JPH0347290B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0347290B2 JPH0347290B2 JP58032592A JP3259283A JPH0347290B2 JP H0347290 B2 JPH0347290 B2 JP H0347290B2 JP 58032592 A JP58032592 A JP 58032592A JP 3259283 A JP3259283 A JP 3259283A JP H0347290 B2 JPH0347290 B2 JP H0347290B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fibers
- fiber
- yarn
- carbon fibers
- composite material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Reinforced Plastic Materials (AREA)
- Yarns And Mechanical Finishing Of Yarns Or Ropes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は連続した炭素繊維から成るフイラメン
ト糸を流体加工によつて特殊形態を有する加工糸
を得、該加工糸を熱可塑性もしくは熱硬化性樹脂
との組合せによつて得る特殊な複合材料に係るも
のである。
ト糸を流体加工によつて特殊形態を有する加工糸
を得、該加工糸を熱可塑性もしくは熱硬化性樹脂
との組合せによつて得る特殊な複合材料に係るも
のである。
更に詳説するならば、従来連続した炭素繊維の
複数本から成るフイラメント糸は、その糸の有す
る高強力、高弾性の特性を利用して熱可塑性、熱
硬化性樹脂を含浸させた后樹脂を硬化せしめて複
合材料を得ているが、かくの如き複合材料は炭素
繊維の有する特性を生かした非常に軽くて金属よ
り強度、弾性の高い材料となるものであり、近年
その特徴を利用して航空機、自動車をはじめとし
て各種スポーツ用品、工業用途に向けられてい
る。
複数本から成るフイラメント糸は、その糸の有す
る高強力、高弾性の特性を利用して熱可塑性、熱
硬化性樹脂を含浸させた后樹脂を硬化せしめて複
合材料を得ているが、かくの如き複合材料は炭素
繊維の有する特性を生かした非常に軽くて金属よ
り強度、弾性の高い材料となるものであり、近年
その特徴を利用して航空機、自動車をはじめとし
て各種スポーツ用品、工業用途に向けられてい
る。
上記複合材料は、構造体とした場合、その構造
体に応力がかかる方向に繊維を配置せしめること
によつて、その特徴が発揮されるものであり、通
常は一方向に並列せしめた后、樹脂を含浸させた
シートを作成するか、或いは織物に同じく樹脂を
含浸せしめてシートを作成して、かかるシートを
必要に応じた枚数を必要な方向に積層して構造体
となし、然る后に樹脂を硬化せしめて初めて成形
物を得るものである。
体に応力がかかる方向に繊維を配置せしめること
によつて、その特徴が発揮されるものであり、通
常は一方向に並列せしめた后、樹脂を含浸させた
シートを作成するか、或いは織物に同じく樹脂を
含浸せしめてシートを作成して、かかるシートを
必要に応じた枚数を必要な方向に積層して構造体
となし、然る后に樹脂を硬化せしめて初めて成形
物を得るものである。
この場合、各シートに於て、まず一方向に繊維
を並べたものについては、繊維軸方向に対して
は、繊維の有する特性がそのまま発揮されるが、
繊維軸に対して90°方向には繊維の特性の影響を
殆んど及ばすことができず、単に複合化された樹
脂の性質のみとなる。又、織物の場合は、繊維軸
が0°と90°のため平面での強度発揮は充分である
が、シート間については繊維による介在効化が得
られず、結局、樹脂の性質のみとなる。
を並べたものについては、繊維軸方向に対して
は、繊維の有する特性がそのまま発揮されるが、
繊維軸に対して90°方向には繊維の特性の影響を
殆んど及ばすことができず、単に複合化された樹
脂の性質のみとなる。又、織物の場合は、繊維軸
が0°と90°のため平面での強度発揮は充分である
が、シート間については繊維による介在効化が得
られず、結局、樹脂の性質のみとなる。
かくの如く、連続した炭素繊維の複数本から成
るフイラメント糸又はトウは、そのフイラメント
束の配列から来る繊維の配向性のため、その配向
からはずれた方向には非常に脆いものとなる。結
果として、材料としての特性のうち最も弱点とな
るのは、シート間の相間剥離である。
るフイラメント糸又はトウは、そのフイラメント
束の配列から来る繊維の配向性のため、その配向
からはずれた方向には非常に脆いものとなる。結
果として、材料としての特性のうち最も弱点とな
るのは、シート間の相間剥離である。
本発明者等は、上記欠点を解消すべく鋭意検討
を進めた結果、次に述べるような方法を採用する
ことによつて上記したような問題点を解決しえる
ことを見出したものである。
を進めた結果、次に述べるような方法を採用する
ことによつて上記したような問題点を解決しえる
ことを見出したものである。
即ち本発明の要旨とするところは、複数本の連
続した炭素繊維から成り、夫々の繊維が部分的或
いは全般にわたつて互に交絡し、もしくは切断し
て毛羽状又はループ状を呈している炭素繊維フイ
ラメント加工糸に熱可塑性もしくは熱硬化性樹脂
を含浸せしめ、然る后に硬化して成る複合材料に
ある。
続した炭素繊維から成り、夫々の繊維が部分的或
いは全般にわたつて互に交絡し、もしくは切断し
て毛羽状又はループ状を呈している炭素繊維フイ
ラメント加工糸に熱可塑性もしくは熱硬化性樹脂
を含浸せしめ、然る后に硬化して成る複合材料に
ある。
本発明を具体的に説明すると次の通りである。
真直なる繊維束を同方向に配列してその周囲に樹
脂を被覆してマトリツクスとした場合、繊維束の
配列方向への補強効化はその繊維の有する強度特
性が充分発揮されるが、繊維軸からはずれた方向
に対しては全く、その効果は発揮されない。然る
に本発明によつて加工された繊維束は繊維が夫々
異つた方向に配列されるため夫々の繊維配向に沿
つて補強力を発揮するため、真直な一方向に較べ
て応力に多様性が生ずる。それだけ複合材料とし
ての機能が向上することとなる。
真直なる繊維束を同方向に配列してその周囲に樹
脂を被覆してマトリツクスとした場合、繊維束の
配列方向への補強効化はその繊維の有する強度特
性が充分発揮されるが、繊維軸からはずれた方向
に対しては全く、その効果は発揮されない。然る
に本発明によつて加工された繊維束は繊維が夫々
異つた方向に配列されるため夫々の繊維配向に沿
つて補強力を発揮するため、真直な一方向に較べ
て応力に多様性が生ずる。それだけ複合材料とし
ての機能が向上することとなる。
以下図面によつて本発明を説明する。第１図イ
はアクリル系長繊維束を焼成して得られた炭素繊
維束を示すものであるが、図に示す如く各繊維イ
は直線状に配列しているが、第１図Ｂは特殊空気
流体加工によつて各繊維を撹乱することによつて
ロの如く各繊維を互に交絡せしめて繊維を夫々が
繊維間及び各繊維の長さ方向に乱れを生じさせ、
該処理により、繊維束の中での繊維軸を多様化せ
しめたものである。
はアクリル系長繊維束を焼成して得られた炭素繊
維束を示すものであるが、図に示す如く各繊維イ
は直線状に配列しているが、第１図Ｂは特殊空気
流体加工によつて各繊維を撹乱することによつて
ロの如く各繊維を互に交絡せしめて繊維を夫々が
繊維間及び各繊維の長さ方向に乱れを生じさせ、
該処理により、繊維束の中での繊維軸を多様化せ
しめたものである。
第２図は流体加工条件を種々設定することによ
り繊維束に於けるある部分の繊維をループ化する
かもしくは切断することによつて繊維束の外部に
突出せしめて毛羽状を形成せんとするものであ
り、図に於てハがループを示し、又ニは突出した
毛羽を示す。
り繊維束に於けるある部分の繊維をループ化する
かもしくは切断することによつて繊維束の外部に
突出せしめて毛羽状を形成せんとするものであ
り、図に於てハがループを示し、又ニは突出した
毛羽を示す。
本発明で使用する炭素繊維の加工糸を得る方法
及び装置の概略を第３図及び第４図に示す。第３
図は第１図Ｂに示す繊維交互交絡加工糸を得る方
法及び装置を示すものであるが、図に於いて炭素
繊維束１がテンサー２及びガイド３を経てフイー
ドローラー４，４′によつて流体撹乱装置５に供
給される。流体撹乱装置５は、高圧空気をオリフ
イス内に噴射、オリフイリス内の空気を撹乱せし
め、その中へ繊維束を導き撹乱流によつて繊維同
志を交絡せしめるものである。かくして得られた
交絡糸は送出しローラー６，６′及びガイド７を
経て捲取り用回転ドラム８にボビン９が接触回転
してボビン９に捲取られる。
及び装置の概略を第３図及び第４図に示す。第３
図は第１図Ｂに示す繊維交互交絡加工糸を得る方
法及び装置を示すものであるが、図に於いて炭素
繊維束１がテンサー２及びガイド３を経てフイー
ドローラー４，４′によつて流体撹乱装置５に供
給される。流体撹乱装置５は、高圧空気をオリフ
イス内に噴射、オリフイリス内の空気を撹乱せし
め、その中へ繊維束を導き撹乱流によつて繊維同
志を交絡せしめるものである。かくして得られた
交絡糸は送出しローラー６，６′及びガイド７を
経て捲取り用回転ドラム８にボビン９が接触回転
してボビン９に捲取られる。
第４図は第２図に示す如きリープ及び毛羽を有
する加工糸を得んとする加工方法及び装置の概略
を示すものであり、炭素繊維束１はテンサー２及
びガイド３を経てフイードローラー４，４′によ
りループ及び毛羽発生装置１０に供給される。こ
のループ及び毛羽発生装置は空気撹乱装置１１に
よつて繊維束が撹乱流に導かれ繊維相互が乱さ
れ、かかる状態で当て板１２に衝突することによ
り、ループ及び毛羽ほ発生するものである。得ら
れた加工糸は、送出しローラー６，６′によつて
送り出され、ガイド７を経て回転ドラム８に接触
したボビン９に捲取られる。
する加工糸を得んとする加工方法及び装置の概略
を示すものであり、炭素繊維束１はテンサー２及
びガイド３を経てフイードローラー４，４′によ
りループ及び毛羽発生装置１０に供給される。こ
のループ及び毛羽発生装置は空気撹乱装置１１に
よつて繊維束が撹乱流に導かれ繊維相互が乱さ
れ、かかる状態で当て板１２に衝突することによ
り、ループ及び毛羽ほ発生するものである。得ら
れた加工糸は、送出しローラー６，６′によつて
送り出され、ガイド７を経て回転ドラム８に接触
したボビン９に捲取られる。
かくして得られた加工糸は繊維の配向が多様化
されたため、加工糸を平行に並べて樹脂を含浸、
硬化せしめ複合材料を作成した場合、平行に並べ
た加工糸同志が接触して隣り同志の糸が互に交絡
作用を起し、その状態にて樹脂による複合化を行
つた場合、その交絡作用が複合材料としての性能
を大きく変えることとなる。即ち糸の配向に対し
て90°方向の繊維による拘束が部分的に起き、全
体としてはその方向に対する抗力を増加せしめる
結果となる。
されたため、加工糸を平行に並べて樹脂を含浸、
硬化せしめ複合材料を作成した場合、平行に並べ
た加工糸同志が接触して隣り同志の糸が互に交絡
作用を起し、その状態にて樹脂による複合化を行
つた場合、その交絡作用が複合材料としての性能
を大きく変えることとなる。即ち糸の配向に対し
て90°方向の繊維による拘束が部分的に起き、全
体としてはその方向に対する抗力を増加せしめる
結果となる。
本発明が対象とする炭素繊維加工糸は１〜6μ
ｍの細デニール糸から6μｍ以上の一般に使われ
る炭素繊維迄適宜使用することが可能である。
ｍの細デニール糸から6μｍ以上の一般に使われ
る炭素繊維迄適宜使用することが可能である。
実施例 １
アクリル系合成繊維の連続フイラメント糸を焼
成して得られた炭素繊維が6000本（１本の平均直
径約8μｍ）からなるトウを第３図に示す加工装
置に導き、供給速度35ｍ／min、空気圧2.0Kg／
cm2にてトウを撹乱せしめた后捲取つたところ第１
図Ｂに示す如き形態の加工糸が得られた。
成して得られた炭素繊維が6000本（１本の平均直
径約8μｍ）からなるトウを第３図に示す加工装
置に導き、供給速度35ｍ／min、空気圧2.0Kg／
cm2にてトウを撹乱せしめた后捲取つたところ第１
図Ｂに示す如き形態の加工糸が得られた。
得られた加工糸に溶剤で粘度を低下させたエポ
キシ系熱硬化樹脂液を35％重量比にて含浸せしめ
た后、平行に並べて溶剤を除去してプリプレグを
作成した。次いで該シートを糸方向が同一となる
如く10枚積層して金属板で上下より加工しながら
130℃で硬化処理を行つたところ、炭素繊維容積
含有率55％、厚さ2.5ｍ／ｍの炭素繊維及びエポ
キシ樹脂から成る複合材料板が得られた。
キシ系熱硬化樹脂液を35％重量比にて含浸せしめ
た后、平行に並べて溶剤を除去してプリプレグを
作成した。次いで該シートを糸方向が同一となる
如く10枚積層して金属板で上下より加工しながら
130℃で硬化処理を行つたところ、炭素繊維容積
含有率55％、厚さ2.5ｍ／ｍの炭素繊維及びエポ
キシ樹脂から成る複合材料板が得られた。
一方、未加工のトウを同様な樹脂含浸を行つて
同一炭素繊維容積含有率となる如く処理して同厚
の板を作成した。
同一炭素繊維容積含有率となる如く処理して同厚
の板を作成した。
両板を糸軸に対して90°方向に引張るように試
験片を作成して、引張試験機に掛け引張り速度２
mm／minで測定した結果、両複合材料板の破断強
度は、未加工トウの場合が7.30Kg／mm2の強度を示
したのに対し、加工糸の場合は9.85Kg／mm2の強度
を示し、この結果よりトウを加工して繊維の配向
を多様化することにより、複合材料の性質を向上
せしめることができることが分る。
験片を作成して、引張試験機に掛け引張り速度２
mm／minで測定した結果、両複合材料板の破断強
度は、未加工トウの場合が7.30Kg／mm2の強度を示
したのに対し、加工糸の場合は9.85Kg／mm2の強度
を示し、この結果よりトウを加工して繊維の配向
を多様化することにより、複合材料の性質を向上
せしめることができることが分る。
実施例 ２
実施例１と同様な炭素繊維のトウを第４図に示
す如き加工装置に28ｍ／minの送り速度で供給し
空気圧3.5Kg／cm2にてトウを撹乱せしめた后捲取
つた結果第２図に示す如き形態の加工糸が得られ
た。
す如き加工装置に28ｍ／minの送り速度で供給し
空気圧3.5Kg／cm2にてトウを撹乱せしめた后捲取
つた結果第２図に示す如き形態の加工糸が得られ
た。
得られた加工糸に溶剤で実施例１と同様な樹脂
液を含浸せしめて最終的に炭素繊維溶積含有率58
％、厚さ2.6ｍ／ｍの複合材料板が得られた。
液を含浸せしめて最終的に炭素繊維溶積含有率58
％、厚さ2.6ｍ／ｍの複合材料板が得られた。
一方、未加工糸を使用して同一組成の板を作成
し、系軸に対して90°方向の引張り試験を実施し
た結果、加工糸の場合10.35Kg／mm2の強度を示し
たのに対し未加工糸の場合は7.45Kg／mm2の強度を
示した。かくの如く、加工糸の場合は糸軸以外の
方向に対する補強効果は非常に大きくなることが
分る。
し、系軸に対して90°方向の引張り試験を実施し
た結果、加工糸の場合10.35Kg／mm2の強度を示し
たのに対し未加工糸の場合は7.45Kg／mm2の強度を
示した。かくの如く、加工糸の場合は糸軸以外の
方向に対する補強効果は非常に大きくなることが
分る。
本発明は、単に成形板の性能を向上せしめるに
留まらず中空パイプ或いは中実棒を作成した場合
の長さ並びに肉厚方向の強度性能を大巾に向上さ
せることが可能であり、同一強度を得るために未
加工糸に較べて炭素繊維使用量が少なくて済み、
それだけ製造コストを下げることができる。
留まらず中空パイプ或いは中実棒を作成した場合
の長さ並びに肉厚方向の強度性能を大巾に向上さ
せることが可能であり、同一強度を得るために未
加工糸に較べて炭素繊維使用量が少なくて済み、
それだけ製造コストを下げることができる。
第１図Ａは通常の製造工程を経て得られた炭素
繊維トウの外観を、Ｂは本発明を実施するのに好
適な加工方法によつて加工して繊維をランダム配
向させたトウ加工糸の外観を夫々示す。第２図
は、第１図Ａに示した炭素繊維トウを同じく本発
明になる加工方法により加工して得られたランダ
ム配向で更に部分的にループ、毛羽を発生せしめ
たトウ加工糸の外観を示す。第３図は、第１図Ｂ
に示すトウ加工糸を得る加工装置、又、第４図
は、第２図に示すトウ加工糸を得る加工装置の
夫々概略を示すものである。
繊維トウの外観を、Ｂは本発明を実施するのに好
適な加工方法によつて加工して繊維をランダム配
向させたトウ加工糸の外観を夫々示す。第２図
は、第１図Ａに示した炭素繊維トウを同じく本発
明になる加工方法により加工して得られたランダ
ム配向で更に部分的にループ、毛羽を発生せしめ
たトウ加工糸の外観を示す。第３図は、第１図Ｂ
に示すトウ加工糸を得る加工装置、又、第４図
は、第２図に示すトウ加工糸を得る加工装置の
夫々概略を示すものである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 複数本の連続した炭素繊維から成り、夫々の
繊維が部分的或いは全般にわたつて互いに交絡
し、もしくは切断して羽毛状又はループ状を呈し
ている炭素繊維のフイラメント加工糸に熱硬化性
もしくは熱可塑性樹脂を含浸、次いで硬化せしめ
て成る炭素繊維強化複合材料。 ２ 空気撹乱装置中へ複数本の連続した炭素繊維
を導き、撹乱流によつて炭素繊維を互いに交絡す
ることを特徴とする請求項１記載の複合材料。 ３ 空気撹乱装置中へ複数本の連続した炭素繊維
を導き、撹乱流によつて繊維相互が乱された状態
で立て板に衝突して羽毛状もしくはループ状を呈
することを特徴とする請求項１記載の複合材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3259283A JPS59157342A (ja) | 1983-02-28 | 1983-02-28 | 複合材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3259283A JPS59157342A (ja) | 1983-02-28 | 1983-02-28 | 複合材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59157342A JPS59157342A (ja) | 1984-09-06 |
| JPH0347290B2 true JPH0347290B2 (ja) | 1991-07-18 |
Family
ID=12363126
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3259283A Granted JPS59157342A (ja) | 1983-02-28 | 1983-02-28 | 複合材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59157342A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4759985A (en) * | 1986-12-16 | 1988-07-26 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Composites of stretch broken aligned fibers of carbon and glass reinforced resin |
| BE1000277A3 (nl) * | 1987-01-30 | 1988-10-04 | Bekaert Sa Nv | Composietgranulaat omvattende gekroesde vezels en kunststofvoorwerpen daaruit vervaardigd. |
| JP2570312B2 (ja) * | 1987-08-07 | 1997-01-08 | 大日本インキ化学工業株式会社 | 炭素繊維樹脂成形品 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS53147821A (en) * | 1977-05-30 | 1978-12-22 | Toray Ind Inc | Production of carbon fiber |
| JPS57176490U (ja) * | 1981-04-30 | 1982-11-08 | ||
| JPS602202Y2 (ja) * | 1981-07-20 | 1985-01-22 | ニチアス株式会社 | 溶接火花受クロス |
-
1983
- 1983-02-28 JP JP3259283A patent/JPS59157342A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59157342A (ja) | 1984-09-06 |
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