DE69326059T2 - PREPREGS, METHOD FOR PRODUCING AND COMPOSITE COATING - Google Patents

PREPREGS, METHOD FOR PRODUCING AND COMPOSITE COATING

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Prepregs, die zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoffen verwendet werden, die hinsichtlich Festigkeit, Elastizitätsmodul, Schlagzähigkeit und Zwischenlagen-Festigkeit hervorragende Eigenschaften aufweisen.The present invention relates to prepregs used to produce fiber-reinforced plastics that have excellent properties in terms of strength, elastic modulus, impact resistance and interlayer strength.

Faserverstärkte Kunststoffe als eine Art von Verbundmaterial sind anisotrope Materialien mit Verstärkungsfasern und einem Matrixharz als wesentliche Komponenten; ihre physikalischen Eigenschaften in Faserrichtung unterscheiden sich deutlich von jenen in den anderen Richtungen. Im allgemeinen sind die Festigkeit und der Elastizitätsmodul in Faserrichtung sehr hoch, in den anderen Richtungen jedoch niedrig. In einem allgemein angewandten Verfahren zur Herstellung von faserverstärktem Kunststoffmaterial werden Lagen eines Prepreg genannten filmartigen Vorläufers (gebildet durch Imprägnieren von Verstärkungsfasern mit einem ungehärteten duroplastischen Harz) laminiert, geformt und gehärtet, um das beabsichtigte Produkt zu erhalten. Sofern nicht anders angeführt bezieht sich der Ausdruck "Verbundmaterial" hierin auf ein faserverstärktes Kunststoffmaterial, das durch Laminieren von Lagen eines Prepregs sowie durch Formen und Härten des Laminats erhalten wird. Wenn ein Verbundmaterial aus einem Prepreg erhalten wird, wird ein Gewebe, das durch Weben von Verstärkungsfasern erhalten wird, im Prepreg verwendet, oder Lagen eines Prepregs aus unidirektional angeordneten Verstärkungsfasern werden mit querliegenden Verstärkungsfaserrichtungen laminiert, um die physikalischen Eigenschaften im Endprodukt nahezu isotrop zu machen.Fiber-reinforced plastics as a type of composite material are anisotropic materials with reinforcing fibers and a matrix resin as essential components; their physical properties in the fiber direction are significantly different from those in the other directions. In general, the strength and elastic modulus are very high in the fiber direction, but low in the other directions. In a generally used method for producing fiber-reinforced plastic material, layers of a film-like precursor called a prepreg (formed by impregnating reinforcing fibers with an uncured thermosetting resin) are laminated, molded and cured to obtain the intended product. Unless otherwise stated, the term "composite material" herein refers to a fiber-reinforced plastic material obtained by laminating layers of a prepreg and by molding and curing the laminate. When a composite material is obtained from a prepreg, a fabric obtained by weaving reinforcing fibers is used in the prepreg, or layers of a prepreg made of unidirectionally arranged reinforcing fibers are laminated with transverse reinforcing fiber directions to make the physical properties in the final product nearly isotropic.

Es ist jedoch bekannt, daß bei Anwendung dieser Verfahren die Schlagzähigkeit und andere Eigenschaften des Verbundmaterials durch höhere Festigkeit der Verstärkungsfasern nicht deutlich verbessert werden, da sie von Bruch zwischen den Lagen betroffen sind. Der Zwischenlagenbereich des Verbundmaterials ist der Bereich in der Nähe der Grenzfläche zwischen laminierten Lagen eines Prepregs. Dieser Bereich besitzt einen geringen Anteil an Verstärkungsfasern, und da diese auf beiden Seiten der Grenzfläche unterschiedlich orientiert sind, kommt es in diesem Bereich häufig zum Bruch. Insbesondere ein Verbundmaterial mit einem duroplastischen Harz als Matrixharz weist unzulängliche Schlagzähigkeit auf, da das Matrixharz geringe Festigkeit besitzt. Wenn eine Zuglast an ein Kreuzlaminat angelegt wird, kommt es an einem Ende des Laminats oft zur Ablösung zwischen den Lagen, sodaß der Spielraum hinsichtlich der Laminat-Zusammensetzung häufig eingeschränkt ist. Verschiedene Verfahren wurden vorgeschlagen, um die physikalischen Eigenschaften (insbesondere Schlagzähigkeit und Zwischenlagen-Festigkeit) in anderen Richtungen als der Faserrichtung zu verbessern, wobei zahlreiche dieser Verfahren als Grenzlagenbereich ein anderes Material als das Matrixharz vorsehen, um Bruchenergie zu absorbieren.However, it is known that when these methods are used, the impact strength and other properties of the composite material are not significantly improved by increasing the strength of the reinforcing fibers, since they are affected by interlayer fracture. The interlayer region of the composite material is the region near the interface between laminated layers of a prepreg. This region has a low content of reinforcing fibers, and since these are oriented differently on both sides of the interface, fracture often occurs in this region. In particular, a composite material using a thermosetting resin as the matrix resin has insufficient impact resistance because the matrix resin has low strength. When a tensile load is applied to a cross laminate, interlayer separation often occurs at one end of the laminate, so that the latitude in laminate composition is often limited. Various methods have been proposed to improve physical properties (particularly impact resistance and interlayer strength) in directions other than the fiber direction, and many of these methods use a material other than the matrix resin as the interface region to absorb fracture energy.

Die US-A-4.604.319 offenbart das Anordnen eines thermoplastischen Harzes zwischen faserverstärkten Prepreglagen, um höhere Schlagzähigkeit zu erzielen. In diesem Fall büßt man jedoch ungünstigerweise die Klebrigkeit und die Streckbarkeit als Vorteile eines duroplastischen Harzes ein. In der US-A-5.028.478 offenbarten die Anmelder ein Matrixharz mit Harz-Feinteilchen. Insbesondere wurde geoffenbart, daß das lokalisierte Auftreten von Harzfeinteilchen an den Oberflächen von Lagen eines Prepregs die Schlagzähigkeit des Verbundmaterials verbesserte, während die Klebrigkeit und die Streckbarkeit des Prepregs aufrechterhalten wurden. Dieses Verfahren ist jedoch auch mit dem Problem verbunden, daß es nicht leicht ist, Harzfeinteilchen zu erhalten. Außerdem dringen Feinteilchen oft in die Verstärkungsfasern ein, und das Eindringen von Feinteilchen in die Fasern beeinträchtigt die physikalischen Eigenschaften des Verbundmaterials. Jeder Versuch, dies zu vermeiden, verkompliziert das Prepreg-Herstellungsverfahren. JP-A-90-32843 offenbart ein Verfahren zur Verbesserung der Zwischenlagenfestigkeit des Verbundmaterials durch Aufkleben von Gewebe auf die Oberflächen faserverstärkter Prepregs. Im allgemeinen ist es leichter, ein Harz in Fasern als in Teilchen zu imprägnieren, und dieses Verfahren ist in dieser Hinsicht vorteilhafter, doch der Vorteil geht durch die Notwendigkeit des Webens der Fasern verloren. Außerdem bestehen bei der Herstellung eines Gewebes Grenzen hinsichtlich des erzielbaren Mindestflächengewichts, wobei es nicht möglich ist, ein Zwischenlagenmaterial mit geeignetem Flächengewicht zu erhalten.US-A-4,604,319 discloses placing a thermoplastic resin between fiber-reinforced prepreg layers to obtain higher impact strength. In this case, however, the tackiness and stretchability, advantages of a thermosetting resin, are disadvantageously sacrificed. In US-A-5,028,478, the applicants disclosed a matrix resin containing resin fine particles. In particular, it was disclosed that the localized occurrence of resin fine particles on the surfaces of layers of a prepreg improved the impact strength of the composite material while maintaining the tackiness and stretchability of the prepreg. However, this method also involves the problem that it is not easy to obtain resin fine particles. In addition, fine particles often penetrate into the reinforcing fibers, and the penetration of fine particles into the fibers impairs the physical properties of the composite material. Any attempt to avoid this complicates the prepreg manufacturing process. JP-A-90-32843 discloses a method of improving the interlayer strength of the composite material by bonding fabric to the surfaces of fiber-reinforced prepregs. In general, it is easier to impregnate a resin into fibers than into particles and this method is more advantageous in this respect, but the advantage is lost by the need to weave the fibers. In addition, when manufacturing a fabric, there are limits to the minimum basis weight that can be achieved and it is not possible to obtain an interlayer material with a suitable basis weight.

In einer Arbeit in "Composite Materials: Testing and Design (Seventh Conference), ASTM STP 893", S. 256, steht, daß die Zwischenlagenfestigkeit durch Positionieren einer Kevlar- oder Polyestermatte zwischen den Lagen verbessert werden kann. Die Herstellung der Matte erfordert allerdings die Schritte des Schneidens und der Mattenbildung nach der Herstellung von Fasern und kann die Vorteile der Verwendung von Fasern nicht ausschöpfen. Außerdem bestehen Grenzen hinsichtlich der Verringerung des Flächengewichts.A paper in "Composite Materials: Testing and Design (Seventh Conference), ASTM STP 893", p. 256, states that interlayer strength can be improved by placing a Kevlar or polyester mat between the layers. However, the manufacture of the mat requires the cutting and matting steps after the production of fibers and cannot take full advantage of the use of fibers. There are also limitations in reducing the basis weight.

Die P-A-90-32843, 92-292635, 92-292636, 92-292909, 92-325527, 92-325528, 92- 93529 und 93-17603 offenbaren, daß die Zwischenlagenfestigkeit des Verbundmaterials durch Anordnen thermoplastischer Harzfasern in einer bestimmten Richtung auf den Oberflächen faserverstärkter Prepreglagen verbessert werden kann. Der Versuch, das Flächengewicht der thermoplastischen Harzfasern zu verringern, bringt jedoch den Nachteil mit sich, daß das Flächengewicht und somit die Leistungsfähigkeit in Breiterichtung des Prepregs uneinheitlich wird. Bei der Verwendung von in einer Richtung angeordneten Verstärkungsfasern ermöglicht ferner die Anordnung der thermoplastischen Harzfasern parallel zu den Verstärkungsfasern, daß die thermoplastischen Harzfasern in die Verstärkungsfasern eindringen, was die physikalischen Eigenschaften des Verbundmaterials beeinträchtigt.P-A-90-32843, 92-292635, 92-292636, 92-292909, 92-325527, 92-325528, 92-93529 and 93-17603 disclose that the interlayer strength of the composite material can be improved by arranging thermoplastic resin fibers in a certain direction on the surfaces of fiber-reinforced prepreg layers. However, the attempt to reduce the basis weight of the thermoplastic resin fibers brings with it the disadvantage that the basis weight and hence the performance in the width direction of the prepreg becomes non-uniform. Furthermore, when using unidirectionally arranged reinforcing fibers, arranging the thermoplastic resin fibers parallel to the reinforcing fibers allows the thermoplastic resin fibers to penetrate into the reinforcing fibers, which impairs the physical properties of the composite material.

Diese Verfahren sind insofern mit Nachteilen verbunden, als die Verbesserung der Schlagzähigkeit nicht ausreicht und die Schlagzähigkeit auf Kosten anderer Eigenschaften wie etwa der Scherbeständigkeit zwischen den Lagen und der Einfachkeit der Handhabung verbessert wird. Im Vergleich zu herkömmlichen Prepregs weisen alle diese Verfahren das Problem auf, daß das Herstellungsverfahren kompliziert wird.These methods have disadvantages in that the improvement in impact strength is not sufficient and the impact strength is improved at the expense of other properties such as interlayer shear resistance and ease of handling. Compared with conventional prepregs, all of these methods have the problem that the manufacturing process becomes complicated.

Ein weiteres relevantes Dokument des Stands der Technik sei erwähnt, nämlich die JP- A-2063821, die Prepregs zur Verwendung bei der Herstellung einer laminierten Platte offenbart, z. B. für eine bedruckten Leiterplatte. Ein erstes Prepreg wird durch Imprägnie ren eines Para-Amid-Faser-Vlieses mit Epoxyharz vom Bisphenol-Typ und Trocknen hergestellt, während ein zweites Prepreg, das an beiden Seiten des ersten Prepregs auflaminiert ist, um äußere Oberflächenschichten zu bilden, durch Imprägnieren eines Glasfaser-Vlieses mit dem gleichen Epoxyharz und Trocknen hergestellt wird.Another relevant prior art document is JP-A-2063821, which discloses prepregs for use in the manufacture of a laminated board, e.g. for a printed circuit board. A first prepreg is prepared by impregnation A first prepreg is prepared by impregnating a para-amide fiber nonwoven fabric with bisphenol type epoxy resin and drying, while a second prepreg, which is laminated on both sides of the first prepreg to form outer surface layers, is prepared by impregnating a glass fiber nonwoven fabric with the same epoxy resin and drying.

Das Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung von Prepregs, die dazu dienen können, Verbundmaterialien herzustellen, die hinsichtlich Festigkeit, Elastizitätsmodul, Schlagzähigkeit und Zwischenlagen-Festigkeit hervorragende Eigenschaften aufweisen und leicht und einfach hergestellt werden können; ferner verfolgt die Erfindung auch das Ziel, Verfahren zur Herstellung der Prepregs bereitzustellen.The aim of the invention is to provide prepregs which can be used to produce composite materials which have excellent properties in terms of strength, elastic modulus, impact resistance and interlayer strength and which can be easily and simply produced; furthermore, the invention also aims to provide methods for producing the prepregs.

Um das obige Ziel zu erreichen, bietet die Erfindung in einem ersten Aspekt ein Prepreg wie in Anspruch 1 definiert.To achieve the above object, the invention provides in a first aspect a prepreg as defined in claim 1.

Um das obige Ziel zu erreichen, bietet die Erfindung in einem zweiten Aspekt auch ein Verfahren zur Herstellung eines Prepregs wie in einem der Ansprüche 5, 6 oder 7 definiert.To achieve the above object, the invention also provides in a second aspect a process for producing a prepreg as defined in any one of claims 5, 6 or 7.

Es folgt eine Beschreibung der Erfindung auf der Grundlage bevorzugter Merkmale und Ausführungsformen.The invention is described below based on preferred features and embodiments.

Komponente [A] der Erfindung umfaßt lange Verstärkungsfasern und kann aus verschiedenen Fasern ausgewählt sein, die sich für die jeweilige Anwendung des hergestellten Verbundmaterials eignen, z. B. aus Kohle-, Graphit-, Aramid-, Siliciumcarbid-, Aluminiumoxid-, Bor-, Wolframcarbid- und Glasfasern. Es ist auch möglich, mehrere dieser Verstärkungsfasern in Kombination einzusetzen.Component [A] of the invention comprises long reinforcing fibers and can be selected from various fibers suitable for the particular application of the composite material produced, for example carbon, graphite, aramid, silicon carbide, aluminum oxide, boron, tungsten carbide and glass fibers. It is also possible to use several of these reinforcing fibers in combination.

Von diesen Fasern sind Kohlenstoff- und Graphitfasern für die vorliegende Erfindung gut geeignet, da sie zufriedenstellende spezifische Festigkeit und zufriedenstellenden Elastizitätsmodul aufweisen und sehr zur Gewichtsverringerung beitragen. Jede Art von Koh le- und Graphitfaser kommt für die jeweiligen Anwendungen in Frage. Hochfeste Kohlefasern mit einer Zugdehnung von 1,5% oder mehr sind dazu geeignet, hochfeste Verbundmaterialien zu liefern. Hochfeste, gut dehnbare Kohlefasern mit einer Zugfestigkeit von 450 kp/mm² oder mehr und einer Zugdehnung von 1,7% oder mehr sind noch bevorzugter; hochfeste, gut dehnbare Kohlefasern mit einer Zugdehnung von 1,9% sind am geeignetsten. Die hierin verwendeten Verstärkungsfasern müssen lang sein und besitzen eine Länge von 5 cm oder mehr. Wenn die Fasern kürzer als 5 cm sind, kann die Festigkeit der Verstärkungsfasern im Verbundmaterial nicht ausreichend zur Geltung kommen. Die Kohle- und Graphitfasern können auch im Gemisch mit anderen Verstärkungsfasern eingesetzt werden. Die Verstärkungsfasern sind in ihrer Form oder Anordnung nicht eingeschränkt, wobei jene in Frage kommen, die in einer Richtung und in wahllosen Richtungen angeordnet, als Bahn, Matte oder Gewebe ausgebildet oder geflochten sind. Für Anwendungszwecke, die hohe spezifische Festigkeit und hohen spezifischen Elastizitätsmodul erfordern, eignen sich am besten Verstärkungsfasern, die in einer Richtung parallel ausgerichtet sind, die als Gewebe angeordneten und leicht handzuhabenden eignen sich jedoch am besten.Of these fibers, carbon and graphite fibers are well suited for the present invention because they have satisfactory specific strength and elastic modulus and contribute greatly to weight reduction. Any kind of carbon and graphite fiber is suitable for the respective applications. High-strength carbon fibers having a tensile elongation of 1.5% or more are suitable for providing high-strength composite materials. High-strength, highly elongated carbon fibers having a tensile strength of 450 kgf/mm² or more and a tensile elongation of 1.7% or more are more preferable; high-strength, highly elongated carbon fibers having a tensile elongation of 1.9% are most suitable. The reinforcing fibers used herein must be long, having a length of 5 cm or more. If the fibers are shorter than 5 cm, the strength of the reinforcing fibers cannot be sufficiently exhibited in the composite material. The carbon and graphite fibers may also be used in a mixture with other reinforcing fibers. The reinforcing fibers are not limited in their shape or arrangement, and those arranged in one direction and in random directions, in sheet, mat, fabric, or braided are suitable. For applications requiring high specific strength and high specific modulus of elasticity, reinforcing fibers aligned parallel in one direction are best, but those arranged in a woven manner and easy to handle are best.

Die in Komponente [B] der Erfindung verwendete duroplastische Harzzusammensetzung besteht vor allem aus einem Harz, das durch äußere Energie wie etwa Wärme, Licht oder Elektronenstrahl gehärtet wird, um ein zumindest teilweise dreidimensional vernetztes Material zu bilden. Vorzugsweise wird ein wärmehärtendes duroplastisches Harz verwendet. Das hierin besonders geeignete duroplastische Harz ist ein Epoxyharz und wird im allgemeinen in Kombination mit einem Härter und Härtungskatalysator verwendet. Insbesondere ist ein Epoxyharz aus einem Amin, einem Phenol oder einer Verbindung mit einer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung vorzuziehen. Das Epoxyharz mit einem Amin als Vorläufer kann z. B. aus verschiedenen Isomeren von Tetraglycidyldiaminodiphenylmethan, Triglycidyl-p-aminophenol, Triglycidyl-m-aminophenol und Triglycidylaminokresol ausgewählt sein. Das Epoxyharz mit einem Phenol als Vorläufer kann z. B. aus Bisphenol A-Epoxyharz, Bisphenol F-Epoxyharz, Bisphenol S-Epoxyharz, Phenolnovolak-Epoxyharz und Kresolnovolak-Epoxyharz ausgewählt sein. Das Epoxy harz mit einer Verbindung mit einer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung als Vorläufer kann z. B. aus alizyklischen Epoxyharzen ausgewählt sein. Harze, die durch Bromieren dieser Epoxyharze erhalten werden, kommen ebenfalls in Frage. Ein Epoxyharz mit einem aromatischen Amin, wie etwa Tetraglycidyldiaminodiphenylmethan, besitzt gute Hitzebeständigkeit und gutes Haftvermögen an den Verstärkungsfasern, weshalb es für die Erfindung sehr geeignet ist. Ein Epoxyharz kann vorzugsweise in Kombination mit einem Epoxyhärter eingesetzt werden. Der verwendete Epoxyhärter kann jede Verbindung mit einer aktiven Gruppe sein, die mit einer Epoxygruppe reagieren kann. Bevorzugt wird eine Verbindung mit einer Aminogruppe, Säureanhydridgruppe oder Azidogruppe. Sie kann z. B. aus Dicyandiamid, verschiedenen Isomeren von Diaminodiphenylsulfon, verschiedenen Derivaten von Diaminodiphenylmethan und Aminobenzoaten ausgewählt sein. Konkret wird Dicyandiamid bevorzugt eingesetzt, da es lange Lagerbeständigkeit des Prepregs ermöglicht. Verschiedene Isomere von Diaminodiphenylsulfon sind in der Erfindung besonders geeignet, da sie dem gehärteten Material gute Hitzebeständigkeit verleihen; die Alkylderivate von Diaminodiphenylmethan, insbesondere 3,3,5,5'-Tetraalkylderivate, eignen sich hierin, da sie dem gehärteten Material hohe Dehnbarkeit und niedriges Wasserabsorptionsvermögen verleihen. Zu bevorzugt verwendeten Aminobenzoaten zählen Trimethylglykoldi-p-aminobenzoat und Neopentylglykoldi-p-aminobenzoat, und da sie hinsichtlich Zugdehnung gegenüber Diaminodiphenylsulfon überlegen sind, jedoch schlechtere Hitzebeständigkeit aufweisen, werden sie für bestimmte Anwendungen selektiv eingesetzt.The thermosetting resin composition used in component [B] of the invention consists mainly of a resin which is cured by external energy such as heat, light or electron beam to form an at least partially three-dimensionally crosslinked material. Preferably, a thermosetting thermosetting resin is used. The thermosetting resin particularly suitable herein is an epoxy resin, and is generally used in combination with a hardener and a curing catalyst. In particular, an epoxy resin made of an amine, a phenol or a compound having a carbon-carbon double bond is preferable. The epoxy resin having an amine as a precursor may, for example, be selected from various isomers of tetraglycidyldiaminodiphenylmethane, triglycidyl-p-aminophenol, triglycidyl-m-aminophenol and triglycidylaminocresol. The epoxy resin having a phenol as a precursor may, for example, B. be selected from bisphenol A epoxy resin, bisphenol F epoxy resin, bisphenol S epoxy resin, phenol novolac epoxy resin and cresol novolac epoxy resin. The epoxy Resin having a compound having a carbon-carbon double bond as a precursor can be selected from, for example, alicyclic epoxy resins. Resins obtained by brominating these epoxy resins can also be used. An epoxy resin having an aromatic amine, such as tetraglycidyldiaminodiphenylmethane, has good heat resistance and good adhesion to the reinforcing fibers, which is why it is very suitable for the invention. An epoxy resin can preferably be used in combination with an epoxy hardener. The epoxy hardener used can be any compound having an active group that can react with an epoxy group. A compound having an amino group, acid anhydride group or azido group is preferred. It can be selected from, for example, dicyandiamide, various isomers of diaminodiphenylsulfone, various derivatives of diaminodiphenylmethane and aminobenzoates. Specifically, dicyandiamide is preferably used because it enables long storage life of the prepreg. Various isomers of diaminodiphenyl sulfone are particularly useful in the invention because they impart good heat resistance to the cured material; the alkyl derivatives of diaminodiphenylmethane, particularly 3,3,5,5'-tetraalkyl derivatives, are useful herein because they impart high elongation and low water absorption capacity to the cured material. Preferred aminobenzoates include trimethylglycol di-p-aminobenzoate and neopentylglycol di-p-aminobenzoate, and since they are superior to diaminodiphenyl sulfone in terms of tensile elongation but inferior in heat resistance, they are selectively used for certain applications.

Das in der Komponente [B] verwendete duroplastische Harz kann vorzugsweise aus Maleimidharzen, Harzen mit Acetylen-Endgruppen, Harzen mit Nadinsäure-Endgruppen, Harzen mit Cyanat-Endgruppen, Harzen mit Vinyl-Endgruppen und Harzen mit Allyl- Endgruppen ausgewählt sein. Beliebige dieser Harze können auch mit einem Epoxyharz oder einem anderen Harz vermischt sein. Ein Reaktiv-Verdünner kann verwendet und ein Modifikator wie etwa ein thermoplastisches Harz oder Elastomer solcherart eingemischt sein, daß die Hitzebeständigkeit nicht stark verringert wird. Gemäß der Erfindung umfaßt die Komponente [B] des Prepregs eine mit thermoplastischem Harz vermischte duroplastische Harzzusammensetzung. Ein Maleimidharz ist eine Verbindung mit durchschnittlich zwei oder mehr Maleimidgruppen pro Molekül. Ein Bismaleimid von Diaminodiphenylmethan ist besonders bevorzugt. Die Maleimidverbindung kann z. B. aus N,N'-Phenylenbismaleimid, N,N'-Hexamethylenbismaleimid, N,N'-Methylen-di-p- phenylenbismaleimid, N,N'-Oxydi-p-phenylenbismaleimid, N,N'-4,4'-Benzophenonbismaleimid, N,N'-Diphenylsulfonbismaleimid, N,N'-(3,3'-dimethyl)methylendi-p-phenylenbismaleimid, N,N'-4,4'-Dicyclohexylmethanbismaleimid, N,N'-m-(oder p-)xylylenbismaleimid, N,N'-(3,3'-Diethyl)methylendi-p-phenylenbismaleimid, N,N'-m-Tolylendimaleimid und Bismaleimid von Bis(aminophenoxy)benzol und auch aus dem Reaktionsprodukt von Maleinsäureanhydrid und einem Polyamin, erzeugt durch Reaktion zwischen Anilin und Formalin, ausgewählt werden. Außerdem können zwei oder mehrere dieser Maleimid-Verbindungen auch als Gemisch eingesetzt werden, und die verwendete Maleimid-Verbindung kann auch eine Monomaleimid-Verbindung wie etwa N-Allylmaleimid, N-Propylmaleimid, N-Hexylmaleimid oder N-Phenylmaleimid enthalten.The thermosetting resin used in the component [B] may preferably be selected from maleimide resins, acetylene-terminated resins, nadic acid-terminated resins, cyanate-terminated resins, vinyl-terminated resins and allyl-terminated resins. Any of these resins may also be mixed with an epoxy resin or other resin. A reactive thinner may be used and a modifier such as a thermoplastic resin or elastomer may be mixed in such a way that the heat resistance is not greatly reduced. According to the invention, the component [B] of the prepreg comprises a thermoplastic resin-mixed thermosetting resin composition. A maleimide resin is a compound having an average of two or more maleimide groups per molecule. A bismaleimide of diaminodiphenylmethane is particularly preferred. The maleimide compound can be, for example, B. selected from N,N'-phenylenebismaleimide, N,N'-hexamethylenebismaleimide, N,N'-methylene-di-p-phenylenebismaleimide, N,N'-oxydi-p-phenylenebismaleimide, N,N'-4,4'-benzophenonebismaleimide, N,N'-diphenylsulfonebismaleimide, N,N'-(3,3'-dimethyl)methylenedi-p-phenylenebismaleimide, N,N'-4,4'-dicyclohexylmethanebismaleimide, N,N'-m-(or p-)xylylenebismaleimide, N,N'-(3,3'-diethyl)methylenedi-p-phenylenebismaleimide, N,N'-m-tolylenedimaleimide and bismaleimide of bis(aminophenoxy)benzene and also from the reaction product of maleic anhydride and a polyamine produced by reaction between aniline and formalin. In addition, two or more of these maleimide compounds may also be used as a mixture, and the maleimide compound used may also contain a monomaleimide compound such as N-allylmaleimide, N-propylmaleimide, N-hexylmaleimide or N-phenylmaleimide.

Das Maleimidharz wird vorzugsweise in Kombination mit einem Härter eingesetzt. Der Härter kann jede Verbindung mit einer aktiven Gruppe sein, die mit einer Maleimidgruppe reagieren kann. Vorzugsweise kommt eine Verbindung mit Aminogruppe oder einer Alkenylgruppe wie etwa Allyl-, Benzocyclobuten-, Allylnadinimid-, Isocyanat-, Cyanat- oder Epoxygruppe zum Einsatz. Ein typischer Härter mit einer Aminosäure ist Diaminodiphenylmethan. Typische Härter mit einer Alkenylgruppe sind O,O'-Diallylbisphenol A und Bis(propenylphenoxy)sulfon.The maleimide resin is preferably used in combination with a hardener. The hardener can be any compound with an active group that can react with a maleimide group. Preferably, a compound with an amino group or an alkenyl group such as allyl, benzocyclobutene, allylnadinimide, isocyanate, cyanate or epoxy group is used. A typical hardener with an amino acid is diaminodiphenylmethane. Typical hardeners with an alkenyl group are O,O'-diallylbisphenol A and bis(propenylphenoxy)sulfone.

Ein Bismaleimidtriazin-Harz (BT-Harz), bestehend aus beliebigen der obigen Bismaleimide und einem Cyanat, eignet sich ebenfalls als duroplastisches Harz als Komponente [B] der Erfindung. Ein bevorzugtes Harz mit Cyanat-Endgruppen ist eine Cyanat-Verbindung eines mehrwertigen Phenols wie etwa Bisphenol A. Ein gemischtes Harz, bestehend aus einem Cyanatharz und einem Bismaleimidharz, wird als BT-Harz von der Firma Mitsubishi Gas Chemical Co., Inc. vertrieben und eignet sich für die vorliegende Erfindung. Diese Harze besitzen im allgemeinen bessere Hitze- und Wasserbeständig keit als Epoxyharze, jedoch auch geringere Festigkeit und Schlagzähigkeit, und werden daher selektiv bestimmten Verwendungszwecken zugeführt. Das Gewichtsverhältnis zwischen Bismaleimid und Cyanat liegt im Bereich von 0 : 100 bis 70 : 30. Ein Harz von 0 : 100 entspricht einem Triazin-Harz, das für die Erfindung ebenfalls geeignet ist.A bismaleimide triazine resin (BT resin) consisting of any of the above bismaleimides and a cyanate is also suitable as the thermosetting resin as component [B] of the invention. A preferred resin having cyanate end groups is a cyanate compound of a polyhydric phenol such as bisphenol A. A mixed resin consisting of a cyanate resin and a bismaleimide resin is sold as BT resin by Mitsubishi Gas Chemical Co., Inc. and is suitable for the present invention. These resins generally have better heat and water resistance. ity than epoxy resins, but also lower strength and impact resistance, and are therefore selectively used for certain purposes. The weight ratio between bismaleimide and cyanate is in the range of 0:100 to 70:30. A resin of 0:100 corresponds to a triazine resin, which is also suitable for the invention.

Außerdem eignet sich ein duroplastisches Harz mit reaktiven Gruppen an den Enden als Komponente [B] der Erfindung. Die reaktiven Gruppen an den Enden sind vorzugsweise Nadinimid-, Acetylen- oder Benzocyclobuten-Gruppen.In addition, a thermosetting resin having reactive groups at the ends is suitable as component [B] of the invention. The reactive groups at the ends are preferably nadinimide, acetylene or benzocyclobutene groups.

Die duroplastische Harzzusammensetzung der Komponente [B] der Erfindung kann auch aus duroplastischen Harzen ausgewählt sein, die in großem Umfang in der Industrie verwendet werden, z. B. Phenolharz, Resorcinharz, ungesättigtes Polyesterharz, Diallylphthalatharz, Harnstoffharz und Melaminharz.The thermosetting resin composition of component [B] of the invention may also be selected from thermosetting resins widely used in industry, such as phenol resin, resorcinol resin, unsaturated polyester resin, diallyl phthalate resin, urea resin and melamine resin.

Mit der duroplastischen Harzzusammensetzung der Komponente [B] der Erfindung ist ein thermoplastisches Harz vermischt, z. B. Polyethersulfon, Polysulfon, Polyimid oder Polyetherimid. Lagen eines Prepregs der Erfindung werden laminiert und mit Hilfe von Hitze oder Licht gehärtet, um ein Verbundmaterial zu erhalten. Im Verbundmaterial wird die durch Härten der Komponente [B] erzeugte Harzkomponente als Komponente [D] bezeichnet. Komponente [B], die vorzugsweise für das Prepreg der Erfindung verwendet wird, ist eine Harzzusammensetzung, die sich in Phasen trennen kann, während sie von 10ºC auf 250ºC erhitzt wird. In diesem Fall besitzt die Komponente [D] des Verbundmaterials eine in Phasen aufgelöste Struktur. Ob sich eine Harzzusammensetzung in Phasen trennen kann, kann durch Beobachten der gerade erhitzten Zusammensetzung mittels eines Mikroskops leicht beurteilt werden.With the thermosetting resin composition of component [B] of the invention, a thermoplastic resin such as polyethersulfone, polysulfone, polyimide or polyetherimide is mixed. Sheets of a prepreg of the invention are laminated and cured by means of heat or light to obtain a composite material. In the composite material, the resin component produced by curing component [B] is referred to as component [D]. Component [B] preferably used for the prepreg of the invention is a resin composition capable of phase separation while heated from 10°C to 250°C. In this case, component [D] of the composite material has a phase-resolved structure. Whether a resin composition can phase separation can be easily judged by observing the just-heated composition using a microscope.

Es ist vorzuziehen, daß sich die strukturell in Phasen getrennte Komponente [D] strukturell in eine vor allem aus einem duroplastischen Harz bestehende Mikrophase und eine vor allem aus einem thermoplastischen Harz bestehende Mikrophase trennt.It is preferable that the structurally phase-separated component [D] separates structurally into a microphase consisting primarily of a thermosetting resin and a microphase consisting primarily of a thermoplastic resin.

Es ist noch bevorzugter, daß sich die bevorzugte Harzzusammensetzung ein gehärtetes Harzmaterial ist, das strukturell in eine Mikrophase, die vor allem aus einem duroplastischen Harz besteht, und eine Mikrophase, die vor allem aus einem thermoplastischen Harz besteht, trennt. Die Komponente [D] wird durch Härten der Komponente [B] erhalten. Ferner ist es vorzuziehen, daß beim Härten der Komponente [B] die in Mikrophasen getrennte Struktur das folgende Merkmal aufweist. In der Struktur existiert die vor allem aus einem thermoplastischen Harz bestehende Struktur getrennt von der vor allem aus einem duroplastischen Harz bestehenden Struktur, wobei zumindest die vor allem aus einem thermoplastischen Harz bestehende Phase ein dreidimensionales kontinuierliches Netzwerk aufweist. Diese Struktur wird erhalten, wenn eine homogen verträgliche Struktur, bestehend aus einem noch nicht gehärteten duroplastischen Harz und einem duroplastischen Harz, einmal geformt wird und sich in Phasen trennt, während sie gehärtet wird. Noch bevorzugter ist es, daß die Komponente [D] ein gehärtetes Harzmaterial ist, das strukturell in zwei Mikrophasen jeweils eines dreidimensional kontinuierlichen Netzwerks getrennt ist. In einigen Fällen ist es auch vorzuziehen, daß eine andere dispergierte Phase in der kontinuierlichen Phase enthalten ist. Insbesondere die Gegenwart eines dispergierten Kautschuks trägt vorzugsweise sehr zur Verbesserung der Festigkeit bei.It is more preferable that the preferred resin composition is a cured resin material which structurally separates into a microphase consisting mainly of a thermosetting resin and a microphase consisting mainly of a thermoplastic resin. The component [D] is obtained by curing the component [B]. It is further preferable that, when the component [B] is cured, the microphase-separated structure has the following feature. In the structure, the structure consisting mainly of a thermoplastic resin exists separately from the structure consisting mainly of a thermosetting resin, and at least the phase consisting mainly of a thermoplastic resin has a three-dimensional continuous network. This structure is obtained when a homogeneously compatible structure consisting of a not yet cured thermosetting resin and a thermosetting resin is once molded and separates into phases while being cured. It is even more preferable that the component [D] is a cured resin material structurally separated into two microphases each of a three-dimensionally continuous network. In some cases, it is also preferable that another dispersed phase is contained in the continuous phase. In particular, the presence of a dispersed rubber preferably greatly contributes to the improvement of strength.

Noch bevorzugter ist die vor allem aus einem thermoplastischen Harz bestehende kontinuierliche Phase strukturell in Intervallen von 0,01 bis 20 um angeordnet. Wenn die Intervalle kleiner als 0,01 um sind, ist die Bruchfläche von geringer Rauhigkeitstiefe, und da die Bruchwege kurz sind, ist es schwierig, hohe Festigkeit aufzuweisen. Wenn die Intervalle 20 um übersteigen, sind die Bruchwege vereinfacht, sodaß die Wirkung der Verbesserung der Festigkeit gemindert wird. Noch bevorzugter betragen die Intervalle 0,1 bis 10 um.More preferably, the continuous phase composed mainly of a thermoplastic resin is structurally arranged at intervals of 0.01 to 20 µm. If the intervals are smaller than 0.01 µm, the fracture surface is of small roughness depth, and since the fracture paths are short, it is difficult to have high strength. If the intervals exceed 20 µm, the fracture paths are simplified, so that the effect of improving the strength is reduced. More preferably, the intervals are 0.1 to 10 µm.

Die phasengetrennte Struktur des gehärteten Harzes kann in herkömmlicher Weise im Mikroskop betrachtet werden. Sie kann durch ein optisches Mikroskop betrachtet werden, doch es ist vorzuziehen, das Material z. B. mit Osmiumtetroxid zu färben, um es im Elektronenmikroskop zu betrachten. Ihre Gegenwart kann festgestellt werden, wenn es klar ist, daß unterschiedliche Phasen existieren, daß zumindest eine der Phasen eine kontinuierliche Struktur bildet und daß eine dispergierte Phase in der kontinuierlichen Phase vorliegt. Wenn ein Analysator wie etwa ein Röntgenstrahlen-Mikroanalysator mit einem Mikroskop verwendet wird, können die Komponenten identifiziert werden.The phase-separated structure of the cured resin can be viewed in the conventional way under the microscope. It can be viewed through an optical microscope, but it is preferable to stain the material with e.g. osmium tetroxide to make it visible in the Electron microscope. Their presence can be determined when it is clear that different phases exist, that at least one of the phases forms a continuous structure, and that a dispersed phase is present in the continuous phase. When an analyzer such as an X-ray microanalyzer is used with a microscope, the components can be identified.

Die. Bruchlast-Energiefreisetzungsrate GIC des gehärteten Harzes der Erfindung kann durch GIC = KIC²(1 - g²)/E berechnet werden, worin KIC der Belastungsintensitäts-Faktor gemäß ASTM E 399-83 ist, g die Poisson-Zahl ist und E der Biege-Elastizitätsmodul gemäß ASTM D 790 ist.The ultimate load energy release rate GIC of the cured resin of the invention can be calculated by GIC = KIC²(1 - g²)/E, where KIC is the stress intensity factor according to ASTM E 399-83, g is Poisson's ratio, and E is the flexural elastic modulus according to ASTM D 790.

Das thermoplastische Harz in den Komponenten [B] und [D] ist thermoplastisches Harz, das in der Industrie in großem Umfang verwendet wird, aber die hohe Hitzebeständigkeit und den hohen Elastizitätsmodul, die für das duroplastische Harz typisch sind, nicht beeinträchtigt. Thermoplastisches Harz, das zu technischen aromatischen Kunststoffen zählt, wird bevorzugt. Es kann typischerweise aus den sehr hitzebeständigen thermoplastischen Harzen mit einem aromatischen Polyimidskelett, aromatischen Polyamidskelett, aromatischen Polyetherskelett, aromatischen Polysulfonskelett oder aromatischen Polyketonskelett, löslich in duroplastischen Harzen, ausgewählt sein. Besonders jene mit einem aromatischen Polyimidskelett werden bevorzugt, da sie hervorragende Hitzebeständigkeit, Lösungsmittelbeständigkeit und Festigkeit aufweisen; dazu zählen z. B. Polyethersulfone, Polysulfone, Polyimide, Polyetherimide oder Polyimide mit Phenyltrimethylindan-Struktur. Ein aromatisches Polyimid, das sich als thermoplastisches Harz eignet, kann durch jedes in der Industrie bekannte Verfahren synthetisiert werden. Typischerweise können ein Tetracarbonsäuredianhydrid und eine Diaminoverbindung miteinander umgesetzt werden, um das gewünschte Produkt zu synthetisieren. Das Tetracarbonsäuredianhydrid ist vorzugsweise aus aromatischen Tetracarbonsäuredianhydriden wie etwa Pyromellithsäuredianhydrid, 3,3',4,4'-Benzophenontetracarbonsäuredianhydrid, 3,3',4,4'-Biphenyltetracarbonsäuredianhydrid, 3,3',4,4'-Diphenylethertetracarbonsäuredianhydrid, 3,3',4,4'-Diphenylsulfontetracarbonsäuredianhydrid, noch bevor zugter aromatischen Tetracarbonsäuredianhydriden wie etwa 3,3',4,4'-Diphenylethertetracarbonsäuredianhydrid und 3,3,4,4'-Diephenylsulfontetracarbonsäuredianhydrid ausgewählt. Die Diamino-Verbindung ist vorzugsweise ausgewählt aus aromatischen Diamino-Verbindungen wie etwa Diaminodiphenylmethan, m-Phenylendiamin, p-Phenylendiamin, Diaminodiphenylether, Diaminodiphenylsulfon, Diaminodiphenylsulfid, Diaminodiphenylethan, Diaminodiphenylpropan, Diaminodiphenylketon, Diaminodiphenylhexafluorpropan, Bis(aminophenoxy)benzol, Bis(aminophenoxy)diphenylsulfon, Bis(aminophenoxy)diphenylpropan, Bis(aminophenoxy)diphenylhexafluorpropan, Diaminodiphenylfluoren, Fluorendiamin, Dimethyl-Substitutionsderivat von Diaminodiphenylmethan, Tetramethyl-Substitutionsderivat von Diaminodiphenylmethan, Diethyl- Substitutionsderivat von Diaminodiphenylmethan, Tetraethyl-Substitutionsderivat von Diaminodiphenylmethan und Dimethyldiethyl-Substitutionsderivat von Diaminodiphenylmethan, noch bevorzugter aus aromatischen Diamino-Verbindungen wie etwa Bis- (aminophenoxy)benzol, Bis(aminophenoxy)diphenylsulfon, Bis(aminophenoxy)diphenylpropan, Bis(aminophenoxy)diphenylhexafluorpropan, Diaminodiphenylfluoren, Dimethyl-Substitutionsderivat von Diaminodiphenylmethan, Tetramethyl-Substitutionsderivat von Diaminodiphenylmethan, Diethyl-Substitutionsderivat von Diaminodiphenylmethan, Tetraethyl-Substitutionsderivat von Diaminodiphenylmethan und Dimethyldiethyl- Substitutionsderivat von Diaminodiphenylmethan.The thermoplastic resin in components [B] and [D] is thermoplastic resin which is widely used in industry but does not impair the high heat resistance and high elastic modulus typical of the thermosetting resin. Thermoplastic resin belonging to engineering aromatic plastics is preferred. It can typically be selected from the highly heat-resistant thermoplastic resins having an aromatic polyimide skeleton, aromatic polyamide skeleton, aromatic polyether skeleton, aromatic polysulfone skeleton or aromatic polyketone skeleton soluble in thermosetting resins. Particularly, those having an aromatic polyimide skeleton are preferred because they have excellent heat resistance, solvent resistance and strength, for example, polyethersulfone, polysulfone, polyimide, polyetherimide or polyimide having a phenyltrimethylindane structure. An aromatic polyimide suitable as a thermoplastic resin can be synthesized by any method known in the industry. Typically, a tetracarboxylic dianhydride and a diamino compound can be reacted together to synthesize the desired product. The tetracarboxylic dianhydride is preferably selected from aromatic tetracarboxylic dianhydrides such as pyromellitic dianhydride, 3,3',4,4'-benzophenonetetracarboxylic dianhydride, 3,3',4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride, 3,3',4,4'-diphenyl ethertetracarboxylic dianhydride, 3,3',4,4'-diphenylsulfonetetracarboxylic dianhydride, before preferred aromatic tetracarboxylic dianhydrides such as 3,3',4,4'-diphenyl ether tetracarboxylic dianhydride and 3,3,4,4'-diphenyl sulfone tetracarboxylic dianhydride. The diamino compound is preferably selected from aromatic diamino compounds such as diaminodiphenylmethane, m-phenylenediamine, p-phenylenediamine, diaminodiphenyl ether, diaminodiphenyl sulfone, diaminodiphenyl sulfide, diaminodiphenylethane, diaminodiphenylpropane, diaminodiphenyl ketone, diaminodiphenyl hexafluoropropane, bis(aminophenoxy)benzene, bis(aminophenoxy)diphenylsulfone, bis(aminophenoxy)diphenylpropane, bis(aminophenoxy)diphenylhexafluoropropane, diaminodiphenylfluorene, fluorenediamine, dimethyl substitution derivative of diaminodiphenylmethane, tetramethyl substitution derivative of diaminodiphenylmethane, diethyl substitution derivative of diaminodiphenylmethane, tetraethyl substitution derivative of diaminodiphenylmethane and dimethyldiethyl substitution derivative of diaminodiphenylmethane, more preferably from aromatic Diamino compounds such as bis(aminophenoxy)benzene, bis(aminophenoxy)diphenylsulfone, bis(aminophenoxy)diphenylpropane, bis(aminophenoxy)diphenylhexafluoropropane, diaminodiphenylfluorene, dimethyl substitution derivative of diaminodiphenylmethane, tetramethyl substitution derivative of diaminodiphenylmethane, diethyl substitution derivative of diaminodiphenylmethane, tetraethyl substitution derivative of diaminodiphenylmethane and dimethyldiethyl substitution derivative of diaminodiphenylmethane.

Vorzugsweise weist das thermoplastische Harzmolekül mit einem Polyimid-, Polyamid-, Polyether-, Polysulfon- oder Polyketonskelett ein Hexafluorpropanskelett auf, da seine Löslichkeit in noch ungehärtetem duroplastischem Harz verbessert wird, um eine richtige phasengetrennte Struktur nach dem Härten zu bilden. Diese Struktur senkt die Wasserabsorptionsfähigkeit des gehärteten Harzes deutlich, wodurch die Beständigkeit des gehärteten Harzes gegenüber Umwelteinflüssen verbessert wird.Preferably, the thermoplastic resin molecule having a polyimide, polyamide, polyether, polysulfone or polyketone skeleton has a hexafluoropropane skeleton because its solubility in uncured thermosetting resin is improved to form a proper phase-separated structure after curing. This structure significantly lowers the water absorption capacity of the cured resin, thereby improving the environmental resistance of the cured resin.

Hinsichtlich der Steuerung der Verträglichkeit ist es besonders vorzuziehen, daß das thermoplastische Harz in den Komponenten [B] und [D] ein Blockcopolymer oder ein Propfcopolymer ist, bestehend aus einer Kette, die mit dem duroplastischen Harz verträglich ist, und einer Kette, die mit dem duroplastischen Harz unverträglich ist.In terms of compatibility control, it is particularly preferable that the thermoplastic resin in components [B] and [D] is a block copolymer or a Graft copolymer is composed of a chain that is compatible with the thermosetting resin and a chain that is incompatible with the thermosetting resin.

Eines der bevorzugten Beispiele ist ein Block- oder Propfcopolymer mit einer Kette, die aus einem Siloxanskelett besteht, das mit dem duroplastischen Harz in den Komponenten [B] und [D] unverträglich ist, hohe Festigkeit und geringe Wasserabsorption aufweist. Besonders bevorzugt ist ein Block- oder Propfcopolymer mit einem Polyimid-, Polyamid-, Polyether-, Polysulfon- oder Polyketonskelett, das mit dem duroplastischen Harz in Komponente [B] verträglich ist (als anderer Teil als die Kette, die aus dem Siloxanskelett besteht). Als Siloxanskelett wird besonders Dimethylsiloxan bevorzugt, doch Phenylsiloxane und deren Copolymere sind auch bevorzugt.One of the preferred examples is a block or graft copolymer having a chain consisting of a siloxane skeleton which is incompatible with the thermosetting resin in the components [B] and [D], high strength and low water absorption. Particularly preferred is a block or graft copolymer having a polyimide, polyamide, polyether, polysulfone or polyketone skeleton which is compatible with the thermosetting resin in the component [B] (as a part other than the chain consisting of the siloxane skeleton). As the siloxane skeleton, dimethylsiloxane is particularly preferred, but phenylsiloxanes and their copolymers are also preferred.

Die Zunahme der Harzviskosität aufgrund der Zugabe eines thermoplastischen Harzes mit einem blockcopolymerisierten Siloxanskelett ist im Vergleich zu jener gering, die durch Zugabe eines aromatischen thermoplastischen Harzes mit dem gleichen Molekulargewicht hervorgerufen wird. Daher bewirkt dies, daß die Handhabbarkeit weniger eingeschränkt ist und daß ein Prepreg mit dem Harz als Matrixharz hervorragende Klebrigkeit und Streckbarkeit aufweist. Von einem anderen Standpunkt ist die Menge des der Komponente [B] zugesetzten thermoplastischen Harzes weniger eingeschränkt, und es kann der Harzzusammensetzung eine große Menge zugegeben werden, ohne die Klebrigkeit zu beeinträchtigen, um eine höhere Harzzähigkeit zu erzielen.The increase in resin viscosity due to the addition of a thermoplastic resin having a block copolymerized siloxane skeleton is small compared with that caused by the addition of an aromatic thermoplastic resin having the same molecular weight. Therefore, this causes the handleability to be less restricted and a prepreg using the resin as a matrix resin to have excellent tackiness and stretchability. From another point of view, the amount of the thermoplastic resin added to the component [B] is less restricted and a large amount can be added to the resin composition without impairing the tackiness to achieve higher resin toughness.

Das bevorzugteste Block- oder Propfcopolymer als thermoplastisches Harz in den Komponenten [B] und [D] besitzt einen Polyimidkettenabschnitt.The most preferred block or graft copolymer as the thermoplastic resin in the components [B] and [D] has a polyimide chain portion.

Hinsichtlich Lösungsmittelbeständigkeit und Ermüdungsbeständigkeit wird bevorzugt, daß das thermoplastische Harz in den Komponenten [B] und [D] funktionelle Gruppen besitzt, die mit dem duroplastichen Harz in der Komponente [B] an den Enden reagieren können, da sie das Haftvermögen an der Grenzfläche verbessern. Ein derartiges thermoplastisches Harz kann z. B. aus Harzen mit funktionellen Gruppen wie Amino-, Epoxy-, Hydroxyl- oder Carboxylgruppen an den Enden ausgewählt sein, insbesondere mit Aminogruppen an den Enden.In view of solvent resistance and fatigue resistance, it is preferred that the thermoplastic resin in the components [B] and [D] has functional groups which can react with the thermosetting resin in the component [B] at the ends, since they improve the adhesion at the interface. Such a thermoplastic resin can be prepared from, for example, resins having functional groups such as amino, epoxy, Hydroxyl or carboxyl groups at the ends, especially with amino groups at the ends.

Vorzugsweise beträgt die Menge des thermoplastischen Harzes in den Komponenten [B] und [D] 5 bis 40 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht aller Bestandteile in den Komponenten [B] und [D]. Wenn die Menge unter diesem Bereich liegt, ist die Wirkung der Steigerung der Festigkeit gering, und wenn sie über diesem Bereich liegt, ist die Handhabbarkeit deutlich eingeschränkt. Ein bevorzugterer Bereich sind 8 bis 30 Gew.-%.Preferably, the amount of the thermoplastic resin in the components [B] and [D] is 5 to 40% by weight based on the weight of all the ingredients in the components [B] and [D]. If the amount is less than this range, the effect of increasing the strength is small, and if it is more than this range, the handleability is significantly reduced. A more preferable range is 8 to 30% by weight.

Das thermoplastische Harz in der Komponente [B] kann zuvor im ungehärteten duroplastischen Harz gelöst oder einfach dispergiert oder sogar teilweise gelöst oder dispergiert werden. Der Prozentsatz der Lösung oder Dispersion kann gesteuert werden, um die Viskosität des Harzes und daher auch die Klebrigkeit und die Streckbarkeit als Prepreg entsprechend einzustellen. Das dispergierte thermoplastische Harz wird zumeist während des Formens im duroplastischen Harz gelöst und trennt sich vor Beendigung des Härtens wieder als Phase ab, um zur Bildung der richtigen mikrophasengetrennten Struktur beizutragen.The thermoplastic resin in component [B] may be previously dissolved or simply dispersed in the uncured thermosetting resin or even partially dissolved or dispersed. The percentage of solution or dispersion can be controlled to adjust the viscosity of the resin and therefore also the tackiness and stretchability as a prepreg. The dispersed thermoplastic resin is mostly dissolved in the thermosetting resin during molding and phase-separates again before curing is complete to help form the correct microphase-separated structure.

Das Molekulargewicht des thermoplastischen Harzes in den Komponenten [B] und [D] liegt vorzugsweise bei einem zahlenmittleren Molekulargewichtsbereich von 2.000 bis 20.000, wenn das thermoplastische Harz vorher im ungehärteten duroplastischen Harz gelöst werden soll. Wenn das Molekulargewicht unter diesem Bereich liegt, ist die Wirkung der Steigerung der Festigkeit gering, und wenn es über dem Bereich liegt, wird die Viskosität des Harzes deutlich gesteigert, sodaß die Handhabbarkeit beträchtlich eingeschränkt ist. Ein bevorzugterer Bereich sind etwa 2.500 bis 10.000.The molecular weight of the thermoplastic resin in components [B] and [D] is preferably in a number-average molecular weight range of 2,000 to 20,000 when the thermoplastic resin is to be previously dissolved in the uncured thermosetting resin. If the molecular weight is less than this range, the effect of increasing the strength is small, and if it is more than the range, the viscosity of the resin is significantly increased, so that the handleability is considerably limited. A more preferable range is about 2,500 to 10,000.

Komponente [C] besteht aus langen Fasern aus thermoplastischem Harz und ist statistisch in der der Nähe der Oberflächenschicht des Prepregs verteilt. Die "langen Fasern" besitzen eine Länge von 3 cm oder mehr. Die "statistische Verteilung" besagt, daß die Fasern nicht so angeordnet ist, daß sich das gleiche Muster in konstanten Abständen wiederholt. Gemäß der Erfindung liegt Komponente [C] des Prepregs in Form eines Faservlieses vor. Die statistische Verteilung kann durch einfaches Ausstreuen oder Aufspritzen erzielt werden und erfordert kein spezielles Gerät wie etwa eine Webmaschine, wie sie bei der Herstellung herkömmlicher Gewebe zum Einsatz kommt. Statistische Verteilung kann auch durch Verwendung eines langfaserigen Faservlieses erzielt werden. Ein langfaseriges Faservlies weist im Vergleich zu einem Gewebe oder einer Matte hervorragende Produktivität auf, da es direkt aus einem Rohharz gewonnen werden kann, ohne Filamente daraus zu bilden. Außerdem weist nach diesem Herstellungsverfahren das Prepreg der Erfindung nicht das Problem der parallel angeordneten Fasern auf, daß Komponente [C] in Komponente [A] eindringt. Komponente [C] im Prepreg der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß es unregelmäßig angeordnet ist. Um gewünschte physikalische Eigenschaften zu erzielen, ist es wünschenswert, das Flächengewicht der Komponente [C] so einheitlich wie möglich zu halten. Komponente [C] ist nahe der Oberflächenschicht des Prepregs verteilt, doch sie deckt nicht die gesamte Oberfläche ab, sodaß sie leicht mit dem Matrixharz imprägniert werden kann, um die Klebrigkeit und Streckbarkeit des Matrixharzes dem Prepreg zu verleihen, sodaß dieses hervorragende Handhabbarkeit besitzt. Ferner dient Komponente [C] dazu, eine bestimmte Harzmenge an der Oberfläche des Prepregs beizubehalten, um die Klebrigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Prepregs zu verbessern und die zeitliche Änderung der Klebrigkeit gering zu halten.Component [C] consists of long fibers made of thermoplastic resin and is randomly distributed near the surface layer of the prepreg. The "long fibers" have a length of 3 cm or more. The "random distribution" means that the fibers are not arranged in such a way that the same pattern is formed at constant intervals. repeated. According to the invention, component [C] of the prepreg is in the form of a nonwoven fabric. The random distribution can be achieved by simple spreading or spraying and does not require a special device such as a weaving machine used in the manufacture of conventional fabrics. Random distribution can also be achieved by using a long-fiber nonwoven fabric. A long-fiber nonwoven fabric has excellent productivity compared with a fabric or a mat because it can be obtained directly from a raw resin without forming filaments therefrom. In addition, according to this manufacturing method, the prepreg of the invention does not have the problem of parallel fiber arrangement that component [C] penetrates into component [A]. Component [C] in the prepreg of the invention is characterized by being irregularly arranged. In order to obtain desired physical properties, it is desirable to keep the basis weight of component [C] as uniform as possible. Component [C] is distributed near the surface layer of the prepreg but does not cover the entire surface so that it can be easily impregnated with the matrix resin to impart the tackiness and stretchability of the matrix resin to the prepreg so that it has excellent handleability. Furthermore, component [C] serves to maintain a certain amount of resin on the surface of the prepreg to improve the tackiness compared with conventional prepregs and to keep the change of the tackiness with time small.

Komponente [C] besteht aus einem thermoplastischen Harz. Ein typisches thermoplastisches Harz für Komponente [C] besitzt Bindungen, ausgewählt aus Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen, Amidbindungen, Imidbindungen, Esterbindungen, Etherbindungen, Carbonatbindungen, Urethanbindungen, Thioetherbindungen, Sulfonbindungen, Imidazolbindungen und Carbonylbindungen in der Hauptkette. Polyamide, Polycarbonate, Polyacetale, Polyphenylenoxid, Polyphenylensulfid, Polyarylate, Polyester, Polyamidimide, Polyimide, Polyetherimide, Polysulfone, Polyethersulfone, Polyetheretherketone, Polyaramid und Polybenzimidazol besitzen hervorragende Schlagzähigkeit und sind als Materialien für Faservliese in der Erfindung geeignet. Davon weisen Polyamide, Poly imide, Polyamidimide, Polyetherimide, Polyethersulfone und Polysulfone hohe Festigkeit und zufriedenstellende Hitzebeständigkeit auf; sie sind für die Erfindung besonders gut geeignet. Die Festigkeit von Polyamiden ist hervorragend, wobei amorphe transparente Nylons auch Hitzebeständigkeit verleihen können. Komponente [C] kann auch durch Verwendung langer Fasern aus einer Vielzahl thermoplastischer Harze in Kombination oder durch Verwendung langer Fasern, die durch gemeinsames Spinnen einer Vielzahl thermoplastischer Harze erhalten werden, geformt werden. Diese Verfahren sind vorzuziehen, da die Eigenschaften des Verbundmaterials durch Verwendung einer optimalen Kombination thermoplastischer Harze verbessert werden können.Component [C] is made of a thermoplastic resin. A typical thermoplastic resin for component [C] has bonds selected from carbon-carbon bonds, amide bonds, imide bonds, ester bonds, ether bonds, carbonate bonds, urethane bonds, thioether bonds, sulfone bonds, imidazole bonds and carbonyl bonds in the main chain. Polyamides, polycarbonates, polyacetals, polyphenylene oxide, polyphenylene sulfide, polyarylates, polyesters, polyamideimides, polyimides, polyetherimides, polysulfones, polyethersulfones, polyetheretherketones, polyaramid and polybenzimidazole have excellent impact resistance and are suitable as materials for nonwoven fabrics in the invention. Of these, polyamides, poly imides, polyamideimides, polyetherimides, polyethersulfones and polysulfones have high strength and satisfactory heat resistance; they are particularly suitable for the invention. The strength of polyamides is excellent, while amorphous transparent nylons can also impart heat resistance. Component [C] can also be formed by using long fibers made of a plurality of thermoplastic resins in combination or by using long fibers obtained by spinning a plurality of thermoplastic resins together. These methods are preferable because the properties of the composite material can be improved by using an optimum combination of thermoplastic resins.

Komponente [C] muß in der Nähe der Oberflächenschicht des Prepregs verteilt sein. Wenn das Prepreg zu einem Verbundmaterial verarbeitet wurde, bildet sich ein Zwischenlagenbereich mit bestimmter Dicke, um Komponente [C] zwischen den Lagen zu lokalisieren; auf diese Weise kann ein Verbundmaterial mit hervorragender Schlagzähigkeit bereitgestellt werden. Die Verteilung in der Nähe der Oberflächenschicht bedeutet, daß mehr als 90% der Komponente [C] in einem Bereich von der Oberfläche des Prepregs bis 30% der Dicke des Prepregs vorhanden ist. Wenn mehr als 90% der Komponente [C] in einem Bereich von der Oberfläche des Prepregs bis 20% der Dicke des Prepregs vorhanden sind (was bevorzugt wird), kommt die Wirkung der Erfindung deutlicher zur Geltung.Component [C] must be distributed near the surface layer of the prepreg. When the prepreg is made into a composite material, an interlayer region of a certain thickness is formed to locate component [C] between the layers; thus, a composite material with excellent impact resistance can be provided. The distribution near the surface layer means that more than 90% of component [C] is present in a range from the surface of the prepreg to 30% of the thickness of the prepreg. When more than 90% of component [C] is present in a range from the surface of the prepreg to 20% of the thickness of the prepreg (which is preferred), the effect of the invention is more pronounced.

Wenn eine große Menge an Komponente [C] tief im Inneren vorhanden ist, fern von einer Oberflächenschicht, die nicht den obigen Bedingungen entspricht, reicht die Zwischenlagen-Energieabsorption nicht aus, sodaß die Wirkung der Verbesserung des Verbundmaterials hinsichtlich seiner Schlagzähigkeit und Zwischenlagenfestigkeit verringert wird; da die Anordnung der Verstärkungsfasern gestört ist und der Prozentsatz des Matrixharzes in der Nähe der Verstärkungsfasern reduziert ist, können die Festigkeit und Hitzebeständigkeit des Verbundmaterials beeinträchtigt sein.If a large amount of component [C] is present deep inside, away from a surface layer that does not satisfy the above conditions, the interlayer energy absorption is insufficient, so that the effect of improving the composite material in terms of its impact resistance and interlayer strength is reduced; since the arrangement of the reinforcing fibers is disturbed and the percentage of the matrix resin near the reinforcing fibers is reduced, the strength and heat resistance of the composite material may be impaired.

Wenn Komponente [C] lokal auf beiden Seiten des Prepregs verteilt ist, können Lagen des Prepregs ungehindert laminiert werden, ohne darauf achten zu müssen, welche Seite die Vorder- oder die Rückseite ist, wenn das Verbundmaterial hergestellt wird. Wenn jedoch zwei Lagen eines Prepregs, deren Komponente nur auf einer Seite verteilt ist, miteinander laminiert werden und Komponente [C] zwischen den zwei Schichten gehalten wird, kann die gleiche Wirkung erzielt werden. Das Prepreg mit der nur auf einer Seite verteilten Komponente [C] liegt auch im Schutzbereich der Erfindung.When component [C] is locally distributed on both sides of the prepreg, layers of the prepreg can be laminated freely without having to pay attention to which side is the front or back when the composite material is produced. However, when two layers of a prepreg whose component is distributed only on one side are laminated together and component [C] is held between the two layers, the same effect can be achieved. The prepreg with component [C] distributed only on one side is also within the scope of the invention.

Die Verteilung der Komponente [C] im Prepreg kann wie folgt bestimmt werden.The distribution of component [C] in the prepreg can be determined as follows.

Zunächst wird ein Prepreg in engem Kontakt zwischen zwei glatten Trägerplatten gehalten und schrittweise über einen langen Zeitraum erhitzt, um es zu härten. Es ist wesentlich, daß das Gelieren in diesem Fall bei einer möglichst tiefen Temperatur erfolgt. Wenn die Temperatur plötzlich vor Erreichung von Gelierung erhöht wird, fließt das Harz im Prepreg, und es kann keine korrekte Verteilung im Prepreg ermittelt werden. Nach Ende des Gelierens wird das Prepreg allmählich erhitzt, und man wendet zusätzliche Zeit auf, um es zu härten. Das gehärtete Prepreg wird geschnitten und der Querschnitt bei 200facher Vergrößerung oder mehr auf einer Größe von 200 · 200 mm fotografiert. Wenn es schwierig ist, zwischen den Komponenten [B] und [C] zu unterscheiden, sollte eine davon zu Beobachtungszwecken selektiv gefärbt werden. Es kann je nach Bedarf entweder ein optisches Mikroskop oder ein Elektronenmikroskop verwendet werden. Die Mikrofotografie dient dazu, zunächst die durchschnittliche Dicke des Prepregs zu ermitteln. Die durchschnittliche Dicke des Prepregs wird erhalten, indem Messungen an fünf optischen Punkten auf der Fotografie vorgenommen und die Werte gemittelt werden. Anschließend werden Linien parallel zur Vorderflächenrichtung des Prepregs in Tiefen von 30% Prepregdicke von den Oberflächen in Kontakt mit beiden Trägerplatten gezogen. Die Fläche der Komponente [C] zwischen der Oberfläche in Kontakt mit der Trägerplatte und der 30% Parallelen auf beiden Seiten werden ebenso bestimmt wie die Gesamtfläche der Komponente [C] in der Gesamtdicke des Prepregs. Das Verhältnis zwischen den bestimmten Werten wird als Rate der Komponente [C] in 30% Tiefe von den Oberflächen des Prepregs berechnet. Die Flächenbestimmung kann auch durch ein Gewichtsverfahren oder Bildverarbeitung mittels eines Bildanalysators erfolgen. Um Auswirkungen der Teildispersion in der Verteilung auszuschließen, sollte das Bewertungsverfahren über die gesamte Breite des erhaltenen Fotos an fünf oder mehr optionalen Punkten auf dem Foto durchgeführt werden, um die Werte zu mitteln.First, a prepreg is held in close contact between two smooth support plates and gradually heated over a long period of time to cure it. It is essential that gelation in this case be carried out at as low a temperature as possible. If the temperature is suddenly raised before gelation is achieved, the resin in the prepreg will flow and proper distribution in the prepreg cannot be determined. After gelation is complete, the prepreg is gradually heated and additional time is spent to cure it. The cured prepreg is cut and the cross section is photographed at 200X or more magnification on a size of 200 x 200 mm. If it is difficult to distinguish between components [B] and [C], one of them should be selectively colored for observation purposes. Either an optical microscope or an electron microscope can be used as required. Photomicrography is used to first determine the average thickness of the prepreg. The average thickness of the prepreg is obtained by taking measurements at five optical points on the photograph and averaging the values. Lines are then drawn parallel to the front surface direction of the prepreg at depths of 30% prepreg thickness from the surfaces in contact with both backing plates. The area of component [C] between the surface in contact with the backing plate and the 30% parallel on both sides are determined as well as the total area of component [C] in the total thickness of the prepreg. The ratio between the determined values is called the rate of component [C] in 30% depth from the surfaces of the prepreg. The area determination can also be done by a weight method or image processing using an image analyzer. To exclude effects of partial dispersion in the distribution, the evaluation procedure should be carried out over the entire width of the obtained photo at five or more optional points on the photo to average the values.

Um ein Verbundmaterial mit höherer Schlagzähigkeit zu erhalten, ist es vorzuziehen, daß der Elastizitätsmodul und die Streckgrenze des Materials der Komponente [C] unter jenen des gehärteten Harzes von Komponente [B] liegen. Wenn jedoch der Elastizitätsmodul des Materials von Komponente [C] so niedrig wie ein Elastomer ist, läuft die Komponente [C] Gefahr, während des Formens infolge von variierenden Bedingungen wie etwa Druck, Temperatur und Heizrate verformt zu werden, sodaß die Dicke des Zwischen lagenbereichs des Laminats schwankt und somit das Verbundmaterial hinsichtlich seiner physikalischen Eigenschaften instabil wird. Um reproduzierbar hohe Festigkeit zu erreichen, die gegenüber Schwankungen der Formbedingungen unempfindlich ist, ist es vorzuziehen, daß der Elastizitätsmodul des Materials als Hauptbestandteil der Komponente [C] im Bereich von 80 bis 400 kg/mm² liegt. Ferner ist es aus dem gleichen Grund wie oben vorzuziehen, daß der Zugelastizitätsmodul der Komponente [C] in Form von Fasern in einem Bereich von 40 bis 5.000 kg/mm² liegt. Eine geeignete Menge der Komponente [C] ist 2 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten [B] und [C] im Prepreg oder Verbundmaterial. Wenn die Menge weniger als 2 Gew.-% beträgt, ist die beabsichtigte Wirkung unzulänglich, und wenn sie 30 Gew.-% übersteigt, weist das Prepreg deutlich beeinträchtigte Eigenschaften (Klebrigkeit, Streckbarkeit) auf. Wenn Komponente [C] zur Steigerung der Zwischenlagenfestigkeit des Verbundmaterials infolge seiner hohen Bruchdehnung und Festigkeit verwendet wird, während die Starrheit der Komponente [B] dazu dient, für Druckfestigkeit des Verbundmaterials zu sorgen, ist es zu empfehlen, daß die Menge der Komponente [C] in einer eher geringeren Menge in einem Bereich von 2 bis 20 Gew.-%, noch bevorzugter 4 bis 13 Gew.-%, vorhanden ist.In order to obtain a composite material with higher impact strength, it is preferable that the elastic modulus and yield strength of the material of component [C] are lower than those of the cured resin of component [B]. However, if the elastic modulus of the material of component [C] is as low as an elastomer, component [C] is liable to be deformed during molding due to varying conditions such as pressure, temperature and heating rate, so that the thickness of the interlayer region of the laminate varies and thus the composite material becomes unstable in terms of its physical properties. In order to achieve reproducibly high strength which is insensitive to variations in molding conditions, it is preferable that the elastic modulus of the material as the main constituent of component [C] is in the range of 80 to 400 kg/mm2. Furthermore, for the same reason as above, it is preferable that the tensile elastic modulus of the component [C] in the form of fibers is in a range of 40 to 5,000 kg/mm2. A suitable amount of the component [C] is 2 to 30 wt% based on the total weight of the components [B] and [C] in the prepreg or composite material. If the amount is less than 2 wt%, the intended effect is insufficient, and if it exceeds 30 wt%, the prepreg has significantly impaired properties (stickiness, stretchability). When component [C] is used to increase the interlayer strength of the composite material due to its high elongation at break and strength, while the rigidity of component [B] serves to provide compressive strength of the composite material, it is recommended that the amount of component [C] be present in a rather minor amount in a range of 2 to 20 wt%, more preferably 4 to 13 wt%.

Das oben beschriebene Prepreg kann nach folgenden Verfahren hergestellt werden.The prepreg described above can be produced by the following processes.

Verfahren 1Procedure 1

Komponente [C] wird statistisch auf der Oberfläche von [A] verteilt (mit Komponente [B] imprägniert), um ein Prepreg zu bilden. In diesem Zustand liegt die Komponente [C] an den Oberflächen des Prepregs frei, sodaß die Klebrigkeit unzureichend ist. Demzufolge ist es wünschenswert, die Oberflächen nach Beendigung des Ausstreuens mit einer Heißwalze usw. zu erhitzen und zu pressen, um Komponente [C] mit Komponente [B] zu imprägnieren.Component [C] is randomly spread on the surface of [A] (impregnated with component [B]) to form a prepreg. In this state, component [C] is exposed on the surfaces of the prepreg, so that the tackiness is insufficient. Accordingly, it is desirable to heat and press the surfaces with a hot roller, etc. after completion of spreading to impregnate component [C] with component [B].

In einer Abwandlung des Verfahrens kann Komponente [C] in einem planaren Zustand statistisch auf den Oberflächen der mit Komponente [B] imprägnierten Komponente [A] verteilt und auf der Komponente [B] aufgetragenes Trennpapier auf die Oberflächen aufgeklebt und zwecks Imprägnieren erhitzt und gepreßt werden. In diesem Fall ist es vorzuziehen, daß sich die in Komponente [A] einimprägnierte Komponente [B] hinsichtlich ihrer Zusammensetzung von der auf das Trennpapier aufgebrachten Komponente [B] unterscheidet. Besonders wenn die auf das Trennpapier aufgebrachte Komponente [B] klebriger als die in Komponente [A] einimprägnierte Komponente [B] ist, besitzt das erhaltene Prepreg vorzugsweise eine höhere Klebrigkeit.In a modification of the method, component [C] may be randomly distributed in a planar state on the surfaces of component [A] impregnated with component [B], and release paper applied to component [B] may be adhered to the surfaces and heated and pressed for impregnation. In this case, it is preferable that component [B] impregnated in component [A] differs in composition from component [B] applied to the release paper. Particularly, when component [B] applied to the release paper is stickier than component [B] impregnated in component [A], the resulting prepreg preferably has a higher stickiness.

Verfahren 2Procedure 2

Komponente [C] wird in einem planaren Zustand statistisch auf der Oberfläche der Komponente [B] verteilt (als Film auf einer Basis wie etwa einem Trennpapier ausgebildet) und das Laminat mit der Komponente [A] verklebt sowie erhitzt und gepreßt, um ein Prepreg zu bilden.Component [C] is randomly distributed in a planar state on the surface of component [B] (formed as a film on a base such as a release paper) and the laminate is bonded to component [A] and heated and pressed to form a prepreg.

In einer Abwandlung dieses Verfahrens kann ein ähnlicher Vorgang auch unter Verwendung von Komponente [A] durchgeführt werden, die teilweise mit Komponente [B] imprägniert ist.In a variation of this method, a similar operation can also be carried out using component [A] partially impregnated with component [B].

Verfahren 3Procedure 3

Komponente [C] wird in einem planaren Zustand statistisch auf Komponente [A] verteilt und das Laminat mit der Komponente [B] imprägniert, um ein Prepreg zu bilden. Dieses Verfahren eignet sich besonders dann, wenn Komponente [A] ihre Form als Gewebe beibehalten kann.Component [C] is randomly distributed in a planar state on component [A] and the laminate is impregnated with component [B] to form a prepreg. This process is particularly suitable when component [A] can retain its shape as a fabric.

In den obigen drei Verfahren wird zum statistischen Verteilen der Komponente [C] in planarem Zustand zunächst ein thermoplastisches Harz gesponnen, um Monofilamente oder Multifilamente zu erhalten, die dann unter Verwendung von Druckluft auf einen Gegenstand aufgespritzt werden, beispielsweise direkt oder durch eine Schwenkführung oder nach einmaligem Auftreffen auf einem Prallblech. In diesem Fall kann im Prinzip jedes spinnbare Harz zur Bildung von Komponente [C] verwendet werden. Außerdem unterliegt die Gewichtsverringerung pro Flächeneinheit keinen Einschränkungen.In the above three methods, in order to randomly distribute the component [C] in a planar state, a thermoplastic resin is first spun to obtain monofilaments or multifilaments, which are then sprayed onto an object using compressed air, for example, directly or through a swivel guide or after striking a baffle plate once. In this case, in principle, any spinnable resin can be used to form component [C]. In addition, there are no restrictions on the weight reduction per unit area.

Ferner ist es möglich, die aus einer Düsenplatte abgegebenen Filamente statistisch in planarem Zustand zu verteilen. In diesem Fall können die aus einer herkömmlichen Düsenplatte mittels Druckluftstrom abgegebenen Filamente verstreckt und auf den Gegenstand aufgespritzt werden; oder die nicht verstreckten Filamente werden unter Verwendung einer Schmelzblasdüsenplatte aufgespritzt. Diese Verfahren eignen sich für leicht spinnbare Harze. In den obigen Verfahren können die langen Fasern auch einmal auf einen Sammler, wie z. B. Siebgewebe, aufgespritzt und dann auf die Oberfläche des Gegenstands aufgebracht werden, anstatt direkt auf den Gegenstand aufgespritzt zu werden. Ferner kann ein langfaseriges Faservlies der Komponente [C] vorher durch das Spinnklebe- oder das Schmelzblasverfahren hergestellt und zur Herstellung eines Prepregs nach einem der folgenden Verfahren verwendet werden.Further, it is possible to randomly distribute the filaments discharged from a nozzle plate in a planar state. In this case, the filaments discharged from a conventional nozzle plate by means of a compressed air stream may be stretched and sprayed onto the article; or the undrawn filaments are sprayed using a melt-blowing nozzle plate. These methods are suitable for easily spinnable resins. In the above methods, the long fibers may also be sprayed once onto a collector such as a screen cloth and then applied to the surface of the article instead of being sprayed directly onto the article. Further, a long fiber nonwoven fabric of component [C] may be prepared in advance by the spunbonding or melt-blowing method and used to prepare a prepreg by any of the following methods.

Verfahren 4Procedure 4

Faservliese der Komponente [C] werden mit der mit Komponente [B] imprägnierten Komponente [A] verklebt, um ein Prepreg zu bilden. Da in diesem Fall die Komponente [C] auf den Oberflächen des Prepregs in diesem Zustand freiliegt und unzulängliche Klebrigkeit aufweist, ist es wünschenswert, die Oberflächen mittels einer Heißwalze usw. nach Beendigung des Verklebens zu erhitzen und zu pressen, um die Imprägnierung von Komponente [C] mit Komponente [B] durchzuführen.Nonwoven fabrics of component [C] are bonded to component [A] impregnated with component [B] to form a prepreg. In this case, since component [C] is exposed on the surfaces of the prepreg in this state and has insufficient tack, it is desirable to heat and press the surfaces by means of a hot roller, etc. after completion of bonding to carry out the impregnation of component [C] with component [B].

In einer Abwandlung dieses Verfahrens können die Faservliese der Komponente [C] im vorhinein mit Komponente [B] imprägniert werden. Ferner ist es in diesem Fall vorzuziehen, daß die in Komponente [A] imprägnierte Komponente [B] eine andere Zusammensetzung aufweist als die im Faservlies von Komponente [C] einimprägnierte Komponente [B]. Besonders wenn die in den Faservliesen von Komponente [C] einimprägnierte Komponente [B] klebriger ist als die in Komponente [A] einimprägnierte Komponente [B], weist das erhaltene Prepreg vorzugsweise höhere Klebrigkeit auf.In a modification of this method, the nonwoven fabrics of component [C] can be impregnated with component [B] in advance. Furthermore, in this case, it is preferable that component [B] impregnated in component [A] has a different composition than component [B] impregnated in the nonwoven fabric of component [C]. Particularly when component [B] impregnated in the nonwoven fabric of component [C] is stickier than component [B] impregnated in component [A], the resulting prepreg preferably has higher stickiness.

Verfahren 5Procedure 5

Die als Film auf einer Basis wie z. B. einem Trennpapier ausgebildete Komponente [B], ein Faservlies der Komponente [C] und Komponente [A] werden in beliebiger Reihenfolge oder gleichzeitig (ungeachtet der relativen Position beim Überlappen) überlappt sowie erhitzt und miteinander verklebt, um ein Prepreg zu bilden. In diesem Fall ist die relative überlappende Position, die das Faservlies der Komponente [C] zwischen Komponente [A] und der als Film ausgebildeten Komponente [B] hält, vorzuziehen, da das Faservlies der Komponente [C] leicht mit Komponente [B] imprägniert wird.The component [B] formed as a film on a base such as a release paper, a nonwoven fabric of the component [C] and the component [A] are overlapped in any order or simultaneously (regardless of the relative position when overlapping), and heated and bonded to each other to form a prepreg. In this case, the relative overlapping position keeping the nonwoven fabric of the component [C] between the component [A] and the component [B] formed as a film is preferable because the nonwoven fabric of the component [C] is easily impregnated with the component [B].

In einer besonders bevorzugten Abwandlung des Verfahrens werden die Faservliese der Komponente [C] auf beiden Seiten der Komponente [A] überlappt und die gebildeten Filme der Komponente [B] zum Überlappen auf beiden Faservliesen bereitgestellt, um ein Prepreg zu bilden. In einer weiteren besonders bevorzugten Abwandlung des Verfahrens wird ein Faservlies der Komponente [C] auf die Oberfläche der als Film ausgebildeten Komponente [B] aufgeklebt, und zwei Lagen des Laminats werden dann auf beiden Seiten der Komponente [A] überlappt, wobei die Faservliese der Komponente [C] auf der Seite von Komponente [A] gehalten werden, sowie mittels einer Heißwalze erhitzt und gepreßt, um ein Prepreg zu bilden.In a particularly preferred modification of the process, the nonwoven fabrics of component [C] are overlapped on both sides of component [A] and the formed Films of component [B] are provided for overlapping on both nonwoven fabrics to form a prepreg. In another particularly preferred variation of the method, a nonwoven fabric of component [C] is adhered to the surface of the film-formed component [B], and two layers of the laminate are then overlapped on both sides of component [A] with the nonwoven fabrics of component [C] held on the side of component [A], and heated and pressed by means of a hot roll to form a prepreg.

BeispieleExamples

Es folgt eine ausführliche Erklärung der Erfindung unter Bezugnahme auf Beispiele.The following is a detailed explanation of the invention with reference to examples.

Beispiel 1 der ErfindungExample 1 of the invention

Die folgenden Rohmaterialien wurden geknetet, um eine Matrixharz-Zusammensetzung zu bilden.The following raw materials were kneaded to form a matrix resin composition.

(1) Tetraglydicyldiaminodiphenylmethan (ELM434, ein Produkt von Sumitomo Chemical Co., Ltd.), 60 Gewichtsteile(1) Tetraglydicyldiaminodiphenylmethane (ELM434, a product of Sumitomo Chemical Co., Ltd.), 60 parts by weight

(2) Bisphenol A-Epoxyharz (Epikote 828, ein Produkt von Yuka Shell Epoxy K. K.), 20 Gewichtsteile(2) Bisphenol A epoxy resin (Epikote 828, a product of Yuka Shell Epoxy K. K.), 20 parts by weight

(3) Trifunktionelles Aminophenol-Epoxyharz (ELM100, ein Produkt von Sumitomo Chemical Co., Ltd.), 20 Gewichtsteile(3) Trifunctional aminophenol epoxy resin (ELM100, a product of Sumitomo Chemical Co., Ltd.), 20 parts by weight

(4) 4,4'-Diaminodiphenylsulfon (Sumicure S, ein Produkt von Sumitomo Chemical Co., Ltd.), 47,3 Gewichtsteile(4) 4,4'-Diaminodiphenylsulfone (Sumicure S, a product of Sumitomo Chemical Co., Ltd.), 47.3 parts by weight

(5) Polyethersulfon (PES5003P, ein Produkt von Mitsui Toatsu Chemicals, Inc.), 16 Gewichtsteile(5) Polyethersulfone (PES5003P, a product of Mitsui Toatsu Chemicals, Inc.), 16 parts by weight

Ein Zwischenprodukt wurde durch Imprägnieren der Kohlefasern (T800H, ein Produkt von Toray Industries, Inc.) mit dem Matrixharz nach dem Trommelwickelverfahren erzeugt. Die Menge an Kohlefasern pro Flächeneinheit betrug 190 g/m², die Menge des Matrixharzes 90,6 g/m².An intermediate product was prepared by impregnating the carbon fibers (T800H, a product of Toray Industries, Inc.) with the matrix resin by the drum winding method The amount of carbon fibers per unit area was 190 g/m², the amount of matrix resin was 90.6 g/m².

Das Zwischenprodukt wurde auf seiner Seite mit Nylon 66-Fasern (fünf 15 Denier-Filamente) mittels eines Gebläses mit einem an der Spitze befestigten Prallblech und Druckluft bespritzt, um ein Prepreg herzustellen. Das Flächengewicht der Fasern betrug 13,0 g/m².The intermediate product was sprayed on its side with nylon 66 fibers (five 15 denier filaments) using a blower with a baffle attached to the tip and compressed air to produce a prepreg. The basis weight of the fibers was 13.0 g/m2.

24 Schichten des Prepregs wurden in quasi-isotroper Konfiguration (+45º/0º/-45º/90º) laminiert und bei 180ºC und einem Druck von 6 kg/cm² 2 Stunden lang in einem Autoklaven behandelt. Die erhaltene gehärtete Platte wurde in 150 · 100 mm große Probestücke geschnitten. Ein Fallaufschlagstest mit 1.500 Zoll.Pfund/Zoll wurde in der Mitte jedes Probestücks durchgeführt und die Druckfestigkeit gemäß ASTM D 695 nach dem Aufschlag gemessen; sie betrug 34,0 kg/mm².24 layers of the prepreg were laminated in a quasi-isotropic configuration (+45º/0º/-45º/90º) and treated in an autoclave at 180ºC and a pressure of 6 kg/cm² for 2 hours. The resulting cured sheet was cut into 150 x 100 mm specimens. A drop impact test of 1,500 in.lbs/in was carried out on the center of each specimen and the post-impact compressive strength was measured according to ASTM D 695 and was found to be 34.0 kg/mm².

Beispiel 2 der ErfindungExample 2 of the invention

Ein Zwischenprodukt wurde durch Imprägnieren von Kohlefasern (T800H, ein Produkt von Toray Industries, Inc.) mit dem gleichen Matrixharz wie in Beispiel 1 der Erfindung unter Anwendung des Trommelwickelverfahrens erzeugt. Das Flächengewicht der Kohlefasern betrug 190 g/m², das Flächengewicht des Matrixharzes 90,6 g/m².An intermediate product was prepared by impregnating carbon fibers (T800H, a product of Toray Industries, Inc.) with the same matrix resin as in Example 1 of the invention using the drum winding method. The basis weight of the carbon fibers was 190 g/m², and the basis weight of the matrix resin was 90.6 g/m².

Das Zwischenprodukt wurde auf einer Seite mit Polyetherimid- (Ultem 1010, ein Produkt von GE Plastics) Fasern (13-Denier-Filamenten) unter Verwendung eines Gebläses mit einem an der Spitze befestigten Prallblech und Druckluft bespritzt, um ein Prepreg zu erhalten. Das Flächengewicht der Fasern betrug 13,0 g/m².The intermediate product was sprayed on one side with polyetherimide (Ultem 1010, a product of GE Plastics) fibers (13 denier filaments) using a blower with a baffle attached to the tip and compressed air to obtain a prepreg. The basis weight of the fibers was 13.0 g/m2.

Aus dem Prepreg wurde wie in Beispiel 1 der Erfindung eine gehärtete Platte erzeugt; die im Falltest gemessene Druckfestigkeit betrug 35,8 kg/mm².A cured plate was produced from the prepreg as in Example 1 of the invention; the compressive strength measured in the drop test was 35.8 kg/mm².

Beispiel 3 der ErfindungExample 3 of the invention

Ein Zwischenprodukt wurde durch Imprägnieren von Kohlefasern (T800H, ein Produkt von Toray Industries, Inc.) mit dem gleichen Matrixharz wie in Beispiel 1 der Erfindung unter Anwendung des Trommelwickelverfahrens erzeugt. Das Flächengewicht der Kohlefasern betrug 190 g/m², das Flächengewicht des Matrixharzes 90,6 g/m².An intermediate product was prepared by impregnating carbon fibers (T800H, a product of Toray Industries, Inc.) with the same matrix resin as in Example 1 of the invention using the drum winding method. The basis weight of the carbon fibers was 190 g/m², and the basis weight of the matrix resin was 90.6 g/m².

Das Zwischenprodukt wurde auf einer Seite mit aus einer Düsenplatte mit einer Öffnung abgegebenen Nylon 12-Fasern unter Verwendung eines Gebläses mit einem Prallblech an der Spitze und Druckluft bespritzt, während die Fasern verstreckt wurden, um ein Prepreg zu erhalten. Das Flächengewicht der Fasern betrug 13,0 g/m².The intermediate product was sprayed on one side with nylon 12 fibers discharged from a nozzle plate with an orifice using a blower with a baffle at the tip and compressed air while the fibers were stretched to obtain a prepreg. The basis weight of the fibers was 13.0 g/m2.

Aus dem Prepreg wurde eine gehärtete Platte hergestellt; die im Falltest gemessene Druckfestigkeit betrug 36,1 kg/mm².A hardened plate was made from the prepreg; the compressive strength measured in the drop test was 36.1 kg/mm².

Vergleichsbeispiel 1Comparison example 1

Kohlefasern (T800H, ein Produkt von Toray Industries, Inc.) wurden mit dem gleichen Matrixharz wie in Beispiel 1 der Erfindung imprägniert, um mittels des Trommelwickelverfahrens ein Prepreg zu erzeugen, das keine thermoplastischen Harzfasern enthielt. Das Flächengewicht der Kohlefasern betrug 190 g/m², das Flächengewicht des Matrixharzes 103,6 g/m².Carbon fibers (T800H, a product of Toray Industries, Inc.) were impregnated with the same matrix resin as in Example 1 of the invention to produce a prepreg containing no thermoplastic resin fibers by the drum winding method. The basis weight of the carbon fibers was 190 g/m², and the basis weight of the matrix resin was 103.6 g/m².

Aus dem Prepreg wurde wie in Beispiel 1 der Erfindung eine gehärtete Platte erzeugt; Die im Falltest gemessene Druckfestigkeit betrug 19,7 kg/mm².A cured plate was produced from the prepreg as in Example 1 of the invention; The compressive strength measured in the drop test was 19.7 kg/mm².

Beispiel 4 der ErfindungExample 4 of the invention

Trennpapier wurde mit der gleichen Matrixharz-Zusammensetzung beschichtet wie in Beispiel 1 der Erfindung (45,3 g/m², unter Verwendung eines Umkehrwalzbeschichters). Der Harzfilm wurde auf seiner Oberfläche mit Nylon 66-Fasern (15-Denier, 5 Filamente) unter Verwendung eines Gebläses mit einem an der Spitze befestigten Prallblech und Druckluft bespritzt. Das Flächengewicht der Nylonfasern betrug 6,5 g/m².Release paper was coated with the same matrix resin composition as in Example 1 of the invention (45.3 g/m², using a reverse roll coater). The resin film was sprayed on its surface with nylon 66 fibers (15 denier, 5 filaments) using a blower with a baffle attached to the tip and compressed air. The basis weight of the nylon fibers was 6.5 g/m².

Der mit Nylon 66-Filamenten bespritzte Harzfilm wurde auf einem Trommelwickler fixiert, und Kohlefasern (T800H, ein Produkt von Toray Industries, Inc.) wurden herumgewickelt. Außerdem wurde ein weiterer mit Nylon 66 bespritzter Harzfilm auf den mit Kohlefasern umwickelten Harzfilm aufgeklebt. Beide Filme wurden zwecks Imprägnierung gepreßt, um ein Prepreg zu erhalten. Das Flächengewicht der Kohlefasern betrug 190 g/m². Aus dem Prepreg wurde wie in Beispiel 1 der Erfindung eine gehärtete Platte erzeugt; die im Falltest gemessene Druckfestigkeit betrug 34,4 kg/mm².The resin film sprayed with nylon 66 filaments was fixed on a drum winder, and carbon fibers (T800H, a product of Toray Industries, Inc.) were wound around it. In addition, another resin film sprayed with nylon 66 was bonded to the resin film sprayed with carbon fibers. Both films were pressed for impregnation to obtain a prepreg. The basis weight of the carbon fibers was 190 g/m². A cured plate was produced from the prepreg as in Example 1 of the invention, and the compressive strength measured by the drop test was 34.4 kg/mm².

Beispiel 5 der ErfindungExample 5 of the invention

Trennpapier wurde unter Verwendung eines Umkehrwalzbeschichters mit der gleichen Matrixharz-Zusammensetzung überzogen wie in Beispiel 1 der Erfindung (45,3 g/m²).Release paper was coated using a reverse roll coater with the same matrix resin composition as in Example 1 of the invention (45.3 g/m2).

Der Harzfilm wurde auf einer Oberfläche mit Polyamidfasern (Glylamide TR-55, ein Produkt von Emser Werke) bespritzt, die aus einer Düsenplatte mit einer Öffnung abgegeben wurden; dabei wurde ein Gebläse mit einem Prallblech an der Spitze und Druckluft verwendet, während die Fasern verstreckt wurden. Das Flächengewicht der Polyamidfaser betrug 6,5 g/m².The resin film was sprayed onto one surface with polyamide fibers (Glyclamide TR-55, a product of Emser Werke) dispensed from a nozzle plate with an orifice using a blower with a baffle at the tip and compressed air while the fibers were stretched. The basis weight of the polyamide fiber was 6.5 g/m².

Der mit Glylamide TR-55-Fasern bespritzte Harzfilm wurde auf einem Trommelwickler fixiert, und Kohlefasern (T800H, ein Produkt von Toray Industries, Inc.) wurden herumgewickelt. Außerdem wurde ein weiterer mit Glylamide TR-55-Fasern bespritzter Harzfilm auf den mit Kohlefasern umwickelten Harzfilm aufgeklebt, und beide Filme wurden zwecks Imprägnierung gepreßt, um ein Prepreg zu erhalten. Das Flächengewicht der Kohlefasern betrug 190 g/m².The resin film sprayed with glylamide TR-55 fibers was fixed on a drum winder, and carbon fibers (T800H, a product of Toray Industries, Inc.) were wound around it. In addition, another resin film sprayed with glylamide TR-55 fibers was adhered to the resin film wrapped with carbon fibers, and both films were pressed for impregnation to obtain a prepreg. The basis weight of the carbon fibers was 190 g/m².

Aus dem Prepreg wurde wie in Beispiel 1 der Erfindung eine gehärtete Platte erzeugt; die im Falltest gemessene Druckfestigkeit betrug 33,7 kg/mm².A cured plate was produced from the prepreg as in Example 1 of the invention; the compressive strength measured in the drop test was 33.7 kg/mm².

Beispiel 6 der ErfindungExample 6 of the invention

Ein Kohlefaser-Gewebe (einfaches Gewebe aus Kohlefasern T800H, ein Produkt von Toray Industries, Inc.; 196 g/m² als Fasergewicht pro Flächeneinheit) wurde auf einer Seite mit Nylon 66-Fasern (15-Denier, 5 Filamente) unter Verwendung eines Gebläses mit einem an der Spitze befestigten Prallblech und Druckluft bespritzt. Das Flächengewicht der Nylon 66-Fasern betrug 16,0 g/m². Die bespritzte Gewebe wurde mit dem gleichen Matrixharz wie in Beispiel 1 der Erfindung imprägniert, um ein Prepreg zu erhalten. Das Flächengewicht des Harzes betrug 130 g/m².A carbon fiber fabric (plain carbon fiber fabric T800H, a product of Toray Industries, Inc.; 196 g/m2 as fiber weight per unit area) was sprayed on one side with nylon 66 fibers (15 denier, 5 filaments) using a blower with a baffle attached to the tip and compressed air. The basis weight of the nylon 66 fibers was 16.0 g/m2. The sprayed fabric was impregnated with the same matrix resin as in Example 1 of the invention to obtain a prepreg. The basis weight of the resin was 130 g/m2.

Aus dem Prepreg wurde wie in Beispiel 1 der Erfindung eine gehärtete Platte erzeugt; die im Falltest gemessene Druckfestigkeit betrug 29,4 kg/mm².A cured plate was produced from the prepreg as in Example 1 of the invention; the compressive strength measured in the drop test was 29.4 kg/mm².

Beispiel 7 der ErfindungExample 7 of the invention

Siebgewebe wurde mit Polyamidfasern (Glylamide TR55, ein Produkt von Emser Werke), ausgestoßen aus einer Düsenplatte mit einer Öffnung, unter Verwendung eines Gebläses mit einem an der Spitze befestigten Prallblech und Druckluft bespritzt, während die Fasern verstreckt wurden. Die auf dem Siebgewebe gesammelte Faserlage wurde heißverklebt, um ein Glylamide TR-55-Faservlies zu bilden. Das Flächengewicht der Fasern betrug 6,5 g/m².Screen fabric was sprayed with polyamide fibers (Glycolamide TR55, a product of Emser Werke) ejected from a single-orifice nozzle plate using a blower with a baffle attached to the tip and compressed air while the fibers were stretched. The fiber layer collected on the screen fabric was heat-bonded to form a Glycolamide TR-55 nonwoven fabric. The basis weight of the fibers was 6.5 g/m².

Ein Zwischenprodukt wurde hergestellt, indem Kohlefasern (T800H, ein Produkt von Toray Industries, Inc.) mit dem gleichen Matrixharz wie in Beispiel 1 der Erfindung unter Anwendung des Trommelwickelverfahrens imprägniert wurden. Das Flächengewicht der Kohlefasern betrug 190 g/m², das Flächengewicht des Matrixharzes 90,6 g/m².An intermediate product was prepared by impregnating carbon fibers (T800H, a product of Toray Industries, Inc.) with the same matrix resin as in Example 1 of the invention using the drum winding method. The basis weight of the carbon fibers was 190 g/m², and the basis weight of the matrix resin was 90.6 g/m².

Auf beide Seiten des Zwischenprodukts wurde das Glylamide TR-55-Faservlies aufgeklebt, um ein Prepreg herzustellen.The Glylamide TR-55 nonwoven fabric was bonded to both sides of the intermediate product to produce a prepreg.

Aus dem Prepreg wurde wie in Beispiel 1 der Erfindung eine gehärtete Platte erzeugt; die im Falltest gemessene Druckfestigkeit betrug 34,0 kg/mm².A cured plate was produced from the prepreg as in Example 1 of the invention; the compressive strength measured in the drop test was 34.0 kg/mm².

Beispiel 8 der ErfindungExample 8 of the invention

Eine Nylon 6-Faser, ausgestoßen aus einer Düsenplatte mit einer Öffnung, wurde verstreckt, verteilt und mittels eines Gebläses mit einem an der Spitze befestigten Prallblech und Druckluft auf Siebgewebe gesammelt. Die auf dem Siebgewebe gesammelte Faserlage wurde mit einer Heißpresse heißverklebt, um ein Nylon 6-Faservlies von 6,5 g/m² Flächengewicht der Fasern herzustellen.A nylon 6 fiber ejected from a single-orifice die plate was stretched, distributed and collected on screen mesh by a blower with a baffle attached to the tip and compressed air. The fiber layer collected on the screen mesh was hot-bonded by a hot press to produce a nylon 6 fiber web of 6.5 g/m² basis weight of fibers.

Ein Zwischenprodukt wurde hergestellt, indem Kohlefasern (T800H, ein Produkt von Toray Industries, Inc.) mit dem gleichen Matrixharz wie in Beispiel 1 der Erfindung unter Anwendung des Trommelwickelverfahrens imprägniert wurden. Das Flächengewicht der Kohlefasern betrug 190 g/m², das Flächengewicht des Matrixharzes 90,6 g/m².An intermediate product was prepared by impregnating carbon fibers (T800H, a product of Toray Industries, Inc.) with the same matrix resin as in Example 1 of the invention using the drum winding method. The basis weight of the carbon fibers was 190 g/m², and the basis weight of the matrix resin was 90.6 g/m².

Zwei Lagen des Nylon 6-Faservlieses wurden auf beide Seiten des Zwischenprodukts aufgeklebt, um ein Prepreg herzustellen. Aus dem Prepreg wurde wie in Beispiel 1 der Erfindung eine gehärtete Platte erzeugt; die im Falltest gemessene Druckfestigkeit betrug 33,1 kg/mm².Two layers of the nylon 6 nonwoven fabric were bonded to both sides of the intermediate product to prepare a prepreg. A cured plate was prepared from the prepreg as in Example 1 of the invention; the compressive strength measured by the drop test was 33.1 kg/mm2.

Beispiel 9 der ErfindungExample 9 of the invention

Trennpapier wurde unter Verwendung eines Umkehrwalzbeschichters mit der gleichen Matrixharz-Zusammensetzung beschichtet wie in Beispiel 1 der Erfindung (mit 45,3 g/m²).Release paper was coated using a reverse roll coater with the same matrix resin composition as in Example 1 of the invention (at 45.3 g/m2).

Das gleiche Glylamide TR-55-Faservlies wie in Beispiel 7 der Erfindung wurde auf den Harzfilm aufgeklebt und das Laminat gepreßt, um mit einer Kalanderwalze fixiert zu werden. Dann wurden zwei Lagen des Laminats überlappt, wobei das Faservlies innen gehalten wurde, und auf beide Seiten kollimierte Kohlefasern aufgeklebt (T800H, ein Produkt von Toray Industries, Inc.); sie wurden erhitzt und unter Verwendung einer Heißwalze zur Imprägnierung gepreßt, um ein Prepreg zu erhalten. Das Flächengewicht der Kohlefasern betrug 270 g/m². Aus dem Prepreg wurde eine gehärtete Platte wie in Beispiel 1 der Erfindung erzeugt; die im Falltest gemessene Druckfestigkeit betrug 34,3 kg/mm².The same Glylamide TR-55 nonwoven fabric as in Example 7 of the invention was adhered to the resin film, and the laminate was pressed to be fixed with a calender roll. Then, two layers of the laminate were overlapped with the nonwoven fabric kept inside, and collimated carbon fibers (T800H, a product of Toray Industries, Inc.) were adhered to both sides; they were heated and pressed using a hot roll for impregnation to obtain a prepreg. The basis weight of the carbon fibers was 270 g/m². A cured plate was produced from the prepreg as in Example 1 of the invention; the compressive strength measured by the drop test was 34.3 kg/mm².

Beispiel 10 der ErfindungExample 10 of the invention

Trennpapier wurde unter Verwendung eines Umkehrwalzbeschichters mit der gleichen Matrixharz-Zusammensetzung beschichtet wie in Beispiel 1 der Erfindung (mit 45,3 g/m²).Release paper was coated using a reverse roll coater with the same matrix resin composition as in Example 1 of the invention (at 45.3 g/m2).

Das gleiche Nylon 6-Faservlies wie in Beispiel 8 der Erfindung wurde auf den Harzfilm aufgeklebt und das Laminat gepreßt, um durch eine Kalanderwalze fixiert zu werden. Dann wurden zwei Lagen des Laminats überlappt, während das Faservlies innen gehalten wurde, und auf beide Seiten kollimierte Kohlefasern aufgeklebt (T800H, ein Produkt von Toray Industries, Inc.); sie wurden erhitzt und unter Verwendung einer Heißwalze zwecks Imprägnieren gepreßt, um ein Prepreg zu erhalten. Aus dem Prepreg wurde eine gehärtete Platte wie in Beispiel 1 der Erfindung erzeugt; die im Falltest gemessene Druckfestigkeit betrug 33,6 kg/mm².The same nylon 6 nonwoven fabric as in Example 8 of the invention was bonded to the resin film, and the laminate was pressed to be fixed by a calender roll. Then, two layers of the laminate were overlapped while keeping the nonwoven fabric inside, and collimated carbon fibers (T800H, a product of Toray Industries, Inc.) were bonded to both sides; they were heated and pressed using a hot roll for impregnation to obtain a prepreg. A cured plate was produced from the prepreg as in Example 1 of the invention, and the compressive strength measured by the drop test was 33.6 kg/mm2.

Beispiel 11 der ErfindungExample 11 of the invention

Gesponnene Verbundfasern, ausgestoßen aus einer Verbund-Spinndüsenplatte mit Kern und Hülle und bestehend aus einem Teil Polyethylenterephthalat (aus dem Kern ausge stoßen) und einem Teil Nylon 6 (aus der Hülle ausgestoßen), wurden verteilt und unter Verwendung eines Gebläses mit einem an der Spitze befestigten Prallblech und Druckluft auf Siebgewebe gesammelt. Die auf dem Siebgewebe gesammelte Faserlage wurde unter Verwendung einer Heißpresse heißverklebt, um ein Faservlies mit einem Faserflächengewicht von 6,5 g/m² herzustellen. Trennpapier wurde unter Verwendung eines Umkehrwalzbeschichters mit der gleichen Matrixharz-Zusammensetzung beschichtet wie in Beispiel 1 der Erfindung (45,3 g/m²).Spun composite fibres ejected from a composite spinneret plate having a core and a sheath and consisting of a portion of polyethylene terephthalate (ejected from the core A portion of nylon 6 (ejected from the casing) was distributed and collected on screen mesh using a blower with a baffle attached to the tip and compressed air. The fiber layer collected on the screen mesh was heat bonded using a hot press to produce a nonwoven fabric having a fiber basis weight of 6.5 g/m². Release paper was coated using a reverse roll coater with the same matrix resin composition as in Example 1 of the invention (45.3 g/m²).

Das Faservlies wurde auf den Harzfilm aufgeklebt und gepreßt, um durch eine Kalanderwalze fixiert zu werden. Dann wurden zwei Lagen des Laminats überlappt, während das Faservlies innen gehalten wurde, und auf beide Seiten kollimierte Kohlefasern aufgeklebt (T800H, ein Produkt von Toray Industries, Inc.); sie wurden erhitzt und unter Verwendung einer Heißwalze zwecks Imprägnieren gepreßt, um ein Prepreg zu erhalten. Das Flächengewicht der Kohlefasern betrug 190 g/m².The nonwoven fabric was bonded to the resin film and pressed to be fixed by a calender roll. Then, two layers of the laminate were overlapped while holding the nonwoven fabric inside, and collimated carbon fibers (T800H, a product of Toray Industries, Inc.) were bonded to both sides; they were heated and pressed using a hot roll for impregnation to obtain a prepreg. The basis weight of the carbon fibers was 190 g/m².

Aus dem Prepreg wurde eine gehärtete Platte wie in Beispiel 1 der Erfindung erzeugt; die im Falltest gemessene Druckfestigkeit betrug 33,8 kg/mm².A cured plate was produced from the prepreg as in Example 1 of the invention; the compressive strength measured in the drop test was 33.8 kg/mm².

Beispiel 12 der ErfindungExample 12 of the invention (1) Synthetisieren eines reaktiven Polyimid-Oligomers(1) Synthesizing a reactive polyimide oligomer

In einem abnehmbaren 3000 ml-Kolben mit Stickstoffsteinlaß, Thermometer, Rührwerk und Wasserabscheider, dessen Innenatmosphäre war durch Stickstoff ersetzt war, wurden 392 g (0,91 Mol) Bis[4-(3-aminophenoxy)phenyl]sulfon (BAPS-M), 39 g (0,11 Mol) 9,9'-Bis(4-aminophenyl)fluoren (FDA) und 147 g (0,11 Mol) Dimethylsiloxan mit Amino-Endgruppen von 650 NH&sub2;-Äquivalenten (BY-16-853, ein Produkt von Toray Silicone) gerührt und in 2000 ml N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP) gelöst. Außerdem wurden schrittweise 300 g (1,02 Mol) festes Biphenyltetracarbonsäuredianhydrid zugegeben und das Gemisch bei Raumtemperatur 3 Stunden lang und danach bei 120ºC 2 Stunden lang ge rührt. Der Kolben wurde auf Raumtemperatur abgekühlt, und es wurden 50 ml Triethylamin und 50 ml Toluol zugegeben. Der Kolben wurde wieder zwecks azeotroper Entwässerung erhitzt und etwa 30 ml Wasser erhalten. Das Reaktionsgemisch wurde abgekühlt und mit der doppelten Menge an NMP verdünnt; das Gemisch wurde langsam in 20 l Aceton gegossen, um Siloxanpolyimid-Oligomer mit Amino-Endgruppen als festes Produkt zu fällen. Der Niederschlag wurde bei 200ºC in Vakuum getrocknet.In a 3000 ml detachable flask equipped with a nitrogen inlet, thermometer, stirrer and water separator, the internal atmosphere of which was replaced with nitrogen, 392 g (0.91 mol) of bis[4-(3-aminophenoxy)phenyl]sulfone (BAPS-M), 39 g (0.11 mol) of 9,9'-bis(4-aminophenyl)fluorene (FDA) and 147 g (0.11 mol) of amino-terminated dimethylsiloxane of 650 NH₂ equivalents (BY-16-853, a product of Toray Silicone) were stirred and dissolved in 2000 ml of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP). In addition, 300 g (1.02 mol) of solid biphenyltetracarboxylic dianhydride was gradually added and the mixture was stirred at room temperature for 3 hours and then at 120 °C for 2 hours. The flask was cooled to room temperature and 50 mL of triethylamine and 50 mL of toluene were added. The flask was heated again for azeotropic dehydration to obtain about 30 mL of water. The reaction mixture was cooled and diluted with twice the amount of NMP; the mixture was slowly poured into 20 L of acetone to precipitate amino-terminated siloxane polyimide oligomer as a solid product. The precipitate was dried at 200°C in vacuum.

Das zahlenmittlere Molekulargewicht (Mn) des Oligomers wurde durch Gelpermeationschromatographie (GPC) mit Dimethylformamid (DMF) als Lösungsmittel gemessen und betrug 5.500 (ausgedrückt als Polyethylenglykol, PEG). Die durch Differentialthermoanalyse (DSC) gemessene Glastemperatur betrug 223ºC. Das eingeführte Siloxanskelett und die Amino-Endgruppen konnten durch NMR-Spektrum und IR-Spektrum bestätigt werden.The number average molecular weight (Mn) of the oligomer was measured by gel permeation chromatography (GPC) using dimethylformamide (DMF) as solvent and was 5,500 (expressed as polyethylene glycol, PEG). The glass transition temperature measured by differential thermal analysis (DSC) was 223ºC. The introduced siloxane skeleton and the amino end groups could be confirmed by NMR spectrum and IR spectrum.

(2) Herstellung eines Harzes für Komponente B und Messen der physikalischen Eigenschaften des Harzes(2) Preparation of a resin for component B and measurement of the physical properties of the resin

20 Teile des unter (1) synthetisierten Siloxanpolyimid-Oligomers wurden zu 41 Teilen O,O'-Diallylbisphenol A zugegeben und das Gemisch 2 Stunden lang auf 140ºC erhitzt. Dann wurden 39 Teile Diphenylmethanbismaleimid homogen im Gemisch gelöst. Das Gefäß wurde an eine Vakuumpumpe angeschlossen und zur Entschäumung unter Vakuum gehalten. Das Gemisch wurde in eine auf 120ºC vorerhitzte Form gegossen und behandelt, um seine Trennung zu ermöglichen, sowie einer zweistündigen Härtungsreaktion in einem Ofen mit 180ºC unterzogen, um eine 3 mm dicke gehärtete Harzplatte zu erzeugen. Diese wurde 2 Stunden lang bei 200ºC und 6 Stunden lang bei 250ºC nachgehärtet. Die Tg des erhaltenen gehärteten Harzes betrug 295ºC. Die Bruchlast-Energiefreisetzungsrate GIC betrug 450 J/m², der Biege-Elastizitätsmodul 380 kg/mm². Die Harzplatte mit einer Größe von 60 · 10 · 2 mm wurde 20 Stunden lang gekocht und der Wasser-Absorptionskoeffizient ermittelt; er betrug 2,0%.20 parts of the siloxane polyimide oligomer synthesized in (1) was added to 41 parts of O,O'-diallylbisphenol A and the mixture was heated at 140°C for 2 hours. Then, 39 parts of diphenylmethanebismaleimide was homogeneously dissolved in the mixture. The vessel was connected to a vacuum pump and kept under vacuum for defoaming. The mixture was poured into a mold preheated to 120°C and treated to enable its separation and subjected to a curing reaction in an oven at 180°C for 2 hours to produce a 3 mm thick cured resin sheet. This was post-cured at 200°C for 2 hours and at 250°C for 6 hours. The Tg of the cured resin obtained was 295°C. The ultimate load energy release rate GIC was 450 J/m², the bending elastic modulus was 380 kg/mm². The resin plate with a size of 60 x 10 x 2 mm was boiled for 20 hours and the water absorption coefficient was determined; it was 2.0%.

Das gehärtete Harz wurde poliert und die polierte Oberfläche mit Osminiumtetroxid gefärbt; das Reflexions-Elektronenbild wurde im Rasterelektronenmikroskop betrachtet. Man stellte fest, daß eine in Mikrophasen getrennte Struktur vorlag, deren kontinuierliche Phase vor allem aus dem Oligomer bestand.The cured resin was polished and the polished surface was stained with osmium tetroxide and the reflection electron image was observed under a scanning electron microscope. It was found that a microphase-separated structure was present, with the continuous phase consisting mainly of the oligomer.

(3) Herstellung eines Prepregs und eines Verbundmaterials sowie Messung ihrer physikalischen Eigenschaften(3) Manufacturing a prepreg and a composite material and measuring their physical properties

Zunächst wurden 20 Teile des unter (1) synthetisierten Siloxanpolyimid-Oligomers in 41 Teilen O,O'-Diallylbisphenol A gelöst und 39 Teile Diphenylmethanbismaleimid mittels eines Kneters homogen mit der Lösung vermischt.First, 20 parts of the siloxane polyimide oligomer synthesized under (1) were dissolved in 41 parts of O,O'-diallylbisphenol A and 39 parts of diphenylmethanebismaleimide were homogeneously mixed with the solution using a kneader.

Trennpapier, das dünn mit einem Silikon-Trennmittel beschichtet war, wurde in konstanter Dicke mit der Harzzusammensetzung beschichtet, um einen Harzfilm mit 47 g/m² Flächengewicht zu erhalten.Release paper thinly coated with a silicone release agent was coated with the resin composition at a constant thickness to obtain a resin film with a basis weight of 47 g/m².

Zwei Lagen eines Nylon 6-Faservlieses, 5 g/m² pro Flächeneinheit, wurden mit einem Flächengewicht von 190 g/m² auf beiden Seiten unidirektional parallel ausgerichteter Kohlefasern überlappt ("Torayca" T800H, ein Produkt von Toray Industries, Inc.) und zwei Lagen des Harzfilms auf das Laminat gepreßt, um die Fasern mit dem Harz zu imprägnieren und ein Prepreg herzustellen. Das Prepreg besaß gute Klebrigkeit und gute Streckfähigkeit.Two layers of a nylon 6 nonwoven fabric, 5 g/m² per unit area, with a basis weight of 190 g/m² were overlapped on both sides of unidirectionally parallel aligned carbon fibers ("Torayca" T800H, a product of Toray Industries, Inc.), and two layers of the resin film were pressed onto the laminate to impregnate the fibers with the resin and prepare a prepreg. The prepreg had good tack and good stretchability.

Das Prepreg wurde zwischen zwei glatten Teflon lagen gehalten und allmählich im Verlauf von 2 Wochen auf 180ºC erhitzt, um gehärtet zu werden. Sein Querschnitt wurde im Mikroskop betrachtet und fotografiert. Die Menge an Faservlies im Bereich von der Prepreg-Oberfläche bis zu einer Prepreg-Tiefe von 30% wurde ermittelt und betrug 100%, sodaß man feststellte, daß das Faservlies ausreichend in den Oberflächenbereichen des Prepregs lokalisiert war.The prepreg was held between two smooth Teflon sheets and gradually heated to 180ºC over 2 weeks to be cured. Its cross section was observed under a microscope and photographed. The amount of nonwoven fabric in the area from the prepreg surface to 30% prepreg depth was determined and was 100%, so it was found that the nonwoven fabric was sufficiently localized in the surface areas of the prepreg.

Das gehärtete Prepreg wurde mit Osmiumtetroxid gefärbt und sein Reflexions-Elektronenbild im Rasterelektronenmikroskop betrachtet. Es stellte sich heraus, daß das Matrixharz eine in Mikrophasen getrennte Struktur mit einer oligomer-reichen kontinuierlichen Phase bildete.The cured prepreg was stained with osmium tetroxide and its reflection electron image was observed in a scanning electron microscope. It was found that the matrix resin formed a microphase-separated structure with an oligomer-rich continuous phase.

24 Schichten des Prepregs wurden in quasi-isotroper Konfiguration laminiert (+45º/0º/ -45º/90º)&sub3;&sub5;), und das herkömmliche Vakuum-Autoklavenbildungsverfahren diente dazu, eine gehärtete Platte durch Erhitzen von 25ºC auf 180ºC mit einer Heizrate von 1,5ºC/min bei einem Druck von 6 kg/cm² und zweistündiges Erhitzen bei 180ºC zwecks Formen zu erhalten. Die Fasern in der gehärteten Platte machten 55,4 Vol-% aus, das Harz 35,8 Gew.-%. Nach Beendigung des Formens wurde der Querschnitt im optischen Mikroskop betrachtet und bestätigt, daß das gesamte Faservlies im Zwischenlagenbereich der gehärteten Platte vorhanden war. Die gehärtete Platte wurde poliert und die polierte Oberfläche mit Osmiumtetroxid gefärbt; das Reflexions-Elektronenbild wurde im Rasterelektronenmikroskop betrachtet. Es wurde eine in Mikrophasen getrennte Struktur mit einer kontinuierlichen Phase betrachtet, die hauptsächlich aus dem Imidoligomer bestand.24 layers of the prepreg were laminated in a quasi-isotropic configuration (+45º/0º/ -45º/90º)₃₅), and the conventional vacuum autoclave forming method was used to obtain a cured sheet by heating from 25ºC to 180ºC at a heating rate of 1.5ºC/min under a pressure of 6 kg/cm² and heating at 180ºC for 2 hours for molding. The fibers in the cured sheet accounted for 55.4 vol% and the resin for 35.8 wt%. After the molding was completed, the cross section was observed by an optical microscope and it was confirmed that all the nonwoven fabric was present in the interlayer region of the cured sheet. The cured sheet was polished and the polished surface was colored with osmium tetroxide; the reflection electron image was observed in the scanning electron microscope. A microphase-separated structure with a continuous phase consisting mainly of the imide oligomer was observed.

Die gehärtete Platte wurde einem Falltest unterzogen, und die gemessene Druckfestigkeit betrug 33,1 kg/cm².The hardened plate was subjected to a drop test and the measured compressive strength was 33.1 kg/cm2.

Die Prepregs der Erfindung enthalten unregelmäßig angeordnete, lange, thermoplastische Harzfasern in der Nähe der Oberflächenschichten und sind daher klebrig und zeigen Streckfähigkeit; die durch Erhitzen und Formen der Prepregs erhaltenen Verbundmaterialien besitzen einen hohen Elastizitätsmodul, hohe Hitzebeständigkeit sowie sehr hohe Schlagzähigkeit und Zwischenlagenfestigkeit. Außerdem sind die Prepregs leicht herzustellen und ihre Materialien allgemein verfügbar, was für die industrielle Produktion von großem Vorteil ist.The prepregs of the invention contain irregularly arranged long thermoplastic resin fibers near the surface layers and are therefore sticky and exhibit stretchability; the composite materials obtained by heating and molding the prepregs have high elastic modulus, high heat resistance and very high impact resistance and interlayer strength. In addition, the prepregs are easy to manufacture and their materials are widely available, which is a great advantage for industrial production.

Claims (7)

1. Prepreg zur Verwendung bei der Herstellung von faserverstärkten Kunststoffen, wobei das Prepreg die folgenden Komponenten [A], [B] und [C] umfaßt, wobei sich die Komponente [C], mit der Komponente [B] imprägniert, auf einer Seite oder beiden Seiten der mit Komponente [B] imprägnierten Komponente [A] befindet:1. Prepreg for use in the manufacture of fiber-reinforced plastics, wherein the prepreg comprises the following components [A], [B] and [C], wherein the component [C], impregnated with the component [B], is located on one side or both sides of the component [A] impregnated with the component [B]: [A]: lange Verstärkungsfasern mit einer Länge von 5 cm oder mehr;[A]: long reinforcing fibres with a length of 5 cm or more; [B]: Matrixharz aus duroplastischer Harzzusammensetzung, vermischt mit thermoplastischem Harz; und[B]: Matrix resin of thermosetting resin composition mixed with thermoplastic resin; and [C]: Faservlies aus statistisch angeordneten thermoplastischen Harzfasern.[C]: Nonwoven fabric made of randomly arranged thermoplastic resin fibers. 2. Prepreg nach Anspruch 1, worin das Faservlies aus thermoplastischen Harzfasern [C] eines oder mehrere ausgewählt aus Polyamiden, Polycarbonaten, Polyimiden und Polyetheretherketonen ist.2. The prepreg according to claim 1, wherein the nonwoven fabric of thermoplastic resin fibers [C] is one or more selected from polyamides, polycarbonates, polyimides and polyetheretherketones. 3. Prepreg nach Anspruch 1 oder 2, worin die duroplastische Harzzusammensetzung [B] eines oder mehrere, ausgewählt aus Epoxyharzen, Maleimidharzen, Harzen mit Acetylen-Endgruppen, Harzen mit Nadinsäure-Endgruppen, Harzen mit Cyanat-Endgruppen, Harzen mit Vinyl-Endgruppen, Harzen mit Allyl-Endgruppen und Phenolharzen, umfaßt.3. The prepreg according to claim 1 or 2, wherein the thermosetting resin composition [B] comprises one or more selected from epoxy resins, maleimide resins, acetylene-terminated resins, nadic acid-terminated resins, cyanate-terminated resins, vinyl-terminated resins, allyl-terminated resins and phenolic resins. 4. Prepreg nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin die folgende Formel (1) gilt:4. Prepreg according to one of the preceding claims, wherein the following formula (1) applies: 2 ≤ C · 100/(C + B) ≤ 302 ? C x 100/(C + B) ? 30 worin B das Gewicht der Komponente [B] pro Flächeneinheit des Prepregs (g/m²) ist und C das Gewicht der Komponente [C] pro Flächeneinheit des Prepregs (g/m²) ist.where B is the weight of component [B] per unit area of prepreg (g/m²) and C is the weight of component [C] per unit area of prepreg (g/m²). 5. Verfahren zur Herstellung eines Prepregs nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Verfahren die Schritte des Anordnens der Komponente [C] an einer Seite oder beiden Seiten von Komponente [A] und des Imprägnierens des Zwischenproduktes mit Komponente [B] umfaßt.5. A method for producing a prepreg according to any one of claims 1 to 4, the method comprising the steps of arranging the component [C] on one side or both sides of component [A] and impregnating the intermediate product with component [B]. 6. Verfahren zur Herstellung eines Prepregs nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Verfahren die Schritte des Imprägnierens der Komponente [A] mit der Komponente [B] und des Aufklebens der Komponente [C] auf eine Seite oder beide Seiten der imprägnierten Komponente [A] umfaßt.6. A method for producing a prepreg according to any one of claims 1 to 4, the method comprising the steps of impregnating component [A] with component [B] and adhering component [C] to one side or both sides of the impregnated component [A]. 7. Verfahren zur Herstellung eines Prepregs nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Verfahren die Schritte des Imprägnierens von Komponente [A] mit Komponente [B] und des Aufklebens der mit Komponente [B] imprägnierten oder verklebten Komponente [C] auf eine oder beide Seiten der imprägnierten Komponente [A] umfaßt.7. A process for producing a prepreg according to any one of claims 1 to 4, wherein the process comprises the steps of impregnating component [A] with component [B] and adhering the component [C] impregnated or bonded with component [B] to one or both sides of the impregnated component [A].
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