【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
本発明は、磁性体となる高強度、高弾性の繊維
強化プラスチツク構造体に関するものである。更
に詳しくは、磁化する繊維を含む電磁スイツチモ
ーターの回転子部品などとして使用可能な高品
質、軽量で且つ電磁チヤツクを利用して研削加工
ができる繊維強化プラスチツクに関するものであ
る。
近年、ガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維等
を強化材とした高強度、高弾性で軽量な高性能の
繊維強化プラスチツクがスポーツ、レジヤー用
品、宇宙航空機部品および産業資材用に用途が拡
がつている。
鉄などの金属材料は比重が高く、また比強度が
低いため軽量化がむずかしいが、繊維強化プラス
チツクは、代表的な軽量金属材料であるアルミニ
ウム以下の比重（2.7）を有し且つ機械的特性に
優れているので、軽量且つ高性能な材料として注
目されてきている。しかし、現状では上記高性能
の繊維強化プラスチツクは、非磁性体であるた
め、磁力により作動する部品、たとえばモーター
の回転子や電磁スイツチ等の材料として使用し、
これを軽量化し効率を向上させようとする場合、
金属材料の代替として使用することができなかつ
た。また繊維強化プラスチツクは非磁性体である
ために、鉄材の機械加工に使用されるマグネツト
利用の電磁チヤツク方式による研削等ができず、
したがつて、繊維強化プラスチツクの機械加工は
治具による固定が必要で非常にめんどうで費用が
かかつていた。
本発明者らは、このような問題について検討の
結果、磁化する繊維を含ませることにより問題を
解決しうることを見出した。
すなわち、本発明は磁化する繊維を含む繊維強
化プラスチツク構造体である。更に、磁化する繊
維のより好まみしい配設としてハイブリツド構造
にすることである。すなわち、磁化する繊維を含
む層を配するハイブリツド構造体において、磁化
する繊維を含む層の割合が、該構造体に対して体
積比で10％以上であり、且つ該構造体全体の比重
が2.7以下である繊維強化プラスチツクである。
この磁性体の繊維強化プラスチツク構造体はマ
グネツトに吸い寄せられると同時に、少くともあ
る特定の方向で引張強度が30〜360Kg／mm2あり、
引張弾性率が２〜35ton／mm2あり、比重が2.7以下
の軽量な材料である。このハイブリツド構造の繊
維強化プラスチツク構造体は、磁化する繊維を含
む層の割合が該構造体に対して体積比で10％以上
でなければ、マグネツトに吸い寄せられない。望
ましくは30％以上含むことである。30％以上の磁
化する繊維を含む層をもつ繊維強化プラスチツク
構造体は容易にマグネツトに吸い寄せられる。こ
のような高性能な特性をもつ繊維強化プラスチツ
ク構造体は、磁性体材料としてモーターの回転子
や電磁スイツチ等の電磁部品に有効に使用される
だけでなく、高強度、高弾性で軽量であるため
に、スポーツ、レジヤー用品、宇宙航空機部品、
産業資材等に好適に使用される。又このものはマ
グネツトの利用により機械加工が簡単にできる材
料として有用である。尚、磁化する繊維を含む層
のかわりに強磁性体の金属板を繊維強化プラスチ
ツクに配するハイブリツド構造体では、大幅な軽
量化が難しく又金属板と繊維強化プラスチツチの
界面の剪断強度が低く好ましくない。
磁性体の繊維強化プラスチツクの基本的な積層
構造を図面に示す。
第１図は片面に磁化する繊維を含む層を配する
ハイブリツドの繊維強化プラスチツクの積層構造
体である。この積層構造体は、たとえば磁化する
繊維を含む層の面をマグネツトに吸着させ、反対
の面で研削加工を実施すると作業に適している。
第２図はハイブリツド積層の中央部分に強化する
繊維を含む層を配する繊維強化プラスチツクの積
層構造である。この場合は繊維強化プラスチツク
構造体の両面で研削加工をおこなうことができ、
作業に適している。第３図はハイブリツド積層の
外側の両面に磁化する繊維を含む層を配する繊維
強化プラスチツクの積層構造体である。この積層
構造体は、たとえば積層板の両側よりマグネツト
を働かすような電磁部品等の材料に適している。
又磁化する繊維を含む層は第１図、第２図、第３
図のように必ず連続している必要はなく、第４図
のように独立した丸棒又は断面が三角、四角等の
棒状でもよい。このような積層構造体は、プレス
成形、オートクレーブ成形、マツチドタイ成形、
プルトリユージヨン成形、インジエクシヨン成形
等によつて、磁化する繊維を含む層を一体で同時
成形して作ることもできるし、別々に成形後接着
剤により一体化しても製作できる。
磁化する繊維とは強磁性体である金属、たとえ
ばニツケル、コバルト、鉄やこれらの合金や化合
物、マンガン、クロムの合金や化合物等を被覆し
た炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、シリコ
ンカーバイド繊維、ボロン繊維等や、直径100ミ
クロン以下の強磁性体である金属繊維のことであ
る。
磁化する繊維を含む層は、磁化する繊維を繊維
体積含有率で10〜75％望ましくは30〜70％含む熱
硬化性樹脂、たとえばエポキシ樹脂、フエノール
樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹
脂、フラン樹脂等や熱可塑性樹脂、たとえばポリ
アミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリス
チレン、ポリ塩化ビニール、ポリカーボネート、
ポリアセタール、ポリスルホン、ABS樹脂、ポ
リエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフ
タレート、ポリフエニレンオキサイド等で構成さ
れている。
繊維強化プラスチツクとは、炭素繊維、ガラス
繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、シリコンカー
バイド繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊
維、綿糸等を強化繊維とし熱硬化性樹脂、たとえ
ばエポキシ樹脂、フエノール樹脂、不飽和ポリエ
ステル樹脂、ポリイミド樹脂、フラン樹脂等や熱
可塑性樹脂、たとえばポリアミド、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビ
ニール、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポ
リスルホン、ABS樹脂、ポリエチレンテレフタ
レート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフエ
ニレンオキサイド等で強化したものをいう。
以下、本発明を実施例により説明する。
実施例 １
ニツケル0.25ミクロン被覆した直径７ミクロン
の高強度タイプ炭素繊維（東邦レーヨン社製商品
名ベスフアイト
−MC）を一方向に引き揃えた
エポキシ樹脂プリプレグ（樹脂含有量38wt％、
厚さ0.15mm）を４枚重ねたものの両側に繊維方向
を同じにして高強度タイプの炭素繊維（東邦レー
ヨン社製商品名ベスフアイト
）を一方向に引き
揃えたエポキシ樹脂プリプレグ（樹脂含有量
38wt％、厚さ0.15mm）を２枚づつ重ね合せ、これ
を温度130℃、圧力５Kg／cm2で90分間プレス成形
して、ハイブリツド繊維強化プラスチツクの版を
製作した。このものの物性値を測定した。結果を
第１表に示す。
The present invention relates to a high-strength, high-elasticity fiber-reinforced plastic structure that is a magnetic material. More specifically, the present invention relates to a high quality, lightweight fiber-reinforced plastic that can be used as a rotor component for an electromagnetic switch motor, which contains magnetized fibers, and can be ground using an electromagnetic chuck. In recent years, the use of high-performance fiber-reinforced plastics made of glass fiber, aramid fiber, carbon fiber, etc. as reinforcement materials, which are high strength, high elasticity, and lightweight, has been expanding into sports, leisure goods, spacecraft parts, and industrial materials. . Metal materials such as iron have high specific gravity and low specific strength, making it difficult to reduce their weight. However, fiber-reinforced plastic has a specific gravity (2.7) less than that of aluminum, a typical lightweight metal material, and has excellent mechanical properties. Because of its excellent properties, it is attracting attention as a lightweight and high-performance material. However, at present, the above-mentioned high-performance fiber-reinforced plastics are non-magnetic, so they are used as materials for parts that operate by magnetic force, such as motor rotors and electromagnetic switches.
If you want to make this lighter and improve efficiency,
It could not be used as a substitute for metal materials. Furthermore, since fiber-reinforced plastic is a non-magnetic material, it cannot be ground using the electromagnetic chuck method that uses magnets, which is used for machining iron materials.
Therefore, machining of fiber-reinforced plastics requires fixing with jigs, which is extremely troublesome and expensive. As a result of studies on such problems, the present inventors found that the problems could be solved by including magnetized fibers. That is, the present invention is a fiber-reinforced plastic structure containing magnetizable fibers. Furthermore, a more preferred arrangement of the magnetizable fibers is a hybrid structure. That is, in a hybrid structure including a layer containing magnetized fibers, the ratio of the layer containing magnetized fibers to the structure is 10% or more by volume, and the specific gravity of the entire structure is 2.7. It is a fiber-reinforced plastic that is: This magnetic fiber-reinforced plastic structure is attracted to the magnet, and at the same time has a tensile strength of 30 to 360 kg/mm 2 in at least a certain direction.
It is a lightweight material with a tensile modulus of 2 to 35 tons/ mm2 and a specific gravity of 2.7 or less. This hybrid fiber-reinforced plastic structure will not be attracted to the magnet unless the layer containing magnetized fibers accounts for 10% or more by volume of the structure. The content is preferably 30% or more. Fiber-reinforced plastic structures with layers containing more than 30% magnetizable fibers are easily attracted to the magnet. Fiber-reinforced plastic structures with such high-performance characteristics are not only effectively used as magnetic materials in electromagnetic parts such as motor rotors and electromagnetic switches, but also have high strength, high elasticity, and light weight. For sports, leisure goods, spacecraft parts,
Suitable for use in industrial materials, etc. This material is also useful as a material that can be easily machined by using magnets. In addition, in a hybrid structure in which a ferromagnetic metal plate is arranged on fiber-reinforced plastic instead of a layer containing magnetized fibers, it is difficult to significantly reduce the weight, and the shear strength at the interface between the metal plate and fiber-reinforced plastic is low, which is preferable. do not have. The basic laminated structure of magnetic fiber-reinforced plastic is shown in the drawing. FIG. 1 shows a hybrid fiber-reinforced plastic laminate structure with a layer containing magnetizable fibers on one side. This laminated structure is suitable for working if, for example, the surface of the layer containing magnetized fibers is attracted to a magnet and the opposite surface is ground.
FIG. 2 shows a laminate structure of fiber-reinforced plastic in which a layer containing reinforcing fibers is placed in the central portion of the hybrid laminate. In this case, grinding can be performed on both sides of the fiber-reinforced plastic structure.
suitable for work. FIG. 3 shows a fiber-reinforced plastic laminate structure in which layers containing magnetizable fibers are disposed on both outer sides of the hybrid laminate. This laminated structure is suitable for materials such as electromagnetic parts in which magnets are applied from both sides of the laminated plate.
The layers containing magnetized fibers are shown in Figures 1, 2, and 3.
They do not necessarily have to be continuous as shown in the figure, and may be independent round bars as shown in FIG. 4, or bar-shaped with a triangular or square cross section. Such laminated structures can be produced by press molding, autoclave molding, matte tie molding,
It can be made by simultaneously molding the layers containing magnetized fibers as one piece by pultrusion molding, injection molding, etc., or it can be made by molding them separately and then integrating them with an adhesive. Magnetized fibers include ferromagnetic metals such as nickel, cobalt, iron, alloys and compounds of these, carbon fibers coated with manganese and chromium alloys and compounds, glass fibers, aramid fibers, silicon carbide fibers, and boron. Fibers, etc., and ferromagnetic metal fibers with a diameter of 100 microns or less. The layer containing magnetizable fibers is a thermosetting resin containing magnetizable fibers in a fiber volume content of 10 to 75%, preferably 30 to 70%, such as epoxy resin, phenolic resin, unsaturated polyester resin, polyimide resin, furan resin. etc. and thermoplastic resins such as polyamide, polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyvinyl chloride, polycarbonate, etc.
It is composed of polyacetal, polysulfone, ABS resin, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyphenylene oxide, etc. Fiber-reinforced plastics are carbon fibers, glass fibers, aramid fibers, boron fibers, silicon carbide fibers, polyester fibers, polyamide fibers, cotton yarn, etc., as reinforcing fibers, and thermosetting resins such as epoxy resins, phenolic resins, and unsaturated polyester resins. , polyimide resin, furan resin, etc., and thermoplastic resins such as polyamide, polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyvinyl chloride, polycarbonate, polyacetal, polysulfone, ABS resin, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyphenylene oxide, etc. means. Hereinafter, the present invention will be explained by examples. Example 1 Epoxy resin prepreg (resin content 38 wt%,
Epoxy resin prepreg (resin content
38wt%, thickness 0.15mm) were stacked one on top of the other and press-molded at a temperature of 130°C and a pressure of 5Kg/ cm2 for 90 minutes to produce a hybrid fiber-reinforced plastic plate. The physical properties of this product were measured. The results are shown in Table 1.
【表】
実施例 ２
ガラス繊維のエポキシ樹脂織物プリプレグ（樹
脂含有量40wt％、厚さ0.2mm）を２枚重ねたもの
の両側へニツケルを0.25ミクロン被覆した直径７
ミクロンの高強度タイプ炭素繊維（東邦レーヨン
社製商品ベスフアイト
−MC）を一方向に引き
揃えたエポキシ樹脂プリプレグ（樹脂含有量
38wt％、厚さ0.15mm）を２枚づつ重ねこれを温度
130℃、圧力５Kg／cm2で90分間プレス成形して、
ハイブリツド繊維強化プラスチツク板を製作し
た。このものの物性値を測定した。結果を第２表
に示す。[Table] Example 2 Two layers of glass fiber epoxy resin fabric prepreg (resin content 40wt%, thickness 0.2mm) were coated with 0.25 micron of nickel on both sides to form a diameter 7 piece.
Epoxy resin prepreg (resin content
38wt%, thickness 0.15mm) are stacked two at a time and heated to
Press molded at 130℃ and pressure 5Kg/ cm2 for 90 minutes.
A hybrid fiber-reinforced plastic board was manufactured. The physical properties of this product were measured. The results are shown in Table 2.
【表】【table】
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]
第１図、第２図、第３図、第４図はいずれも、
本発明の積層構造体を表わしたものである。
１……磁化する繊維を含む層、２……繊維強化プ
ラスチツク、３……磁化する繊維を含む丸棒。
Figures 1, 2, 3, and 4 are all
This figure shows the laminated structure of the present invention. 1... Layer containing magnetized fibers, 2... Fiber-reinforced plastic, 3... Round bar containing magnetized fibers.