JPH0345334A - 繊維強化プラスチックおよびその補強材 - Google Patents

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） この発明は、軽量で、かつ衝撃吸収特性に偶れた繊維強
化プラスチックおよびその補強材に関するものである。

（従来の技術） 無機繊維を補強材とした＃＆維強化プラスチックは、引
張特性、圧縮特性および曲げ特性に優れ、かつ軽量であ
るため、一部の分野では金属に代る構造材として採用さ
れるようになった。特にカーボン繊維を補強材としたも
のは、−１−記の特性に加えて特に軽さの点で優れてお
り、航空機の外、人工衛星やロケットなどの宇宙飛行体
の構造材、あるいはスポーツ用自転車、車椅子、ロボッ
トなどにも使用されるようになった。

しかし、カーボン繊維を補強材に用いた繊維強化プラス
チックは、衝撃に対してもろく、クラック伝ばを起して
完全破壊に到りやすい。その理由として、カーボン繊維
の伸度が著しく低いことの外に、構造材用繊維強化プラ
スチックの７トリツクス材として汎用されているエポキ
シ系摺脂が耐熱性や耐薬品性に優れている反面、極めて
もろいということが挙げられる。このような欠点を改養
するため、補強繊維の面からは高強度で高伸度の改良カ
ーボン繊維が、またマトリックス樹脂の面からはエポキ
シ樹脂本体の物性を保持し−）　７＞　１１’ｂ　ａｌ
’度の改良樹脂が開発されているが、まだ市場の要求を
満たすに至っていない。

そこで最近では、カーボン繊維のもろさを他の繊維との
複合化によって補なうため、カーボン繊維を補強材とす
る強化樹脂層と、耐衝撃性が優れたアラミド繊維または
高強度で高弾性率の高分子量ポリエチレン繊維を補強材
とする強化樹脂層とを積層することが試みられるように
なった。

（発明が解決しようとする課題） カーボン繊維を用いた強化樹脂層とアラミド繊維を用い
た強化樹脂層とからなる繊維強化プラスチックは、カー
ボン繊維のみを補強材とする繊維強化プラスチックに比
べて耐衝撃性が改警される反面、市場が要求する靭性を
付９ずろためには、アラミド繊維の使用量を可成り増大
ずろ必要があり、その場合は繊維強化プラスチックとし
ての圧縮特性および曲げ特性が低下し、またアラミドオ
を維の吸水率が標準状態で３，５ｚと高いため、性用状
態−ドでは吸水によって物性が劣化し、更にアラミド繊
維の比重が１，４５で、有機繊維中最大であるため、軽
量化の要求を満たし得ないという問題があった・ 一方、カーボン繊維の強化樹脂層と高分子量ポリエチレ
ン繊維の強化樹脂層とからなる繊維強化プラスチックは
、高分子量ポリエチレン繊維がアラミド繊維に比べて軽
く、低吸水率であり、かつ耐衝撃性に優れている反面、
マトリックス樹脂との接着性が良くないので、衝撃によ
りカーボン繊維の強化樹脂層と高分子量ポリエチレン繊
維の強化樹脂層との境界で剥離し易いという問題があっ
た。

この発明は、炭素繊維、ガラス繊維ｔｊ・どの無機繊維
で補強された繊維強化プラスチツタの物件を高分子量ポ
リエチレン繊維との複合化によって改善すると共に、層
間剥離の生じない繊紹強化プラスチックおよびかかる繊
維強化プラスデックの製造に適した補強材を提伏するも
のである。

（課題を解決するための手段） この発明の繊維強化プラスチック用補強材は、少なくと
も２毬類の繊維糸条で三層以上の多層に交編織された布
帛において、一の繊維糸条が２０Ｆ丁／デニール以上の
引張強度および５００　ｇ　／デニール以上の引張弾性
率を右する。１゛６分子地ポリエチし・ン繊維糸条であ
って該繊維糸条が主として１．記布帛の中間層を構成し
、他の繊維糸条が主として表面層および裏面層を構成し
、これらの表向層、中間層および裏面層が接結により−
・体化されていることを特徴どする。

また、この発明の繊維強化プラスチックは、１−記の繊
維強化プラスチック用補強村のルｊ＋：　＜ども１枚を
補強材に用いたものであり、上記の繊細強化プラスチッ
ク用補強材の複数枚を積Ｒりｔ−’　７もよく、上記の
繊維強化プラスＪ・ツク用Ｎｌｉ強（４ど１・記高分子
量ポリエチレン繊維糸条以外の繊維糸条５例えばガラス
繊維、カーボッ繊紐てｒどかｔ゛、うこる補強材とを組
合せて積層してもよい。

この発明に使用する少な（、ン・ｂ艷１．Ｍ　ｆ（ｊの
繊ｇｔｌ’糸条のうち−・の繊維糸条は、引張強度が７
０Ｆ、／ア二　− 一ル以上、好ましくは３０ｇ／デニール以−Ｊ―、更に
好ましくは４０ｇ／デニール以−にで、かつ引張弾性率
が５００　ｇ　／デニール以Ｉ；、好ましくは８００ｇ
／テール以上、更に好ましくは１０００　ｇ　／デニー
ル以−４二の高強力、高弾性率の品分７−坦ポリエチｌ
ノン繊維糸条であり、その粘度平均分子−歌：土５０万
以りであることが好ましい、また、上記高分子量ポリエ
チレン繊維の繊度は０．２・−２０デ：ニール、特【こ
０．５〜１０デニールが好ましい。

また、上記少なくとも２押類の繊維糸条のうち上記高分
子量ポリエチレン繊維糸条以外の糸条は、繊維強化プラ
スチックの補弾ネ４として使用される繊維、例えばカー
ボン繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、全芳香族ボ゛Ｊ
−ｘステル・繊卸などからなる糸条であり、特にカ　ボ
ン繊組゛、リラス繊維のように７１−リツクス樹月）；
との接：ｎ　（’！（１−優れまた繊維がｆｌＩましい
、。

この発明の補強月は、上面１２柚類以上の繊維糸条番、
二よ−、て１３層以−１，のち層紹織１５、−交編織さ
れるが、この交編織は、編ｉ戊、織ｔ＆　縫１り１のい
ずれてｔ〕よく、に記高分子量ポリエチレン繊維糸条の
大部分が表面層および裏面層以外の中間層に位置するよ
うに表面層および裏面層がそれぞれ高分子量ポリエチレ
ン繊維糸条以外の繊維糸条で構成され、」二重の表面層
、中間層および表面層が−に記の表面層、中間層もしく
は裏面層の構成繊維糸条、またはこれら以外の繊維糸条
で接結され一体化される。

第１図および第２図は、上記袖強材として好適な重ね組
織の織物を示す。第１図は、よこ糸１に高分子量ポリエ
チレン繊維糸条を、また表たて糸２および裏たて糸３に
他の繊維糸条をそれぞれ用いて製織したたて二重織物で
あり、その表組織をたて綾とし表面を表たて糸２で覆う
ことにより表面層を主としＣ他の繊維糸条で構成し、反
対の裏組織をよこ綾とし裏面を裏たて糸３で覆うことに
より裏面層を主として他の繊維糸条で構成し、上記の表
面層と裏面層の間に大部分のよこ糸１を位置させ、中間
層を主として高分子量ポリエチレン繊維糸条で構成し、
かつ表たて糸２の一部をよこ糸１の下に沈め、裏たて糸
３の一部をよこ糸ｌの上に浮かせて表裏の組織を接結し
、表面層、中間層および裏面層を一体化している。

第２図は、たて・よこ二重織物の例であり、表よこ糸４
ａおよび裏よこ糸５ａにそれぞれ高分子量ポリエチレン
繊維糸条を使用し、表たて糸４ｂおよび裏たて糸５ｂに
それぞれ他の繊維糸条を使用し、表織物４をたて綾に、
また裏織物５をよこ綾にそれぞれ織成して表面に表たて
糸４ｂを多く現出させて表面層を他の繊維糸条で構成し
、表面に裏たて糸５ｂを多く現出させて裏面層を他の繊
維糸条で構成する一方、表織物４とｍｍ物５が接する部
分に表よこ糸４ａおよび裏よこ糸５ａを多く位置させて
これらの高分子量ポリエチレン繊維糸条で中間層を構成
し、かつ表織物４および臭織物５を表たて糸４ｂおよび
裏たて糸５ｂで接結して表面層、中間層および裏面層を
一体化している。

このようにして表面層および裏面層が主として他の繊維
糸条で構成され、中間層が主として高分子量ポリエチレ
ン繊維糸条で構成されるが、表面層および裏面層を占め
る他の繊維糸条の面積は、７ 全面積の６０％〜９０％が好ましく、上記面積が６０％
未満では接着性改良効果が認められず、剪断剥離が起き
易く、また９０％を超えると、接結点が少なくなって表
面層ないし裏面層と中間層間で剪断剥離が起き易くなる
。

この発明の繊維強化プラスチックに使用する７１〜リソ
クス樹脂は、１４５℃以下で硬化または脱溶媒により最
終的に硬化する樹脂であれば任意のものを使用すること
ができる。例えば、ポリエステル系ウレタン、脂肪族炭
化水素系重合体、脂肪族炭化水素系共重合物または不飽
和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹
脂、フェノル樹脂５１ルタンアクリレー１へ相順婢が挙
げられるが、［１的とする耐荷撃性を有する繊維強化プ
ラスチックを得るには靭性の改良された熱硬化性相順、
特にエポキシ系樹脂が好ましい。

これらの７１〜リツクス樹脂を、前記の、１′ｈ分子量
ポリエチ１ノン繊維糸条を含む交編織布帛からなる袖強
材に含浸Ｌ７．で第１プリプレグシーｉ−が形成される
。また、高分子量ポリエチレン繊維糸条以外の繊維、例
えばガラス繊維、カーボン繊維などからなる不織布、編
織物などのシー１〜状補強材に含浸して第２ブリプレグ
シーエが形成される。そして、」二重の第１プリプレグ
シー１〜を単独で積層するか、または第１プリプレグシ
ートおよび第２プリプレグシートを組合せて積層するか
し、しかるのち熱成形することによって」二重プリプレ
グシー１・の積層体を硬化し、同時に接着してこの発明
の繊維強化プラスチックが得られる。第３図は、」二重
の第１−プリプレグシートのみを積層し硬化したもので
あり、６は上記第１プリプレグシー１〜からなる第１−
強化相順眉、６ａは表面ｍ、６１）は中間層、６ｃは裏
面層である。また、第４図は、第１プリプレグシー１−
と第２プリプレグシー１−を交互に重ねて硬化したもの
であり、６が」二重の第４強化樹脂層、７が第２プリプ
レグシー１〜からなる第２強化相順層である。

（作用） この発明のれ０４１強化プラスチツタは、中間Ｊ？７１
を主として高分子紙ポリエチレンξ１！　ｌｉｔ糸条で
４ｉ＋’ｉ成し、表面層および裏面層を主として他の繊
維糸条で構成した補強材を用いており、上記他の繊維糸
条が接着性に優れているので、この補強材を単独で用い
た場合、および他の繊維からなる補強材と組合せて用い
た場合の双方とも補強材の隣接部で接着性の良好な繊維
同志が接触し、接着性が良好となって剥離が生じない。

また、」二重袖強材の中間層は、接着性に劣る反面、耐
衝撃性に優れた高分子量ポリエチレン繊維糸条で構成さ
れるので、繊維強化プラスチックの耐衝撃性が向−１ニ
する。

（実施例） 引張強度３２ｇ／デニール、引張ｌ５１１１性串１３５
０／デニール、粘度平均分子量１００万、太さ１２００
デニルの高分子量ポリエチレン繊維糸条（ダイニーマ社
製、ダイニーマ５Ｋ−６０）をたて糸に、また他の繊維
糸条としてガラス繊維糸条（［」東紡績社製ＥＣＧ　３
７　ｌ１０）を表よこ糸および裏よこ糸にそれぞれ用い
、たて糸密度５．９本／■（１５５木／ンチ）、よこ糸
密度１１．８本／ａｎ（３００木／ンチ）、表組織がよ
こ綾、裏組織がたて綾のよこ二重織物を織成し、表面層
および裏面層をそれぞれ主としてガラス繊維糸条で構成
し、中間層を高分子量ポリエチレン繊維糸条で構成した
。この場合、表面層および裏面層においてガラス繊維糸
条が占める面積は、全面積の７５％であった。

」二重よこ二重織物からなる補強材にビニルエステル樹
脂を含浸し、９０℃で１０分間乾燥してプリプレグシー
１〜を得、このプリプレグシートを１００枚積しく第３
図参照）、この積層体を熱プレス機に仕掛け、１２０℃
×１５分間のプレス成形を行ない、実施例１の平板状の
繊維強化プラスチックを得た。

その厚みは２．５ｎｗｎ、繊維含有率（Ｖｆ）は６０％
であった。

上記実施例１のガラス繊維糸条の代りにカーボン繊維糸
条（東邦レーヨン社製、３Ｋ）を使用する以外は、実施
例１と同様にしてプリプレグシー１−を得、このプリプ
レグシー１へを６枚積層し、熱プレス機に仕掛け、１２
０℃×１５分間のプレス成形を行ない、実施例２の平板
状繊維強化プラスチック（／［Ｘみ２．５ｎｗｎ、１Ｍ
維含有率（Ｖｆ　）　６（１％　）　ヲ得り。

実施例上の高分子量ポリエチレン繊維糸条をたて糸およ
びよこ糸の双方に使用し、たて糸密度およびよこ糸密度
がそれぞれ５．９本／ａｎ（１５５木／ンチ）の平織物
を製織した。一方、ガラス繊維糸条（日東紡績社製、Ｅ
ＣＧ３１１１０）をたて糸およびよこ糸の双方に使用し
、たて糸密度およびよこ糸密度がそれぞれ５．９本／ａ
ｍ（１５５木／ンチ）の平織物を製織した。」−記２稚
の平織物をそれぞれ実施例１と同様にプリプレグ化し、
第５図に示すように高分子量ポリエチレン繊維製のプリ
プレグ８の４枚とガラス繊維製プリプレグ９の６枚とを
１枚７２枚の割合で交互に積層し、合計１０枚のプリプ
レグからなる積層体を熱プレス機に仕掛け、１２０℃×
１５分間のプレス成形を行ない、比較例上の繊維強化プ
ラスチックを得た。その）５みは２，５ｎｗｎ、繊維含
有率（Ｖｆ）は６０％であった。

上記比較例１のガラス繊維糸条の代りにカーボン繊維糸
条（東邦レーヨン社製、３Ｋ）を用いる以外は、比較例
１と同様にしてプリプレグを製造し、比較例１の高分子
量ポリエチレン繊維製プリプレグ３枚と上記カーボン繊
維製プリプレグ４枚とを１５枚／２枚の割合で交互に積
層し、合計６枚のプリプレグからなる積層体を熱プレス
機に仕掛け、１２０°Ｃ×１５分間のプレス成形を行な
い、比較例２の平板状繊維強化プレスチックを得た。そ
の厚みは２．５＋ｎｍ、１１！維含有率（Ｖｆ）は６０
％であった。

また、市販のカーボン繊維糸条（東邦レーヨン社製、１
Ｋ）のたて糸およびよこ糸の双方に用い、たて糸密度お
よびよこ糸密度がそれぞれ７．１木／（１）（１８８木
／ンチ）の平織物を製織し、これを実施例上と同様にし
てプリプレグ化し、第６図に示すように、このプリプレ
グ化シー）−１０の２８枚を積層し、熱プレス機で成形
し、比較例３の平板状繊維強化プラスチックを得た。そ
の厚みは２．５ｍｍ、ｌｌ維含有率は６０％であった。

」二重実施例１，２および比較例ｔ、２．３の平板状繊
維強化プラスチックについて、眉間剪断強度（ｋｇ／ｎ
ｗｎ２）　、最大曲げ強度（瞳／ｍ２）および落錘衝撃
貢通エネルギ（Ｊ）を試験したところ、下記の表の結果
が得られた。

上記の表で明らかなとおり、カーボン繊維糸条のみから
なる布帛を補強材に用いた比較例３の繊維強化プラスチ
ックは、層間剪断強度および最大曲げ強度が他に比して
著しく高い反面、衝撃抵抗値が著しく低い。この比較例
３のＷｉｆ撃抵撃性抗性善するため、高強度、高弾性率
の品分７−ｆｆｉポリエチレン繊維糸条からなる布帛を
混用して積層した比較例２の繊維強化プラスチックは、
衝撃抵抗性が改善される反面、層間剪断強度および最大
曲げ強度の双方が箸しく低下する。また、」−８記比較
例２のカーボン繊維の代りにガラス繊維を用いた比較例
］は、？ｆ［抵抗性が更に上昇する反面１層間剪断強度
および最大曲げ強度が更に低下する。これに対してこの
発明の実施例１．２は、中間層の高分子量ポリエチレン
繊維糸条と表面層および裏面層のカーボン繊維糸条もし
くはガラス繊維糸条が接結により一体化された交織布帛
を補強材にしているので、衝撃抵抗性が比較例３に比し
て著しく改善されると共に、層間剥離強度および最大曲
げ強度の双方が比較例１．２に比人で著しく向上する。

（発明の効果） 請求項１に記載の発明は、中間層を主として高強度、高
引張弾性率の高分子量ポリエチレン繊維糸条で構成し、
表面層および裏面層を主として接着性の良好な他の繊維
糸条で構成し、しかもこれらが接結により一体化された
交編織布からなる繊維強化プラスチック用補強材である
から、この補強材を単独で、または他の繊維補強材と混
用して積層し、請求項２に記載の繊維強化プラスチック
を製造した際、耐衝撃特性が従来の無機繊維条糸で補強
された繊維強化プラスチックよりも向上し、また層間剥
離強度が従来の無機繊維糸条製補強材と高分子量ポリエ
チレン繊維糸条製補強材との混合積層体で補強された繊
維強化プラスチックよりも向」ニし、層間剥離強度、最
大曲げ強度および耐衝撃性のバランスが良好な繊維強化
プラスチックが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、補強材の実施例を示す断面図、第２図は補強
材の他の実施例の断面図、第３図は繊細強化プラスチッ
クの実施例の断面図、第４図は繊維強化プラスチックの
他の実施例の断面図、第５図および第６図はそれぞれ比
較例の繊維強化プラスチックの断面図である。 工、４ａ、５ａ：高分子量ポリエチレン繊維糸条、２．
３，４ｂ、５ｂ＝他の繊維糸条、６ａ：表面層、６ｂ：
中間層、６ｃ：ＩＡ面層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 〔１〕少なくとも２種類の繊維糸条で多層に交編織され
   た布帛において、一の繊維糸条が２０ｇ／デニール以上
   の引張強度および５００ｇ／デニール以上の引張弾性率
   を有する高分子量ポリエチレン繊維糸条であって該繊維
   糸条が主として上記布帛の中間層を構成し、他の繊維糸
   条が主として表面層および裏面層を構成し、これらの表
   面層、中間層および裏面層が接結により一体化されてい
   ることを特徴とする繊維強化プラスチック用補強材。 〔２〕請求項１記載の繊維強化プラスチック用補強材の
   少なくとも１枚を補強材に用いた繊維強化プラスチック
   。