JPH01141921A - 炭素繊維強化複合材料用の柔軟性中間材及びその製造方法 - Google Patents
炭素繊維強化複合材料用の柔軟性中間材及びその製造方法Info
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- JPH01141921A JPH01141921A JP62302124A JP30212487A JPH01141921A JP H01141921 A JPH01141921 A JP H01141921A JP 62302124 A JP62302124 A JP 62302124A JP 30212487 A JP30212487 A JP 30212487A JP H01141921 A JPH01141921 A JP H01141921A
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- Reinforced Plastic Materials (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Moulding By Coating Moulds (AREA)
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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。
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、炭素繊維強化複合材料(C/Cコンポジット
)を製造する過程で、その焼成過程前に成形されるCF
RPの成形加工を効率化するためのC/Cコンポジット
用に開発された全く新規な予備的形態、いわゆる柔軟性
中間基材及びその製造方法に関するものである。
)を製造する過程で、その焼成過程前に成形されるCF
RPの成形加工を効率化するためのC/Cコンポジット
用に開発された全く新規な予備的形態、いわゆる柔軟性
中間基材及びその製造方法に関するものである。
(従来技術)
一般にC/Cコンポジットの製造方法には、炭素繊維織
物又は炭素繊維成形物に樹脂を含浸して成形硬化した後
焼成するレジンチャー法や、炭素繊維織物などに樹脂粉
末をまぶしてホットプレス成形し、その後焼成するホッ
トプレス法などが知られている。
物又は炭素繊維成形物に樹脂を含浸して成形硬化した後
焼成するレジンチャー法や、炭素繊維織物などに樹脂粉
末をまぶしてホットプレス成形し、その後焼成するホッ
トプレス法などが知られている。
また、C/Cコンポジットの製造における炭素化時に生
じた成形体のボアや、微少クラックを補う方法として、
含浸処理や、CVD法などが知られている。
じた成形体のボアや、微少クラックを補う方法として、
含浸処理や、CVD法などが知られている。
更に、C/Cコンポジットの製造方法には、熱硬化性樹
脂と炭素繊維を複合したCFRPを焼成する方法がある
。かかるCFRPを製造するための中間材として、プリ
プレグというものが開発されている。かかるプリプレグ
には、多数の繊維を引揃えたものに連続的に樹脂(B−
ステージ)を含浸することにより樹脂の粘着力で引揃え
状態が保持された一方向プリプレグや、炭素繊維織物に
樹脂を含浸させたプリプレグがある。しかし、これらの
中間材は、半硬化の樹脂を含浸させているために、べと
つきがあり、また柔軟性がなく、張合せや積層をするこ
とによる他、成形が容易でない。さらにべとつきがある
ことがその後の後成形を容易としているため、このべと
つきを保持するために中間材の保存には限界があり、長
期間の保存は不可能であった。また、当該プリプレグは
、CFRPの製造に用いられる中間材であり、C/Cコ
ンポジット用の中間材は全く存在しなかった。
脂と炭素繊維を複合したCFRPを焼成する方法がある
。かかるCFRPを製造するための中間材として、プリ
プレグというものが開発されている。かかるプリプレグ
には、多数の繊維を引揃えたものに連続的に樹脂(B−
ステージ)を含浸することにより樹脂の粘着力で引揃え
状態が保持された一方向プリプレグや、炭素繊維織物に
樹脂を含浸させたプリプレグがある。しかし、これらの
中間材は、半硬化の樹脂を含浸させているために、べと
つきがあり、また柔軟性がなく、張合せや積層をするこ
とによる他、成形が容易でない。さらにべとつきがある
ことがその後の後成形を容易としているため、このべと
つきを保持するために中間材の保存には限界があり、長
期間の保存は不可能であった。また、当該プリプレグは
、CFRPの製造に用いられる中間材であり、C/Cコ
ンポジット用の中間材は全く存在しなかった。
(発明が解決しようとする問題点)
上記レジンジャー法及びホットプレス法は、繊維の中に
樹脂が均一に分散することが難しく更に焼成時において
樹脂と繊維の収縮差によりボアや微少クラックが発生し
、繊維の補強効果を十分に発揮できなかった。
樹脂が均一に分散することが難しく更に焼成時において
樹脂と繊維の収縮差によりボアや微少クラックが発生し
、繊維の補強効果を十分に発揮できなかった。
また、含浸処理やCVD法は工程が煩雑であり、C/C
コンポジット製造のコスト高の原因にもなっていた。ま
た、C/Cコンポジット中の炭素繊維含有ii (Vf
”)のコントロールが難しく、製品の品質の一定化が
困難であるという問題点があった。
コンポジット製造のコスト高の原因にもなっていた。ま
た、C/Cコンポジット中の炭素繊維含有ii (Vf
”)のコントロールが難しく、製品の品質の一定化が
困難であるという問題点があった。
更にCFRPを製造するためのプリプレグ中間材を用い
て成形したCFRPを焼成してC/Cコンポジットを製
造した場合も、これらの中間材はC/Cコンポジットを
製造するためのものではないため、炭素化時に変形やボ
アが発生し、満足のゆく物性を有したC/Cコンポジッ
トの製造は困難であり、そのため含浸処理やCVD処理
が必要となり、工程が煩雑となるという問題点があった
。
て成形したCFRPを焼成してC/Cコンポジットを製
造した場合も、これらの中間材はC/Cコンポジットを
製造するためのものではないため、炭素化時に変形やボ
アが発生し、満足のゆく物性を有したC/Cコンポジッ
トの製造は困難であり、そのため含浸処理やCVD処理
が必要となり、工程が煩雑となるという問題点があった
。
(問題点を解決するための手段)
本発明者は上記問題点を解決すべく鋭意研究の結果、従
来のサイジングされた炭素繊維束と同様にあらゆる形状
に成形可能である柔軟性複合中間材を知見し、本発明を
達成するに到った。
来のサイジングされた炭素繊維束と同様にあらゆる形状
に成形可能である柔軟性複合中間材を知見し、本発明を
達成するに到った。
本発明の柔軟性中間材はC/Cコンポジットを製造する
ために専用に開発された全く新規なものである。
ために専用に開発された全く新規なものである。
すなわち、本発明は縮合多環多核芳香族(COPNA)
樹脂(B−ステージ粉末)が包含された炭S繊維東、不
融化有機m維東又は熱処理不融化有機繊維束を芯材とし
、その周囲に熱可塑性繊維及び/又はフィルムのラッピ
ングを施し、必要に応じて更にその周囲に熱可塑性スリ
ーブを有する柔軟性複合中間材に関するものである。
樹脂(B−ステージ粉末)が包含された炭S繊維東、不
融化有機m維東又は熱処理不融化有機繊維束を芯材とし
、その周囲に熱可塑性繊維及び/又はフィルムのラッピ
ングを施し、必要に応じて更にその周囲に熱可塑性スリ
ーブを有する柔軟性複合中間材に関するものである。
本発明に用いるBステージ樹脂は、縮合多環多核芳香族
(COPNA)樹脂であり、フローテスター法における
軟化点が50〜350℃である熱硬化性を有するものを
使用する。
(COPNA)樹脂であり、フローテスター法における
軟化点が50〜350℃である熱硬化性を有するものを
使用する。
上記COPNA樹脂は石油系ピッチ、石炭系ピッチ、芳
香族炭化水素化合物の重縮合によって得られる合成ピッ
チから選ばれる1種又は2種以上のピッチを少なくとも
主原料として芳香族架橋剤をもちいて合成されたもので
あり、すなわち、(イ)主として二環以上の縮合多環芳
香族化合物、(ロ)ヒドロキシメチル基若しくはハロメ
チル基のいずれか少なくとも一種の基を二個以上有する
か、又はアルデヒド基又はカルボキシル基のいずれか少
なくとも一種の基を一個以上有する一環または二環以上
の芳香環から成る芳香族架橋剤、(ハ)酸触媒、 前記(イ)(ロ)(ハ)の混合物、もしくは前記(イ)
(ロ)(ハ)の混合物を加熱反応させて得られるもので
ある。
香族炭化水素化合物の重縮合によって得られる合成ピッ
チから選ばれる1種又は2種以上のピッチを少なくとも
主原料として芳香族架橋剤をもちいて合成されたもので
あり、すなわち、(イ)主として二環以上の縮合多環芳
香族化合物、(ロ)ヒドロキシメチル基若しくはハロメ
チル基のいずれか少なくとも一種の基を二個以上有する
か、又はアルデヒド基又はカルボキシル基のいずれか少
なくとも一種の基を一個以上有する一環または二環以上
の芳香環から成る芳香族架橋剤、(ハ)酸触媒、 前記(イ)(ロ)(ハ)の混合物、もしくは前記(イ)
(ロ)(ハ)の混合物を加熱反応させて得られるもので
ある。
5芳呑族架橋剤には、例えばp−キシリレングリコール
、2.5−ジメチル−1,4−ベンゼンジメタツール、
ベンズアルデヒド又はテレフタルアルデヒド等が用いら
れる。これらの架橋剤は、硬化した樹脂が約450℃付
近でそのメチレン結合及び/又はメチン結合を開裂する
ことによる再軟化の度合いを調整するのに適している。
、2.5−ジメチル−1,4−ベンゼンジメタツール、
ベンズアルデヒド又はテレフタルアルデヒド等が用いら
れる。これらの架橋剤は、硬化した樹脂が約450℃付
近でそのメチレン結合及び/又はメチン結合を開裂する
ことによる再軟化の度合いを調整するのに適している。
更に必要に応じてかかる再軟化の度合いを調整するため
に二環又は二環の芳香族にメチル基を有する化合物を含
有する添加剤、例えばメチルナフタレン、これを含有す
るタールや組成物なども樹脂を合成する時に添加するこ
とができる。
に二環又は二環の芳香族にメチル基を有する化合物を含
有する添加剤、例えばメチルナフタレン、これを含有す
るタールや組成物なども樹脂を合成する時に添加するこ
とができる。
さらに、上記COPNA樹脂には原料ピッチの他にコー
クス粉、カーボンブラック、黒鉛などの骨材を添加して
合成することも可能である。
クス粉、カーボンブラック、黒鉛などの骨材を添加して
合成することも可能である。
上記、COPNA樹脂は得られる柔軟性中間材の成形方
法に応じて適当な軟化点やゲルタイムを有するBステー
ジ樹脂を調製することができ、炭素繊維強化複合材料用
の柔軟性中間材のBステージ樹脂として好適である。
法に応じて適当な軟化点やゲルタイムを有するBステー
ジ樹脂を調製することができ、炭素繊維強化複合材料用
の柔軟性中間材のBステージ樹脂として好適である。
かかるCOPNA樹脂は炭素化収率50%以上、好まし
くは60%以上の値を有するものである。50%未満で
は炭素化時の樹脂の収縮率が大きくボアが生じ、良好な
ものが得られない。
くは60%以上の値を有するものである。50%未満で
は炭素化時の樹脂の収縮率が大きくボアが生じ、良好な
ものが得られない。
次いで当該樹脂を粉末状にし、その粉末径は30μm以
下、好ましくは20μm以下である。30μmより大き
いと繊維に均一に分散することが困難となり好ましくな
い。
下、好ましくは20μm以下である。30μmより大き
いと繊維に均一に分散することが困難となり好ましくな
い。
粉末状にした樹脂を流動化させる。流動化は常法に従っ
て行うことができる。例えば、容器の底部に圧力損失を
有するフェルト等の分散板を設けた容器に当該粉末樹脂
を入れ、分散板の下からガスで加圧することによりガス
を微小な気泡とし、該気泡が分散板より発生することに
より当該樹脂粉末を流動させる方法がある。更に、必要
に応じて、COP N A I!を脂粉末の流動を均一
にするため、撹拌羽を設けることも可能である。ここで
、流動化に使用するガス又は雰囲気は、空気又は窒素等
の非酸化性雰囲気ガスであればよく、好ましくは乾燥し
た非酸化性ガスがよい。
て行うことができる。例えば、容器の底部に圧力損失を
有するフェルト等の分散板を設けた容器に当該粉末樹脂
を入れ、分散板の下からガスで加圧することによりガス
を微小な気泡とし、該気泡が分散板より発生することに
より当該樹脂粉末を流動させる方法がある。更に、必要
に応じて、COP N A I!を脂粉末の流動を均一
にするため、撹拌羽を設けることも可能である。ここで
、流動化に使用するガス又は雰囲気は、空気又は窒素等
の非酸化性雰囲気ガスであればよく、好ましくは乾燥し
た非酸化性ガスがよい。
次いで、上記樹脂粉末を流動化させた流動層中に繊維束
を入れる。繊維束としては炭素繊維束、不融化有機繊維
束又は熱処理不融化有機繊維束のいずれを用いてもよい
。これにより樹脂粉末が繊維に均一に分散することがで
き、特に上記した如<COPNA樹脂合成時に必要に応
じてコークス又は黒鉛等の骨材等を添加した場合でも樹
脂を粉末状にして流動化させるため、粉末された樹脂は
単一種類の粒子となり流動層にて樹脂を包含する際、均
一な流動を行うことができる。このため、繊維に均一に
分散することが可能であり、ピッチ粉末やコークス粉末
等を流動過程で繊維束に包含する方法よりも優れている
。
を入れる。繊維束としては炭素繊維束、不融化有機繊維
束又は熱処理不融化有機繊維束のいずれを用いてもよい
。これにより樹脂粉末が繊維に均一に分散することがで
き、特に上記した如<COPNA樹脂合成時に必要に応
じてコークス又は黒鉛等の骨材等を添加した場合でも樹
脂を粉末状にして流動化させるため、粉末された樹脂は
単一種類の粒子となり流動層にて樹脂を包含する際、均
一な流動を行うことができる。このため、繊維に均一に
分散することが可能であり、ピッチ粉末やコークス粉末
等を流動過程で繊維束に包含する方法よりも優れている
。
上記不融化有機繊維には石油系ピッチ、石炭系ピッチ、
リグニン系ピッチ、芳香族系合成ピッチからなる群より
選ばれるピッチを紡糸し、次いで不融化して得られた繊
維又はポリアクリロニトリル(PAN)繊維、レーヨン
繊維を耐炎化して得られた繊維又は硬化したフェノール
繊維若しくはCOPNA繊維が含まれる。また上記熱処
理不融化有機繊維束は、前記繊維を非酸化性雰囲気中に
て、150〜800℃にて熱処理を行ったものである。
リグニン系ピッチ、芳香族系合成ピッチからなる群より
選ばれるピッチを紡糸し、次いで不融化して得られた繊
維又はポリアクリロニトリル(PAN)繊維、レーヨン
繊維を耐炎化して得られた繊維又は硬化したフェノール
繊維若しくはCOPNA繊維が含まれる。また上記熱処
理不融化有機繊維束は、前記繊維を非酸化性雰囲気中に
て、150〜800℃にて熱処理を行ったものである。
非酸化性雰囲気には、例えば窒素、ヘリウム、アルゴン
等から成る群より選ばれる一種あるいは二種以上の混合
雰囲気又は減圧真空下が挙げられる。また、かかる温度
範囲で熱処理することによりC/Cコンポジット成形に
おける炭素化時に樹脂との密着が良好なものが得られる
。
等から成る群より選ばれる一種あるいは二種以上の混合
雰囲気又は減圧真空下が挙げられる。また、かかる温度
範囲で熱処理することによりC/Cコンポジット成形に
おける炭素化時に樹脂との密着が良好なものが得られる
。
当該樹脂粉末を流動層により包含した繊維束を、熱可塑
性繊維及び/又はフィルムでラッピングする。ラッピン
グは合成繊維製造時において用いられる一般的な方法に
従う。例えば、ラッピング繊維やラッピングフィルムの
まかれた中空スピンドルを高速で回転させ、その中空ス
ピンドルの中央に上記樹脂粉末を包含した繊維束を通過
させることによりラッピングを行うことができる。かか
る工程により包含されている樹脂粉末を繊維束に固定す
ることができる。更に、毛羽の多い繊維もラッピングさ
れることができ、これにより繊維束の毛羽をうまくつつ
み込むことが可能で、その後の織物機にかける時のハン
ドリング性が向上できる。
性繊維及び/又はフィルムでラッピングする。ラッピン
グは合成繊維製造時において用いられる一般的な方法に
従う。例えば、ラッピング繊維やラッピングフィルムの
まかれた中空スピンドルを高速で回転させ、その中空ス
ピンドルの中央に上記樹脂粉末を包含した繊維束を通過
させることによりラッピングを行うことができる。かか
る工程により包含されている樹脂粉末を繊維束に固定す
ることができる。更に、毛羽の多い繊維もラッピングさ
れることができ、これにより繊維束の毛羽をうまくつつ
み込むことが可能で、その後の織物機にかける時のハン
ドリング性が向上できる。
ラッピングに用いる繊維及び/又はフィルムは熱可塑性
である全ての樹脂からなる繊維及び/又はフィルムを用
いることができ、例えば、ポリアミド、ポリエチレン、
ポリプロピレン、アクリル樹脂、メタアクリル樹脂、ポ
リ酢酸ビニル、ポリビニルアルコールからなる群より選
ばれる一種又は二種以上の化合物が含まれる。
である全ての樹脂からなる繊維及び/又はフィルムを用
いることができ、例えば、ポリアミド、ポリエチレン、
ポリプロピレン、アクリル樹脂、メタアクリル樹脂、ポ
リ酢酸ビニル、ポリビニルアルコールからなる群より選
ばれる一種又は二種以上の化合物が含まれる。
ラッピングは一方向のみならず、交差して施してもよく
、これらを−例を第1図及び第2図に示す。
、これらを−例を第1図及び第2図に示す。
ここで用いられる「熱可塑性」の語の意には、本来の熱
可塑性の樹脂のみならず、熱硬化性樹脂ではあるが一定
温度に達すると可塑化する樹脂も含まれる。
可塑性の樹脂のみならず、熱硬化性樹脂ではあるが一定
温度に達すると可塑化する樹脂も含まれる。
更に、必要に応じて、ラッピングした繊維束を、電線加
工機とインフレーション加工機を組み合わせた一般的な
方法に従って熱可塑性樹脂スリーブを設けることも可能
である。
工機とインフレーション加工機を組み合わせた一般的な
方法に従って熱可塑性樹脂スリーブを設けることも可能
である。
かかる場合、繊維束にラッピングが施されているため、
スリーブを設けるノズル・ダイス部分での繊維毛羽によ
るトラブルや樹脂の軟化も困難なく行うことができる。
スリーブを設けるノズル・ダイス部分での繊維毛羽によ
るトラブルや樹脂の軟化も困難なく行うことができる。
また、スリーブ樹脂としては、押出し後も熱可塑性であ
る全ての樹脂が適しており、例えば、ポリアミド、塩化
ビニリデン、塩化ビニノペボリスチレン、ポリプロピレ
ン、ポリエチレン、ポリアクリノペボリカーボネート、
ポリメタクリル、ポリフッ化ビニリデンから成る群より
選ばれる一種又は二種以上の化合物が含まれる。
る全ての樹脂が適しており、例えば、ポリアミド、塩化
ビニリデン、塩化ビニノペボリスチレン、ポリプロピレ
ン、ポリエチレン、ポリアクリノペボリカーボネート、
ポリメタクリル、ポリフッ化ビニリデンから成る群より
選ばれる一種又は二種以上の化合物が含まれる。
ここで、スリーブを設けた中間材の一例を第3図に示す
。
。
また、ラッピング繊維やフィルム、スリーブ樹脂は、柔
軟性中間材を加熱成形する際に、溶融し、成形可能であ
る樹脂であれば、一般にいわゆる熱可塑性樹脂に限定す
るものではなく、上記樹脂の他にある種のポリウレタン
や、ポリエステルも含まれる。
軟性中間材を加熱成形する際に、溶融し、成形可能であ
る樹脂であれば、一般にいわゆる熱可塑性樹脂に限定す
るものではなく、上記樹脂の他にある種のポリウレタン
や、ポリエステルも含まれる。
特に本発明においてはポリアミド樹脂が好ましく、6−
ナイロン、6,6−ナイロン、11−ナイロン、12−
ナイロン、6.10−ナイロン、や、これらの混合物が
用いられる。
ナイロン、6,6−ナイロン、11−ナイロン、12−
ナイロン、6.10−ナイロン、や、これらの混合物が
用いられる。
さらに6ローナイロン塩とε−カプロラクタム(6−ナ
イロン)を高温高圧下に共縮合させた共重縮合ポリアミ
ドは、低軟化点を有する物が得られ、スリーブ樹脂とし
て最も適している。
イロン)を高温高圧下に共縮合させた共重縮合ポリアミ
ドは、低軟化点を有する物が得られ、スリーブ樹脂とし
て最も適している。
本発明の柔軟性中間材は、従来のサイ、ジングされた炭
素繊維束と同様に織り物に成形したり、あらゆる形状に
成形でき、特に、該中間材は、三次元織物等にも適して
いる。従来は、炭素繊維で三次元織物を織ってから樹脂
を織物中に含浸させてC/Cコンポジットを製造してい
たが、かかる方法は主に低粘度で、炭素化収率の低い樹
脂しか含浸が容易でなく、炭素化後の再含浸を必要にす
る等の問題があった。本発明の中間材は織物とする中間
材に必要な樹脂を全て含有しているため、三次元織物の
ような複雑で樹脂を効率よく含浸しにくいものにも適し
ている。
素繊維束と同様に織り物に成形したり、あらゆる形状に
成形でき、特に、該中間材は、三次元織物等にも適して
いる。従来は、炭素繊維で三次元織物を織ってから樹脂
を織物中に含浸させてC/Cコンポジットを製造してい
たが、かかる方法は主に低粘度で、炭素化収率の低い樹
脂しか含浸が容易でなく、炭素化後の再含浸を必要にす
る等の問題があった。本発明の中間材は織物とする中間
材に必要な樹脂を全て含有しているため、三次元織物の
ような複雑で樹脂を効率よく含浸しにくいものにも適し
ている。
成形後、ラッピング繊維及び/又はフィルムやスリーブ
樹脂の軟化する温度に、ドライヤーなどで熱風をあてて
、樹脂を軟化させ、中間材同志を融着させ、形状を固定
し、プリフォームとすることもできる。
樹脂の軟化する温度に、ドライヤーなどで熱風をあてて
、樹脂を軟化させ、中間材同志を融着させ、形状を固定
し、プリフォームとすることもできる。
C/Cコンポジットを製造する最終成形は、ホットプレ
ス法を用いるのが好ましい。
ス法を用いるのが好ましい。
中間材中に包含されたCOPNA樹脂粉末は、その軟化
点以上の温度で溶融し、繊維間に密着して含浸され、続
く加熱で硬化することとなる。周囲のラッピング繊維及
び/又はフィルムやスリーブ樹脂等も加熱によって軟化
し一体化する。続いて約450℃の付近でCOPNA樹
脂のメチレン結合及び/又はメチン結合の開裂によりマ
トリックスが再軟化するため、これによりマl−’Jッ
クスは完全に均一なものとなり強化繊維の周囲に緻密な
均質なマトリックスを形成することができる。その後、
非酸化性雰囲気にて焼成することによって、炭素化後の
再含浸を必要とすることなくあらゆる形状のC/Cコン
ポジットを得ることができる。
点以上の温度で溶融し、繊維間に密着して含浸され、続
く加熱で硬化することとなる。周囲のラッピング繊維及
び/又はフィルムやスリーブ樹脂等も加熱によって軟化
し一体化する。続いて約450℃の付近でCOPNA樹
脂のメチレン結合及び/又はメチン結合の開裂によりマ
トリックスが再軟化するため、これによりマl−’Jッ
クスは完全に均一なものとなり強化繊維の周囲に緻密な
均質なマトリックスを形成することができる。その後、
非酸化性雰囲気にて焼成することによって、炭素化後の
再含浸を必要とすることなくあらゆる形状のC/Cコン
ポジットを得ることができる。
このことからホットプレス法を使用する場合、COPN
A樹脂の再軟化温度においてプレスするのが好ましい。
A樹脂の再軟化温度においてプレスするのが好ましい。
(実施例及び比較例)
以下本発明を実施例及び比較例により説明する。
実施例1
軟化点220℃の石炭系ピッチにα−メチルナフタレン
を40重量%加え、230℃で混合し、軟化点80℃の
混合物を得た。
を40重量%加え、230℃で混合し、軟化点80℃の
混合物を得た。
この混合物に、p−キシリレングリコールヲ55重量%
添加後、両者の混合物に対し、p−トルエンスルホン酸
を9重量%添加し、120℃で40分間反応させ、Bス
テージCOPNA樹脂を得た。
添加後、両者の混合物に対し、p−トルエンスルホン酸
を9重量%添加し、120℃で40分間反応させ、Bス
テージCOPNA樹脂を得た。
得られたCOPNA樹脂(Bステージ)を10μm以下
に粉砕し、撹拌羽をもうけた流動層中に入れ、空気を送
り込み流動させた。
に粉砕し、撹拌羽をもうけた流動層中に入れ、空気を送
り込み流動させた。
この中に、1000フイラメントのPAN系炭素繊維を
100 m/分の速度にて通過させ、流動層出口にて、
3.5n+m幅の6−ナイロンフィルムテープにてラッ
ピングした。
100 m/分の速度にて通過させ、流動層出口にて、
3.5n+m幅の6−ナイロンフィルムテープにてラッ
ピングした。
次いで、得られた中間材を8朱子織物としてドライヤー
で表面を加熱してナイロン樹脂を溶融して、中間材同志
を融着させて織物がばらつけないように形状を固定した
。続いて、10cm角に切り出し、60枚を重ねて同型
の金型に入れ、ホットプレスにて成形した。成形は、1
60℃より昇温し、30kg/cm2の圧力にて加圧し
、200℃にて1時間保持して硬化させた。次いで、4
℃/分にて昇温し、450℃にて圧力を下げ、ガスぬき
を行った後100kg/cm2に昇圧して、570℃ま
で加熱した。その後ホットプレスより取り出し、非酸化
性雰囲気下で920℃まで昇温し炭素化を終了して、1
00mmX100 n+mX1O++unのC/Cコン
ポジットを得た。
で表面を加熱してナイロン樹脂を溶融して、中間材同志
を融着させて織物がばらつけないように形状を固定した
。続いて、10cm角に切り出し、60枚を重ねて同型
の金型に入れ、ホットプレスにて成形した。成形は、1
60℃より昇温し、30kg/cm2の圧力にて加圧し
、200℃にて1時間保持して硬化させた。次いで、4
℃/分にて昇温し、450℃にて圧力を下げ、ガスぬき
を行った後100kg/cm2に昇圧して、570℃ま
で加熱した。その後ホットプレスより取り出し、非酸化
性雰囲気下で920℃まで昇温し炭素化を終了して、1
00mmX100 n+mX1O++unのC/Cコン
ポジットを得た。
当該C/Cコンポジットの曲げ強度は2050kg/C
m2、層間せん断強度は780 kg/m2であった。
m2、層間せん断強度は780 kg/m2であった。
実施例2
軟化点94℃の石炭系ピッチと10μm以下に粉砕した
石炭系生コークスを等量づつ粉体混合したものに、2,
5−ジメチル−1,4−ベンゼンジメタツールを55重
量%添加後、両者の混合物に対し、9重量%のp−)ル
エンスルホン酸を添加し、130℃で90分間反応させ
BステージCOPNA樹脂を得た。
石炭系生コークスを等量づつ粉体混合したものに、2,
5−ジメチル−1,4−ベンゼンジメタツールを55重
量%添加後、両者の混合物に対し、9重量%のp−)ル
エンスルホン酸を添加し、130℃で90分間反応させ
BステージCOPNA樹脂を得た。
得られたBステージCOPNA樹脂を10μm以下に粉
砕後、流動層にて流動させた。次いでこの中に、100
0フイラメントの石油ピッチ系の不融化有機繊維を窒素
雰囲気中で500℃にて30分間熱処理した熱処理不融
化有機繊維束を50m/分の速度にて通過させ樹脂粒子
を包含した繊維束を流動層の出口にて、6−ナイロン繊
維にてラッピングした。
砕後、流動層にて流動させた。次いでこの中に、100
0フイラメントの石油ピッチ系の不融化有機繊維を窒素
雰囲気中で500℃にて30分間熱処理した熱処理不融
化有機繊維束を50m/分の速度にて通過させ樹脂粒子
を包含した繊維束を流動層の出口にて、6−ナイロン繊
維にてラッピングした。
その後−軸スクリユーをそなえた押出し機を用いて、6
−ナイロンペレットを原料として220℃の温度で、該
6−ナイロンを毎分6.4gを送り出し、極めて薄いス
リーブをほどこした。
−ナイロンペレットを原料として220℃の温度で、該
6−ナイロンを毎分6.4gを送り出し、極めて薄いス
リーブをほどこした。
以下実施例1と同様に行ってC/Cコンポジットを得た
。その曲げ強度は3200kg/cm2、層間せん断強
度は900 kg/cm2であった。
。その曲げ強度は3200kg/cm2、層間せん断強
度は900 kg/cm2であった。
実施例3
軟化点64℃の石炭系ピッチ(平均分子量400)と架
橋剤としてベンズアルデヒドを、モル比にて、ベンズア
ルデヒド/石炭系ピッチ=2.0の割合で混合した。
橋剤としてベンズアルデヒドを、モル比にて、ベンズア
ルデヒド/石炭系ピッチ=2.0の割合で混合した。
次いで、酸触媒としてp−)ルエンスルホン酸を、p−
トルエンスルホン酸/ベンズアルデヒド=0.5のモル
比にて添加した。
トルエンスルホン酸/ベンズアルデヒド=0.5のモル
比にて添加した。
この混合物を、160℃にて、6時間撹拌しながら重合
反応を行い、BステージCOPNA樹脂を得た。
反応を行い、BステージCOPNA樹脂を得た。
得られた樹脂を10μm以下に粉砕後、流動層にて、流
動させ、次いで、この中に1000フイラメントの石油
ピッチ系炭素繊維束を50m/分の速度にて通過させ樹
脂粒子を包含した炭素繊維束を流動層の出口にてポリ塩
化ビニリデンフィルムをラッピングした。
動させ、次いで、この中に1000フイラメントの石油
ピッチ系炭素繊維束を50m/分の速度にて通過させ樹
脂粒子を包含した炭素繊維束を流動層の出口にてポリ塩
化ビニリデンフィルムをラッピングした。
以下実施例1と同様に行ってC/Cコンポジットを得た
。その曲げ強度は1800kg/cm2、層間せん断強
度は850 kg/cm2であった。
。その曲げ強度は1800kg/cm2、層間せん断強
度は850 kg/cm2であった。
実施例4
軟化点64℃の石炭系ピッチ(平均分子量400)と架
橋剤としてテレフタルアルデヒドを、モル比にて、ベン
ズアルデヒド/石炭系ピッチ=2.0の割合で混合した
。
橋剤としてテレフタルアルデヒドを、モル比にて、ベン
ズアルデヒド/石炭系ピッチ=2.0の割合で混合した
。
次いで、酸触媒としてp−)ルエンスルホン酸を、p−
トルエンスルホン酸/テレフタルアルデヒド−0,50
モル比にて添加した。
トルエンスルホン酸/テレフタルアルデヒド−0,50
モル比にて添加した。
この混合物を、160℃にて80分撹拌しながら重合反
応を行い、BステージCOPNA樹脂を得た。
応を行い、BステージCOPNA樹脂を得た。
得られたBステージ COPNA樹脂を10μm以下に
粉砕後、流動層にて流動させた。次いでこの中に、10
00フイラメントの石油ピッチ系の不融化有機繊維を窒
素中で550℃30分間熱処理した熱処理不融化繊維束
を50m/分の速度にて通過させ樹脂粒子を包含した炭
素繊維束を流動層の出口にて、6−ナイロン繊維にてラ
ッピングした。
粉砕後、流動層にて流動させた。次いでこの中に、10
00フイラメントの石油ピッチ系の不融化有機繊維を窒
素中で550℃30分間熱処理した熱処理不融化繊維束
を50m/分の速度にて通過させ樹脂粒子を包含した炭
素繊維束を流動層の出口にて、6−ナイロン繊維にてラ
ッピングした。
つづいて−軸スクリユーをそなえた押出し機を用いて、
6−ナイロンペレットを原料として220℃の温度で、
該6−ナイロンを毎分6.4gを送り出し、極めて薄い
スリーブをほどこした。
6−ナイロンペレットを原料として220℃の温度で、
該6−ナイロンを毎分6.4gを送り出し、極めて薄い
スリーブをほどこした。
以下実施例1と同様に行ってC/Cコンポジットを得た
。その曲げ強度は3500kg/cm2、層間せん断強
度は1000kg/cm2であった。
。その曲げ強度は3500kg/cm2、層間せん断強
度は1000kg/cm2であった。
比較例1
実施例1で用いたCOPNA樹脂のかわりに軟化点25
0℃の石油系ピッチとカルサインコークスを等量づつ混
合し、10μm以下に粉砕したものをマ)IJフックス
脂として、実施例1の流動層にて流動させ、1000フ
イラメントのPAN系炭素炭素繊維通過、続いて、6−
ナイロンフイルムテーフをラッピングして中間材を得た
。
0℃の石油系ピッチとカルサインコークスを等量づつ混
合し、10μm以下に粉砕したものをマ)IJフックス
脂として、実施例1の流動層にて流動させ、1000フ
イラメントのPAN系炭素炭素繊維通過、続いて、6−
ナイロンフイルムテーフをラッピングして中間材を得た
。
以下実施例1と同様に行ってC/Cコンポジットを得た
が、その曲げ強度は1300kg/cm2であり、一方
、層間せん断強度は120 kg/cm2と極めて低く
、強化繊維とマトリックスの接着が充分とはいえないも
のであった。
が、その曲げ強度は1300kg/cm2であり、一方
、層間せん断強度は120 kg/cm2と極めて低く
、強化繊維とマトリックスの接着が充分とはいえないも
のであった。
比較例2
実施例2における流動層出口における6−ナイロン繊維
のラッピング工程を省略して、直接6−ナイロンスリー
ブをかける以外は実施例2と同様に行った。不融化有機
繊維の熱処理繊維束は、まだ完全に炭素化を終了してい
ないため、十分な強度が発現しておらず、従ってナイロ
ンスリーブ押出し機のノズル内部で多量の毛羽が発生し
、中間材の製造が困難となった。
のラッピング工程を省略して、直接6−ナイロンスリー
ブをかける以外は実施例2と同様に行った。不融化有機
繊維の熱処理繊維束は、まだ完全に炭素化を終了してい
ないため、十分な強度が発現しておらず、従ってナイロ
ンスリーブ押出し機のノズル内部で多量の毛羽が発生し
、中間材の製造が困難となった。
(発明の効果)
本発明の中間材を用いた複合材は、熱硬化性樹脂である
COPNA樹脂のBステージ樹脂粉末を繊維束中に包含
しているため、加熱成形時に樹脂が繊維束の中まで均等
に含浸するため、成形体の内部の含浸むらや、ボアを生
じることがなく、均質な複合材を得ることができる。ま
た、繊維束に包含する樹脂粉末の量をコントロールでき
るため、複合材の繊維含有量(vr )の調整が容易で
あり、得られる中間材のV、はラッピング方法やラッピ
ング繊維及び/フィルムあるいは被覆装置の通糸速度や
、粒子の流動状態にてコントロールできる。
COPNA樹脂のBステージ樹脂粉末を繊維束中に包含
しているため、加熱成形時に樹脂が繊維束の中まで均等
に含浸するため、成形体の内部の含浸むらや、ボアを生
じることがなく、均質な複合材を得ることができる。ま
た、繊維束に包含する樹脂粉末の量をコントロールでき
るため、複合材の繊維含有量(vr )の調整が容易で
あり、得られる中間材のV、はラッピング方法やラッピ
ング繊維及び/フィルムあるいは被覆装置の通糸速度や
、粒子の流動状態にてコントロールできる。
また、本中間材は、強化繊維を芯材として、樹脂粉末を
包含し、柔軟性のある繊維及び/又はフィルム、スリー
ブなどで被い、ひも状にしたものであるため、非常に柔
軟性に富み、あらゆる形状の織物や、成形体に加工でき
るという特徴がある。
包含し、柔軟性のある繊維及び/又はフィルム、スリー
ブなどで被い、ひも状にしたものであるため、非常に柔
軟性に富み、あらゆる形状の織物や、成形体に加工でき
るという特徴がある。
さらに、中間材の中にC/Cコンポジットを形成するた
めに必要な原料を全て含んでいるため、後は成形と焼成
のみで目的としたC/Cコンポジットが得られるという
容易さがある。また得られるC/CコンポジットはCO
PNA樹脂を使用しているため、強化繊維とマ) IJ
フックス密着が良好で、さらに、従来からの問題があっ
た補強繊維とマトリックスの炭素化時の収縮差を小さく
することが可能となるため、炭素化後の残留応力や、炭
素化時のマ) IJフックス繊維の剥離が防止でき、高
強度のC/Cコンポジットができるという効果が得られ
る。
めに必要な原料を全て含んでいるため、後は成形と焼成
のみで目的としたC/Cコンポジットが得られるという
容易さがある。また得られるC/CコンポジットはCO
PNA樹脂を使用しているため、強化繊維とマ) IJ
フックス密着が良好で、さらに、従来からの問題があっ
た補強繊維とマトリックスの炭素化時の収縮差を小さく
することが可能となるため、炭素化後の残留応力や、炭
素化時のマ) IJフックス繊維の剥離が防止でき、高
強度のC/Cコンポジットができるという効果が得られ
る。
第1図は、本発明の、熱可塑性フィルムラッピングを施
した柔軟性中間材の一例を示す斜視図、第2図は、本発
明の、熱可塑性繊維を交差してラッピングを施した柔軟
性中間材の一例を示す斜視図、 第3図は、本発明の、ラッピングを施した後に熱可塑性
樹脂スリーブを施した柔軟性中間材の一例を示す斜視図
である。 1・・・炭素繊維 不融化有機繊維又は熱処理不融化有
機繊維 2・・・COP N A樹脂粒子 3・・・熱可塑性フィルム 4・・・熱可塑性繊維 5・・・熱可塑性スリーブ 第1図 第2図 第3図 手 続 補 正 書 昭和63年 1月 4日 特許庁長官 小 川 邦 夫 殿1、事件の
表示 昭和62年特許願第302124号 2、発明の名称 炭素繊維強化複合材料用の柔軟性中間材及びその製造方
法3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 イビデン株式会社 4、代理人 願書の「特許法第38条ただし書の規定による特許出願
」の表示の欄及び願書の「特許請求の範囲に記載された
発明の数」の欄6、補正の内容
した柔軟性中間材の一例を示す斜視図、第2図は、本発
明の、熱可塑性繊維を交差してラッピングを施した柔軟
性中間材の一例を示す斜視図、 第3図は、本発明の、ラッピングを施した後に熱可塑性
樹脂スリーブを施した柔軟性中間材の一例を示す斜視図
である。 1・・・炭素繊維 不融化有機繊維又は熱処理不融化有
機繊維 2・・・COP N A樹脂粒子 3・・・熱可塑性フィルム 4・・・熱可塑性繊維 5・・・熱可塑性スリーブ 第1図 第2図 第3図 手 続 補 正 書 昭和63年 1月 4日 特許庁長官 小 川 邦 夫 殿1、事件の
表示 昭和62年特許願第302124号 2、発明の名称 炭素繊維強化複合材料用の柔軟性中間材及びその製造方
法3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 イビデン株式会社 4、代理人 願書の「特許法第38条ただし書の規定による特許出願
」の表示の欄及び願書の「特許請求の範囲に記載された
発明の数」の欄6、補正の内容
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、縮合多環多核芳香族(COPNA)樹脂粉末が包含
された炭素繊維束もしくは不融化有機繊維束もしくは熱
処理不融化有機繊維束を芯材とし、周囲に熱可塑性繊維
及び/又はフィルムのラッピングを設け、必要に応じ熱
可塑性スリーブを設けたことを特徴とする炭素繊維強化
複合材料用の柔軟性中間材。 2、上記COPNA樹脂は、石油系ピッチ、石炭系ピッ
チ、芳香族炭化水素化合物の重縮合によって得られる合
成ピッチから選ばれる1種又は2種以上のピッチを少な
くとも主原料として芳香族架橋剤を用いて合成されたも
のである特許請求の範囲第1項記載の中間材。 3、上記COPNA樹脂は原料ピッチの他にコークス粉
、カーボンブラック、黒鉛などの骨材を添加し、芳香族
架橋剤を用いて、合成されたものである特許請求の範囲
第1項記載の中間材。 4、上記不融化有機繊維は石油系ピッチ、石炭系ピッチ
、リグニン系ピッチ、芳香族系合成ピッチからなる群よ
り選ばれるピッチを紡糸し、不融化して得られた繊維又
はポリアクリロニトリル(PAN)繊維、レーヨン繊維
を耐炎化して得られた繊維又は硬化したフェノール繊維
、COPNA繊維である特許請求の範囲第1項記載の中
間材。 5、上記熱処理不融化有機繊維は、上記不融化有機繊維
を非酸化性雰囲気中にて、150〜800℃にて熱処理
を行ったものである特許請求の範囲第1項記載の中間材
。 6、上記熱可塑性繊維及び/又はフィルム、更に熱可塑
性スリーブはポリアミド樹脂である特許請求の範囲第1
項記載の中間材。 7、縮合多環多核芳香族(COPNA)樹脂を粉砕し、
流動層にて流動させることにより炭素繊維、不融化有機
繊維又は熱処理不融化有機繊維に当該樹脂粉を均一にま
ぶし、これを芯材とし、周囲に熱可塑性繊維及び/又は
フィルムのラッピングを施した後に、必要に応じその周
囲に熱可塑性スリーブを設けたことを特徴とする中間材
の製造方法。 8、上記COPNA樹脂は、石油系ピッチ、石炭系ピッ
チ、芳香族炭化水素化合物の重縮合によって得られる合
成ピッチから選ばれる1種又は2種以上のピッチを少な
くとも主原料として芳香族架橋剤を用いて合成されたも
のである特許請求の範囲第7項記載の方法。 9、上記COPNA樹脂は原料ピッチの他にコークス粉
、カーボンブラック、黒鉛などの骨材を添加して、芳香
族架橋剤を用いて、合成されたものである特許請求の範
囲第7項記載の方法。 10、上記不融化有機繊維は石油系ピッチ、石炭系ピッ
チ、リグニン系ピッチ又は芳香族系合成ピッチからなる
群より選ばれるピッチを紡糸し、次いで不融化して得ら
れた繊維又はポリアクリロニトリル (PAN)繊維、レーヨン繊維を耐炎化して得られた繊
維又は硬化したフェノール繊維、COPNA繊維である
特許請求の範囲第7項記載の方法。 11、上記熱処理不融化有機繊維は、上記不融化繊維を
非酸化性雰囲気中にて、150〜800℃にて熱処理を
行ったものである特許請求の範囲第7項記載の方法。 12、上記熱可塑性繊維及び/又はフィルム、更に熱可
塑性スリーブはポリアミド樹脂である特許請求の範囲第
7項記載の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62302124A JPH07107104B2 (ja) | 1987-11-30 | 1987-11-30 | 炭素繊維強化複合材料用の柔軟性中間材及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62302124A JPH07107104B2 (ja) | 1987-11-30 | 1987-11-30 | 炭素繊維強化複合材料用の柔軟性中間材及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01141921A true JPH01141921A (ja) | 1989-06-02 |
| JPH07107104B2 JPH07107104B2 (ja) | 1995-11-15 |
Family
ID=17905214
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62302124A Expired - Lifetime JPH07107104B2 (ja) | 1987-11-30 | 1987-11-30 | 炭素繊維強化複合材料用の柔軟性中間材及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07107104B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7942637B2 (en) | 2008-12-11 | 2011-05-17 | General Electric Company | Sparcap for wind turbine rotor blade and method of fabricating wind turbine rotor blade |
| WO2011145825A3 (ko) * | 2010-05-18 | 2012-03-01 | 주식회사 씨알-텍 | 차동제한장치의 마찰플레이트 및 그 제조방법 |
-
1987
- 1987-11-30 JP JP62302124A patent/JPH07107104B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7942637B2 (en) | 2008-12-11 | 2011-05-17 | General Electric Company | Sparcap for wind turbine rotor blade and method of fabricating wind turbine rotor blade |
| WO2011145825A3 (ko) * | 2010-05-18 | 2012-03-01 | 주식회사 씨알-텍 | 차동제한장치의 마찰플레이트 및 그 제조방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07107104B2 (ja) | 1995-11-15 |
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