JPH01229852A

JPH01229852A - 複合材料用補強基材

Info

Publication number: JPH01229852A
Application number: JP4937088A
Authority: JP
Inventors: Akira Nishimura; 明西村; Kiyoshi Honma; 清本間; Noriko Noda; 野田　典子
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1988-03-02
Filing date: 1988-03-02
Publication date: 1989-09-13

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］この発明は、炭素ｗ４維強化プラスチック（ｃＦＲＰ）
や炭素繊維強化炭素（ｃＦＲＣ）　、炭素繊維強化金属
（ｃＦＲＭ）等の複合材料を成形する際に、いわゆるマ
トリクスの補強材として使用する基材に関する。

［従来の技術］複合材料を成形する際に、編組織された補強基材を使用
することがある。たとえば、英国特許用１２５８２３８
号公報には、炭素繊維束を互いに並行カリシート状に引
き揃えてなる糸条群を編糸で鎖編組織してなる補強基材
が記載されている。

また、特開昭５９−１５７３６１号公報には、４個の、
複数本の炭素繊維束を互いに並行かつシート状に引き揃
えてなる糸条群を、隣接する群間において炭素繊維束の
方向が互いに交差するように層状に配置するとともに、
編糸でトリコット組織してなる補強基材が記ｖｉ、され
ている。

ところで、そのような補強基材を製造するときに使用す
る編糸としては、ガラス繊維糸や、ポリエステル繊維糸
等の有機繊維糸が使われることもあるが、これらは、吸
水性が大きかったり、耐熱性が低かったり、複合材料の
、たとえばマトリクス樹脂との接着性が悪かったり、炭
素繊維との熱膨張差が大きいために熱ザイクル疲労によ
る複合材料の特性低下があったり、強度や弾性率等の力
学的特性が劣っているなどの問題があるため、そのよう
な心配の少ない炭素繊維糸の使用が最も好ましいとされ
ている。ところが、炭素繊維糸を単なる繊維束の形態の
まま使用すると、炭素繊維は大変脆いために、編立時に
擦過によって単繊維切れを起こしたり、著しい毛羽立ち
を生じたりして、基材、ひいては複合材料の機械的特性
がなかなか向上しない。

［発明が解決しようとする課題］この発明の目的は、従来の基材の上述した問題点を解決
し、編立時の単繊維切れや毛羽立ちの心配が少ないゆえ
に、基材、ひいては複合材′！３１の機械的特性を向上
させることができ、また、複合材料の信頼性を向上させ
ることができる補強基材を提供するにある。

［課題を解決するための手段］上記目的を達成するために、この発明においては、複数
本の、互いに並行かつシート状に引き揃えられた、実質
的に真っ直ぐな炭素繊維束からなる糸条群が編糸で編組
織されており、上記編糸は、（ａ＞　　炭素繊維束から
なる複数本の単糸を右し、（ｂ）　　上撚を有し、（ｃ）　　繊度が８００デニール以下であり、各上記単
糸は、（イ）　上記上撚とは逆方向の撚を有し、（ロ）　撚数
は、２０〜１８０ターン／ｍの範囲で、かつ上撚数の０
．１〜０．８倍であり、（ハ）　単繊維の繊度が０．５デニール以下であり、（ニ）　単繊維の破断伸度が２．５％以上である、ことを特徴とする複合材料用補強基材が提供される。ま
た、この発明においては、複数本の、互いに並行かつシ
ート状に引き揃えられた、実質的に真っ直ぐな炭素繊維
束からなる糸条群が、複数個、隣接する群間において上
記炭素繊維束の方向が互いに交差するように層状に配置
され、かつ上記編糸で編組織されている複合材料用補強
基材か提供される。

この発明の詳細な説明するに、この発明の補強基材は、
複数本の、互いに並行かつシート状に引き揃えられた炭
素繊維束からなる糸条群を有する。

各炭素繊維束は、応力が集中するような屈曲をもたず、
実質的に真っ直ぐに延びている。

糸条群の数は、１個の場合と複数個の場合とがある。複
数個の場合には、２〜４個が適当である。

しかして、糸条群が複数個の場合には、各糸条詳は、隣
接する群間において炭素繊維束の方向が互いに交差する
ように層状に配置される。交差角度は、任意でよい。

糸条群は、編糸によって編組織され、各炭素繊維束が拘
束されている。編組１懺としては、鎖編組織やトリコッ
ト組織等を用いることができるが、糸条群が１個の場合
には鎖編組織が採られ、複数個の場合には鎖編組織やト
リ１２１〜組織か採られるのが普通である。

糸条群を構成している炭素繊維束は、単繊維径にもよる
が、単繊維数が３０００〜３００００本程度のマルチフ
ィラメントからなっている。この炭素繊維束は、複合材
料を成形する際のマトリクスの含浸性を向上させるため
に、無撚であるのが好ましい。多くても、１５ターン／
ｍ以下であるのがよい。また、炭素繊維束は、ＪＩＳＲ
７６０１に規定される方法に準じて測定した引張強度が
３００Ｋｇ／ｍｍ２以上で、引張弾性率が２３×１０３
　Ｋｇ／ｍｍ２以上であるような、高強度、高弾性率炭
素繊維束であるのが好ましい。なお、炭素繊維束には、
後述する編糸もそうでおるが、サイジング剤が付与され
ていてもよい。

さて、糸条群を編組織している編糸は、炭素繊維束から
なる複数本の単糸を有し、合撚による上撚を有し、かつ
繊度が８００デニール以下であるものである。合撚され
ている単糸の数は、２〜３本程度が普通である。

ここで、編糸の繊度を８００デニール以下としているの
は、編糸は補強基材の面に位置することになるため、８
００デニールよりも太いと、基材、ひいては複合材料の
表面の凹凸が大きくなってマトリクス過多の部分ができ
やすくなり、機械的特性や信頼性に優れた複合材料を得
ることができなくなるからである。下限は、編糸として
使用に耐えるのであればいかほどでもよい。

編糸を構成している単糸は、単繊維が、繊度が０．５デ
ニール以下で、破断伸度が２．５％以上、好ましくは３
．５％以上であるものでなければならない。すなわち、
繊度が０．５デニールを越えるような太い単繊維では、
編立時の曲げによる発生応力が大きいために単繊維切れ
や毛羽の発生を有効に防止することができなくなる。加
えて、単繊維切れや毛羽の発生の防止には、繊度が０．
５デニール以下であるということのみでは十分でなく、
破断伸度が２．５％以上で必ることも合わせて必要であ
る。すなわち、単繊維が編立時に曲げられると、その単
Ｓ維には引張と圧縮の応力が同時に発生することになる
が、引張と圧縮を繰り返し受けたときの単繊維切れヤ毛
羽の発生は、破断伸度が２．５％以上と大きい単繊維で
なければ防止できない。

ここで、単繊維の破断伸度は、いわゆる単繊維ループ試
験法によって測定する。この方法は、グリセリンを１〜
２滴たらしたガラス板上に単繊維をそれがループを１回
形成するように置き、その上にプレパラートを置き、顕
微鏡で上記ループを視野にとらえながら単繊維の両端を
一定速度で引っ張って破断させ、次式から求める方法で
ある。

ε＝１．０６６ｘ　（ｄｔ　／ｄ２　）Ｘ　１００ただ
し、ε　：破断伸度（％）ｄｌ：単繊維の直径（μｍ）ｄ２：破断直前のループの平均直径（μｍ）編糸は、それを構成している単糸が、上撚とは逆方向の
撚、それも２０〜１８０ターン／ｍの範囲で、かつ上撚
数の０．１〜０．８倍の撚を有していることが必要であ
る。このような単糸の撚と上撚との関係は、単繊維を拘
束して単繊維切れや毛羽立ちを有効に防止するうえで、
また、単糸が編糸に与える解撚トルクと編糸自身の解撚
１〜ルクとをバランスさせて編糸のねじれを防止し、編
立操作を容易にするうえで、また、製品間におけるばら
つきを少なくして複合材料の信頼性を向上させるうえで
、ざらには、機械的特性に優れた複合材料を得るうえで
必須の要件である。

編糸は、また、任意の一定長をみたとき、それを構成し
ている各単糸間に、長さのばらつき、いわゆる糸長差が
全くないか、あっても０．１％以内と非常に少ないもの
でおるのが好ましい。そうすると、編糸に作用する力が
各単糸に均一に加わるようになり、糸切れ等を防止する
ことができることはもちろん、複合材料の信頼性や機械
的特性も向上するようになる。

この発明の補強基材は、たとえば、エポキシ樹脂や不飽
和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸し、加熱、
加圧成形することによってＣＦＲＰとすることができる
。また、たとえば、フェノール樹脂やフラン樹脂、ピッ
チ等を含浸した１多、不活性雰囲気下で加熱、焼成して
上記樹脂やピッチ等を炭素化することによってＣＦＲＣ
とすることができる。さらに、たとえば、金属箔と交互
積層して加熱、加圧成形することによってＣＦＲＭとす
ることができる。成形自体は、従来からよく知られた方
法によることができる。

（実施態様）第１図において、補強基材は、複数本の、実質的に真っ
直ぐな炭素ｌ１ｉ１１を束１を互いに並行かつシート状
に引き揃えてなる１個の糸条群２を有する。

糸条群２は、炭素繊維束１の引き揃え方向に対して直交
する方向に延びる編糸３によって鎖編組織されている。

編糸３は、繊度が８００デニール以下で、しかも、第３
図に示すように、２本の、単繊維の繊度が０．５デニー
ル以下で市り、単繊維の破断伸度が２．５％以上でおる
炭素繊維束からなる単糸４．５を有する。編糸３は、上
撚を有するが、各単糸４．５も、２０〜１８０ターン／
ｍの範囲で、かつ上撚数の０．１〜０．８倍の撚を有し
ている。

しかして、単糸４．５の撚はＳ撚であるが、上撚はＺ撚
であり、撚方向が逆になっている。

第２図に示す補強基材は、上から順に層状に配置された
４個の糸条群、すなわち、複数本の、実質的に真っ直ぐ
な炭素繊維束６を互いに並行かつシート状に引き揃えて
なる糸条ｕ７と、同様に、実質的に真っ直ぐな炭素繊維
束８を互いに並行かつシート状に引き揃えてなる糸条群
９と、実質的に真っ直ぐな炭素繊維束１０を互いに並行
かつシート状に引き揃えてなる糸条群１１と、実質的に
真っ直ぐな炭素繊維束１２を互いに並行かつシート状に
引き揃えてなる糸条ｕ１３とを、第３図に示した編糸に
よってトリコット組織してなるものである。糸条群７．
９．１１．１３は、互いに隣接する群間をみたとき、炭
素繊維束の方向が互いに交差するように配置されている
。

上記態様では、トリコント組織を採用しているが、糸条
群の個数によっては鎖編組織を採ることができる。

（発明の効果）この発明の補強基材は、応力が集中するような屈曲をも
たないために自身がもつ特性を余すところなく発現させ
ることができる、実質的に真っ直ぐな炭素繊維束からな
る糸条群を、特定の構成を有する編糸、すなわち、炭素
繊維束からなる複数本の単糸を有し、上撚を有し、繊度
が８００デニール以下でおって、上記単糸が、上撚とは
逆方向の撚を有し、撚数は２０〜１８０ターン／ｍの範
囲で、かつ上撚数の０．１〜０．８倍であり、単繊維の
繊度が０．５デニール以下で、単繊維の破断伸度が２．
５％以上である、単繊維切れや毛羽立ら、ねじれがほと
んどない編糸で編組織してなるものであるから、強度や
弾性率といった機械的特性に優れた複合材料を得ること
ができるようになる。また、編糸も炭素繊維からなって
いるから、複合材料の耐候性、耐水性、耐熱性等も向上
する。

ざらに、上述した編糸は、編成操作が容易であることも
必って、信頼性はもちろん、製品間における特性のばら
つきの小さい複合材料を得ることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、それぞれ異なる実施態様のこの
発明の補強基月を示す概略斜視図、第３図は、上記第１
図および第２図に示した編糸の概略正面図である。１：炭素繊維束２：糸条群３：編糸４：単糸５：単糸６：炭素繊維束７：糸条群８：炭素繊維束９：糸条群１０：炭素繊維束１１：糸条群１２：炭素繊維束１３：糸条群

Claims

【特許請求の範囲】

（１）複数本の、互いに並行かつシート状に引き揃えら
れた、実質的に真っ直ぐな炭素繊維束からなる糸条群が
編糸で編組織されており、前記編糸は、（ａ）炭素繊維束からなる複数本の単糸を有し、（ｂ）上撚を有し、（ｃ）繊度が８００デニール以下であり、各前記単糸は、（イ）前記上撚とは逆方向の撚を有し、（ロ）撚数は、２０〜１８０ターン／ｍの範囲で、かつ
上撚数の０．１〜０．８倍であり、（ハ）単繊維の繊度が０．５デニール以下であり、（ニ）単繊維の破断伸度が２．５％以上である、ことを特徴とする複合材料用補強基材。
（２）複数本の、互いに並行かつシート状に引き揃えら
れた、実質的に真っ直ぐな炭素繊維束からなる糸条群が
、複数個、隣接する群間において前記炭素繊維束の方向
が互いに交差するように層状に配置され、かつ編糸で編
組織されており、前記編糸は、（ａ）炭素繊維束からなる複数本の単糸を有し、（ｂ）上撚を有し、（ｃ）繊度が８００デニール以下であり、各前記単糸は、（イ）前記上撚とは逆方向の撚を有し、（ロ）撚数は、２０〜１８０ターン／ｍの範囲で、かつ
上撚数の０．１〜０．８倍であり、（ハ）単繊維の繊度が０．５デニール以下であり、（ニ）単繊維の破断伸度が２．５％以上である、ことを特徴とする複合材料用補強基材。
（３）請求項（１）または（２）の補強基材を有する複
合材料。