JPS621969B2 - - Google Patents
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- JPS621969B2 JPS621969B2 JP51148561A JP14856176A JPS621969B2 JP S621969 B2 JPS621969 B2 JP S621969B2 JP 51148561 A JP51148561 A JP 51148561A JP 14856176 A JP14856176 A JP 14856176A JP S621969 B2 JPS621969 B2 JP S621969B2
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Description
本発明は、高弾性率の強化繊維材料炭素繊維
と、成形条件下で溶融可能の熱可塑性繊維状マト
リツクス重合体とを特定量均一に混合した炭素繊
維強化複合材料成形用混合繊維マツトに関するも
のである。該混合繊維マツトは、これを加熱圧縮
し、マトリツクス重合体を溶融させ成形して、炭
素繊維強化複合材料を製造するために使用され
る。 本発明において強化繊維材料の炭素繊維は、成
形後も成形物内で繊維状の形態を保ち、成形物を
強化する役割を果す。熱可塑性繊維状マトリツク
ス重合体とは、成形時に溶融し成形物のマトリツ
クスとなる繊維状重合体を意味する。 従来、熱可塑性樹脂をマトリツクスとする圧縮
成形による繊維強化複合材料の成形方法として
は、下記のものが知られている。 (イ) エクストルーダーその他で、樹脂を溶融させ
て強化繊維と混合し、ペレツト状に予備成形し
たものを金型の中に入れ、圧縮成形する方法。 (ロ) 粉体あるいはペレツト状の重合体と強化繊維
材料との混合物を金型に入れ、圧縮成形する方
法。 しかるに、(イ)の方法では、混合時に繊維が非常
に短く粉砕され、強化繊維材料による強化効果が
充分に発揮できなかつた。(ロ)の方法では繊維と重
合体との均一な混合が困難であり、又、均一に混
合できたとしても、成形までの間に分離し易く、
成形物の均一性に問題があつた。 一方、強化繊維材料と粉末状の重合体を混合
し、成形する方法も知られている（特公昭51−
44148号公報）。しかるに、該方法によれば、粉末
状の重合体が捕集ネツトを通過してしまつたり、
又、混合した粉末状の重合体が成形前に分離し易
かつたりして、前記(ロ)と同様の問題があつた。２
種以上の繊維が混合されたマツトは知られている
が、本発明の如き、強化繊維材料の炭素繊維と熱
可塑性繊維状マトリツクス重合体よりなる混合繊
維マツトについては、又は、該混合繊維マツトに
他の樹脂を加えることなく、このまま加熱圧縮し
て炭素繊維強化複合材料を得ることについては知
られていない。 本発明の混合繊維マツトを使用すると、強化繊
維材料が均一に分散した高性能な炭素繊維強化複
合材料が容易に得られる。加えて本発明の混合繊
維マツトは、比較的長い繊維長の強化繊維を含ま
せ、かつ、しなやかな繊維状マトリツクス重合体
を多量に含ませることができるので、取扱いが非
常に容易であり、又、取扱い中に強化繊維材料と
マトリツクス重合体が分離することもない。以
下、本発明を詳しく説明する。 本発明の混合繊維マツトは、弾性率5t／mm2以上
の強化繊維材料炭素繊維５〜50％（重量、以下同
じ）と成形条件下で溶融可能の熱可塑性繊維状マ
トリツクス重合体95〜50％よりなるものである。
強化繊維材料炭素繊維の弾性率が5t／mm2未満で
は、複合材料とした時に充分な弾性率が得られ
ず、複合材料とする意味が薄れる。本発明におけ
る強化繊維材料は炭素繊維（黒鉛繊維も含む）で
ある。又、本発明における熱可塑性繊維状マトリ
ツクス重合体は、成形条件下で溶融可能の熱可塑
性重合体、例えばポリアミド、ポリエステル、ポ
リプロピレン、ポリエチレン等の繊維状物であ
る。これらは最初から繊維状に紡糸したものでな
くとも、例えばスプリツトフアイバー等でも良
い。 強化繊維材料炭素繊維と熱可塑性繊維状マトリ
ツクス重合体との混合割合は、前者が５〜50％、
後者が95〜50％であることが必要である。強化材
料炭素繊維が５％未満では複合材料とした時の物
性の改良が充分でない。又、強化材料炭素繊維が
50％超では加熱圧縮成形しても強化繊維間をマト
リツクス重合体により完全に埋めることができ
ず、成形物に空隙が残るために、やはり物性が低
下する。強化繊維材料、繊維状マトリツクス重合
体共１種類である必要はなく、２種以上の繊維の
混合物であつても良い。 本発明の混合繊維マツトの製造は繊維成分を気
体又は液体媒体中に分散し、次いでネツト上に捕
集する手段を用いることにより、均一に混合した
ものとして得られる。 例えば、切断した各繊維を気体又は液体媒体中
に分散させネツトを用いてマツト状に捕集し、混
合繊維マツトとする方法、あるいは、スライバ
ー、短繊維ウエブ、トウ等を有針ローター又は針
布等で掻切しつつ切断し繊維を空気流を用いてネ
ツト上に捕集しウエブとする、いわゆる分繊飛動
法による方法を採ることもできる。 この分繊飛動法によつてマツトを得る場合、混
合する繊維のうち高伸度の熱可塑性重合体繊維を
予め切断した状態で、ローター等の掻切機構に供
給しなければならない。これは、炭素繊維と熱可
塑性マトリツクス重合体繊維とは伸度が異り、炭
素繊維は伸度が低く切断し易いために、同一条件
の場合、非常に短く切断されてしまうこと及び、
複合材料とした場合に、炭素繊維の繊維長は、な
るべく長い方が好ましいこと、熱可塑性重合体繊
維は一般に柔軟性に富み加工性、取扱性がよいた
め切断後ラツプ、スライバー等として供給するの
に適していること、等の理由によるものである。 本発明の混合繊維マツトは加熱圧縮成形するこ
とにより、比較的長い強化繊維材料がきわめて均
一に分散した複合材料を得ることができる。成形
時の温度は使用したマトリツクス重合体の融点以
上で行う。成形圧力は強化繊維材料と繊維マトリ
ツクス重合体の混合割合及び強化繊維材料の弾性
率によつて異なるが、通常は５Kg／cm2から100
Kg／cm2である。本発明の混合繊維マツトは板状に
連続的に成形することもでき、又、混合繊維マツ
トを金型に入れて、バツチ的に成形することも可
能である。 本発明の混合繊維マツトの製造の際、気体又は
液体媒体中に各繊維を分散し、これをネツト上に
捕集する方法によれば、強化繊維材料炭素繊維と
繊維状マトリツクス重合体とが非常に良く混合し
た薄いものにすることができるので、これを使用
して成形すると、目付100g／m2の如き、きわめ
て薄いシート状成形物を得ることも可能である。
更に又、本発明の混合繊維マツトは自由に変形で
きるため平板のみならず、波板状、円錐状、ドー
ム状、トレイ状等にも成形可能であり、非常に有
用である。又あまり変形を必要としない用途、例
えば平板、波板等の成形用には、少量のバインダ
ーを付着させて、取扱性を向上させることも可能
である。 以下、実施例（本発明品を使用した成形例を含
む）にて本発明を説明する。 実施例 １ ３デニール、繊維長45mmの市販のポリアミド−
６、ステープルフアイバーより、紡績用カード機
を用いて巾40cm、目付63g／m2のラツプを得た。
次いで得られたラツプと共に、弾性率23t／mm2、
直径７μの炭素繊維6000本からなり、1m当りの
重さ0.41gの連続炭素繊維束40本を１cm間隔で巾
40cmに並べて分繊飛動法装置に供給した。供給速
度はポリアミド繊維のラツプ、炭素繊維共に
1m／分であり、ローター（直径20cm）の回転は
3000rpm、捕集ネツト速度1.04m／分で炭素繊維
40％、ポリアミド−６繊維60％からなる幅40cm、
目付100g／m2の炭素繊維・ポリアミド−６繊維
混合マツトを得た。この混合繊維マツトは両繊維
が均一に混合されており、相互の分離もなく保護
紙と共に70mmφの紙管に巻き取ることができ、取
扱性もよかつた。又炭素繊維の平均切断長は25mm
であつた。 実施例 ２ 実施例１と同様にして炭素繊維・ポリアミド−
６繊維混合マツトを得た。このものを200mm×200
mmの大きさに切り取り、24枚重ねて厚さ２mmのス
ペーサーの付いた２枚の金属板の間にはさみ、
250℃に加熱してあるプレスにセツトし、圧力50
Kg／cm2で５分間圧縮し、圧縮したまま100℃以下
まで急冷した。得られた成形物は厚さ２mm、密度
1.30g／cm3であり、曲げ強度30.3Kg／mm2、曲げ弾
性率1.5t／mm2であつた。 実施例 ３ 実施例１と同様にして混合繊維マツトを得た。
該マツト１枚を、２枚の平らな金属板に挾んで20
Kg／cm2の圧力、240℃で３分間圧縮し、圧縮した
まま100℃以下まで急冷した。得られた成形物
は、厚さ0.11mm、密度0.90g／cm3であり、東洋測
器(株)製バイブロンDDS−型を用いて測定した
動的弾性率は0.9t／mm2であつた。 実施例 ４ ポリアミド−６繊維のラツプの目付と炭素繊維
の供給間隔を種々変えた他は実施例１と同様にし
て下記の組成の炭素繊維、ポリアミド−６繊維混
合マツトを製造した。 得られたマツトより実施例２と同様にして厚さ
２mmの成形物を作つた。得られた複合材料の物性
は下記の如くであつた。
と、成形条件下で溶融可能の熱可塑性繊維状マト
リツクス重合体とを特定量均一に混合した炭素繊
維強化複合材料成形用混合繊維マツトに関するも
のである。該混合繊維マツトは、これを加熱圧縮
し、マトリツクス重合体を溶融させ成形して、炭
素繊維強化複合材料を製造するために使用され
る。 本発明において強化繊維材料の炭素繊維は、成
形後も成形物内で繊維状の形態を保ち、成形物を
強化する役割を果す。熱可塑性繊維状マトリツク
ス重合体とは、成形時に溶融し成形物のマトリツ
クスとなる繊維状重合体を意味する。 従来、熱可塑性樹脂をマトリツクスとする圧縮
成形による繊維強化複合材料の成形方法として
は、下記のものが知られている。 (イ) エクストルーダーその他で、樹脂を溶融させ
て強化繊維と混合し、ペレツト状に予備成形し
たものを金型の中に入れ、圧縮成形する方法。 (ロ) 粉体あるいはペレツト状の重合体と強化繊維
材料との混合物を金型に入れ、圧縮成形する方
法。 しかるに、(イ)の方法では、混合時に繊維が非常
に短く粉砕され、強化繊維材料による強化効果が
充分に発揮できなかつた。(ロ)の方法では繊維と重
合体との均一な混合が困難であり、又、均一に混
合できたとしても、成形までの間に分離し易く、
成形物の均一性に問題があつた。 一方、強化繊維材料と粉末状の重合体を混合
し、成形する方法も知られている（特公昭51−
44148号公報）。しかるに、該方法によれば、粉末
状の重合体が捕集ネツトを通過してしまつたり、
又、混合した粉末状の重合体が成形前に分離し易
かつたりして、前記(ロ)と同様の問題があつた。２
種以上の繊維が混合されたマツトは知られている
が、本発明の如き、強化繊維材料の炭素繊維と熱
可塑性繊維状マトリツクス重合体よりなる混合繊
維マツトについては、又は、該混合繊維マツトに
他の樹脂を加えることなく、このまま加熱圧縮し
て炭素繊維強化複合材料を得ることについては知
られていない。 本発明の混合繊維マツトを使用すると、強化繊
維材料が均一に分散した高性能な炭素繊維強化複
合材料が容易に得られる。加えて本発明の混合繊
維マツトは、比較的長い繊維長の強化繊維を含ま
せ、かつ、しなやかな繊維状マトリツクス重合体
を多量に含ませることができるので、取扱いが非
常に容易であり、又、取扱い中に強化繊維材料と
マトリツクス重合体が分離することもない。以
下、本発明を詳しく説明する。 本発明の混合繊維マツトは、弾性率5t／mm2以上
の強化繊維材料炭素繊維５〜50％（重量、以下同
じ）と成形条件下で溶融可能の熱可塑性繊維状マ
トリツクス重合体95〜50％よりなるものである。
強化繊維材料炭素繊維の弾性率が5t／mm2未満で
は、複合材料とした時に充分な弾性率が得られ
ず、複合材料とする意味が薄れる。本発明におけ
る強化繊維材料は炭素繊維（黒鉛繊維も含む）で
ある。又、本発明における熱可塑性繊維状マトリ
ツクス重合体は、成形条件下で溶融可能の熱可塑
性重合体、例えばポリアミド、ポリエステル、ポ
リプロピレン、ポリエチレン等の繊維状物であ
る。これらは最初から繊維状に紡糸したものでな
くとも、例えばスプリツトフアイバー等でも良
い。 強化繊維材料炭素繊維と熱可塑性繊維状マトリ
ツクス重合体との混合割合は、前者が５〜50％、
後者が95〜50％であることが必要である。強化材
料炭素繊維が５％未満では複合材料とした時の物
性の改良が充分でない。又、強化材料炭素繊維が
50％超では加熱圧縮成形しても強化繊維間をマト
リツクス重合体により完全に埋めることができ
ず、成形物に空隙が残るために、やはり物性が低
下する。強化繊維材料、繊維状マトリツクス重合
体共１種類である必要はなく、２種以上の繊維の
混合物であつても良い。 本発明の混合繊維マツトの製造は繊維成分を気
体又は液体媒体中に分散し、次いでネツト上に捕
集する手段を用いることにより、均一に混合した
ものとして得られる。 例えば、切断した各繊維を気体又は液体媒体中
に分散させネツトを用いてマツト状に捕集し、混
合繊維マツトとする方法、あるいは、スライバ
ー、短繊維ウエブ、トウ等を有針ローター又は針
布等で掻切しつつ切断し繊維を空気流を用いてネ
ツト上に捕集しウエブとする、いわゆる分繊飛動
法による方法を採ることもできる。 この分繊飛動法によつてマツトを得る場合、混
合する繊維のうち高伸度の熱可塑性重合体繊維を
予め切断した状態で、ローター等の掻切機構に供
給しなければならない。これは、炭素繊維と熱可
塑性マトリツクス重合体繊維とは伸度が異り、炭
素繊維は伸度が低く切断し易いために、同一条件
の場合、非常に短く切断されてしまうこと及び、
複合材料とした場合に、炭素繊維の繊維長は、な
るべく長い方が好ましいこと、熱可塑性重合体繊
維は一般に柔軟性に富み加工性、取扱性がよいた
め切断後ラツプ、スライバー等として供給するの
に適していること、等の理由によるものである。 本発明の混合繊維マツトは加熱圧縮成形するこ
とにより、比較的長い強化繊維材料がきわめて均
一に分散した複合材料を得ることができる。成形
時の温度は使用したマトリツクス重合体の融点以
上で行う。成形圧力は強化繊維材料と繊維マトリ
ツクス重合体の混合割合及び強化繊維材料の弾性
率によつて異なるが、通常は５Kg／cm2から100
Kg／cm2である。本発明の混合繊維マツトは板状に
連続的に成形することもでき、又、混合繊維マツ
トを金型に入れて、バツチ的に成形することも可
能である。 本発明の混合繊維マツトの製造の際、気体又は
液体媒体中に各繊維を分散し、これをネツト上に
捕集する方法によれば、強化繊維材料炭素繊維と
繊維状マトリツクス重合体とが非常に良く混合し
た薄いものにすることができるので、これを使用
して成形すると、目付100g／m2の如き、きわめ
て薄いシート状成形物を得ることも可能である。
更に又、本発明の混合繊維マツトは自由に変形で
きるため平板のみならず、波板状、円錐状、ドー
ム状、トレイ状等にも成形可能であり、非常に有
用である。又あまり変形を必要としない用途、例
えば平板、波板等の成形用には、少量のバインダ
ーを付着させて、取扱性を向上させることも可能
である。 以下、実施例（本発明品を使用した成形例を含
む）にて本発明を説明する。 実施例 １ ３デニール、繊維長45mmの市販のポリアミド−
６、ステープルフアイバーより、紡績用カード機
を用いて巾40cm、目付63g／m2のラツプを得た。
次いで得られたラツプと共に、弾性率23t／mm2、
直径７μの炭素繊維6000本からなり、1m当りの
重さ0.41gの連続炭素繊維束40本を１cm間隔で巾
40cmに並べて分繊飛動法装置に供給した。供給速
度はポリアミド繊維のラツプ、炭素繊維共に
1m／分であり、ローター（直径20cm）の回転は
3000rpm、捕集ネツト速度1.04m／分で炭素繊維
40％、ポリアミド−６繊維60％からなる幅40cm、
目付100g／m2の炭素繊維・ポリアミド−６繊維
混合マツトを得た。この混合繊維マツトは両繊維
が均一に混合されており、相互の分離もなく保護
紙と共に70mmφの紙管に巻き取ることができ、取
扱性もよかつた。又炭素繊維の平均切断長は25mm
であつた。 実施例 ２ 実施例１と同様にして炭素繊維・ポリアミド−
６繊維混合マツトを得た。このものを200mm×200
mmの大きさに切り取り、24枚重ねて厚さ２mmのス
ペーサーの付いた２枚の金属板の間にはさみ、
250℃に加熱してあるプレスにセツトし、圧力50
Kg／cm2で５分間圧縮し、圧縮したまま100℃以下
まで急冷した。得られた成形物は厚さ２mm、密度
1.30g／cm3であり、曲げ強度30.3Kg／mm2、曲げ弾
性率1.5t／mm2であつた。 実施例 ３ 実施例１と同様にして混合繊維マツトを得た。
該マツト１枚を、２枚の平らな金属板に挾んで20
Kg／cm2の圧力、240℃で３分間圧縮し、圧縮した
まま100℃以下まで急冷した。得られた成形物
は、厚さ0.11mm、密度0.90g／cm3であり、東洋測
器(株)製バイブロンDDS−型を用いて測定した
動的弾性率は0.9t／mm2であつた。 実施例 ４ ポリアミド−６繊維のラツプの目付と炭素繊維
の供給間隔を種々変えた他は実施例１と同様にし
て下記の組成の炭素繊維、ポリアミド−６繊維混
合マツトを製造した。 得られたマツトより実施例２と同様にして厚さ
２mmの成形物を作つた。得られた複合材料の物性
は下記の如くであつた。
【表】
表より明らかな如く、炭素繊維の割合が、５％
未満では強化繊維の効果が少なく、又50％超では
マトリツクス樹脂により、炭素繊維の間の空間を
埋めることができず、得られた成形物はボイドが
多く、強度、弾性率共に低下する。 実施例 ５ 繊維長40mm、５デニールPET（ポリエチレン
テレフタレート）繊維のラツプと、連続炭素繊維
束を用い、実施例１と同様にして炭素繊維40％、
ポリエステル繊維60％からなる、目付150g／m2
の混合繊維マツトを製造した。 得られたマツトをスピーカーコーン用の金型に
セツトし、温度280℃、圧力15Kg／cm2で２分間圧
縮し、圧縮したまま150℃以下に急冷し直径20
cm、深さ8.5cmのスピーカーコーンを得た。得ら
れたスピーカーコーンの厚みは均一であり、重さ
は4.7gであつた。実施例３と同様にして測定した
動的比弾性率（動的弾性率／密度）は9.5×1010
cm2／sec2であり、tanδは0.023であつた。又得ら
れたスピーカーコーンにブタジエン−アクリロニ
トリル共重合体ゴムのエマルジヨンを乾燥後の塗
布量が2.0gとなる如く均一に塗布し乾燥した。得
られたスピーカーコーンの動的比弾性率は6.7×
1010cm2／sec2と多少低下したが、tanδは0.072に
向上した、試聴テストの結果どちらも良好な音質
であつたが、ゴムを塗布したものは特にすぐれて
いた。
未満では強化繊維の効果が少なく、又50％超では
マトリツクス樹脂により、炭素繊維の間の空間を
埋めることができず、得られた成形物はボイドが
多く、強度、弾性率共に低下する。 実施例 ５ 繊維長40mm、５デニールPET（ポリエチレン
テレフタレート）繊維のラツプと、連続炭素繊維
束を用い、実施例１と同様にして炭素繊維40％、
ポリエステル繊維60％からなる、目付150g／m2
の混合繊維マツトを製造した。 得られたマツトをスピーカーコーン用の金型に
セツトし、温度280℃、圧力15Kg／cm2で２分間圧
縮し、圧縮したまま150℃以下に急冷し直径20
cm、深さ8.5cmのスピーカーコーンを得た。得ら
れたスピーカーコーンの厚みは均一であり、重さ
は4.7gであつた。実施例３と同様にして測定した
動的比弾性率（動的弾性率／密度）は9.5×1010
cm2／sec2であり、tanδは0.023であつた。又得ら
れたスピーカーコーンにブタジエン−アクリロニ
トリル共重合体ゴムのエマルジヨンを乾燥後の塗
布量が2.0gとなる如く均一に塗布し乾燥した。得
られたスピーカーコーンの動的比弾性率は6.7×
1010cm2／sec2と多少低下したが、tanδは0.072に
向上した、試聴テストの結果どちらも良好な音質
であつたが、ゴムを塗布したものは特にすぐれて
いた。
Claims (1)
- １ 弾性率5t／mm2２以上の強化繊維材料炭素繊維
５〜50重量％と成形条件下で溶融可能の熱可塑性
繊維状マトリツクス重合体95〜50重量％よりな
り、両繊維が均一に混合された炭素繊維強化複合
材料成形用混合繊維マツト。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14856176A JPS5373267A (en) | 1976-12-10 | 1976-12-10 | Molding of blended fiber mat and composite material |
| GB51263/77A GB1559660A (en) | 1976-12-10 | 1977-12-09 | Mixed fibrous mat and method for producing fibre reinforced composite material |
| DE2754929A DE2754929C3 (de) | 1976-12-10 | 1977-12-09 | Verfahren zur Herstellung eines Mischfaser-Rohvlieses zur Bildung von verstärkten thermoplastischen Gegenständen |
| CA292,823A CA1104315A (en) | 1976-12-10 | 1977-12-09 | Mixed fibrous mat and method for molding fiber- reinforced composite material |
| US05/859,634 US4229397A (en) | 1976-12-10 | 1977-12-12 | Method for forming fiber-reinforced composite material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14856176A JPS5373267A (en) | 1976-12-10 | 1976-12-10 | Molding of blended fiber mat and composite material |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5373267A JPS5373267A (en) | 1978-06-29 |
| JPS621969B2 true JPS621969B2 (ja) | 1987-01-17 |
Family
ID=15455497
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14856176A Granted JPS5373267A (en) | 1976-12-10 | 1976-12-10 | Molding of blended fiber mat and composite material |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4229397A (ja) |
| JP (1) | JPS5373267A (ja) |
| CA (1) | CA1104315A (ja) |
| DE (1) | DE2754929C3 (ja) |
| GB (1) | GB1559660A (ja) |
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