JPH08156115A - 炭素繊維強化複合材料 - Google Patents
炭素繊維強化複合材料Info
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- JPH08156115A JPH08156115A JP6301938A JP30193894A JPH08156115A JP H08156115 A JPH08156115 A JP H08156115A JP 6301938 A JP6301938 A JP 6301938A JP 30193894 A JP30193894 A JP 30193894A JP H08156115 A JPH08156115 A JP H08156115A
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Abstract
用いて高い力学特性を発現する炭素繊維強化複合材料を
提供する。 【構成】ベースレジンにエポキシ樹脂、硬化剤に酸無水
物、硬化触媒にイミダゾール系触媒を用い、カルボキシ
ル基を持つ高分子量界面活性剤０．１〜３重量部を添加
物として加えたエポキシ樹脂組成物をマトリックス樹脂
とし、ポリアクリロニトリル系プレカーサーを原料とす
る炭素繊維を強化繊維とした炭素繊維強化複合材料。
Description
（以下、略してＰＡＮと称する）系プレカーサーを原料
とする炭素繊維を強化繊維に用いた炭素繊維強化複合材
料の改良に関するものである。
的性質により、航空宇宙用途を始め、スポーツ、レジャ
ー用途などの商品として生産・販売されているが、これ
ら炭素繊維強化複合材料の高性能化のために、炭素繊維
強化複合材料としたときに高い力学特性を発現するマト
リックス樹脂が要求されている。
維（以下、一括して炭素繊維と称する）と複合材料にし
たときに高い力学特性を発現する必要があり、マトリッ
クス樹脂自身の性能だけでなく、炭素繊維との接着強度
や炭素繊維トウへの含浸性が高くなければならない。す
なわち、マトリックス樹脂の炭素繊維トウへの含浸性を
高めるあるいはマトリックス樹脂と炭素繊維の接着強度
を高めることで曲げ強度や曲げ弾性率等の炭素繊維強化
複合材料の力学特性を向上させることができる。
は悪く、炭素繊維との接着強度が高いといわれるエポキ
シ樹脂との炭素繊維強化複合材料でさえ炭素繊維−マト
リックス樹脂界面破壊が律速となり十分な強度を得られ
ないことが多い。炭素繊維とマトリックス樹脂の接着強
度の向上は通常、炭素繊維表面の電界処理やサイズ処理
等のように炭素繊維の表面改質に頼っているのが現状で
ある。
ては、炭素繊維の表面処理やサイズ剤などの変更が提案
されている。しかし、マトリックス樹脂により有効に働
くサイズ剤が異なるため炭素繊維をサイズ剤だけで数種
に区別しなければならない。また、表面処理は炭素繊維
表面の脆性化を防ぐために低いレベルに制限される。
弾性率レベルごとに炭素繊維表面の脆性化が起こらない
程度のレベルで固定されている。また、炭素繊維のサイ
ズ剤は収束性が重視されるためにその種類が限定され、
マトリックス樹脂と高い濡れ性や高い接着性を示すサイ
ズ剤を見いだすのは困難である。
の含浸性はマトリックス樹脂の粘度や炭素繊維とマトリ
ックス樹脂の濡れ性に大きな影響を受ける。このうち、
マトリックス樹脂の粘度は中間材の形態によりかなり制
限される。特に、炭素繊維強化複合材料の中間材として
最もよく用いられているプリプレグの粘度は数１０ｐｏ
ｉｓｅオーダーであり、粘度低下により含浸性を高める
のは困難である。また、濡れ性には炭素繊維、マトリッ
クス樹脂それぞれの電気的性質、表面自由エネルギー等
の様々な因子が効いており、全ての因子を満足させるの
は非常に困難である。マトリックス樹脂自身の硬化性や
強度、耐熱性等を所望のレベルに到達させようとすると
更に困難になる。
の問題点を解消し、ＰＡＮ系プレカーサーを原料とする
炭素繊維を用いて高い力学特性を発現する炭素繊維強化
複合材料の提供を課題とするものである。
にエポキシ樹脂、硬化剤に酸無水物、硬化触媒にイミダ
ゾール系触媒を用い、カルボキシル基を持つ高分子量界
面活性剤０．１〜３重量部を添加物として加えたエポキ
シ樹脂組成物をマトリックス樹脂とし、ポリアクリロニ
トリル系プレカーサーを原料とする炭素繊維を強化繊維
とした炭素繊維強化複合材料を上記課題を解決するため
の手段とする。
スフェノールＡジグリシジルエーテル、ビスフェノール
Ｆジグリシジルエーテル、ビスフェノールＳジグリシジ
ルエーテル、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタ
ン、クレゾールノボラックポリグリシジルエーテル、フ
ェノールノボラックポリグリシジルエーテルを挙げるこ
とができる。エポキシ樹脂であればこれらに制限される
ことはないが、強度、接着性、耐熱性等の物性のバラン
スのとれたビスフェノールＡジグリシジルエーテル、ビ
スフェノールＦジグリシジルエーテルが望ましい。
タル酸、無水メチルナジック酸を挙げることができ、そ
の添加量としてはエポキシ樹脂に対する量論量の５０〜
１２０％でなければならない。これは、この範囲を越え
ると硬化物の耐熱性が低下するためである。７０〜１０
０％はさらに好ましい。
は２−エチル−４−メチルイミダゾール、１−ベンジル
−２−メチルイミダゾールを挙げることができ、対エポ
キシ重量部は０．１〜５重量部が好ましい。この範囲よ
りも少ないと硬化速度が著しく遅くなり、この範囲より
も多いと中間材状態時の樹脂粘度の安定性が著しく損な
われるので好ましくない。０．５〜３重量部はさらに好
ましい。
活性剤は本発明におけるもっとも重要な因子である。な
ぜならばカルボキシル基を持つ高分子量界面活性剤を添
加することにより初めて、マトリックス樹脂の炭素繊維
トウへの優れた含浸性、マトリックス樹脂と炭素繊維の
優れた接着性を賦与することができるからである。すな
わち、カルボキシル基を持つ高分子量界面活性剤を添加
することでマトリックス樹脂の表面張力を下げてマトリ
ックス樹脂の炭素繊維トウへの含浸性を上げ、なおか
つ、マトリックス樹脂硬化時に炭素繊維−マトリックス
樹脂界面で高分子量界面活性剤自身も反応に関与するこ
とでバインダーとしての役割を果たし炭素繊維−マトリ
ックス界面の接着強度を上げるためである。さらにはマ
トリックス樹脂の表面張力を低下させるために、ボイド
源となる空気を抜け易くする働きもある。
ボキシル基を持っておらねばならず、高分子ポリカルボ
ン酸のアンモニウム塩や高分子飽和ポリエステル等を挙
げることができる。添加量は対エポキシ重量部で０．１
〜３重量部でなければならない。これは、これより少な
いと添加の効果が現れず、多すぎると耐熱性の低下等の
デメリットが大きいためである。０．５〜２重量部はさ
らに好ましい。
レカーサーを原料とするものであれば特に制限はなく、
炭素繊維製造時の焼成条件や炭素繊維の弾性率レベルな
どにも制限されない。
に関しては、オートクレーブ法、フィラメントワインデ
ィング法、レジントランスファーモールディング法等、
公知の方法のいずれでもよい。ただし、本発明における
エポキシ樹脂の脱泡性を活かす方法としてフィラメント
ワインディングやレジントランスファーモールディング
などのように低粘度エポキシ樹脂として用いる方法が好
ましい。
る。尚、実施例及び比較例におけるエポキシ樹脂の調
整、炭素繊維強化複合材料の作製、並びに炭素繊維強化
複合材料の曲げ強度及びＴｇの測定法等は以下の方法に
拠る。
ノールＦジグリシジルエーテル（ＤＧＥＢＦ：油化シェ
ルエポキシ社製Ｅｐ８０７）２００ｇ（１００重量
部）、メチルテトラヒドロ無水フタル酸（ＭｅＴＨＰ
Ａ）１８０ｇ（９０重量部）、２エチル４メチルイミダ
ゾール（２Ｅ４ＭＺ）１．５ｇ（０．７５重量部）、高
分子ポリカルボン酸アルキルアンモニウム塩（ＰＣＡ
Ｓ：ＢＹＫ Ｃｈｅｍｉｅ社製ＢＹＫ−Ｗ９６０）をフ
ラスコ内で混合攪拌し、エポキシ樹脂を調製した。
このエポキシ樹脂と弾性率４０トンタイプＰＡＮ系炭素
繊維（三菱レイヨン社製ＨＲ４０−１２Ｍ）を用いて、
フィラメントワインディング法により炭素繊維強化複合
材料を作製した。平板状の型に巻き付け、プレス機で加
圧昇温して平板型の炭素繊維強化複合材料を得た。マト
リックス樹脂の硬化条件は１４０℃×１ｈｒとした。
の測定」：炭素繊維強化複合材料の０度及び９０度曲げ
強度を測定した。Ｌ／Ｄは９０度曲げ試験で１６、０度
曲げ試験で４０とし、圧子先端半径３．２ｍｍの圧子を
用いた。
定」：ＴＭＡにより炭素繊維強化複合材料のＴｇを測定
した。測定条件は昇温速度１０℃／ｍｉｎとした。
部）加えてエポキシ樹脂を調製し、そのエポキシ樹脂で
炭素繊維強化複合材料を作製した。この炭素繊維強化複
合材料の０度及び９０度曲げ強度、ＩＬＳＳを表１に示
す。
施例１と同様にして炭素繊維強化複合材料を作製した。
この炭素繊維強化複合材料の０度及び９０度曲げ強度、
ＩＬＳＳを実施例１の結果と共に表１に示す。
それぞれ１ｇ（０．５重量部、実施例２−１）、３ｇ
（１．５重量部、実施例２−２）、５ｇ（２．５重量
部、実施例２−３）に変える以外は実施例１と同様にし
て３種の炭素繊維強化複合材料を作製した。これらの９
０度曲げ強度、Ｔｇを測定した。結果を表２に示す。
それぞれ０（０重量部、比較例２−１）、７ｇ（３．５
重量部、比較例２−２）に変える以外は実施例１と同様
にして２種の炭素繊維強化複合材料を作製した。これら
炭素繊維強化複合材料の９０度曲げ強度、Ｔｇを実施例
２の結果と共に表２に示す。同表に示すようにＰＣＡＳ
を加えることで９０°曲げ強度は、無添加のものに比べ
て同等あるいは高い値を示した。またＴｇについては、
５ｇ（２．５重量部）の添加までは無添加のものと同程
度であるが、７ｇ（３．５重量部）添加すると無添加の
ものに比べて２０℃も低くなっている。
３ｇ（１．５重量部）にしたエポキシ樹脂を用いて、フ
ィラメントワインディング法により円筒形マンドレルに
８５度ヘリカル巻にして、円筒形炭素繊維強化複合材料
を作製した。硬化条件は平板時と同じく１４０℃×１ｈ
ｒとした。これら円筒形炭素繊維強化複合材料の軸方向
断面を光学顕微鏡で観察したところボイドはほとんど存
在していなかった。
添加しないエポキシ樹脂を用いる以外は実施例３と同様
にして円筒形炭素繊維強化複合材料を形成した。得られ
た複合材料の軸方向断面を光学顕微鏡で観察したとこ
ろ、ボイドがかなり多く存在しているのが確認された。
アクリロニトリル系プレカーサーを原料とする炭素繊維
を用いた炭素繊維強化複合材料であって、ボイドがほと
んどなく、従来品よりも高い力学特性をもった炭素繊維
強化複合材料である。
Claims (1)
- 【請求項１】 ベースレジンにエポキシ樹脂、硬化剤に
酸無水物、硬化触媒にイミダゾール系触媒を用い、カル
ボキシル基を持つ高分子量界面活性剤０．１〜３重量部
を添加物として加えたエポキシ樹脂組成物をマトリック
ス樹脂とし、ポリアクリロニトリル系プレカーサーを原
料とする炭素繊維を強化繊維とした炭素繊維強化複合材
料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30193894A JP3517468B2 (ja) | 1994-12-06 | 1994-12-06 | 炭素繊維強化複合材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30193894A JP3517468B2 (ja) | 1994-12-06 | 1994-12-06 | 炭素繊維強化複合材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08156115A true JPH08156115A (ja) | 1996-06-18 |
| JP3517468B2 JP3517468B2 (ja) | 2004-04-12 |
Family
ID=17902922
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30193894A Expired - Lifetime JP3517468B2 (ja) | 1994-12-06 | 1994-12-06 | 炭素繊維強化複合材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3517468B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020184324A1 (ja) | 2019-03-08 | 2020-09-17 | 株式会社Adeka | 繊維強化プラスチック用樹脂組成物、及び該組成物を含有する繊維強化プラスチック |
-
1994
- 1994-12-06 JP JP30193894A patent/JP3517468B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020184324A1 (ja) | 2019-03-08 | 2020-09-17 | 株式会社Adeka | 繊維強化プラスチック用樹脂組成物、及び該組成物を含有する繊維強化プラスチック |
| KR20210136985A (ko) | 2019-03-08 | 2021-11-17 | 가부시키가이샤 아데카 | 섬유강화 플라스틱용 수지 조성물, 및 상기 조성물을 함유하는 섬유강화 플라스틱 |
| US12435178B2 (en) | 2019-03-08 | 2025-10-07 | Adeka Corporation | Resin composition for fiber-reinforced plastic, and fiberreinforced plastic containing said composition |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3517468B2 (ja) | 2004-04-12 |
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