JP2007119603A - Prepreg - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a prepreg giving fiber-reinforced composite materials excellent in various mechanical properties including compressive strength after impact, using a cationically polymerizable resin curable with active energy rays without the need of any costly heating step by autoclave or the like. <P>SOLUTION: The prepreg essentially comprises (A) a carbon fiber, (B) a cationically polymerizable compound, (C) a Lewis acid's onium salt and (D) organic particles. In this prepreg, the constituent(C) is contained at 0.01-20 pt(s).wt. based on 100 pts.wt. of the constituent(B), and the content of the constituent(D) in the prepreg is 1-20 wt.%, wherein the constituent(D) is distributed in higher concentration on the prepreg surface than the inside. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description


本発明は、プリプレグをカチオン硬化させてなる繊維強化複合材料に衝撃後圧縮強度などの優れた機械特性を付与することができるプリプレグに関するものであり、かかるプリプレグは特に航空機部材、衛星、ロケット、宇宙往還機などの宇宙機部材及び自動車部材などに好適に用いられる。

The present invention relates to a prepreg capable of imparting excellent mechanical properties such as post-impact compression strength to a fiber reinforced composite material obtained by cationically curing a prepreg, and the prepreg is particularly suitable for aircraft members, satellites, rockets, space It is suitably used for spacecraft members such as return vehicles and automobile members.

ガラス繊維、炭素繊維及びアラミド繊維などの強化繊維と、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂及びビスマレイミド樹脂などの樹脂硬化物からなる繊維強化複合材料は、軽量でありながら、強度や剛性や耐衝撃性などの機械物性に優れるため、航空機部材、宇宙機部材、人工衛星部材、自動車部材、鉄道車両部材、船舶部材及びスポーツ用具部材などの数多くの分野に応用されてきた。これらの分野のうち、航空機部材と宇宙機部材では、特に優れた機械物性や耐熱性が要求されるため、強化繊維としては炭素繊維が最もよく用いられ、マトリックス樹脂としては熱硬化性樹脂のうち、優れた耐熱性、弾性率及び耐薬品性を有し、かつ硬化収縮が小さいエポキシ樹脂とポリアミンとの組み合わせが最もよく用いられている。これらの繊維強化複合材料の製造方法として、オートクレーブなどによる加熱・加圧成形が主流であるが、これが成形の高コスト化、成形設備の大型化、設備による成形サイズの制限、複雑形状成形の難しさの問題、成形物中の残留熱応力による強度低下やクラックの発生などを招いてしまう(例えば、特許文献1参照)。   Fiber reinforced composite materials consisting of glass fiber, carbon fiber, aramid fiber and other reinforced fibers, and resin cured products such as unsaturated polyester resin, vinyl ester resin, epoxy resin, phenol resin, cyanate resin and bismaleimide resin are lightweight. However, because of its excellent mechanical properties such as strength, rigidity and impact resistance, it is applied to many fields such as aircraft members, spacecraft members, artificial satellite members, automobile members, railway vehicle members, ship members and sports equipment members. I came. Of these fields, aircraft members and spacecraft members require particularly excellent mechanical properties and heat resistance, so carbon fibers are most often used as reinforcing fibers, and among thermosetting resins as matrix resins. A combination of an epoxy resin and a polyamine having excellent heat resistance, elastic modulus, and chemical resistance and low curing shrinkage is most often used. The main method of manufacturing these fiber-reinforced composite materials is heating and pressure molding using autoclaves, etc., but this increases the cost of molding, increases the size of molding equipment, limits the molding size of equipment, and makes it difficult to mold complex shapes. This causes a problem of strength, a decrease in strength due to residual thermal stress in the molded product, and generation of cracks (see, for example, Patent Document 1).

前述の問題点を考慮して近年、加熱工程を必要としない繊維強化複合材料の成形方法の確立が重要視されている。その代表例が電子線、紫外線あるいは可視光など活性エネルギー線による硬化である。   Considering the above-described problems, in recent years, establishment of a method for forming a fiber-reinforced composite material that does not require a heating step has been regarded as important. A typical example is curing with an active energy ray such as an electron beam, ultraviolet rays or visible light.

炭素繊維に含浸させたマトリックス樹脂に活性エネルギー線を照射して内部まで硬化させるには、硬化の開始反応が活性エネルギー線に対し高い硬化性をもち、かつ停止反応の起こりにくいマトリックス樹脂が必要になる。特許文献2では、このようなマトリックス樹脂として重合性不飽和化合物、有機ホウ素化合物及び酸性化合物からなる重合開始剤を含有する組成物を炭素繊維に含浸し、光照射して炭素繊維強化複合材料を成形することが記載されている。しかし、ここで記載されているマトリックス樹脂は重合性不飽和化合物を用いたラジカル重合性の樹脂組成物であり、1)酸素による重合阻害を受け易い、2)硬化時の体積収縮が大きい、3)臭気、皮膚刺激性が強い、4)耐熱性及び機械物性があまり高くないなどの問題点を有しており、適用できる用途が限定される。   In order to cure the matrix resin impregnated with carbon fiber by irradiating active energy rays to the inside, a matrix resin is required which has a high curing start reaction with respect to the active energy rays and hardly causes a stop reaction. Become. In Patent Document 2, carbon fiber is impregnated with a composition containing a polymerization initiator composed of a polymerizable unsaturated compound, an organic boron compound and an acidic compound as such a matrix resin, and the carbon fiber reinforced composite material is irradiated with light. Molding is described. However, the matrix resin described here is a radically polymerizable resin composition using a polymerizable unsaturated compound and is 1) susceptible to polymerization inhibition by oxygen, 2) large volume shrinkage upon curing, 3 4) It has problems such as strong odor and skin irritation, 4) heat resistance and mechanical properties are not so high, and applicable applications are limited.

これらの課題を解決する手段としては、カチオン重合性のマトリックス樹脂を用いた組成物を用いる方法がある。カチオン重合性樹脂組成物は、ラジカル重合性樹脂組成物に比べて、一般に酸素による重合阻害をうけにくく、成分の揮発性が少ないため低臭気、低刺激性であり、特にエポキシ樹脂を用いたカチオン重合性樹脂組成物は硬化時の体積収縮が小さく、耐熱性、機械特性に優れる。   As a means for solving these problems, there is a method using a composition using a cationically polymerizable matrix resin. Compared to radically polymerizable resin compositions, cationically polymerizable resin compositions are generally less susceptible to polymerization inhibition by oxygen and have low odor and low irritation due to low volatility of components. The polymerizable resin composition has a small volume shrinkage upon curing, and is excellent in heat resistance and mechanical properties.

しかしながら、カチオン重合性のマトリックス樹脂は、アミン硬化性のマトリックス樹脂と異なり、樹脂自身の自己架橋により硬化物を生成するため、樹脂の架橋密度が高く樹脂靱性が低い、そしてその硬化物がポリエーテル構造主体の骨格となるため、極性官能基が少なく炭素繊維との接着性も低い。そのためマトリックス樹脂としてカチオン重合性樹脂を用いたプリプレグを硬化させてなる繊維強化複合材料は、衝撃後圧縮強度が低い問題があり、その改善が望まれていた。   However, the cationic polymerizable matrix resin, unlike the amine curable matrix resin, forms a cured product by self-crosslinking of the resin itself, so that the resin has a high crosslinking density and low resin toughness, and the cured product is a polyether. Since it is a structure-based skeleton, it has few polar functional groups and low adhesion to carbon fibers. Therefore, a fiber reinforced composite material obtained by curing a prepreg using a cationic polymerizable resin as a matrix resin has a problem of low compressive strength after impact, and an improvement thereof has been desired.

繊維強化複合材料の衝撃後圧縮強度を向上させる方法として、ポリアミドからなる粒子をプリプレグ中に存在させ、プリプレグの内部よりも表面に高濃度に分布させることで、プリプレグを積層し硬化させてなる繊維強化複合材料の衝撃後圧縮強度を向上できる(例えば、特許文献3参照)。しかしながら、カチオン重合性のマトリックス樹脂と粒子のどのような組合せが繊維強化複合材料の衝撃後圧縮強度の向上と活性エネルギー線に対する高い硬化性を同時に満足できるかは従来明らかにされていなかった。
特開2004−050574号公報 特開平9−296016号公報 特開昭63−162732号公報
As a method for improving the compressive strength after impact of a fiber reinforced composite material, fibers made by laminating and curing prepregs by making polyamide particles present in the prepreg and distributing them at a higher concentration on the surface than inside the prepreg. The compressive strength after impact of the reinforced composite material can be improved (see, for example, Patent Document 3). However, it has not been clarified so far what combination of a cationically polymerizable matrix resin and particles can simultaneously satisfy the improvement in compressive strength after impact of the fiber-reinforced composite material and high curability with respect to active energy rays.
JP 2004-050574 A JP-A-9-296016 Japanese Unexamined Patent Publication No. 63-162732

本発明の目的はこうした現状に鑑み、高コストなオートクレーブなどによる加熱工程を必要とせず、活性エネルギー線で硬化可能なカチオン重合性樹脂を用いて、衝撃後圧縮強度をはじめ様々な機械特性に優れた繊維強化複合材料を与えるプリプレグを提供することにある。   In view of the current situation, the object of the present invention does not require a heating process using an expensive autoclave or the like, and uses a cationic polymerizable resin that can be cured with active energy rays, and is excellent in various mechanical properties including compressive strength after impact. Another object of the present invention is to provide a prepreg that gives a fiber-reinforced composite material.

本発明のプリプレグは、前記課題を解決するために、次の構成を有する。すなわち、少なくとも次の構成要素(A)、(B)、(C)、(D)を含むプリプレグであって、構成要素(B)100重量部に対して、構成要素(C)を0.01〜20重量部含み、構成要素(D)がプリプレグ中に1〜20重量%存在し、プリプレグの内部よりも表面に高濃度に分布するプリプレグ。   The prepreg of the present invention has the following configuration in order to solve the above problems. That is, the prepreg includes at least the following constituent elements (A), (B), (C), and (D), and the constituent element (C) is 0.01 by 100 parts by weight of the constituent element (B). A prepreg containing -20 parts by weight, the component (D) being present in the prepreg in an amount of 1 to 20% by weight, and being distributed at a higher concentration on the surface than in the prepreg.

(A)炭素繊維
(B)カチオン重合性化合物
(C)ルイス酸のオニウム塩
(D)有機粒子
(A) Carbon fiber (B) Cationic polymerizable compound (C) Onium salt of Lewis acid (D) Organic particles

本発明は、高コストなオートクレーブなどによる加熱工程を必要とせず、活性エネルギー線で硬化可能なカチオン重合性樹脂を用いて、衝撃後圧縮強度をはじめ様々な機械特性に優れた繊維強化複合材料を与えるプリプレグを提供することにある。   The present invention does not require a heating process using an expensive autoclave or the like, and uses a cationic polymerizable resin that can be cured with an active energy ray to produce a fiber-reinforced composite material having excellent mechanical properties such as compressive strength after impact. It is to provide a prepreg to give.

本発明のプリプレグは、次の構成要素(A)、構成要素(B)、構成要素(C)及び構成要素(D)を含むものである。   The prepreg of the present invention includes the following components (A), components (B), components (C), and components (D).

(A)炭素繊維
(B)カチオン重合性化合物
(C)ルイス酸のオニウム塩
(D)有機粒子
本発明構成要素(A)である炭素繊維は、高度な耐湿熱性、比強度及び比弾性率を繊維強化複合材料に発現させるために有効である。
(A) Carbon fiber (B) Cationic polymerizable compound (C) Lewis acid onium salt (D) Organic particles The carbon fiber which is the constituent element (A) of the present invention has high moisture and heat resistance, specific strength and specific elastic modulus. It is effective for expressing in a fiber reinforced composite material.

炭素繊維の形態や配列については、特に限定されず、一方向に引き揃えた長繊維、トウ、織物、不織布、マット、ニット、組み紐、ロービング、チョップド等から適宜選択できるが、軽量、耐久性がより高い水準にある繊維強化複合材料を得るためには、炭素繊維が、一方向に引き揃えられた長繊維、織物、トウ、ロービング等連続繊維の形態であるのが好ましい。
また、炭素繊維の形態としてはプリフォームを適用することができる。ここで、プリフォームとは通常、長繊維の炭素繊維からなる織物基布を積層したもの、またはこれをステッチ糸により縫合一体化したもの、あるいは立体織物・編組物などの繊維構造物を意味する。
炭素繊維の太さは、単繊維直径が1〜20μmの範囲であることが好ましく、より好ましくは3〜10μmの範囲である。炭素繊維の太さが20μmを超えると、引張強度や引張弾性率が低下する傾向がある。また、炭素繊維の太さが1μm未満になると、炭素繊維の生産性が低下してコスト高になる。
炭素繊維は、用途に応じてあらゆる種類の炭素繊維を用いることが可能であるが、繊維本来の引張強度や繊維強化複合材料としたときの耐衝撃性が高いという面から、いわゆる高強度炭素繊維が好ましい。すなわち、ストランド引張試験におけるストランド引張強度が、4GPa以上の炭素繊維が好ましく、4.6GPa以上の炭素繊維がより好ましい。ストランド引張強度は高ければ高いほど好ましいが、6.0GPa程度もあれば十分な場合が多い。ストランド引張強度が7.0GPaを超えると、得られる繊維強化複合材料の加工性が悪くなる場合がある。
The form and arrangement of the carbon fibers are not particularly limited, and can be appropriately selected from long fibers aligned in one direction, tows, woven fabrics, nonwoven fabrics, mats, knits, braids, rovings, choppeds, etc., but they are lightweight and durable. In order to obtain a fiber reinforced composite material at a higher level, the carbon fibers are preferably in the form of continuous fibers such as long fibers, woven fabrics, tows and rovings that are aligned in one direction.
Moreover, a preform can be applied as a form of carbon fiber. Here, the preform usually means a laminate of woven fabrics made of carbon fibers of long fibers, or a structure obtained by stitching and integrating them with stitch yarns, or a fiber structure such as a three-dimensional fabric / braid. .
As for the thickness of the carbon fiber, the single fiber diameter is preferably in the range of 1 to 20 μm, more preferably in the range of 3 to 10 μm. When the thickness of the carbon fiber exceeds 20 μm, the tensile strength and the tensile modulus tend to decrease. On the other hand, when the thickness of the carbon fiber is less than 1 μm, the productivity of the carbon fiber is lowered and the cost is increased.
Any type of carbon fiber can be used for the carbon fiber depending on the application. From the standpoint of high impact resistance when used as the fiber's original tensile strength and fiber-reinforced composite material, the so-called high-strength carbon fiber is used. Is preferred. That is, a carbon fiber having a strand tensile strength in a strand tensile test of 4 GPa or more is preferable, and a carbon fiber of 4.6 GPa or more is more preferable. The higher the strand tensile strength, the better. However, about 6.0 GPa is often sufficient. When the strand tensile strength exceeds 7.0 GPa, the processability of the obtained fiber-reinforced composite material may be deteriorated.

また、炭素繊維の引張り破断伸度は1.7%以上であることが好ましく、より好ましくは1.8%以上である。引張破断伸度も高ければ高いほど好ましいが2.0%程度もあれば本発明の目的として十分な場合が多い。   Further, the tensile elongation at break of the carbon fiber is preferably 1.7% or more, and more preferably 1.8% or more. The higher the tensile elongation at break, the better. However, if it is about 2.0%, it is often sufficient for the purpose of the present invention.

ここでいうストランド引張試験とは、JIS R7601(1986)に基づいて行う試験をいう。   The strand tensile test here refers to a test performed based on JIS R7601 (1986).

また、炭素繊維は、引張弾性率が200GPa以上であることが好ましい。引張弾性率が高い炭素繊維を用いることは、繊維強化複合材料としたときに高剛性を得ることに繋がる。引張弾性率はより好ましくは210GPa以上であり、さらに好ましくは220GPa以上である。引張弾性率は高ければ高いほど好ましいが、350GPa程度もあれば本発明の目的として十分な場合が多い。引張弾性率は、400GPaを超えると得られる繊維強化複合材料の耐衝撃性が低下する場合がある。   The carbon fiber preferably has a tensile modulus of 200 GPa or more. Use of carbon fibers having a high tensile elastic modulus leads to high rigidity when a fiber-reinforced composite material is used. The tensile elastic modulus is more preferably 210 GPa or more, and further preferably 220 GPa or more. The higher the tensile elastic modulus, the better. However, if it is about 350 GPa, it is often sufficient for the purpose of the present invention. If the tensile modulus exceeds 400 GPa, the impact resistance of the fiber-reinforced composite material obtained may be reduced.

炭素繊維はまた、他の強化繊維と混合して用いてもかまわない。他の強化繊維としては、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維及び炭化ケイ素繊維等が挙げられる。他の強化繊維は、本発明の目的を損なわない範囲で炭素繊維と混合することができる。   Carbon fibers may also be used in combination with other reinforcing fibers. Examples of other reinforcing fibers include glass fibers, aramid fibers, boron fibers, alumina fibers, and silicon carbide fibers. Other reinforcing fibers can be mixed with carbon fibers as long as the object of the present invention is not impaired.

本発明において構成要素(B)としては、一般に知られているカチオン重合性基を有するモノマー、オリゴマーやポリマーであれば特に限定されないが、例えば、ビニル樹脂、エポキシ樹脂、ビシクロオルソエステル樹脂、スピロオルソカーボネート樹脂、チイラン樹脂、オキセタン樹脂などを挙げることができる。   In the present invention, the component (B) is not particularly limited as long as it is a monomer, oligomer or polymer having a generally known cationic polymerizable group. For example, vinyl resin, epoxy resin, bicycloorthoester resin, spiroortho Examples thereof include carbonate resins, thiirane resins, oxetane resins and the like.

なかでも、耐熱性及び活性エネルギー線硬化性をより有する点からエポキシ樹脂またはオキセタン樹脂、あるいはその混合物が好ましく用いられる。   Among these, an epoxy resin, an oxetane resin, or a mixture thereof is preferably used because it has more heat resistance and active energy ray curability.

エポキシ樹脂としては、フェニルグリシジルエーテル、p−tert−ブチルフェニルグリシジルエーテル、ブチルグリシジルエーテル、2−エチルヘキシルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、1,2−ブチレンオキサイド、1,3−ブタジエンモノオキサイド、1,2−ドデシレンオキサイド、エピクロロヒドリン、1,2−エポキシデカン、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、スチレンオキサイド、シクロヘキセンオキサイド、リモネンオキサイド、α−ピネンオキサイド、3−メタクリロイルオキシメチルシクロヘキセンオキサイド、3−アクリロイルオキシメチルシクロヘキセンオキサイド、3−ビニルシクロヘキセンオキサイドなどの単官能のモノマー、1,1,3−テトラデカジエンジオキサイド、リモネンジオキサイド、4−ビニルシクロヘキセンジオキサイド、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3,4−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、3,4−エポキシシクロヘキシルペンチル−3,4−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、ジ(3,4−エポキシシクロヘキシル)アジペート、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、グリセロールポリグリシジルエーテル、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、テトラブロモビスフェノールA型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、o−,m−,p−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ナフタレン環含有エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビフェニルノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、オキサゾリドン環を含有するイソシアネート変性エポキシ樹脂、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、トリグリシジルアミノフェノール、テトラグリシジルキシレンジアミン、グリシジルアニリン、グリシジルo−トルイジンなどのようなグリシジルアミン型エポキシ樹脂、多価アルコールのポリグリシジルエーテル、信越シリコーン社製のK−62−722や東芝シリコーン社製のUV9300などのエポキシシリコーンのような多官能エポキシ樹脂、及び脂環式型エポキシ樹脂などを挙げることができる。   As epoxy resins, phenyl glycidyl ether, p-tert-butylphenyl glycidyl ether, butyl glycidyl ether, 2-ethylhexyl glycidyl ether, allyl glycidyl ether, 1,2-butylene oxide, 1,3-butadiene monooxide, 1,2 -Dodecylene oxide, epichlorohydrin, 1,2-epoxydecane, ethylene oxide, propylene oxide, styrene oxide, cyclohexene oxide, limonene oxide, α-pinene oxide, 3-methacryloyloxymethylcyclohexene oxide, 3-acryloyloxy Monofunctional monomers such as methylcyclohexene oxide and 3-vinylcyclohexene oxide, 1,1,3-tetradecadiene dioxide, Nendioxide, 4-vinylcyclohexene dioxide, 3,4-epoxycyclohexylmethyl-3,4-epoxycyclohexanecarboxylate, 3,4-epoxycyclohexylpentyl-3,4-epoxycyclohexanecarboxylate, di (3,4- Epoxycyclohexyl) adipate, neopentyl glycol diglycidyl ether, glycerol polyglycidyl ether, bisphenol A type epoxy resin, tetrabromobisphenol A type epoxy resin, hydrogenated bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, bisphenol S type epoxy resin , O-, m-, p-cresol novolac type epoxy resin, phenol novolac type epoxy resin, naphthalene ring-containing epoxy resin, biphenyl type epoxy resin Poxy resin, biphenyl novolac type epoxy resin, dicyclopentadiene type epoxy resin, phenol aralkyl type epoxy resin, triphenylmethane type epoxy resin, isocyanate modified epoxy resin containing oxazolidone ring, tetraglycidyldiaminodiphenylmethane, triglycidylaminophenol, tetra Epoxy silicones such as glycidyl amine type epoxy resins such as glycidyl xylenediamine, glycidyl aniline, glycidyl o-toluidine, polyglycidyl ether of polyhydric alcohol, Shin-Etsu Silicone K-62-722 and Toshiba Silicone UV9300. And polyfunctional epoxy resins, and alicyclic epoxy resins.

オキセタン樹脂としては、3,3−ジメチルオキセタン、3,3−ビス(クロロメチル)オキセタン、2−ヒドロキシメチルオキセタン、3−メチル−3−オキセタンメタノール、3−メチル−3−メトキシメチルオキセタン、3−エチル−3−ヒドロキシメチルオキセタン、1,4−ビス{〔(3−エチル−3−オキセタニル)メトキシ〕メチル}ベンゼン、3−エチル−3−フェノキシメチルオキセタン、レゾルシノールビス(3−メチル−3−オキセタニルエチル)エーテル、m−キシリレンビス(3−エチル−3−オキセタニルエチルエーテル)、ジ[1−エチル(3−オキセタニル)] メチルエーテル、3−エチル−3−(2−エチルヘキシロキシメチル)オキセタン、3−エチル−3−{[3−(トリエトキシシリル)プロポキシ]メチル}オキセタン、オキセタニルシルセスキオキサン、フェノールノボラック型オキセタンなどを挙げることができる。これらエポキシ樹脂及びオキセタン樹脂は、単独もしくは2種以上を併用して用いても差し支えない。   Oxetane resins include 3,3-dimethyloxetane, 3,3-bis (chloromethyl) oxetane, 2-hydroxymethyloxetane, 3-methyl-3-oxetanemethanol, 3-methyl-3-methoxymethyloxetane, 3- Ethyl-3-hydroxymethyloxetane, 1,4-bis {[(3-ethyl-3-oxetanyl) methoxy] methyl} benzene, 3-ethyl-3-phenoxymethyloxetane, resorcinol bis (3-methyl-3-oxetanyl) Ethyl) ether, m-xylylene bis (3-ethyl-3-oxetanylethyl ether), di [1-ethyl (3-oxetanyl)] methyl ether, 3-ethyl-3- (2-ethylhexyloxymethyl) oxetane, 3 -Ethyl-3-{[3- (triethoxysilyl) propo Shi] methyl} oxetane, Oki Se Tani silsesquioxane, and the like phenol novolak type oxetane. These epoxy resins and oxetane resins may be used alone or in combination of two or more.

本発明のプリプレグは、重合促進剤、高分子化合物、及び無機粒子を配合することができる。重合促進剤、高分子化合物、及び無機粒子は、単独で使用してもよいし、2種類以上を併用してもよい。   The prepreg of the present invention can contain a polymerization accelerator, a polymer compound, and inorganic particles. A polymerization accelerator, a high molecular compound, and inorganic particles may be used independently and may use 2 or more types together.

上記の重合促進剤としては、エチレングリコール、1,4−ブタンジオール、グリセロール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ポリビニルアルコール、ベンジルアルコール、ピペロニルアルコールなどのアルコール類が好ましく用いられる。このような重合促進剤を配合することにより、カチオン重合の硬化度向上効果がある。   As the polymerization accelerator, alcohols such as ethylene glycol, 1,4-butanediol, glycerol, trimethylolpropane, pentaerythritol, polyvinyl alcohol, benzyl alcohol, and piperonyl alcohol are preferably used. By blending such a polymerization accelerator, there is an effect of improving the curing degree of cationic polymerization.

上記の高分子化合物としては、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー及びエラストマーからなる群から選ばれた1種以上が好ましく用いられる。このような高分子化合物を配合することにより、樹脂の粘度制御、プリプレグの取扱性の改善、マトリックス樹脂と炭素繊維との接着性の改善、及び/または靭性の向上の効果が発現される。   As said high molecular compound, 1 or more types selected from the group which consists of a thermoplastic resin, a thermoplastic elastomer, and an elastomer is used preferably. By blending such a polymer compound, effects of controlling the viscosity of the resin, improving the handleability of the prepreg, improving the adhesion between the matrix resin and the carbon fiber, and / or improving the toughness are exhibited.

上記の熱可塑性樹脂としては、エポキシ樹脂及び/またはオキセタン樹脂との相溶性及び炭素繊維との接着性の観点から、水素結合性の官能基を有する熱可塑性樹脂が好ましい。水素結合性官能基としては、アルコール性水酸基、アミド基、イミド基、スルホニル基などが好ましい。   As said thermoplastic resin, the thermoplastic resin which has a hydrogen bondable functional group from a compatible viewpoint with an epoxy resin and / or an oxetane resin and adhesiveness with carbon fiber is preferable. As the hydrogen bondable functional group, an alcoholic hydroxyl group, an amide group, an imide group, a sulfonyl group and the like are preferable.

具体的には、ポリビニルホルマール、ポリビニルブチラール、ポリアミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルスルホン、ポリフェニルスルホン、ポリウレタンなどを挙げることができる。これらの中でも、カチオン重合性を阻害せず、好ましく用いられる熱可塑性樹脂としては、ポリビニルホルマール、ポリビニルブチラール、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルスルホン、ポリチオエーテルスルホン、ポリフェニルスルホンなどを挙げることができる。マトリックス樹脂がエポキシ樹脂の場合には、ポリアミドやポリウレタンを用いると靭性向上効果が高いが、ポリアミドやポリウレタンを用いると、カチオンを捕獲しやすいため、カチオン重合においては十分に硬化が進まないことがある。   Specific examples include polyvinyl formal, polyvinyl butyral, polyamide, polyimide, polyetherimide, polysulfone, polyethersulfone, polyetherethersulfone, polyphenylsulfone, and polyurethane. Among these, the thermoplastic resins that do not inhibit cationic polymerization and are preferably used include polyvinyl formal, polyvinyl butyral, polyimide, polyetherimide, polysulfone, polyethersulfone, polyetherethersulfone, polythioethersulfone, and polyphenyl. A sulfone etc. can be mentioned. When the matrix resin is an epoxy resin, if polyamide or polyurethane is used, the effect of improving toughness is high. However, if polyamide or polyurethane is used, cations are likely to be trapped and curing may not proceed sufficiently in cationic polymerization. .

ここで、市販品としては、例えば、ポリビニルブチラール及びポリビニルホルマールとして、“デンカブチラール(登録商標)”及び“デンカホルマール(登録商標)”(電気化学工業(株)製)、“ビニレック(登録商標)”(チッソ(株)製)、ポリイミド及びポリエーテルイミドとして“メルディン(登録商標)”(三井化学(株))及び“ウルテム(登録商標)”(ジェネラル・エレクトリック社製)、“Matrimid”5218(チバ社製)、ポリスルホン及びポリエーテルスルホンとして、“UDEL(登録商標)”(帝人アモコ(株)製)及び“スミカエクセル(登録商標)”(住友化学(株)製)、“RADEL(登録商標)”(帝人アモコ(株)製)などを使用することができる。   Here, commercially available products include, for example, “Denka Butyral (registered trademark)” and “Denka Formal (registered trademark)” (manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.), “Vinylec (registered trademark)” as polyvinyl butyral and polyvinyl formal. "Missin (registered trademark)" (Mitsui Chemicals) and "Ultem (registered trademark)" (manufactured by General Electric), "Matrimid" 5218 (manufactured by Chisso Corporation) and polyimide and polyetherimide Ciba), polysulfone and polyethersulfone, "UDEL (registered trademark)" (manufactured by Teijin Amoco) and "Sumika Excel (registered trademark)" (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.), "RADEL (registered trademark) ) ”(Manufactured by Teijin Amoco) or the like can be used.

なかでも、良好な耐熱性を得るためには、熱可塑性樹脂のガラス転移温度(Tg)が少なくとも150℃以上であり、170℃以上であることが好ましい。配合する熱可塑性樹脂のガラス転移温度が、150℃未満であると、成形体として用いた時に熱による変形を起こしやすくなる場合がある。さらに、この熱可塑性樹脂の末端官能基としては、水酸基、カルボキシル基、チオール基、酸無水物などのものがカチオン重合性化合物と反応することができ、好ましく用いられる。具体的には、ポリエーテルスルホンの市販品である“スミカエクセル(登録商標)”PES3600P、“スミカエクセル(登録商標)”PES5003P、“スミカエクセル(登録商標)”PES5200P、“スミカエクセル(登録商標)”PES7200P(以上、住友化学工業(株)製)などを使用することができ、また、特表2004-506789号公報に記載されるようなポリエーテルスルホンとポリエーテルエーテルスルホンの共重合体オリゴマー、さらにポリエーテルイミドの市販品である“ウルテム(登録商標)”1000、“ウルテム(登録商標)”1010、“ウルテム(登録商標)”1040(以上、ジェネラル・エレクトリック社製)などが挙げられる。   In particular, in order to obtain good heat resistance, the glass transition temperature (Tg) of the thermoplastic resin is at least 150 ° C. or higher and preferably 170 ° C. or higher. If the glass transition temperature of the thermoplastic resin to be blended is less than 150 ° C., it may be easily deformed by heat when used as a molded body. Furthermore, as a terminal functional group of this thermoplastic resin, things, such as a hydroxyl group, a carboxyl group, a thiol group, and an acid anhydride, can react with a cationically polymerizable compound, and are used preferably. Specifically, "Sumika Excel (registered trademark)" PES3600P, "Sumika Excel (registered trademark)" PES5003P, "Sumika Excel (registered trademark)" PES5200P, and "Sumika Excel (registered trademark)" are commercially available polyethersulfone products. "PES7200P (above, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) and the like, and a copolymer oligomer of polyethersulfone and polyetherethersulfone as described in JP-T-2004-506789, Furthermore, “Ultem (registered trademark)” 1000, “Ultem (registered trademark)” 1010, “Ultem (registered trademark)” 1040 (manufactured by General Electric Co., Ltd.) and the like, which are commercially available polyetherimides, may be mentioned.

かかる熱可塑性樹脂の配合量は、カチオン重合性化合物100重量部に対して、好ましくは0.5〜50重量部、より好ましくは1〜30重量部配合する。熱可塑性樹脂の配合量が0.5重量部未満であるとマトリックス樹脂と炭素繊維との接着性の効果が十分でない場合があり、50重量部を超えるとマトリックス樹脂組成物の粘度が過剰に上昇し作業性が低下したり、あるいは硬化物中で粗大分離して強度を低下させる場合がある。   The amount of the thermoplastic resin is preferably 0.5 to 50 parts by weight, more preferably 1 to 30 parts by weight, based on 100 parts by weight of the cationic polymerizable compound. If the blending amount of the thermoplastic resin is less than 0.5 parts by weight, the adhesive effect between the matrix resin and the carbon fiber may not be sufficient, and if it exceeds 50 parts by weight, the viscosity of the matrix resin composition excessively increases. However, workability may be reduced, or the strength may be reduced by coarse separation in a cured product.

なお、ガラス転移温度は、熱可塑性樹脂を約10mg精秤し、JIS K7121(2002)に従い、温度範囲25℃〜350℃、昇温速度10℃/分の条件で昇温し示差走査熱量分析装置にてガラス転移温度測定を行う。具体的には、得られた曲線の階段状変化を示す部分において、各ベースラインの延長した直線から縦軸方向に等距離にある直線と、ガラス転移の階段状変化部分の曲線とが交わる点の温度をガラス転移温度とする。   In addition, about 10 mg of thermoplastic resins are precisely weighed and the glass transition temperature is raised in accordance with JIS K7121 (2002) under conditions of a temperature range of 25 ° C. to 350 ° C. and a heating rate of 10 ° C./min. Measure the glass transition temperature at. Specifically, in the portion showing the step change of the obtained curve, the point where the straight line equidistant in the vertical axis direction from the extended straight line of each baseline intersects the curve of the step change portion of the glass transition Is the glass transition temperature.

また、熱可塑性エラストマーとしては、ポリエステル系またはポリアミド系の熱可塑性エラストマーが好ましく用いられる。ここでいう熱可塑性エラストマーとは、ハードセグメント成分とソフトセグメント成分からなるブロック共重合体であり、室温以下のガラス転移温度と室温以上の融点を有するポリマーである。ポリエステル系またはポリアミド系の熱可塑性エラストマーの場合は、ハードセグメント成分がポリエステル単位、あるいはポリアミド単位である構造を有する。これらの熱可塑性エラストマーとしては、例えば、国際公開第96/02592号パンフレットに記載のものを用いることができる。   As the thermoplastic elastomer, a polyester-based or polyamide-based thermoplastic elastomer is preferably used. The thermoplastic elastomer here is a block copolymer composed of a hard segment component and a soft segment component, and is a polymer having a glass transition temperature below room temperature and a melting point above room temperature. The polyester-based or polyamide-based thermoplastic elastomer has a structure in which the hard segment component is a polyester unit or a polyamide unit. As these thermoplastic elastomers, for example, those described in International Publication No. 96/02592 pamphlet can be used.

また、多くの市販品も使用できる。市販のポリエステル系熱可塑性エラストマーとしては、例えば、東レ・デュポン社“ハイトレル(登録商標)”、東洋紡社“ベルプレン(登録商標)”、等を挙げることができ、ポリアミド熱可塑性エラストマーとしては、ATOFINA社の“PEBAX(登録商標)”、三菱化学社の“NOVAMID(登録商標)”などを挙げることができる。   Many commercial products can also be used. Examples of commercially available polyester-based thermoplastic elastomers include Toray DuPont "Hytrel (registered trademark)", Toyobo "Belprene (registered trademark)", etc., and polyamide thermoplastic elastomers include ATOFINA “PEBAX (registered trademark)” of Mitsubishi Chemical Corporation and “NOVAMID (registered trademark)” of Mitsubishi Chemical Corporation.

以上に述べたような熱可塑性エラストマーを配合することにより、優れた粘着性(タック性)と、変形性(ドレープ性)と炭素繊維への含浸性にも優れたプリプレグを得ることができる。また、このような熱可塑性エラストマーを配合しない場合に比較して、樹脂の粘弾性関数の温度依存性、特に室温付近での変化が小さいため、プリプレグの取扱性の温度依存性が小さくなり、好ましい態様である。特に、タック性、ドレープ性及び品位に優れたプリプレグを得るためには、熱可塑性エラストマーを、カチオン重合性化合物100重量部に対して、0.5〜50重量部配合することが好ましい。   By blending the thermoplastic elastomer as described above, it is possible to obtain a prepreg excellent in adhesiveness (tackiness), deformability (draping property), and impregnation into carbon fibers. Further, compared to the case where such a thermoplastic elastomer is not blended, the temperature dependence of the viscoelastic function of the resin, particularly the change near room temperature is small, so the temperature dependence of the prepreg handling property is reduced, which is preferable. It is an aspect. In particular, in order to obtain a prepreg excellent in tackiness, drapeability and quality, it is preferable to blend 0.5 to 50 parts by weight of the thermoplastic elastomer with respect to 100 parts by weight of the cationic polymerizable compound.

更に、エラストマーとしては、固形ゴム、液状ゴム及びゴム粒子などを用いることができる。一般に、固形ゴムは液状ゴムに比べて同一量をマトリックス樹脂に溶解した場合の粘度上昇が大きく、成形過程のマトリックス樹脂組成物を適度な粘度レベルに保ちながら、比較的成形物の耐熱性を維持することができる。特に、マトリックス樹脂の粘弾性関数の温度依存性が減少し、プリプレグを扱う作業環境温度の変動があっても取扱性が悪化しにくく、またプリプレグ放置によるタック性の経時変化を小さくし、繊維強化複合材料の表面平滑性を向上させることができる。   Further, as the elastomer, solid rubber, liquid rubber, rubber particles, and the like can be used. In general, solid rubber has a large increase in viscosity when dissolved in the same amount in a matrix resin compared to liquid rubber, and relatively maintains the heat resistance of the molded product while maintaining the matrix resin composition in the molding process at an appropriate viscosity level. can do. In particular, the temperature dependence of the viscoelastic function of the matrix resin is reduced, the handling property is less likely to deteriorate even if the working environment temperature changes when handling the prepreg, and the time-dependent change in tackiness due to leaving the prepreg is reduced, thereby reinforcing the fiber The surface smoothness of the composite material can be improved.

固形ゴムとしては、エポキシ樹脂及び/またはオキセタン樹脂との相溶性の面から、ブタジエンとアクリロニトリルのランダムコポリマーであるアクリロニトリル−ブタジエン共重合体が好ましく用いられる。アクリロニトリルの共重合比を変化させることによって、エポキシ樹脂及び/またはオキセタン樹脂との相溶性を制御することができる。さらに、エポキシ樹脂及び/またはオキセタン樹脂との接着性をあげるために、官能基を有する固形ゴムがより好ましく用いられる。官能基としては、カルボキシル基及びアミノ基などが挙げられる。アクリロニトリル−ブタジエン共重合体として、特に、カルボキシル基を含有する固形アクリロニトリル−ブタジエンゴムが好ましく用いられる。また、耐候性に優れるため、水素化ニトリルゴムも好ましく用いられる。   As the solid rubber, an acrylonitrile-butadiene copolymer which is a random copolymer of butadiene and acrylonitrile is preferably used from the viewpoint of compatibility with the epoxy resin and / or the oxetane resin. By changing the copolymerization ratio of acrylonitrile, the compatibility with the epoxy resin and / or oxetane resin can be controlled. Furthermore, a solid rubber having a functional group is more preferably used in order to increase the adhesion with the epoxy resin and / or the oxetane resin. Examples of the functional group include a carboxyl group and an amino group. As the acrylonitrile-butadiene copolymer, a solid acrylonitrile-butadiene rubber containing a carboxyl group is particularly preferably used. Moreover, since it is excellent in a weather resistance, hydrogenated nitrile rubber is also preferably used.

これら固形ゴムの市販品として、“NIPOL(登録商標)”1072、“NIPOL(登録商標)”1072J、“NIPOL(登録商標)”1472、“NIPOL(登録商標)”1472HV、“NIPOL(登録商標)”1042、“NIPOL(登録商標)”1043、“NIPOL(登録商標)”DN631、“NIPOL(登録商標)”1001、“ZETPOL(登録商標)”2020、“ZETPOL(登録商標)”2220、“ZETPOL(登録商標)”3110(以上、日本ゼオン(株)製)等が挙げられる。   Commercially available products of these solid rubbers include “NIPOL (registered trademark)” 1072, “NIPOL (registered trademark)” 1072J, “NIPOL (registered trademark)” 1472, “NIPOL (registered trademark)” 1472HV, “NIPOL (registered trademark)”. "1042," NIPOL (registered trademark) "1043," NIPOL (registered trademark) "DN631," NIPOL (registered trademark) "1001," ZETPOL (registered trademark) "2020," ZETPOL (registered trademark) "2220," ZETPOL " (Registered trademark) "3110 (manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.).

また、ゴム粒子としては、架橋ゴム粒子、及び架橋ゴム粒子の表面に異種ポリマーをグラフト重合したコアシェルゴム粒子が好ましく用いられる。市販の架橋ゴム粒子としては、カルボキシル変性のブタジエン−アクリロニトリル共重合体の架橋物からなるFX601P(JSR(株)製)、アクリルゴム微粒子からなるCX−MNシリーズ(日本触媒(株)製)、YR−500シリーズ(東都化成(株)製)などを使用することができる。また、市販のコアシェルゴム粒子としては、ブタジエン・メタクリル酸アルキル・スチレン共重合体からなる“パラロイド(登録商標)”EXL−2655(呉羽化学工業(株)製)、アクリル酸エステル・メタクリル酸エステル共重合体からなる“スタフィロイド(登録商標)”AC−3355、TR−2122(武田薬品工業(株)製)、アクリル酸ブチル・メタクリル酸メチル共重合体からなる“PARALOID(登録商標)”EXL−2611、EXL−3387(Rohm & Haas社製)などを使用することができる。   As the rubber particles, crosslinked rubber particles and core-shell rubber particles obtained by graft polymerization of a different polymer on the surface of the crosslinked rubber particles are preferably used. Commercially available crosslinked rubber particles include FX601P (made by JSR) made of a crosslinked product of carboxyl-modified butadiene-acrylonitrile copolymer, CX-MN series (made by Nippon Shokubai Co., Ltd.) made of acrylic rubber fine particles, YR. -500 series (manufactured by Toto Kasei Co., Ltd.) can be used. Commercially available core-shell rubber particles include “Paraloid (registered trademark)” EXL-2655 (manufactured by Kureha Chemical Industry Co., Ltd.) made of butadiene / alkyl methacrylate / styrene copolymer, acrylate / methacrylate ester "STAPHYLOID (registered trademark)" AC-3355 made of a polymer, TR-2122 (manufactured by Takeda Pharmaceutical Co., Ltd.), "PARALOID (registered trademark)" EXL- made of a butyl acrylate / methyl methacrylate copolymer 2611, EXL-3387 (manufactured by Rohm & Haas) and the like can be used.

これらゴム成分は、靱性向上の反面、樹脂の弾性率や耐熱性を低下させやすいため、配合する場合は、添加量をカチオン重合性化合物100重量部に対して0.1〜30重量部とすることが好ましく、添加量はより好ましくは1〜20重量部である。   These rubber components tend to improve the toughness, but easily reduce the elastic modulus and heat resistance of the resin. Therefore, when blended, the addition amount is 0.1 to 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the cationic polymerizable compound. The amount added is more preferably 1 to 20 parts by weight.

上記の無機粒子としては、シリカ、アルミナ、スメクタイト、合成マイカ、炭酸カルシウム、タルク、クレー、ガラス粉、水酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化バリウムなどが好ましい。これらの無機粒子は、主としてマトリックス樹脂組成物の増粘などのレオロジー制御、揺変性付与の効果を有する。   As the inorganic particles, silica, alumina, smectite, synthetic mica, calcium carbonate, talc, clay, glass powder, aluminum hydroxide, titanium oxide, barium oxide and the like are preferable. These inorganic particles mainly have effects of rheological control such as thickening of the matrix resin composition and imparting thixotropy.

本発明において用いられる構成要素(C)としては、光、電子線、X線等の活性エネルギー線及び/あるいは熱の作用によってルイス酸を発生しうるものなら特に限定されるものではないが、例えば、ルイス酸のジアゾニウム塩、ルイス酸のヨ−ドニウム塩、ルイス酸のスルホニウム塩、ルイス酸のセレノニウム塩の各種化合物が挙げられ、好ましくは、ルイス酸のヨードニウム塩化合物及び/またはルイス酸のスルホニウム塩化合物が用いられる。構成要素(C)は、他のカチオン重合開始剤、例えば、スルホン酸エステル、鉄−アレーン化合物、シラノール−アルミニウム錯体などと異なり、活性エネルギー線及び/あるいは熱の作用によって発生するルイス酸が、各種エポキシド、環状エーテル、環状アセタール、ラクトン、ビニルモノマー、環状シロキサンなどの広範囲のモノマーとカチオン重合可能であり、そして各種モノマーとの重合速度、硬化度、ならびに得られるマトリックス樹脂の機械特性も優れている。特に後述する構成要素(D)が配合される本発明のプリプレグにおいては、構成要素(C)以外のカチオン重合開始剤では、マトリックス樹脂粘度が増粘し、カチオン重合速度、ならびに硬化度が低下し、繊維強化複合材料の機械特性の低下が起こる。そこで、本発明では、構成要素(C)を用いることが重要であり、これにより衝撃後圧縮強度をはじめ様々な繊維強化複合材料の機械特性を向上することができる。   The component (C) used in the present invention is not particularly limited as long as it can generate a Lewis acid by the action of active energy rays such as light, electron beam, and X-ray and / or heat. Various compounds such as Lewis acid diazonium salts, Lewis acid iodonium salts, Lewis acid sulfonium salts, Lewis acid selenonium salts, preferably Lewis acid iodonium salt compounds and / or Lewis acid sulfonium salts A compound is used. Constituent element (C) is different from other cationic polymerization initiators such as sulfonic acid esters, iron-arene compounds, silanol-aluminum complexes, and various Lewis acids generated by the action of active energy rays and / or heat. Cationic polymerization is possible with a wide range of monomers such as epoxides, cyclic ethers, cyclic acetals, lactones, vinyl monomers, cyclic siloxanes, etc., and the polymerization rate with various monomers, degree of cure, and the mechanical properties of the resulting matrix resin are also excellent. . In particular, in the prepreg of the present invention in which the component (D) described later is blended, the cationic polymerization initiator other than the component (C) increases the viscosity of the matrix resin and decreases the cationic polymerization rate and the degree of curing. The mechanical properties of the fiber reinforced composite material are reduced. Therefore, in the present invention, it is important to use the component (C), and this can improve the mechanical properties of various fiber-reinforced composite materials including compressive strength after impact.

構成要素(C)はまた、他の硬化剤と混合して用いても構わない。他の硬化剤としては、ポリアミン、ポリアミドアミン樹脂およびその変性物、酸無水物、ノボラック型フェノール樹脂、ポリメルカプタン、イソシアネート、潜在性硬化剤、ラジカル重合開始剤、およびアニオン重合開始剤等を挙げることができる。他の硬化剤は、本発明の目的を損なわない範囲でカチオン重合開始剤と混合することができる。   The component (C) may also be used as a mixture with other curing agents. Examples of other curing agents include polyamines, polyamidoamine resins and modified products thereof, acid anhydrides, novolac type phenol resins, polymercaptans, isocyanates, latent curing agents, radical polymerization initiators, and anionic polymerization initiators. Can do. Other curing agents can be mixed with the cationic polymerization initiator as long as the object of the present invention is not impaired.

ルイス酸のヨードニウム塩化合物及び/またはルイス酸のスルホニウム塩化合物としては、例えば、米国特許第4231951号明細書に記載されたようなアリールスルホニウム錯塩;米国特許第4256828号明細書に記載されたような芳香族ヨードニウム錯塩及び芳香族スルホニウム錯塩;特開平10−24496号公報に記載されたような芳香族スルホニウム錯塩;特開平11−263804号公報に記載されたような芳香族ヨードニウム錯塩などをあげることができ、本発明では、これらを単独または複数種併用して使用することができる。   Examples of the iodonium salt compound of Lewis acid and / or the sulfonium salt compound of Lewis acid include arylsulfonium complex salts as described in US Pat. No. 4,231,951; and those described in US Pat. No. 4,256,828. Aromatic iodonium complex salts and aromatic sulfonium complex salts; aromatic sulfonium complex salts as described in JP-A-10-24496; aromatic iodonium complex salts as described in JP-A-11-263804 In the present invention, these can be used singly or in combination.

なかでも、一般式(1)で表されるルイス酸のヨードニウム塩化合物が好ましく用いられる。   Of these, an iodonium salt compound of Lewis acid represented by the general formula (1) is preferably used.

Figure 2007119603
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一般式(1)で表されるルイス酸のヨードニウム塩化合物の具体例としては、下記の式(2)〜式(10)化合物などをあげることができ、本発明では、これらを単独または複数種併用して使用することができる。   Specific examples of the iodonium salt compound of the Lewis acid represented by the general formula (1) include the following compounds of the formula (2) to the formula (10). In the present invention, these may be used alone or in combination. Can be used in combination.

Figure 2007119603
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(式中、R、Rは水素原子、アルキル基、アルコキシ基のいずれかを示し、それぞれのR、Rは互いに同一であっても異なっていてもよく、また、R、R、R、Rは水素原子、アルキル基のいずれかを示し、それぞれのR、R、R、Rは互いに同一であっても異なっていてもよく、さらに、XはB(C、SbF、AsF、PF、BF、CFSO、FSO、ClO、FPOのいずれかを示す。)
本発明において、構成要素(B)100重量部に対して、構成要素(C)を、好ましくは0.01〜20重量部、より好ましくは0.1〜10重量部配合する。構成要素(C)の配合量が0.01重量部より少ないとマトリックス樹脂組成物の活性エネルギー線による硬化性が低下する場合があり、逆に20重量部を上回るとマトリックス樹脂組成物の硬化物の機械特性が低下したり、活性エネルギー線による硬化中、マトリックス樹脂組成物の暴走反応が起こり危険な場合がある。とりわけ、構成要素(C)の配合量を0.1〜10重量部にすると、活性エネルギー線による硬化の際、マトリックス樹脂組成物を安全にかつ敏速に硬化でき、さらにマトリックス樹脂組成物の硬化物の機械的特性の向上ができる。
(Wherein, R 1, R 2 is a hydrogen atom, an alkyl group, any one of an alkoxy group, each of R 1, R 2 may be the being the same or different, and, R 3, R 4 , R 5 and R 6 each represent a hydrogen atom or an alkyl group, and each R 3 , R 4 , R 5 and R 6 may be the same or different from each other, and X is B (C 6 F 5 ) 4 , SbF 6 , AsF 6 , PF 6 , BF 4 , CF 3 SO 3 , FSO 3 , ClO 4 , or F 2 PO 2 is shown.)
In the present invention, the component (C) is preferably blended in an amount of 0.01 to 20 parts by weight, more preferably 0.1 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the component (B). If the amount of the component (C) is less than 0.01 parts by weight, the curability of the matrix resin composition due to active energy rays may decrease, and conversely if it exceeds 20 parts by weight, the cured product of the matrix resin composition In some cases, the mechanical properties of the matrix resin composition deteriorate, or the matrix resin composition undergoes a runaway reaction during curing with active energy rays. In particular, when the amount of component (C) is 0.1 to 10 parts by weight, the matrix resin composition can be cured safely and promptly upon curing with active energy rays, and the cured product of the matrix resin composition. Can improve the mechanical properties.

本発明に用いる構成要素(C)は、活性エネルギー線の作用によって発生したルイス酸を構成要素(B)の重合に用い、その重合時の反応熱の作用によって構成要素(C)から発生したルイス酸を構成要素(B)の重合に再度用いることができる。   The component (C) used in the present invention is a Lewis acid generated from the component (C) by the action of heat of reaction during the polymerization using the Lewis acid generated by the action of the active energy ray for the polymerization of the component (B). The acid can be used again for the polymerization of component (B).

本発明において、構成要素(C)のカチオン重合開始反応を促進する目的で、光増感剤を用いることができる。光増感剤としては、例えば、アクリジンオレンジ、アクリジンイエロー、ベンゾフラビン、セトフラビンT、フォスフィンRなどの色素、チオキサントン、2−イソプロピルチオキサントン、2−クロロチオキサントン、2,4−ジメチルチオキサントン、2,4−ジエチルチオキサントン、2,4−ジイソプロピルチオキサントン、チオキサントンの誘導体、アントラキノン、アントラキノンの誘導体、アントラセン、1,2−ベンズアントラセン、ジブトキシアントラセン、ジプロポキシアントラセン、アントラセンの誘導体、ペリレン、ペリレンの誘導体、ベンゾフェノン、ベンゾフェノンの誘導体、ピレン、ピレンの誘導体、フェノチアジン、2−クロロフェノチアジン、2−メトキシフェノチアジン、フェノチアジンの誘導体、コロネン、コロネンの誘導体、ベンゾフェノン、ベンゾフェノンの誘導体、カンファーキノン、アントラキノン、2−エチルアントラキノン、9,10−アントラキノン、アントラキノンの誘導体、フルオレノン、9−フルオレノン、フルオレノンの誘導体、テトラセン、テトラセンの誘導体などをあげることができ、本発明では、これらを単独または複数種併用して使用することができる。これらの中でも、チオキサントン、2−イソプロピルチオキサントン、2−クロロチオキサントン、2,4−ジメチルチオキサントン、2,4−ジエチルチオキサントン、2,4−ジイソプロピルチオキサントン、フェノチアジン、2−クロロフェノチアジン、2−メトキシフェノチアジン、カンファーキノン、ジブトキシアントラセン、ジプロポキシアントラセンは、可視域に特段の光吸収を持ち、本発明で用いられる構成要素(C)と混合し、可視光開始剤として好ましく用いられる。   In the present invention, a photosensitizer can be used for the purpose of accelerating the cationic polymerization initiation reaction of the component (C). Examples of the photosensitizer include pigments such as acridine orange, acridine yellow, benzoflavin, cetoflavin T, and phosphine R, thioxanthone, 2-isopropylthioxanthone, 2-chlorothioxanthone, 2,4-dimethylthioxanthone, 2,4- Diethylthioxanthone, 2,4-diisopropylthioxanthone, thioxanthone derivatives, anthraquinone, anthraquinone derivatives, anthracene, 1,2-benzanthracene, dibutoxyanthracene, dipropoxyanthracene, anthracene derivatives, perylene, perylene derivatives, benzophenone, benzophenone Derivatives, pyrene, pyrene derivatives, phenothiazine, 2-chlorophenothiazine, 2-methoxyphenothiazine, phenothiazine derivatives, co Nene, coronene derivatives, benzophenone, benzophenone derivatives, camphorquinone, anthraquinone, 2-ethylanthraquinone, 9,10-anthraquinone, anthraquinone derivatives, fluorenone, 9-fluorenone, fluorenone derivatives, tetracene, tetracene derivatives, etc. In the present invention, these can be used singly or in combination. Among these, thioxanthone, 2-isopropylthioxanthone, 2-chlorothioxanthone, 2,4-dimethylthioxanthone, 2,4-diethylthioxanthone, 2,4-diisopropylthioxanthone, phenothiazine, 2-chlorophenothiazine, 2-methoxyphenothiazine, camphor Quinone, dibutoxyanthracene, and dipropoxyanthracene have special light absorption in the visible range, and are preferably used as a visible light initiator by mixing with the component (C) used in the present invention.

本発明で用いられる構成要素(D)は、有機材料からなる粒子であり、好ましくは熱硬化性樹脂及び/または熱可塑性樹脂からなる粒子である。構成要素(D)として用いられる熱硬化性樹脂及び/または熱可塑性樹脂からなる粒子は、単独で使用してもよいし、2種類以上を併用してもよい。   The component (D) used in the present invention is a particle made of an organic material, preferably a particle made of a thermosetting resin and / or a thermoplastic resin. The particles comprising the thermosetting resin and / or thermoplastic resin used as the component (D) may be used alone or in combination of two or more.

かかる熱硬化性樹脂とは、熱または光や電子線などの外部からのエネルギーにより硬化して、少なくとも部分的に三次元架橋体を形成する、または形成した樹脂全てをさす。好ましい熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アミノ樹脂、アリル樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、マレイミド樹脂、ポリイミド樹脂、アセチレン末端を有する樹脂、アリル末端を有する樹脂、ナジック酸末端を有する樹脂、及びシアン酸エステル末端を有する樹脂が挙げられる。市販の熱硬化性樹脂粒子としては、エポキシ樹脂の架橋物からなる“トレパール(登録商標)”EP−B、“トレパール(登録商標)”EP−D、“トレパール(登録商標)”EP−C、“トレパール(登録商標)”EP−R、“トレパール(登録商標)”EP−M(以上、東レ(株)製)などを使用することができる。   Such a thermosetting resin refers to any resin that is cured by heat or external energy such as light or electron beam to form a three-dimensional crosslinked body at least partially. Preferred thermosetting resins include epoxy resins, phenol resins, unsaturated polyester resins, amino resins, allyl resins, silicone resins, urethane resins, maleimide resins, polyimide resins, acetylene-terminated resins, allyl-terminated resins, and nadic. Examples thereof include resins having an acid terminal and resins having a cyanate ester terminal. Commercially available thermosetting resin particles include "Trepearl (registered trademark)" EP-B, "Trepearl (registered trademark)" EP-D, and "Trepearl (registered trademark)" EP-C, which are composed of crosslinked epoxy resin. “Trepearl (registered trademark)” EP-R, “Trepearl (registered trademark)” EP-M (manufactured by Toray Industries, Inc.) and the like can be used.

粒子として用いられる熱可塑性樹脂とは、主鎖に、炭素炭素結合、アミド結合、イミド結合、エステル結合、エーテル結合、カーボネート結合、ウレタン結合、尿素結合、チオエーテル結合、スルホン結合、イミダゾール結合及びカルボニル結合からなる群から選ばれた結合を有する熱可塑性樹脂である。   The thermoplastic resin used as particles is a carbon-carbon bond, amide bond, imide bond, ester bond, ether bond, carbonate bond, urethane bond, urea bond, thioether bond, sulfone bond, imidazole bond and carbonyl bond in the main chain. A thermoplastic resin having a bond selected from the group consisting of

このような熱可塑性樹脂としては、具体的には、ポリアクリレート、ポリ酢酸ビニル、ポリスチロールに代表されるビニル系樹脂、ポリアミド、グリルアミド、ポリアラミド、ポリエステル、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリベンズイミダゾール、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトンのようなエンジニアリングプラスチックに属する熱可塑性樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレンに代表される炭化水素系樹脂、酢酸セルロース、及び絡酸セルロースに代表されるセルロース誘導体、メタクリル酸メチル−ブチルアクリレート−メタクリル酸メチルからなる共重合体であるNanostrength(登録商標)M22(アルケマ(株)製)、スチレン−ブタジエン−メタクリル酸メチルからなる共重合体であるNanostrength123、Nanostrength123、Nanostrength250、Nanostrength012,NanostrengthE20,NanostrengthE40(以上、アルケマ(株)製)が挙げられる。   Specific examples of such thermoplastic resins include vinyl resins such as polyacrylate, polyvinyl acetate, and polystyrene, polyamide, grillamide, polyaramid, polyester, polyacetal, polycarbonate, polyphenylene oxide, polyphenylene sulfide, and polyphenylene sulfide. Thermoplastic resins belonging to engineering plastics such as arylate, polybenzimidazole, polyimide, polyamideimide, polyetherimide, polysulfone, polyethersulfone, polyetheretherketone, hydrocarbon resins represented by polyethylene and polypropylene, cellulose acetate , And cellulose derivatives represented by entangled cellulose, a copolymer comprising methyl methacrylate-butyl acrylate-methyl methacrylate nanostrength (registered trademark) M22 (manufactured by Arkema Co., Ltd.), Nanostrength 123, Nanostrength 123, Nanostrength 250, Nanostrength 012, Nanostrength E20, Nanostrength E20 (manufactured by Nanostrength E20) It is done.

特に、ポリアミド、グリルアミド、ポリアラミド、ポリエステル、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリベンズイミダゾール、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニルスルホン、ポリチオエーテルスルホン、及びポリエーテルエーテルケトンは、耐衝撃性に優れているので、本発明で用いられる有機粒子の素材として適している。これらの中で、1級アミンや2級アミンの化学構造を含有する有機粒子は、求核性が強く塩基性を示すためにカチオンが捕獲され、カチオン重合性を阻害することがあるので、アミンの化学構造を有する有機粒子を用いる場合には、3級アミンの化学構造を含有する求核性の弱い有機粒子を用いるのが良く、具体的にはイミド基を含有するポリイミド、ポリエーテルイミドなどを用いるのが良い。さらに、より好ましくは、化学構造が中性を示すスルホン基からなるポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリチオエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルスルホン、ポリフェニルスルホンなどを用いるのも良い。なかでもポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミドは、カチオン重合性と靭性を高度に両立することができ、本発明に特に好適に用いられる。   In particular, polyamide, grillamide, polyaramid, polyester, polyacetal, polycarbonate, polyphenylene oxide, polyphenylene sulfide, polyarylate, polybenzimidazole, polyimide, polyamideimide, polyetherimide, polysulfone, polyethersulfone, polyphenylsulfone, polythioethersulfone, Since polyether ether ketone is excellent in impact resistance, it is suitable as a material for organic particles used in the present invention. Among these, organic particles containing chemical structures of primary amines and secondary amines have strong nucleophilicity and show basicity, so that cations are captured and the cationic polymerizability may be inhibited. In the case of using organic particles having the following chemical structure, it is preferable to use organic particles with a weak nucleophilicity containing a tertiary amine chemical structure, specifically, polyimides containing imide groups, polyetherimides, etc. It is good to use. More preferably, polysulfone, polyethersulfone, polythioethersulfone, polyetherethersulfone, polyphenylsulfone or the like composed of a sulfone group having a neutral chemical structure may be used. Of these, polyethersulfone and polyetherimide are highly suitable for cationic polymerization and toughness, and are particularly preferably used in the present invention.

市販品としては、具体的にポリエーテルスルホンの市販品である“スミカエクセル(登録商標)”5003P(住友化学(株)製)、“ウルトラゾーン(登録商標)”E3010、“ウルトラゾーン(登録商標)”E2010(以上、BASFエンジニアリングプラスチックス(株))、ポリスルホンの市販品である“ウルトラゾーン(登録商標)”S3010、“ウルトラゾーン(登録商標)”S2010(以上、BASFエンジニアリングプラスチックス(株)製)、“ユーデル(登録商標)”P−3500、“ユーデル(登録商標)”P−1700(以上、テイジンアモコエンジニアリングプラスチックス(株)製)、ポリエーテルイミドの市販品である“ウルテム”1000、“ウルテム(登録商標)”1010、“ウルテム(登録商標)”1040(以上、ジェネラル・エレクトリック(株)製)などが挙げられる。   Commercially available products such as “Sumika Excel (registered trademark)” 5003P (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.), “Ultrazone (registered trademark)” E3010, “Ultrazone (registered trademark)” are commercially available polyethersulfone products. ) “E2010 (above, BASF Engineering Plastics Co., Ltd.), polysulfone commercially available“ Ultrazone (registered trademark) ”S3010,“ Ultrazone (registered trademark) ”S2010 (above, BASF Engineering Plastics Co., Ltd.) "Udel (registered trademark)" P-3500, "Udel (registered trademark)" P-1700 (manufactured by Teijin Amoco Engineering Plastics Co., Ltd.), polyetherimide commercially available product "Ultem" 1000 , "Ultem (registered trademark)" 1010, "Ultem (registered trademark) Trademark) "1040 (or more, General Electric Co., Ltd.), and the like.

さらに、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂の2成分が混合された粒子も使用することができる。例えば、靭性の優れる熱可塑性樹脂であるポリエーテルスルホンに、可塑剤として熱硬化性樹脂であるビスフェノールA型エポキシ樹脂、テトラブロモビスフェノールA型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、o−,m−,p−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ナフタレン環含有エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、オキサゾリドン環を含有するイソシアネート変性エポキシ樹脂、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、トリグリシジルアミノフェノール、テトラグリシジルキシレンジアミン、グリシジルアニリン、グリシジルo−トルイジンなどのようなグリシジルアミン型エポキシ樹脂からなる群から選ばれる1種以上を配合して使用することができる。   Furthermore, particles in which two components of a thermosetting resin and a thermoplastic resin are mixed can also be used. For example, polyethersulfone, which is a thermoplastic resin with excellent toughness, bisphenol A type epoxy resin, tetrabromobisphenol A type epoxy resin, hydrogenated bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy, which are thermosetting resins as plasticizers Resin, bisphenol S type epoxy resin, o-, m-, p-cresol novolak type epoxy resin, phenol novolac type epoxy resin, naphthalene ring-containing epoxy resin, biphenyl type epoxy resin, dicyclopentadiene type epoxy resin, phenol aralkyl type epoxy Resin, triphenylmethane type epoxy resin, isocyanate-modified epoxy resin containing oxazolidone ring, tetraglycidyldiaminodiphenylmethane, triglycidylaminophenol, tetraglycidyl Cyclohexylene diamine, can be used by mixing glycidyl aniline, at least one member selected from the group consisting of glycidyl amine type epoxy resins such as glycidyl o- toluidine.

本発明で用いられる構成要素(D)は、粒子状であるが故に、ベース樹脂(ここでベース樹脂とは構成要素(D)以外の構成要素(B)、(C)を表す。)と混ぜたときにベース樹脂中に分散した状態で存在するため、本発明で用いられるベース樹脂のもつ前述したようなタック性及びドレープ性の発現能を損なうことなく、取扱性に優れたプリプレグを得ることができる。すなわち、構成要素(D)を粒子状とすることより、選択できる素材が広範に及ぶ。   Since the component (D) used in the present invention is in the form of particles, it is mixed with a base resin (herein, the base resin represents components (B) and (C) other than the component (D)). In order to obtain a prepreg excellent in handleability without impairing the above-described tackiness and draping ability of the base resin used in the present invention. Can do. That is, by making the component (D) into particles, a wide range of materials can be selected.

このため、従来、性能が優れているにもかかわらずマトリックス樹脂として使用することが困難であった樹脂でも、粒子化して用いることによりマトリックス樹脂を構成する成分として使用することができ、マトリックス樹脂の性能を改良することができる。   For this reason, even if the resin has been difficult to use as a matrix resin in spite of its excellent performance, it can be used as a component constituting the matrix resin by making it into particles. The performance can be improved.

本発明で用いられる構成要素(D)の形状は、球状に限られるものではない。もちろん球状であっても良いが、樹脂塊を粉砕した粉体や、スプレードライ法や再沈殿法で得られる粒子のごとく形状様々の状態で一向に差し支えない。その他、繊維を短く切断したミルドファイバー状でもよく、また、針状やウィスカー状でも差し支えない。特に球状の粒子を使用したい場合は、懸濁重合法で得られる製品をそのまま粒子として使用することができる。   The shape of the component (D) used in the present invention is not limited to a spherical shape. Of course, it may be spherical, but there is no problem in various shapes such as powder obtained by pulverizing a resin lump or particles obtained by a spray drying method or a reprecipitation method. In addition, it may be in the form of a milled fiber obtained by cutting a fiber short, or may be in the shape of a needle or whisker. In particular, when it is desired to use spherical particles, the product obtained by the suspension polymerization method can be used as particles as it is.

粒子の大きさは粒径で表現されるが、この場合の粒径とは遠心沈降速度法などで求められる体積平均粒径を意味する。   The size of the particle is expressed by a particle size. In this case, the particle size means a volume average particle size obtained by a centrifugal sedimentation rate method or the like.

本発明で用いられる構成要素(D)の体積平均粒径は、好ましくは0.1〜150μmであり、より好ましくは1〜100μmのものが適している。かかる粒径が150μmを超える場合は、炭素繊維の配列を乱したり、積層して得られる繊維強化複合材料の層間を必要以上に厚くするため、繊維強化複合材料としたときの物性を低下させたりする欠点がある。また、かかる粒径が0.1μmよりも小さい場合は、炭素繊維の内部に入り込んでしまい、プリプレグ表面に存在できなくなってしまうことがある。   The volume average particle diameter of the component (D) used in the present invention is preferably 0.1 to 150 μm, more preferably 1 to 100 μm. When the particle diameter exceeds 150 μm, the physical properties of the fiber reinforced composite material are reduced because the arrangement of the carbon fibers is disturbed or the layers of the fiber reinforced composite material obtained by lamination are made thicker than necessary. There are disadvantages. Moreover, when this particle size is smaller than 0.1 micrometer, it may penetrate | invade in the inside of carbon fiber and it may become impossible to exist in the prepreg surface.

構成要素(D)の量は、プリプレグ100重量%中、1〜20重量%の範囲でなければならない。プリプレグに対して20重量%を超えると、ベース樹脂との混合が困難になる上、プリプレグのタック、ドレープ性が低下する。ベース樹脂の特性を維持しつつ、粒子による耐衝撃性を付与するには、前記粒子の量は、プリプレグに対して20重量%以下であることが必要であり、より好ましくは、15重量%以下である。プリプレグのハンドリングをいっそう優れたものにするためには、前記粒子の量は、10重量%以下であることが好ましい。なお、粒子の量は、高い耐衝撃性を得るためには、プリプレグに対し、1重量%以上、好ましくは2重量%以上とするのが良い。   The amount of component (D) must be in the range of 1-20% by weight in 100% by weight of prepreg. If it exceeds 20% by weight with respect to the prepreg, mixing with the base resin becomes difficult, and tackiness and drape of the prepreg deteriorate. In order to provide impact resistance by the particles while maintaining the properties of the base resin, the amount of the particles needs to be 20% by weight or less with respect to the prepreg, and more preferably 15% by weight or less. It is. In order to further improve the handling of the prepreg, the amount of the particles is preferably 10% by weight or less. In order to obtain high impact resistance, the amount of particles should be 1% by weight or more, preferably 2% by weight or more based on the prepreg.

構成要素(D)の分布については、プリプレグの表面層、すなわち、成形して繊維強化複合材料になった場合のプリプレグシートとプリプレグシートの間に片寄って存在することが好ましい。繊維強化複合材料のような異方性の強い材料では、材料全体に均一な応力が発生することは殆どなく、たいていの場合、応力は特定の部分に集中する。特に、シート状のプリプレグを積層して得られる繊維強化複合材料の場合、外部からの衝撃力など外力がかかる場合、シートとシートの間、すなわち層間に大きな応力がかかることが知られている。従って、靭性に優れた粒子が層間に比較的高濃度で分布している場合には、層間靭性の向上に著しい効果をもたらす。   Regarding the distribution of the component (D), it is preferable that the prepreg surface layer, that is, between the prepreg sheet and the prepreg sheet when formed into a fiber-reinforced composite material, is offset. In highly anisotropic materials such as fiber reinforced composites, uniform stress is rarely generated throughout the material, and in most cases, the stress is concentrated in a specific portion. In particular, in the case of a fiber-reinforced composite material obtained by laminating sheet-like prepregs, it is known that a large stress is applied between sheets, that is, between layers, when an external force such as an external impact force is applied. Therefore, when particles having excellent toughness are distributed at a relatively high concentration between layers, a remarkable effect is brought about in improving the interlayer toughness.

通常の粒子の添加では、マトリックス樹脂に対する粒子の含有率の分だけ改質効果のみが期待されるにすぎないが、粒子がプリプレグの表面層に片寄って存在する場合は、前述の加成性に基づく予想を遙かに超え、特に耐衝撃性の向上に関しては、全く予期し得ないほどの著しい効果が得られるのである。これを満たす条件は、粒子の90%以上がプリプレグの表面からプリプレグの厚さの30%の深さの範囲に局在化することである。この条件を外れてプリプレグの内部深くに粒子が入った場合、繊維強化複合材料の耐衝撃性は条件にあったものと比べて劣るものとなる。粒子の90%以上が、プリプレグの表面からプリプレグの厚さの10%の深さの範囲内に局在化する場合は、より顕著な効果が現れる。   The usual addition of particles can only be expected to have a modification effect corresponding to the content of the particles relative to the matrix resin, but if the particles are offset from the surface layer of the prepreg, the additive properties described above are added. It is far beyond the expectation based on it, and especially with respect to the improvement of impact resistance, a remarkable effect that is completely unexpected can be obtained. The condition for satisfying this is that 90% or more of the particles are localized in a range of a depth of 30% of the thickness of the prepreg from the surface of the prepreg. If the particles are removed from the prepreg outside this condition, the impact resistance of the fiber reinforced composite material is inferior to that which meets the condition. A more pronounced effect appears when more than 90% of the particles are localized within a depth of 10% of the prepreg thickness from the prepreg surface.

本発明のプリプレグにおいては、プリプレグの両面において粒子が片寄って分布したものが、プリプレグの表裏にかかわりなく自由に積層することができる。しかしながら、プリプレグの片面のみに粒子が同様の分布をしたプリプレグでも、プリプレグ同志を積層するときに、粒子が必ずプリプレグ間にくるように注意を払って使用すれば同様の効果が得られるため、プリプレグの片面のみに粒子が片寄った分布している場合も本発明に含まれる。   In the prepreg of the present invention, particles in which the particles are offset and distributed on both sides of the prepreg can be freely laminated regardless of the front and back of the prepreg. However, even if the prepreg has the same distribution of particles only on one side of the prepreg, the same effect can be obtained if the prepregs are laminated with care so that the particles are always placed between the prepregs. The present invention also includes a case where the particles are distributed on only one side.

粒子のプリプレグ中での分布状態の評価は、次のようにして行う。まず、プリプレグを二枚の平滑な支持板の間に挟んで密着させ、高温にて一瞬でゲル化させる。ゲル化が遅いと、プリプレグ中の樹脂が流動し、粒子が移動するため、プリプレグ中における正確な分布状態の評価ができない。ゲル化した後は、低温で時間をかけプリプレグを硬化させる。この硬化したプリプレグを用いてその断面を200倍以上に拡大して、200mm×200mm以上の写真を撮る。この断面写真を用い、まず、平均的なプリプレグの厚みを求める。層の平均厚みは、写真上で任意に選んだ少なくとも5カ所で測り、その平均を取る。次に、両方の支持板に接していた面からプリプレグの厚みの30%の位置にプリプレグの面方向と平行に線を引く。支持板に接していた面と30%の平行線の間に存在する粒子の面積をプリプレグの両面について定量し、これとプリプレグの全幅に渡って存在する粒子の面積を定量し、その比を取ることによりプリプレグの表面からプリプレグの厚さの30%以内に存在する粒子の量が算出される。粒子の面積の定量は、断面写真から所定の領域に存在する粒子部分を全て切り取り、その重量を測ることにより行う、あるいは画像解析により行うことができる。画像解析の具体例としては、デジタル画像編集ソフト(Adobe Photoshop7.0、アドビ(株)製)により、断面写真から所定の領域に存在する粒子部分を2値化して面積の定量を行う。粒子の部分的なばらつきの影響を排除するために、この評価は得られた写真の幅全域に渡って行い、かつ、任意に選んだ5カ所以上の写真について同様の評価を行い、その平均を取る必要がある。   Evaluation of the distribution state of the particles in the prepreg is performed as follows. First, a prepreg is sandwiched and adhered between two smooth support plates, and gelled at a high temperature instantly. If the gelation is slow, the resin in the prepreg flows and the particles move, so that an accurate distribution state in the prepreg cannot be evaluated. After gelation, the prepreg is cured at a low temperature over time. Using this cured prepreg, the cross section is enlarged 200 times or more, and a photograph of 200 mm × 200 mm or more is taken. First, an average prepreg thickness is obtained using this cross-sectional photograph. The average thickness of the layer is measured at at least five points arbitrarily selected on the photograph, and the average is taken. Next, a line is drawn in parallel to the surface direction of the prepreg at a position of 30% of the thickness of the prepreg from the surface in contact with both support plates. Quantify the area of the particles existing between the surface that was in contact with the support plate and 30% parallel lines on both sides of the prepreg, determine the area of the particles existing over the entire width of the prepreg, and take the ratio Thus, the amount of particles existing within 30% of the thickness of the prepreg from the surface of the prepreg is calculated. The quantification of the particle area can be performed by cutting out all the particle portions existing in a predetermined region from the cross-sectional photograph and measuring the weight thereof, or by image analysis. As a specific example of image analysis, a digital image editing software (Adobe Photoshop 7.0, manufactured by Adobe Corporation) is used to binarize a particle portion existing in a predetermined region from a cross-sectional photograph and quantify the area. In order to eliminate the effects of partial variations in particles, this evaluation is performed over the entire width of the obtained photo, and the same evaluation is performed for five or more arbitrarily selected photos, and the average is calculated. I need to take it.

次に、本発明のプリプレグの製造方法について説明する。本発明によるプリプレグは、炭素繊維に前記した本発明で用いられる未硬化のマトリックス樹脂を一方向に引き揃えたシート、リボン、クロス、テープなどの状態として含浸して得られる。このプリプレグは、マトリックス樹脂をメチルエチルケトン、メタノールなどの溶媒に溶解して低粘度化し、炭素繊維に含浸させるウェット法や、マトリックス樹脂組成物を加熱により低粘度化し、炭素繊維に含浸させるホットメルト法(ドライ法)などの方法により製造される。   Next, the manufacturing method of the prepreg of this invention is demonstrated. The prepreg according to the present invention is obtained by impregnating carbon fibers in the state of a sheet, ribbon, cloth, tape, or the like in which the uncured matrix resin used in the present invention is aligned in one direction. This prepreg can be prepared by dissolving the matrix resin in a solvent such as methyl ethyl ketone and methanol to lower the viscosity and impregnating the carbon fiber with a wet method, or the hot melt method in which the matrix resin composition is reduced in viscosity by heating and impregnated into the carbon fiber ( Manufactured by a method such as a dry method).

ウェット法では、炭素繊維をマトリックス樹脂を含む液体に浸漬した後、引き上げ、オーブンなどを用いて溶媒を蒸発させてプリプレグを得ることができる。   In the wet method, carbon fibers are immersed in a liquid containing a matrix resin, and then the prepreg can be obtained by pulling up and evaporating the solvent using an oven or the like.

ホットメルト法では、加熱により低粘度化したマトリックス樹脂を直接炭素繊維に含浸させる方法、あるいは一旦マトリックス樹脂を含む組成物を離型紙などの上にコーティングしたフィルムをまず作製し、次いで、炭素繊維の両側あるいは片側から該フィルムを重ね、加熱加圧することによりマトリックス樹脂を含浸させたプリプレグを製造することができる。ホットメルト法は、プリプレグ中に残留する溶媒がないため好ましい手段である。
得られる繊維強化複合材料の強度と弾性率は、炭素繊維量に大きく依存する。つまり一定量の炭素繊維を含有する場合、組合せる樹脂の量を少なくするほど、繊維強化複合材料や最終製品の性能をほぼ一定に維持したままで、製品重量を軽量化することができる。このような目的等のため、本発明におけるプリプレグ及び繊維強化複合材料全重量に対する炭素繊維の含有量は、好ましくは40〜90重量%であり、より好ましくは50〜80重量%であり、さらに好ましくは50〜70重量%である。炭素繊維の含有量が40重量%未満の場合は、軽量化効果が十分でない場合があり、90重量%を超えると樹脂量が少ないため繊維強化複合材料中にボイドが残存し、機械特性が低下する場合がある。
In the hot melt method, a film in which a matrix resin whose viscosity has been reduced by heating is directly impregnated into carbon fibers, or a film in which a composition containing the matrix resin is once coated on release paper or the like is first prepared, A prepreg impregnated with a matrix resin can be produced by stacking the film from both sides or one side and applying heat and pressure. The hot melt method is a preferable means because there is no solvent remaining in the prepreg.
The strength and elastic modulus of the resulting fiber reinforced composite material depend greatly on the amount of carbon fiber. In other words, when a certain amount of carbon fiber is contained, the weight of the product can be reduced while the performance of the fiber reinforced composite material or the final product is maintained substantially constant as the amount of the resin to be combined is reduced. For such purposes, the carbon fiber content with respect to the total weight of the prepreg and fiber-reinforced composite material in the present invention is preferably 40 to 90% by weight, more preferably 50 to 80% by weight, and still more preferably. Is 50 to 70% by weight. If the carbon fiber content is less than 40% by weight, the lightening effect may not be sufficient. If the carbon fiber content exceeds 90% by weight, the amount of resin is so small that voids remain in the fiber-reinforced composite material, resulting in poor mechanical properties. There is a case.

プリプレグに使用される炭素繊維の単位面積あたりの重量は、好ましくは10〜400g/mであり、より好ましくは100〜300g/mである。炭素繊維の単位面積あたりの重量が10g/mに満たないと、プリプレグに割れが発生しやすく、取扱性が著しく悪化する。また、炭素繊維の単位面積あたりのウ雨量が400g/mを超えると、含浸時に樹脂が厚み方向の中央部まで到達せず、未含浸部を有するプリプレグとなり、硬化時にボイドが残存し、繊維強化複合材料の物性低下を招く可能性がある。 The weight per unit area of the carbon fiber used for the prepreg is preferably 10 to 400 g / m 2 , more preferably 100 to 300 g / m 2 . If the weight per unit area of the carbon fiber is less than 10 g / m 2 , the prepreg is likely to be cracked, and the handleability is significantly deteriorated. Further, if the amount of rain per unit area of the carbon fiber exceeds 400 g / m 2 , the resin does not reach the central portion in the thickness direction when impregnated, and becomes a prepreg having an unimpregnated portion, and voids remain when cured, The physical properties of the reinforced composite material may be reduced.

本発明のプリプレグは、構成要素(D)をふくむ組成物の含浸時に粒子が炭素繊維内部まで入り込まないために、粒子が濾別された形となり、結果としてプリプレグ表面に局在化させることができる。しかしながら、含浸条件によっては、粒子のプリプレグ表面への局在化が十分でなく、繊維強化複合材料の耐衝撃性が低下する場合がある。そこで、確実に粒子をプリプレグ表面に確実に局在化させるために、二段階の樹脂含浸過程を経てプリプレグを作製することが好ましい。二段階の樹脂含浸過程とは、粒子を除いたマトリックス樹脂(ベース樹脂)組成のフィルムを離型紙上にコーティングして作製し、炭素繊維の両側あるいは片側から該フィルムを重ね、加熱加圧することにより含浸して1次プリプレグを作製する。次に、高濃度に粒子を含有したマトリックス樹脂組成のフィルムを離型紙上にコーティングして作製し、1次プリプレグの両側あるいは片側から高濃度の粒子を含有した樹脂フィルムを重ね、加熱加圧することにより粒子が確実に表面に局在化したプリプレグを作製することができる。この他に、粒子を除いたマトリックス樹脂(ベース樹脂)を炭素繊維に含浸させた後、微粒子を直接プリプレグ表面に均一に散布することで目的のプリプレグを作製することもできる。   In the prepreg of the present invention, when the composition containing the component (D) is impregnated, the particles do not penetrate into the carbon fiber, so that the particles are separated by filtration and can be localized on the prepreg surface as a result. . However, depending on the impregnation conditions, the localization of the particles on the prepreg surface may not be sufficient, and the impact resistance of the fiber-reinforced composite material may be reduced. Therefore, in order to reliably localize the particles on the prepreg surface, it is preferable to prepare the prepreg through a two-stage resin impregnation process. The two-stage resin impregnation process is a process in which a film having a matrix resin (base resin) composition excluding particles is coated on a release paper, and the film is laminated on both sides or one side of carbon fiber and heated and pressed. Impregnation to produce a primary prepreg. Next, a film of a matrix resin composition containing particles at a high concentration is coated on a release paper, and a resin film containing a high concentration of particles is stacked from both sides or one side of the primary prepreg and heated and pressed. Thus, a prepreg in which particles are reliably localized on the surface can be produced. In addition, after impregnating the carbon fiber with a matrix resin (base resin) excluding the particles, the target prepreg can be produced by evenly spraying the fine particles directly on the prepreg surface.

本発明に用いるプリプレグは、160℃におけるゲル化時間が180分以内にあることが好ましく、より好ましくは120分以内であり、さらに好ましくは90分以内である。ゲル化時間が180分を超えると、硬化に時間を要するため長時間成形が必要となる場合があったり、あるいは硬化せず繊維強化複合材料が得られない場合がある。   The prepreg used in the present invention preferably has a gelation time at 160 ° C. within 180 minutes, more preferably within 120 minutes, and even more preferably within 90 minutes. If the gelation time exceeds 180 minutes, it may take a long time to cure, and may require long molding, or may not be cured and a fiber-reinforced composite material may not be obtained.

以下、実施例によって本発明をより具体的に説明する。実施例で用いた樹脂原料、プリプレグ及び繊維強化複合材料の作製方法、衝撃後圧縮強度及びゲル化時間の評価方法を以下に示す。各実施例で用いた樹脂組成物の組成、衝撃後圧縮強度、及びゲル化時間の結果は、表1に纏めて示した。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. The methods for preparing the resin raw materials, prepregs and fiber reinforced composite materials used in the examples, and the evaluation methods of the compressive strength after impact and the gelation time are shown below. The composition of the resin composition used in each example, the compressive strength after impact, and the gelation time results are summarized in Table 1.

<樹脂原料>
マトリックス樹脂組成物の調製には次の市販品及び試薬から選択したものを用いた。
(1)カチオン重合性化合物
・“エポトート(登録商標)”YD128(東都化成(株)製):ビスフェノールA型エポキシ樹脂
・“エピクロン(登録商標)”EXA−1514(大日本インキ(株)製):ビスフェノールS型エポキシ樹脂
・NC−3000(日本化薬(株)製):ビフェニルノボラック型エポキシ樹脂
(2)熱可塑性樹脂
・“スミカエクセル(登録商標)”5003P(住友化学(株)製):ポリエーテルスルホン
・“ウルテム(登録商標)”1010(ジェネラル・エレクトリック(株)製):ポリエーテルイミドCM4000(東レ(株)製):ポリアミド
(3)カチオン重合開始剤
・“ロードシル(登録商標)”2074(ローディアジャパン(株)製):一般式(2)
で表されるヨードニウム塩化合物。
・NAI−100(みどり化学(株)製):スルホン酸エステル
(4)有機粒子
・“スミカエクセル(登録商標)”5003P(住友化学(株)製):ポリエーテルスルホン(体積平均粒径13μm、45μm、180μmの計3種類)
・“ウルテム(登録商標)”1010(ジェネラル・エレクトリック(株)製):ポリエーテルイミド(体積平均粒径37μm)
・“ウルトラゾーン(登録商標)”S3010(BASFエンジニアリングプラスチックス(株)製):ポリスルホン(体積平均粒径46μm)
・“オルガソール(登録商標)”2002(日本リルサン(株)製):ポリアミド(体積平均粒径12μm)
・ SP−500(東レ(株)製):ポリアミド(体積平均粒径5μm)
<プリプレグの作製>
表1に示すマトリックス樹脂組成物について、実施例1〜7、ならびに比較例5〜6については、有機粒子を除くベース樹脂を調製し、ナイフコーターを用いて樹脂の単位面積あたりの重量31g/mで離型紙上にコーティングし、樹脂フィルムを作製した。この樹脂フィルムを一方向に引き揃えた炭素繊維(単位面積あたりの重量190g/m)の両側に重ね合せてヒートロールを用い、加熱加圧しながらマトリックス樹脂組成物を含浸させ、一次プリプレグを得た。次に、最終的なプリプレグのマトリックス樹脂組成が表1の配合量になるように、有機粒子を加えて調製したマトリックス樹脂組成物で、ナイフコーターを用いて単位面積あたりの重量21g/mで離型紙上にコーティングし、樹脂フィルムを作製した。この樹脂フィルムを一次プリプレグの両側に重ね合せてヒートロールを用い、加熱加圧しながら樹脂を含浸させ、目的のプリプレグを得た。
<Resin raw material>
For the preparation of the matrix resin composition, those selected from the following commercially available products and reagents were used.
(1) Cationic polymerizable compound “Epototo (registered trademark)” YD128 (manufactured by Toto Kasei Co., Ltd.): Bisphenol A type epoxy resin “Epiclon (registered trademark)” EXA-1514 (produced by Dainippon Ink Co., Ltd.) : Bisphenol S type epoxy resin NC-3000 (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.): Biphenyl novolac type epoxy resin (2) Thermoplastic resin “Sumika Excel (registered trademark)” 5003P (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.): Polyethersulfone “Ultem (registered trademark)” 1010 (manufactured by General Electric Co., Ltd.): Polyetherimide CM4000 (manufactured by Toray Industries, Inc.): Polyamide (3) Cationic polymerization initiator “Lordsil (registered trademark)” 2074 (manufactured by Rhodia Japan): General formula (2)
The iodonium salt compound represented by these.
NAI-100 (manufactured by Midori Kagaku Co., Ltd.): sulfonic acid ester (4) organic particles “Sumika Excel (registered trademark)” 5003P (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.): Polyethersulfone (volume average particle size 13 μm, 3 types (45μm and 180μm)
“Ultem (registered trademark)” 1010 (manufactured by General Electric Co., Ltd.): polyetherimide (volume average particle diameter: 37 μm)
"Ultrazone (registered trademark)" S3010 (manufactured by BASF Engineering Plastics): Polysulfone (volume average particle size 46 μm)
"Orgasol (registered trademark)" 2002 (manufactured by Nippon Rilsan Co., Ltd.): Polyamide (volume average particle size 12 μm)
SP-500 (manufactured by Toray Industries, Inc.): polyamide (volume average particle size 5 μm)
<Preparation of prepreg>
About Examples 1-7 and Comparative Examples 5-6 about the matrix resin composition shown in Table 1, the base resin except an organic particle is prepared, and the weight per unit area of resin is 31 g / m using a knife coater. 2 was coated on release paper to prepare a resin film. This resin film is superimposed on both sides of carbon fiber (weight per unit area 190 g / m 2 ) which is aligned in one direction, and a heat roll is used to impregnate the matrix resin composition while heating and pressing to obtain a primary prepreg. It was. Next, a matrix resin composition prepared by adding organic particles so that the final matrix resin composition of the prepreg is as shown in Table 1, using a knife coater at a weight of 21 g / m 2 per unit area. A release film was coated to prepare a resin film. This resin film was superposed on both sides of the primary prepreg, and a heat roll was used to impregnate the resin while heating and pressing to obtain the desired prepreg.

実施例8については、表1に示すマトリックス樹脂組成物を調製し、炭素繊維(単位面積あたりの重量190g/m)に含浸させ、含浸過程で炭素繊維で侵入を遮断せしめてプリプレグの表面に有機粒子を局在化させてプリプレグを得た。 For Example 8, a matrix resin composition shown in Table 1 was prepared, impregnated into carbon fibers (weight per unit area 190 g / m 2 ), and the infiltration process was blocked by carbon fibers during the impregnation process. Organic particles were localized to obtain a prepreg.

比較例1〜4については、表1に示すマトリックス樹脂組成物を調製し、ナイフコーターを用いて単位面積あたりの重量52g/mで離型紙上にコーティングし、樹脂フィルムを作製した。この樹脂フィルムを一方向に引き揃えた炭素繊維(単位面積あたりの重量190g/m)の両側に重ね合せてヒートロールを用い、加熱加圧しながらマトリックス樹脂を含浸させ、目的のプリプレグを得た。さらに、比較例4については、最終的なプリプレグのマトリックス樹脂組成が表1の配合量になるように、有機粒子を前記プリプレグ片面に散布した。 About Comparative Examples 1-4, the matrix resin composition shown in Table 1 was prepared, and it coated on the release paper with the weight per unit area 52g / m < 2 > using the knife coater, and produced the resin film. This resin film was superimposed on both sides of carbon fibers (weight per unit area 190 g / m 2 ) that were aligned in one direction, and a heat roll was used to impregnate the matrix resin while heating and pressing to obtain the desired prepreg. . Further, for Comparative Example 4, organic particles were sprayed on one side of the prepreg so that the final matrix resin composition of the prepreg would be the amount shown in Table 1.

ここで、炭素繊維は、“トレカ(登録商標)”T700G(東レ(株)製、引張弾性率:240GPa、引張強度:4.9GPa、フィラメント数:24000、密度:1.80g/cm)を用いた。 Here, the carbon fiber is “Torayca (registered trademark)” T700G (manufactured by Toray Industries, Inc., tensile elastic modulus: 240 GPa, tensile strength: 4.9 GPa, number of filaments: 24000, density: 1.80 g / cm 2 ). Using.

<30%深さ範囲の粒子存在率>
プリプレグを2枚の表面の平滑なフッ素樹脂板(たとえば、“テフロン(登録商標)”板)間に挟持して密着させ、220℃にて一瞬でゲル化させ、その後100℃にて硬化させ板状の樹脂硬化物を作製する。硬化後、密着面と垂直な方向から切断し、その断面を研磨後、光学顕微鏡で200倍以上に拡大して、プリプレグの上下面が視野内に納まるようにして写真撮影する。同様な操作により、断面写真の横方向の5ヵ所でフッ素樹脂板間の間隔を測定し、その平均値(n=5)をプリプレグの厚さとする。次に、両方の支持板に接していた面からプリプレグの厚みの30%の位置にプリプレグの面方向と平行に線を引く。次に、プリプレグの表面と上記線との間に存在する微粒子の合計面積と、プリプレグの厚みに渡って存在する微粒子の合計面積を求め、プリプレグの厚さ100%に対して、プリプレグの表面から30%の深さの範囲に存在する微粒子の存在率を計算する。ここで、微粒子の合計面積は、断面写真から微粒子部分を刳り抜き、その重量から換算して求める。
<Particle abundance in 30% depth range>
The prepreg is sandwiched between two smooth fluororesin plates (for example, “Teflon (registered trademark)” plate) and closely adhered, gelled at 220 ° C., and then cured at 100 ° C. A cured resin product is produced. After curing, cut from the direction perpendicular to the contact surface, polish the cross section, enlarge it 200 times or more with an optical microscope, and take a picture so that the upper and lower surfaces of the prepreg are within the field of view. By the same operation, the distance between the fluororesin plates is measured at five points in the horizontal direction of the cross-sectional photograph, and the average value (n = 5) is taken as the thickness of the prepreg. Next, a line is drawn in parallel to the surface direction of the prepreg at a position of 30% of the thickness of the prepreg from the surface in contact with both support plates. Next, the total area of the fine particles existing between the surface of the prepreg and the above line and the total area of the fine particles existing over the thickness of the prepreg are obtained, and the thickness of the prepreg is 100% from the surface of the prepreg. The abundance ratio of the fine particles existing in the depth range of 30% is calculated. Here, the total area of the fine particles is obtained by cutting out the fine particle portion from the cross-sectional photograph and converting from the weight.

<繊維強化複合材料の衝撃後圧縮強度>
上記した方法により作製した一方向プリプレグを(+45/0/−45/90)3sの構成で積層し、オートクレーブにて、180℃の温度で2時間、0.59MPaの圧力下、昇温速度1.5℃/分で成型して繊維強化複合材料を作製した。この繊維強化複合材料について、JIS K7089(1996)に従い、0°方向が6インチ、90°方向が4インチの長方形に切り出し、その中央に落下高さ571mmで、270インチ・ポンドの落錘衝撃を与え、衝撃後圧縮強度を求めた。かかる衝撃後圧縮強度は、5個の試料について測定し、その平均衝撃後圧縮強度を求めた。また、測定については、室温乾燥状態(25℃±2℃、相対湿度50%)で行った。
<Compressive strength after impact of fiber reinforced composite material>
The unidirectional prepreg produced by the above-described method is laminated in a configuration of (+ 45/0 / −45 / 90) 3 s, and heated in an autoclave at a temperature of 180 ° C. for 2 hours under a pressure of 0.59 MPa and a heating rate of 1 A fiber reinforced composite material was produced by molding at 5 ° C./min. According to JIS K7089 (1996), this fiber reinforced composite material was cut into a rectangle of 6 inches in the 0 ° direction and 4 inches in the 90 ° direction, with a drop height impact of 270 inch pounds at a fall height of 571 mm. And the compressive strength after impact was determined. The compression strength after impact was measured for five samples, and the average compression strength after impact was determined. Further, the measurement was performed in a room temperature dry state (25 ° C. ± 2 ° C., relative humidity 50%).

<ゲル化時間>
プリプレグの160℃におけるゲル化時間は、マトリックス樹脂組成物のゲル化時間を測定することで代用し、粘弾性測定装置(APA2000、アルファテクノロジーズ社製)を用い、以下のようにして測定した。まず、温度を160℃に設定した粘弾性測定装置に、表1に示す未硬化のマトリックス樹脂組成物を注入し、マトリックス樹脂組成物の時間−トルク値曲線を測定した。ここで、時間−トルク値曲線とは、横軸に時間、縦軸にトルク値をとり、得られる曲線をいう。このようにして測定された代表的なマトリックス樹脂組成物の加熱時間−トルク値曲線を図1に例示する。本発明では、マトリックス樹脂組成物の注入した時間を0分とし、図1に例示されるごとく、トルク値が1[dN・m]になる時間をゲル化時間とした。
<Gelification time>
The gelation time of the prepreg at 160 ° C. was measured by measuring the gelation time of the matrix resin composition, and was measured as follows using a viscoelasticity measuring device (APA2000, manufactured by Alpha Technologies). First, an uncured matrix resin composition shown in Table 1 was injected into a viscoelasticity measuring apparatus whose temperature was set to 160 ° C., and a time-torque value curve of the matrix resin composition was measured. Here, the time-torque value curve refers to a curve obtained by taking time on the horizontal axis and torque values on the vertical axis. A heating time-torque value curve of a typical matrix resin composition thus measured is illustrated in FIG. In the present invention, the time during which the matrix resin composition was injected was 0 minute, and the time when the torque value was 1 [dN · m] as shown in FIG.

<測定結果>
表1に示すとおり、実施例1〜9は、比較例1〜2、4〜5と比較していずれも衝撃後圧縮強度が優れていることが分かった。比較例3は、160℃におけるゲル化時間が180分を超え、プリプレグが硬化せず、衝撃後圧縮強度を測定することができなかった。比較例6については、プリプレグ硬化時、樹脂の暴走反応が起きたため、繊維強化複合材料を作製できず、衝撃後圧縮強度を測定することができなかった。
<Measurement results>
As shown in Table 1, it turned out that Examples 1-9 are excellent in compressive strength after impact compared with Comparative Examples 1-2, 4-5. In Comparative Example 3, the gelation time at 160 ° C. exceeded 180 minutes, the prepreg was not cured, and the compression strength after impact could not be measured. For Comparative Example 6, since a resin runaway reaction occurred during prepreg curing, a fiber-reinforced composite material could not be produced, and the compressive strength after impact could not be measured.

Figure 2007119603
Figure 2007119603

本発明に係るプリプレグは、特に航空機部材、衛星、ロケット、宇宙往還機などの宇宙機部材及び自動車部材などに好適に用いられる。   The prepreg according to the present invention is particularly suitably used for spacecraft members such as aircraft members, satellites, rockets, spacecrafts, and automobile members.

代表的なマトリックス樹脂組成物の加熱時間−トルク値曲線図である。It is a heating time-torque value curve figure of a typical matrix resin composition.

Claims (8)

少なくとも次の構成要素(A)、(B)、(C)、(D)を含むプリプレグであって、構成要素(B)100重量部に対して、構成要素(C)を0.01〜20重量部含み、構成要素(D)がプリプレグ中に1〜20重量%存在し、プリプレグの内部よりも表面に高濃度に分布するプリプレグ。
(A)炭素繊維
(B)カチオン重合性化合物
(C)ルイス酸のオニウム塩
(D)有機粒子
A prepreg containing at least the following components (A), (B), (C), and (D), wherein 0.01 to 20 components (C) is added to 100 parts by weight of the component (B). A prepreg containing 1 part by weight, the component (D) being present in the prepreg in an amount of 1 to 20% by weight and being distributed at a higher concentration on the surface than in the prepreg.
(A) Carbon fiber (B) Cationic polymerizable compound (C) Onium salt of Lewis acid (D) Organic particles
構成要素(C)が、ルイス酸のスルホニウム塩及び/またはルイス酸のヨードニウム塩である請求項1に記載のプリプレグ。   The prepreg according to claim 1, wherein the component (C) is a sulfonium salt of Lewis acid and / or an iodonium salt of Lewis acid. 構成要素(B)100重量部に対して、構成要素(C)を、0.1〜10重量部含む請求項1〜2のいずれかに記載のプリプレグ。   The prepreg in any one of Claims 1-2 which contain 0.1-10 weight part of components (C) with respect to 100 weight part of components (B). 構成要素(D)が、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー及びエラストマーからなる群より選ばれた1種以上の粒子である請求項1〜3のいずれかに記載のプリプレグ。   The prepreg according to any one of claims 1 to 3, wherein the constituent element (D) is one or more kinds of particles selected from the group consisting of a thermoplastic resin, a thermoplastic elastomer and an elastomer. 構成要素(D)が、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリチオエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルスルホン、ポリフェニルスルホン、ポリイミド、及びポリエーテルイミドからなる群から選ばれた1種以上の粒子である請求項4に記載のプリプレグ。   The constituent element (D) is one or more kinds of particles selected from the group consisting of polysulfone, polyethersulfone, polythioethersulfone, polyetherethersulfone, polyphenylsulfone, polyimide, and polyetherimide. The prepreg as described. 構成要素(D)の体積平均粒径が0.1〜150μmの範囲である請求項1〜5のいずれかに記載のプリプレグ。   The prepreg according to any one of claims 1 to 5, wherein the volume average particle diameter of the component (D) is in the range of 0.1 to 150 µm. 構成要素(D)の90%以上が、プリプレグの表面からの厚さの30%以内に局在化している請求項1〜6のいずれかに記載のプリプレグ。   The prepreg according to any one of claims 1 to 6, wherein 90% or more of the component (D) is localized within 30% of the thickness from the surface of the prepreg. 160℃でのゲル化時間が180分以内にある請求項1〜7のいずれかに記載のプリプレグ。   The prepreg according to any one of claims 1 to 7, wherein the gelation time at 160 ° C is within 180 minutes.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008146386A1 (en) * 2007-05-31 2008-12-04 Toray Industries, Inc. Intermediate for carbon-fiber-reinforced composite material
WO2011043288A1 (en) 2009-10-08 2011-04-14 三菱重工業株式会社 Chain curing resin composition and fiber-reinforced composite material
JP2012167282A (en) * 2006-08-07 2012-09-06 Toray Ind Inc Prepreg and carbon fiber-reinforced composite material
JP2012521457A (en) * 2009-03-25 2012-09-13 ヘンケル・アクチェンゲゼルシャフト・ウント・コムパニー・コマンディットゲゼルシャフト・アウフ・アクチェン Manufacturing method of fibrous composite material
JP2016180677A (en) * 2015-03-24 2016-10-13 住友ベークライト株式会社 Filler impregnation ratio evaluation method, filler impregnation ratio evaluation device and computer program

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012167282A (en) * 2006-08-07 2012-09-06 Toray Ind Inc Prepreg and carbon fiber-reinforced composite material
JP2012197447A (en) * 2006-08-07 2012-10-18 Toray Ind Inc Epoxy resin composition for carbon fiber-reinforced composite material, prepreg and carbon fiber-reinforced composite material
WO2008146386A1 (en) * 2007-05-31 2008-12-04 Toray Industries, Inc. Intermediate for carbon-fiber-reinforced composite material
JP2012521457A (en) * 2009-03-25 2012-09-13 ヘンケル・アクチェンゲゼルシャフト・ウント・コムパニー・コマンディットゲゼルシャフト・アウフ・アクチェン Manufacturing method of fibrous composite material
WO2011043288A1 (en) 2009-10-08 2011-04-14 三菱重工業株式会社 Chain curing resin composition and fiber-reinforced composite material
US9416219B2 (en) 2009-10-08 2016-08-16 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Chain curing resin composition and fiber-reinforced composite material
JP2016180677A (en) * 2015-03-24 2016-10-13 住友ベークライト株式会社 Filler impregnation ratio evaluation method, filler impregnation ratio evaluation device and computer program

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