JPH05228928A - 熱可塑性複合材料前駆体および熱可塑性複合材料 - Google Patents
熱可塑性複合材料前駆体および熱可塑性複合材料Info
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- JPH05228928A JPH05228928A JP3234492A JP3234492A JPH05228928A JP H05228928 A JPH05228928 A JP H05228928A JP 3234492 A JP3234492 A JP 3234492A JP 3234492 A JP3234492 A JP 3234492A JP H05228928 A JPH05228928 A JP H05228928A
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Landscapes
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 強化繊維間の空隙が熱可塑性樹脂で十分に満
たされ、かつ高い機械的性質を有する材料を効率的、連
続的に得ること。 【構成】 粘度が10から104センチポイズの範囲に
ある常温または加熱重合性熱可塑性樹脂前駆体と強化繊
維とを複合してなり、前記強化繊維は、繊維長が少なく
とも10mmであり、かつ30〜80重量%含まれてい
ることを特徴とする熱可塑性複合材料前駆体、およびこ
れを常温または/および加熱によって重合硬化した熱可
塑性複合材料。
たされ、かつ高い機械的性質を有する材料を効率的、連
続的に得ること。 【構成】 粘度が10から104センチポイズの範囲に
ある常温または加熱重合性熱可塑性樹脂前駆体と強化繊
維とを複合してなり、前記強化繊維は、繊維長が少なく
とも10mmであり、かつ30〜80重量%含まれてい
ることを特徴とする熱可塑性複合材料前駆体、およびこ
れを常温または/および加熱によって重合硬化した熱可
塑性複合材料。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は複合材料に関し、更に
詳しくは、熱可塑性樹脂と強化繊維との複合材料に関す
る。
詳しくは、熱可塑性樹脂と強化繊維との複合材料に関す
る。
【0002】
【従来の技術】炭素繊維、ガラス繊維等の強化繊維で補
強した熱可塑性複合材料は、強化繊維に由来する、優れ
た力学的性質と樹脂に由来する優れた成形性、熱融着及
び短時間の成形性を兼ね備えた優れた材料として良く知
られている。特に、高強度化、軽量化が要求されつつあ
る、スポーツ用品、日用品用として比較的低温で賦型が
可能な、繊維強化アクリル樹脂が提案されている(米国
特許478717号)。
強した熱可塑性複合材料は、強化繊維に由来する、優れ
た力学的性質と樹脂に由来する優れた成形性、熱融着及
び短時間の成形性を兼ね備えた優れた材料として良く知
られている。特に、高強度化、軽量化が要求されつつあ
る、スポーツ用品、日用品用として比較的低温で賦型が
可能な、繊維強化アクリル樹脂が提案されている(米国
特許478717号)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来、このような材料
を製造する方法としては、下記のような方法が用いられ
てきた。 (1)樹脂を軟化する温度にし、強化繊維ファブリック
に含浸する方法。 (2)溶剤に樹脂を溶解し、この溶液を強化繊維ファブ
リックに含浸した後、溶剤を揮発する方法。 しかし、(1)の方法では、樹脂の溶融粘度が105セ
ンチポイズ以上と高く、完全に樹脂を繊維に含浸するこ
とが困難であり、また高温高圧を必要とするため、高価
な装置が必要となる。また、(2)の方法では、溶剤を
完全に揮発することが困難であり、材料中に残留した溶
剤は、その力学的性質を低下させるばかりでなく、回収
できない溶剤は製造コストを引き上げる。
を製造する方法としては、下記のような方法が用いられ
てきた。 (1)樹脂を軟化する温度にし、強化繊維ファブリック
に含浸する方法。 (2)溶剤に樹脂を溶解し、この溶液を強化繊維ファブ
リックに含浸した後、溶剤を揮発する方法。 しかし、(1)の方法では、樹脂の溶融粘度が105セ
ンチポイズ以上と高く、完全に樹脂を繊維に含浸するこ
とが困難であり、また高温高圧を必要とするため、高価
な装置が必要となる。また、(2)の方法では、溶剤を
完全に揮発することが困難であり、材料中に残留した溶
剤は、その力学的性質を低下させるばかりでなく、回収
できない溶剤は製造コストを引き上げる。
【0004】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
強化繊維間の空隙が熱可塑性樹脂で十分に満たされた材
料を効率的、連続的に得ることを目的として鋭意検討を
行い、従来の熱可塑性樹脂をマトリクスとする複合材料
の上記の欠点を解決し、しかも、高い機械的性質を持つ
複合材料を提供できる本発明に到達したのである。本発
明は上記の課題を解決しようとするもので、その要旨と
するところは、粘度が10から104センチポイズの範
囲にある常温または加熱重合性熱可塑性樹脂前駆体と強
化繊維とを複合してなり、前記強化繊維は、繊維長が少
なくとも10mmであり、かつ30〜80重量%含まれ
ている複合材料前駆体、およびこれを常温または/およ
び加熱によって重合した複合材料にある。
強化繊維間の空隙が熱可塑性樹脂で十分に満たされた材
料を効率的、連続的に得ることを目的として鋭意検討を
行い、従来の熱可塑性樹脂をマトリクスとする複合材料
の上記の欠点を解決し、しかも、高い機械的性質を持つ
複合材料を提供できる本発明に到達したのである。本発
明は上記の課題を解決しようとするもので、その要旨と
するところは、粘度が10から104センチポイズの範
囲にある常温または加熱重合性熱可塑性樹脂前駆体と強
化繊維とを複合してなり、前記強化繊維は、繊維長が少
なくとも10mmであり、かつ30〜80重量%含まれ
ている複合材料前駆体、およびこれを常温または/およ
び加熱によって重合した複合材料にある。
【0005】以下、本発明の詳細を具体的に説明する。
本発明に使用する強化繊維とは、高弾性、高強度の繊維
からなる織布、一方向繊維束、チョップ、ランダムスト
ランドマット、または、これらを組み合わせたものであ
って、繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、炭化珪素
繊維、アルミナ繊維、金属繊維等の無機繊維、アラミド
繊維、ポリエチレン繊維、ポリイミド繊維等の有機繊維
が使用される。これらの2種以上の繊維を組み合わせて
使用することもできる。また、これらの強化繊維と樹脂
との密着性を改良するため、各種の表面処理を施すこと
もできる。これら強化繊維の含有率は、強化硬化を十分
に引き出すために、少なくとも30重量%である必要が
ある。上限は80重量%とする。それを超えると、常温
または加熱重合性熱可塑性樹脂前駆体との複合ができな
くなる。好ましい含有率の範囲は、50から75重量%
である。
本発明に使用する強化繊維とは、高弾性、高強度の繊維
からなる織布、一方向繊維束、チョップ、ランダムスト
ランドマット、または、これらを組み合わせたものであ
って、繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、炭化珪素
繊維、アルミナ繊維、金属繊維等の無機繊維、アラミド
繊維、ポリエチレン繊維、ポリイミド繊維等の有機繊維
が使用される。これらの2種以上の繊維を組み合わせて
使用することもできる。また、これらの強化繊維と樹脂
との密着性を改良するため、各種の表面処理を施すこと
もできる。これら強化繊維の含有率は、強化硬化を十分
に引き出すために、少なくとも30重量%である必要が
ある。上限は80重量%とする。それを超えると、常温
または加熱重合性熱可塑性樹脂前駆体との複合ができな
くなる。好ましい含有率の範囲は、50から75重量%
である。
【0006】本発明に用いる常温または加熱重合性熱可
塑性樹脂前駆体とは、非反応性の溶剤を含まず、繊維束
間に含浸した後、常温または加熱によって重合する、い
わゆるキャスティング法、反応射出成形法使用される樹
脂前駆体であれば良い。このような常温または加熱重合
性熱可塑性樹脂前駆体の一例としては、メタクリル酸ア
ルキルエステルまたは/およびアクリル酸アルキルエス
テルとこれらに溶解する熱可塑性重合体を主成分とし、
レドックス反応により重合するアクリル樹脂前駆体や溶
融したω−ラクタム類とポリエーテルを主成分とし、ア
ルカリ重合法によって重合するナイロン樹脂前駆体等が
挙げられる。
塑性樹脂前駆体とは、非反応性の溶剤を含まず、繊維束
間に含浸した後、常温または加熱によって重合する、い
わゆるキャスティング法、反応射出成形法使用される樹
脂前駆体であれば良い。このような常温または加熱重合
性熱可塑性樹脂前駆体の一例としては、メタクリル酸ア
ルキルエステルまたは/およびアクリル酸アルキルエス
テルとこれらに溶解する熱可塑性重合体を主成分とし、
レドックス反応により重合するアクリル樹脂前駆体や溶
融したω−ラクタム類とポリエーテルを主成分とし、ア
ルカリ重合法によって重合するナイロン樹脂前駆体等が
挙げられる。
【0007】また、前記の常温または加熱重合性熱可塑
性樹脂前駆体の組成物以外に、樹脂の特性を改善するた
めの種々の添加剤、例えば、耐熱剤、耐候剤、帯電防止
剤、潤滑剤、離型剤、染料、顔料、消泡剤、脱酸素剤、
難燃剤及び各種フィラーなどを含有させてもよい。
性樹脂前駆体の組成物以外に、樹脂の特性を改善するた
めの種々の添加剤、例えば、耐熱剤、耐候剤、帯電防止
剤、潤滑剤、離型剤、染料、顔料、消泡剤、脱酸素剤、
難燃剤及び各種フィラーなどを含有させてもよい。
【0008】本発明の複合材料は、種々の方法によって
製造することができる。例えば、ミキシングヘッドで混
合した前記樹脂前駆体をフィルム上に所望の目付となる
よう、ドクターナイフ等を用いて均一に塗布し、その上
に引き揃えた強化繊維束を重ね、強化繊維束に樹脂前駆
体を浸透含浸し、更にその上からフィルムを重ねた後
で、前駆体の重合温度以上に加熱したプレスロール等に
通し、強化繊維束に含浸した樹脂前駆体を重合硬化する
ことによって製造することができる。
製造することができる。例えば、ミキシングヘッドで混
合した前記樹脂前駆体をフィルム上に所望の目付となる
よう、ドクターナイフ等を用いて均一に塗布し、その上
に引き揃えた強化繊維束を重ね、強化繊維束に樹脂前駆
体を浸透含浸し、更にその上からフィルムを重ねた後
で、前駆体の重合温度以上に加熱したプレスロール等に
通し、強化繊維束に含浸した樹脂前駆体を重合硬化する
ことによって製造することができる。
【0009】このようにして得られた複合材料をマッチ
ドダイ等で所望の形状にプレス成形したり、他の材料に
融着、接着することもできる。すなわち、この複合材料
葉、その形態によっては、いわゆる成形材料として使用
することもできる。また、棒状、板状等に成形したもの
をインサート材やアウトサート材として使用することも
できる。
ドダイ等で所望の形状にプレス成形したり、他の材料に
融着、接着することもできる。すなわち、この複合材料
葉、その形態によっては、いわゆる成形材料として使用
することもできる。また、棒状、板状等に成形したもの
をインサート材やアウトサート材として使用することも
できる。
【0010】
【実施例】以下、本発明を実施例に従って、更に詳細に
説明する。 (実施例1)熱可塑性重合体として、重合平均分子95
000のメタクリル酸メチルホモポリマー19部、メタ
クリル酸メチル81部、硬化促進剤として、ジメチル−
p−トルイジン0.8部からなるアクリル系樹脂混合液
(B型粘度計、20℃90センチポイズ)に硬化触媒と
して、ベンゾイルパーオキシドを樹脂液100部に対し
て、1重量部添加し、常温硬化型アクリル系樹脂液を調
製した。強化繊維として、炭素繊維3000本を集束し
てなる炭素繊維トウ(三菱レイヨン製パイロフィル T
R40)を製織(12.5本/インチ経緯糸とも)して
なる炭素繊維織布を用意した。これから以下の工程を経
て、シート状物を得た。上記織布をドクターナイフの直
前でポリエステルフィルム上に供給される樹脂成分とロ
ーラー対直前で接触させ付着物とする一方、上から重ね
たポリエステルフィルムとともに移送し(5.0m/
分)、間隙を0.4mmに設定したローラー対で含浸
し、ついで間隙を0.35mm設定したローラー対でさ
らに含浸を進めた。これを押し切りカッターで300m
m長に切断し、平坦なガラス板上にこれを26℃の室温
中に40分放置し、硬化を行った。得られたシート状物
の炭素繊維含有率は、40容積%であり、長さ方向、幅
方向に切断した厚み0.29mmの薄片の端面を研磨し
て光学顕微鏡観察を行ったところ、炭素繊維トウ中への
樹脂の含浸は良好であった。次に、このシート状物を9
0mm角に切断、積層し、250℃に設定した平金型
で、5kg/cm2の圧力で一体かし、外観の良好な2
mm厚の成形品を得た。これから切り出した試験片に対
して、ASTM D−790に準じた曲げ試験を実施を
実施したところ、曲げ強度85kg/mm2、曲げ弾性
率5ton/mm2と優れた特性を示した。
説明する。 (実施例1)熱可塑性重合体として、重合平均分子95
000のメタクリル酸メチルホモポリマー19部、メタ
クリル酸メチル81部、硬化促進剤として、ジメチル−
p−トルイジン0.8部からなるアクリル系樹脂混合液
(B型粘度計、20℃90センチポイズ)に硬化触媒と
して、ベンゾイルパーオキシドを樹脂液100部に対し
て、1重量部添加し、常温硬化型アクリル系樹脂液を調
製した。強化繊維として、炭素繊維3000本を集束し
てなる炭素繊維トウ(三菱レイヨン製パイロフィル T
R40)を製織(12.5本/インチ経緯糸とも)して
なる炭素繊維織布を用意した。これから以下の工程を経
て、シート状物を得た。上記織布をドクターナイフの直
前でポリエステルフィルム上に供給される樹脂成分とロ
ーラー対直前で接触させ付着物とする一方、上から重ね
たポリエステルフィルムとともに移送し(5.0m/
分)、間隙を0.4mmに設定したローラー対で含浸
し、ついで間隙を0.35mm設定したローラー対でさ
らに含浸を進めた。これを押し切りカッターで300m
m長に切断し、平坦なガラス板上にこれを26℃の室温
中に40分放置し、硬化を行った。得られたシート状物
の炭素繊維含有率は、40容積%であり、長さ方向、幅
方向に切断した厚み0.29mmの薄片の端面を研磨し
て光学顕微鏡観察を行ったところ、炭素繊維トウ中への
樹脂の含浸は良好であった。次に、このシート状物を9
0mm角に切断、積層し、250℃に設定した平金型
で、5kg/cm2の圧力で一体かし、外観の良好な2
mm厚の成形品を得た。これから切り出した試験片に対
して、ASTM D−790に準じた曲げ試験を実施を
実施したところ、曲げ強度85kg/mm2、曲げ弾性
率5ton/mm2と優れた特性を示した。
【0011】(実施例2)100℃に加熱した実質的に
無水のε−カプロラクタム100部にナトリウムメチラ
ート(純度95%)1.3部を添加し、副生するメタノ
ールを減圧下に取り除いて、A液:アルカリ触媒液を調
製した。100℃に加熱した実質的に無水のε−カプロ
ラクタム100部に、数平均分子量2000のポリオキ
シプロピレンジアミン25部、ヘキサメチレン−1,6
−ビスカルバミドカプロラクタム9.9部を添加し、窒
素ガス雰囲気下で攪拌し、B液を調製した。A液、B液
を混合攪拌後、直ちにドクターナイフに供給した。ドク
ターナイフ、ローラー対、を100℃に加熱した以外は
実施例1と同様にして、炭素繊維織布にナイロン樹脂を
含浸したシート状物を得た。得られたシート状物の炭素
繊維含有率は、40容積%であり、長さ方向、幅方向に
切断した厚み0.29mmの薄片の端面を研磨して光学
顕微鏡観察を行ったところ、炭素繊維トウ中への樹脂の
含浸は良好であった。次に、このシート状物を90mm
角に切断、積層し、250℃に設定した平金型で、5k
g/cm2の圧力で一体かし、外観の良好な2mm厚の
成形品を得た。これから切り出した試験片に対して、A
STM D−790に準じた曲げ試験を実施したとこ
ろ、曲げ強度85kg/mm2、曲げ弾性率5ton/
mm2と優れた特性を示した。
無水のε−カプロラクタム100部にナトリウムメチラ
ート(純度95%)1.3部を添加し、副生するメタノ
ールを減圧下に取り除いて、A液:アルカリ触媒液を調
製した。100℃に加熱した実質的に無水のε−カプロ
ラクタム100部に、数平均分子量2000のポリオキ
シプロピレンジアミン25部、ヘキサメチレン−1,6
−ビスカルバミドカプロラクタム9.9部を添加し、窒
素ガス雰囲気下で攪拌し、B液を調製した。A液、B液
を混合攪拌後、直ちにドクターナイフに供給した。ドク
ターナイフ、ローラー対、を100℃に加熱した以外は
実施例1と同様にして、炭素繊維織布にナイロン樹脂を
含浸したシート状物を得た。得られたシート状物の炭素
繊維含有率は、40容積%であり、長さ方向、幅方向に
切断した厚み0.29mmの薄片の端面を研磨して光学
顕微鏡観察を行ったところ、炭素繊維トウ中への樹脂の
含浸は良好であった。次に、このシート状物を90mm
角に切断、積層し、250℃に設定した平金型で、5k
g/cm2の圧力で一体かし、外観の良好な2mm厚の
成形品を得た。これから切り出した試験片に対して、A
STM D−790に準じた曲げ試験を実施したとこ
ろ、曲げ強度85kg/mm2、曲げ弾性率5ton/
mm2と優れた特性を示した。
【0012】(比較例1)実施例1と同じ炭素繊維織布
に、実施例1で用いた樹脂を重合固化した樹脂をメチル
エチルケトンに溶解した樹脂溶液(樹脂濃度10重量
%、溶液粘度100センチポイズ)に浸漬・乾燥をくり
かえし、シート状物を得た。得られたシート状物の長さ
方向、幅方向に切断した薄片の端面を研磨して光学顕微
鏡観察を行ったところ、溶剤残留のためと考えられるボ
イドが多数観察された。次に、このシート状物を実施例
1と同様な方法で、2mm厚の成形品を得、これから切
り出した試験片に対して、曲げ試験,層間せん断試験を
実施を実施したところ、曲げ強度40kg/mm2、曲
げ弾性率4ton/mm2、層間せん断強度2.5kg
/mm2と低調であった。
に、実施例1で用いた樹脂を重合固化した樹脂をメチル
エチルケトンに溶解した樹脂溶液(樹脂濃度10重量
%、溶液粘度100センチポイズ)に浸漬・乾燥をくり
かえし、シート状物を得た。得られたシート状物の長さ
方向、幅方向に切断した薄片の端面を研磨して光学顕微
鏡観察を行ったところ、溶剤残留のためと考えられるボ
イドが多数観察された。次に、このシート状物を実施例
1と同様な方法で、2mm厚の成形品を得、これから切
り出した試験片に対して、曲げ試験,層間せん断試験を
実施を実施したところ、曲げ強度40kg/mm2、曲
げ弾性率4ton/mm2、層間せん断強度2.5kg
/mm2と低調であった。
【0013】比較例2 実施例1と同じ炭素繊維織布に、実施例1で用いた樹脂
を重合固化した樹脂フィルム(0.2mm厚)を重ね、
熱プレス(240℃、20kg/cm2)中で、1時間
保持した後、圧力を保ったまま室温に冷却した。得られ
たシート状物を切断し、薄片の端面を研磨して光学顕微
鏡観察を行ったところ、炭素繊維トウ内部に樹脂の未含
浸部分が観察された。次に、このシート状物を実施例1
と同様な方法で、2mm厚の成形品を得、これから切り
出した試験片に対して、曲げ試験,層間せん断試験を実
施を実施したところ、曲げ強度30kg/mm2、曲げ
弾性率3ton/mm2、層間せん断強度1.5kg/
mm2と低調であった。
を重合固化した樹脂フィルム(0.2mm厚)を重ね、
熱プレス(240℃、20kg/cm2)中で、1時間
保持した後、圧力を保ったまま室温に冷却した。得られ
たシート状物を切断し、薄片の端面を研磨して光学顕微
鏡観察を行ったところ、炭素繊維トウ内部に樹脂の未含
浸部分が観察された。次に、このシート状物を実施例1
と同様な方法で、2mm厚の成形品を得、これから切り
出した試験片に対して、曲げ試験,層間せん断試験を実
施を実施したところ、曲げ強度30kg/mm2、曲げ
弾性率3ton/mm2、層間せん断強度1.5kg/
mm2と低調であった。
Claims (1)
- 【請求項1】 粘度が10から104センチポイズの範
囲にある常温または加熱重合性熱可塑性樹脂前駆体と強
化繊維とを複合してなり、前記強化繊維は、繊維長が少
なくとも10mmであり、かつ30〜80重量%含まれ
ていることを特徴とする熱可塑性複合材料前駆体、およ
びこれを常温または/および加熱によって重合硬化した
熱可塑性複合材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3234492A JPH05228928A (ja) | 1992-02-19 | 1992-02-19 | 熱可塑性複合材料前駆体および熱可塑性複合材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3234492A JPH05228928A (ja) | 1992-02-19 | 1992-02-19 | 熱可塑性複合材料前駆体および熱可塑性複合材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05228928A true JPH05228928A (ja) | 1993-09-07 |
Family
ID=12356347
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3234492A Pending JPH05228928A (ja) | 1992-02-19 | 1992-02-19 | 熱可塑性複合材料前駆体および熱可塑性複合材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05228928A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018076510A (ja) * | 2011-10-21 | 2018-05-17 | アルケマ フランス | イン・サイテュ重合で得られる熱可塑性(メタ)アクリル樹脂の複合材料と、その使用 |
| JP2018162461A (ja) * | 2012-07-18 | 2018-10-18 | アルケマ フランス | 繊維状基材の含浸方法、含浸方法用の液体状(メタ)アクリルシロップ剤、その重合方法、及びその得られた構造化物品 |
-
1992
- 1992-02-19 JP JP3234492A patent/JPH05228928A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018076510A (ja) * | 2011-10-21 | 2018-05-17 | アルケマ フランス | イン・サイテュ重合で得られる熱可塑性(メタ)アクリル樹脂の複合材料と、その使用 |
| JP2018162461A (ja) * | 2012-07-18 | 2018-10-18 | アルケマ フランス | 繊維状基材の含浸方法、含浸方法用の液体状(メタ)アクリルシロップ剤、その重合方法、及びその得られた構造化物品 |
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