JPH03103452A - Inorganic fiber reinforced plastic composite material - Google Patents

Inorganic fiber reinforced plastic composite material

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JPH03103452A
JPH03103452A JP21720689A JP21720689A JPH03103452A JP H03103452 A JPH03103452 A JP H03103452A JP 21720689 A JP21720689 A JP 21720689A JP 21720689 A JP21720689 A JP 21720689A JP H03103452 A JPH03103452 A JP H03103452A
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composite material
fiber
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polymer
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敏弘 石川
Yasuhiro Shioji
塩路 泰広
Masaki Shibuya
昌樹 渋谷
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Abstract

PURPOSE:To obtain the subject economical composite material excellent in mechanical strength and bond strength between a matrix and a reinforcing material by using an inorganic fiber mainly composed of C, Si and O as the reinforcing material and a plastic as the matrix. CONSTITUTION:An objective composite material composed of (A) an inorganic fiber as an reinforcing material and (B) a plastic as a matrix. In the above mentioned composite material, the component (A) is contained in an amount of 10-80vol.%. The above mentioned inorganic fiber used as the above mentioned component (A) is produced from a silicon-containing polycyclic aromatic polymer and composed of a carbonaceous material showing a crystalline orientation state selected from a radical structure, an anion one, etc., derived from a mesophase-state polycyclic aromatic compound constituting the above mentioned structural material, a non-orientated (non)crystalline carbon derived from an organic solvent-insoluble component-containing optically isotropic polycyclic aromatic compound constituting the above mentioned polymer, an amorphous phase composed of Si: 30-70wt.%, C: 20-60wt.% and D: 0.5-10wt.% and an aggre gate composed of a crystalline ultrafine particle consisting of beta-SiC and having <=500Angstrom particle size and an amorphous material.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、主として炭素、珪素、酸素からなる、無機繊
維を強化材とする機械的性質の優れた無機織維強化プラ
スチック複合材料(以下、複合材料ど略記する)に関す
るものである。
Detailed Description of the Invention (Field of Industrial Application) The present invention relates to an inorganic fiber-reinforced plastic composite material (hereinafter referred to as This relates to composite materials (hereinafter abbreviated as composite materials).

(従来の技術及びその問題点) これまでにエボキシ樹脂、変性エボキシ樹脂、ポリエス
テル樹脂、ポリイミド樹脂等のプラスチック類を強化す
る繊維としては、炭素繊維が広く用いられている。しか
しながら炭素繊維を用いる場合は、樹脂との濡れ性が劣
るため繊維の表面処理が必要である。しかし、表面処理
した炭素繊維を強化材として用いたプラスチック複合材
料であっても、眉間剪断強度は最高約8kg/mm”で
あり、繊維に垂直方向の引張強度は約4. 5 kg/
M”である。即ち、樹脂と繊維との間の結合強度が弱く
、繊維は樹脂から剥離し易い。このため、例えば長期間
の使用による繊維と樹脂との剥離あるいは曲げ衝撃値が
低いことによる瞬間的な衝撃による破壊という実用上の
問題を生じている。
(Prior Art and its Problems) Carbon fibers have been widely used as fibers for reinforcing plastics such as epoxy resins, modified epoxy resins, polyester resins, and polyimide resins. However, when carbon fibers are used, surface treatment of the fibers is required due to poor wettability with resin. However, even with plastic composite materials that use surface-treated carbon fibers as reinforcement, the glabellar shear strength is at most about 8 kg/mm, and the tensile strength in the direction perpendicular to the fibers is about 4.5 kg/mm.
In other words, the bonding strength between the resin and the fibers is weak, and the fibers are likely to peel off from the resin.For this reason, for example, the fibers may peel off from the resin due to long-term use, or the bending impact value may be low. This poses a practical problem of destruction due to instantaneous impact.

また、ポリカルボシランと呼ばれる有機珪素重合体を紡
糸、不融化、焼威して得られる炭化珪素繊維は樹脂との
複合材料において、樹脂との濡れ性が良く、表面処理な
しで強化材として利用できることが特開昭52−146
87号公報に開示されている。しかし、上記無機繊維は
高価であり、このことが同繊維の複合材への使用の妨げ
の一つとなっている。
In addition, silicon carbide fiber obtained by spinning, infusible, and burning an organic silicon polymer called polycarbosilane has good wettability with resin in composite materials with resin, and can be used as a reinforcing material without surface treatment. What can be done is JP-A-52-146
It is disclosed in Publication No. 87. However, the above-mentioned inorganic fibers are expensive, and this is one of the obstacles to their use in composite materials.

(問題点を解決するための手段) 本発明の目的は、上記問題点を解決し、機械的性質に優
れ、且つ安価な複合材料の提供にある。
(Means for Solving the Problems) An object of the present invention is to solve the above problems and provide a composite material that has excellent mechanical properties and is inexpensive.

本発明の他の目的は、プラスチックからなるマトリック
スと強化材である無機繊維との結合強さに優れた複合材
料の提供にある。
Another object of the present invention is to provide a composite material with excellent bonding strength between a plastic matrix and inorganic fibers serving as reinforcing materials.

本発明の他の目的は、マトリックスと無機繊維との間の
適合性に優れ、無機繊維による強化効率に優れた複合材
料の提供にある。
Another object of the present invention is to provide a composite material with excellent compatibility between a matrix and inorganic fibers and with excellent reinforcement efficiency by the inorganic fibers.

本発明の他の目的は、疲労強度低下率の少ない複合材料
の提供にある。
Another object of the present invention is to provide a composite material with a low rate of decrease in fatigue strength.

本発明の他の目的は、安価にして、大量生産に適した複
合材料の提供にある。
Another object of the present invention is to provide a composite material that is inexpensive and suitable for mass production.

さらに、本発明は、層間剪断強度が最高約8.5kg 
/ mm ”以上、繊維に垂直方向の引張強度及び曲げ
強度がそれぞれ約6kg/mm”以上及び約8kg/飾
2以上であり、dt+げ衝撃値が2 0 0 kg −
 cm/cni以上である無機繊維強化プラスチック複
合材料を提供する。
Furthermore, the present invention has an interlaminar shear strength of up to about 8.5 kg.
/ mm" or more, the tensile strength and bending strength in the direction perpendicular to the fibers are about 6 kg/mm" or more and about 8 kg/mm" or more, respectively, and the dt + impact value is 200 kg -
To provide an inorganic fiber-reinforced plastic composite material having a hardness of at least cm/cni.

本発明の複合材料は、無機繊維を強化材とし、プラスチ
ックをマトリックスとし、 a)前記無機繊維が珪素含有多環状芳香族重合体から得
られる無機繊維であって、その構成或分が、 i)該重合体を構戒するメソフエーズ状態にある多環状
芳香族化合物から導かれるラジアル構造、オニオン構造
、ランダム構造、コアラジアル構造、スキンオニオン構
造及びモザイク構造からなる群から選ばれる少なくとも
一種の結晶配列状態を示す炭素質、 ii)該重合体を構戊する有機溶媒不溶分を含む光学的
等方性の多環状芳香族化合物から導かれる、無配向状態
の結晶質炭素及び/又は非晶質炭素、及び iii)Si,C及び○から実質的になる非晶質相及び
/又は粒径が500人以下の実質的にβ一SiCからな
る結晶質超微粒子と非晶質のSi(h(0<x≦2)か
らなる集合体であり、 構成元素の割合が、Si ;30〜70重量%、C;2
0〜60重量%及びO ; 0. 5〜10重量%であ
るSi−C−○物質 よりなる高強度・高弾性率無機繊維であり、b)前記複
合材料中の上記無機繊維含有率が10〜80体積%、 であることを特徴とする無機繊維強化プラスチック複合
材料である。
The composite material of the present invention uses inorganic fibers as a reinforcing material and plastic as a matrix, and a) the inorganic fibers are inorganic fibers obtained from a silicon-containing polycyclic aromatic polymer, and a part of the composition thereof is i) At least one type of crystal orientation state selected from the group consisting of a radial structure, an onion structure, a random structure, a core radial structure, a skin onion structure, and a mosaic structure derived from a polycyclic aromatic compound in a mesophase state constituting the polymer. ii) non-oriented crystalline carbon and/or amorphous carbon derived from an optically isotropic polycyclic aromatic compound containing an organic solvent insoluble component constituting the polymer; and iii) an amorphous phase consisting essentially of Si, C and x≦2), and the proportions of the constituent elements are Si: 30 to 70% by weight, C: 2
0-60% by weight and O; 0. 5 to 10% by weight of a high-strength, high-elasticity inorganic fiber made of a Si-C-○ substance, b) The content of the inorganic fiber in the composite material is 10 to 80% by volume. It is an inorganic fiber reinforced plastic composite material.

本発明における無機繊維についてまず説明する。First, the inorganic fiber in the present invention will be explained.

なお、以下の記載において、「部」はすべて「重量部」
であり、「%」はすべて「重量%」である。
In addition, in the following description, all "parts" are "parts by weight."
, and all "%" are "% by weight".

本発明における無機繊維は前述した構成成分i)、ii
)及び市)からなっており、Si;0.01〜29%、
C:70〜99.9%及びo . o. o o1〜1
0%、好ましくはSi;0.1〜25%、C;74〜9
9.8%及びO . 0. 0 1〜8%から実質的に
構成されている。
The inorganic fibers in the present invention are the above-mentioned constituent components i) and ii.
) and city), Si; 0.01 to 29%,
C: 70-99.9% and o. o. o o1~1
0%, preferably Si; 0.1-25%, C; 74-9
9.8% and O. 0. 0.01 to 8%.

この無機繊維の1.′:成成分である結晶質炭素は50
0人以下の結晶子サイズを有し、1.5人の分解能を有
する高分解能電子顕微鏡において、繊維軸方向に配向し
た3.2人の(002)面に相当する微細なラティスイ
メージ像が観察されうる超微粒子のグラファイト結晶で
ある。無機繊維中の結晶質炭素は、ラジアル構造、オニ
オン構造、ランダム構造、コアラジアル構造、スキンオ
ニオン構造、モザイク構造及び一部ラジアル構造を含む
ランダム構造等をとることができる。これは、原料中に
メソフェーズ多環状芳香族化合物(2)が存在すること
に起因する。
1 of this inorganic fiber. ': The constituent crystalline carbon is 50
A fine lattice image corresponding to the (002) plane of 3.2 people oriented in the fiber axis direction was observed using a high-resolution electron microscope with a crystallite size of 0 or less and a resolution of 1.5 people. It is an ultrafine graphite crystal that can be The crystalline carbon in the inorganic fibers can have a radial structure, an onion structure, a random structure, a core radial structure, a skin onion structure, a mosaic structure, a random structure including a partial radial structure, and the like. This is due to the presence of the mesophase polycyclic aromatic compound (2) in the raw material.

この無機繊維における構戒或分i)及びii)の総和1
00部に対する構成成分iii)の割合は0.015〜
200部であり、且つ構成戒分i)とii)との比率は
1:0.02〜4である。
The sum of structural precepts i) and ii) in this inorganic fiber 1
The ratio of component iii) to 00 parts is 0.015~
200 copies, and the ratio of constituent precepts i) and ii) is 1:0.02-4.

構戒成分i)及びii)の総和100部に対する構成或
分iii)の割合が0. 0 1 5未満の場合は、ほ
とんどピッチ繊維と変わらず、耐酸化性や濡れ性の向上
は望めず、上記割合が200部を越えた場合はグラファ
イトの微細結晶が効果的には生戒せず、高弾性率の繊維
が得られない。
The ratio of component iii) to the total of 100 copies of component i) and ii) is 0. If it is less than 0.15, it is almost the same as pitch fiber, and no improvement in oxidation resistance or wettability can be expected, and if the above ratio exceeds 200 parts, graphite fine crystals cannot be effectively prevented. , fibers with high elastic modulus cannot be obtained.

この無機繊維では、層間隔が小さく三次元的配列が付与
された微結晶が効果的に生戒している。
In this inorganic fiber, microcrystals with a small interlayer spacing and three-dimensional arrangement are effectively preserved.

また、珪素の分布状態は、焼或時の雰囲気や原料中のメ
ソフェーズの大きさ、濃度によっても制御することがで
きる。例えば、メソフエーズを大きく或長させた場合、
珪素含有ポリマーは繊維表面相に押し出され易く、焼或
後繊維表面に珪素に冨む層が生或する。
Furthermore, the distribution state of silicon can also be controlled by the atmosphere during firing and the size and concentration of mesophase in the raw material. For example, if the mesophase is greatly elongated,
The silicon-containing polymer tends to be extruded into the fiber surface phase, resulting in a silicon-rich layer on the fiber surface after sintering.

本発明における無機繊維は、 i)結合単位(S i  CHz ) 、または結合単
位(Si−CH2)と結合単位(St−Si)から主と
してなり、珪素原子の側鎖に水素原子、低級アルキル基
、フエニル基及びシリル基からなる群から選ばれる側鎖
基を有し、結合単位(S i  C Hz )の全数対
結合単位(Si−Si)の全数の比が1二〇〜20の範
囲にある有機珪素重合体の珪素原子の少なくとも一部が
、石油系又は石炭系のピッチあるいはその熱処理物の芳
香族環と珪素一炭素連結基を介して結合したランダム共
重合体(1) 1 0 0重量部、及びii)石油系又
は石炭系ピッチを熱処理して得られるメソフェーズ状態
又はメソフエーズと光学的等方相との両相からなる多環
状芳香族化合物(以下両者を総称してメソフェーズ多環
状芳香族化合物(2)と言うことがある。)5〜500
00重量部を、 200〜5 0 0 ’Cの範囲の温度で加熱反応及び
/又は加熱溶融して、珪素含有多環状芳香族重合体を得
る第1工程、 上記珪素含有多環状芳香族重合体の紡糸原液を調製して
紡糸する第2工程、 該紡糸原糸を張力下あるいは無張力下で不融化する第3
工程、及び 不融化した前記紡糸繊維を真空中あるいは不活性ガス雰
囲気中で800〜3000゜Cの範囲の温度で焼或する
第4工程 からなる方法で製造することができる。
The inorganic fiber in the present invention mainly consists of i) a bonding unit (S i CHz ), or a bonding unit (Si-CH2) and a bonding unit (St-Si), and has hydrogen atoms, lower alkyl groups, It has a side chain group selected from the group consisting of a phenyl group and a silyl group, and the ratio of the total number of bonding units (S i C Hz ) to the total number of bonding units (Si-Si) is in the range of 120 to 20. Random copolymer (1) in which at least a portion of the silicon atoms of an organosilicon polymer are bonded to an aromatic ring of petroleum-based or coal-based pitch or a heat-treated product thereof via a silicon-carbon linking group (1) 100 weight and ii) a mesophase state obtained by heat-treating petroleum-based or coal-based pitch, or a polycyclic aromatic compound consisting of both mesophase and optically isotropic phases (hereinafter both are collectively referred to as mesophase polycyclic aromatic Sometimes referred to as compound (2)) 5-500
A first step of obtaining a silicon-containing polycyclic aromatic polymer by heat-reacting and/or heat-melting 00 parts by weight at a temperature in the range of 200 to 500'C, the silicon-containing polycyclic aromatic polymer described above. A second step of preparing a spinning dope and spinning the yarn, and a third step of infusibleizing the spinning yarn under tension or without tension.
and a fourth step of firing the infusible spun fibers at a temperature in the range of 800 to 3000° C. in vacuum or in an inert gas atmosphere.

上記の各工程について説明する。Each of the above steps will be explained.

第1工程: 出発原料の一つである結合単位(St  CHz)、ま
たは結合単位(St  CHz)と結合単位(Si−S
i)からなる有機珪素重合体は、例えば、ジメチルジク
ロロシランと金属ナトリウムの反応により得られるポリ
メチルシランを不活性ガス中で400゜C以上に加熱す
ることにより得られる。この有機珪素重合体の重量平均
分子i(M,)は、一般的には300〜1000で、M
,が400〜800のものが、優れた炭素系無機繊維を
得るための中間原料であるランダ,ム共重合体(1)を
調製するために特に好ましい。
First step: bonding unit (St CHz), which is one of the starting materials, or bonding unit (St CHz) and bonding unit (Si-S
The organosilicon polymer consisting of i) can be obtained, for example, by heating polymethylsilane obtained by the reaction of dimethyldichlorosilane and metallic sodium to 400° C. or higher in an inert gas. The weight average molecule i (M,) of this organosilicon polymer is generally 300 to 1000, and M
, of 400 to 800 is particularly preferred for preparing the random copolymer (1), which is an intermediate raw material for obtaining excellent carbon-based inorganic fibers.

もう一つの出発原料である多環状芳香族化合物は石油類
及び/又は石炭類から得られるピッチで、特に石油類の
流動接触分解により得られる重質油、その重質油を蒸留
して得た留出戒分又は残渣油及びそれらを熱処理して得
られるピッチが好ましい。
Another starting material, a polycyclic aromatic compound, is pitch obtained from petroleum and/or coal, especially heavy oil obtained by fluid catalytic cracking of petroleum, and pitch obtained by distilling the heavy oil. Preferred are distillate fractions or residual oils and pitch obtained by heat treating them.

上記ピッチ中には、ベンゼン、トルエン、キシレン、テ
トラヒドロフランなどの有機溶媒に不溶の戒分が5〜9
8%含まれていることが好ましく、5%未満のビンーf
−と原料として用いた場合、強度、弾性率共に優れた無
機質繊維は得られず、また、98重景%より多いピッチ
をを原料として用いた場合、共重合体の分子量上昇が激
しく、一部コーキングの起こる場合もあり、紡糸困難な
状態になる。
The above pitch contains 5 to 9 compounds that are insoluble in organic solvents such as benzene, toluene, xylene, and tetrahydrofuran.
Preferably contains 8%, less than 5%
- When used as a raw material, an inorganic fiber with excellent strength and elastic modulus cannot be obtained, and when more than 98% pitch is used as a raw material, the molecular weight of the copolymer increases sharply, and some Coking may occur, making spinning difficult.

このピッチの重量平均分子量(M,)は、100〜30
00である。
The weight average molecular weight (M,) of this pitch is 100 to 30
It is 00.

重量平均分子量は以下のようにして求めた値である。即
ち、ピッチが有機溶媒不溶分を含有しない場合はそのま
まゲルパーξユエーションクロマトグラフ(GPC)測
定し、ピッチが有機溶媒不溶分を含有する場合は、温和
な条件で水添処理し、有機溶媒不溶分を有機溶媒可溶な
成分に変えて後GPC測定する。有機溶媒不溶分を含有
する重合体の重量平均分子量は、上記と同様の処理を施
し求めた値である。
The weight average molecular weight is a value determined as follows. In other words, if the pitch does not contain organic solvent-insoluble matter, it is directly measured by gel pernation chromatography (GPC), and if it contains organic solvent-insoluble matter, it is hydrogenated under mild conditions to remove the organic solvent-insoluble matter. After changing the components to organic solvent-soluble components, GPC measurement is performed. The weight average molecular weight of the polymer containing organic solvent insoluble matter is a value obtained by performing the same treatment as above.

ランダム共重合体(1)は、有機珪素重合体に、石油系
又は石炭系ピッチを添加し、不活性ガス中で好ましくは
250〜500゜Cの範囲の温度で加熱反応させること
により調製される。
Random copolymer (1) is prepared by adding petroleum-based or coal-based pitch to an organosilicon polymer and subjecting it to a heating reaction in an inert gas, preferably at a temperature in the range of 250 to 500°C. .

ピッチの使用割合は、有機珪素重合体100部当たり8
3〜4900部であることが好ましい。
The ratio of pitch used is 8 parts per 100 parts of organosilicon polymer.
It is preferable that it is 3-4900 parts.

ピッチの使用割合が過度に小さい場合は、得られる無機
繊維中の炭化珪素成分が多くなり、高弾性率を有する無
機繊維が得られなくなり、また、その割合が過度に多い
場合は、炭化珪素或分が少なくなり、マトリックスに対
する濡れ性や耐酸化性に優れた無機繊維が得られなくな
る。
If the proportion of pitch used is too small, the silicon carbide component in the resulting inorganic fiber will increase, making it impossible to obtain an inorganic fiber with a high modulus of elasticity. As a result, inorganic fibers with excellent matrix wettability and oxidation resistance cannot be obtained.

上記反応の反応温度が過度に低いと、珪素原子と芳香族
炭素の結合が生威しにくくなり、反応温度が過度に高い
と、生或したランダム共重合体(1)の分解及び高分子
量化が激しく起こり好ましくない. メソフェーズ多環状芳香族化合物(2)は、例えば、石
油系又は石炭系ピッチを不活性ガス中で300〜500
゜Cに加熱し、生或する軟質留分を除去しながら縮重合
することによって調製することができる。
If the reaction temperature of the above reaction is too low, the bond between silicon atoms and aromatic carbon will be difficult to form, and if the reaction temperature is too high, the random copolymer (1) formed will decompose and increase its molecular weight. This is a severe occurrence and is undesirable. The mesophase polycyclic aromatic compound (2) is, for example, petroleum-based or coal-based pitch heated to 300 to 500% in an inert gas.
It can be prepared by heating to °C and condensation polymerization while removing a soft fraction.

上記縮重合反応温度が過度に低いと縮金環の戒長が充分
でなく、またその温度が過度に高いとコーキングにより
不融化物の生成が激しくなる。
If the temperature of the condensation polymerization reaction is too low, the length of the condensed ring will not be sufficient, and if the temperature is too high, the formation of infusible products will increase due to coking.

上記のメソフェーズ多環状芳香族化合物(2)は、融点
が200〜400℃の範囲にあり、また、重量平均分子
量(M, ) カ2 0 0−1 0 0 0 0テ.
!>る。
The above mesophase polycyclic aromatic compound (2) has a melting point in the range of 200 to 400°C, and a weight average molecular weight (M, ) of 200 to 10000 te.
! >ru.

メソフェーズ多環状芳香族化合物(2)の中でも、20
〜100%、特に40〜100%の光学的異方性度を有
し、30〜100%のベンゼン、トルエン、キシレン又
はテトラヒドロフランに対する不溶分を含むものが、機
械的性能上優れた無機繊維を得るために好ましい。
Among the mesophase polycyclic aromatic compounds (2), 20
An inorganic fiber with excellent mechanical performance can be obtained by having an optical anisotropy of ~100%, especially 40 to 100%, and containing 30 to 100% of insoluble matter in benzene, toluene, xylene, or tetrahydrofuran. preferred for.

第1工程では、ランダム共重合体(1)とメソフェーズ
多環状芳香族化合物(2)を200〜500″Cの温度
範囲で加熱溶融及び/又は加熱反応し、珪素含有多環状
芳香族重合体からなる紡糸ボリマーを調製する。
In the first step, the random copolymer (1) and the mesophase polycyclic aromatic compound (2) are heated and melted and/or reacted in a temperature range of 200 to 500"C to form a silicon-containing polycyclic aromatic polymer. A spun polymer is prepared.

メソフエーズ多環状芳香族化合物(2)の使用割合はラ
ンダム共重合体(1) 1 0 0部当たり5〜500
00部であることが好ましく、5部未満では、生或物に
おけるメソフェーズ含有量が不足するため、高弾性の焼
或糸が得られず、また、50000部より多い場合は、
珪素或分の不足のため焼或糸のマトリックスに対する濡
れ性、耐酸化性に優れた無機繊維が得られなくなる。
The usage ratio of the mesophase polycyclic aromatic compound (2) is 5 to 500 parts per 100 parts of the random copolymer (1).
00 parts is preferable; if it is less than 5 parts, the mesophase content in the raw material will be insufficient, making it impossible to obtain a highly elastic sintered yarn; if it is more than 50,000 parts,
Due to a certain lack of silicon, inorganic fibers with excellent wettability and oxidation resistance to the matrix of the burned yarn cannot be obtained.

上記珪素含有多環状芳香族重合体の重量平均分子量(M
,)は200−11000で、融点が200〜4 0 
0 ’Cである。
The weight average molecular weight (M
) is 200-11000, and the melting point is 200-40
0'C.

第2工程: 第1工程で得られる珪素含有多環状芳香族重合体である
紡糸ボリマーを加熱溶融させて、場合によってはこれを
濾過して5クロゲル、不純物等の紡糸に際して有害とな
る物質を除去し、これを通常用いられる合或繊維紡糸装
置により紡糸する。
2nd step: The spinning polymer, which is a silicon-containing polycyclic aromatic polymer obtained in the 1st step, is heated and melted, and in some cases, it is filtered to remove harmful substances during spinning, such as 5 clogel and impurities. This is then spun using a commonly used fiber spinning device.

紡糸する際の紡糸原液の温度は原料ポリマーの軟化温度
によって異なるが、220〜420゜Cの範囲の温度が
有利である。
The temperature of the spinning dope during spinning varies depending on the softening temperature of the raw material polymer, but a temperature in the range of 220 to 420°C is advantageous.

前記紡糸装置において、必要に応じて紡糸筒を取付け、
該紡糸筒内の雰囲気を空気、不活性ガス、熱空気、熱不
活性ガス、スチーム、及びアンモニアガスからなる群か
ら選ばれる一種以上の雰囲気とした後、巻取り速度を大
きくすることにより細い直径の繊維を得ることができる
。前記溶融紡糸における紡糸速度は原料の平均分子量、
分子量分布、分子構造によって異なるが、50〜500
0m/分の範囲であることが好ましい。
In the spinning device, a spinning tube is attached as necessary,
After setting the atmosphere in the spinning tube to one or more atmospheres selected from the group consisting of air, inert gas, hot air, hot inert gas, steam, and ammonia gas, the winding speed is increased to create a thin diameter. fibers can be obtained. The spinning speed in the melt spinning is determined by the average molecular weight of the raw materials,
Although it varies depending on the molecular weight distribution and molecular structure, 50 to 500
A range of 0 m/min is preferable.

第3王程: 第2工程で得られる紡糸繊維を張力又は無張力の作用も
とて不融化する。
Third process: The spun fibers obtained in the second step are rendered infusible by the action of tension or non-tension.

代表的な不融化方法は、紡糸繊維を酸化性雰囲気中で加
熱する方法である。不融化の温度は好ましくは50〜4
00゜Cの範囲の温度である。不融化温度が過度に低い
と紡糸原糸を構成するポリマーのはしかけが起こらず、
また、この温度が過度に高いとポリマーが燃焼する。
A typical infusibility method is to heat spun fibers in an oxidizing atmosphere. The infusibility temperature is preferably 50 to 4
The temperature is in the range of 00°C. If the infusibility temperature is too low, the polymers that make up the spinning filament will not form.
Also, if this temperature is too high, the polymer will burn.

不融化の目的は、紡糸繊維を構成するボリマーを三次元
構造の不融・不溶のはしかけ状態にし、次工程の焼戊の
際に熔融せず、且つ隣接した繊維と融着しないようにす
ることである。不融化の際の酸化性雰囲気を構戒するガ
スとしては、空気、オソン、酸素、塩素ガス、臭素ガス
、アンモニアガス、及びこれらの混合ガスが挙げられる
The purpose of infusibility is to make the polymer that makes up the spun fibers into a three-dimensional structure that is infusible and insoluble, so that it does not melt during the next process of burning and does not fuse with adjacent fibers. That's true. Examples of gases that prevent an oxidizing atmosphere during infusibility include air, osone, oxygen, chlorine gas, bromine gas, ammonia gas, and mixed gases thereof.

上記とは別の不融化方法として、紡糸繊維に酸化性雰囲
気あるいは非酸化性雰囲気で、張力あるいは無張力で必
要に応じて低温加熱しながら、γ線照射、あるいは電子
線照射して不融化する方法も採用することができる。
As an infusibilization method different from the above, the spun fibers are infusibilized by irradiation with gamma rays or electron beams in an oxidizing or non-oxidizing atmosphere, under tension or without tension, while heating at a low temperature as necessary. method can also be adopted.

このγ線あるいは電子線を照射する目的は、紡糸繊維を
形戒するボリマーを、さらに重合させることによって、
紡糸原糸が融解し、繊維形状を失うことを防ぐことにあ
る。
The purpose of irradiating with gamma rays or electron beams is to further polymerize the polymer that forms the spun fibers.
The purpose is to prevent the spun yarn from melting and losing its fiber shape.

γ線あるいは電子線の照射線量は106〜1010ラン
ドが適当である。
The appropriate dose of gamma rays or electron beams is 106 to 1010 rand.

照射は真空、不活性ガス雰囲気下、あるいは空気、オゾ
ン、酸素、塩素ガス、臭素ガス、アンモニアガス及びこ
れらの混合ガスのような酸化性ガス雰囲気で行うことが
できる。
Irradiation can be carried out in a vacuum, an inert gas atmosphere, or an oxidizing gas atmosphere such as air, ozone, oxygen, chlorine gas, bromine gas, ammonia gas, and mixtures thereof.

照射による不融化は室温で行うこともでき、必要であれ
ば50〜200゜Cの温度範囲で加熱しながら行うこと
によって不融化をより短時間で達威させることもできる
Infusibility by irradiation can be carried out at room temperature, or if necessary, infusibility can be achieved in a shorter time by heating at a temperature in the range of 50 to 200°C.

不融化は、無張力下で行うと、前記紡糸繊維は収縮のた
め波状の形を呈するようになるが、次工程の焼或工程で
矯正できる場合もあり、張力は必ずしも必要ないが、張
力を作用させる場合には、その張力の大きさは不融化時
に紡糸繊維が収縮して波状となることを少なくとも防止
できる以上の張力を作用させると良い結果が得られる。
If infusibility is carried out without tension, the spun fibers will shrink and take on a wavy shape, but this can sometimes be corrected in the next firing process, and tension is not necessarily required. When applied, good results can be obtained if the tension is greater than that which can at least prevent the spun fibers from shrinking and becoming wavy during infusibility.

不融化の際に、作用させる張力としては、1〜5 0 
0 g /mm2の範囲が好ましく、Ig/mm”以下
の張力を作用させても繊維をたるませないような緊張を
与えることができず、5 0 0 g /mm”以上の
張力を作用させると繊維が切断することがある。
The tension to be applied during infusibility is 1 to 50
A range of 0 g/mm2 is preferable; even if a tension of Ig/mm or less is applied, it is not possible to apply tension that will not cause the fibers to sag, and if a tension of 500 g/mm or more is applied, Fibers may break.

第4王程: 第3工程で得られる不融化糸を、真空あるいは不活性ガ
ス雰囲気中で800〜3000゜Cの範囲の温度で焼或
することによって、主として炭素、珪素、酸素からなる
無機繊維が得られる。
4th process: By baking the infusible yarn obtained in the 3rd step at a temperature in the range of 800 to 3000°C in a vacuum or inert gas atmosphere, inorganic fibers mainly composed of carbon, silicon, and oxygen are produced. is obtained.

焼或工程において、張力を作用させることは必ずしも必
要ないが0.001〜100kg/恥2の範囲で張力を
作用させながら高温焼或すると屈曲を少なくした強度の
高い無機繊維を得ることができる。
In the firing process, it is not necessarily necessary to apply tension, but high-temperature firing while applying tension in the range of 0.001 to 100 kg/sha2 makes it possible to obtain high-strength inorganic fibers with less bending.

加熱過程において、約7 0 0 ’Cから無機化が激
しくなり、約800℃でほぼ無機化が完了するものと推
定される。従って、焼或は、800℃以上の温度で行う
ことが好ましい。また、3000″Cより高い温度を得
るには高価な装置を必要とするため、3000″Cより
高温での焼或は、コスト面から見て実際的でない。
In the heating process, it is estimated that mineralization becomes intense from about 700'C and is almost completed at about 800C. Therefore, it is preferable to perform baking at a temperature of 800° C. or higher. Furthermore, since obtaining a temperature higher than 3000"C requires expensive equipment, baking at a higher temperature than 3000"C is not practical from a cost standpoint.

上記無機繊維は繊維そのものを単軸方向、多軸方向に配
合させる方法、あるいは平織、朱子織、模紗織、綾織、
からみ織、螺旋織、三次元織物などの各種織物にして使
用する方法、あるいはチョップドファイバーとして使用
する方法等がある。
The above inorganic fibers can be produced by blending the fibers themselves in uniaxial or multiaxial directions, or by plain weaving, satin weaving, mock-satin weaving, twill weaving,
There are methods of using it in various fabrics such as leno weave, spiral weave, and three-dimensional fabric, and methods of using it as chopped fiber.

本発明におけるプラスチックとしてはエポキシ系樹脂、
ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ボリイξド樹脂、
ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート
樹脂、シリコン樹脂、フッ素樹脂、ナイロン1M脂、ポ
リフェニレンサルファイド、ポリプチレンテレフタレー
ト、超高分子量ポリエチレン、ポロプロピレン、変性ポ
リフェニレンオキサイド、ポリスナレン、ABS樹脂、
塩化ビニル樹脂、ポリエーテル・エーテルケトン樹脂、
ビスマレイ壽ド樹脂等が挙げられる。
The plastic in the present invention includes epoxy resin,
Polyester resin, phenolic resin, polyester resin,
Polyurethane resin, polyamide resin, polycarbonate resin, silicone resin, fluororesin, nylon 1M resin, polyphenylene sulfide, polybutylene terephthalate, ultra-high molecular weight polyethylene, polypropylene, modified polyphenylene oxide, polynarene, ABS resin,
Vinyl chloride resin, polyether/etherketone resin,
Examples include bismaleid resin and the like.

これらのプラスチック複合材料はそれ自体公知の方法で
製造することができ、例えば(1)ハンドレイアップ法
、(2)マッチドメタルダイ法、(3)プレークアウェ
イ法、(4)フィラメント・ワインディング法、(5)
ホットプレス法、(6)オートクレープ法、(7)連続
引抜き法等の方法を採用することができる。
These plastic composite materials can be manufactured by methods known per se, such as (1) hand lay-up method, (2) matched metal die method, (3) play-away method, (4) filament winding method, (5)
Methods such as a hot press method, (6) an autoclave method, and (7) a continuous drawing method can be employed.

(1)ハンドレイアップ法によれば、まず無機繊維を裁
断して型の上に敷き詰め、触媒を加えたプラスチックを
はけやローラでその上に塗り込めた後自然に硬化させ、
脱型して複合材料とすることができる。
(1) According to the hand lay-up method, first the inorganic fibers are cut and laid on a mold, then the plastic containing the catalyst is applied onto it using a brush or roller, and then allowed to harden naturally.
It can be demolded and made into a composite material.

(2)マッチドメタルダイ法によれば、あらかじめ無機
繊維にプラスチックと硬化剤、充填材、増粘剤を加えて
含浸したものを加熱加圧戒形して複合材料とすることが
できる。戒形時の材料の形態によりSMC法(Shee
t Moldiiig Compound) 、B M
 C法(Bulk Moldiiig Compoun
d )のどちらかを選択して用いることができる。
(2) According to the matched metal die method, a composite material can be obtained by pre-impregnating inorganic fibers with plastic, a hardening agent, a filler, and a thickening agent, and then forming the fibers under heat and pressure. The SMC method (Shee
t Moldiiig Compound), B M
C method (Bulk Mold Compound
d) can be selected and used.

(3)プレークアウェイ法によれば、無機繊維のシート
にあらかじめプラスチックを含浸させ、予備硬化させた
プリプレグ(prepreg )を作り、これをテーパ
ー付きの心金に巻付けて、硬化後に抜取り複合材料とす
ることができる。複雑な中空製品はこの方法で作られる
(3) According to the play-away method, a sheet of inorganic fiber is pre-impregnated with plastic to create a pre-cured prepreg, which is wrapped around a tapered mandrel, and after curing is extracted and used as a composite material. can do. Complex hollow products are made in this way.

(4)フィラメント・ワインディング法によれば、エボ
キシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂のような熱硬化性樹
脂を含浸した無機繊維をマンドレルに巻付け、樹脂を硬
化させた後、脱型して複合材料とすることができる。こ
の方法には、湿式法、乾式法(ブリプレグテープを使う
方法)などがある。
(4) According to the filament winding method, inorganic fibers impregnated with a thermosetting resin such as epoxy resin or unsaturated polyester resin are wound around a mandrel, and after the resin is cured, the mold is removed and made into a composite material. can do. This method includes a wet method and a dry method (method using Bripreg tape).

(5)ホットプレス法によれば、ブリプレグシ一トを一
方向又は任意の角度に積層後、ホットプレスで加圧、加
熱して板状の複合材料とすることができる。
(5) According to the hot press method, after laminating buri preg sheets in one direction or at an arbitrary angle, they can be pressed and heated with a hot press to form a plate-shaped composite material.

(6)オートクレープ法によれば、ブリプレグを戒形金
型に積層し、特殊ラバーで包み、真空状態にして、高圧
釜に入れ、加熱、加圧して硬化させ複合材料とすること
ができる。複雑な戒形に適している。
(6) According to the autoclave method, Buripreg is laminated in a mold, wrapped in a special rubber, placed in a vacuum state, placed in a high-pressure cooker, and cured by heating and pressurizing to form a composite material. Suitable for complex precepts.

(7)連続引抜き法によれば、無機繊維とブラスチック
とを別々に分けて、戒形機に供給し、戒形金型の手前で
混合させ、途中で加熱炉のなかを通過させて連続的に長
尺な複合材料とすることができる。
(7) According to the continuous pultrusion method, inorganic fibers and plastic are separated separately, fed to a molding machine, mixed before the molding mold, and passed through a heating furnace midway through the process. It can be made into a long composite material.

無機繊維とプラスチックマトリックスとから製造された
複合材料の引張強度(σC)は下記式で表される。
The tensile strength (σC) of a composite material made from inorganic fibers and a plastic matrix is expressed by the following formula.

(lc =(11 Vf+ σ MV MσC =複合
材料の引張強度 σf :無機繊維の引張強度 σH=プラスチックマトリックスの引張強度■f :無
機繊維の体積百分率 v8:プラスチックマトリックスの体積百分率 上記式で示されるように、複合材料の強度は、複合材料
中の無m繊維の体積割合が、多くなるにしたがって大き
くなる。従って、強度の大きい複合材料を製造するため
には、複合させる無機繊維の体積割合を多くする必要が
ある。しかしながら、無機繊維の体積割合が80%を超
えると、プラスチックマトリックスの量が少ないため、
無機繊維の間隙を充分にプラスチックマトリックスで充
填することができなくなるため、複合材料を製造しても
前記式で示されるような強度が発揮されなくなる。また
、繊維の体積割合を低くしていくと前記弐で示されるよ
うに複合材料の強度は低下するから、実用性のある複合
材料とするためには10%以上の無機繊維を複合させる
ことが必要である。
(lc = (11 Vf+ σ MV MσC = Tensile strength of composite material σf: Tensile strength of inorganic fiber σH = Tensile strength of plastic matrix f: Volume percentage of inorganic fiber v8: Volume percentage of plastic matrix As shown in the above formula The strength of a composite material increases as the volume ratio of inorganic fibers in the composite material increases. Therefore, in order to produce a composite material with high strength, the volume ratio of inorganic fibers to be composited must be increased. However, if the volume percentage of inorganic fiber exceeds 80%, the amount of plastic matrix will be small.
Since the gaps between the inorganic fibers cannot be sufficiently filled with the plastic matrix, even if a composite material is manufactured, it will not exhibit the strength shown by the above formula. In addition, as the volume ratio of fibers is lowered, the strength of the composite material decreases as shown in 2 above, so in order to make a practical composite material, it is necessary to combine 10% or more of inorganic fibers. is necessary.

従って、本発明の無機繊維強化プラスチック複合材料の
製造において、複合させる無機繊維の体積割合を10〜
80%、さらに好ましくは30〜60%とすると最も良
い効果が得られる。
Therefore, in producing the inorganic fiber-reinforced plastic composite material of the present invention, the volume ratio of the inorganic fibers to be composited is 10 to 10.
The best effect can be obtained by setting it to 80%, more preferably 30 to 60%.

明細書における各種機械的特性は下記の測定法に従って
求めた。
Various mechanical properties in the specification were determined according to the following measurement methods.

(a)層間剪断強度 層間剪断応力を求めるための試験法で曲率半径6鴫φの
2コのピン(長さ20mm)の上に10×12X2mm
の無機繊維を一軸方向に配向させた複合材料を置き、先
端曲率半径3. 5 mm Rの圧子で圧縮、所謂3点
曲げ方式で試験を行い、層間剪断応力を測定する。剪断
応力(kg/mm” )により表示する。
(a) Interlaminar shear strength A test method for determining interlaminar shear stress, 10 x 12 x 2 mm was placed on two pins (length 20 mm) with a radius of curvature of 6 φ.
A composite material in which inorganic fibers are uniaxially oriented is placed, and the tip radius of curvature is 3. The test is performed by compression using a 5 mm R indenter and a so-called three-point bending method, and the interlaminar shear stress is measured. It is expressed in shear stress (kg/mm").

(b)繊維垂直方向の引張強度及び引張弾性率厚さ2m
mの一軸方向繊維強化複合材料を製造し、これより試験
片の軸方向が繊維配列方向と直交するように19X12
7mmの試験片を採取する。試験片の厚さは2mmで中
央部の板厚方向に125順Rの曲率を付け、厚さ約1印
に仕上げる。引張速度は1mm/分で行った。引張強度
(kg/mm” )及び引張弾性率(t/mm”)によ
り表示する。
(b) Tensile strength and tensile modulus in the fiber vertical direction Thickness 2m
A uniaxial fiber-reinforced composite material of
Take a 7mm test piece. The thickness of the test piece is 2 mm, and a curvature of 125 R is applied in the thickness direction of the center part, so that the thickness is approximately 1 mark. The tensile speed was 1 mm/min. It is expressed by tensile strength (kg/mm") and tensile modulus (t/mm").

(c)繊維垂直方向の曲げ強度及び曲げ弾性率厚さ2n
++nの一軸方向繊維強化複合材料を製造し、これより
試験片の軸方向が繊維配列方向と直交するように1 2
. 7 X 8 5 +nmの試験片を採取する。試験
片の厚さは2Mで中央部の板厚方向に125mmRの曲
率を付け、厚さ約IIl!Inに仕上げる。3点曲げ方
式で試験を行い、曲げ強度(kg/mm” )及び曲げ
弾性率(t/mm”)により表示する。
(c) Fiber perpendicular bending strength and bending modulus thickness 2n
A uniaxial fiber-reinforced composite material of
.. A test piece of 7 x 8 5 + nm is taken. The thickness of the test piece is 2M, with a curvature of 125mmR in the thickness direction at the center, and the thickness is about IIl! Finish to In. The test is conducted using a three-point bending method, and is expressed in terms of bending strength (kg/mm") and bending modulus (t/mm").

層間剪断強度、繊維垂直方向の引張強度及び繊維垂直方
向の曲げ強度はマトリックスと繊維との結合の強さを表
示する指標である。
Interlaminar shear strength, tensile strength in the direction perpendicular to the fibers, and bending strength in the direction perpendicular to the fibers are indicators of the strength of the bond between the matrix and the fibers.

(d)引張強度及び引張弾性率 厚さ2閣の一軸方向繊維強化複合材料を製造し、これよ
り試験片の軸方向が繊維配列方向と直交するように12
.7X85mmの試験片を採取する。試験片の厚さは2
肋で中央部の板厚方向に125mmRの曲率を付け、厚
さ約1mmに仕上げる。引張強度の測定は1mm/分の
引張速度で行った。引張強度(kg/mad” )及び
引張弾性率(t/mm”)により表示する。
(d) Tensile strength and tensile modulus A uniaxial fiber-reinforced composite material with a thickness of 2 degrees is manufactured, and the axial direction of the test piece is 12 times perpendicular to the fiber arrangement direction.
.. Take a 7x85mm test piece. The thickness of the test piece is 2
Add a curvature of 125mmR in the thickness direction at the center using ribs, and finish to a thickness of about 1mm. The tensile strength was measured at a tensile speed of 1 mm/min. It is expressed by tensile strength (kg/mad") and tensile modulus (t/mm").

(e)曲げ強度及び曲げ弾性率 厚さ2[lmの一軸方向繊維強化複合材料を製造し、こ
れより試験片の軸方向が繊維配列方向と直交するように
1 2. 7 X 8 5 mmの試験片を採取する。
(e) Bending strength and flexural modulus A uniaxial fiber-reinforced composite material with a thickness of 2 [lm] was produced, and the axial direction of the test piece was set perpendicular to the fiber arrangement direction. Take a 7 x 8 5 mm test piece.

試験片の厚さは2IIIIl1で中央部の板厚方向に1
25mmRO曲率を付け、厚さ約IIIII1に仕上げ
る。3点曲げ方式で試験を行い、曲げ強度(kg/m”
 )及び曲げ弾性率(t/mm”)により表示する。
The thickness of the test piece is 2IIIl1, and the thickness of the test piece is 1 in the thickness direction at the center.
Add a 25mm RO curvature and finish to a thickness of approximately III1. The test was conducted using a three-point bending method, and the bending strength (kg/m"
) and flexural modulus (t/mm").

(f)曲げ衝撃値 3点曲げによるシャルピー試験法(JIS  K71i
i)により曲げ衝撃値を測定した。曲げ衝撃値(kg 
− cm/cm” )により表示する。
(f) Bending impact value Charpy test method using 3-point bending (JIS K71i
i) The bending impact value was measured. Bending impact value (kg
- cm/cm”).

曲げ衝撃値はプラスチックと繊維との間の結合の強さを
表示する指標であり、特に瞬間的な衝撃に対する抵抗の
強さを表示する指標である。曲げ衝撃値が低いと、樹脂
と繊維が剥がれやすく、瞬間的な衝撃による破壊が生し
やすい。
The bending impact value is an index that indicates the strength of the bond between the plastic and the fibers, and is particularly an index that indicates the strength of resistance to instantaneous impact. If the bending impact value is low, the resin and fibers are likely to separate and breakage due to instantaneous impact is likely to occur.

本発明のプラスチック複合材料は、 a)層間剪断強度が8.5kg/mm2以上であり、b
)繊維垂直方向の引張強度が6kg/mm”以上であり
、 C)繊維垂直方向の曲げ強度が8kg/elm”以上で
あり、 d)曲げ衝撃値が2 0 0 kg−cm/cm”以上
である。
The plastic composite material of the present invention has: a) interlaminar shear strength of 8.5 kg/mm2 or more; b
) The tensile strength in the fiber vertical direction is 6 kg/elm" or more, C) The bending strength in the fiber vertical direction is 8 kg/elm" or more, and d) The bending impact value is 200 kg-cm/cm" or more. be.

(発明の効果) 本発明の無機繊維強化プラスチック複合材料は、本発明
で使用する無i1ftN維がプラスチックに対する濡れ
性に優れているため、無機繊維を特に表面処理する必要
はなく、さらにプラスチックとの間の結合強さに優れて
いる。このため、本発明は層間剪断強度、繊維垂直方向
の引張強度及び曲げ強度、曲げ衝撃値に優れた複合材料
を提供する。
(Effects of the Invention) In the inorganic fiber reinforced plastic composite material of the present invention, since the i1ftN fibers used in the present invention have excellent wettability to plastics, there is no need to particularly surface treat the inorganic fibers, and furthermore, the inorganic fibers do not need to be surface treated Excellent bond strength between. Therefore, the present invention provides a composite material that is excellent in interlaminar shear strength, tensile strength and bending strength in the direction perpendicular to the fibers, and bending impact value.

一方、本発明における無機繊維は結晶配列状態にある炭
素質を含むため、アモルファス無機繊維に比べ高弾性で
ある。このため、本発明の無機繊維強化プラスチック複
合材料は、引張弾性率及び曲げ弾性率において優れた値
を示す。
On the other hand, since the inorganic fiber in the present invention contains carbon in a crystalline alignment state, it has higher elasticity than an amorphous inorganic fiber. Therefore, the inorganic fiber-reinforced plastic composite material of the present invention exhibits excellent values in tensile modulus and flexural modulus.

また、本発明における無機繊維は、高価な有機珪素化合
物の使用が軽減されるため、従来の炭化珪素系繊維に比
べ安価に製造される。
Furthermore, the inorganic fibers of the present invention can be manufactured at a lower cost than conventional silicon carbide fibers because the use of expensive organic silicon compounds is reduced.

以上のように、本発明に使用する無機繊維は、プラスチ
ック複合材料においてその強化効率に優れ、得られたプ
ラスチック複合材料は各種の機械的特性が優れ、長期間
の苛酷な環境下での使用に耐えるものである。このため
、従来の無機繊維強化プラスチック複合材料では満足に
使用しえなかった各種分野で使用することができる。例
えば、合威繊維用材料、合戒化学用材料、機械工業用材
料、建築機械用材料、海洋開発(含宇宙)用材料、自動
車用材料、食品用材料、電気材料、スポーツ用品、音響
用機器材料等における各分野における優れた機械的特性
を要求される分野である。
As described above, the inorganic fibers used in the present invention have excellent reinforcing efficiency in plastic composite materials, and the resulting plastic composite materials have excellent various mechanical properties and are suitable for long-term use in harsh environments. It is something that can be endured. Therefore, it can be used in various fields where conventional inorganic fiber reinforced plastic composite materials could not be used satisfactorily. For example, materials for Hewei textiles, materials for Hekai chemicals, materials for machinery industry, materials for construction machinery, materials for ocean development (including space), materials for automobiles, materials for food, electrical materials, sporting goods, and audio equipment. This is a field that requires excellent mechanical properties in various fields such as materials.

(実施例) 以下実施例によって本発明を説明する。(Example) The present invention will be explained below with reference to Examples.

参考例l(有機珪素重合体の製法) 51.の三口フラスコに無水キシレン2.5l及びナト
リウム400gを入れ、窒素ガス気流下でキシレンの沸
点まで加熱し、ジメチルジクロロシランlffiを1時
間で滴下した。滴下終了後、10時間加熱還流し沈澱物
を生或させた。沈澱を濾過し、メタノールついで水で洗
浄して、白色粉末のポリジメチルシラン420gを得た
Reference example 1 (method for producing organosilicon polymer) 51. 2.5 liters of anhydrous xylene and 400 g of sodium were placed in a three-necked flask, heated to the boiling point of xylene under a nitrogen gas stream, and dimethyldichlorosilane lffi was added dropwise over 1 hour. After the addition was completed, the mixture was heated under reflux for 10 hours to form a precipitate. The precipitate was filtered and washed with methanol and then water to obtain 420 g of white powder polydimethylsilane.

このボリジメチルシラン400gを、ガス導入管、攪拌
機、冷却器及び留出管を備えた3lの三口フラスコに仕
込み、攪拌しながら50d/分の窒素気流下に420℃
で加熱処理して、留出受器に350gの無色透明な少し
粘性のある液体を得た。
400 g of this boridimethylsilane was charged into a 3-liter three-necked flask equipped with a gas inlet tube, a stirrer, a condenser, and a distillation tube, and heated at 420°C under a nitrogen flow of 50 d/min while stirring.
350 g of a colorless and transparent slightly viscous liquid was obtained in a distillation receiver.

この液体の数平均分子量は蒸気圧浸透法で測定したとこ
ろ470であった。
The number average molecular weight of this liquid was 470 as measured by vapor pressure osmosis.

この物質の赤外線吸収スペクトルを測定したところ、6
 5 0 〜9 0 0cm−’と1250cm−’に
Si−CH,の吸収、2100C1+1−’にSi−H
の吸収、1020cm−’付近と1 3 5 5cm−
’にSi  CHz−Stの吸収、2900cm−’と
2950cm−’にC−Hの吸収が認められ、またこの
物質の遠赤外線吸収スペクトルを測定したところ、38
0cm−’にSt−Siの吸収が認められることから、
得られた液状物質は、主として(S i  CHz )
結合単位及び(Si−Si)結合単位からなり、珪素の
側鎖に水素原子及びメチル基を有する有機珪素重合体で
あることが判明した。
When the infrared absorption spectrum of this substance was measured, it was found that 6
Absorption of Si-CH, at 50 to 900 cm-' and 1250 cm-', Si-H at 2100C1+1-'
absorption, around 1020 cm-' and 1 3 5 5 cm-
Si CHZ-St absorption was observed at 2900 cm-' and 2950 cm-', and when the far-infrared absorption spectrum of this material was measured, 38
Since absorption of St-Si is observed at 0 cm-',
The obtained liquid substance mainly has (S i CHz )
It turned out to be an organosilicon polymer consisting of bond units and (Si-Si) bond units and having hydrogen atoms and methyl groups in silicon side chains.

核磁気共鳴分析及び赤外線吸収分析の測定結果から、こ
の有機珪素重合体は(Si  CHz)結合単位の全数
対(Si−Si)結合単位の全数の比率がほぼ1:3で
ある重合体であることが確認された。
From the measurement results of nuclear magnetic resonance analysis and infrared absorption analysis, this organosilicon polymer is a polymer in which the ratio of the total number of (Si CHz) bond units to the total number of (Si-Si) bond units is approximately 1:3. This was confirmed.

上記有機珪素重合体300gをエタノールで処理して低
分子量物を除去して、数平均分子量が1200の重合体
40gを得た。
300 g of the above organosilicon polymer was treated with ethanol to remove low molecular weight substances to obtain 40 g of a polymer having a number average molecular weight of 1200.

この物質の赤外線吸収スペクトルを測定したところ、上
記と同様の吸収ピークが認められ、この物質は主として
(Si  CH2)結合単位及び(Si−St)結合単
位からなり、珪素の側鎖に水素原子及びメチル基を有す
る有機珪素重合体であることが判明した。
When the infrared absorption spectrum of this substance was measured, absorption peaks similar to those above were observed, and this substance mainly consists of (Si CH2) bond units and (Si-St) bond units, and contains hydrogen atoms and hydrogen atoms in the silicon side chains. It turned out to be an organosilicon polymer with methyl groups.

核磁気共鳴分析及び赤外線吸収分析の測定結果から、こ
の有機珪素重合体は(Si  CH2)結合単位の全数
対(Si−Si)結合単位の全数の比率がほぼ7:1で
ある重合体であることが確認された。
According to the measurement results of nuclear magnetic resonance analysis and infrared absorption analysis, this organosilicon polymer is a polymer in which the ratio of the total number of (Si CH2) bond units to the total number of (Si-Si) bond units is approximately 7:1. This was confirmed.

参考例2(無機繊維Iの製法) 石油留分のうち、軽油以上の高沸点物をシリカ・アルミ
ナ系分解触媒の存在下、500゜Cの温度で流動接触分
解・精留を行い、その塔底より残渣を得た。以下、この
残渣をFCCスラリーオイルと呼ぶ。
Reference Example 2 (Production method of inorganic fiber I) Fluid catalytic cracking and rectification of petroleum fractions with a higher boiling point than light oil in the presence of a silica/alumina cracking catalyst at a temperature of 500°C. A residue was obtained from the bottom. Hereinafter, this residue will be referred to as FCC slurry oil.

このFCCスラリーオイルは、元素分析の結果、炭素原
子対水素原子の原子比(C/H)が0.75で、核磁気
共鳴分析による芳香炭素率が0.55であった。
As a result of elemental analysis, this FCC slurry oil had an atomic ratio of carbon atoms to hydrogen atoms (C/H) of 0.75, and an aromatic carbon ratio of 0.55 as determined by nuclear magnetic resonance analysis.

上記のFCCスラリーオイル130gをif/分の窒素
ガス気流下450″Cで1時間加熱し、同温度における
留出分を留去後、残渣を200゜Cにて熱時濾過を行い
、同温度における不融部を除去し、軽質分除去ピッチ5
7gを得た。
130 g of the above FCC slurry oil was heated at 450"C for 1 hour under a nitrogen gas flow of if/min, and after distilling off the distillate at the same temperature, the residue was filtered while hot at 200°C. The infusible part is removed, and the light matter removal pitch is 5.
7g was obtained.

この軽質分除去ピッチは60%のキシレン不溶分を含ん
でいた。
This light fraction removed pitch contained 60% xylene insoluble matter.

この軽質分除去ピッチ57gに参考例1で得た有機珪素
重合体25g及びキシレン20mflを加え、攪拌しな
がら昇温し、キシレンを留去後、400゜Cで6時間反
応させ46gのランダム共重合体を得た。
25 g of the organosilicon polymer obtained in Reference Example 1 and 20 mfl of xylene were added to 57 g of this light fraction removed pitch, the temperature was raised while stirring, the xylene was distilled off, and the mixture was reacted at 400°C for 6 hours to produce 46 g of random copolymer. Obtained union.

この反応生戒物は赤外線吸収スペクトル測定の結果、有
機珪素重合体中に存在するSi−H結合(IR:210
0CII1−’)の減少、及び新たなSi−C(ベンゼ
ン環の炭素)結合(IR:1135cm−’)の生或が
認められることより有機珪素重合体の珪素原子の一部が
多環状芳香族環と直接結合した部分を有する共重合体で
あることがわかった。
As a result of infrared absorption spectrum measurement, this reaction compound was found to be the Si-H bond (IR: 210
0CII1-') and the formation of new Si-C (benzene ring carbon) bonds (IR: 1135 cm-'), some of the silicon atoms in the organosilicon polymer are polycyclic aromatic. It turned out to be a copolymer with a part directly bonded to the ring.

また、この共重合体は、キシレン不溶部を含まず重量平
均分子量は1400、融点は265゜Cであった。
Further, this copolymer did not contain any xylene-insoluble parts, had a weight average molecular weight of 1400, and a melting point of 265°C.

これを、3 0 0 ’Cで加熱溶融静置し、比重差に
より軽質部分を除去した残部40gを得た。これをボリ
マー(a)と呼ぶ。
This was heated and melted at 300'C and left to stand, to obtain 40 g of the remainder from which light parts were removed due to the difference in specific gravity. This is called a polymer (a).

これと並行して、FCCスラリーオイル400gを、窒
素ガス気流下450″Cに加熱し、同温度における留出
分を留去後、残渣を200℃にて熱時濾過を行い、同温
度における不融部を除去し、軽質分除去ピッチ180g
を得た。得られた軽質分除去ピッチ180gを窒素気流
下、反応により生或する軽質分を除去しなから400゜
Cで8時間縮重合を行い、熱処理ピッチ80.3gを得
た。
In parallel with this, 400 g of FCC slurry oil was heated to 450"C under a nitrogen gas stream, and after distilling off the distillate at the same temperature, the residue was filtered while hot at 200°C, and the residual fraction at the same temperature was removed. Pitch 180g to remove fused parts and remove light components
I got it. 180 g of the resulting pitch from which light components had been removed was subjected to condensation polymerization at 400° C. for 8 hours under a nitrogen stream to remove light components produced by reaction, to obtain 80.3 g of heat-treated pitch.

この熱処理ピッチは融点310゜C、キシレン不溶分9
7%、キノリン不溶分20%を含有しており、研磨面の
偏光顕微鏡観察による光学的異方性が95%のメソフェ
ーズ多環状芳香族化合物(2)であった。
This heat-treated pitch has a melting point of 310°C and a xylene insoluble content of 9.
It was a mesophase polycyclic aromatic compound (2) containing 7% and 20% of quinoline insoluble matter, and an optical anisotropy of 95% when observed with a polarized light microscope on the polished surface.

これを再び、350℃に加熱溶融静置し、比重差により
軽質分を分離除去し、残部80gを得た。
This was heated and melted at 350° C. and left to stand again, and light components were separated and removed based on the difference in specific gravity to obtain 80 g of the remainder.

これと、ボリマー(a)30gを混合し、窒素雰囲気下
、350″Cで一時間溶融加熱し、均一な状態にある珪
素含有多環状芳香族重合体を得た。この重合体は、融点
が290℃で、70%のキシレン不溶分を含んでいた。
This and 30 g of polymer (a) were mixed and melted and heated at 350"C for one hour in a nitrogen atmosphere to obtain a silicon-containing polycyclic aromatic polymer in a uniform state. This polymer had a melting point of At 290°C, it contained 70% xylene insoluble matter.

上記高分子量物を紡糸用原料とし、ノズル径0.15閣
の金属製ノズルを用い、3 6 0 ”Cで溶融紡糸を
行い、得られた紡糸原糸を空気中、300゜COO″C
で焼戒を行い、直径10μの無機繊維Iを得た。
Using the above-mentioned high molecular weight material as a raw material for spinning, melt spinning was performed at 360"C using a metal nozzle with a nozzle diameter of 0.15mm, and the resulting spun yarn was heated in air at 300°COO"C.
The inorganic fiber I with a diameter of 10 μm was obtained.

この無機繊維■は引張強度が300kg/am”、引張
弾性率30t/mmzであり、破壊面の観察よりあきら
かにラジアル構造であった。
This inorganic fiber (1) had a tensile strength of 300 kg/am'' and a tensile modulus of 30 t/mmz, and was clearly of a radial structure from observation of the fracture surface.

参考例3(無機繊維■の製法) 参考例2で得られたFCCスラリーオイル20Ogを2
17分の窒素ガス気流下450℃で0. 5時間加熱し
、同温度における留出分を留去後、残渣を200″Cに
て熱時濾過を行い、同温度における不融部を除去し、軽
質分除去ピッチ57gを得た。
Reference Example 3 (Production method of inorganic fiber ■) 200g of FCC slurry oil obtained in Reference Example 2
0.0 at 450°C under nitrogen gas flow for 17 minutes. After heating for 5 hours and distilling off the distillate at the same temperature, the residue was filtered while hot at 200''C to remove the infusible portion at the same temperature to obtain 57 g of light fraction removed pitch.

この軽質分除去ピッチは25%のキシレン不溶分を含ん
でいた。
This light-removed pitch contained 25% xylene insolubles.

この軽質分除去ピッチ57gに参考例1で得た有機珪素
重合体25g及びキシレン20成を加え、攪拌しながら
昇温し、キシレンを留去後、400゜Cで6時間反応さ
せ51gのランダム共重合体(1)を得た。
To 57 g of this light fraction removed pitch, 25 g of the organosilicon polymer obtained in Reference Example 1 and 20 g of xylene were added, the temperature was raised while stirring, the xylene was distilled off, and the mixture was reacted at 400°C for 6 hours to produce 51 g of random copolymer. Polymer (1) was obtained.

この反応生戒物は赤外線吸収スペクトル測定の結果、有
機珪素重合体中に存在するSi−H結合(IR:210
0cm−’)の減少、及び新たなSt−C<ベンゼン環
の炭素)結合(IR:1135cm−’)の生戒が認め
られることより有機珪素重合体の珪素原子の一部が多環
状芳香族環と直接結合した部分を有する共重合体である
ことがわかった。
As a result of infrared absorption spectrum measurement, this reaction compound was found to be the Si-H bond (IR: 210
0cm-') and the new St-C<carbon of benzene ring) bond (IR: 1135cm-') were observed, indicating that some of the silicon atoms in the organosilicon polymer are polycyclic aromatic. It turned out to be a copolymer with a part directly bonded to the ring.

また、この共重合体は、キシレン不溶部を含まず重量平
均分子量が1400、融点が265゜C、軟化点が31
0゜Cであった。
In addition, this copolymer does not contain xylene-insoluble parts, has a weight average molecular weight of 1400, a melting point of 265°C, and a softening point of 31°C.
It was 0°C.

一方、前記軽質分除去ピッチ180gを窒素気流下、反
応にまり生或する軽質分を除去しながら400″Cで8
時間縮重合を行い、熱処理ピッチ97.2gを得た。
On the other hand, 180 g of the pitch from which light components were removed was heated at 400"C for 8 hours under a nitrogen stream while removing light components that were trapped in the reaction.
Time-condensation polymerization was performed to obtain 97.2 g of heat-treated pitch.

この熱処理ピッチは融点263゜C、軟化点308゜C
、キシレン不溶分77%、キノリン不溶分3l%を含有
しており、研磨面の偏光顕微鏡観察にこのメソフヱーズ
多環状芳香族化合物(2) 9 0 gと前記ランダム
共重合体(1)6.4gを混合し、窒素雰囲気下、38
0゜Cで一時間溶融加熱し、均一な状態にある珪素含有
多環状芳香族重合体を得た。
This heat-treated pitch has a melting point of 263°C and a softening point of 308°C.
, contains 77% xylene insoluble matter and 3 l% quinoline insoluble matter, and when observing the polished surface with a polarizing microscope, 90 g of this mesophase polycyclic aromatic compound (2) and 6.4 g of the random copolymer (1) were used. were mixed and heated under nitrogen atmosphere for 38 hours.
The mixture was melted and heated at 0°C for one hour to obtain a silicon-containing polycyclic aromatic polymer in a uniform state.

この重合体は、融点が267℃で、軟化点315゜C、
70%のキシレン不溶分を含んでいた。
This polymer has a melting point of 267°C, a softening point of 315°C,
It contained 70% xylene insoluble matter.

上記高分子量物を紡糸用原料とし、ノズル径0.15m
mの金属製ノズルを用い、360゜Cで溶融紡糸を行い
、得られた紡糸原糸を空気中、300℃で酸化、不融化
し、更にアルゴン雰囲気中、1300℃で焼戒を行い、
直径8μの無機繊維■を得た。
The above high molecular weight material is used as the raw material for spinning, and the nozzle diameter is 0.15 m.
Melt spinning was performed at 360° C. using a metal nozzle of 1.0 m, and the obtained spun yarn was oxidized and made infusible at 300° C. in air, and then burned at 1300° C. in an argon atmosphere.
Inorganic fibers (■) with a diameter of 8 μm were obtained.

この無機繊維■は引張強度が3 2 0kg/1111
11”、引張弾性率26t/mad”であり、破壊面の
観察よりあきらかにラジアル構造であった。
This inorganic fiber ■ has a tensile strength of 320 kg/1111
It had a tensile modulus of elasticity of 11" and a tensile modulus of 26 t/mad", and from observation of the fracture surface, it was clearly a radial structure.

この無機繊維■を粉砕後アルカリ溶融、塩酸処理を施し
水溶液とした後、高周波プラズマ発光分光分析を行った
結果、この無機繊維■中の珪素含有率は0.95%であ
ることがわかった。
This inorganic fiber (1) was pulverized, then melted with alkali and treated with hydrochloric acid to form an aqueous solution, and then subjected to high frequency plasma emission spectrometry analysis. As a result, the silicon content in this inorganic fiber (1) was found to be 0.95%.

参考例4(無機繊維■の製法) メソフェーズ多環状芳香族化合物(2) 9 7 gと
ランダム共重合体(1)3gを混合し、400℃で溶融
加熱した以外は参考例3と同様にして珪素含有多環状芳
香族重合体を得た。この重合体は、融点が372℃で、
軟化点319゜C、71%のキシレン不溶分を含んでい
た。
Reference Example 4 (Production method of inorganic fiber ■) The same procedure as Reference Example 3 was carried out except that 97 g of mesophase polycyclic aromatic compound (2) and 3 g of random copolymer (1) were mixed and melted and heated at 400°C. A silicon-containing polycyclic aromatic polymer was obtained. This polymer has a melting point of 372°C,
It had a softening point of 319°C and contained 71% xylene insoluble matter.

上記高分子量物を紡糸用原料とし、ノズル径0. 15
1III1の金属製ノズルを用い、360″Cで溶融紡
糸を行い、得られた紡糸原糸を空気中、300゜Cで酸
化、不融化し、更にアルゴン雰囲気中、2000℃で焼
或を行い、直径7.3μの無機繊維■を得た。
The above-mentioned high molecular weight material is used as a raw material for spinning, and the nozzle diameter is 0. 15
Melt spinning was performed at 360"C using a metal nozzle of 1III1, and the obtained spun yarn was oxidized and made infusible at 300°C in air, and further calcined at 2000°C in an argon atmosphere. Inorganic fibers (■) with a diameter of 7.3 μm were obtained.

この無機繊維■は引張強度が3 2 5kg/1111
11” 、引張弾性率が41t/mm”の高弾性繊維で
あった。
This inorganic fiber ■ has a tensile strength of 325kg/1111
11'' and a tensile modulus of 41 t/mm''.

この無機繊維■を粉砕後アルカリ溶融、塩酸処理を施し
水溶液とした後、高周波プラズマ発光分光分析を行った
結果、この無機繊維■中の珪素含有率は0.47%であ
ることがわかった。
This inorganic fiber (1) was pulverized, then melted with alkali and treated with hydrochloric acid to form an aqueous solution, and then subjected to high frequency plasma emission spectrometry analysis. As a result, the silicon content in this inorganic fiber (1) was found to be 0.47%.

実施例l アミド硬化剤(チバガイギー社製XB2879B)20
部を均一に混合した後に、混合物を重量比で1:1のメ
チルセロソルブとアセトンとの混合溶媒に溶解して、上
記混合物の28%溶液を調製した。
Example l Amide curing agent (XB2879B manufactured by Ciba Geigy) 20
After uniformly mixing the mixture, the mixture was dissolved in a mixed solvent of methyl cellosolve and acetone at a weight ratio of 1:1 to prepare a 28% solution of the above mixture.

参考例2で得られた無機繊維Iに上記溶液を含浸した後
に、ドラムワイングーを用いて一方向に引き取り、熱循
環オーブン中1 0 0 ”Cで14分間加熱すること
によって、半硬化状態の一方向に引き揃えられた無機繊
維プリプレグを調製した。このプリブレグの繊維含有率
は60体積%、厚み0.15mmであった。
After impregnating the inorganic fiber I obtained in Reference Example 2 with the above solution, it was pulled in one direction using a drum wine gourd and heated at 100"C for 14 minutes in a heat circulation oven to obtain a semi-cured fiber. An inorganic fiber prepreg that was aligned in one direction was prepared.The fiber content of this prepreg was 60% by volume, and the thickness was 0.15 mm.

上記ブリプレグ10枚を繊維方向を合わせて重ね、1 
7 0 ’C、7kg/C1aで4時間プレス或形する
ことによって、250mmX250(1)の大きさの一
方向強化エボキシ樹脂複合材料を得た。
Layer the 10 sheets of Buri Preg above with the fiber direction aligned, and
A unidirectionally reinforced epoxy resin composite material with a size of 250 mm x 250 (1) was obtained by pressing at 70'C and 7 kg/C1a for 4 hours.

上記複合材料から幅1 2. 7 rIa、長さ85m
m、厚み2Mの曲げ強度測定用のサンプルを切り出し、
スパン/幅=32の三点曲げ試験を試験速度2ITII
Il/分で行った。上記複合材料の機械的特性を以下に
示す。
Width 1 from the above composite material 2. 7 rIa, length 85m
m, cut out a sample for bending strength measurement with a thickness of 2M,
Three-point bending test with span/width = 32 at test speed 2ITII
It was performed at Il/min. The mechanical properties of the above composite material are shown below.

引張強度(kg/ffR2)          1 
6 0引張弾性率(む/mm” )         
 1 8曲げ強度(kg/閣” )         
220曲げ弾性率(1/閣2)         17
繊維垂直方向引張強度(kg/mm”)    6.3
繊維垂直方向引張弾性率(t /mm” )   5.
 1繊維垂直方向曲げ強度(kg/on”)    8
.9繊維垂直方向曲げ弾性率(t/mm2)   5.
0層間剪断強度(kg/IIIm”)        
8.6曲げ衝撃値(kg−cm/ffI1” )   
   2 4 0比較例1 本発明に使用する無機繊維のかわりに、引張強度2 8
 0kg/mm” 、引張弾性率5 5 t, /an
” 、繊維径10μの高弾性ピッチ系炭素繊維を用いた
他は実施例1と同様にして炭素繊維強化エポキシ複合材
料を製造した。この複合材料の繊維含有率は60体積%
であり、得られた複合材料の機械的特性を以下に示す。
Tensile strength (kg/ffR2) 1
6 0 tensile modulus (mm/mm”)
1 8 bending strength (kg/kaku”)
220 Flexural modulus (1/Kaku2) 17
Fiber vertical tensile strength (kg/mm”) 6.3
Fiber perpendicular tensile modulus (t/mm”) 5.
1 fiber vertical bending strength (kg/on”) 8
.. 9 Fiber vertical bending modulus (t/mm2) 5.
0 interlayer shear strength (kg/IIIm”)
8.6 Bending impact value (kg-cm/ffI1”)
2 4 0 Comparative Example 1 Instead of the inorganic fiber used in the present invention, tensile strength 2 8
0kg/mm", tensile modulus 55t, /an
A carbon fiber-reinforced epoxy composite material was produced in the same manner as in Example 1, except that high-modulus pitch-based carbon fibers with a fiber diameter of 10 μm were used. The fiber content of this composite material was 60% by volume.
The mechanical properties of the obtained composite material are shown below.

引張強度(kg/閣”)          150)
1張弾性率(1/が)28 曲げ強度(kg/mm2)         1 0 
0曲げ弾性率(1/閣2)        l2繊維垂
直方向引張強度(kg/mm”)    3.0繊維垂
直方向引張弾性率(t/mm2)   0.5繊維垂直
方向曲げ強t;= (kg/mm” )    3. 
5繊維垂直方向曲げ弥性率(t/ffIII1”)  
 0.5層間剪断強度(kg/cm”)       
 7.5曲げ衝撃値(kg−1/W” )      
  7 0比較例2 無機繊維Iのかわりに、引張強度300kg/mmχ、
引張弾性率21t/mII12、繊維径1.5aのポリ
アクリロニトリル系高強度炭素繊維を表面処理した繊維
を用いた他は実施例1と同様にして炭素繊維強化エボキ
シ複合材料を製造した。この複合材料の繊維含有率は6
0体積%であり、得られた複合材料の機械的特性を以下
に示す。
Tensile strength (kg/Kaku”) 150)
Tensile modulus (1/ga) 28 Bending strength (kg/mm2) 1 0
0 Bending elastic modulus (1/Kaku2) l2 Fiber vertical tensile strength (kg/mm”) 3.0 Fiber vertical tensile modulus (t/mm2) 0.5 Fiber vertical bending strength t;= (kg/ mm”) 3.
5-fiber vertical bending modulus (t/ffIII1”)
0.5 interlayer shear strength (kg/cm”)
7.5 Bending impact value (kg-1/W”)
70 Comparative Example 2 Instead of inorganic fiber I, tensile strength 300 kg/mmχ,
A carbon fiber-reinforced epoxy composite material was produced in the same manner as in Example 1, except that surface-treated polyacrylonitrile-based high-strength carbon fibers having a tensile modulus of elasticity of 21 t/mII12 and a fiber diameter of 1.5 a were used. The fiber content of this composite material is 6
The mechanical properties of the resulting composite material are shown below.

引張強度( kg /閣M          172
引張弾性率(t/mm”)          14曲
ケ強度(kg/man” )1 7 0曲げ弾性率(1
/論2)         13繊維垂直方向引張強度
(kg/am+”)    4.5繊維垂直方向引張弾
性率(t/mm”)  0.88m維垂直方向曲V強度
(kg/mm” )    6. 2繊維垂直方向曲げ
弾性率(t/m+++2)  0.8 7層間剪断強度
(kg/閣”)        8.1曲げ衝撃値(k
g − crn/rM1” )       1 5 
0実施例2 マトリックスとしてエボキシ樹脂のかわりに、市販不飽
和ポリエステル樹脂を用いた以外は実施例1と同様にし
て無機繊維■の繊維含有量が58体積%の無機繊維強化
ポリエステル複合材料を製造した。
Tensile strength (kg/Kaku M 172
Tensile modulus (t/mm”) 14 Bending strength (kg/man”) 1 7 0 Bending modulus (1
/ Theory 2) 13 fiber vertical tensile strength (kg/am+") 4.5 fiber vertical tensile modulus (t/mm") 0.88m fiber vertical bending V strength (kg/mm") 6. 2 fiber Vertical bending modulus (t/m+++2) 0.8 7 interlayer shear strength (kg/kaku”) 8.1 Bending impact value (k
g-crn/rM1”) 1 5
0 Example 2 An inorganic fiber-reinforced polyester composite material with a fiber content of inorganic fibers (■) of 58% by volume was produced in the same manner as in Example 1 except that a commercially available unsaturated polyester resin was used instead of the epoxy resin as the matrix. .

上記複合材料の機械的特性を以下に示す。The mechanical properties of the above composite material are shown below.

引張強度(kg/mm” )          1 
5 0引張弾性率(1/鵬2)         18
曲げ強度(kg/閣” )          21B
曲げ弾性率(1/閣”)         16.8繊
維垂直方向引張強度(kg/mm” )    6. 
0繊維垂直方向引張弾性率(t/ilm”)   4.
8繊維垂直方向曲げ強度(kg/mm” )    8
. 7繊維垂直方向曲げ弾性率(t/mm”)   8
.5層間剪断強度(kg/mII1” )      
  8.6曲げ衝撃値(kg−cm/mo+” )  
     2 3 8実施例3 マトリックスとしてエボキシ樹脂のかわりに、ポリイミ
ド樹脂C宇部興産(株)M〕を用いた以外は実施例1と
同様にして無機繊維Iの繊維含有量が60体積%の無機
繊維強化ポリイ逅ド複合材料を製造した。
Tensile strength (kg/mm”) 1
5 0 tensile modulus (1/Peng2) 18
Bending strength (kg/kaku”) 21B
Flexural modulus (1/mm) 16.8 Fiber perpendicular tensile strength (kg/mm) 6.
0 fiber perpendicular tensile modulus (t/ilm”) 4.
8 fiber vertical bending strength (kg/mm”) 8
.. 7 Fiber vertical bending modulus (t/mm”) 8
.. 5 interlayer shear strength (kg/mII1”)
8.6 Bending impact value (kg-cm/mo+”)
2 3 8 Example 3 An inorganic fiber with a fiber content of 60% by volume of inorganic fiber I was prepared in the same manner as in Example 1 except that polyimide resin C (M) manufactured by Ube Industries, Ltd. was used as the matrix instead of the epoxy resin. A reinforced polyamide composite material was produced.

製造された複合材料の機械的特性を以下に示す。The mechanical properties of the manufactured composite material are shown below.

引張強度(kg/圓M          151引張
弾性率(t/mm”)          18曲げ強
度(kg/即” )         217曲げ弾性
率(t/mm2)         16.6繊維垂直
方向引張強度(kg/mn+” )    6. 1繊
維垂直方向引張弾性率(t/mmz)   4.9繊維
垂直方向曲げ強度(kg/mm” )    8. 8
繊維垂直方向曲げ弾性率(t/[”)   5.0層間
剪断強度(kg/ mm2)      ’   8.
 6曲げ衝撃値(kg − cn+/mm” )   
    2 3 B実施例4 ビスフェノールA型エボキシ樹脂(チバガイギー社製X
82879A)100部及びジシアンジアミド硬化剤(
ヂバガイギ−社製X82879B)20部を均一に混合
した後に、混合物を重量比で1:1のメチルセロソルブ
とアセトンとの混合溶媒に溶解して、上記混合物の28
%溶液を調製した。
Tensile strength (kg/mm) 151 Tensile modulus (t/mm") 18 Bending strength (kg/instant") 217 Flexural modulus (t/mm2) 16.6 Tensile strength in the vertical direction of the fiber (kg/mn+") 6 .1 Fiber vertical tensile modulus (t/mmz) 4.9 Fiber vertical bending strength (kg/mm”) 8.8
Fiber vertical bending modulus (t/['') 5.0 Interlaminar shear strength (kg/mm2)' 8.
6 Bending impact value (kg-cn+/mm”)
2 3 B Example 4 Bisphenol A type epoxy resin (X manufactured by Ciba Geigy)
82879A) and dicyandiamide curing agent (
After uniformly mixing 20 parts of X82879B (manufactured by Jiba Geigy), the mixture was dissolved in a mixed solvent of methyl cellosolve and acetone at a weight ratio of 1:1, and 28 parts of the above mixture was dissolved.
% solution was prepared.

参考例3で得られた無機繊維■に上記溶液を含浸した後
に、ドラムヮインダーを用いて一方向に引き取り、熱循
環オーブン中1 0 0 ’Cでl4分間加熱すること
によって、半硬化状態の一方向に引き揃えられた無機繊
維プリブレグを調製した。このブリプレグの繊維含有率
は60体積%、厚み0.15mmであった。
After the inorganic fibers obtained in Reference Example 3 were impregnated with the above solution, they were pulled in one direction using a drum winder and heated in a heat circulation oven at 100'C for 14 minutes to form a semi-cured unidirectional fiber. Inorganic fiber prepregs were prepared. The fiber content of this Bripreg was 60% by volume and the thickness was 0.15 mm.

上記プリプレグ10枚を繊維方向を合わせて重ね、1 
7 0 ’C、7 kg / ciで4時間プレス戒形
することによって、250印X250mmの大きさの一
方向強化エポキシ樹脂複合材料を得た。
Layer the 10 sheets of prepreg above with the fiber directions aligned, and
A unidirectionally reinforced epoxy resin composite material with a size of 250 marks x 250 mm was obtained by pressing at 70'C and 7 kg/ci for 4 hours.

上記複合材料から幅1 2. 7 mm、長さ85mm
、厚み2 mmの曲げ強度測定用のサンプルを切り出し
、スバン/幅=32の三点曲げ試験を試験速度2nm/
分で行った。上記複合材料のa械的特性を以下に示す。
Width 1 from the above composite material 2. 7mm, length 85mm
A sample with a thickness of 2 mm for bending strength measurement was cut out, and a three-point bending test was performed at a speed of 2 nm/width = 32.
I went in minutes. The a-mechanical properties of the above composite material are shown below.

引張強度(kg/mm” )          1 
7 0引張弾性率(1/鴫2)         l6
曲げ強度(kg/mm” )          2 
3 2曲げ弾性率(t/mm”)          
16繊維垂直方向引張強度(kg/mm”)    6
.7繊維垂直方向引張弾性率(t/mm”)   5.
1繊維垂直方向曲げ強度(kg/mm” )    9
.2繊維垂直方向曲げ弾性率(t/mm”)   5.
0層間剪断強度(}Cg/11+11”)      
  9.0曲げ衝wi値(kg−cm/mm” )  
    2 5 5実施例5 無機繊維■のかわりに、無機繊維■を用い、エボキシ樹
脂のかわりに、市販不飽和ポリエステル樹脂を用いた以
外は実施例4と同様にして繊維含有量が58体積%の無
機繊維強化ポリエステル複合材料を製造した。上記複合
材料の機械的特性を以下に示す。
Tensile strength (kg/mm”) 1
7 0 tensile modulus (1/Shizu2) l6
Bending strength (kg/mm”) 2
3 2 Flexural modulus (t/mm”)
16 Fiber vertical tensile strength (kg/mm”) 6
.. 7 Fiber perpendicular tensile modulus (t/mm”) 5.
1 fiber vertical bending strength (kg/mm”) 9
.. 2-fiber vertical bending modulus (t/mm”) 5.
0 interlayer shear strength (}Cg/11+11”)
9.0 bending force wi value (kg-cm/mm”)
2 5 5 Example 5 A fiber with a fiber content of 58% by volume was prepared in the same manner as in Example 4, except that inorganic fiber ■ was used instead of inorganic fiber ■, and commercially available unsaturated polyester resin was used instead of epoxy resin. An inorganic fiber reinforced polyester composite material was manufactured. The mechanical properties of the above composite material are shown below.

引張強度(kg/鴫2)          161引
張弾性率(t/mm”)         21曲げ強
度(kg/mm”)         234曲げ弾性
率(t/1111”)        20.5繊維垂
直方向引張強度(kg/IIIm”)    6.2繊
維垂直方向引張弾性率(t,/m”)   5.5繊維
垂直方向曲げ強度(kg/mm” )    9. 1
繊維垂直方向曲げ弾性率(t/mm”)   8.7層
間剪断強度(kg/mm”)        9.0曲
げ衝撃値(kg−Cm/an” )      2 5
 1実施例6 エボキシ樹脂のかわりに、ポリイミド樹脂〔宇部興産(
株)製〕を用いた以外は実施例4と同様にして無機繊維
■の繊維含有量が60体積%の無機繊維強化ポリイミド
複合材料を製造した。
Tensile strength (kg/2) 161 Tensile modulus (t/mm") 21 Bending strength (kg/mm") 234 Bending modulus (t/1111") 20.5 Tensile strength in the fiber vertical direction (kg/IIIm") ) 6.2 Fiber vertical tensile modulus (t,/m") 5.5 Fiber vertical bending strength (kg/mm") 9. 1
Fiber vertical bending modulus (t/mm") 8.7 Interlaminar shear strength (kg/mm") 9.0 Bending impact value (kg-Cm/an") 2 5
1 Example 6 Polyimide resin [Ube Industries Co., Ltd.] was used instead of epoxy resin.
An inorganic fiber-reinforced polyimide composite material having a fiber content of 60% by volume of the inorganic fiber (1) was produced in the same manner as in Example 4, except that the inorganic fiber (2) was used.

製造された複合材料の機械的特性を以下に示す。The mechanical properties of the manufactured composite material are shown below.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 無機繊維を強化材とし、プラスチックをマトリックスと
する無機繊維強化プラスチック複合材料において、 a)前記無機繊維が珪素含有多環状芳香族重合体から得
られる無機繊維であって、その構成成分が、 i)該重合体を構成するメソフェーズ状態にある多環状
芳香族化合物から導かれるラジアル構造、オニオン構造
、ランダム構造、コアラジアル構造、スキンオニオン構
造及びモザイク構造からなる群から選ばれる少なくとも
一種の結晶配列状態を示す炭素質、 ii)該重合体を構成する有機溶媒不溶分を含む光学的
等方性の多環状芳香族化合物から導かれる、無配向状態
の結晶質炭素及び/又は非晶質炭素、及び iii)Si、C及びOから実質的になる非晶質相及び
/又は粒径が500Å以下の実質的にβ−SiCからな
る結晶質超微粒子と非晶質の SiO_x(0<x≦2)からなる集合体であり、 構成元素の割合が、Si;30〜70重量%、C;20
〜60重量%及びO;0.5〜10重量%であるSi−
C−O物質 よりなる高強度・高弾性率無機繊維であり、b)前記複
合材料中の上記無機繊維含有率が10〜80体積%、 であることを特徴とする無機繊維強化プラスチック複合
材料。
[Scope of Claims] An inorganic fiber-reinforced plastic composite material comprising inorganic fiber as a reinforcing material and plastic as a matrix, comprising: a) the inorganic fiber is an inorganic fiber obtained from a silicon-containing polycyclic aromatic polymer; The constituent components are: i) at least one selected from the group consisting of a radial structure, an onion structure, a random structure, a core radial structure, a skin onion structure, and a mosaic structure derived from a polycyclic aromatic compound in a mesophase state constituting the polymer; carbonaceous material exhibiting a kind of crystalline alignment; ii) crystalline carbon in a non-oriented state derived from an optically isotropic polycyclic aromatic compound containing an organic solvent-insoluble component constituting the polymer; crystalline carbon, and iii) an amorphous phase consisting essentially of Si, C and O and/or crystalline ultrafine particles consisting essentially of β-SiC with a particle size of 500 Å or less and amorphous SiO_x(0 <x≦2), and the proportions of the constituent elements are Si; 30 to 70% by weight; C; 20% by weight.
~60% by weight and O; 0.5-10% by weight Si-
An inorganic fiber-reinforced plastic composite material, characterized in that it is a high-strength, high-modulus inorganic fiber made of a C-O substance, and b) the content of the inorganic fiber in the composite material is 10 to 80% by volume.
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