JPS6236427A - Unidirectionally carbon fiber-reinforced high-strength composite material - Google Patents

Unidirectionally carbon fiber-reinforced high-strength composite material

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JPS6236427A
JPS6236427A JP17565085A JP17565085A JPS6236427A JP S6236427 A JPS6236427 A JP S6236427A JP 17565085 A JP17565085 A JP 17565085A JP 17565085 A JP17565085 A JP 17565085A JP S6236427 A JPS6236427 A JP S6236427A
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carbon fiber
fiber
composite material
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resin
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松崎 陽充
Toshio Muraki
村木 俊夫
Akira Takeo
竹尾 昭
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Abstract

PURPOSE:The titled lightweight composite material of excellent strength, comprising a specified carbon fiber and a matrix resin. CONSTITUTION:A prepreg is obtained by impregnation a carbon fiber having a 1.5mu-thick surface layer whose perfectness of crystal is on level with that of the fiber core, said surface layer having a 0.2mu-thick or below super-thin outer layer whose perfectness of crystal is low as compared with that of the fiber core,a tensile strength at a fiber volume rate of 70%>=370kg/mm<2>, a tensile strength of a resin-impregnated strand >=600kg/mm<2>, a content of heat- decomposable organic matter of 0.05-0.5wt%, and a ratio of functional group content (OIs/CIs) detected by X-ray photo-electron spectroscopy of 0.1-0.4 with a matrix resin (e.g.., epoxy resin) or a tensile elongation at break (JIS-K-7113)>=3.0 (e.g., epoxy resin). Several to several tens of such prepregs are laminated and heated to cure the resin.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、従来公知の炭素繊維を補強繊維とする複合材
料に比較して軽口で強度の優れた炭素繊維強化複合材料
に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a carbon fiber-reinforced composite material that is lighter in weight and has superior strength compared to conventionally known composite materials using carbon fibers as reinforcing fibers.

[従来の技術] 従来、炭素繊維を用いた複合材料は、その優れた比強度
、比弾性率を生かしてコルフシャフ1〜や釣竿等のプレ
ミア・スポーツ用途、および航空機等の構造材料用途に
広く使用されている。しかし、近年、航空機の一次憎造
材や宇宙構造相の用途並びに各種産業用途等で複合材料
を使用し、より一層の軽小化を図るという観点から、従
来の複合材料よりも軽ωではるかに優れた強度を右する
複合材A′ミ1の出現が強くTまれている。
[Conventional technology] Conventionally, composite materials using carbon fiber have been widely used for premium sports applications such as corfushafts and fishing rods, as well as for structural materials such as aircraft, due to their excellent specific strength and specific modulus. has been done. However, in recent years, composite materials have been used for primary building materials for aircraft, space structures, and various industrial applications, and from the perspective of further reducing the weight, they are much lighter and much lighter than conventional composite materials. The appearance of the composite material A'Mi1, which has excellent strength, is strongly observed.

複合+41’3+の強度向上に関しては、これまでいく
つかの提案がなされている。その一つは炭素繊維自身の
強度および伸度の向上に関するもので必り、例えば炭素
繊維そのものの強度を改良するために、炭素繊維を高1
a度の硫酸、硝酸、燐酸などの無機酸中に長04間浸漬
して該繊維表面をエツチングし、次いで高温の不活性雰
囲気中で加熱処理して前記無機酸処理によって発生した
繊維表面の官能基を除去する方法が提案されており(例
えば、特開昭54−59497号公報、特公昭52−3
5796号公報)、特開昭54−59497@公報によ
れば、このようなエツヂング処理によって、炭素繊維の
製造工程で形成された該繊維表面の傷が除去され、それ
によって炭素繊維の機械的強度が向上するとされている
。
Several proposals have been made to date to improve the strength of composite +41'3+. One of these concerns the improvement of the strength and elongation of carbon fiber itself.For example, in order to improve the strength of carbon fiber itself, carbon fiber with a high
The surface of the fiber is etched by immersing it in an inorganic acid such as sulfuric acid, nitric acid, or phosphoric acid at a temperature of 400°C for a long time, and then heat-treated in a high-temperature inert atmosphere to remove the functionality of the fiber surface generated by the inorganic acid treatment. Methods for removing groups have been proposed (for example, JP-A-54-59497, JP-A-52-3).
According to Japanese Unexamined Patent Publication No. 5796) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-59497, this etching treatment removes scratches on the fiber surface formed during the carbon fiber manufacturing process, thereby improving the mechanical strength of the carbon fiber. is said to improve.

しかしながら、本発明者らの検討したところによれば、
炭素繊維の機械的強度が向上しても、必ずしも複合材料
の引張強度向上に寄与しないことがわかった。
However, according to the inventors' investigation,
It was found that even if the mechanical strength of carbon fibers is improved, it does not necessarily contribute to the improvement of the tensile strength of composite materials.

複合材料の強度を向上させる他の一つの方法として、マ
トリックス樹脂に6伸度樹脂を使用する方法が提案され
ている(例えば、特開昭59−217721@公報)。
As another method for improving the strength of composite materials, a method has been proposed in which a 6-elongation resin is used as a matrix resin (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-217721@).

しかし、これらの技術によって確かに複合材料の強度は
向上するものの強度向上には限度がある。
However, although these techniques certainly improve the strength of composite materials, there are limits to the strength improvement.

複合材料を軽量化する方法としては、複合材料中の樹脂
含有率を減らす方法、すなわち、複合材料の高VF化が
ある。しかし、なから、本発明者らが検討したところに
よれば、従来一般的に使用されている断面が円形でない
炭素繊維では、vFを70%のレベルにするとvFが6
0%の時に比べて炭素繊維自身の強度利用率が低下する
のである。
As a method for reducing the weight of a composite material, there is a method of reducing the resin content in the composite material, that is, increasing the VF of the composite material. However, according to the studies conducted by the present inventors, in conventionally commonly used carbon fibers with non-circular cross sections, when vF is set to a level of 70%, vF is 6.
Compared to the case of 0%, the strength utilization rate of the carbon fiber itself decreases.

[発明が解決しようとする問題点] 本発明者らは、軽量で強度の優れた炭素繊維強化複合材
料について鋭意検討した結果、次の発明に到達した。。
[Problems to be Solved by the Invention] The inventors of the present invention have conducted extensive studies on carbon fiber reinforced composite materials that are lightweight and have excellent strength, and as a result, have arrived at the following invention. .

特に、炭素繊維自身の強度が優れてお゛す、しかも、高
vFにおいても強度利用率の低下がない炭素繊維強化複
合材料を提供することを目的とする。
In particular, it is an object of the present invention to provide a carbon fiber-reinforced composite material in which the carbon fibers themselves have excellent strength, and the strength utilization rate does not decrease even at high vF.

L問題を解決するための手段] 本願発明は前記特許請求の範囲の欄に記載のとおりの構
成を有する。
Means for Solving the L Problem] The present invention has the configuration as described in the claims section.

本発明の軽量かつ強度の優れた複合材料は、高強度で円
形断面を持つ炭素繊維と高伸度のマトリックス樹脂を用
いて複合材料を高vF化することによって′A造できる
。
The lightweight and high-strength composite material of the present invention can be manufactured by increasing the vF of the composite material using high-strength carbon fibers with a circular cross section and a matrix resin with high elongation.

本発明で使用される炭素繊維は、樹脂含浸ストランドの
引張強度が600kCJ/mm2以上でおる。
The carbon fiber used in the present invention has a resin-impregnated strand having a tensile strength of 600 kCJ/mm2 or more.

本発明で使用される炭素繊維は、繊維の中心部と対比し
て結晶の完全性が実質的に同一レベルにある表層部を有
し、かつ該表層部は前記繊維中心部に対比して結晶の完
全性が小である超薄最外層を有し、さらに熱分解性有機
物含有ωが0.05〜0.5重量%の範囲内およびX線
電子分光法(ESCA)によって検出される炭素繊維表
面の官能基量’(01s/C15)比が0.1〜0.4
の範囲内である炭素繊維である。
The carbon fibers used in the present invention have a surface layer having substantially the same level of crystalline perfection as the center of the fiber, and the surface layer has crystallization compared to the center of the fiber. The carbon fiber has an ultra-thin outermost layer with low integrity, and further has a pyrolyzable organic content ω in the range of 0.05-0.5% by weight and detected by X-ray electron spectroscopy (ESCA). The amount of functional groups on the surface' (01s/C15) ratio is 0.1 to 0.4
carbon fiber within the range of

ここで、結晶の完全性とは、炭素繊維を構成す  、る
結晶の寸法および炭素網面配列の秩序性によって決定さ
れる特性であり、結晶の寸°法がより大きく、かつ炭素
網面配列の秩序性がより大きい場合に、結晶の完全性が
より大きいといわれている。
Here, crystal perfection is a property determined by the crystal dimensions and the orderliness of the carbon network arrangement that make up the carbon fiber. It is said that the greater the orderliness of the crystal, the greater the perfection of the crystal.

ここで、繊維の中心部、表層部および該表層部の超薄最
外層の結晶の完全性は、それぞれ透過型電子線回折(T
EM>によって測定され、具体的には後述するように、
繊維中心部の結晶の完全性を基準として繊維表層部およ
び該表層部の超薄最外層の結晶の完全性の程度を対比し
た場合に、該表層部は繊維中心部と対比して実質的に同
一レベルの結晶の完全性を示し、該表層部の超薄最外層
は繊維中心部に対比して小さい結晶の完全性を示すこと
をいう。後述する測定法から、該表層部は炭素繊維の表
面から平均的1.5ミクロン領域の層であり、該超薄最
外層は繊維の表面から平均的0.2ミクロン、より好ま
しくは0.1ミクロン以下の領域の層をいう。
Here, the crystal integrity of the core, surface layer, and ultra-thin outermost layer of the fiber can be determined by transmission electron diffraction (T
EM>, specifically as described below,
When comparing the degree of crystal perfection of the surface layer of the fiber and the ultra-thin outermost layer of the surface layer with reference to the perfection of the crystals in the center of the fiber, the surface layer is substantially lower than the center of the fiber. The fibers exhibit the same level of crystalline perfection, and the ultra-thin outermost layer at the surface layer exhibits less crystalline integrity than the fiber core. According to the measurement method described below, the surface layer is a layer with an average thickness of 1.5 microns from the surface of the carbon fiber, and the ultra-thin outermost layer has an average thickness of 0.2 microns from the surface of the fiber, and more preferably 0.1 microns from the surface of the fiber. A layer in the micron or smaller region.

また、繊維中心部と対比して実質的に同一レベルの結晶
の完全性とは、繊維中心部における結晶の完全性に対す
る該表層部の結晶の完全性の比率がほぼ同一もしくは大
であることを意味し、数値で表示すれば、約0.98以
上、好ましくは1゜0以上であることをいう。
In addition, the term "substantially the same level of crystal perfection as in the center of the fiber" means that the ratio of the crystal perfection in the surface layer to that in the center of the fiber is approximately the same or greater. When expressed numerically, it means about 0.98 or more, preferably 1°0 or more.

ざらに、本発明で使用される炭素繊維の熱分解性有機物
含有口は、炭素繊維の表面および内部に存在する化学的
官能基の量、特に主として前記の超薄最外層の化学的官
能基の量を示す1尺度であり、このりが前記0.05〜
0.5重量%、好ましくは0.1〜0.4、ざらに好ま
しくは0.15〜0.30%の範囲内であることが必要
で必り、この量が0.05%よりも少なくなると、炭素
繊維と樹脂との接着性が低下し過ぎるため好ましくない
し、他方、0.5%よりも多くなると、不活性化が不充
分になり、複合材料の引張強度が低下するので好ましく
ない。
In general, the pyrolyzable organic substance content of the carbon fiber used in the present invention is determined by the amount of chemical functional groups present on the surface and inside of the carbon fiber, especially the amount of chemical functional groups mainly in the ultra-thin outermost layer. It is a scale that indicates the amount, and this is 0.05 to
It is necessary that the amount is within the range of 0.5% by weight, preferably 0.1-0.4%, more preferably 0.15-0.30%, and this amount is less than 0.05%. This is not preferable because the adhesion between the carbon fiber and the resin decreases too much. On the other hand, when it exceeds 0.5%, the inactivation becomes insufficient and the tensile strength of the composite material decreases, which is not preferable.

そして、このような超薄最外層を有する炭素繊維は、X
線電子分光法によって検出される官能基量(01s/C
1s>比が0.1〜0.4、好ましくは0.20〜0.
25の範囲でおることが好ましい。すなわち、不活性化
された炭素繊維の表層部の官能基量が上記範囲外の場合
は、引張強度の高い複合材料は得られない。
Carbon fiber with such an ultra-thin outermost layer is
Amount of functional groups detected by line electron spectroscopy (01s/C
1s> ratio of 0.1 to 0.4, preferably 0.20 to 0.
It is preferably within the range of 25. That is, if the amount of functional groups in the surface layer of the deactivated carbon fiber is outside the above range, a composite material with high tensile strength cannot be obtained.

本発明で使用される炭素繊維は、このような構造的特徴
を有し、そうすることによってはじめてその機械的強度
を複合材料の強度として大きく発現させることができる
のである。このような繊維構造は、炭素繊維構造の製造
工程で炭素繊維に形成された物理的歪みが緩和され、か
つ炭素繊維表面の構造的欠酩が修復されていることを示
し、このことが該炭素繊維の有する機械的強度を複合材
料の機械的強度に反映させる上で有利な役割を果たして
いると考えられる。
The carbon fibers used in the present invention have such structural characteristics, and only by doing so can their mechanical strength be significantly expressed as the strength of the composite material. Such a fiber structure indicates that the physical strain formed in the carbon fiber during the manufacturing process of the carbon fiber structure has been alleviated, and the structural defects on the carbon fiber surface have been repaired. It is thought that this plays an advantageous role in reflecting the mechanical strength of the fibers in the mechanical strength of the composite material.

このような構造的特徴を持ち、かつ樹脂含浸ストランド
の引張強度が600ki/mm2以上の炭素繊維は従来
公知の前述した電解処理または濃厚無機酸によるエツチ
ング処理−不活性化処理によっては得られ難く、以下で
説明する方法により得ることが好ましい。すなわち、ま
ず炭素繊維を硝酸イオンを必須成分として含有する高温
の電解、質水溶液中で電解処理する、すなわち、電気・
化学的に酸化することによって炭素繊維の結晶の完全性
をできる限り損なうことなく、繊維の極く限られた最表
面、すなわち超薄最外層のみを選択的に非晶化、すなわ
ち炭素繊維の中心部に対比して結晶の完全性が小ざく、
脱官能基の容易な層を形成せしめ、次いで不活性化雰囲
気中で加熱処理して、該酸化によって該超薄最外層領域
に形成された官能基を実質的に不活性化、すなわち脱官
能呈する、より具体的には、前記熱分解性有機物の量が
0゜05〜0.5重最%およびX線電子分光法によって
検出される(01 s/C1s)比が約0.1〜0.4
の範囲内になるように不活性化処理して、繊維の超薄最
外層に形成された官能基を実質的に除去する方法により
、本発明で使用される炭素繊維は1qられ易い。
Carbon fibers having such structural characteristics and having a tensile strength of resin-impregnated strands of 600 ki/mm2 or more are difficult to obtain by conventionally known electrolytic treatment or etching treatment with concentrated inorganic acid-deactivation treatment. It is preferable to obtain it by the method described below. That is, first, carbon fibers are electrolytically treated in a high-temperature electrolytic aqueous solution containing nitrate ions as an essential component.
By chemically oxidizing, only the very limited outermost surface of the fiber, i.e., the ultra-thin outermost layer, is selectively amorphized, i.e., the center of the carbon fiber, without compromising the crystalline integrity of the carbon fiber as much as possible. The integrity of the crystal is small compared to the
Formation of a layer that is easy to defunctionalize, followed by heat treatment in an inert atmosphere to substantially inactivate, i.e., defunctionalize, the functional groups formed in the ultra-thin outermost layer region by the oxidation. More specifically, the amount of the thermally decomposable organic matter is 0.05 to 0.5 weight percent, and the (01 s/C1s) ratio detected by X-ray electron spectroscopy is about 0.1 to 0.0. 4
The carbon fibers used in the present invention are easily deactivated by a method of substantially removing functional groups formed in the ultra-thin outermost layer of the fibers by inactivating the fibers so that the carbon fibers are within the range of 1q.

本発明で使用される炭素繊維は、断面形状が円形の炭素
繊維である。複合材料を軽量化するためには、複合材料
中の樹脂含有率を低下させる、すなわち高■、化する方
法がある。従来、複合材料は通常vFが60%以下の領
域で使用されることが多く、ざらに軽量化するためには
V、65%以上にすることが必要であるが、炭素繊維に
より高V、化することにより強度利用率が低下するもの
と変わらないものがあることを本発明者らは見い出した
。本発明で使用される断面形状が円形の炭素繊維では、
■、が70%になっても炭素繊維粒の強度利用率は低下
しないが従来一般的に使用ざれてきた断面が円形ではな
い炭素繊維ではV、が65%以上になると強度利用率が
低下して複合材料としての強度も向上しないため、軽量
化には生かせないのでおる。。
The carbon fiber used in the present invention has a circular cross-sectional shape. In order to reduce the weight of a composite material, there is a method of reducing the resin content in the composite material, that is, increasing the resin content. Conventionally, composite materials are often used in the region where vF is 60% or less, and in order to roughly reduce the weight, it is necessary to increase V to 65% or more, but with carbon fiber, it is possible to increase V The present inventors have found that there are cases where the strength utilization rate decreases and there are cases where the strength utilization rate remains the same. The carbon fibers used in the present invention have a circular cross-sectional shape,
■The strength utilization rate of carbon fiber grains does not decrease even if V becomes 70%, but the strength utilization rate decreases when V increases to 65% or more in the case of conventionally commonly used carbon fibers whose cross section is not circular. However, it does not improve the strength of the composite material, so it cannot be used for weight reduction. .

具体的(は断面の長径と短径の比(断面変形度)が1.
4以下であることが必要であり、好ましくは1.2以下
である。1.1以下は特に好ましい。
Specifically, the ratio of the major axis to the minor axis (degree of cross-sectional deformation) of the cross section is 1.
It needs to be 4 or less, preferably 1.2 or less. 1.1 or less is particularly preferable.

真円に近くなれば高V4時の強度利用率の低下が小さく
なり、今まで予想できなかったような高強度複合材料の
製造が可能になるのである。
If the shape is close to a perfect circle, the decrease in strength utilization at high V4 will be smaller, making it possible to manufacture high-strength composite materials that were previously unimaginable.

本発明で使用される樹脂は、JIS−に7113に規定
された試験法に準じて測定した引張破断伸度が3.0%
以上の樹脂である。引張破断伸度が3.0%以下の脆い
樹脂を使用する場合には、本発明が目的とする高強度複
合材料を得ることは出来ない。マトリックス樹脂として
は、エポキシ樹脂、ビスマレイミド樹脂、不飽和ポリエ
ステル樹脂、ビニルエステル樹脂などを使用することが
できるが、中でもエポキシ樹脂が最も好ましい。
The resin used in the present invention has a tensile elongation at break of 3.0% when measured according to the test method specified in JIS-7113.
These are the above resins. When using a brittle resin with a tensile elongation at break of 3.0% or less, it is not possible to obtain the high-strength composite material aimed at by the present invention. As the matrix resin, epoxy resins, bismaleimide resins, unsaturated polyester resins, vinyl ester resins, etc. can be used, and among them, epoxy resins are most preferred.

本発明で使用されるエポキシ樹脂は、下記するポリエポ
キシドと硬化剤および/または硬化触媒を組合せること
により調整される。
The epoxy resin used in the present invention is prepared by combining the polyepoxide described below with a curing agent and/or a curing catalyst.

ポリエポキシドは、分子中に平均して一個より多いエポ
キシ基を有する化合物であり、このエポキシ基は末端基
として存在するものであってもよく、また分子内部にあ
ってもよい。ポリエポキシドは、飽和あるいは不飽和の
脂肪族、環状脂肪族、芳香族または複素環式化合物であ
ってもよく、更にハロゲン原子、水酸基、エーテル基等
を含む化合物であってもよく、例えば、ビスフェノール
△、FおよびSのグリシジル化合物、タレゾールノボラ
ックまたはフェノールノボラックのグリシジル化合物、
芳香族アミンのグリシジル化合物および環状脂肪族エポ
キシ樹脂などがおる。
Polyepoxides are compounds having on average more than one epoxy group in the molecule, which epoxy groups may be present as terminal groups or internal to the molecule. The polyepoxide may be a saturated or unsaturated aliphatic, cycloaliphatic, aromatic or heterocyclic compound, and may also be a compound containing a halogen atom, a hydroxyl group, an ether group, etc., such as bisphenol △ , glycidyl compounds of F and S, glycidyl compounds of talezol novolak or phenol novolak,
Examples include glycidyl compounds of aromatic amines and cycloaliphatic epoxy resins.

そのようなポリエポキシドの具体例には、1.4−ビス
(2,3−エポキシプロポキシ)ベンゼン、4,4゛−
ビス(2,3−エポキシプロポキシ)ジフェニルエーテ
ルがある。
Specific examples of such polyepoxides include 1,4-bis(2,3-epoxypropoxy)benzene, 4,4'-
Bis(2,3-epoxypropoxy)diphenyl ether.

ポリエポキシドの別の例として多価フェノールのグリシ
ジル化合物がある。これに使用し得る多価フェノールと
しては、例えばレゾルシノール、カテコール、ヒドロキ
ノン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパ
ン(ビスフェノールへ)、2.2−ビス(4−ヒドロキ
シフェニル)ブタン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)
スルホン(ビスフェノールS)、ビス(4−ヒドロキシ
フェニル)メタン、トリス(4−ヒドロキシフェニル)
メタン、3,9−ビス(3−メ1〜キシ、4−ヒドロキ
シフェニル) −2,4,8,10−テ1〜ラオキ1ナ
スピロ[5,5]ウンデカン、更にハロゲン含有フェノ
ールとして2.2−ビス(4−ヒドロキシテ1〜ラブロ
ムフェニル)プロパンなどが含まれる。
Another example of a polyepoxide is a glycidyl compound of polyhydric phenol. Polyhydric phenols that can be used for this purpose include, for example, resorcinol, catechol, hydroquinone, 2,2-bis(4-hydroxyphenyl)propane (to bisphenol), 2,2-bis(4-hydroxyphenyl)butane, bis( 4-hydroxyphenyl)
Sulfone (bisphenol S), bis(4-hydroxyphenyl)methane, tris(4-hydroxyphenyl)
Methane, 3,9-bis(3-me1-xy,4-hydroxyphenyl)-2,4,8,10-te1-laoki1naspiro[5,5]undecane, and further 2.2 as halogen-containing phenol. -bis(4-hydroxyte1-labromphenyl)propane, and the like.

ポリエポキシドの別の例として、多価アルコールのグリ
シジル化合物がおる。この目的に使用し得るアルコール
としては、例えばグリセロール、エチレングリコール、
ペンタエリスリトール、2゜2−ビス(4−ヒドロキシ
シクロヘキシル)プロパンなどが挙げられる。
Another example of a polyepoxide is a glycidyl compound of a polyhydric alcohol. Alcohols that can be used for this purpose include, for example, glycerol, ethylene glycol,
Examples include pentaerythritol and 2°2-bis(4-hydroxycyclohexyl)propane.

内部エポキシ基を有するポリエポキシドの例として、4
−(1,2−エポキシエチル)  −1,2−エポキシ
シクロヘキサン、ビス(2,3−エポキシシクロペンチ
ル)エーテル、3,4−エポキシシクロへキシルメチル
−(3,4−エポキシ)シクロヘキサンカルボキシレー
トなどが挙げられる。
Examples of polyepoxides with internal epoxy groups include 4
-(1,2-epoxyethyl) -1,2-epoxycyclohexane, bis(2,3-epoxycyclopentyl) ether, 3,4-epoxycyclohexylmethyl-(3,4-epoxy)cyclohexanecarboxylate, etc. It will be done.

ポリエポキシドの別の例として、芳香族アミンのグリシ
ジル化合物がある。この目的に使用し1qる芳香族アミ
ンとしては、ジアミノジフェニルメタン、メタキシリレ
ンジアミン、m−アミノフェノール、P−アミノフェノ
ールなどがある。
Another example of a polyepoxide is a glycidyl compound of an aromatic amine. Aromatic amines used for this purpose include diaminodiphenylmethane, metaxylylene diamine, m-aminophenol, and p-aminophenol.

これらのポリエポキシドのうち、ビスフェノールAのジ
グリシジルエーテル、タレゾールノボラックあるいはフ
ェノールノボラックのグリシジル化合物、ジアミノジフ
ェニルメタンのグリシジル化合物およびアミノフェノー
ルのグリシジル化合物が好ましく使用される。
Among these polyepoxides, diglycidyl ether of bisphenol A, glycidyl compounds of talesol novolak or phenol novolak, glycidyl compounds of diaminodiphenylmethane, and glycidyl compounds of aminophenol are preferably used.

本発明で使用される硬化剤としては、メタフェニレンジ
アミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニ
ルスルホン、メタあるいはパラアミノ安息香酸のジグリ
コールエステルなどの芳香族アミン系硬化剤、ジシアン
ジアミドおよびビス(パラヒドロキシフェニル)スルホ
ンで代表されるフェノール系硬化剤などが挙げられる。
Curing agents used in the present invention include aromatic amine based curing agents such as metaphenylenediamine, diaminodiphenylmethane, diaminodiphenylsulfone, diglycol esters of meta- or para-aminobenzoic acid, dicyandiamide and bis(parahydroxyphenyl)sulfone. Typical examples include phenolic curing agents.

また、三フフ化ホウ素・アミン錯体、イミダゾール化合
物、1〜ルエンジイソシアネートとジメチルアミンの付
加反応によって得られる尿素化合物などの硬化触媒を単
独で、あるいは上記硬化剤と併用して使用することがで
きる。
Furthermore, curing catalysts such as boron trifluoride/amine complexes, imidazole compounds, and urea compounds obtained by the addition reaction of 1- to luene diisocyanate and dimethylamine can be used alone or in combination with the above-mentioned curing agents.

本発明で使用される引張破断伸1衰が3%以上のエポキ
シ樹脂は上記したポリエポキシドの単独あるいは複数を
、上記した硬化剤あるいは硬化触媒の単独あるいは複数
と組合せて調製することができる。これらの組合Uによ
り、目的とする物性を有するエポキシ樹脂を調製するこ
とは当該業界において周知の手法で実施することができ
る。このようなエポキシ樹脂の典型的な例は実施例にお
いて明らかにされる。
The epoxy resin having a tensile elongation at break of 3% or more used in the present invention can be prepared by combining one or more of the polyepoxides mentioned above with one or more of the curing agents or curing catalysts mentioned above. Using these combinations U, an epoxy resin having desired physical properties can be prepared by a method well known in the industry. Typical examples of such epoxy resins are clarified in the Examples.

本発明で使用されるエポキシ樹脂は、マトリックス樹脂
の粘度を適度に高めて成形性を向上させたり、複合材料
の靭性を高める目的で熱可塑性樹脂あるいはエラストマ
ーを含有するものがしばしば好ましく使用される。含有
される樹脂として、ポリビニルアセタール、ポリアミド
、ポリエステル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン
、ポリエーテルイミド、ボリアリレート、ポリアミドイ
ミド、ポリエーテルアミド、ポリエーテルエステルおよ
びニトリルゴムなどを挙げることができる。
The epoxy resin used in the present invention is often preferably one containing a thermoplastic resin or an elastomer for the purpose of appropriately increasing the viscosity of the matrix resin to improve moldability or increasing the toughness of the composite material. Examples of the resins contained include polyvinyl acetal, polyamide, polyester, polysulfone, polyethersulfone, polyetherimide, polyarylate, polyamideimide, polyetheramide, polyetherester, and nitrile rubber.

本発明の複合材料の製造法については特に制限がなく当
業界において公知の種々の方法が用いられる。その典型
的な例としては、炭素繊維糸条に未硬化のマトリックス
樹脂を含浸させて中間体くプリプレグ)とし、それを数
枚〜数十枚積層した)麦、オートクレーブあるいは熱プ
レスにより硬化して製造する方法がある。
There are no particular limitations on the method for producing the composite material of the present invention, and various methods known in the art may be used. Typical examples include impregnating carbon fiber yarn with an uncured matrix resin to create an intermediate prepreg (prepreg), which is then laminated with several to dozens of sheets (prepreg), and curing in an autoclave or heat press. There is a way to manufacture it.

本発明で使用される炭素繊維の特°性は、次の方法によ
り測定される。
The properties of the carbon fiber used in the present invention are measured by the following method.

透過型電子線回折法(TEM> 炭素繊維をその繊維軸方向に引揃えて常温硬化型のエポ
キシ樹脂に包埋し、硬化する。硬化した炭素繊維包埋ブ
ロックを包埋された炭素繊維の少なくとも2〜3本が露
出するようにトリミングした俊、ダイヤモンドナイフを
装備したミクロトームを用いて、厚さ150〜200オ
ングストローム(A>の超薄切片を作製する。この超薄
切片を金で蒸着したマイクログツド上に載置して、高分
解能電子顕微鏡を用いて電子線回折を行なう。この場合
に、炭素繊維の内外構造差を検出するために、制限視野
電子線回折法を用いて、特定部分からの電子線回折像を
調べる。
Transmission electron diffraction method (TEM) Carbon fibers are aligned in the fiber axis direction, embedded in room temperature curing epoxy resin, and cured. Using a microtome equipped with a diamond knife, trimmed so that 2 to 3 fibers are exposed, an ultrathin section with a thickness of 150 to 200 angstroms (A>) is prepared. The carbon fiber is placed on top of the carbon fiber and subjected to electron beam diffraction using a high-resolution electron microscope.In this case, in order to detect the structural differences between the inside and outside of the carbon fiber, selected area electron diffraction is used to detect the difference in the structure from a specific part. Examine the electron diffraction image.

測定条件としては、日立(株)製の電子顕微鏡H−80
0型(透過型)を用い、加速電圧200KV、直径0.
2ミクロンの制限視野絞りで、超薄切片のエツジ(ed
qe)からコア(core)までの電子線回折写真を敵
影する。
The measurement conditions were an electron microscope H-80 manufactured by Hitachi, Ltd.
0 type (transmission type), acceleration voltage 200KV, diameter 0.
With a 2 micron selected field aperture, the edge of the ultrathin section (ed
qe) to the core.

超薄最外層は、繊維表面から約0.1ミクロン深さの部
分、正確には、直径0.2ミクロンの制限視野絞りの半
分が繊維最外層にかかり、他の半分は繊維からはずれて
いる状態で敵影する。また、表層部は繊維表面から約1
.5ミクロン以内の部分の電子線回折写真を用い、繊維
中心部は、はぼ繊維の中心近傍の電子線回折写真を用い
て、それら電子線回折像の(002>についてそれぞれ
赤道線方向の回折強度の走査プロフィルを作製し、これ
らの走査プロフィルにつぎ、半価巾を求める。
The ultra-thin outermost layer is approximately 0.1 micron deep from the fiber surface, more precisely, half of the selected area aperture with a diameter of 0.2 microns is on the outermost fiber layer, and the other half is outside the fiber. Becomes an enemy in certain situations. In addition, the surface layer is about 1 inch from the fiber surface.
.. Using an electron diffraction photograph of a portion within 5 microns, and using an electron diffraction photograph near the center of the fiber for the center of the fiber, the diffraction intensity in the equatorial direction for (002>) of these electron diffraction images is determined. Create scanning profiles, and then calculate the half width using these scanning profiles.

半価巾の逆数が結晶の完全性の尺度になるから、繊維の
中心部に対する超薄最外層および表層部の半価巾の逆数
の比をそれぞれ求めた。
Since the reciprocal of the half-width is a measure of crystal integrity, the ratio of the reciprocal of the half-width of the ultra-thin outermost layer and the surface layer to the center of the fiber was determined.

熱分解性有機物量 約20mgの炭素繊維(サンプル)を溶剤で洗浄し、繊
維表面に付着するサイジングなどを除去し、柳本製作所
製のCI−I Nコーダー・MT−3型袋首を用いて、
次の条件で測定した。
A carbon fiber (sample) containing approximately 20 mg of pyrolyzable organic matter was washed with a solvent to remove sizing etc. adhering to the fiber surface, and was washed using a CI-I N coder model MT-3 bag neck manufactured by Yanagimoto Seisakusho.
Measurements were made under the following conditions.

CHNコーダーの試料燃焼炉を950’C,酸化炉を8
50’C,還元炉を550℃にそれぞれ昇温し、ヘリウ
ムを180m1/分の速度で流し、上記洗浄した炭素繊
維を精密に秤■した後、前記試料燃焼炉に入れる。
CHN coder sample combustion furnace at 950'C, oxidation furnace at 8
The temperature was raised to 50'C and the reduction furnace to 550C, helium was flowed at a rate of 180ml/min, and the washed carbon fibers were accurately weighed and placed in the sample combustion furnace.

吸水ポンプを用いて該試料燃焼炉中の分解ガスの一部を
約5分間、酸化炉および還元炉を経由して吸引した後、
CHNコーダーの熱伝1型検出器によって002mとし
て定量し、検量によって熱分解性有機物量を試料に対す
るC(wt%)として求める。この測定法の特徴は、通
常のC,ト1゜N元素分析装置において、酸素ガスを流
さないで、ヘリウムガスのみの雰囲気下で炭素繊維を加
熱することにより、炭素繊維中のGo、CO2、CH4
などの熱分解性有機物量を定量できることである。
After sucking a part of the cracked gas in the sample combustion furnace for about 5 minutes using a water suction pump via the oxidation furnace and reduction furnace,
It is quantified as 002m by the heat transfer type 1 detector of the CHN coder, and the amount of thermally decomposable organic matter is determined as C (wt%) with respect to the sample by calibration. The feature of this measurement method is that by heating the carbon fiber in an atmosphere of helium gas only without flowing oxygen gas, Go, CO2 in the carbon fiber, and CH4
It is possible to quantify the amount of pyrolyzable organic substances such as

X線光電子分光法(FSC△) 具体的な装置として、国際電機(株)製のモデルES−
200を用いた。
X-ray photoelectron spectroscopy (FSC△) A specific device is model ES- manufactured by Kokusai Denki Co., Ltd.
200 was used.

炭素繊維(サンプル)を溶剤で洗浄し、サイジングなど
の表面付着物を除去した後、該炭素繊維をカットし、銅
製の試料支持台−ヒに拡げて並べた後、X線源としてA
IKα1,2を用い、試料チャンバー中を1 :10E
 (−8)Torrに保つ。
After cleaning the carbon fibers (sample) with a solvent and removing surface deposits such as sizing, the carbon fibers were cut and spread out on a copper sample support stand.
1:10E in the sample chamber using IKα1,2
Maintain at (-8) Torr.

そして運動エネルギーが9556Vの015ピ一ク面!
?1および1202eVのC1Sピーク面積の比から表
面酸素原子/表面炭素原子(015/C1s>の比を求
める。
And 015 peak surface with kinetic energy of 9556V!
? The ratio of surface oxygen atoms/surface carbon atoms (015/C1s>) is determined from the ratio of the C1S peak areas of 1 and 1202 eV.

樹脂含浸ス1〜ランド強度測定法 J l5−R−7601に規定されている樹脂含浸スト
ランド試験法に準じて測定した。この場合に次の樹脂処
方並びに硬化条件を用いて試験した。
Resin Impregnated Strand 1 - Land Strength Measurement Method Measured according to the resin impregnated strand test method specified in Jl5-R-7601. In this case, the following resin formulation and curing conditions were used for testing.

樹脂処方: パ′チッソノックス”221  100部・3−フッ化
硼素モノエチルアミン (BF3MEA)        3部・アセトン  
          4部硬化条件=130℃、30分 各10回のストランドの試験値の平均値をもって示した
。
Resin formulation: 100 parts of Pa'Tissonox" 221, 3 parts of 3-fluoroboronoethylamine (BF3MEA), acetone
4-part curing conditions = 130° C., 30 minutes Each strand was tested 10 times, and the results were averaged.

[作用] 本発明では、特定の炭素繊維と特定の樹脂を組合せるこ
とにより、軽量で強度の優れた複合材料が取得できる。
[Function] In the present invention, by combining a specific carbon fiber and a specific resin, a lightweight and strong composite material can be obtained.

理由は明らかでないが、炭素繊維が断面円形の場合に限
って、高強度、高■、の特徴が生かせるのである。
The reason is not clear, but only when carbon fibers have a circular cross section can they take advantage of the characteristics of high strength and high shape.

[実施例] 以下の実施例によって本発明を更に詳細に説明する。以
下の例で各成分の♀は重量部を表わす。
[Example] The present invention will be explained in further detail by the following example. In the examples below, ♀ for each component represents parts by weight.

実施例1 アクリロニトリル(ΔN>99.5モル%、イタコン酸
0.5モル%からなる固有粘度[η]が1.80のAN
共重合体のジメチルスルホキシド(DMSO>溶液にア
ンモニアを吹込み、該共重合体のカルボキシル末OHM
水素をアンモニュウム基で置換してポリマを変性し、こ
の変性ポリマの濃度が20重量%であるDMSO溶液を
作製した。
Example 1 AN having an intrinsic viscosity [η] of 1.80, consisting of acrylonitrile (ΔN>99.5 mol%, itaconic acid 0.5 mol%)
Ammonia is blown into the dimethyl sulfoxide (DMSO) solution of the copolymer, and the carboxyl end of the copolymer is OHM.
The polymer was modified by replacing hydrogen with ammonium groups, and a DMSO solution containing the modified polymer at a concentration of 20% by weight was prepared.

この溶液を目聞き5μの焼結金属フィルターを)戸材と
して:f濾過した後、孔径0.15市、孔数1500ホ
ールの紡糸口金を通して一旦空気中に吐出し、約3mm
の空間を走行させた後、約30℃、30%のDMSO水
溶液中に導入して吐出繊維糸条を凝固せしめた。得られ
た凝固繊維糸条を水洗し、温水中で4倍に延伸して水膨
潤繊維糸条を得た。この水膨潤繊維糸条をポリエチレン
グリコール(PEG)変性ポリジメチルシロキサン(P
EG変性変性ff1車0 変性ポリジメチルシロキサン(アミノ変性量1重量%)
85部とノニオン系界面活性剤15部からなる0.8%
水分散液の混合油剤浴中に浸漬した後、表面温度130
℃の加熱ロール上で乾燥、緻密化した。乾燥、緻密化し
た繊維糸条を加熱スチーム中で3倍に延伸し、単糸繊度
が0.8デニール(d)、トータルデニール1 200
 (D>のアクリル系繊維糸条を19だ。
After visually filtering this solution using a 5μ sintered metal filter as a door material, it was discharged into the air through a spinneret with a pore diameter of 0.15 mm and a number of holes of 1500.
After traveling through the space, the discharged fiber yarn was introduced into a 30% DMSO aqueous solution at about 30° C. to coagulate it. The obtained coagulated fiber thread was washed with water and stretched 4 times in hot water to obtain a water-swollen fiber thread. This water-swollen fiber yarn is made of polyethylene glycol (PEG) modified polydimethylsiloxane (P
EG modified modified ff1 car 0 modified polydimethylsiloxane (amino modified amount 1% by weight)
0.8% consisting of 85 parts and 15 parts of nonionic surfactant
After being immersed in a water dispersion mixed oil bath, the surface temperature was 130°C.
Dry and densify on heated rolls at ℃. The dried and densified fiber yarn is stretched three times in heated steam, and the single yarn fineness is 0.8 denier (d) and the total denier is 1200.
(The acrylic fiber thread of D> is 19.

このトータルデニールが1 200Dのアクリル系繊維
糸条を3本合糸し、リング状ノズルを用いて、圧力0.
7に+1/−のエアー開繊処理を施し、240〜260
’Cの空気中で延伸倍率1.05の下に加熱し水分率が
4.5%の酸化繊維糸条を作製した。
Three of these acrylic fiber yarns with a total denier of 1200D were combined, and a ring-shaped nozzle was used to combine them under a pressure of 0.
7 was subjected to +1/- air opening treatment, 240 to 260
An oxidized fiber yarn having a moisture content of 4.5% was produced by heating in air at a temperature of 'C' at a draw ratio of 1.05.

次いで、この酸化繊維糸条を最高温度が140°Cの窒
素雰囲気中で300〜700℃の温度域における昇温速
度を約250’C/分、1000〜1200℃の温度域
におレノる昇温速度を約400’C/分に設定して炭素
化し、炭素繊維糸条を)qだ。
Next, this oxidized fiber yarn was heated in a nitrogen atmosphere with a maximum temperature of 140°C at a heating rate of about 250°C/min in a temperature range of 1000 to 1200°C. The temperature rate was set at about 400'C/min to carbonize the carbon fiber yarn.

得られた炭素繊維糸条の樹脂含浸ストランド強度は56
0ki/mm2であった。また、この炭素繊維糸条単繊
維の縦断面の超薄切片を作製し、制限視野電子線回折法
によって繊維中心部、繊維表面から約0.1μの深さの
領域(超薄最外層領域)および繊維表面から約0.4ミ
クロンの領域(表面層領域)のそれぞれ結晶の完全性を
測定し、繊維中心部の結晶の完全性に対する繊維表面か
ら0゜1ミクロンおよび0.4ミクロンの深さの領域の
結晶の完全性の比率を求めた結果、それぞれ1゜05お
よび1.03であり、約0.1ミクロンの深さの領域(
超薄最外層)の結晶の完全性は繊維中心部のそれよりも
大きい結晶性を示し、かつ約0.4ミクロンの深さの領
域(表面層)の結晶の完全性は繊維中心部のそれと実質
的に同じ結晶性を示した。
The resin-impregnated strand strength of the obtained carbon fiber yarn was 56
It was 0ki/mm2. In addition, an ultra-thin section of the longitudinal cross-section of this carbon fiber single fiber was prepared, and selected area electron diffraction was performed on the fiber center and a region approximately 0.1μ deep from the fiber surface (ultra-thin outermost layer region). The completeness of the crystals was measured in a region of approximately 0.4 microns from the fiber surface (surface layer region), and the depth of 0.1 micron and 0.4 micron from the fiber surface was measured relative to the crystal perfection in the center of the fiber. The ratio of crystal perfection in the region of 1°05 and 1.03, respectively, is 1°05 and 1.03.
The crystal integrity of the ultra-thin outermost layer (ultra-thin outermost layer) exhibits greater crystallinity than that of the fiber core, and the crystal integrity of the approximately 0.4 micron deep region (surface layer) is similar to that of the fiber core. They exhibited virtually the same crystallinity.

かくして得られた原おl炭素繊維糸条を温度806C,
濃度5規定の硝酸水溶液を満した処理浴槽中に、セラミ
ックス製ガイドを介して導入し、糸速0.3m/分で連
続的に走行させ、かつ処理浴槽の直前に設置した金属製
ガイドローラによって該炭素繊維糸条に陽電圧を印加し
、処理浴槽中に設置した印極板との間に0.12への電
流を流した。
The raw carbon fiber yarn thus obtained was heated to a temperature of 806C,
The yarn was introduced into a processing bath filled with a nitric acid aqueous solution with a concentration of 5N through a ceramic guide, and the yarn was run continuously at a speed of 0.3 m/min, and by a metal guide roller installed just before the processing bath. A positive voltage was applied to the carbon fiber yarn, and a current of 0.12 was passed between it and an electrode plate installed in the treatment bath.

ここで炭素繊維糸条の処理浴槽における浸漬長は、約0
.2m、処理時間は約40秒、炭素繊維1g当りの電気
量は150クーロンであった。
Here, the immersion length of the carbon fiber yarn in the treatment bath is approximately 0.
.. 2 m, the processing time was about 40 seconds, and the amount of electricity per gram of carbon fiber was 150 coulombs.

このような電気化学的酸化処理の施された炭素繊維糸条
を水洗し、約200℃の加熱空気中で乾燥した後、70
0’Cの窒素雰囲気中で約1分間加。
After washing the electrochemically oxidized carbon fiber yarn with water and drying it in heated air at about 200°C,
Heat for about 1 minute in a nitrogen atmosphere at 0'C.

熱して、前記処理によって形成された繊維中の官能基を
脱官能塁した。得られた炭素繊維糸条の樹脂含浸ストラ
ンド強度を測定した結果、6701/mm 2であった
。
Heating was applied to defunctionalize the functional groups in the fibers formed by the treatment. The resin-impregnated strand strength of the obtained carbon fiber yarn was measured and found to be 6701/mm 2 .

かくして得られた炭素繊維糸条の超薄切片を作製し、前
述した方法と同様にして、繊維中心部、繊維表面からそ
れぞれ約0.1ミクロンおJ:び約0.4ミクロンの深
さの領域における結晶の完全性を測定し、繊維中心部の
結晶の完全性に対する表面から約(L 1ミクロンおよ
び約0.4ミクロンの領域の結晶の完全性の比を求めた
ところ、それぞれ0.92および1.03であり、表面
から約0.1ミクロン深さの領域(超薄最外層〉は低い
結晶の完全性を示し、表面から約0.4ミクロンの深さ
の領域(表面層〉は繊維中心部と実質的に同じ結晶性を
示した。
An ultra-thin section of the carbon fiber yarn thus obtained was prepared, and cut into sections at depths of about 0.1 micron and about 0.4 micron from the fiber center and fiber surface, respectively, in the same manner as described above. The crystalline perfection in the region was determined, and the ratio of the crystalline perfection in the region of about (L) 1 micron and about 0.4 micron from the surface to the crystalline perfection in the center of the fiber was determined to be 0.92, respectively. and 1.03, the region approximately 0.1 microns deep from the surface (ultra-thin outermost layer) exhibits low crystal integrity, and the region approximately 0.4 microns deep from the surface (surface layer) It showed substantially the same crystallinity as the fiber center.

また、この炭素繊維の断面形状は平均断面変形度1.0
5以下で、はぼ真円であった。
In addition, the cross-sectional shape of this carbon fiber has an average cross-sectional deformation of 1.0
It was less than 5 and was a perfect circle.

次にマトリックス樹脂であるが、ビスフェノールAジグ
リシジルエーテル(油化シェルエポキシ(株)製エピコ
ート828)35部、ジアミノジフェニルメタンのテト
ラグリシジル化合物(住友化学(株)製ELM434)
35部およびテトラブロムビスフェノール△ジグリシジ
ルエーテル(大日本インキ(株)製エピクロン152)
30部からなるエポキシ化合物混合物にジアミノジフェ
ニルスルホン32部を添加混合しプリプレグ用樹脂を調
製した。このエポキシ樹脂をオーブン中で180’C1
2時間の条件で硬化して厚さ2ITII11の透明な樹
脂硬化板を得た。JIS−に7113の試験法に準じて
測定した引張破断伸度は4.4%であった。
Next, regarding the matrix resin, 35 parts of bisphenol A diglycidyl ether (Epicote 828 manufactured by Yuka Shell Epoxy Co., Ltd.) and a tetraglycidyl compound of diaminodiphenylmethane (ELM434 manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.)
35 parts and tetrabromobisphenol△diglycidyl ether (Epiclon 152, manufactured by Dainippon Ink Co., Ltd.)
A prepreg resin was prepared by adding and mixing 32 parts of diaminodiphenylsulfone to a 30 part epoxy compound mixture. This epoxy resin was heated to 180'C1 in an oven.
The resin was cured for 2 hours to obtain a transparent cured resin plate having a thickness of 2ITII11. The tensile elongation at break measured according to the JIS-7113 test method was 4.4%.

上記炭素繊維を一方向に引揃え、上記プリプレグ用樹脂
を含浸させ、炭素11i維目付145q/m2、樹脂含
量34%のプリプレグを得た。このプリプレグを8枚積
層し、オートクレーブを使用して180℃、2時間、圧
力6kCJ/−の条件で成形し、厚さ0.91mm、v
、70.3%の複合材を19だ。
The carbon fibers were aligned in one direction and impregnated with the prepreg resin to obtain a prepreg with a carbon 11i fiber density of 145 q/m2 and a resin content of 34%. Eight sheets of this prepreg were laminated and molded using an autoclave at 180°C for 2 hours at a pressure of 6kCJ/- to a thickness of 0.91mm, v
, 70.3% composite material is 19.

この複合材から繊維方向に長さ230mm、幅12゜7
2mmの引張用試験片を切り出した。この試験片の両端
の上下両面に長さ5Qmm、幅12.72mmで一方の
端に”lQmmのテーバ部を持つガラスクロス/エポキ
シ樹脂タブを接着した。この試験片をl mm/分の引
張速度で引張試験した結果、引張強度は386kg/m
m 2 テアツタ。
This composite material has a length of 230 mm and a width of 12°7 in the fiber direction.
A 2 mm tensile test piece was cut out. Glass cloth/epoxy resin tabs with a length of 5 Q mm and a width of 12.72 mm and a taper section of 1 Q mm at one end were adhered to both upper and lower surfaces of both ends of this test piece. This test piece was pulled at a tensile rate of 1 mm/min. As a result of the tensile test, the tensile strength was 386 kg/m
m 2 Tea Tsuta.

この時のストランド強度に対する複合材料の強度利用率
は82.0%であった。また、同様にVF5.8.2%
の複合材料を作製し、同様の試験を行なった結果、引張
強度は319kq/mm 2 、強度利用率は81.8
%であった。
At this time, the strength utilization rate of the composite material with respect to the strand strength was 82.0%. Similarly, VF5.8.2%
As a result of making a composite material of
%Met.

比較例1 ストランド強度5301q/mm2で、断面変形度の平
均値が1.60の断面がまゆ型の炭素繊維を用いて、実
施例1と同じプリプレグ用樹脂および成形法にてV、が
69.9%および59.3%の複合材料を作製した。実
施例1と同じ試験法にて引張強度を測定した結果、それ
ぞれ、283)cq/mm2、ct、jよび282 k
i/mm 2であった。この時の強1哀利用率はそれぞ
れ76.1%、および89゜7%であった。明らかに強
度利用率が低下しており、高VEによる軽量効果が望め
ない。
Comparative Example 1 Using carbon fiber with a cocoon-shaped cross section having a strand strength of 5301 q/mm2 and an average cross-sectional deformation of 1.60, V was 69. 9% and 59.3% composites were made. The tensile strength was measured using the same test method as in Example 1, and the results were 283) cq/mm2, ct, j, and 282 k, respectively.
i/mm2. At this time, the high and low utilization rates were 76.1% and 89.7%, respectively. The strength utilization rate is clearly lowered, and the lightweight effect due to high VE cannot be expected.

実施例2 ビスフェノールAジグリシジルエーテル(エピコート8
28)40部、3,9−ビス(3−メトキシ、4−ヒド
ロキシフェニル) −2,4,8,10−テトラオキサ
スピロ[5,5]ウンデ力ン30部およびテトラブロム
ビスフェノールAジグリシジルエーテル(エピクロン1
52)30部からなるエポキシ化合物混合物にジアミノ
ジフェニルスルホン24部を添加混合しプリプレグ用樹
脂を調製した。このエポキシ樹脂を実施例1と同様にし
て硬化させたところ、引張破断伸度は6.1%であった
。
Example 2 Bisphenol A diglycidyl ether (Epicote 8
28) 40 parts, 30 parts of 3,9-bis(3-methoxy,4-hydroxyphenyl)-2,4,8,10-tetraoxaspiro[5,5]underichon and tetrabromobisphenol A diglycidyl ether (Epicron 1
52) A prepreg resin was prepared by adding and mixing 24 parts of diaminodiphenylsulfone to 30 parts of an epoxy compound mixture. When this epoxy resin was cured in the same manner as in Example 1, the tensile elongation at break was 6.1%.

上記樹脂と実施例1と同様の炭素繊維を用い、実施例1
と同様の方法で2種類のV、の複合材料を作製した。こ
の時のVFは70.1%、および57.3%でめった。
Using the above resin and the same carbon fiber as in Example 1, Example 1
Composite materials of two types of V were prepared in the same manner. The VF at this time was 70.1% and 57.3%.

実施例、1と同じ方法で引張試験を行なった結果、引張
強度は413 ki/mm 2、および338kq/m
m2であった。この時の強度利用率はそれぞれ87.9
%、および88.1%であった。
A tensile test was conducted in the same manner as in Example 1, and the tensile strength was 413 ki/mm 2 and 338 kq/m
It was m2. The strength utilization rate at this time was 87.9.
%, and 88.1%.

比較例2 実施例2と同様のプリプレグ用樹脂、および比較例1と
同様の炭素繊維を用い、実施例1と同じ試験を行なった
。作製した複合材料のV「は69゜6%、および56.
9%であった。この引張強度はそれぞれ、293kq/
mm 2 、および281kq/mm2であり、強度利
用率は79.4%、および93.2%であった。
Comparative Example 2 The same test as in Example 1 was conducted using the same prepreg resin as in Example 2 and the same carbon fiber as in Comparative Example 1. The V' of the prepared composite material was 69.6%, and 56.
It was 9%. The tensile strength is 293kq/
mm 2 and 281 kq/mm 2 , and the strength utilization rates were 79.4% and 93.2%.

[発明の効果] ■ 極めて高強度でしかも軽量な複合材料が取得できる
。
[Effects of the invention] ■ Composite materials with extremely high strength and light weight can be obtained.

■ 品質の安定した複合材料が取得できる。■ Composite materials with stable quality can be obtained.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)複合材料中の繊維体積分率(V_F)が70%の
時の引張強度が370kg/mm^2以上の炭素繊維と
マトリックス樹脂からなる一方向炭素繊維強化高強度複
合材料。
(1) A unidirectional carbon fiber-reinforced high-strength composite material made of carbon fibers and a matrix resin and having a tensile strength of 370 kg/mm^2 or more when the fiber volume fraction (V_F) in the composite material is 70%.
(2)特許請求の範囲第(1)項において、樹脂含浸ス
トランドの引張強度が600kg/mm^2以上の炭素
繊維を使用することを特徴とする一方向炭素繊維強化高
強度複合材料。
(2) A unidirectional carbon fiber-reinforced high-strength composite material according to claim (1), characterized in that the resin-impregnated strands are made of carbon fibers having a tensile strength of 600 kg/mm^2 or more.
(3)特許請求の範囲第(1)〜(2)項において、断
面形状が円形の炭素繊維を使用することを特徴とする一
方向炭素繊維強化高強度複合材料。
(3) A unidirectional carbon fiber-reinforced high-strength composite material according to claims (1) and (2), characterized in that carbon fibers having a circular cross-sectional shape are used.
(4)特許請求の範囲第(1)〜(3)項において、繊
維体積分率が65%以上であることを特徴とする一方向
炭素繊維強化高強度複合材料。
(4) A unidirectional carbon fiber-reinforced high-strength composite material according to claims (1) to (3), characterized in that the fiber volume fraction is 65% or more.
(5)特許請求の範囲第(1)〜(4)項において、引
張破断伸度3%以上のマトリックス樹脂を使用すること
を特徴とする一方向炭素繊維強化高強度複合材料。
(5) A unidirectional carbon fiber-reinforced high-strength composite material according to claims (1) to (4), characterized in that a matrix resin having a tensile elongation at break of 3% or more is used.
(6)特許請求の範囲第(1)〜(5)項において、繊
維中心部と対比して結晶の完全性が実質的に同一レベル
にある表層部を有し、かつ該表層部は前記繊維中心部に
対比して結晶の完全性が小である超薄最外層を有する炭
素繊維を使用することを特徴とする一方向炭素繊維強化
高強度複合材料。
(6) In claims (1) to (5), the fiber has a surface layer portion having substantially the same level of crystal integrity as the center portion of the fiber; A unidirectional carbon fiber reinforced high strength composite material characterized by the use of carbon fibers having an ultra-thin outermost layer with less crystalline integrity compared to the central part.
(7)特許請求の範囲第(1)〜(6)項において、該
超薄最外層の厚さが平均0.2ミクロン以下である炭素
繊維を使用することを特徴とする一方向炭素繊維強化高
強度複合材料。
(7) In claims (1) to (6), the unidirectional carbon fiber reinforcement is characterized in that the ultra-thin outermost layer uses carbon fiber having an average thickness of 0.2 microns or less. High strength composite material.
(8)特許請求の範囲第(1)〜(7)項において、熱
分解性有機物量が約0.05〜0.5重量%の範囲内お
よびX線電子分光法(ESCA)によつて検出される表
面の官能基量(O1s/C1s)比が0.1〜0.4の
範囲内である炭素繊維を使用することを特徴とする一方
向炭素繊維強化高強度複合材料。
(8) In claims (1) to (7), the amount of thermally decomposable organic matter is within the range of about 0.05 to 0.5% by weight and detected by X-ray electron spectroscopy (ESCA). A unidirectional carbon fiber-reinforced high-strength composite material characterized by using carbon fibers having a surface functional group content (O1s/C1s) ratio within the range of 0.1 to 0.4.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06299972A (en) * 1993-03-05 1994-10-25 Siegfried A Eisenmann Internal gear pump corresponding to wide speed range
US7301676B2 (en) 2001-06-26 2007-11-27 Fujitsu Limited Printing method and apparatus, and binary-form dither matrix pattern
JP2017155358A (en) * 2016-03-01 2017-09-07 日立化成株式会社 Carbon fiber sheet, composite material, and method for manufacturing composite material

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5235796A (en) * 1975-09-17 1977-03-18 Showa Koki Kk Neutralization by acidic gas
JPS5459497A (en) * 1977-10-04 1979-05-14 Rolls Royce Treatment of carbon fiber
JPS59217721A (en) * 1983-05-26 1984-12-07 Toray Ind Inc Epoxy resin composition for carbon fiber prepreg

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5235796A (en) * 1975-09-17 1977-03-18 Showa Koki Kk Neutralization by acidic gas
JPS5459497A (en) * 1977-10-04 1979-05-14 Rolls Royce Treatment of carbon fiber
JPS59217721A (en) * 1983-05-26 1984-12-07 Toray Ind Inc Epoxy resin composition for carbon fiber prepreg

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06299972A (en) * 1993-03-05 1994-10-25 Siegfried A Eisenmann Internal gear pump corresponding to wide speed range
US7301676B2 (en) 2001-06-26 2007-11-27 Fujitsu Limited Printing method and apparatus, and binary-form dither matrix pattern
JP2017155358A (en) * 2016-03-01 2017-09-07 日立化成株式会社 Carbon fiber sheet, composite material, and method for manufacturing composite material

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