ＭＰａであった。
い場合を示す。実施例１で用いた（Ｂ）添加剤を（Ｃ）
樹脂に均一に混合し、（Ａ）成分を一方向に引きそろえ
たものに含浸させてプリプレグを調製した。（Ｂ）添加
量は（Ａ）の質量に対して１２質量％とした。得られた
プリプレグから実施例１と同様にしてＣＦＲＰを成形し
た。成形物の炭素繊維の体積含有率は５５％であった。
得られたＣＦＲＰで、実施例１と同様にしてＣＡＩ、９
０度方向の曲げ強度を測定したところ、それぞれ２３４
ＭＰａ、１３５ＭＰａであった。
【００３１】（実施例２）（Ａ）補強繊維及び（Ｃ）樹
脂としては実施例１で用いたものと同じものを用いた。
又、（Ｂ）無機系添加剤としてはカーボンナノチューブ
を用いた。カーボンナノチューブはアーク放電法により
製造したものである。実施例１と同様にして、（Ｂ）無
機系添加剤 １００質量部とジャパンエポキシレジン社
製エピコート１００１ １００質量部、メチルエチルケ
トン１００質量部とを均一に混合した。
脂としては実施例１で用いたものと同じものを用いた。
又、（Ｂ）無機系添加剤としてはカーボンナノチューブ
を用いた。カーボンナノチューブはアーク放電法により
製造したものである。実施例１と同様にして、（Ｂ）無
機系添加剤 １００質量部とジャパンエポキシレジン社
製エピコート１００１ １００質量部、メチルエチルケ
トン１００質量部とを均一に混合した。
【００３２】次にこの均一混合物に（Ａ）補強繊維をデ
ィップして塗布し、メチルエチルケトンを脱溶剤して本
発明のＦＲＰ用補強繊維を得た。得られたＦＲＰ用補強
繊維の（Ｂ）無機系添加剤の（Ａ）補強繊維に対する質
量割合は８質量％であった。続いてこのＦＲＰ用補強繊
維を一方向に引き揃えて、（Ｃ）樹脂をホットメルト方
式により含浸させてプリプレグを得た。プリプレグの補
強繊維目付けは１５０ｇ／ｍ２とした。プリプレグの製
造は通常の方法により実施可能であり、特に制限はなか
った。又得られたプリプレグはタック、ドレープ性に優
れ、取り扱い製に優れたものであった。得られたプリプ
レグを実施例１と同様にしてＣＡＩ測定を実施した。Ｃ
ＡＩに用いたＣＦＲＰパネルの機能傾斜の評価を実施例
１と同様にして実施したところ、ａ層、ｅ層、ｂ、ｄ層
における（Ｂ）無機系添加剤の濃度の平均値はそれぞれ
３７％、２４％であり、ｃ層における（Ｂ）無機系添加
剤の濃度は１４％であった。ａ，ｅ層における（Ｂ）無
機系添加剤の濃度の平均値はｃ層における（Ｂ）無機系
添加剤の濃度の２倍以上であった。又、該ＣＦＲＰパネ
ルの炭素繊維含有率は５５体積％であった。該ＣＦＲＰ
パネルを実施例１と同様にしてＣＡＩを測定したところ
３３２ＭＰａと高い値を示した。
ィップして塗布し、メチルエチルケトンを脱溶剤して本
発明のＦＲＰ用補強繊維を得た。得られたＦＲＰ用補強
繊維の（Ｂ）無機系添加剤の（Ａ）補強繊維に対する質
量割合は８質量％であった。続いてこのＦＲＰ用補強繊
維を一方向に引き揃えて、（Ｃ）樹脂をホットメルト方
式により含浸させてプリプレグを得た。プリプレグの補
強繊維目付けは１５０ｇ／ｍ２とした。プリプレグの製
造は通常の方法により実施可能であり、特に制限はなか
った。又得られたプリプレグはタック、ドレープ性に優
れ、取り扱い製に優れたものであった。得られたプリプ
レグを実施例１と同様にしてＣＡＩ測定を実施した。Ｃ
ＡＩに用いたＣＦＲＰパネルの機能傾斜の評価を実施例
１と同様にして実施したところ、ａ層、ｅ層、ｂ、ｄ層
における（Ｂ）無機系添加剤の濃度の平均値はそれぞれ
３７％、２４％であり、ｃ層における（Ｂ）無機系添加
剤の濃度は１４％であった。ａ，ｅ層における（Ｂ）無
機系添加剤の濃度の平均値はｃ層における（Ｂ）無機系
添加剤の濃度の２倍以上であった。又、該ＣＦＲＰパネ
ルの炭素繊維含有率は５５体積％であった。該ＣＦＲＰ
パネルを実施例１と同様にしてＣＡＩを測定したところ
３３２ＭＰａと高い値を示した。
【００３３】又、得られたプリプレグを実施例１と同様
にして９０°の曲げ試験を実施した。ＣＦＲＰパネルの
炭素繊維の体積含有率は５５体積％であった。得られた
ＣＦＲＰは層間が不明瞭であったので、実施例１と同
様、明細書中に示した層間を含まない場合に準じて機能
傾斜の評価を実施した。ａ層、ｅ層、ｂ層、ｄ層におけ
る（Ｂ）無機系添加剤の濃度の平均値はそれぞれ４２
％、３０％であり、ｃ層における（Ｂ）濃度は２０％で
あった。ａ層、ｅ層における（Ｂ）無機系添加剤の濃度
の平均値はｃ層における（Ｂ）無機系添加剤の濃度の２
倍以上であった。
にして９０°の曲げ試験を実施した。ＣＦＲＰパネルの
炭素繊維の体積含有率は５５体積％であった。得られた
ＣＦＲＰは層間が不明瞭であったので、実施例１と同
様、明細書中に示した層間を含まない場合に準じて機能
傾斜の評価を実施した。ａ層、ｅ層、ｂ層、ｄ層におけ
る（Ｂ）無機系添加剤の濃度の平均値はそれぞれ４２
％、３０％であり、ｃ層における（Ｂ）濃度は２０％で
あった。ａ層、ｅ層における（Ｂ）無機系添加剤の濃度
の平均値はｃ層における（Ｂ）無機系添加剤の濃度の２
倍以上であった。
【００３４】又、該ＣＦＲＰの補強繊維に平行な断面の
断面観察をしたところ、（Ｂ）カーボンナノチューブは
補強繊維に対してほぼ平行に配置されていた。該ＣＦＲ
Ｐの９０°方向の曲げ強度をＡＳＴＭ Ｄ７９０に従っ
て評価したところ、１７２ＭＰａと高い値を示した。
断面観察をしたところ、（Ｂ）カーボンナノチューブは
補強繊維に対してほぼ平行に配置されていた。該ＣＦＲ
Ｐの９０°方向の曲げ強度をＡＳＴＭ Ｄ７９０に従っ
て評価したところ、１７２ＭＰａと高い値を示した。
【００３５】
【図１】ＦＲＰが層間を含む場合のマトリックス層を５
層に分ける方法の略図である。右図は拡大図である。
層に分ける方法の略図である。右図は拡大図である。
【図２】ＦＲＰの層間が不明瞭な場合のマトリックス層
を５層に分ける方法の略図である。右図は拡大図であ
る。
を５層に分ける方法の略図である。右図は拡大図であ
る。
１ 補強繊維層
２ マトリックス層
３ 補強繊維層
ａ、ｅ マトリックス層の中で、補強繊維に接する部分
ｃ マトリックス層の中で、補強繊維より最も離れた個
所 ｂ、ｄ マトリックス層の中で、ａ層とｃ層、ｃ層とｅ
層の中間層 ４ 補強繊維
所 ｂ、ｄ マトリックス層の中で、ａ層とｃ層、ｃ層とｅ
層の中間層 ４ 補強繊維
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明のＦ
ＲＰは、（Ａ）補強繊維、（Ｂ）無機系添加剤及び
（Ｃ）樹脂からなるＦＲＰにおいて、（Ｂ）無機系添加
剤の（Ｃ）樹脂中の分布濃度が（Ａ）補強繊維に接する
部分で最大であり、（Ａ）補強繊維から離れるにしたが
って低くなることを特徴とするＦＲＰであるので、ＦＲ
Ｐの補強繊維と直角方向の強度を向上させ、層間の強度
を向上させてＣＡＩの高いＦＲＰを提供することができ
る。又、本発明のＦＲＰ用の補強繊維は、（Ｂ）無機系
添加剤が（Ａ）補強繊維の表面に塗布されていることを
特徴とするＦＲＰ用の補強繊維であるので、補強繊維と
直角方向の強度が高く、ＣＡＩの高いＦＲＰを得ること
ができる補強繊維を提供することができ、更にプリプレ
グにしたときもその取り扱い性を犠牲にすることなく、
優れた機械物性、特に高いＣＡＩを得ることができる補
強繊維を提供することができる。さらに、本発明のＦＲ
Ｐの製造方法は、（Ｂ）無機系添加剤を予め（Ａ）補強
繊維に塗布し、その後（Ｃ）樹脂と一体化して成形する
ことを特徴とする請求項１記載のＦＲＰの製造方法であ
るので、補強繊維と直角方向の強度が高く、ＣＡＩの高
いＦＲＰを得ることができる製造方法を提供することが
できた。
ＲＰは、（Ａ）補強繊維、（Ｂ）無機系添加剤及び
（Ｃ）樹脂からなるＦＲＰにおいて、（Ｂ）無機系添加
剤の（Ｃ）樹脂中の分布濃度が（Ａ）補強繊維に接する
部分で最大であり、（Ａ）補強繊維から離れるにしたが
って低くなることを特徴とするＦＲＰであるので、ＦＲ
Ｐの補強繊維と直角方向の強度を向上させ、層間の強度
を向上させてＣＡＩの高いＦＲＰを提供することができ
る。又、本発明のＦＲＰ用の補強繊維は、（Ｂ）無機系
添加剤が（Ａ）補強繊維の表面に塗布されていることを
特徴とするＦＲＰ用の補強繊維であるので、補強繊維と
直角方向の強度が高く、ＣＡＩの高いＦＲＰを得ること
ができる補強繊維を提供することができ、更にプリプレ
グにしたときもその取り扱い性を犠牲にすることなく、
優れた機械物性、特に高いＣＡＩを得ることができる補
強繊維を提供することができる。さらに、本発明のＦＲ
Ｐの製造方法は、（Ｂ）無機系添加剤を予め（Ａ）補強
繊維に塗布し、その後（Ｃ）樹脂と一体化して成形する
ことを特徴とする請求項１記載のＦＲＰの製造方法であ
るので、補強繊維と直角方向の強度が高く、ＣＡＩの高
いＦＲＰを得ることができる製造方法を提供することが
できた。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
// Ｂ２９Ｋ 105:08 Ｂ２９Ｋ 105:16
105:16 Ｂ２９Ｃ 67/14 Ｗ
Ｆターム(参考） 4F072 AA01 AB10 AD23 AE22 AF01
AG07 AL02 AL04
4F205 AA36 AA39 AB11 AB18 AB28
AD16 AH17 AH31 AH59 HA06
HA35 HA39 HB01 HC17 HF02
HG01 HG10 HM02
4J002 AA001 CD001 DA036 FA056
GC00 GN00
Claims (7)
- 【請求項１】 （Ａ）補強繊維、（Ｂ）無機系添加剤及
び（Ｃ）樹脂からなる繊維強化複合材料において、
（Ｂ）無機系添加剤の（Ｃ）樹脂中の分布濃度が（Ａ）
補強繊維に接する部分で最大であり、（Ａ）補強繊維か
ら離れるにしたがって低くなることを特徴とする繊維強
化複合材料。 - 【請求項２】 （Ｂ）無機系添加剤の弾性率が（Ｃ）樹
脂の弾性率よりも高い請求項１記載の繊維強化複合材
料。 - 【請求項３】 （Ａ）補強繊維が炭素繊維である請求項
１又は２記載の繊維強化複合材料。 - 【請求項４】 （Ｂ）無機系添加剤がカーボンナノチュ
ーブである請求項１〜３のいずれか１項記載の繊維強化
複合材料。 - 【請求項５】 （Ｃ）樹脂が熱硬化性樹脂である請求項
１〜４のいずれか１項記載の繊維強化複合材料。 - 【請求項６】 （Ｂ）無機系添加剤が（Ａ）補強繊維の
表面に塗布されていることを特徴とする繊維強化複合材
料用の補強繊維。 - 【請求項７】 （Ｂ）無機系添加剤を予め（Ａ）補強繊
維に塗布し、その後（Ｃ）樹脂と一体化して成形するこ
とを特徴とする請求項１記載の繊維強化複合材料の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002046733A JP4107475B2 (ja) | 2002-02-22 | 2002-02-22 | 繊維強化複合材料用の補強繊維 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002046733A JP4107475B2 (ja) | 2002-02-22 | 2002-02-22 | 繊維強化複合材料用の補強繊維 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003238698A true JP2003238698A (ja) | 2003-08-27 |
| JP2003238698A5 JP2003238698A5 (ja) | 2005-08-25 |
| JP4107475B2 JP4107475B2 (ja) | 2008-06-25 |
Family
ID=27784543
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002046733A Expired - Fee Related JP4107475B2 (ja) | 2002-02-22 | 2002-02-22 | 繊維強化複合材料用の補強繊維 |
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|---|---|
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2002
- 2002-02-22 JP JP2002046733A patent/JP4107475B2/ja not_active Expired - Fee Related
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