(57)【要約】      （修正有）【課題】リヨセル系炭素繊維を含む繊維強化複合材料により、既存の炭素繊維を用いて製造された繊維強化複合材料より、熱伝導率が低く、界面接着力などに優れ、製造費用が割安で、環境に優しい繊維強化複合材料を提供する。【解決手段】繊維強化複合材料に関し、より具体的には、リヨセル系炭素繊維および高分子樹脂を含むことにより、従来のポリアクリロニトリル系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維などで製造した繊維強化複合材料に比べて、熱伝導率が低く、界面接着力に優れ、強度などの素材の特性に優れ、猛毒性の二硫化炭素溶剤を使用する既存のレーヨン系炭素繊維で製造した繊維強化複合材料に比べて、環境に優しく、製造費用を節減することができる繊維強化複合材料に関する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
リヨセル系炭素繊維および高分子樹脂を含むことを特徴とする繊維強化複合材料。
【請求項２】
前記リヨセル系炭素繊維は、炭化したリヨセル繊維を含むことを特徴とする請求項１に記載の繊維強化複合材料。
【請求項３】
前記リヨセル系炭素繊維は、前記高分子樹脂によって取り囲まれていることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化複合材料。
【請求項４】
前記リヨセル系炭素繊維は、リヨセル繊維を１００〜２８００℃の温度範囲で熱処理して製造されたことを特徴とする請求項１に記載の繊維強化複合材料。
【請求項５】
前記リヨセル系炭素繊維は、フィラメント糸で構成された長繊維構造または短繊維を縒り合わせた紡績糸構造であることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化複合材料。
【請求項６】
前記リヨセル系炭素繊維は、織布、不織布、編織布、多軸縦編み布、一方向配列布、ウェブまたはチョップトファイバー形態を有することを特徴とする請求項１に記載の繊維強化複合材料。
【請求項７】
前記高分子樹脂は、天然高分子樹脂または合成高分子樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化複合材料。
【請求項８】
前記高分子樹脂は、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化複合材料。
【請求項９】
前記高分子樹脂は、フェノール樹脂、エポキシ樹脂またはポリエステル樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化複合材料。
【請求項１０】
前記繊維強化複合材料は、前記リヨセル系炭素繊維を水または有機溶剤で洗浄し、塩、オイル、または高分子物質で表面処理を行った後、前記高分子樹脂と結合することによって製造されることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化複合材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リヨセル系炭素繊維を含む繊維強化複合材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化複合材料は、高分子樹脂からなる基地材と補強繊維（ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ）からなる材料であって、軽くて物性に優れるという利点を有する素材である。
【０００３】
一般的に、基地材は、天然樹脂や合成高分子を使用し、補強繊維は、アミドまたはアラミドのような有機繊維や、ガラス繊維または炭素繊維のような無機繊維が使用される。
【０００４】
そのうち、炭素繊維は、主に、ポリアクリロニトリル繊維を高温で炭化させて製造するが、レーヨン繊維やピッチを用いて製造する場合もある。
【０００５】
従来の炭素繊維を用いた繊維強化複合材料の場合、耐熱性、耐火性などに優れ、多様な分野で幅広く活用可能であるが、ポリアクリロニトリル系炭素繊維の場合、熱伝導率が高く、レーヨン系炭素繊維の場合、製造工程中に猛毒性の二硫化炭素溶剤を用いて環境汚染を引き起こし得る問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】大韓民国特許登録第１０−１１３８２９１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、リヨセル系炭素繊維を含む繊維強化複合材料により、既存の炭素繊維を用いて製造された繊維強化複合材料より、熱伝導率が低く、界面接着力などに優れ、製造費用が割安で、環境に優しい繊維強化複合材料を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明は、リヨセル系炭素繊維および高分子樹脂を含む繊維強化複合材料を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のリヨセル系炭素繊維を含む繊維強化複合材料は、リヨセル系炭素繊維を用いることにより、従来のポリアクリロニトリル系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維などで製造した繊維強化複合材料に比べて、熱伝導率が低く、界面接着力に優れ、強度などの素材特性に優れる。
【００１０】
また、本発明の繊維強化複合材料は、人体と環境に無害で、リサイクリングを通じて再活用が可能なＮ−メチルモルホリン−Ｎ−オキシド（以下、ＮＭＭＯ）溶剤を適用するリヨセル繊維を用いることにより、猛毒性の二硫化炭素溶剤を使用する既存のレーヨン系炭素繊維で製造した繊維強化複合材料に比べて、環境に優しく、製造費用を節減することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１２】
本発明は、リヨセル系炭素繊維および高分子樹脂を含む繊維強化複合材料を提供する。
【００１３】
前記リヨセル系炭素繊維は、前記高分子樹脂によって取り囲まれていることが好ましい。具体的には、前記リヨセル系炭素繊維は、前記繊維強化複合材料において補強材の役割を果たし、前記高分子樹脂は、前記リヨセル系炭素繊維を取り囲む基地材（ｍａｔｒｉｘ）の役割を果たすことにより、繊維強化複合材料の物性を向上させることができる。
【００１４】
前記リヨセル系炭素繊維は、炭化したリヨセル繊維を含むことが好ましく、具体的には、前記リヨセル系炭素繊維は、前処理工程、安定化工程、炭化工程および黒鉛化工程を含む炭素繊維の製造工程により製造されることが好ましい。リヨセル繊維は、環境公害および人体に有害な成分がない新たな工程を開発して製造されたものであって、セルロースが主成分の天然パルプとパルプを溶解させる溶剤のＮＭＭＯを主原料として製造された乾湿式紡糸繊維である。リヨセル繊維の原料は、木材パルプから抽出されたセルロースであって、１００％生分解性高分子であり、再生が可能で境親に優しい特徴を有する。また、既存のレーヨン繊維が抱える大きな問題点である公害物質を排出しない工法が適用される。
【００１５】
前記リヨセル系炭素繊維は、１００〜２８００℃の温度範囲で、リヨセル繊維を熱処理させて製造することが好ましい。具体的には、前記安定化工程は、２のステップによって行われ、第一のステップは、１００〜２５０℃の温度範囲で１０〜３０時間、第二のステップは、３００〜５００℃の温度範囲で１０〜１００時間熱処理することによって行われることが好ましく、安定化工程において温度範囲が前記範囲を満足する場合、繊維の熱分解なく安定化効果に優れる。
【００１６】
前記炭化工程は、９００〜１７００℃の温度範囲で１０〜３０時間熱処理することによって行われることが好ましく、炭化工程において温度範囲が前記範囲を満足する場合、炭化効率に優れる。
【００１７】
前記黒鉛化工程は、２０００〜２８００℃の黒鉛化温度まで昇温させてから、２０００〜２８００℃の温度で滞留時間を１０時間以下として行われることが好ましく、黒鉛化工程において温度範囲が前記範囲を満足する場合、黒鉛化度を高めることができる。
【００１８】
前記リヨセル系炭素繊維は、炭素の含有量が５０％以上であることが好ましく、より好ましくは、８０％以上であることが良い。前記炭素の含有量が前記範囲を満足する場合、炭素繊維強化複合材料の重量が軽く、強度に優れる。
【００１９】
前記リヨセル系炭素繊維は、フィラメント糸で構成された長繊維構造または短繊維を縒り合わせた紡績糸構造であることが好ましいが、これに限定されるものではない。
【００２０】
前記リヨセル系炭素繊維は、織布、不織布、編織布、多軸縦編み布、一方向配列布、ウェブまたはチョップトファイバー形態を有することが好ましいが、これに限定されるものではない。
【００２１】
前記高分子樹脂は、天然高分子樹脂または合成高分子樹脂であることが好ましく、また、前記高分子樹脂は、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂であることが好ましく、より好ましくは、前記高分子樹脂は、熱硬化性樹脂である。熱硬化性樹脂は、強度や硬度のような機械的物性に優れ、耐熱性や耐化学性および耐薬品性などに優れるため、長時間使用しても物性の低下が生じにくい。したがって、熱硬化性樹脂を含む繊維強化複合材料は、高い物性が要求される軍用および産業用複合材料に有利に使用可能である。
【００２２】
前記高分子樹脂は、フェノール樹脂、エポキシ樹脂またはポリエステル樹脂であることが良いが、これに限定されるものではない。
【００２３】
前記高分子樹脂としてフェノール樹脂、エポキシ樹脂またはポリエステル樹脂を適用する場合、前記繊維強化複合材料の製造が容易で、経済的な面で有利である。
【００２４】
本発明の繊維強化複合材料を製造するにあたり、前記リヨセル系炭素繊維を高分子樹脂と結合する前に、リヨセル系炭素繊維を水または有機溶剤で洗浄して表面の不純物を除去し、塩、オイル、または高分子物質で表面処理を行い、高分子樹脂との結合を容易にすることが好ましい。
【００２５】
以下、本発明の構成を下記の実施例を通じて詳細に説明するが、本発明は、必ずしも下記の実施例によってのみ限定されるものではない。
【００２６】
＜実施例１＞
リヨセル繊維をレピア織機を用いて綾織物構造に製織した後、純度９９．８％のアセトンに約２時間浸漬させて洗浄した。洗浄された織物を、２５℃でパークロロエチレンに溶解したシリコーン系高分子であるＲＴＶシリコーン５重量％の溶液に約３０分間浸漬した後、難燃性塩の塩化アンモニウム１５重量％の水溶液に約３０分間浸漬し、次いで、８０℃の温度で乾燥させた。
【００２７】
前記前処理されたリヨセル織物を、熱処理炉で、３０℃／時間の昇温速度で２００℃まで温度を上げた後、２℃／時間の低い昇温速度で３００℃まで温度を上げることにより安定化処理した。その後、５０℃／時間の昇温速度で１７００℃まで温度を上げた後、１０時間炭化処理をし、しかる後、１００℃／時間の昇温速度で２０００℃まで温度を上げ、１時間維持して黒鉛化処理を行い、炭素の含有量が９０％以上の長繊維からなる面密度３５０ｇ／ｍ２のリヨセル系炭素繊維織物を製造した。
【００２８】
フェノール樹脂は、メタノール溶剤にフェノール樹脂を７０重量％含有した樹脂溶液を用いる。前記リヨセル系炭素繊維織物を水で洗浄して表面の不純物を除去し、シリコーン高分子で表面処理した後、前記フェノール樹脂溶液にリヨセル系炭素繊維織物を浸漬させた。前記フェノール樹脂溶液に浸漬させたリヨセル系炭素繊維織物を積層し、ホットプレスで１５０℃の温度に加熱および１０００ｐｓｉで３時間加圧し、平板型繊維強化複合材料を製造した。
【００２９】
＜比較例１＞
前記実施例１において、前記リヨセル系炭素繊維の代わりにポリアクリロニトリル系炭素繊維を用いたことを除いては、実施例１と同様の方法で繊維強化複合材料を製造した。
【００３０】
＜比較例２＞
前記実施例１において、前記リヨセル系炭素繊維の代わりに炭化させていないリヨセル繊維を用いたことを除いては、実施例１と同様の方法で繊維強化複合材料を製造した。
【００３１】
＜実験例１＞
前記実施例１の繊維強化複合材料および前記比較例１の繊維強化複合材料の物性をテストし、その結果を下記表１に示した。
【００３２】
【表１】
2014047351.tif 000002
【００３３】
前記表１に示すように、本発明にかかる実施例１の繊維強化複合材料は、従来のポリアクリロニトリル系炭素繊維を適用した比較例１の繊維強化複合材料より、熱伝導率は低くせん断強度は高く、優れた物性を示すことが分かる。
【００３４】
＜実験例２＞
前記実施例１の繊維強化複合材料および前記比較例２の繊維強化複合材料の物性をテストし、その結果を下記表２に示した。
【００３５】
【表２】
2014047351.tif 000003
【００３６】
前記表２に示すように、本発明にかかる実施例１の繊維強化複合材料は、炭化させていないリヨセル繊維を適用した比較例２の繊維強化複合材料より、耐熱温度が高く、優れた物性を示すことが分かる。