JPS6236427A - 一方向炭素繊維強化高強度複合材料 - Google Patents

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。

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。

［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。

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
。

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。

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）。

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。

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。

［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。。

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。

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。

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
。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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
。

［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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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
。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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
。

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。

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。

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。

［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
。

■　品質の安定した複合材料が取得できる。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （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。
2. （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。
3. （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。
4. （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。
5. （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。
6. （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。
7. （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。
8. （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。