JPH02198826A - 炭素繊維補強樹脂複合材料およびその製造方法 - Google Patents

炭素繊維補強樹脂複合材料およびその製造方法

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JPH02198826A
JPH02198826A JP1018074A JP1807489A JPH02198826A JP H02198826 A JPH02198826 A JP H02198826A JP 1018074 A JP1018074 A JP 1018074A JP 1807489 A JP1807489 A JP 1807489A JP H02198826 A JPH02198826 A JP H02198826A
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carbon fibers
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徹 平松
Noriaki Takada
高田 則明
Yoji Matsuhisa
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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、機械的特性、特に圧縮強度にすぐれた炭素繊
維補強樹脂複合材料およびその製造方法に関するもので
ある。
[従来の技術] 長繊維状炭素繊維により補強された樹脂複合材は、他の
材料に比較して、優れた比強度、比弾性率を有するため
、航空宇宙分野やスポーツ分野等で、広く活用されてい
る。
特に近年、炭素繊維の引張強度の向上は著しく、その結
果、炭素繊維補強複合材料の引張強度は大幅に向上した
。しかしながら、複合材料が実用に供される場合、多く
の用途において、引張強度と同様に要求される圧縮強度
に関しては、特別な進歩は認められていない。そのため
、圧縮強度が律速となって、折角向上した引張強度が十
分に活用されていないのが現状である。従来、圧縮強度
向上技術については、はとんど検討がなされていず、一
部圧縮強度の高い黒鉛繊維が提案されている(特開昭6
3−211326号公報)にすぎない。
本発明者らは、炭素繊維補強複合材料の圧縮強度を支配
する重要な因子であるマトリックス樹脂の弾性率を向上
するための技術につき鋭意検討を行ない、極細炭素繊維
の微細粉末を分散含有せしめて弾性率を向上させたマト
リックス樹脂と長繊雄状炭素繊維を組み合わせることに
より、圧縮強度の^い複合材料が得られることを見い出
し本発明に至ったのである。
なお、従来、長繊維状炭素繊維と短繊維状炭素繊維とを
同時に含有する樹脂シートに関しては幾つかの提案がな
されている(特公昭60−50146号公報、特開昭5
9−227931号公報1.特開昭60−44334号
公報など)。
しかしながら、これらは、いずれもマトリックス樹脂の
流動特性の改善や金型への充填度の向上あるいは引揃え
た長繊維方向に沿った割れの防止には有効であっても、
圧縮強度の向上には特に効果のないものであった。
[発明が解決しようとする課題] 本発明の課題は、上記の従来技術では解決できなかった
圧縮強度の高い炭素繊維補強複合材料およびその製造方
法を提供することにある。
[課題を解決するための手段] 本発明の上記課題は、 (1)長繊維状炭素繊維と平均単繊維径が2μm以下、
平均単繊維長さが10μm以下で且つ平均アスペクト比
が2以上の極細微粉末状炭素繊維とにより補強された炭
素繊維補強樹脂複合材料。
(2)あらかじめ、平均型l1iN径が2μm以下、平
均単繊維長さが10μm以下で且つ平均アスペクト比が
2以上の極細微粉末状炭素繊維を分散含有せしめた樹脂
を長繊維状炭素繊維に含浸する工程を含むことを特徴と
する炭素繊維補強樹脂複合材料の製造方法。
によって解決することができる。
本発明にお(プる、長繊維状炭素繊維には一方向に並べ
られた長繊維状炭素繊維やそれらを多方向に積層したも
のだtプでなく、長繊維状炭素繊維から構成される織物
、編物などの布帛状物を含むものである。長繊維状炭素
繊維を構成する単繊維の直径は、特に限定されるもので
はないが、経済性や糸扱い性の面から通常4μm以上の
ものが使われる。
一方、本発明における極細微粉末状炭素繊維の平均単繊
維径は2μm以下であることが必要であり、1.5μm
以下であることがより好ましい。
単繊維径が2μmよりも太くなると、該極細微粉末状炭
素繊維を含有せしめたマトリックス樹脂を長繊維状炭素
繊維に含浸する際に、長繊維状炭素繊維の単繊維間に極
細微粉末状炭素繊維が侵入し難くなるため、本発明の効
果が十分に得られなくなる。
また、本発明における極細微粉末状炭素繊維の平均単繊
維長さは、10μm以下であることが必要であり、5μ
m以下であることがより好ましい。
単繊維長さが10μmより長くなると、やはり、長繊維
状炭素繊維の単繊維間に極細微粉末状炭素繊維が侵入し
難くなるため、本発明の効果が十分に得られなくなる。
さらに、本発明にお【プる極細微粉末状炭素繊維の平均
アスペクト比(平均単繊維長ざ/平均単繊維径)は、2
以上であることが必要であり、3以上であることがより
好ましい。
アスペクト比が2より小さくなると、極細微粉末状炭素
繊維による樹脂の補強効果が小さくなるため、樹脂の弾
性率の向上幅が小さくなり、従って、本発明の効果が十
分に得られなくなる。
本発明における極細微粉末状炭素繊維の71〜リツクス
樹脂に対する添加量としては特に限定するものではなく
、また、使用する炭素繊維の種類や樹脂の種類に依存す
るが、通常、体積含有率で3〜20%が好ましい。含有
量が3%より小さいと、効果が小さくなり、また、20
%より大きくなると、樹脂の流動性が低くなるため好ま
しくない。
また、本発明で使用される炭素繊維の製造方法は特に限
定されるものでなく、長繊維状炭素繊維としては、たと
えばアクリル系繊維、レーヨン系繊維、ピッチ系繊維を
出発原料とする炭素繊維が挙げられる。また極細微粉末
状炭素繊維の製造方法としては、上記の方法の他に、気
相法なども挙げられる。
以下、平均単繊維径が2μm以下、平均単繊維長さが1
0μm以下で且つアスペクト比が2以上の極細微粉末状
炭素繊維の製造方法の一例を、アクリル系繊維を出発原
料とした場合について示すが、特に、水沫に限定される
ものではない。
すなわち、90モル%以上のアクリロニトリルと10モ
ル%以下の共重合可能なビニル糸上ツマからなるアクリ
ル系重合体を溶媒に溶解し、湿式、乾式あるいは乾湿式
紡糸法により紡糸した後、高倍率延伸することにより、
単糸繊度が0.1d以下の極細アクリル系繊維を製糸す
る。該アクリル系繊維を、耐炎化した後、炭化あるいは
黒鉛化し、場合によっては、表面処理やサイジング剤付
与を行なって、極細炭素繊維を得る。該極細炭素繊維を
1s程度の長さに切断した後、2個のかみ合った歯車の
間を、くり返し通過させて平均単繊維長さが10μm以
下の微粉末状炭素繊維を得ることができる。
ここで、本発明における平均単繊維径、平均単繊維長さ
、平均アスペクト比は、下記の方法で測定される。
玉島惠措星亘 顕微鏡を用いて、単繊維の断面を写真に撮影して、断面
積Sを求める。
次に、計算式 より、断面形状が円形であると仮定した場合の、単繊維
直径りを算出する。30個の単繊維につき、上記りを求
め、その平均値を用いる。
王良!蓋皿又旦 顕微鏡を用いて、単繊維の長さを30個の単繊維につき
測定し、その平均値を用いる。
王立ヱスペ皇上北 計算式、 平均単繊維径 より求める。
本発明において用いられる、マトリックス樹脂の種類は
、特に限定されるものでなく、エポキシなどの熱硬化性
樹脂やナイロン、ポリエステルなどの熱可塑性樹脂が例
として挙げられる。
本発明における、炭素繊維補強複合材料の製造方法とし
ては、あらかじめ極細微粉末状炭素m維を、マトリック
ス樹脂中、あるいはマトリックス樹脂の溶液中に分散含
有せしめた後、該樹脂を長繊維状炭素繊維に含浸する工
程を含むことが好ましい。上記方法により、極細微粉末
状炭素繊維を長繊維状炭素繊維の単繊維間に侵入させる
ことが可能となるからである。
[実施例] 以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
実施例1 アクリロニトリル97モル%、メタクリ酸0゜5モル%
、メタクリル酸メチルエステル2.5モル%からなる共
重合体を用いて濃度が15重量%のジメチルスルホキシ
ド溶液を作製した。温度60℃の該溶液を、孔径0.0
6m、ホール数500の紡糸口金を通して、−旦空気中
に吐出し、約3sの空間を走らした後、温度10’CI
t度30%のジメチルスルホキシド水溶液中で凝固させ
た。
凝固糸条を水洗後、5段の熱水延伸浴中で、6倍に延伸
し、シリコーン油剤を付与した後、130〜150℃に
加熱されたローラ表面に接触させて乾燥緻密化し、ざら
に、150℃の加圧スチーム中で、3倍に延伸して、単
糸繊度0.07d、トータルデニール35Dのアクリル
繊維を得た。
冑られたアクリル繊維を、220〜250℃の空気中で
、延伸比1.1で耐炎化した後、窒素雰囲気中で最高温
度1400℃で炭化した。得られた単繊維径が約1.7
μ亀の極細炭素繊維を、艮ざ約1履に切断した後、2個
の歯車をかみ合わせた装置に、9回くり返し通過させて
、平均単繊lit長さが約4.6μm1平均アスペクト
比が約2,7の極細微粉末状炭素繊維を得た。
上記極細微粉末状炭素繊維を、下記の組成の樹脂の50
重量%メチルエチルケトン溶液中に樹脂成分に対して、
5体積%となるように分散混合した。
ELM434[住友化学■コニ35部 Ep828 [ベトロケミカルズ■]:35部エビクロ
ン152[大日本インキ■]:30部4−4′ ジフェ
ニルジアミノスルフォン[住友化学■]:32部 3フッ化ホウ素モノエチルアミン:0.5部単繊維径が
約5μmの市販の長繊維状炭素gi維′“トレカ” T
a2OH−6000−408を、上記、極細微粉末状炭
素ili維を含有した樹脂溶液に含浸した侵、一方向に
並べて、プリプレグシート・を作製した。該プリプレグ
シートを二昼夜、室温で風乾した後、裁断し、繊維軸方
向をそろえて、5板積層し、オートクレーブを用いて。
温度180℃、圧力5 Kg / cmの条件下で約2
時間加熱硬化させ、厚さ約1閣の平板を作製した。
該平板により、1M軸方向に長さ80m、繊維軸に直角
方向に幅12J11111の試験片をダイヤモンドカッ
ターを用いて切断作製した。該試験片中央部5amを残
して、他の上下両側に炭素繊維とエポキシ樹脂から作ら
れた厚ざ約1aのコンポジット板製のタブを接着して、
圧縮強度測定用試験片とした。該試験片を、通常の圧縮
強度測定用チャックを用いて、インストロン試験機で、
クロスヘッド速度1#/分で、圧縮し、破壊強力を測定
した。
該圧縮強力を、試験片の断面積で除して、圧縮強度を求
めた。ざらに、コンポジット試験片中に占める長繊維状
炭素繊維の体積含有率を計篩で求め、体積含有率が60
%の圧縮強度に換篩した。
(qられた試験片の長繊維状炭素繊維の体積含有率は約
50%であった。体積含有率60%換算した圧縮強度は
約200 K’j/ lllm2と高い値が得られた。
比較例1 市販の“トレカ” Ta2OH−6000−40Bを用
いて、マトリックス樹脂溶液中に、極細微粉末状の炭素
繊維を混入しなかった以外は、実施例1と同様にして、
体積含有率が約5Q%の試験片を作製した。該試験片の
体積含有率60%換算の圧縮強度は約170Nff/m
m” テあった。
実施例2,3,4、比較例2,3 実施例1と同様の方法で、単糸繊度が0.04dのアク
リル系l!維を製糸し、実施例1と同様に耐炎化、炭化
して、単繊維径が約1.3μmの極細炭素繊維を得た。
該極細炭素繊維から、平均単糸繊維長が、それぞれ12
μTrL、8.7μm、4゜7μ乳、3.4μm、2.
3μmの極細微粉末状炭素MARを作製した。実施例1
と同様にして、上記極細微粉末状炭素繊維を樹脂成分に
対して、約5体積%となる様に混入した“トレカ″” 
Ta2O)−1補強コンポジット試験機をそれぞれ作製
した。コンポジット圧縮強度を表1に示した。
(以下、余白) 比較例4,5 実施例1と同様の方法で、単糸繊度が0.12dのアク
リル系繊維を製糸し、実施例1と同様にして、単繊維径
が2.2μmの極細炭素繊維を得た。該極細炭素繊維か
ら、平均単繊維長さが、8゜5μ7nと4.6μmの極
細微粉末状炭素繊維を作製した。実施例1と同様にして
上記極細微粉末状炭素繊維を樹脂成分に対して約5体積
%となる様に混入した“トレカ” Ta2OH補強コン
ポジット−試験片を、それぞれ作製した。コンポジット
圧縮強度を表2に示した。
(以下、余白) [発明の効果] 本発明により、従来技術では得られなかった圧縮強度の
高い炭素繊維補強複合材料が1qられ、航空機−次構造
材などの高い引張強度と同時に、高い圧縮強度が要求さ
れる用途への展開が可能となる。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)長繊維状炭素繊維と平均単繊維径が2μm以下、
    平均単繊維長さが10μm以下で且つ平均アスペクト比
    が2以上の極細微粉末状炭素繊維とにより補強された炭
    素繊維補強樹脂複合材料。
  2. (2)あらかじめ、平均単繊維径が2μm以下、平均単
    繊維長さが10μm以下で且つ平均アスペクト比が2以
    上の極細微粉末状炭素繊維を分散含有せしめた樹脂を長
    繊維状炭素繊維に含浸する工程を含むことを特徴とする
    炭素繊維補強樹脂複合材料の製造方法。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6170014A (ja) * 1984-09-14 1986-04-10 Nikkiso Co Ltd 流動法気相成長炭素繊維
JPS61268441A (ja) * 1985-01-21 1986-11-27 日機装株式会社 創生微細炭素繊維の複合材料

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6170014A (ja) * 1984-09-14 1986-04-10 Nikkiso Co Ltd 流動法気相成長炭素繊維
JPS61268441A (ja) * 1985-01-21 1986-11-27 日機装株式会社 創生微細炭素繊維の複合材料

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