JP3480504B2 - 成形用熱可塑性樹脂複合材料 - Google Patents
成形用熱可塑性樹脂複合材料Info
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- JP3480504B2 JP3480504B2 JP31695093A JP31695093A JP3480504B2 JP 3480504 B2 JP3480504 B2 JP 3480504B2 JP 31695093 A JP31695093 A JP 31695093A JP 31695093 A JP31695093 A JP 31695093A JP 3480504 B2 JP3480504 B2 JP 3480504B2
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- Japan
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- fiber bundle
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は特に優れた耐破壊靭性を
有する成形用熱可塑性樹脂複合材料を提供することに関
する。
有する成形用熱可塑性樹脂複合材料を提供することに関
する。
【０００２】
【従来の技術】従来の繊維強化樹脂複合材料は特に熱硬
化性樹脂複合材料においては層間強度が低く例えばモー
ドＩ方式の破壊試験で得られるＧＩC のような破壊靭性
値が低く成形品としての耐久性、耐衝撃性など満足でき
るものではない。これに対して熱可塑性樹脂をマトリッ
クスとする繊維強化樹脂複合材料が種々開発されてい
る。これら複合材料ではそのマトリックスの有する高破
壊靭性により大幅に破壊靭性値が向上している。
化性樹脂複合材料においては層間強度が低く例えばモー
ドＩ方式の破壊試験で得られるＧＩC のような破壊靭性
値が低く成形品としての耐久性、耐衝撃性など満足でき
るものではない。これに対して熱可塑性樹脂をマトリッ
クスとする繊維強化樹脂複合材料が種々開発されてい
る。これら複合材料ではそのマトリックスの有する高破
壊靭性により大幅に破壊靭性値が向上している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら熱可塑性
樹脂をマトリックスとして用いる際においても例えば予
め強化繊維間へ樹脂を含浸させたプリプレグテープ状の
ものを積層して成形した場合においては層間が明瞭に現
れ、層間破壊が生じ易く必ずしも高い破壊靭性値が得ら
れていない。
樹脂をマトリックスとして用いる際においても例えば予
め強化繊維間へ樹脂を含浸させたプリプレグテープ状の
ものを積層して成形した場合においては層間が明瞭に現
れ、層間破壊が生じ易く必ずしも高い破壊靭性値が得ら
れていない。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の構成は、強化繊維が一方向に配向され、熱可
塑性樹脂をマトリックスとして含浸されてなり、強化繊
維に垂直方向の断面内水平線上に存在する繊維束連続境
界長さ／繊維束平均長軸長さ比の平均が２．５以下であ
り、且つ繊維束の短軸／長軸長さ比が０．１以上である
ことを特徴とする成形用繊維強化熱可塑性樹脂複合材料
からなる。また、強化繊維長が３０から４００ｍｍを有
する成形用繊維強化熱可塑性樹脂複合材料からなる。
の本発明の構成は、強化繊維が一方向に配向され、熱可
塑性樹脂をマトリックスとして含浸されてなり、強化繊
維に垂直方向の断面内水平線上に存在する繊維束連続境
界長さ／繊維束平均長軸長さ比の平均が２．５以下であ
り、且つ繊維束の短軸／長軸長さ比が０．１以上である
ことを特徴とする成形用繊維強化熱可塑性樹脂複合材料
からなる。また、強化繊維長が３０から４００ｍｍを有
する成形用繊維強化熱可塑性樹脂複合材料からなる。
【０００５】本発明で用いる熱可塑性樹脂としては、ナ
イロン６、ナイロン６.６等のポリアミド樹脂、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等
のポリエステル樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等
のポリオレフィン樹脂、また、ポリカーボネート、ポリ
エーテルイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリエー
テルケトン、等が挙げられるが、これらに限定されるも
のではない。また、強化繊維はガラス繊維、炭素繊維、
アラミド繊維等の有機、無機繊維が挙げられるがこれら
に限定されるものではない。
イロン６、ナイロン６.６等のポリアミド樹脂、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等
のポリエステル樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等
のポリオレフィン樹脂、また、ポリカーボネート、ポリ
エーテルイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリエー
テルケトン、等が挙げられるが、これらに限定されるも
のではない。また、強化繊維はガラス繊維、炭素繊維、
アラミド繊維等の有機、無機繊維が挙げられるがこれら
に限定されるものではない。
【０００６】強化繊維は一方向に配向し且つ繊維束を形
成し、その繊維束が短軸／長軸長さ比平均が０．１以上
を有し且つ、強化繊維に垂直方向の断面内水平線上に存
在する繊維束連続境界長さ／繊維束平均長軸長さとの平
均比が２．５以下であるように配置されてなることを特
徴とする。このように強化繊維を配置することにより例
えばモードＩによる破壊靭性値ＧＩC の評価を行った場
合クラックの進行が生じ難く高い破壊靭性値を得ること
ができる。繊維束の短軸／長軸の平均比が０．１より小
さい場合では繊維束境界領域が大きくなり破壊が生じ易
くなり好ましくない。
成し、その繊維束が短軸／長軸長さ比平均が０．１以上
を有し且つ、強化繊維に垂直方向の断面内水平線上に存
在する繊維束連続境界長さ／繊維束平均長軸長さとの平
均比が２．５以下であるように配置されてなることを特
徴とする。このように強化繊維を配置することにより例
えばモードＩによる破壊靭性値ＧＩC の評価を行った場
合クラックの進行が生じ難く高い破壊靭性値を得ること
ができる。繊維束の短軸／長軸の平均比が０．１より小
さい場合では繊維束境界領域が大きくなり破壊が生じ易
くなり好ましくない。
【０００７】また、強化繊維に垂直方向の断面内水平線
上に存在する繊維束連続境界長さ／繊維束平均長軸の比
が２．５より大きい場合ではクラックの進行が生じ易く
なり破壊靭性値が低下するため好ましくない。強化繊維
の平均繊維長は３０〜４００ｍｍが好ましい。３０ｍｍ
より短い場合では強化効率が低下し良好な機械特性が得
られないため好ましくない。また、４００ｍｍより長い
場合では成形時の金型賦形が難しく好ましくない。
上に存在する繊維束連続境界長さ／繊維束平均長軸の比
が２．５より大きい場合ではクラックの進行が生じ易く
なり破壊靭性値が低下するため好ましくない。強化繊維
の平均繊維長は３０〜４００ｍｍが好ましい。３０ｍｍ
より短い場合では強化効率が低下し良好な機械特性が得
られないため好ましくない。また、４００ｍｍより長い
場合では成形時の金型賦形が難しく好ましくない。
【０００８】尚、本発明における強化繊維への樹脂の含
浸被覆方法および成形体を得る方法は、例えば強化繊維
間へ熱可塑性樹脂パウダーを担持させた後、加熱圧縮成
形する方法、強化繊維間へ熱可塑性樹脂パウダーを担持
させた後、更にその上に熱可塑性樹脂を被覆し加熱圧縮
成形する方法、また強化繊維とマトリックス繊維とを混
繊した後、加熱圧縮成形する方法などを用いることがで
きる。なかでも混繊法は含浸特性にすぐれ更に好ましく
は牽切紡績を用いた混繊法を利用することが望ましい。
浸被覆方法および成形体を得る方法は、例えば強化繊維
間へ熱可塑性樹脂パウダーを担持させた後、加熱圧縮成
形する方法、強化繊維間へ熱可塑性樹脂パウダーを担持
させた後、更にその上に熱可塑性樹脂を被覆し加熱圧縮
成形する方法、また強化繊維とマトリックス繊維とを混
繊した後、加熱圧縮成形する方法などを用いることがで
きる。なかでも混繊法は含浸特性にすぐれ更に好ましく
は牽切紡績を用いた混繊法を利用することが望ましい。
【０００９】
【実施例】以下に本発明を実施例により説明するが本発
明はこれらに何ら限定されるものではない。 実施例１ ナイロン６繊維と炭素繊維を引き揃えて牽切紡績しナイ
ロン６繊維と炭素繊維が混繊され実質的に無撚の状態と
し更にそのヤーンの表面をヤーン全重量の５％に相当す
るナイロン６繊維で捲回・被覆しトータルのヤーンデニ
ールが５８００で炭素繊維体積含有率５０％、平均繊維
長７５ｍｍの混繊糸を得た。
明はこれらに何ら限定されるものではない。 実施例１ ナイロン６繊維と炭素繊維を引き揃えて牽切紡績しナイ
ロン６繊維と炭素繊維が混繊され実質的に無撚の状態と
し更にそのヤーンの表面をヤーン全重量の５％に相当す
るナイロン６繊維で捲回・被覆しトータルのヤーンデニ
ールが５８００で炭素繊維体積含有率５０％、平均繊維
長７５ｍｍの混繊糸を得た。
【００１０】上記のようにして得た混繊糸を金属枠に所
定量張力を付与しつつ巻回する。その後ヒートプレスに
設置した２５０ｍｍの正方形の嵌合金型（凹側の一対は
開口）内に供給し一方向強化平板の熱圧縮成形を行っ
た。成形品に予備クラックを設けるために予め厚み１０
μｍ、長さ５０ｍｍのテフロンフィルムを端部の一方に
厚み中央へ挿入しておく。金型温度および付与した圧力
は２６０℃、１０ｋｇ／ｃｍ2 であり厚み３ｍｍ、２５
０ｍｍの正方形の平板を得た。その結果繊維束の短軸と
長軸との長さ比の平均が０．３５を有し、断面内水平線
上に存在する連続繊維束境界長さ／繊維束平均長軸の比
の平均が０．５６である成形板を得た。これらの比の測
定・算出は以下のようにして行った。上述のように加熱
圧縮成形して得られた成形品を幅１０ｍｍ、長さ２０ｍ
ｍに長手方向を繊維配向方向に平行にして切り出し、エ
ポキシ樹脂中に強化繊維方向を上下方向にして包埋後、
０．３μｍのアルミナパウダーを含むペーストと研磨用
バフとを用いて成形品断面の研磨を行い鏡面状態に仕上
げた。このサンプルを反射型の光学顕微鏡にて観察に用
い、更に光学顕微鏡像を画像処理装置に取り込むことに
より成形品断面の像を画像処理することにより繊維束の
短軸、長軸長さをまた、断面内水平線上に存在する連続
繊維束境界長さを計測した。得られた値に基づいて繊維
束の短軸／長軸の比をまた、繊維束連続境界長さ／繊維
束平均長軸の比を計算した。
定量張力を付与しつつ巻回する。その後ヒートプレスに
設置した２５０ｍｍの正方形の嵌合金型（凹側の一対は
開口）内に供給し一方向強化平板の熱圧縮成形を行っ
た。成形品に予備クラックを設けるために予め厚み１０
μｍ、長さ５０ｍｍのテフロンフィルムを端部の一方に
厚み中央へ挿入しておく。金型温度および付与した圧力
は２６０℃、１０ｋｇ／ｃｍ2 であり厚み３ｍｍ、２５
０ｍｍの正方形の平板を得た。その結果繊維束の短軸と
長軸との長さ比の平均が０．３５を有し、断面内水平線
上に存在する連続繊維束境界長さ／繊維束平均長軸の比
の平均が０．５６である成形板を得た。これらの比の測
定・算出は以下のようにして行った。上述のように加熱
圧縮成形して得られた成形品を幅１０ｍｍ、長さ２０ｍ
ｍに長手方向を繊維配向方向に平行にして切り出し、エ
ポキシ樹脂中に強化繊維方向を上下方向にして包埋後、
０．３μｍのアルミナパウダーを含むペーストと研磨用
バフとを用いて成形品断面の研磨を行い鏡面状態に仕上
げた。このサンプルを反射型の光学顕微鏡にて観察に用
い、更に光学顕微鏡像を画像処理装置に取り込むことに
より成形品断面の像を画像処理することにより繊維束の
短軸、長軸長さをまた、断面内水平線上に存在する連続
繊維束境界長さを計測した。得られた値に基づいて繊維
束の短軸／長軸の比をまた、繊維束連続境界長さ／繊維
束平均長軸の比を計算した。
【００１１】上述のようにして得た一方向強化平板より
強化繊維に長手方向を平行に幅２５ｍｍ、長さ１５５ｍ
ｍに切り出した。このサンプルを用いてモードＩ方式の
破壊靭性評価法を用いてＧＩc を測定した。その結果を
表１に掲げた。層間での破壊は極めて少なく、繊維束内
での破壊が多く認められ高いＧＩc 値を示している。
強化繊維に長手方向を平行に幅２５ｍｍ、長さ１５５ｍ
ｍに切り出した。このサンプルを用いてモードＩ方式の
破壊靭性評価法を用いてＧＩc を測定した。その結果を
表１に掲げた。層間での破壊は極めて少なく、繊維束内
での破壊が多く認められ高いＧＩc 値を示している。
【００１２】比較例１
フィラメント数１２Ｋの炭素繊維を３本用いナイロン６
樹脂を直接含浸法にて繊維間へ含浸させテープ状にした
後、実施例１と同様の方法にてＧＩc 測定用の一方向強
化成形品を得た。この際得られた成形品の強化繊維に対
して垂直方向の断面内の強化繊維束の短軸長さ／長軸長
さの比は０．０５であった。また、同断面内水平線上に
存在する繊維束連続境界長さ／繊維束平均長軸長さとの
比は３．７であった。この成形品を用いてＧＩc の測定
を行った。その結果を表１に掲げた。繊維束間の層間が
明確に現れ測定後、層間で破壊していることが明確に認
められた。
樹脂を直接含浸法にて繊維間へ含浸させテープ状にした
後、実施例１と同様の方法にてＧＩc 測定用の一方向強
化成形品を得た。この際得られた成形品の強化繊維に対
して垂直方向の断面内の強化繊維束の短軸長さ／長軸長
さの比は０．０５であった。また、同断面内水平線上に
存在する繊維束連続境界長さ／繊維束平均長軸長さとの
比は３．７であった。この成形品を用いてＧＩc の測定
を行った。その結果を表１に掲げた。繊維束間の層間が
明確に現れ測定後、層間で破壊していることが明確に認
められた。
【００１３】
【表１】
【００１４】
【発明の効果】以上のように強化繊維を配置することに
より得られる本発明の成形用熱可塑性樹脂繊維強化複合
材料を成形に供することにより、高い破壊靭性値を有す
る成形品を得ることができる。
より得られる本発明の成形用熱可塑性樹脂繊維強化複合
材料を成形に供することにより、高い破壊靭性値を有す
る成形品を得ることができる。
Claims (2)
- 【請求項１】 強化繊維が一方向に配向され、熱可塑性
樹脂をマトリックスとして含浸されてなり、強化繊維に
垂直方向の断面内水平線上に存在する繊維束連続境界長
さ／繊維束平均長軸長さ比の平均が２．５以下であり、
且つ繊維束の短軸／長軸長さ比が０．１以上であること
を特徴とする成形用繊維強化熱可塑性樹脂複合材料。 - 【請求項２】 強化繊維の平均長が３０〜４００ｍｍを
有することを特徴とする請求項１記載の成形用繊維強化
熱可塑性樹脂複合材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31695093A JP3480504B2 (ja) | 1993-12-16 | 1993-12-16 | 成形用熱可塑性樹脂複合材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31695093A JP3480504B2 (ja) | 1993-12-16 | 1993-12-16 | 成形用熱可塑性樹脂複合材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07164438A JPH07164438A (ja) | 1995-06-27 |
| JP3480504B2 true JP3480504B2 (ja) | 2003-12-22 |
Family
ID=18082746
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31695093A Expired - Fee Related JP3480504B2 (ja) | 1993-12-16 | 1993-12-16 | 成形用熱可塑性樹脂複合材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3480504B2 (ja) |
-
1993
- 1993-12-16 JP JP31695093A patent/JP3480504B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07164438A (ja) | 1995-06-27 |
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