JPH044107A - 炭素繊維強化複合材料プリプレグシート - Google Patents
炭素繊維強化複合材料プリプレグシートInfo
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- JPH044107A JPH044107A JP2104451A JP10445190A JPH044107A JP H044107 A JPH044107 A JP H044107A JP 2104451 A JP2104451 A JP 2104451A JP 10445190 A JP10445190 A JP 10445190A JP H044107 A JPH044107 A JP H044107A
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- Japan
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- composite material
- carbon fiber
- reinforced composite
- prepreg sheet
- fiber reinforced
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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１
本発明は人工衛星等の宇宙構造物、航空機、自動車、レ
ジャー用品などの構造材料の素材として用いられる炭素
繊維強化複合材料プリプレグシートに関するものである
。
ジャー用品などの構造材料の素材として用いられる炭素
繊維強化複合材料プリプレグシートに関するものである
。
［従来の技術］
炭素繊維をベースにした繊維強化複合材料（ＣＦＲＰ）
は、比強度や比弾性率の面で、他の強化繊維であるガラ
ス、アラミドおよびボロン繊維などを用いた繊維強化複
合材料よりも優れており、航空宇宙、自動車、レジャー
用品なとの構造材料として巾広く用いられるようになっ
て来ている。
は、比強度や比弾性率の面で、他の強化繊維であるガラ
ス、アラミドおよびボロン繊維などを用いた繊維強化複
合材料よりも優れており、航空宇宙、自動車、レジャー
用品なとの構造材料として巾広く用いられるようになっ
て来ている。
ＣＦ ＲＰのなかで現在主流となっているのが、炭素繊
維をエポキシ樹脂で固型化した複合材料である。
維をエポキシ樹脂で固型化した複合材料である。
エポキシ樹脂を用いたＣＦＲＰは、半硬化のフレキシブ
ルな状態で積層し焼き固めるという一体成形が可能であ
るため、複雑な形状の構造物を容易に作製できる二と、
また耐熱性に優れているなどの特長を有する。
ルな状態で積層し焼き固めるという一体成形が可能であ
るため、複雑な形状の構造物を容易に作製できる二と、
また耐熱性に優れているなどの特長を有する。
［発明が解決しようとする課題］
炭素繊維自体の性能が高まるにつれて、エポキシ樹脂の
脆性的特性が問題になっている。エポキシ樹脂をマトリ
ックスにするＣＦＲＰに引張り、繰返し、衝撃などの荷
重を加えた場合、最初に樹脂の破壊が生じ、前記破壊が
ＣＦＲＰ全体の破壊を引起こす。このため、炭素繊維自
体の強度を高めても、ＣＦＲＰの強度はそれ程増加しな
い。例えば、高強度繊維トレカＴ８００ （東し株式会
社製）をベースにした擬似等方性構成のＣＦＲＰでは、
引張り破断伸ひか１．５％と、繊維自体の破断伸ひの１
．９％よりも小さな値となっている。また、前記複合材
料では、伸びが、１％の状態で９０°と４５°の層間に
顕著な剥離が生じており、この段階で構造材料としての
使用は難しいことを示している。
脆性的特性が問題になっている。エポキシ樹脂をマトリ
ックスにするＣＦＲＰに引張り、繰返し、衝撃などの荷
重を加えた場合、最初に樹脂の破壊が生じ、前記破壊が
ＣＦＲＰ全体の破壊を引起こす。このため、炭素繊維自
体の強度を高めても、ＣＦＲＰの強度はそれ程増加しな
い。例えば、高強度繊維トレカＴ８００ （東し株式会
社製）をベースにした擬似等方性構成のＣＦＲＰでは、
引張り破断伸ひか１．５％と、繊維自体の破断伸ひの１
．９％よりも小さな値となっている。また、前記複合材
料では、伸びが、１％の状態で９０°と４５°の層間に
顕著な剥離が生じており、この段階で構造材料としての
使用は難しいことを示している。
また、エポキシ樹脂の脆性的特性はＣＦＲＰの強度特性
のばらつきを大きくするため、構造物設計時の安全率を
低下させるという問題もあった。
のばらつきを大きくするため、構造物設計時の安全率を
低下させるという問題もあった。
これら問題を解決する目的で、マトリックス樹脂に靭性
の大きな熱可塑性樹脂を使用し、ＣＦＲＰの強度特性を
向上させる試みが検討されている。これは、耐熱性に優
れた熱可塑性樹脂であるポリエーテルエーテルケトン樹
脂（ＰＥＥＫ）やポリエーテルサルホン樹脂（ＰＥＳ
） をマトリックス樹脂に用いるものである。しかし
、このような熱可塑性樹脂の適用は、ＣＦＲＰの強度特
性を向上できるものの、成形温度が非常に高くなり現有
の設備では成形できないばかりでなく、プリプレグシー
トのフレキシビリティがエポキシ樹脂ベースのものに比
較して乏しく、複雑な形状の構造物か作製し難いなとの
間顧点かあり効果的ではない。
の大きな熱可塑性樹脂を使用し、ＣＦＲＰの強度特性を
向上させる試みが検討されている。これは、耐熱性に優
れた熱可塑性樹脂であるポリエーテルエーテルケトン樹
脂（ＰＥＥＫ）やポリエーテルサルホン樹脂（ＰＥＳ
） をマトリックス樹脂に用いるものである。しかし
、このような熱可塑性樹脂の適用は、ＣＦＲＰの強度特
性を向上できるものの、成形温度が非常に高くなり現有
の設備では成形できないばかりでなく、プリプレグシー
トのフレキシビリティがエポキシ樹脂ベースのものに比
較して乏しく、複雑な形状の構造物か作製し難いなとの
間顧点かあり効果的ではない。
本発明は前記課題を解決するものであり、その目的とす
るところは従来のＣＦＲＰの成形方法を用いて機械的強
度に優れた炭素繊維強化複合材料を提イ共する二どにあ
る。
るところは従来のＣＦＲＰの成形方法を用いて機械的強
度に優れた炭素繊維強化複合材料を提イ共する二どにあ
る。
［課題を解決するための手段］
前記目的を達成するため、本発明に係る炭素繊維強化複
合材料プリプレグシートにおいては、エポキシ樹脂にカ
ーボン繊維を含む半硬化状態の複合材料層と、熱接着性
を有する合成樹脂フィルムとの組合せからなる炭素繊維
強化複合材料プリプレグシートであって、 前記複合材料層と合成樹脂フィルムとは、積層一体止さ
れたものである。
合材料プリプレグシートにおいては、エポキシ樹脂にカ
ーボン繊維を含む半硬化状態の複合材料層と、熱接着性
を有する合成樹脂フィルムとの組合せからなる炭素繊維
強化複合材料プリプレグシートであって、 前記複合材料層と合成樹脂フィルムとは、積層一体止さ
れたものである。
［作用１
本発明の炭素繊維強化複合材料プリプレグシトを任意の
構成に積層するか、又は本発明のプリプレグシートを従
来のプリプレグシートと組み合わせ積層した後、硬化さ
せて得られる複合材ｔトは、層間に合成樹脂フィルムを
有するものとなる。合成樹脂フィルムは、一般に破断伸
びがマトリックス樹脂に用いられているエポキシ樹脂よ
りも大きいため、複合材料層の層間破壊初生を高める二
とが可能となり、層間剥離なとの損傷の進展か抑制され
、引張り強度、疲労強度なとの機械的強度を改善できる
。
構成に積層するか、又は本発明のプリプレグシートを従
来のプリプレグシートと組み合わせ積層した後、硬化さ
せて得られる複合材ｔトは、層間に合成樹脂フィルムを
有するものとなる。合成樹脂フィルムは、一般に破断伸
びがマトリックス樹脂に用いられているエポキシ樹脂よ
りも大きいため、複合材料層の層間破壊初生を高める二
とが可能となり、層間剥離なとの損傷の進展か抑制され
、引張り強度、疲労強度なとの機械的強度を改善できる
。
〔実施例］
以下に、本発明の実施例を図によって説明する。
第１図は、本発明に係る繊維強化複合材料プリプレグシ
ートを示す断面図である。
ートを示す断面図である。
図において、実施例は、一方向に引き揃えた高強度炭素
繊維トレカＴ８００ （東し株式会社製）を半硬化処理
したエポキシ樹脂に充填した複合材料層２にポリオレフ
ィンフィルム３を積層・である。ここで用いたポリオレ
フィンフィルム３は不飽和カルボン酸で変性した接着性
ポリプロピレンを外層とし、内層はプロピレン、ブテン
を主体とするＴｇ６０°Ｃで且つ融点を示さない共重合
体である３層構造のものを用いた。外層の接着層は、複
合材料層２のエポキシ樹脂の硬化温度である１３５°Ｃ
近辺の温度で溶融するように調整しである。
繊維トレカＴ８００ （東し株式会社製）を半硬化処理
したエポキシ樹脂に充填した複合材料層２にポリオレフ
ィンフィルム３を積層・である。ここで用いたポリオレ
フィンフィルム３は不飽和カルボン酸で変性した接着性
ポリプロピレンを外層とし、内層はプロピレン、ブテン
を主体とするＴｇ６０°Ｃで且つ融点を示さない共重合
体である３層構造のものを用いた。外層の接着層は、複
合材料層２のエポキシ樹脂の硬化温度である１３５°Ｃ
近辺の温度で溶融するように調整しである。
第２図に、第１図実施例のプリプレグシートと、ポリオ
レフィンフィルムを持たない従来のプリプレグシートと
を組み合せて積層し、硬化することにより作製した複合
材料の断面図を示す。実施例では、炭素繊維トしカＴ８
００とエポキシ樹脂硬化物からなる複合材料層４をＯｏ
、±４５°、９ｏ°の角度に並べた疑似等方性の積層板
の４５°と９０’の層間にポリオレフィンフィルム３が
挿入された構成となっている。成形は、プリプレグシー
トを積層した徒、オートクレーブで加熱加圧硬化させる
ことにより行った。
レフィンフィルムを持たない従来のプリプレグシートと
を組み合せて積層し、硬化することにより作製した複合
材料の断面図を示す。実施例では、炭素繊維トしカＴ８
００とエポキシ樹脂硬化物からなる複合材料層４をＯｏ
、±４５°、９ｏ°の角度に並べた疑似等方性の積層板
の４５°と９０’の層間にポリオレフィンフィルム３が
挿入された構成となっている。成形は、プリプレグシー
トを積層した徒、オートクレーブで加熱加圧硬化させる
ことにより行った。
第３図〜第５図は、第２図実施例と同様に第１図実施例
のプリプレグシートと従来の７１ノブレグシートとを用
いて作製した複合材料の断面図である。第３図実施例は
ポリオレフィンフィルム３を０°と４５°の層間に設け
た複合材料の断面図を、第４図はポリオレフィンフィル
ム３を９０’層間に設けた複合材料の断面図を、第５図
はポリオレフインフィルム３を全層間に設けた複合材料
の断面図をそれぞれ示す。
のプリプレグシートと従来の７１ノブレグシートとを用
いて作製した複合材料の断面図である。第３図実施例は
ポリオレフィンフィルム３を０°と４５°の層間に設け
た複合材料の断面図を、第４図はポリオレフィンフィル
ム３を９０’層間に設けた複合材料の断面図を、第５図
はポリオレフインフィルム３を全層間に設けた複合材料
の断面図をそれぞれ示す。
表１に、第２図〜第５図実施例の複合材料と、ポリオレ
フィンフィルム３を設けていない従来の複合材料の引張
り破断荷重を示す。試験は、２５ｍｍ巾の短冊状試験片
を用いて行った。表１より明らかなように、本発明の繊
維強化複合材料は、従来のものに比較して、大きな破断
強度か得られている。また、強度のばらつきを表す変動
係数も小さくなっており、信頼性が向上していることが
わかる。
フィンフィルム３を設けていない従来の複合材料の引張
り破断荷重を示す。試験は、２５ｍｍ巾の短冊状試験片
を用いて行った。表１より明らかなように、本発明の繊
維強化複合材料は、従来のものに比較して、大きな破断
強度か得られている。また、強度のばらつきを表す変動
係数も小さくなっており、信頼性が向上していることが
わかる。
表 １
第６図に、第２図実施例の複合材料とポリオレフィンフ
ィルム３を設けていない従来の複合材料との疲労寿命を
示す。試験は、引張り一引張りの紛多ノ返し荷重を加え
行った。縦軸は静的引張強度を基準にし算出した応力比
、横軸は破断回数をそれぞれ表す。図より明らかなとお
り、本発明を用いた繊維強化複合材料は、従来のものに
比較して、疲労寿命が長いことが分かる。
ィルム３を設けていない従来の複合材料との疲労寿命を
示す。試験は、引張り一引張りの紛多ノ返し荷重を加え
行った。縦軸は静的引張強度を基準にし算出した応力比
、横軸は破断回数をそれぞれ表す。図より明らかなとお
り、本発明を用いた繊維強化複合材料は、従来のものに
比較して、疲労寿命が長いことが分かる。
［発明の効果］
以上のように本発明のプリプレグシートを用いれば、従
来の成形法で機械的強度に優れた炭素繊維強化複合材料
を実現することが可能となる。また、強度のばらつきを
小さくできるため、宇宙航空関連等構造体の信頼性を向
上できる効果を有するものである、
来の成形法で機械的強度に優れた炭素繊維強化複合材料
を実現することが可能となる。また、強度のばらつきを
小さくできるため、宇宙航空関連等構造体の信頼性を向
上できる効果を有するものである、
第１図は本発明に係る炭素繊維強化複合材料プリプレグ
シートを示す断面図、第２図〜第５図は本発明のプリプ
レグシートを用いて作製した炭素繊維強化複合材料を示
す断面図、第６図は第２図実施例の複合材料と従来の複
合材料の疲労寿命を示す図である。 １・・・プリプレグシート ３・・ポリオレフィンフィルム
シートを示す断面図、第２図〜第５図は本発明のプリプ
レグシートを用いて作製した炭素繊維強化複合材料を示
す断面図、第６図は第２図実施例の複合材料と従来の複
合材料の疲労寿命を示す図である。 １・・・プリプレグシート ３・・ポリオレフィンフィルム
Claims (1)
- （１）エポキシ樹脂にカーボン繊維を含む半硬化状態の
複合材料層と、熱接着性を有する合成樹脂フィルムとの
組合せからなる炭素繊維強化複合材料プリプレグシート
であって、 前記複合材料層と合成樹脂フィルムとは、積層一体化さ
れたものであることを特徴とする炭素繊維強化複合材料
プリプレグシート。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2104451A JPH044107A (ja) | 1990-04-20 | 1990-04-20 | 炭素繊維強化複合材料プリプレグシート |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2104451A JPH044107A (ja) | 1990-04-20 | 1990-04-20 | 炭素繊維強化複合材料プリプレグシート |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH044107A true JPH044107A (ja) | 1992-01-08 |
Family
ID=14380993
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2104451A Pending JPH044107A (ja) | 1990-04-20 | 1990-04-20 | 炭素繊維強化複合材料プリプレグシート |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH044107A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104354436A (zh) * | 2014-11-07 | 2015-02-18 | 湖北三江航天江北机械工程有限公司 | 耐高温纤维缠绕复合材料壳体的制造方法 |
| CN104985828A (zh) * | 2015-07-02 | 2015-10-21 | 北京博简复才技术咨询有限公司 | 碳纤维复合材料腰带及碳纤维复合材料腰带的制造方法 |
| CN106863848A (zh) * | 2017-02-17 | 2017-06-20 | 南京航空航天大学 | 航空发动机的复合材料叶片的成型方法 |
| WO2021131347A1 (ja) | 2019-12-23 | 2021-07-01 | 東レ株式会社 | プリプレグ、成形体および一体化成形体 |
| CN117984622A (zh) * | 2024-01-25 | 2024-05-07 | 德宝碳陶(苏州)科技有限公司 | 一种碳纤维增强树脂基复合材料及其制备方法 |
-
1990
- 1990-04-20 JP JP2104451A patent/JPH044107A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104354436A (zh) * | 2014-11-07 | 2015-02-18 | 湖北三江航天江北机械工程有限公司 | 耐高温纤维缠绕复合材料壳体的制造方法 |
| CN104985828A (zh) * | 2015-07-02 | 2015-10-21 | 北京博简复才技术咨询有限公司 | 碳纤维复合材料腰带及碳纤维复合材料腰带的制造方法 |
| CN106863848A (zh) * | 2017-02-17 | 2017-06-20 | 南京航空航天大学 | 航空发动机的复合材料叶片的成型方法 |
| WO2021131347A1 (ja) | 2019-12-23 | 2021-07-01 | 東レ株式会社 | プリプレグ、成形体および一体化成形体 |
| EP4082738A1 (en) | 2019-12-23 | 2022-11-02 | Toray Industries, Inc. | Prepreg, molded article, and integrally molded article |
| CN117984622A (zh) * | 2024-01-25 | 2024-05-07 | 德宝碳陶(苏州)科技有限公司 | 一种碳纤维增强树脂基复合材料及其制备方法 |
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