JPH0344570B2 - - Google Patents

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JPH0344570B2
JPH0344570B2 JP60144482A JP14448285A JPH0344570B2 JP H0344570 B2 JPH0344570 B2 JP H0344570B2 JP 60144482 A JP60144482 A JP 60144482A JP 14448285 A JP14448285 A JP 14448285A JP H0344570 B2 JPH0344570 B2 JP H0344570B2
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fiber
composite material
hybrid
fibers
inorganic
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Taketami Yamamura
Masahiro Tokuse
Teruhisa Furushima
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Ube Corp
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Ube Industries Ltd
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    • C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
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Description

【発明の詳細な説明】
本発明は主としてケイ素、チタン又はジルコニ
ウム、炭素及び酸素からなる無機繊維と、炭素繊
維、ガラス繊維、ボロン繊維、アラミド繊維及び
カーボンを芯線とする炭化ケイ素繊維からなる群
から選ばれた少なくとも一種の繊維とのハイブリ
ツド繊維を強化材とし、プラスチツクをマトリツ
クスとする機械的性質の優れたハイブリツド繊維
強化プラスチツク複合材料に関する。 従来強化材として、各種素材の有する特性を活
用するため、２種以上の繊維をマトリツクス中に
入れたハイブリツド繊維強化プスチツク複合材料
の研究が進められている。 例えばエポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、ポリ
エステル樹脂、ポリイミド樹脂等のプラスチツク
類を強化するハイブリツド繊維としては、カーボ
ン／ガラス、カーボン／アラミド繊維（ケブラ
ー）、ボロン／カーボン、ボロン／ケブラー、ボ
ロン／ガラス、セラミツク繊維／ケブラー、ケブ
ラー／ガラスなどの研究がなされているが、カー
ボン／ガラス、カーボン／ケブラーが圧倒的に多
く、実際の応用もほぼこの二種類に限定されてい
る。 しかしながら炭素繊維を用いる場合は、樹脂と
のぬれ性が劣るため繊維の表面処理が必要であ
り、しかも表面処理した炭素繊維を用いても、そ
の複合材料は層間せん断強度が低く、繊維に垂直
方向の引張強度が低いため樹脂と繊維がはがれや
すく、疲労強度が低く、曲げ衝撃値が低いため破
壊がおこりやすく実用上問題となつている。ガガ
ラス繊維を用いる場合は引張強度、弾性率が低い
ため充分な補強効果が得られない。ボロン繊維お
よびカーボンを芯線とする炭化ケイ素繊維を用い
る場合は、径が太いため複雑な形状のわん曲部分
には使用できない。 アラミド繊維を用いる場合は圧縮に対して弱い
ため疲労強度が弱い。 ところが本発明の無機繊維はプラスチツクとの
結合強度が強く、可とう性に富むため容易に紡織
が可能であり、上述の他の繊維特有の欠点を補い
補強効果を増強する。このため本発明の無機繊維
と炭素繊維、ガラス繊維、ボロン繊維、アラミド
繊維、及びカーボンを芯線とする炭化ケイ素繊維
からなる群から選ばれた少なくとも一種の繊維と
のハイブリツド繊維による強化プラスチツク複合
材料では層間せん断強度、曲げ衝撃値が大幅に改
善される。 即ち本発明は、ハイブリツド繊維の各素材が有
する上記問題点を改良し、機械的性質に優れたハ
イブリツド繊維強化プラスツク複合材料を提供す
るものである。 本発明の複合材料は、 無機繊維と、炭素繊維、ガラス繊維、ボロン繊
維、アラミド繊維、及びカーボンを芯線とする炭
化ケイ素繊維かなる群から選ばれた少なくとも一
種の繊維とのハイブリツド繊維を強化材とし、プ
ラスチツクをマトリツクスとして、 ａ 前記無機繊維は (i) Si，Ｍ，Ｃ，及びＯから実質的になる非晶
質、又は (ii) 実質的にβ−SiC、MC、β−SiCとMCの固
溶体及びMC1-xの粒径が500Å以下の各結晶質
超微粒子、及び非晶質のSiO2とMO2からなる
集合体、又は (iii) 上記(i)の非晶質と上記(ii)の結晶質超微粒子集
合体の混合系、 （ただし、上式中のＭはTi又はZrを示し、０
＜ｘ＜１を示す） からなるケイ素、チタン又はジルコニウム、炭素
及び酸素含有無機繊維であり、 ｂ 前記複合材料の層間せん断強度が約９Kg／mm2
以上であり、 ｃ 前記複合材料の曲げ衝撃値が約250Kg・cm／
cm2以上であること からなるハイブリツド繊維強化プラスチツク複合
材料である。 本発明で使用する無機繊維はヨーロツパ特許第
30145号及び第37209号に記載されたものであり、
下記のようにして製造することができる。 (1) 数平均分子量が約500〜10000の、主として式
（―Si−CH2B）―の構造単位からなる主鎖骨格を
有し、式中のケイ素原子は実質的に水素原子、
低級アルキル基およびフエニル基からなる群か
ら選ばれた側鎖基を２個有するポリカルボシラ
ン、及び (2) 数平均分子量が約500〜10000の、メタロキサ
ン結合単位（―Ｍ−Ｏ）―（但しＭはタン又はジル
コニウム）およびシロキサン結合単位（―Si−Ｏ
）―からなる主鎖骨格を有し、且つメタロキサン
結合単位の全数対シロキサン結合単位の全数の
比率が30：１乃至１：30の範囲内にあり、該シ
ロキサン結合単位のケイ素原子の大部分が低級
アルキル基及びフエニル基からなる群から選ば
れた側鎖基を１個または２個有し、そして該メ
タロキサン結合単位の金属原子の大部分が側鎖
基として低級アルコキシ基を１個または２個有
するポリメタロシロキサンを、 該ポリカルボシランの（―Si−CH2）―構造単位の
全数対該ポリメタロシロキサンの（―Ｍ−Ｏ）―結合
単位および（―Si−Ｏ）―結合単位の全数の比率が
100：１乃至１：100の範囲となる量比で混合し、
得られた混合物を有機溶媒中で、且つ反応に対し
て不活性な雰囲気下において加熱して、該ポリカ
ルボシランのケイ素原子の少くとも１部を、該ポ
リメタロシロキサンのケイ素原子及び／又は金属
原子の少くとも１部と酸素原子を介して結合させ
ることによつて、架橋したポリカルボシラン部分
とポリメタシロキサン部分とからなる数平均分子
量が約1000〜50000の有機金属重合体を生成させ
る第１工程と、上記重合体の紡糸原液を造り紡糸
する第２工程と、該紡糸繊維を張力あるいは無張
力下で不融化する第３工程と、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
800〜1800℃の温度範囲で焼成する第４工程から
実質的にSi，Ti，Ｃ，Ｏからなる無機繊維又は
実質的にSi，Zr，Ｃ，Ｏからなる無機繊維をそれ
ぞれ製造することができる。 また別法として、 主として一般式 （但し、式中のＲは水素原子、低級アルキル
基、又はフエニル基を示す） で表わされる主鎖骨格を有する数平均分子量が
200〜10000のポリカルボシラン、及び一般式 MX4 （但し、式中のＭはTi又はZrを示しＸは炭素
数１〜20個を有するアルコキシ基、フエノキシ基
又はアセチルアセトキシ基を示す） で表わされる有機金属化合物を、前記ポリカルボ
シランの（―Si−CH2）―の構造単位の全数対前記有
機金属化合物の（―Ｍ−Ｏ）―の構造単位の全数の比
率が２：１乃至200：１の範囲内となる量比に加
え、反応に対して不活性な雰囲気中において加熱
反応して、前記ポリカルボシランのケイ素原子の
少なくとも１部を、前記有機金属化合物の金属原
子と酸素原子を介して結合させて、数平均分子量
が約700〜100000の有機金属重合体を生成させる
第１工程と、上記有機金属重合体の紡糸原液を造
り紡糸する第２工程と、該紡糸繊維を張力あるい
は無張力下で不融化する第３工程と、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800〜1800℃の温度範囲で焼成する第４工程
からなる実質的にSi，Ti，Ｃ及びＯからなる無
機繊維、又は実質的にSi，Zr，Ｃ及びＯからなる
無機繊維をそれぞれ製造することができる。 無機繊維中の各元素の割合は Si：30〜60重量％、Ti又はZr：0.5〜35重量％
特に好ましくは１〜10重量％、Ｃ：25〜40重量
％、Ｏ：0.01〜30重量％である。 また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、らせん織物、三次元織物な
どの各種織物にして使用する方法、あるいはチヨ
ツプドフアイバーとして使用する方法等がある。 ハイブリツド繊維中の無機繊維の割合は10％以
上好ましくは20％以上である。10％より下では無
機繊維によるプラスチツクとの間の結合強さの向
上、強化効率の向上、疲労強度低下率の減少とい
う本発明の目的とする機械的性質の改善効果に乏
しく、即ち層間せん断強度、曲げ衝撃値及び疲労
強度の改善効果が減少する。 ハイブリツド繊維のハイブリツド状態を形態別
にみると(1)ある種の繊維の層と別種の繊維の層を
積層した層間ハイブリツドと(2)一つの層の中です
でにハイブリツド化されている層内ハイブリツド
の二種類が基本で、(3)それらの組み合わせがあ
る。 組合せの主な型は以下の６種である。 (a) 単種テープの積層（層単位で異質繊維を交互
に積層したもの） (b) サンドウイツチ型（層単位で異質繊維をサン
ドウイツチに積層したもの） (c) リブ補強 (d) 混織トウ（単繊維単位で異質の繊維をハイブ
リツドしたもの） (e) 混織テープの積層（糸条単位で異質の繊維を
層内でハイブリツドしたもの） (f) 混織表層 上記ハイブリツドの形態を第１図に略示してい
る。 次に本発明に使用することのできるプラスチツ
ク類としてはエポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、
ポリエステル樹脂、フエノール樹脂、ポリイミド
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、フツ素樹脂、
ナイロン樹脂、ポリフエニレンサルフアイド、ポ
リブチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリ
プロピレン、変性ポリフエニレンオキサイド、ポ
リスチレン、ABS、塩化ビニル等であり、これ
らの混合物でもよい。 ハイブリツド繊維強化プラスチツク複合材料を
製造するには次のように通常の繊維強化プラスチ
ツク複合材料の製造方法によることができる。す
なわち(1)ハンドレイアツプ法(2)マツチドメタルダ
イ法(3)ブレークアウエイ法(4)フイラメント・ワイ
ンデイング法(5)ホツトプレス法(6)オートクレーブ
法(7)連続引抜き法の諸方法である。 (1) ハンドレイアツプ法によれば、まずハイブリ
ツド繊維を裁断して型の上にしきつめ、触媒を
加えたプラスチツクをはけやローラでその上に
塗り込めたのち自然に硬化させ、脱型して複合
材料とすることができる。 (2) マツチドメタルダイ法によれば、あらかじめ
ハイブリツド繊維にプラスチツクと硬化剤、充
填材、増粘剤を加えて含浸したものを加熱加圧
成形して複合材料とすることができる。成形時
の材料の形態により、SMC法（Sheet
Molding Compound）、BMC法（Bulk
Molding Compound）、のいずでも選択して用
いることができる。 (3) ブレークアウエイ法によれば、ハイブリツド
繊維のシートにあらかじめプラスチツクを含浸
させ、予備硬化させたプリプレグ（prepreg）
をつくり、これをテーパー付きの心金に巻きつ
けて、硬化後にぬき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。 (4) フイラメント・ワインデイング法によればエ
ポキシ樹脂や、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ハイプリツド繊維を
マンドレルに巻きつけ、樹脂を硬化させたの
ち、脱型して複合材料とすることができる。こ
の方法にも湿式法と乾式法（プリプレグテープ
を使う方法）などがある。 (5) ホツトプレス法によればプリプレグシートを
一方向または任意の角度に積層後、ホツトプレ
スで加圧、加熱して板状の複合材料とすること
ができる。 (6) オートクレーブ法によればプリプレグを成形
金型に積層し、特殊ラバーでつつみ、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。複雑な成形に
適している。 (7) 連続引抜き法によればハイブリツド繊維とプ
ラスチツクとを別々に分けて、成形機に供給
し、成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。 ハイブリツド繊維とプラスチツクマトリツク
スとから製造された複合材料の引張強度（σc）
は下記式で表わされる。 σc＝σfVf＋σMVM σc：複合材料の引張強度 σf：ハイブリツド繊維の引張強度 σM：プラスチツクマトリツクスの引張強
度 Vf：ハイブリツド繊維の体積百分率 VM：プラスチツクマトリツクスの体積百
分率 上記式で示されるように、複合材料の強度は、
複合材料中のハイブリツド繊維の体積割合が、多
くなるに従つて大きくなる。従つて、強度の大き
い複合材料を製造するためには、複合させるハイ
ブリツド繊維体積割合を多くする必要がある。し
かしながらハイブリツド繊維の体積割合が70％を
超ると、プラスチツクマトリツクスの量が少いた
め、ハイブリツド繊維の間隙を充分にプラスチツ
クマトリツ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。また繊維の数を少くし
てゆくと、前式で示されるように複合材料の硬度
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％以上のハイブリツド繊維を複合させる
ことが必要である。従つて本発明のハイブリツド
繊維強化プラスチツク複合材料の製造において、
複合させるハイブリツド繊維の体積割合を10〜90
％、さらに好ましくは25〜70％とすると最も良い
い効果が得られる。 本発明の好ましい複合材料は層間せん断強度が
約９Kg／mm2以上、曲げ衝撃値が約250Kg・cm／cm2
以上であるという機械的特性を有するものであ
る。 さらに好ましい機械的特性はマトリツクスを形
成するプラスチツクの種類及びハイブリツド繊維
のハイブリツド形態によつても異なり、それらを
例示すれば下記の通りである。
〔発明の効果〕
本発明のハイブリツド繊維強化プラスチツク複
合材料は、層間せん断強度、曲げ衝撃値などの機
械的特性に優れ、プラスチツクと繊維との間の結
合強度に優れているため、長期間の苛酷なな環境
下での使用に耐えるものである。このため、従来
のハイブリツド繊維強化プラスチツク複合材料で
は満足的に使用しえなかつた各種分野への適用を
可能ならしめるものである。そのような用途とし
て、建築用材料、航空機、宇宙開発用器材の材
料、船舶用材料、陸上輸送器材料、耐食機器材
料、電気材料、スポーツ用品、機械要素、医療用
機器材料、音響用機器材料などの各種分野におけ
る用途を例示することができる。 〔実施例〕 以下実施例によつて本発明を説明する。 無機繊維（）の製造 ジメチルジクロロシランを金属ナトリウムで脱
塩素縮合して合成されるポリジメチルシラン100
重量部に対しポリボロシロキサン３重量部を添加
し、窒素中、350℃で熱縮合して得られる、式（―
Si−CH2）―のカルボシラン単位から主としてなる
主鎖骨格を有し、該カルボシラン単位のケイ素原
子に水素原子およびメチル基を有しているポリカ
ルボシランに、チタンアルコキシドを加えて、窒
素中、340℃で架橋重合することにより、カルボ
シラン単位100部と式（―Ti−Ｏ）―のチタノキサン
10部とからなるポリチタノカルボシランを得た。
このポリマーを溶融紡糸し、空気中190℃で不融
化処理し、さらに引きつづいて窒素中1300℃で焼
成して、本発明で使用する繊維径13μ、引張強度
310Kg／mm2、弾性率16t／mm2の主としてケイ素、チ
タン、炭素および酸素からなるチタン元素３重量
％含有の無機繊維（）を得た。得られた無機繊
維はSi，Ti，ＣおよびＯからなる非晶質と、β
−SiC，TiC，β−SiCとTiCの固溶体及びTiC1-x
（ただし０＜ｘ＜１）の粒径が約50Åの各結晶質
超微粒子および非晶質のSiO2とTiO2からなる集
合体との混合系からなる無機繊維である。 無機繊維（）の製法 前述のようにして得られたポリカルボシランに
テトラキスアセチルアセトナトジルコニウムを加
えて窒素中350℃で架橋重合することによりカル
ボシラン100部と、式（―Zr−Ｏ）―のジルコノキサ
ン30部からなるポリジルコノカルボシランを得
た。このポリマーをベンゼンに溶かして乾式紡糸
し、空気中で170℃で不融化処理し、さらに引き
つづいて窒素中1200℃で焼成して、繊維径10μ、
引張強度350Kg／mm2、弾性率18t／mm2の主としてケ
イ素、ジルコニウム、炭素および酸素からなるジ
ルコニウム元素4.5重量％含有の非晶質無機繊維
（）を得た。 〔実施例 １〕 無機繊維（）を一軸方向にシート状にそろ
え、それにエポキシ樹脂（市販ビスフエノールＡ
型）を含浸させ、予備硬化させプリプレグシート
を得た。同様に表面処理をした炭素繊維（ポリア
クリロニトリル系、繊維径7μ）を一軸方向にシ
ート状にそろえ、それにエポキシ樹脂を含浸させ
プリプレグシートを得た。このようにして得た無
機繊維（）と炭素繊維のプリプレグを軸方向を
同じにして交互に積層した後ホツトプレスして、
ハイブリツド繊維（無機繊維（）／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
の繊維含有率は無機繊維（）30体積％、炭素繊
維30体積％、計60体積％である。得られた複合材
料の引張強度は170Kg／mm2、引張弾性率は
11.1ton／mm2、曲げ強度は100Kg／mm2、曲げ弾性率
は8.2ton／mm2、層間せん断強度は12.0Kg／mm2、曲
げ衝撃値は300Kg・cm／cm2であつた。 〔実施例 ２〕 縦糸に実施例１で使用した炭素繊維、横糸に無
機繊維（）を用いて平織クロスを製造し、それ
に実施例１で使用したエポキシ樹脂を含浸させプ
リプレグシートを得た。このようにして得た無機
繊維（）と炭素繊維のプリプレグを積層した後
ホツトプレスして、ハイブリツド繊維（無機繊維
（）／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無機繊維
（）30体積％、炭素繊維30体積％、計60体積％
である。得られた複合材料の引張強度は95Kg／
mm2、引張弾性率は7.5ton／mm2、曲げ強度は92Kg／
mm2、曲げ弾性率は7.8ton／mm2、層間せん断強度は
11.3Kg／mm2、曲げ衝撃値は290Kg・cm／cm2であつ
た。 〔実施例 ３〕 縦糸に実施例１で使用した炭素繊維、横糸に無
機繊維（）を用いて８枚朱子織クロスを製造
し、それに実施例１で使用したエポキシ樹脂を含
浸させプリプレグシートを得た。このようにして
得た無機繊維（）と炭素繊維のプリプレグを積
層した後ホツトプレスして、ハイブリツド繊維
（無機繊維（）／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無
機繊維（）15体積％、炭素繊維45体積％、計60
体積％である。得られた複合材料の引張強度は
130Kg／mm2、引張弾性率は10.5ton／mm2、曲げ強度
は90Kg／mm2、曲げ弾性率は7.7ton／mm2、層間せん
断強度は12.5Kg／mm2、曲げ衝撃値は320Kg・cm／
cm2であつた。 〔実施例 ４〕 無機繊維（）を一軸方向にシート状にそろ
え、それに実施例１で使用したエポキシ樹脂を含
浸させ、予備硬化させプリプレグシートを得た。
同様にガラス繊維（Ｅガラス）を一軸方向にシー
ト状にそろえ、それにエポキシ樹脂を含浸させプ
リプレグシートを得た。このようにして得た無機
繊維（）とガラス繊維のプリプレグを直角方向
に交互に積層した後にホツトプレスして、ハイブ
リツド繊維（無機繊維（）／ガラス繊維）強化
エポキシ複合材料を製造した。この複合材料の繊
維含有率は無機繊維（）30体積％、ガラス繊維
30体積％、計60体積％である。得られた複合材料
の引張強度は97Kg／mm2、引張弾性率は8.5ton／
mm2、曲げ強度は93Kg／mm2、曲げ弾性率は7.5ton／
mm2、層間せん断強度は10.5Kg／mm2、曲げ衝撃値は
280Kg／cmであつた。 〔実施例 ５〕 縦糸に実施例４で使用したガラス繊維、横糸に
無機繊維（）を用いて平織クロスを製造し、そ
れに実施例１で使用したエポキシ樹脂を含浸させ
プリプレグシートを得た。このようにして得た無
機繊維（）と炭素繊維のプリプレグを積層した
後ホツトプレスしてハイブリツド繊維（無機繊維
（）／ガラス繊維）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無機繊維
（）30体積％、ガラス繊維30体積％、計60体積
％である。得られた複合材料の引張強度は95Kg／
mm2、引張弾性率は55.6ton／mm2、曲げ強度は95
Kg／mm2、曲げ弾性率は7.6ton／mm2、層間せん断強
度は10.6Kg／mm2、曲げ衝撃値は285Kg・cm／cm2で
あつた。 〔実施例 ６〕 縦糸に繊維径100μのボロン繊維、横糸に無機
繊維（）を用いて８枚朱子織クロスを製造し、
それに実施例１で使用したエポキシ樹脂を含浸さ
せプリプレグシートを得た。このようにして得た
無機繊維（）とボロン繊維のプリプレグを積層
した後ツトプレスして、ハイブリツド繊維（無機
繊維（）／ボロン繊維）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無機繊
維（）15体積％、ボロン繊維45体積％、計60体
積％である。得られた複合材料の引張強度は155
Kg／mm2、引張弾性率は17.5ton／mm2、曲げ強度は
122Kg／mm2、曲げ弾性率は8.8ton／mm2、層間せん
断強度は12.3Kg／mm2、曲げ衝撃値は300Kg・cm／
cm2であつた。 〔実施例 ７〕 縦糸に繊維径140μのカーボンを芯線とする炭
化ケイ素繊維、横糸に無機繊維（）を用いて８
枚朱子織クロスを製造し、それに実施例１で使用
したエポキシ樹脂を含浸させプリプレグシートを
得た。このようにして得た無機繊維（）とカー
ボンを芯線とする炭化ケイ素繊維のプリプレグを
積層した後ツトプレスして、ハイブリツド繊維
（無機繊維（）／炭化ケイ素繊維）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
率は無機繊維（）15体積％、炭化ケイ素繊維45
体積％、計60体積％である。得られた複合材料の
引張強度は157Kg／mm2、引張弾性率は18.5ton／
mm2、曲げ強度は111Kg／mm2、曲げ弾性率は
9.5ton／mm2、層間せん断強度は12.0Kg／mm2、曲げ
衝撃値は292Kg・cm／cm2であつた。 〔実施例 ８〕 縦糸に市販ケブラー、横糸に無機繊維（）を
用いて８枚朱子織クロスを製造し、それに実施例
１で使用したエポキシ樹脂を含浸させプリプレグ
シートを得た。このようにして得た無機繊維
（）とケブラーのプリプレグを積層した後ホツ
トプレスして、ハイブリツド繊維（無機繊維
（）／ケブラー）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無機繊維
（）30体積％、ケブラー30体積％、計60体積％
である。得られた複合材料の引張強度は98％Kg／
mm2、引張弾性率は5.5ton／mm2、曲げ強度は87Kg／
mm2、曲げ弾性率は7.3ton／mm2、層間せん断強度は
10.5Kg／mm2、曲げ衝撃値は265Kg・cm／cm2であつ
た。 〔実施例 ９〕 縦糸に実施例１で使用し炭素繊維、横糸に無機
繊維（）を用いて平織クロスを製造し、それに
エポキシ樹脂を含浸させプリプレグシートを得
た。このようにして得た無機繊維（）と炭素繊
維のプリプレグを積層した後ホツトプレスして、
ハイブリツド繊維（無機繊維（）／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
の繊維含有率は無機繊維（）30体積％、炭素繊
維30体積％、計60体積％である。得られた複合材
料の引張強度は95Kg／mm2、引張弾性率は7.5ton／
mm2、曲げ強度は102Kg／mm2、曲げ弾性率は
8.5ton／／mm2、層間せん断強度は12.3Kg／／mm2、
曲げ衝撃値は285Kg・cm／cm2であつた。 〔比較例 １〕 実施例１で使用した炭素繊維を一軸方向にシー
ト状にそろえ、それにエポキシ樹脂を含浸させ、
予備硬化させ、プリプレグシートを得た。このよ
うにして得たプリプレグシートを積層した後ツト
プレスして、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
ある。得られた複合材料の引張強度は65Kg／mm2、
引張弾性率は6.2ton／mm2、曲げ強度は80Kg／mm2、
曲げ弾性率は5.2ton／mm2、層間せも断強度は4.5
Kg／mm2、曲げ衝撃値は110Kg・cm／cm2であつた。 〔比較例 ２〕 実施例１で使用した炭素繊維を用いて平織クロ
スを製造し、それにエポキシ樹脂を含浸させプリ
プレグシートを得た。このようにして得たプリプ
レグシートを積層した後ホツトプレスして、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％である。得られた複
合材料の引張強度は68Kg／mm2、引張弾性率は
6.6ton／mm2、曲げ強度は86Kg／mm2、曲げ弾性率は
5.9ton／mm2、層間せん断強度は7.1Kg／mm2、曲げ
衝撃値は120Kg・cm／cm2であつた。 〔比較例 ３〕 実施例１で使用した炭素繊維を用いて８枚朱子
織クロスを製造し、それにエポキシ樹脂を含浸さ
せプリプレグシートを得た。このようにして得た
プリプレグシートを積層した後ホツトプレスし
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％である。得
られた複合材料の引張強度は58Kg／mm2、引張弾性
率は6.4ton／mm2、曲げ強度は83Kg／mm2、曲げ弾性
率は5.8ton／mm2、層間せん断強度は5.7Kg／mm2、
曲げ衝撃値は115Kg・cm／cm2であつた。 〔比較例 ４〕 実施例４で使用したガラス繊維を用いて平織ク
ロスを製造し、それに実施例１で使用したエポキ
シ樹脂を含浸させプリプレグシートを得た。この
ようにして得たプリプレグシートを積層した後ホ
ツトプレスして、ガラス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％である。得られた複合材料の引張強度は48
Kg／mm2、引張弾性率は1.8ton／mm2、曲げ強度は46
Kg／mm2、曲げ弾性率は1.6ton／mm2、層間せん断強
度は4.0Kg／mm2、曲げ衝撃値は50Kg・cm／cm2であ
つた。 〔比較例 ５〕 ケブラーを用いて朱子織クロスを製造し、それ
にエポキシ樹脂を含浸させプリプレグシートを得
た。このようにして得たプリプレグシートを積層
した後ホツトプレスして、ケブラー強化エポキシ
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％である。得られた複合材料の引張強度
は70Kg／mm2、引張弾性率は3.2ton／mm2、曲げ強度
は65Kg／mm2、曲げ弾性率は3.0ton／mm2、層間せん
断強度は4.5Kg／mm2、曲げ衝撃値は90Kg・cm／cm2
であつた。 〔比較例 ６〕 実施例１で使用した炭素繊維を用いて８枚朱子
織クロスを製造し、それにポリエステル樹脂を含
浸させプリプレグシートを得た。このようにして
得たプリプレグシートを積層した後ホツトプレス
して、炭素繊維強化ポリエステル複合材料を製造
した。この複合材料の繊維含有率は60体積％であ
る。得られた複合材料の引張強度は43Kg／mm2、引
張弾性率は3.7ton／mm2、曲げ強度は56Kg／mm2、曲
げ弾性率は3.0ton／mm2、層間せん断強度は3.5
Kg／mm2／、曲げ衝撃値は105Kg・cm／cm2であつた。 〔比較例 ７〕 実施例１で使用した炭素繊維を用いて８枚朱子
織クロスを製造し、それにポリイミド樹脂を含浸
させプリプレグシートを得た。このようにして得
たプリプレグシートを積層した後ホツトプレスし
て、炭素繊維強化ポリイミド複合材料を製造し
た。この複合材料の繊維含有率は60体積％であ
る。得られた複合材料の引張強度は70Kg／mm2、引
張弾性率は6.8ton／mm2、曲げ強度はは88Kg／mm2、
曲げ弾性率は6.1ton／mm2、層間せん断強度は7.0
Kg／mm2、曲げ衝撃値は123Kg・cm／cm2であつた。 〔比較例 ８〕 実施例１で使用した炭素繊維を用いて平織クロ
スを製造し、それにナイロン−66樹脂を含浸させ
プリプレグシートを得た。このようにして得たプ
リプレグシートを積層した後ホツトプレスして、
炭素繊維強化ナイロン−66複合材料を製造した。
この複合材料の繊維含有率は30体積％である。得
られた複合材料の引張強度は35Kg／mm2、引張弾性
率は3.0ton／mm2、曲げ強度は45Kg／mm2、曲げ弾性
率は2.5ton／mm2、層間せん断強度は3.5Kg／mm2、
曲げ衝撃値は80Kg・cm／cm2であつた。 〔実施例 10〕 縦糸に実施例１で使用した炭素繊維、横糸に無
機繊維（）を用いて８枚朱子織クロスを製造
し、それに市販の不飽和ポリエステル樹脂を含浸
させプリプレグシートを得た。このようにして得
た無機繊維（）と炭素繊維のプリプレグを積層
した後ホツトプレスして、ハイブリツド繊維（無
機繊維（）／炭素繊維）強化ポリエステル複合
材料を製造した。この複合材料の繊維含有率は無
機繊維（）15体積％、炭素繊維45体積％、計60
体積％である。得られた複合材料の引張強度は87
Kg／mm2、引張弾性率7.1ton／mm2、曲げ強度は74
Kg／mm2、曲げ弾性率は7.0ton／mm2、層間せん断強
度は10.2Kg／mm2、曲げ衝撃値は275Kg・cm／cm2で
あつた。 〔実施例 11〕 縦糸に実施例１で使用した炭素繊維、横糸に無
機繊維（）を用いて８枚朱子織クロスを製造
し、それにポリイミド樹脂（宇部興産(株)商品名ユ
ーピレツクス）を含浸させプリプレグシートを得
た。このようにして得た無機繊維（）と炭素繊
維のプリプレグを積層した後ホツトプレスして、
ハイブリツド繊維（無機繊維（）／炭素繊維）
強化ポリイミド複合材料を製造した。この複合材
料の繊維含有率は無機繊維（）15体積％、45体
積％、計60体積％である。得られた複合材料の引
張強度は76Kg／mm2、引張弾性率は6.8ton／mm2、曲
げ強度は68Kg／mm2、曲げ弾性率は6.7ton／mm2、層
間せん断強度は9.9Kg／mm2、曲げ衝撃値は270Kg・
cm／cm2であつた。 〔実施例 12〕 縦糸に実施例１で使用した炭素繊維、横糸に無
機繊維（）を用いて平織クロスを製造し、それ
にナイロン−66樹脂市販を含浸させプリプレグシ
ートを得た。このようにして得た無機繊維（）
と炭素繊維のプリプレグを積層した後ホツトプレ
スして、ハイブリツド繊維（無機繊維（）／炭
素繊維）強化ナイロン複合材料を製造した。この
複合材料の繊維含有率は無機繊維（）15体積
％、炭素繊維45体積％、計60体積％である。得ら
れた複合材料の引張強度は125Kg／mm2、引張弾性
率は9.8ton／mm2、曲げ強度は78Kg／mm2、曲げ弾性
率は7.2ton／mm2、層間せん断強度は10.2Kg／mm2、
曲げ衝撃値は280Kg・cm／cm2であつた。
【図面の簡単な説明】
第１図は、ハイブリツド繊維のハイブリツドの
形態例を示す略示図である。図中、〓〓〓……無
機繊維、〓〓〓……無機繊維とその他の繊維との
混織、〓〓〓……その他の繊維、を示している。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 無機繊維と、炭素繊維、ガラス繊維、ボロン
    繊維、アラミド繊維及びカーボンを芯線とする炭
    化ケイ素繊維からなる群から選ばれた少なくとも
    一種の繊維とのハイブリツド繊維を強化材とし、
    プラスチツクをマトリツクスとするハイブリツド
    繊維強化プラスチツク複合材料において、 ａ 前記無機繊維は、 (i) Si，Ｍ，Ｃ，及びＯから実質的になる非晶
    質、又は (ii) 実質的にβ−SiC、MC、β−SiCとMCの固
    溶体及びMC1-xの粒径が500Å以下の各結晶質
    超微粒子、及び非晶質のSiO2とMO2からなる
    集合体、又は (iii) 上記(i)の非晶質と上記(ii)の結晶質超微粒子集
    合体の混合系、 （ただし、上式中のＭはTi又はZrを示し、０
    ＜ｘ＜１を示す） からなるケイ素、チタン又はジルコニウム、炭素
    及び酸素含有無機繊維であり、 ｂ 前記複合材料の層間せん断強度が９Kg／mm2以
    上であり、 ｃ 前記複合材料の曲げ衝撃値が250Kg・cm／cm2
    以上であること を特徴とするハイブリツド繊維強化複合材料。 ２ 前記プラスチツクがエポキシ樹脂、変性エポ
    キシ樹脂、ポリエステル樹脂、フエノール樹脂、
    ポリイミド樹脂、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
    ツ素樹脂、ナイロン樹脂、ポリフエニレンサルフ
    アイド、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチ
    レン、ポリプロピレン、変性ポリフエニレンオキ
    シサイド、ポリスチレン、ABS、塩化ビニルか
    らなる群から選ばれた少なくとも一種である特許
    請求の範囲第１項記載のハイブリツド繊維強化プ
    ラスチツク複合材料。 ３ 前記無機繊維は Si：30〜60重量％ Ti又はZr；0.5〜35重量％ Ｃ；25〜40重量％ Ｏ；0.01〜30重量％ からなる元素組成を有する特許請求の範囲第１項
    記載のハイブリツド繊維強化プラスチツク複合材
    料。 ４ 前記ハイブリツド繊維は前記複合材料中にお
    いて10〜90体積％である特許請求の範囲第１項記
    載のハイブリツド繊維強化プラスチツク複合材
    料。 ５ 前記無機繊維は、前記ハイブリツド繊維中に
    おいて、10体積％以上である特許請求の範囲第１
    項または第４項記載のハイブリツド繊維強化プラ
    スチツク複合材料。
JP60144482A 1985-07-03 1985-07-03 ハイブリツド繊維強化プラスチツク複合材料 Granted JPS627737A (ja)

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