JPH032227A - Hybrid prepreg - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ハイブリッドタイプの複合材料に関するもの
であり、特に炭素繊維糸条と異種繊維糸条とにて形成さ
れるハイブリッドタイプの炭素繊維プリプレグ(本明細
書では単に「ハイブリ7ドプリプレグ」という、)に関
するものである。The present invention relates to a hybrid type composite material, and in particular to a hybrid type carbon fiber prepreg (herein simply referred to as "hybrid prepreg") formed of carbon fiber threads and different types of fiber threads. ).
【え立且遣
近年、軽量であり、且つ耐熱性、耐水性などの耐環境性
に優れており、しかも機械的特性が良好であるという理
由から、炭素繊維を強化繊維としたプリプレグが注目を
浴びている。
しかしながら、高弾性炭素繊維、特にピッチ系高弾性炭
素繊維は、例えば引張強度が3 、0GPa以上、引張
弾性率が450GPa以上と言った高引張強度、高引張
弾性率を有しているが、圧縮強度が低く、最高でも1.
0GPa程度であるという問題を有している。
従って、高弾性炭素1m雑を強化繊維として作製された
炭素繊維プリプレグは引張強度、引張弾性率の大きさに
比して圧縮2強度が低く、圧縮強度の増大が希求されて
いる。
が しよ− る
従来、圧縮強度を増大せしめるべく炭素繊維と異種繊維
とを有したハイブリッドプリプレグが提案されており、
現在ハイブリッドプリプレグとしては、炭素繊維プリプ
レグと異種繊維のプリプレグとを積層して形成された居
間ハイブリッドと、1つの層内に炭素#a雑の領域と異
種繊維の領域を隣接して配設して形成された層内ハイブ
リッドとか考えられている。
前者の層間ハイブリッドは製造は容易であるが、圧縮強
度の増大が未だ十分とは言えない。
又、後者の層内ハイブリッドは、前記層間ハイブリッド
及び通常の炭素繊維プリプレグに比較すると圧縮強度が
相当に増大してはいるが、実際の繊維の強さには相裏の
バラツキがあり、弱い繊維から順に切断するために、そ
の増大程度はハイブリッド複合側に従い、ハイブリッド
ルールを越えることはなく、未だに十分であるとは言え
なかった。
本発明者らは、従来のハイブリッドプリプレグに関して
、特に層内ハイブリッドプリプレグについて多くの研究
、実験の結果、炭素繊維の領域と異種M11雑の領域と
の接触面積をできるだけ大きくすることにより、更に具
体的に言えば、1つの層内に、炭素繊維と異種繊維とが
交互に配tされた281の領域と、炭素繊維と’74種
繊維とが交互に配置された混合繊維の第2の領域とを層
状に形成し、異種繊維と炭素繊維との密着接合面積を増
大せしめることにより圧縮強度が飛躍的に増大し、該圧
縮強度をハイブリ−7ド複合則で、ハイブリー2ドルー
ルを越える程度にまで増大せしめ得ることを見出した。
このような現象が発生する理由は明らかではないが、炭
素繊維領域と異J+!繊維領域との接触面積が増大する
ことによって、ハイブリッド効果が予期した以上に向上
したものと思われる。
本発明は斯る新規な知見に基づきなされたちのである。
従って、本発明の目的は、圧縮強度が増大したハイブリ
ー2ドブリプレグを提供することである。
るだめの
上記目的は本発明に係るハイブリッドプリプレグにて達
成される0本発明のハイブリッドプリプレグlは、第1
図に図示されるように、1つの層内にて、炭素繊維糸条
2を含む炭素繊維区画3と1種以上の異種繊維糸条4を
含む異種繊維区画5とを交互に並置して配列された第1
の混合繊維領域6と、炭素繊維糸条2を含む炭素繊維区
画3と1種以−ヒの異種繊維糸条4を含む異種繊維区画
5とを交互に並置して配列された第2の混合繊維領域7
とを、互いに異なる繊維区画が接合するような態様で層
状に形成し、前記繊維糸条間にマトリクス樹脂8が含浸
されたことを特徴とするハイブリッドプリプレグである
。
炭素繊維糸条2としては、ピッチ系炭素繊維。
PAN系炭素炭素繊維−ヨン系炭素繊維を使用すること
ができるが、好ましくは引張強度2−OGPa以上、弾
性率200GPa以上とされる高弓張強度、高引張弾性
率の炭素m雑が使用される。
又、炭素繊維糸条としては、一般に、直径5〜12、y
m程度のフィラメントを1000〜24000本集東合
糸することにより形成された炭素繊維ストランド(トウ
)が使用される。
異種繊維糸条4としては、炭素繊維より大きな圧縮強度
を有する繊維なら任意のものを使用することができ、例
えば炭化けい素系繊!i:アルミナMHi;チタン、鋼
、ステンレス鋼、ベリリウム、タングステン、モリブデ
ンなどの金属繊維:はう素繊維;ガラス繊維などが挙げ
られる。好ましくは圧縮強度1.5GPa以上とされる
繊維が使用され、又、繊維糸条としては、一般に、直径
5〜12βm程[のフィラメントを1000〜2400
0本集東合糸することにより形成されたストランドが使
用される。
前記炭素繊維糸条及び異種繊維糸条から成る強化繊維に
含浸されるマトリクス樹脂8としては、エポキシ樹脂、
不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ジアリル
フタレート樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性マトリ
クス樹脂が使用可能であり、更に硬化温度が50−15
0℃となるように硬化剤その他の付与剤2例えば可撓性
付与剤などが適当に添加される。
好ましい一例を挙げれば、マトリクス樹脂としてはエポ
キシ樹脂が好ましく、使用可能のエポキシ樹脂としては
、例えば、(1)グリシジルエーテル系エポキシ樹脂(
ビスフェノールA、F、S系エポキシ樹脂、ノボラック
系エポキシ樹脂、臭素化ビスフェノールA系エポキシ樹
脂); (2)環式脂肪族エポキシ樹脂; (3)グ
リシジルエステル系エポキシ樹脂: (4)グリシジル
アミン系エポキシ樹脂; (5)複素環式エポキシ樹脂
:その他種々のエポキシ樹脂から選択される1種又は複
数種が使用され、特に、ビスフェノールA、F、Sグリ
シジルアミン系エポキシ樹脂が好適に使用される。又、
硬化剤としてはジアミノジフェニルスルフォン(DDS
)、ジアミノジフェニルメタン(DDM)等が好適に使
用される。
強化繊維に対し標準的なマトリクス樹脂の重量を強化縁
m1ooに対し100〜150とすることにより製造す
るか、又はマトリクス樹脂を種々に混合し、その4合を
適当に調合することにより製造される。
又、このような本発明に係るハイブリッドプリプレグは
、限定されるものではないが、通常の炭素繊維プリプレ
グと同じようにドラムワインディング及びホットプレス
を利用することによって好適に製造することができる。
製造方法について簡単に説明すると、第2図に図示され
るように、先ず、粘度100000〜5oooooポア
ズとされる熱硬化性マトリクス樹脂8が塗上紙8aに厚
さ0.015〜0.050mmにてコートされた第1の
樹脂塗工紙lOをドラムD上に巻き付は固定する。
次いで、該樹脂塗工紙10の上に、長繊維の複数本の炭
素&a維糸条2と、1種以上の複数本の異種繊維糸条4
とを交互に並置して巻き付けて第1の混合繊維糸条Ff
j6aを形成し、引き続き該第1の混合m!l糸条層6
aの上に、長m雑の複数本の炭素繊維糸条2と、1種以
上の複数本の異種繊維糸条4とを交互に並置して巻き付
けて第2の混合繊維糸条層7aを形成する。このとき、
第2の混合繊維糸条層7aの炭素繊維糸条2は第1の混
合繊維糸条層6aの異種繊維糸条4の上に位置し、又、
第2の混合繊維糸条yfI7aの異種繊維糸条4は第1
の混合繊維糸条層6aの炭素繊維糸条2の上に位置する
ようにして巻き付けられる。
これによって、樹脂塗上紙10の上に第1の混合繊維糸
条層6aと第2の混合繊維糸条層7aとが平行に層状を
なして、しかも両層6a、7aの接合は互いに異なる繊
維糸条が対面するような態様で配列される。
次に、前記第2の混合繊維糸条層7aを覆うようにして
前記第1の樹脂塗上紙10と同じく、粘度100000
〜500000ポアズとされる熱硬化性マトリクス樹J
]’lj8が塗上紙8aに厚さ0゜015〜0−050
mmにてコートされた第2の樹脂塗上紙10′が巻き付
けられ、前プリプレグシート12を形成する。
このようにして作製された前プリプレグシート12は、
ドラムDより剥離され、第3図に図示されるようなホッ
トプレス20にもたらされる。
本実施例によると、ホットプレス20ば、基台プレート
21と、#基台プレート21に対面して配置され、上下
動可能のプレスプレート22とを有する。基台プレート
21及びプレスプレート22は内部に電気ヒータの如き
加熱手段(図示せず)を備え、所望の温度に維持されて
いる。
前プリプレグシート12は、基台プレート21上に載置
され、プレスプレート22にて押圧される。基台プレー
1−21及びプレスプレート22にて加圧加熱された前
プリプレグシー)12は、繊維糸条2.4間にマトリク
ス樹脂8が含浸され、プリプレグを形成する。
次いで、基台プレート21とプレスプレート22とを離
間させ、該プリプレグを取り出し、所定温度まで冷却す
ることにより第1図に図示されるような本発明に係るハ
イブリッドプリプレグ1が製造される0通常、ハイブリ
ッドプリプレグ1は、厚さtが0.05〜0.3mmと
され、第1の混合M1雑領域6の厚さ1.は0−025
〜0゜15 m m、第2の混合繊維領域7の厚さt2
は0.025−0.15mmとされる。又、各混合繊維
領域6.7における、炭素繊維糸条2を含む炭素M&雑
区画3の輻W1.W3と1種以上の異種繊維糸条4を含
む異種繊維区画5の幅W2 、W4は、l −10m
mとされる。繊維区画の輻Wl、wl 、w2 、W2
B士同じであってもよく、場合によっては異なるように
することもできる。
本発明に従えば、使用される炭素繊維及び異種繊維の物
性及び混合割合、更にはマトリクス樹脂に対する含浸率
を変えることにより、又使用されるマトリクス樹脂の組
成物配合割合を種々に変えることにより種々の圧縮強度
、引張強度、引張弾性率、更には靭性を提供するハイブ
リッドプリプレグが作製される。
第4図及び第5図は、本発明に従った炭素繊維/炭化け
い素糸繊維によるハイブリッドプリプレグ、及び炭素繊
維/アルミナ繊維によるハイブリッドプリプレグのハイ
ブリッド複合剤を表わすグラフである・
第4図を参照すると、炭素M&維の強度はラインABで
示され、炭化けい素糸繊維の強度はラインCDで示され
る。従って、複合地、即ちハイブリッドラインはライン
AEDで表わされる。
従来の炭素繊維/炭化けい素系m雄によるハイブリット
プリプレグではハイブリッドライン以−ヒの強度を達成
することは不可能であったが、本発明によれば、圧縮強
度はラインAEDで囲包された斜線部分に位近するまで
増大させることができた。
これは、第5図に図示される炭素[1/アルミナ繊維に
よるハイブリッドプリプレグのハイブリッド複合剤にお
いても同様であった。
この理由は、上述したように、必ずしも明らかではない
が、炭素繊維と異種繊維との接触面積が増大することに
よって、ハイブリッド効果が予期した以上に向上したも
のと思われる。
次に、本発明を実施例について説明する。
見l潰」
本発明に係るハイブリッドプリプレグlを上記第2図及
び第3図に関連して説明したドラムワイングーとホット
プレスを用いて製造した。
炭素繊維糸条2として直径10.4mのモノフィラメン
ト3000本を集東合糸したストランド(トウ)を使用
し、異種繊維糸条4としては、炭化けい素糸繊維(日本
カーボン株式会社製、商品名ユニカロン、NL201)
を使用した。該炭化けい素糸繊維は直径15μmのモノ
フィラメント500本を集東合糸したストランド(トウ
)であった。
一方、ドラムワイングーに巻き付けられる樹脂塗上紙l
O上のマトリクス樹脂8は、油化シェルエポキシ株式会
社製のビスフェ/−ルA系エポキシ樹脂EP828 (
商品名)/EP100I(商品名)を50 g r /
50 g r、硬化剤としてジシアンジアミド4 、
2 g r、 DCMU (N−3,4ジクロロフェニ
レンN″−ジメチルウレア)4゜2grを含有したもの
であった。
ドラムワイングー上に固定された、マトリクス樹脂層の
厚さが0.025mmとされる樹脂塗[紙10上に、上
記炭素繊維糸条2が3000木から成る炭素繊維糸条群
と、に2炭化けい素糸繊維糸条4が500本から成る炭
化けい素糸繊維糸条群とを交互に且つ互いに隣接する態
様で配列して巻き付は第1の混合繊維糸条層6aを形成
した。
次いで、該第1の混合繊維糸条層6aの上に、上記炭素
#!維糸条2が3000木から成る炭素m!i糸条群と
、上記炭化けい素糸繊維糸条4が500本から成る炭化
けい素糸繊維糸条群とを交互に且つ互いに隣接する態様
で配列して巻き付は第2の混合繊維糸条層7aを形成し
た。
次いで、前記樹脂塗土紙10と同じ構成の81詣塗工紙
10’を上記第2の混合繊維糸条層7aを覆って巻き付
け、厚さ0.15mmの11館プリプレグシート12を
製造した。
次いで、前プリプレグシート12をドラムワイングーよ
り剥離し、ホットプレスに装着して加圧加熱した。この
ときのホットプレスの押圧力は20 K g / c
rrI′、温度は105℃であった。
このようにして製造された、第1図に図示する構成とさ
れるハイブリッドプリプレグlは、厚さしが0−1mm
、第1混合繊維領域6の厚さtと、第2混合繊諌領域7
の厚さt2は共に0.05mmであった。又、炭素繊維
区画3の幅W9、W3と、異種繊維区画5の幅W2 、
W4は、W1=w3工5゜6mm、w2 =w4 =3
.8mmであった。
又、マトリクス樹脂に対する強化繊維の量、つまり含浸
率は、再混合m雄領域6.7の炭素繊維区画3及び異種
繊維区画5において樹脂/繊維体積比が40780であ
った。
該ハイブリー2ドブリブレグlを20枚使用し、20層
構成の12.7 (幅)xt、a9(厚)X140(長
)mmの曲げテスト用テスト片Tを作製した。
テストは、第6図に図示されるように、テスト片Tを両
端2箇所30で支持し、中央f!1Zfa所より負荷P
をかけ、テスト片Tを屈曲させた。テスト片Tの引張側
で初期破断が起これば引張強度を、圧縮側で初期破断が
起これば圧縮強度を推定することができる。圧縮強度は
、テスト片の圧縮側にクラックが入り応力が低下する点
の曲げ強度によって評価した。
テストの結果、初期破壊は圧縮側に起こり、最終破断は
引張側で起こったが1分断しなかった。
触火圧縮側破断荷重t±60Kgであり、このときの曲
げ強度は105Kg/mrn’であり、歪は1゜44で
あった。
第4図から、本発明のノ\イブリッドプリプレグは、ハ
イブリッドルール(ラインED)以上の強度(点X)を
有していることが分る。
1蚊1」
第7図に図示される如くに、炭素M&謔区i[j3と異
種繊維区画5が交互に配列された構成のハイブリッドプ
リプレグ40を実施例1と同じ材料を使用し、ドラムワ
イングーとホットプレスを用いて製造した。
つまり、ドラムワイングーにて、炭素繊維糸条2及び異
種m誰糸条4を、第2図に図示されるように配列するの
ではなく、炭素繊維糸条2が3000本から成る炭素繊
維糸条群と、炭化けい素糸繊維糸条4が500本から成
る炭化けい素糸繊維糸条群とを交互に且つ互いに隣接す
る態様で配列し、これら繊維糸条群を両側より樹脂塗工
紙にて挟持して、前プリプレグシートを形成した。該前
プリプレグシートは、次いでドラムワイングーより剥離
し、ホットプレスに装着して加圧加熱した。このときの
ホットプレスの押圧力は20Kg/ c m’、温度は
105℃であった。
このようにして製造されたハイブリッドプリプレグ40
は、厚さtが0.1mm、炭素繊維区画3の輻w5は2
.8mm、異種繊維区画5の幅WBは1.9mmであっ
た。上記構成からも理解されるように、本比較例で使用
された炭素繊維糸条2及び炭化けい素糸繊維糸条4の量
は実施例1と同じとされた。
又、マトリクス樹脂に対する強化繊維の量、つまり含浸
率は、炭素繊維区画3及び異種繊維区画5の両区画にお
いて樹脂/繊維体積比が40/60であった。
該ハイブリッドプリプレグ40を20枚使用し、20層
構mのx2.7(輻)Xl、89(厚)X140 (長
)mmの曲げテスト用テスト片Tを作製し、実施例1と
同様にしてテストを行なった。
テストの結果、荷重40Kgにて圧縮側にクラックが入
り、分断した。このときの曲げ強度は70 K g /
m rn”であり、歪は0.42であった。
第4図から、本比較例のハイブリッドプリプレグは、ハ
イブリッドルール(ラインED)以下の強度(点Y)を
有していることが分る。
L狡1」
強化ka雑として直径107mのモノフィラメン)30
00本を集束合糸した炭素繊維ストランド(トウ)のみ
を使用した以外は実施例1と同様にして炭素Ia駿プリ
プレグを作製し、同様にしてテストを行なった。
テストの結果、荷ff146Kgにて圧縮側にクラック
が入り、分断した。このときの曲げ強度は74 K g
/ m rn’であり、歪は0.21であった。
ルj口I】
強化繊維として直径15μmのモノフィラメント500
本を集束合糸した炭化けい素糸繊維(日本カーボン株式
会社製、商品名:ニカロン、NL201)を使用した以
外は実施例1と同様にして炭化けい素繊維プリプレグを
作製し、同様にしてテストを行なった。
テストの結果、荷重95Kgにて引張側にクラ−2りが
入ったが、分断しなかった。このときの曲げ強度は18
0Kg/mrn’であり、歪は1.90であった。
ルju1」
比較例2.3で使用した炭素繊維プリプレグ及び炭化け
い素繊維プリプレグを8&層してl\イブリー2ドブリ
プレグを作製した。
該ハイブリー7ドブリプレグを10枚使用し、20層構
成の12.7(輻)Xl、89(厚)xi40 (&)
mmの曲げテスト用テスト片Tを作製し、実施例1と同
様にしてテストを行なった。
テストの結果、荷重28Kgにて圧縮側にクランクが入
り、分断した。このときの曲げ強度は50 K g /
m m’ テあり、歪は0.26であった。
第4図から、本比較例のハイブリッドプリプレグは、ハ
イブリッドルール(ラインED)以下の強度(点Y′)
を有していることが分る。
1電1」
%N繊維糸条4として、直径15 )i mのモノフィ
ラメント1000本を集束合糸したアルミナ繊維錐(住
友化学株式会社製、商品名=SN−10)を使用した以
外は実施例1と同様にしてハイブリッドプリプレグlを
作製し、同様にしてテストを行なった。
テストの結果、初期破壊は圧縮側に起こり、最終破断は
引張側で起こったが、分断しなかった。
最大圧縮側破断荷重は50Kgであり、このときの曲げ
強度は95Kg/mゴであり、歪は1.03であった。
第5図から、本発明のハイブリッドプリプレグは、ハイ
ブリッドルール(ラインED)以上の強度(点X)を有
していることが分る。
L較1」
異種繊維糸条4として実施例2のアルミナ繊維を使用し
た以外は比較例1と同様にしてハイブリッドプリプレグ
40を作製し、実施例1と同様にしてテストを行なった
。
テストの結果、荷重32Kgにて圧縮側にクラックが入
り、分断した。このときの曲げ強度は60 K g /
m rn’ テあり、歪は0.36−t’あった。
第5図から、本比較例のハイブリッドプリプレグは、ハ
イブリッドルール(ラインED)以下の強度(点Y)を
有していることが分る。
1灯り
強化繊維として実施例2のアルミナ繊維のみを使用した
以外は実施例1と同様にしてアルミナ繊維プリプレグを
作製し、実施例1と同様にしてテストを行なった。
テストの結果、荷重78Kgにて引張側にクラックが入
ったが、分断しなかった。このときの曲げ強度は154
K g / mゴであり、歪は1.33であった。
九九立上]
以上の如くに構成される本発明に係るハイブリッドプリ
プレグは、圧縮強度が増大するという特長を有する。In recent years, prepregs made of carbon fiber reinforced fibers have attracted attention because they are lightweight, have excellent environmental resistance such as heat resistance and water resistance, and have good mechanical properties. Bathing. However, high-modulus carbon fibers, particularly pitch-based high-modulus carbon fibers, have high tensile strength and high tensile modulus, such as a tensile strength of 3.0 GPa or more and a tensile modulus of 450 GPa or more. The strength is low, at best 1.
There is a problem that the pressure is about 0 GPa. Therefore, a carbon fiber prepreg produced using 1 m of high-modulus carbon as a reinforcing fiber has a low compressive strength in comparison with its tensile strength and tensile modulus, and an increase in the compressive strength is desired. Conventionally, hybrid prepregs containing carbon fibers and different types of fibers have been proposed to increase compressive strength.
Currently, hybrid prepregs include living room hybrids formed by laminating carbon fiber prepregs and prepregs of different types of fibers, and hybrid prepregs formed by laminating carbon fiber prepregs and prepregs of different types of fibers, and hybrid prepregs in which carbon #a miscellaneous areas and areas of different types of fibers are placed adjacent to each other in one layer. It is thought that an intralayer hybrid is formed. The former interlayer hybrid is easy to manufacture, but the increase in compressive strength is still not sufficient. In addition, although the latter intralayer hybrid has considerably increased compressive strength compared to the interlayer hybrid and ordinary carbon fiber prepreg, the actual strength of the fibers varies, and weak fibers The degree of increase follows the hybrid compound side and does not exceed the hybrid rule, so it cannot be said that it is still sufficient. As a result of many studies and experiments regarding conventional hybrid prepregs, especially intralayer hybrid prepregs, the present inventors have found that by increasing the contact area between the carbon fiber region and the heterogeneous M11 miscellaneous region as much as possible, In other words, in one layer, there are 281 regions in which carbon fibers and different types of fibers are alternately arranged, and a second region of mixed fibers in which carbon fibers and '74 type fibers are alternately arranged. By forming layers of carbon fibers and increasing the closely bonded area between different types of fibers and carbon fibers, the compressive strength increases dramatically, and the compressive strength exceeds the hybrid 7 compound rule and the hybrid 2 compound rule. We have found that it is possible to increase the The reason why such a phenomenon occurs is not clear, but it is different from the carbon fiber region J+! It seems that the hybrid effect was improved more than expected by increasing the contact area with the fiber region. The present invention has been made based on this new knowledge. It is therefore an object of the present invention to provide a hybrid 2-dobry preg with increased compressive strength. The above-mentioned object of the present invention is achieved by the hybrid prepreg according to the present invention.
As illustrated in the figure, carbon fiber sections 3 containing carbon fiber threads 2 and dissimilar fiber sections 5 containing one or more types of dissimilar fiber threads 4 are arranged in alternating juxtaposition within one layer. The first
A second mixed fiber area 6 in which carbon fiber sections 3 containing carbon fiber threads 2 and dissimilar fiber sections 5 containing one or more types of dissimilar fiber threads 4 are arranged in alternating juxtaposition. Fiber area 7
This is a hybrid prepreg characterized in that these are formed into layers in such a manner that different fiber sections are joined to each other, and a matrix resin 8 is impregnated between the fiber threads. The carbon fiber yarn 2 is pitch-based carbon fiber. PAN-based carbon fiber - Yong-based carbon fiber can be used, but carbon fibers with a high tensile strength and a high tensile modulus, such as a tensile strength of 2-OGPa or more and an elastic modulus of 200 GPa or more, are preferably used. . In addition, the carbon fiber yarn generally has a diameter of 5 to 12, y
A carbon fiber strand (tow) is used, which is formed by gathering and plying 1,000 to 24,000 filaments with a diameter of about m. As the dissimilar fiber yarn 4, any fiber can be used as long as it has a compressive strength greater than that of carbon fiber; for example, silicon carbide fiber! i: alumina MHi; metal fibers such as titanium, steel, stainless steel, beryllium, tungsten, and molybdenum; boron fibers; glass fibers and the like. Preferably, fibers with a compressive strength of 1.5 GPa or more are used, and the fiber threads generally have a filament with a diameter of about 5 to 12 βm [about 1000 to 2400 m].
A strand formed by collecting zero yarns and plying them is used. The matrix resin 8 impregnated into the reinforcing fibers made of the carbon fiber threads and different types of fiber threads includes epoxy resin,
Thermosetting matrix resins such as unsaturated polyester resins, polyurethane resins, diallyl phthalate resins, and phenolic resins can be used, and the curing temperature is 50-15.
A curing agent and other imparting agents 2, such as a flexibility imparting agent, are appropriately added so that the temperature is 0°C. To give a preferred example, epoxy resin is preferred as the matrix resin, and usable epoxy resins include (1) glycidyl ether epoxy resin (
(bisphenol A, F, S-based epoxy resin, novolac-based epoxy resin, brominated bisphenol A-based epoxy resin); (2) cycloaliphatic epoxy resin; (3) glycidyl ester-based epoxy resin: (4) glycidylamine-based epoxy Resin; (5) Heterocyclic epoxy resin: One or more selected from various other epoxy resins are used, and bisphenol A, F, and S glycidylamine-based epoxy resins are particularly preferably used. or,
Diaminodiphenylsulfone (DDS) is used as a curing agent.
), diaminodiphenylmethane (DDM), etc. are preferably used. Manufactured by adjusting the weight of standard matrix resin for reinforcing fibers to 100 to 150 per reinforcing edge m1oo, or by mixing various matrix resins and appropriately blending the 4 parts. . Moreover, such a hybrid prepreg according to the present invention can be suitably manufactured by using drum winding and hot pressing in the same manner as ordinary carbon fiber prepreg, although it is not limited thereto. To briefly explain the manufacturing method, as shown in FIG. 2, first, a thermosetting matrix resin 8 having a viscosity of 100,000 to 5000 poise is coated on a coating paper 8a to a thickness of 0.015 to 0.050 mm. The first resin-coated paper lO coated with the above-mentioned resin is wound and fixed onto the drum D. Next, on the resin-coated paper 10, a plurality of long carbon & a fiber yarns 2 and a plurality of one or more different types of fiber yarns 4 are placed.
are alternately arranged and wound to form the first mixed fiber thread Ff.
j6a and then the first mixture m! l Yarn layer 6
A second mixed fiber yarn layer 7a is formed by winding a plurality of carbon fiber yarns 2 of various lengths and a plurality of one or more different types of fiber yarns 4 in alternating juxtaposition on a. Form. At this time,
The carbon fiber threads 2 of the second mixed fiber thread layer 7a are located on the different types of fiber threads 4 of the first mixed fiber thread layer 6a, and
The different fiber yarn 4 of the second mixed fiber yarn yfI7a is
The mixed fiber yarn layer 6a is positioned above the carbon fiber yarn 2 of the mixed fiber yarn layer 6a. As a result, the first mixed fiber yarn layer 6a and the second mixed fiber yarn layer 7a are layered in parallel on the resin-coated paper 10, and the bonding of both layers 6a and 7a is different from each other. The fiber threads are arranged in such a manner that they face each other. Next, the second resin-coated paper 10 is coated with a viscosity of 100,000 to cover the second mixed fiber yarn layer 7a.
Thermosetting matrix tree J with ~500,000 poise
]'lj8 is coated on paper 8a with a thickness of 0°015 to 0-050
A second resin coated paper 10' coated with 10 mm is wound to form the front prepreg sheet 12. The front prepreg sheet 12 produced in this way is
It is peeled off from drum D and brought to a hot press 20 as shown in FIG. According to this embodiment, the hot press 20 includes a base plate 21 and a press plate 22 that is disposed facing the base plate 21 and is movable up and down. The base plate 21 and press plate 22 are internally equipped with heating means (not shown) such as an electric heater to maintain a desired temperature. The front prepreg sheet 12 is placed on a base plate 21 and pressed by a press plate 22. The pre-prepreg sheet 12 is heated under pressure by the base plate 1-21 and the press plate 22, and the matrix resin 8 is impregnated between the fiber threads 2.4 to form a prepreg. Next, the base plate 21 and the press plate 22 are separated, the prepreg is taken out, and the prepreg is cooled to a predetermined temperature to produce the hybrid prepreg 1 according to the present invention as shown in FIG. 1. Usually, The hybrid prepreg 1 has a thickness t of 0.05 to 0.3 mm, and the thickness of the first mixed M1 miscellaneous region 6 is 1.0 mm. is 0-025
~0°15 mm, thickness t2 of second mixed fiber region 7
is assumed to be 0.025-0.15 mm. In addition, the convergence W1 of the carbon M & miscellaneous section 3 containing the carbon fiber yarn 2 in each mixed fiber region 6.7. Widths W2 and W4 of the dissimilar fiber section 5 containing W3 and one or more dissimilar fiber threads 4 are l −10 m.
It is assumed that m. Radius of fiber compartment Wl, wl, w2, W2
B may be the same, or may be different depending on the case. According to the present invention, various properties can be obtained by changing the physical properties and mixing ratio of the carbon fibers and different types of fibers used, as well as the impregnation ratio with respect to the matrix resin, and by varying the composition ratio of the matrix resin used. A hybrid prepreg is produced that provides compressive strength, tensile strength, tensile modulus, and even toughness of . 4 and 5 are graphs representing hybrid composites of a hybrid prepreg made of carbon fiber/silicon carbide yarn fiber and a hybrid prepreg made of carbon fiber/alumina fiber according to the present invention. See FIG. 4. Then, the strength of the carbon M&fiber is shown by line AB, and the strength of the silicon carbide yarn fiber is shown by line CD. Therefore, a complex or hybrid line is represented by the line AED. It was impossible to achieve the same strength as the hybrid line with conventional carbon fiber/silicon carbide-based hybrid prepregs, but according to the present invention, the compressive strength can be improved by surrounding the line AED. It was possible to increase it until it approached the shaded area. The same was true for the hybrid composite of carbon [1/alumina fiber hybrid prepreg shown in FIG. 5]. As mentioned above, the reason for this is not necessarily clear, but it is thought that the hybrid effect is improved more than expected by increasing the contact area between the carbon fiber and the different type of fiber. Next, the present invention will be described with reference to examples. A hybrid prepreg 1 according to the present invention was manufactured using the drum wine gourd and hot press described in connection with FIGS. 2 and 3 above. As the carbon fiber yarn 2, a strand (tow) made by concatenating 3000 monofilaments with a diameter of 10.4 m was used, and as the different type of fiber yarn 4, silicon carbide yarn fiber (manufactured by Nippon Carbon Co., Ltd., trade name Unikaron, NL201)
It was used. The silicon carbide yarn fiber was a strand (tow) made of 500 monofilaments each having a diameter of 15 μm that were tied together. On the other hand, the resin-coated paper l wrapped around the drum wine goo
The matrix resin 8 on O is Bisphere A-based epoxy resin EP828 (manufactured by Yuka Shell Epoxy Co., Ltd.).
Product name) / EP100I (product name) 50 gr /
50 gr, dicyandiamide 4 as curing agent,
2 gr, DCMU (N-3,4 dichlorophenylene N''-dimethylurea) 4.2 gr. The thickness of the matrix resin layer fixed on the drum wine goo was 0.025 mm. A resin-coated paper 10 is coated with a group of carbon fiber threads in which the carbon fiber threads 2 are made of 3,000 fibers, and silicon carbide threads 4 are made of 500 silicon carbide threads. The carbon #! A carbon m!i yarn group consisting of 3000 pieces of fiber yarn 2 and a silicon carbide fiber yarn group consisting of 500 pieces of silicon carbide fiber yarn 4 are arranged alternately and adjacent to each other. The second mixed fiber yarn layer 7a was arranged and wrapped to form the second mixed fiber yarn layer 7a.Next, an 81-coated paper 10' having the same structure as the resin-coated paper 10 was wrapped around the second mixed fiber yarn layer 7a. The sheet was covered and wrapped to produce a 11-kan prepreg sheet 12 with a thickness of 0.15 mm.Next, the front prepreg sheet 12 was peeled off from the drum wine goo, and was mounted on a hot press and heated under pressure. Pressing force is 20 Kg/c
rrI', temperature was 105°C. The hybrid prepreg l manufactured in this way and having the configuration shown in FIG. 1 has a thickness of 0 to 1 mm.
, the thickness t of the first mixed fiber region 6 and the second mixed fiber region 7
The thickness t2 of both was 0.05 mm. Furthermore, the widths W9 and W3 of the carbon fiber section 3 and the width W2 of the different type of fiber section 5,
W4 is W1 = w3 work 5゜6mm, w2 = w4 = 3
.. It was 8 mm. Further, the amount of reinforcing fiber with respect to the matrix resin, that is, the impregnation rate, was such that the resin/fiber volume ratio was 40,780 in the carbon fiber section 3 and the dissimilar fiber section 5 in the remix m male region 6.7. A test piece T for a bending test having a 20-layer structure and having a size of 12.7 (width) x 9 (thickness) x 140 (length) mm was prepared using 20 of the Hybrid 2 dobbly legs 1. In the test, as shown in FIG. 6, the test piece T is supported at two locations 30 at both ends, and the center f! Load P from 1Zfa place
was applied to bend the test piece T. If an initial break occurs on the tension side of the test piece T, the tensile strength can be estimated, and if an initial break occurs on the compression side, the compressive strength can be estimated. The compressive strength was evaluated by the bending strength at the point where a crack appeared on the compression side of the test piece and the stress decreased. As a result of the test, the initial fracture occurred on the compression side, and the final fracture occurred on the tension side, but it did not break even once. The breaking load on the contact compression side was t±60 kg, the bending strength at this time was 105 kg/mrn', and the strain was 1°44. From FIG. 4, it can be seen that the hybrid prepreg of the present invention has a strength (point X) higher than the hybrid rule (line ED). As illustrated in FIG. Manufactured using goo and hot press. In other words, instead of arranging the carbon fiber yarns 2 and different types of yarns 4 as shown in FIG. The fiber thread groups and silicon carbide fiber thread groups consisting of 500 silicon carbide fiber threads 4 are arranged alternately and adjacent to each other, and these fiber thread groups are coated from both sides with resin-coated paper. A front prepreg sheet was formed by sandwiching the sheets. The pre-prepreg sheet was then peeled off from the drum wine gourd, mounted on a hot press, and heated under pressure. The pressing force of the hot press at this time was 20 kg/cm', and the temperature was 105°C. Hybrid prepreg 40 manufactured in this way
The thickness t is 0.1 mm, and the radius w5 of the carbon fiber section 3 is 2.
.. The width WB of the different fiber section 5 was 1.9 mm. As can be understood from the above structure, the amounts of carbon fiber yarn 2 and silicon carbide fiber yarn 4 used in this comparative example were the same as in Example 1. Further, regarding the amount of reinforcing fibers in the matrix resin, that is, the impregnation rate, the resin/fiber volume ratio was 40/60 in both carbon fiber section 3 and dissimilar fiber section 5. Using 20 sheets of the hybrid prepreg 40, a test piece T for bending test with a 20-layer structure of x2.7 (radius) Xl, 89 (thickness) x 140 (length) mm was prepared, and the test piece T was prepared in the same manner as in Example 1. I did a test. As a result of the test, a crack appeared on the compression side under a load of 40 kg and the product was separated. The bending strength at this time is 70 Kg/
m rn” and the strain was 0.42. From Figure 4, it can be seen that the hybrid prepreg of this comparative example has a strength (point Y) that is less than the hybrid rule (line ED). .L 1" Reinforced monofilament with a diameter of 107 m) 30
A carbon Ia prepreg was produced in the same manner as in Example 1 except that only carbon fiber strands (tow) in which 00 carbon fibers were bundled and spun were used, and tests were conducted in the same manner. As a result of the test, a crack appeared on the compression side with a load of 146 kg, and the product was separated. The bending strength at this time is 74 Kg
/ m rn', and the strain was 0.21. Monofilament 500 with a diameter of 15 μm as reinforcing fiber
A silicon carbide fiber prepreg was prepared in the same manner as in Example 1, except that silicon carbide fiber (manufactured by Nippon Carbon Co., Ltd., product name: Nicalon, NL201) made by binding and splicing books was used, and tested in the same manner. I did it. As a result of the test, cracks occurred on the tensile side under a load of 95 kg, but they did not break. The bending strength at this time is 18
It was 0 Kg/mrn', and the strain was 1.90. 8 layers of the carbon fiber prepreg and silicon carbide fiber prepreg used in Comparative Example 2.3 were used to produce l\Ivery 2 Dobri Preg. Using 10 pieces of the Hybury 7 dobbly preg, it has a 20-layer structure of 12.7 (radius) XL, 89 (thickness) xi40 (&)
A test piece T for bending test of mm was prepared and tested in the same manner as in Example 1. As a result of the test, the crank entered the compression side under a load of 28 kg, causing it to split. The bending strength at this time is 50 Kg/
There was m m'te, and the distortion was 0.26. From Fig. 4, the hybrid prepreg of this comparative example has a strength (point Y') below the hybrid rule (line ED).
It can be seen that it has Example except that an alumina fiber cone (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., trade name = SN-10) in which 1000 monofilaments with a diameter of 15) m were bundled and spliced was used as the fiber yarn 4. Hybrid prepreg I was produced in the same manner as in Example 1 and tested in the same manner. The test results showed that the initial failure occurred on the compression side and the final failure occurred on the tension side, but did not separate. The maximum compression side breaking load was 50 kg, the bending strength at this time was 95 kg/m, and the strain was 1.03. From FIG. 5, it can be seen that the hybrid prepreg of the present invention has a strength (point X) higher than the hybrid rule (line ED). L Comparison 1" A hybrid prepreg 40 was produced in the same manner as in Comparative Example 1, except that the alumina fiber of Example 2 was used as the dissimilar fiber yarn 4, and a test was conducted in the same manner as in Example 1. As a result of the test, a crack appeared on the compression side under a load of 32 kg and the product was separated. The bending strength at this time is 60 Kg/
There was mrn'te, and the distortion was 0.36-t'. From FIG. 5, it can be seen that the hybrid prepreg of this comparative example has a strength (point Y) below the hybrid rule (line ED). An alumina fiber prepreg was produced in the same manner as in Example 1 except that only the alumina fiber of Example 2 was used as the single-light reinforcing fiber, and a test was conducted in the same manner as in Example 1. As a result of the test, cracks appeared on the tensile side under a load of 78 kg, but no separation occurred. The bending strength at this time is 154
K g/m and the strain was 1.33. The hybrid prepreg according to the present invention configured as described above has a feature of increased compressive strength.
第1図は、本発明に係るハイブリッドプリプレグの断面
模式図である。
第2図及び第3図は、本発明に係るハイブリッドプリプ
レグの一つの製造法を説明する図である。
第4図及び第5図は、本発明に係るハイブリッドプリプ
レグのハイブリッド複合則を説明するグラフである。
第6図は、テスト方法を説明する説明図である。
第7図は、
従来のハイブリッドプリプレグの断
面模式図である。
2 :
炭素繊維糸条
3 :
炭素繊維区画
4 :
異種繊維糸条
5 :
異種繊維区画
6 :
第1の混合繊維領域
7 :
第2の混合繊維領域
8 :
ト
リ
クス樹脂
第4図
ニカロンVO(比率(%)
第2図
第3図
第5図
2゜
8゜
oO
アルミカ繊;aVoL比率(%)
第6図FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a hybrid prepreg according to the present invention. FIGS. 2 and 3 are diagrams illustrating one method of manufacturing a hybrid prepreg according to the present invention. FIGS. 4 and 5 are graphs illustrating the hybrid compound rule of the hybrid prepreg according to the present invention. FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating the test method. FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a conventional hybrid prepreg. 2: Carbon fiber thread 3: Carbon fiber section 4: Different type of fiber thread 5: Different type of fiber section 6: First mixed fiber region 7: Second mixed fiber region 8: Trix resin Figure 4 Nicalon VO (ratio ( %) Figure 2 Figure 3 Figure 5 2゜8゜oO Aluminum fiber; aVoL ratio (%) Figure 6
Claims (1)
1種以上の異種繊維糸条を含む異種繊維区画とを交互に
並置して配列された第1の混合繊維領域と、炭素繊維糸
条を含む炭素繊維区画と1種以上の異種繊維糸条を含む
異種繊維区画とを交互に並置して配列された第2の混合
繊維領域とを、互いに異なる繊維区画が接合するような
態様で層状に形成し、前記繊維糸条間にマトリクス樹脂
が含浸されたことを特徴とするハイブリッドプリプレグ
。1) A first mixed fiber region in which carbon fiber sections containing carbon fiber threads and dissimilar fiber sections containing one or more types of dissimilar fiber threads are arranged in alternating juxtaposition in one layer; A second mixed fiber region in which carbon fiber sections containing fiber threads and dissimilar fiber sections containing one or more types of dissimilar fiber threads are arranged side by side alternately is arranged such that different fiber sections are joined to each other. 1. A hybrid prepreg characterized in that the prepreg is formed in a layered manner and a matrix resin is impregnated between the fiber threads.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5383983A (en) * | 1992-04-09 | 1995-01-24 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Martensitic stainless steel suitable for use in oil wells |
US5552214A (en) * | 1992-02-07 | 1996-09-03 | Nippon Steel Corporation | Unidirectional prepreg and carbon fiber reinforced composite materials comprising pitch-based carbon fibers and polyacrylonitrile-based carbon fibers |
-
1989
- 1989-05-30 JP JP13722289A patent/JPH032227A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5552214A (en) * | 1992-02-07 | 1996-09-03 | Nippon Steel Corporation | Unidirectional prepreg and carbon fiber reinforced composite materials comprising pitch-based carbon fibers and polyacrylonitrile-based carbon fibers |
US5383983A (en) * | 1992-04-09 | 1995-01-24 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Martensitic stainless steel suitable for use in oil wells |
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