JPH0310738B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0310738B2 JPH0310738B2 JP62154160A JP15416087A JPH0310738B2 JP H0310738 B2 JPH0310738 B2 JP H0310738B2 JP 62154160 A JP62154160 A JP 62154160A JP 15416087 A JP15416087 A JP 15416087A JP H0310738 B2 JPH0310738 B2 JP H0310738B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fibers
- titanium
- fiber
- strength
- resin
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Woven Fabrics (AREA)
- Treatments For Attaching Organic Compounds To Fibrous Goods (AREA)
- Yarns And Mechanical Finishing Of Yarns Or Ropes (AREA)
- Inorganic Fibers (AREA)
Description
［産業上の利用分野］
本発明は高強度・高弾性率で、さらに靭性、耐
衝撃性および圧縮強度が強化された複合材料例え
ばFRPを得ることのできる強化繊維に関するも
のである。 ［従来の技術］ 複合材料の１つとしてFRP（繊維強化プラスチ
ツク）が古くから汎用されており、中でも炭素繊
維を強化繊維として用いたCFRP（炭素繊維強化
プラスチツク）は比較度や比弾性が高く軽量化材
料として広くスポーツ及びレジヤー分野をはじめ
として航空・宇宙産業の分野に普及しており、さ
らには自動車産業や一般産業分野への用途も拡大
しつつある。 CFRPの製造に用いられる炭素繊維は通常トウ
（数千〜数万本のフイラメントからなる繊維束）
の形で生産されており、さらにクロス、編物、一
方向に引き揃えたUDシートならびにUDテープ
および不織布シート等の集合体に加工してCFRP
の材料として用いられる。また炭素繊維を短く切
断して短繊維とし、マトリツクスとなる樹脂を含
浸または混合してCFRPを製造することも行なわ
れている。 これらの中でも炭素繊維のクロスを用いて成形
したもの、あるいはUDのプリプレグを成形して
得られるCFRPは炭素繊維の特徴である高強度お
よび高弾性率が強化された高性能複合材料として
広く利用されている。 ［発明が解決しようとする問題点］ ところが炭素繊維は破断伸度が小さく、複合化
したときの層間剪断強化が低いため、たとえば
CFRP成形体としたときにおいて金属材料に比較
して靭性、耐衝撃性および圧縮強度の面で極めて
劣るという欠点があつた。 これに対しチタンは金属の中でも比較度、剪断
強度および靭性が高く、繊維とする時に径のコン
トロールが比較的容易であり、また後述するよう
にチタン繊維を表面処理することにより取扱い性
が良好になることから、本発明者らはチタン繊維
に着目し、これを炭素繊維に配合して複合材料用
の強化繊維とすべく種々検討した。 すなわち本発明の目的は高強度・高弾性でかつ
靭性、耐衝撃性および圧縮強度にもすぐれた複合
材料を得ることができる強化繊維およびその集合
体を提供する点にある。 ［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成することのできた本発明とは炭
素繊維95〜50体積部とサイジング処理したTiま
たはTi合金繊維５〜50体積部からなるものであ
ることを構成要旨とするものである。 ［作用］ 本発明でいう炭素繊維とは特にその原料や製法
が特定される訳ではないが、主にPAN系炭素繊
維あるいはピツチ系炭素繊維が推奨される。また
チタン繊維とは純チタン繊維を初め、チタンを主
成分とする例えばアルミニウムおよび／またはバ
ナジウム等の合金元素を配合してなる繊維、およ
びチタンの表面を陽極酸化もしくは化学的処理を
施して得られる着色チタン繊維も含まれる。本発
明においては上記各種TiまたはTi合金繊維にサ
イジング処理の施されたものが使用される。 サイジング処理したチタン繊維とは本出願人の
先願（特開昭63−295766号公報）に係るものであ
り、これはチタン繊維の毛羽立ち、摩擦による切
断、燃焼性、着火性等を改善すべく水分散性高分
子物質を水に分散させたサイジング剤でチタン繊
維の表面処理をしたものであり、上記サイジング
剤としてはたとえばポリビニルアルコール、ポリ
ビニルアセタール、ポリアルキレンオキサイドお
よびこれらの誘導体等の水溶性樹脂を水に溶解し
たもの、あるいは例えばエポキシ樹脂、ポリ酢酸
ビニル、ケイ素樹脂、ポリエステル樹脂等の如く
水に分散可能な樹脂を水に分散させてエマルジヨ
ンタイプにしたものが挙げられる。この様にサイ
ジング処理を施すことにより摩擦係数が低下し、
その結果集束性が高まりチタン繊維を通常の有機
繊維と同じように機械的に取扱うことが可能とな
り、クロスとして製織したり、不織布とすること
が容易となり、さらにはUDプリプレグやクロス
プリプレグ等の中間成形体を製造することが容易
となるというものであつた。 炭素繊維と前記チタン繊維を配合するに当たつ
ては、チタン繊維を５〜50体積部（従つて炭素繊
維は95〜50体積部）配合する。この際特に限定し
ないが1000〜12000本の炭素繊維から成るトウと、
10〜10000本からなるチタン繊維のトウを上記体
積割合になるように配合することが取扱性の点で
好ましい。尚トウの様な集合体としてではなく、
ばらばらの状態にして配合しても良い。また複合
材料とした際チタン繊維が炭素繊維に対し５体積
部未満ではチタン繊維の配合目的である靭性、耐
衝撃性および圧縮強度の向上に効果が現れず、50
体積部を超えると比重が上がるとともに引張強
化、引張弾性率、曲げ強度が低下しチタン合金
（例えば6A1−4V−チタン合金）の比強度と同等
あるいはそれ以下となつてしまい炭素繊維の配合
効果が低下してしまう。尚必要であればこれらに
他の繊維を配合して他の特長を与えることもでき
る。 尚各構成繊維の直径や断面形状等は一切制限さ
れないが、たとえばチタン繊維の場合は、生産の
し易さや取扱い易さ等の観点から５〜100μｍと
することが推奨される。 この炭素繊維とチタン繊維よりなる強化繊維は
従来の炭素繊維と同様の形態で供給することがで
きる。すなわちトウとして供給される他、加工し
てクロス、編物、UDシート、UDテープおよび
不織布シート等の集合体としてあるいは切断して
チヨツプとして供給することができる。さらにチ
ヨツプドストランドマツトに樹脂その他の添加剤
を配合してSMCあるいはBMCとしても供給する
ことができる。またさらにUDプリプレグやクロ
スプリプレグ等の中間成形体としても供給でき
る。 強化対象となる樹脂のうち、まず熱可塑性樹脂
としてはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリス
チレン、PVC、ABS、AAS、SAN、ポリカーボ
ネート、ポリサルフオン、ポリアセタール、ナイ
ロン６あるいはナイロン66等のポリアミド、飽和
ポリエステル、ポリフエニレンオキサイド、変性
ポリフエニレンオキサイドおよびこれらの混合物
等が非限定的に列挙することができる。さらに硬
化性樹脂としては、不飽和ポリエステル樹脂、エ
ポキシ樹脂、フエノール極脂、シリコン樹脂、ア
リル樹脂、メラミン樹脂、フラン樹脂、ハイドロ
カーボン樹脂、アラミド樹脂等が非限定的に列挙
される。 中間成形体あるいは成形体の製造には従来の
FRP用の織布含浸装置、UDプリプレグ製造装
置、フイラメントワインデイングあるいはドラム
ワインデイング装置を何ら改造することなく使用
することができる。中間成形体を積層成形する際
も従来のハイドレイアツプにより積層、オートク
レーグ成形、プレス成形などをそのまま適用する
ことができる。 またチタンの表面を陽極酸化もしくは化学的処
理を施して着目したチタン繊維を配合した強化繊
維を使用した複合材料は装飾性にもすぐれたもの
となる。 ［実施例および比較例］ 引張強度360Kg／mm2の炭素繊維からなるフイラ
メント数1000本のトウに平均繊維径30μｍでフイ
ラメント数100本からなるサイジング処理したTi
またはTi合金繊維トウを３：１の割合で配合し、
クロスを製織した。該クロスの目付は経・緯とも
10.5本／25mmであり、重さは89g／m2の平織であ
る。このクロスにエポキシ樹脂を含浸させプリプ
レグと成し、プレスにて板状に硬化成形して、各
種の機械的強度を測定した。結果を第１表に示
す。比較のために炭素繊維のみで目付が経・緯と
も10.5本／25mmで重さ57ｇ／m2のクロスを平織
し、前記と同様に処理したものの機械的強度を第
１表に併記する。
衝撃性および圧縮強度が強化された複合材料例え
ばFRPを得ることのできる強化繊維に関するも
のである。 ［従来の技術］ 複合材料の１つとしてFRP（繊維強化プラスチ
ツク）が古くから汎用されており、中でも炭素繊
維を強化繊維として用いたCFRP（炭素繊維強化
プラスチツク）は比較度や比弾性が高く軽量化材
料として広くスポーツ及びレジヤー分野をはじめ
として航空・宇宙産業の分野に普及しており、さ
らには自動車産業や一般産業分野への用途も拡大
しつつある。 CFRPの製造に用いられる炭素繊維は通常トウ
（数千〜数万本のフイラメントからなる繊維束）
の形で生産されており、さらにクロス、編物、一
方向に引き揃えたUDシートならびにUDテープ
および不織布シート等の集合体に加工してCFRP
の材料として用いられる。また炭素繊維を短く切
断して短繊維とし、マトリツクスとなる樹脂を含
浸または混合してCFRPを製造することも行なわ
れている。 これらの中でも炭素繊維のクロスを用いて成形
したもの、あるいはUDのプリプレグを成形して
得られるCFRPは炭素繊維の特徴である高強度お
よび高弾性率が強化された高性能複合材料として
広く利用されている。 ［発明が解決しようとする問題点］ ところが炭素繊維は破断伸度が小さく、複合化
したときの層間剪断強化が低いため、たとえば
CFRP成形体としたときにおいて金属材料に比較
して靭性、耐衝撃性および圧縮強度の面で極めて
劣るという欠点があつた。 これに対しチタンは金属の中でも比較度、剪断
強度および靭性が高く、繊維とする時に径のコン
トロールが比較的容易であり、また後述するよう
にチタン繊維を表面処理することにより取扱い性
が良好になることから、本発明者らはチタン繊維
に着目し、これを炭素繊維に配合して複合材料用
の強化繊維とすべく種々検討した。 すなわち本発明の目的は高強度・高弾性でかつ
靭性、耐衝撃性および圧縮強度にもすぐれた複合
材料を得ることができる強化繊維およびその集合
体を提供する点にある。 ［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成することのできた本発明とは炭
素繊維95〜50体積部とサイジング処理したTiま
たはTi合金繊維５〜50体積部からなるものであ
ることを構成要旨とするものである。 ［作用］ 本発明でいう炭素繊維とは特にその原料や製法
が特定される訳ではないが、主にPAN系炭素繊
維あるいはピツチ系炭素繊維が推奨される。また
チタン繊維とは純チタン繊維を初め、チタンを主
成分とする例えばアルミニウムおよび／またはバ
ナジウム等の合金元素を配合してなる繊維、およ
びチタンの表面を陽極酸化もしくは化学的処理を
施して得られる着色チタン繊維も含まれる。本発
明においては上記各種TiまたはTi合金繊維にサ
イジング処理の施されたものが使用される。 サイジング処理したチタン繊維とは本出願人の
先願（特開昭63−295766号公報）に係るものであ
り、これはチタン繊維の毛羽立ち、摩擦による切
断、燃焼性、着火性等を改善すべく水分散性高分
子物質を水に分散させたサイジング剤でチタン繊
維の表面処理をしたものであり、上記サイジング
剤としてはたとえばポリビニルアルコール、ポリ
ビニルアセタール、ポリアルキレンオキサイドお
よびこれらの誘導体等の水溶性樹脂を水に溶解し
たもの、あるいは例えばエポキシ樹脂、ポリ酢酸
ビニル、ケイ素樹脂、ポリエステル樹脂等の如く
水に分散可能な樹脂を水に分散させてエマルジヨ
ンタイプにしたものが挙げられる。この様にサイ
ジング処理を施すことにより摩擦係数が低下し、
その結果集束性が高まりチタン繊維を通常の有機
繊維と同じように機械的に取扱うことが可能とな
り、クロスとして製織したり、不織布とすること
が容易となり、さらにはUDプリプレグやクロス
プリプレグ等の中間成形体を製造することが容易
となるというものであつた。 炭素繊維と前記チタン繊維を配合するに当たつ
ては、チタン繊維を５〜50体積部（従つて炭素繊
維は95〜50体積部）配合する。この際特に限定し
ないが1000〜12000本の炭素繊維から成るトウと、
10〜10000本からなるチタン繊維のトウを上記体
積割合になるように配合することが取扱性の点で
好ましい。尚トウの様な集合体としてではなく、
ばらばらの状態にして配合しても良い。また複合
材料とした際チタン繊維が炭素繊維に対し５体積
部未満ではチタン繊維の配合目的である靭性、耐
衝撃性および圧縮強度の向上に効果が現れず、50
体積部を超えると比重が上がるとともに引張強
化、引張弾性率、曲げ強度が低下しチタン合金
（例えば6A1−4V−チタン合金）の比強度と同等
あるいはそれ以下となつてしまい炭素繊維の配合
効果が低下してしまう。尚必要であればこれらに
他の繊維を配合して他の特長を与えることもでき
る。 尚各構成繊維の直径や断面形状等は一切制限さ
れないが、たとえばチタン繊維の場合は、生産の
し易さや取扱い易さ等の観点から５〜100μｍと
することが推奨される。 この炭素繊維とチタン繊維よりなる強化繊維は
従来の炭素繊維と同様の形態で供給することがで
きる。すなわちトウとして供給される他、加工し
てクロス、編物、UDシート、UDテープおよび
不織布シート等の集合体としてあるいは切断して
チヨツプとして供給することができる。さらにチ
ヨツプドストランドマツトに樹脂その他の添加剤
を配合してSMCあるいはBMCとしても供給する
ことができる。またさらにUDプリプレグやクロ
スプリプレグ等の中間成形体としても供給でき
る。 強化対象となる樹脂のうち、まず熱可塑性樹脂
としてはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリス
チレン、PVC、ABS、AAS、SAN、ポリカーボ
ネート、ポリサルフオン、ポリアセタール、ナイ
ロン６あるいはナイロン66等のポリアミド、飽和
ポリエステル、ポリフエニレンオキサイド、変性
ポリフエニレンオキサイドおよびこれらの混合物
等が非限定的に列挙することができる。さらに硬
化性樹脂としては、不飽和ポリエステル樹脂、エ
ポキシ樹脂、フエノール極脂、シリコン樹脂、ア
リル樹脂、メラミン樹脂、フラン樹脂、ハイドロ
カーボン樹脂、アラミド樹脂等が非限定的に列挙
される。 中間成形体あるいは成形体の製造には従来の
FRP用の織布含浸装置、UDプリプレグ製造装
置、フイラメントワインデイングあるいはドラム
ワインデイング装置を何ら改造することなく使用
することができる。中間成形体を積層成形する際
も従来のハイドレイアツプにより積層、オートク
レーグ成形、プレス成形などをそのまま適用する
ことができる。 またチタンの表面を陽極酸化もしくは化学的処
理を施して着目したチタン繊維を配合した強化繊
維を使用した複合材料は装飾性にもすぐれたもの
となる。 ［実施例および比較例］ 引張強度360Kg／mm2の炭素繊維からなるフイラ
メント数1000本のトウに平均繊維径30μｍでフイ
ラメント数100本からなるサイジング処理したTi
またはTi合金繊維トウを３：１の割合で配合し、
クロスを製織した。該クロスの目付は経・緯とも
10.5本／25mmであり、重さは89g／m2の平織であ
る。このクロスにエポキシ樹脂を含浸させプリプ
レグと成し、プレスにて板状に硬化成形して、各
種の機械的強度を測定した。結果を第１表に示
す。比較のために炭素繊維のみで目付が経・緯と
も10.5本／25mmで重さ57ｇ／m2のクロスを平織
し、前記と同様に処理したものの機械的強度を第
１表に併記する。
【表】
第１表に示すように炭素繊維にチタン繊維を配
合することによりFRP成形板の引張強度、引張
弾性率および曲げ強度は下がつたが、破断伸度、
シヤルピー衝撃値および圧縮強度が向上すること
がわかる。従つてチタン繊維の配合比は本発明集
合体の利用目的、即ち期待効果により夫々重視す
べき物性を判断し、当該物性に重大な悪影響を与
えない様に決定すべきであり、実験により５〜50
体積部（炭素繊維95〜50体積部に対して）とする
のが良いとの結論を得た。またサイジング処理し
たTiまたはTi合金繊維を用いたので、実験に際
して有機繊維と同様に取扱うことができた。 ［発明の効果］ 本発明は以上のように構成されているので、本
発明の炭素繊維およびチタン繊維よりなる強化繊
維およびその集合体で強化された複合材料は炭素
繊維によつて軽重化が可能となるとともに強度お
よび弾性率が強化され、チタン繊維によつて靭
性、耐衝撃性および圧縮強度が強化される。
合することによりFRP成形板の引張強度、引張
弾性率および曲げ強度は下がつたが、破断伸度、
シヤルピー衝撃値および圧縮強度が向上すること
がわかる。従つてチタン繊維の配合比は本発明集
合体の利用目的、即ち期待効果により夫々重視す
べき物性を判断し、当該物性に重大な悪影響を与
えない様に決定すべきであり、実験により５〜50
体積部（炭素繊維95〜50体積部に対して）とする
のが良いとの結論を得た。またサイジング処理し
たTiまたはTi合金繊維を用いたので、実験に際
して有機繊維と同様に取扱うことができた。 ［発明の効果］ 本発明は以上のように構成されているので、本
発明の炭素繊維およびチタン繊維よりなる強化繊
維およびその集合体で強化された複合材料は炭素
繊維によつて軽重化が可能となるとともに強度お
よび弾性率が強化され、チタン繊維によつて靭
性、耐衝撃性および圧縮強度が強化される。
Claims (1)
- １ 炭素繊維95〜50体積部とサイジング処理した
TiまたはTi合金繊維５〜50体積部からなるもの
であることを特徴とする複合材料用強化繊維並び
に該繊維の集合体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62154160A JPS646135A (en) | 1987-06-20 | 1987-06-20 | Reinforced fiber for composite material and assembly thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62154160A JPS646135A (en) | 1987-06-20 | 1987-06-20 | Reinforced fiber for composite material and assembly thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS646135A JPS646135A (en) | 1989-01-10 |
| JPH0310738B2 true JPH0310738B2 (ja) | 1991-02-14 |
Family
ID=15578145
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62154160A Granted JPS646135A (en) | 1987-06-20 | 1987-06-20 | Reinforced fiber for composite material and assembly thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS646135A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW434360B (en) * | 1998-02-18 | 2001-05-16 | Toray Industries | Carbon fiber matrix for reinforcement, laminate and detecting method |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58107326A (ja) * | 1981-12-21 | 1983-06-27 | 富士フアイバ−グラス株式会社 | 強化プラスチツク製品 |
-
1987
- 1987-06-20 JP JP62154160A patent/JPS646135A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS646135A (en) | 1989-01-10 |
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