JP2011213991A - Carbon fiber-reinforced composite material - Google Patents

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和洋 畑中
Junko Kawasaki
順子 川崎
Hiroshi Taiko
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a carbon fiber-reinforced composite material having both of excellent impact resistance and electrical conductivity.SOLUTION: The carbon fiber-reinforced composite material is produced by layering and curing two or more prepregs comprising at least carbon fibers [A], a thermosetting resin [B], thermoplastic resin particles [C], and conductive particles [D] with a particle diameter fluctuation factor of 5% or less; and between the layers of the carbon fibers [A] in the carbon fiber-reinforced composite material, 30% or more in number of the conductive particles [D] are brought into contact with each of the carbon fibers [A]. Alternatively, the carbon fiber-reinforced composite material comprises: at least carbon fibers [A]; a thermosetting resin [B]; thermoplastic resin particles [C]; and conductive particles [D] with a particle diameter fluctuation factor of 5% or less, and between the layers of the carbon fibers [A] in the carbon fiber-reinforced composite material, 30% or more in number of the conductive particles [D] are brought into contact with each of the carbon fibers [A].

Description

本発明は、優れた力学特性と導電性を兼ね備えた炭素繊維強化複合材料に関するものである。   The present invention relates to a carbon fiber reinforced composite material having both excellent mechanical properties and conductivity.

炭素繊維強化複合材料は、強度、剛性および導電性等に優れていることから有用であり、航空機構造部材、風車の羽根、自動車外板およびICトレイやノートパソコンの筐体(ハウジング)などのコンピュータ用途等に広く展開され、その需要は年々増加しつつある。   Carbon fiber reinforced composite materials are useful because they are excellent in strength, rigidity, electrical conductivity, etc., and are useful for computers such as aircraft structural members, windmill blades, automobile skins, and IC trays and notebook computer housings (housings). Widely used in applications, the demand is increasing year by year.

炭素繊維強化複合材料は、強化繊維である炭素繊維とマトリックス樹脂を必須の構成要素とするプリプレグを成形してなる不均一材料をその一態様としており、その場合、強化繊維の配列方向の物性とそれ以外の方向の物性に大きな差が存在することになる。例えば、落錘衝撃に対する抵抗性で示される耐衝撃性は、炭素繊維強化複合材料の層間の板端剥離強度等で定量される層間剥離強度によって支配されるため、強化繊維の強度を向上させるのみでは、抜本的な改良に結びつかないことが知られている。特に、熱硬化性樹脂をマトリックス樹脂とする炭素繊維強化複合材料は、マトリックス樹脂の低い靭性を反映し、強化繊維の配列方向以外からの応力に対し、破壊され易い性質を持っている。そのため、強化繊維の配列方向以外からの応力に対応することができる炭素繊維強化複合材料物性の改良を目的に、種々の技術が提案されている。   The carbon fiber reinforced composite material has, as one aspect thereof, a non-uniform material formed by molding a prepreg having carbon fibers that are reinforcing fibers and a matrix resin as essential constituent elements. There will be a large difference in physical properties in other directions. For example, the impact resistance shown by the resistance to falling weight impact is governed by the delamination strength determined by the plate edge delamination strength between the layers of the carbon fiber reinforced composite material, so it only improves the strength of the reinforcing fibers. Then, it is known that it does not lead to drastic improvement. In particular, a carbon fiber reinforced composite material using a thermosetting resin as a matrix resin reflects the low toughness of the matrix resin, and has a property of being easily broken by stress from other than the direction in which the reinforcing fibers are arranged. Therefore, various techniques have been proposed for the purpose of improving the physical properties of the carbon fiber reinforced composite material that can cope with stresses from other than the direction in which the reinforcing fibers are arranged.

その中の一つに、表面部分に樹脂微粒子を分散させたプリプレグが提案されている。例えば、ナイロン等の熱可塑性樹脂からなる樹脂微粒子を部分表面に分散させたプリプレグを用いて、耐熱性の良好な高靭性複合材料を与える技術が提案されている(特許文献1参照)。また別に、ポリスルホンオリゴマー添加により靭性が改良されたマトリックス樹脂と熱硬化性樹脂からなる樹脂微粒子との組み合わせによって、炭素繊維強化複合材料に高度の靭性を発現させる技術が提案されている(特許文献2参照)。   As one of them, a prepreg in which resin fine particles are dispersed in a surface portion has been proposed. For example, a technique for providing a high-toughness composite material with good heat resistance using a prepreg in which resin fine particles made of a thermoplastic resin such as nylon are dispersed on a partial surface has been proposed (see Patent Document 1). In addition, a technique has been proposed in which a high degree of toughness is expressed in a carbon fiber reinforced composite material by combining a matrix resin whose toughness has been improved by adding a polysulfone oligomer and resin fine particles made of a thermosetting resin (Patent Document 2). reference).

ところが、これらの技術は、高度な耐衝撃性を与える一方で層間に絶縁層となる樹脂層を生じることになる。そのため、炭素繊維強化複合材料の特徴の一つである導電性のうち、厚み方向の導電性が著しく劣るという欠点があり、炭素繊維強化複合材料において優れた耐衝撃性と導電性とを両立することは困難であった。   However, these technologies give a resin layer that becomes an insulating layer between layers while providing high impact resistance. Therefore, among the conductivity that is one of the characteristics of the carbon fiber reinforced composite material, there is a disadvantage that the conductivity in the thickness direction is extremely inferior, and the carbon fiber reinforced composite material has both excellent impact resistance and conductivity. It was difficult.

そこで、層間の導電性を向上させる方法として、予めマトリックス樹脂に金属粒子やカーボン粒子(特許文献3参照)などの導電性粒子を配合させる方法や、予めマトリックス樹脂に導電性フィルム(特許文献4参照)を配合させる方法が考えられるが、これらの方法は高度な導電性と耐衝撃性との両立を十分満足できるものではなく、層間の設計が困難であった。   Therefore, as a method for improving the conductivity between layers, a method in which conductive particles such as metal particles and carbon particles (see Patent Document 3) are mixed in advance with a matrix resin, or a conductive film in a matrix resin (see Patent Document 4). ) Can be considered, but these methods do not sufficiently satisfy both of high conductivity and impact resistance, and the interlayer design is difficult.

また、マトリックス樹脂と導電性粒子の接着性を改良する方法として、シランカップリング剤を用いる方法(特許文献5参照)があるが、この方法も高度な導電性と耐衝撃性との両立を十分満足できるものではなかった。   In addition, as a method for improving the adhesion between the matrix resin and the conductive particles, there is a method using a silane coupling agent (see Patent Document 5). This method is also sufficient to achieve both high conductivity and impact resistance. It was not satisfactory.

米国特許第5,028,478号明細書US Pat. No. 5,028,478 特開平3−26750号公報JP-A-3-26750 特開2008−231395号公報JP 2008-231395 A 特開2009−062473号公報JP 2009-062473 A 特開2009−074075号公報JP 2009-077405 A

そこで本発明の目的は、優れた耐衝撃性等の力学特性と導電性を兼ね備えた炭素繊維強化複合材料を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a carbon fiber reinforced composite material that has excellent mechanical properties such as impact resistance and conductivity.

本発明は、上記目的を達成するために次のいずれかの構成を有するものである。   In order to achieve the above object, the present invention has any one of the following configurations.

すなわち、少なくとも[A]炭素繊維、[B]熱硬化性樹脂、[C]熱可塑性樹脂の粒子、[D]導電性の粒子を含み、[D]導電性の粒子の粒径の変動係数が5%以下であるプリプレグを2枚以上積層し、硬化してなる炭素繊維強化複合材料であって、該炭素繊維強化複合材料の[A]炭素繊維の層間で30%以上の個数の[D]導電性の粒子がそれぞれの[A]炭素繊維と接触していることを特徴とする炭素繊維強化複合材料である。   That is, it includes at least [A] carbon fiber, [B] thermosetting resin, [C] thermoplastic resin particles, and [D] conductive particles, and [D] coefficient of variation of the particle diameter of the conductive particles. A carbon fiber reinforced composite material obtained by laminating and curing two or more prepregs of 5% or less, and [D] having a number of 30% or more between the [A] carbon fiber layers of the carbon fiber reinforced composite material. The carbon fiber reinforced composite material, wherein the conductive particles are in contact with the respective [A] carbon fibers.

本発明の炭素繊維強化複合材料の好ましい態様によれば、[D]導電性の粒子がプリプレグの表面側に偏在していることである。   According to a preferred embodiment of the carbon fiber reinforced composite material of the present invention, [D] conductive particles are unevenly distributed on the surface side of the prepreg.

また、本発明の炭素繊維強化複合材料の好ましい態様によれば、[D]導電性の粒子が、[B]熱硬化性樹脂と[C]熱可塑性樹脂の粒子と[D]導電性の粒子の総和に対して0.01〜50質量%である。   Moreover, according to the preferable aspect of the carbon fiber reinforced composite material of this invention, [D] electroconductive particle is [B] thermosetting resin, [C] thermoplastic resin particle, and [D] electroconductive particle. 0.01 to 50% by mass with respect to the total of the above.

また、本発明の炭素繊維強化複合材料の好ましい態様によれば、[D]導電性の粒子が、カーボン粒子、無機材料の核または芯が導電性の物質で被覆されてなる粒子、および有機材料の核または芯が導電性の物質で被覆されてなる導電性の粒子からなる群から選ばれた少なくとも一種である。   According to a preferred embodiment of the carbon fiber reinforced composite material of the present invention, [D] conductive particles are carbon particles, particles in which the core or core of an inorganic material is coated with a conductive substance, and organic materials At least one selected from the group consisting of conductive particles in which the cores or cores are coated with a conductive substance.

また、本発明の炭素繊維強化複合材料の好ましい態様によれば、前記導電性の物質が、白金、金、銀、銅、ニッケル、チタン、コバルト、パラジウム、錫、亜鉛、鉄、クロム、アルミニウムおよび炭素からなる群から選ばれた少なくとも一種を含んでなる。   According to a preferred aspect of the carbon fiber reinforced composite material of the present invention, the conductive substance is platinum, gold, silver, copper, nickel, titanium, cobalt, palladium, tin, zinc, iron, chromium, aluminum, and It comprises at least one selected from the group consisting of carbon.

また、本発明の炭素繊維強化複合材料の別の態様によれば、少なくとも[A]炭素繊維、[B]熱硬化性樹脂、[C]熱可塑性樹脂の粒子、[D]導電性の粒子を含む炭素繊維強化複合材料であって、[D]導電性の粒子の粒径の変動係数が5%以下であり、かつ、30%以上の個数の[D]導電性の粒子が炭素繊維強化複合材料の[A]炭素繊維の層間でそれぞれの[A]炭素繊維と接触していることである。   According to another aspect of the carbon fiber reinforced composite material of the present invention, at least [A] carbon fiber, [B] thermosetting resin, [C] thermoplastic resin particles, and [D] conductive particles. A carbon fiber reinforced composite material comprising [D] conductive particles having a coefficient of variation of particle size of 5% or less and a number of [D] conductive particles of 30% or more. It is contacting with each [A] carbon fiber between the layers of [A] carbon fiber of material.

かかる炭素繊維強化複合材料により、280MPa以上の衝撃後圧縮強度を維持しつつも、1.0×10Ωcm以下の体積固有抵抗が実現される。 With such a carbon fiber reinforced composite material, a volume resistivity of 1.0 × 10 3 Ωcm or less is realized while maintaining a compressive strength after impact of 280 MPa or more.

本発明では、用いられるプリプレグに粒径の変動係数が5%以下である導電性の粒子を含むことで、それを硬化して得られる炭素繊維強化複合材料に、また、炭素繊維強化複合材料に粒径の変動係数が5%以下である導電性の粒子を含むことで、その炭素繊維強化複合材料に優れた耐衝撃性と導電性とを兼ね備えさせることができる。また、本発明は、用いられるプリプレグないし炭素繊維強化複合材料に含まれる導電性の粒子の粒径の変動係数が5%以下であるため、30%以上の個数の導電性の粒子が炭素繊維強化複合材料の炭素繊維の層間でそれぞれの炭素繊維と接触し、それにより優れた導電性を示す。すなわち、従来技術では、耐衝撃性が高いと導電性が低く、また、導電性が高いと耐衝撃性に劣る炭素繊維強化複合材料しか得られなかったが、本発明により、優れた耐衝撃性と導電性とを兼ね備えた炭素繊維強化複合材料が得られる。   In the present invention, the prepreg used contains conductive particles having a coefficient of variation of particle size of 5% or less, so that the carbon fiber reinforced composite material obtained by curing the conductive particles, or the carbon fiber reinforced composite material. By including conductive particles having a coefficient of variation of particle size of 5% or less, the carbon fiber reinforced composite material can have both excellent impact resistance and conductivity. In the present invention, since the coefficient of variation of the particle size of the conductive particles contained in the prepreg or carbon fiber reinforced composite material used is 5% or less, the number of conductive particles of 30% or more is reinforced with carbon fiber. It contacts each carbon fiber between the carbon fiber layers of the composite material, thereby exhibiting excellent conductivity. That is, in the prior art, if the impact resistance is high, the conductivity is low, and if the conductivity is high, only a carbon fiber reinforced composite material that is inferior in impact resistance can be obtained. And a carbon fiber reinforced composite material having both conductivity and conductivity.

また、本発明の炭素繊維強化複合材料は、優れた耐衝撃性と導電性とを兼ね備えているので、航空機の部材の他、テニスラケットやゴルフシャフトなどのスポーツ用品、自動車のバンパーやドアなどの外板部材、およびシャシーやフロントサイドメンバなど自動車の構造部材、風車の羽根などに好ましく適用することができる。   In addition, since the carbon fiber reinforced composite material of the present invention has both excellent impact resistance and conductivity, in addition to aircraft components, sports equipment such as tennis rackets and golf shafts, automobile bumpers and doors, etc. The present invention can be preferably applied to outer plate members, automobile structural members such as chassis and front side members, and blades of windmills.

本発明者らは、炭素繊維、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂の粒子、導電性の粒子からなる炭素繊維強化複合材料の導電性メカニズムを追及した結果、粒径の変動係数が5%以下である導電性の粒子を配合したプリプレグを2枚以上積層し、硬化してなる炭素繊維強化複合材料の炭素繊維の層間で、30%以上の個数の導電性の粒子がそれぞれの炭素繊維と接触してなる炭素繊維強化複合材料が、優れた耐衝撃性と導電性とを高いレベルで兼ね備えることを明らかにし、本発明に到達したものである。以下、本発明を詳細に説明する。   As a result of pursuing the conductive mechanism of the carbon fiber reinforced composite material composed of carbon fiber, thermosetting resin, thermoplastic resin particles, and conductive particles, the inventors have found that the coefficient of variation in particle size is 5% or less. At least 30% of the conductive particles are in contact with each carbon fiber between the carbon fiber layers of the carbon fiber reinforced composite material obtained by laminating and curing two or more prepregs containing certain conductive particles. It has been clarified that the carbon fiber reinforced composite material has excellent impact resistance and conductivity at a high level, and the present invention has been achieved. Hereinafter, the present invention will be described in detail.

本発明の炭素繊維強化複合材料は、いずれも[A]炭素繊維、[B]熱硬化性樹脂、[C]熱可塑性樹脂の粒子、[D]導電性の粒子を含んでいる。   Each of the carbon fiber reinforced composite materials of the present invention includes [A] carbon fiber, [B] thermosetting resin, [C] thermoplastic resin particles, and [D] conductive particles.

本発明で用いられる[A]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、より高い導電性を発現することから、少なくとも280GPaの引張弾性率を有する炭素繊維であることが好ましい。また、耐衝撃性との両立の点から高くとも440GPaの引張弾性率を有する炭素繊維であることが好ましい。また、耐衝撃性の観点からは耐衝撃性に優れ、高い剛性および機械強度を有する炭素繊維強化複合材料が得られることから、引張強度が好ましくは4.4〜6.5GPaであり、一方、引張伸度も重要な要素であり1.7〜2.3%の高強度高伸度炭素繊維であることが好ましい。従って、高い導電性および耐衝撃性を両立する点から、引張弾性率が少なくとも280GPaであり、引張強度が少なくとも4.4GPaであり 、引張伸度が少なくとも1.7%であるという特性を兼ね備えた炭素繊維が最も適している。引張弾性率、引張強度および引張伸度は、JIS R7601−1986年に記載されるストランド引張試験により測定することができる。   [A] The carbon fiber used in the present invention can be any type of carbon fiber depending on the application, but it exhibits higher conductivity, and therefore has a tensile elastic modulus of at least 280 GPa. It is preferable that Moreover, it is preferable that it is a carbon fiber which has a tensile elasticity modulus of 440 GPa at the maximum from the point of coexistence with impact resistance. In addition, from the viewpoint of impact resistance, a carbon fiber reinforced composite material having excellent impact resistance and high rigidity and mechanical strength is obtained, so that the tensile strength is preferably 4.4 to 6.5 GPa, The tensile elongation is also an important factor, and is preferably a high-strength, high-strength carbon fiber of 1.7 to 2.3%. Therefore, from the point of achieving both high conductivity and impact resistance, the tensile elastic modulus is at least 280 GPa, the tensile strength is at least 4.4 GPa, and the tensile elongation is at least 1.7%. Carbon fiber is most suitable. The tensile modulus, tensile strength and tensile elongation can be measured by a strand tensile test described in JIS R7601-1986.

本発明で用いられる[A]炭素繊維は、次のようにして製造することができる。まず、アクリル系の炭素繊維の場合、炭素繊維の前駆体として、アクリロニトリルが90質量%以上でアクリロニトリルと共重合可能なモノマーが10質量%未満の構成であるポリアクリロニトリル系共重合体からなる前駆体繊維束を使用することが好ましい。上記の共重合可能なモノマーとしては、例えば、アクリル酸、メタアクリル酸、イタコン酸またはこれらのメチルエステル、プロピルエステル、ブチルエステル、アルカリ金属塩、アンモニウム塩、アリルスルホン酸、メタリルスルホン酸、スチレンスルホン酸およびこれらのアルカリ金属塩からなるグループから選ばれた少なくとも1種を用いることが可能である。   The [A] carbon fiber used in the present invention can be produced as follows. First, in the case of an acrylic carbon fiber, a precursor made of a polyacrylonitrile copolymer having a constitution in which acrylonitrile is 90% by mass or more and a monomer copolymerizable with acrylonitrile is less than 10% by mass as a carbon fiber precursor. It is preferable to use fiber bundles. Examples of the copolymerizable monomer include acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid or their methyl ester, propyl ester, butyl ester, alkali metal salt, ammonium salt, allyl sulfonic acid, methallyl sulfonic acid, and styrene. At least one selected from the group consisting of sulfonic acids and alkali metal salts thereof can be used.

このポリアクリロニトリル系前駆体繊維束は、単繊維繊度は1.0〜2.0dtexであることが好ましく、より好ましくは1.1〜1.7dtexであり、さらに好ましくは1.2〜1.5dtexである。単繊維繊度が1.0dtexに満たないと、炭素繊維束の弾性率および強度が高くなりすぎ、また生産性も劣る傾向がある。また、単繊維繊度が2.0dtexを超えると、炭化工程にて斑を生じやすくなり、全体の強度を低下させてしまう可能性がある。このポリアクリロニトリル系前駆体繊維束を、空気などの酸化性雰囲気中にて好適には200℃〜300℃の温度範囲で加熱耐炎化することにより耐炎化繊維を製造する。   The polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle preferably has a single fiber fineness of 1.0 to 2.0 dtex, more preferably 1.1 to 1.7 dtex, and still more preferably 1.2 to 1.5 dtex. It is. If the single fiber fineness is less than 1.0 dtex, the elastic modulus and strength of the carbon fiber bundle are too high, and the productivity tends to be inferior. Moreover, when the single fiber fineness exceeds 2.0 dtex, it becomes easy to produce spots in the carbonization step, which may reduce the overall strength. The polyacrylonitrile-based precursor fiber bundle is heated and flame-resistant in an oxidizing atmosphere such as air, preferably in a temperature range of 200 ° C. to 300 ° C., to produce flame-resistant fibers.

次に、次工程の炭化処理前に、耐炎化繊維を窒素などの不活性雰囲気中で好適には300℃〜1000℃の範囲温度内で予備炭化処理を行う。このように、耐炎化繊維を予備炭化処理を施した後で、窒素などの不活性雰囲気中で最高温度が好ましくは1000〜1400℃、より好ましくは1000〜1300℃、さらに好ましくは1100〜1250℃の温度範囲で炭化することにより、炭素繊維束を製造することができる。炭化温度の最高温度が1400℃を超えると炭素繊維束の弾性率が高くなり過ぎ、1000℃未満であると炭素繊維の結晶サイズが小さくなり、炭素結晶の成長が不十分なため、得られる炭素繊維束の水分率が高くなって、繊維強化複合材料を成形する際に、マトリックス樹脂の硬化が不十分となり、繊維強化複合材料の引張強度が十分発現しない場合がある。   Next, before the carbonization treatment of the next step, the flameproof fiber is preliminarily carbonized in an inert atmosphere such as nitrogen, preferably within a temperature range of 300 ° C to 1000 ° C. Thus, after pre-carbonizing the flameproofed fiber, the maximum temperature is preferably 1000 to 1400 ° C, more preferably 1000 to 1300 ° C, and even more preferably 1100 to 1250 ° C in an inert atmosphere such as nitrogen. A carbon fiber bundle can be manufactured by carbonizing in the temperature range of. When the maximum carbonization temperature exceeds 1400 ° C., the elastic modulus of the carbon fiber bundle becomes too high, and when it is less than 1000 ° C., the crystal size of the carbon fiber becomes small and the growth of the carbon crystals is insufficient. When the fiber bundle has a high moisture content and the fiber-reinforced composite material is molded, the matrix resin may not be sufficiently cured, and the tensile strength of the fiber-reinforced composite material may not be sufficiently developed.

炭素繊維の市販品としては、“トレカ(登録商標)”T800SC−24K−10Eおよび“トレカ(登録商標)”T700SC−24K−50C(以上いずれも東レ(株)製)などが挙げられる。   Examples of commercially available carbon fibers include “Torayca (registered trademark)” T800SC-24K-10E and “Torayca (registered trademark)” T700SC-24K-50C (all of which are manufactured by Toray Industries, Inc.).

炭素繊維の形態や配列については、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、ロービングおよびチョップド等から適宜選択できるが、軽量で耐久性がより高い水準にある炭素繊維強化複合材料を得るためには、炭素繊維が、一方向に引き揃えた長繊維、織物、トウおよびロービング等連続繊維の形態であることが好ましい。   The form and arrangement of the carbon fibers can be selected as appropriate from long fibers aligned in one direction, tows, woven fabrics, nonwoven fabrics, mats, knits, braids, rovings, choppeds, etc., but they are lighter and more durable In order to obtain a carbon fiber reinforced composite material, the carbon fibers are preferably in the form of continuous fibers such as long fibers, woven fabrics, tows and rovings aligned in one direction.

本発明において用いる炭素繊維束は、単繊維繊度は0.2〜2.0dtexであることが必要であり、好ましくは0.4〜1.8dtexであるのが良い。0.2dtex未満であると、撚糸時においてガイドローラーとの接触による炭素繊維束の損傷が起こりやすくなることがあり、また樹脂組成物の含浸処理工程においても同様の損傷が起こることがある。2.0dtexを越えると炭素繊維束に樹脂組成物が十分に含浸されないことがあり、結果として耐疲労性が低下することがある。   The carbon fiber bundle used in the present invention needs to have a single fiber fineness of 0.2 to 2.0 dtex, preferably 0.4 to 1.8 dtex. If it is less than 0.2 dtex, the carbon fiber bundle may be easily damaged by the contact with the guide roller during twisting, and the same damage may also occur in the impregnation treatment step of the resin composition. If it exceeds 2.0 dtex, the resin composition may not be sufficiently impregnated into the carbon fiber bundle, and as a result, the fatigue resistance may be lowered.

本発明において用いられる炭素繊維束は、一つの繊維束中のフィラメント数が2500〜50000本の範囲であることが好ましい。フィラメント数が2500本を下回ると繊維配列が蛇行しやすく強度低下の原因となりやすい。また、フィラメント数が50000本を上回るとプリプレグ作製時あるいは成形時に樹脂含浸をし難い。フィラメント数は、より好ましくは2800〜25000本の範囲である。   In the carbon fiber bundle used in the present invention, the number of filaments in one fiber bundle is preferably in the range of 2500 to 50000. When the number of filaments is less than 2500, the fiber arrangement tends to meander and easily cause a decrease in strength. If the number of filaments exceeds 50,000, it is difficult to impregnate the resin during prepreg production or molding. The number of filaments is more preferably in the range of 2800 to 25000.

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、またはその織物基布をステッチ糸により縫合一体化したもの、あるいは立体織物や編組物などの繊維構造物を意味する。   Moreover, a preform can be applied as a form of carbon fiber. Here, the preform is usually a laminated fabric base fabric made of carbon fibers of long fibers, a fabric base fabric stitched and integrated with stitch yarns, or a fiber structure such as a three-dimensional fabric or a braided fabric. Means a thing.

本発明で用いられる[B]熱硬化性樹脂は、熱により架橋反応が進行して、少なくとも部分的に三次元架橋構造を形成する樹脂であれば特に限定されない。かかる熱硬化性樹脂としては、例えば、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、ベンゾオキサジン樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂およびポリイミド樹脂等が挙げられ、これらの変性体および2種類以上ブレンドした樹脂なども用いることができる。また、これらの熱硬化性樹脂は、加熱により自己硬化するものであっても良いし、硬化剤や硬化促進剤などを配合するものであっても良い。   The [B] thermosetting resin used in the present invention is not particularly limited as long as it is a resin that undergoes a crosslinking reaction by heat and at least partially forms a three-dimensional crosslinked structure. Examples of such thermosetting resins include unsaturated polyester resins, vinyl ester resins, epoxy resins, benzoxazine resins, phenol resins, urea resins, melamine resins, and polyimide resins, and these modified products and two or more types thereof. A blended resin or the like can also be used. In addition, these thermosetting resins may be self-curing by heating, or may be blended with a curing agent or a curing accelerator.

これらの熱硬化性樹脂の中でも、耐熱性、力学特性および炭素繊維との接着性のバランスに優れているエポキシ樹脂が好ましく用いられる。特に、アミン類、フェノール類、炭素−炭素二重結合を有する化合物を前駆体とするエポキシ樹脂が好ましく用いられる。具体的には、アミン類を前駆体とするグリシジルアミン型エポキシ樹脂として、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−p−アミノフェノールおよびトリグリシジルアミノクレゾールの各種異性体が挙げられる。テトラグリシジルジアミノジフェニルメタンは、耐熱性に優れているため航空機構造材としての複合材料用樹脂として好ましい。   Among these thermosetting resins, an epoxy resin excellent in the balance of heat resistance, mechanical properties, and adhesiveness with carbon fibers is preferably used. In particular, an epoxy resin whose precursor is an amine, a phenol, or a compound having a carbon-carbon double bond is preferably used. Specifically, various isomers of tetraglycidyldiaminodiphenylmethane, triglycidyl-p-aminophenol, and triglycidylaminocresol are exemplified as glycidylamine type epoxy resins having amines as precursors. Tetraglycidyldiaminodiphenylmethane is preferable as a resin for composite materials as an aircraft structural material because of its excellent heat resistance.

また、熱硬化性樹脂として、フェノールを前駆体とするグリシジルエーテル型エポキシ樹脂も好ましく用いられる。このようなエポキシ樹脂として、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、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂およびレゾルシノール型エポキシ樹脂が挙げられる。   A glycidyl ether type epoxy resin having phenol as a precursor is also preferably used as the thermosetting resin. Examples of such epoxy resins include bisphenol A type epoxy resins, bisphenol F type epoxy resins, bisphenol S type epoxy resins, phenol novolac type epoxy resins, cresol novolac type epoxy resins, and resorcinol type epoxy resins.

液状のビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂およびレゾルシノール型エポキシ樹脂は、低粘度であるために、他のエポキシ樹脂と組み合わせて使うことが好ましい。   Since the liquid bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin and resorcinol type epoxy resin have low viscosity, it is preferable to use them in combination with other epoxy resins.

また、室温(25℃程度)で固形のビスフェノールA型エポキシ樹脂は、室温(25℃程度)で液状のビスフェノールA型エポキシ樹脂に比較し、硬化樹脂において、架橋密度の低い構造を与えるため、その硬化樹脂は耐熱性については、より低いものとなるが、靭性については、より高いものとなるため、グリシジルアミン型エポキシ樹脂や液状のビスフェノールA型エポキシ樹脂やビスフェノールF型エポキシ樹脂と組み合わせて好ましく用いられる。   In addition, a bisphenol A type epoxy resin that is solid at room temperature (about 25 ° C.) gives a structure having a low crosslinking density in a cured resin compared to a bisphenol A type epoxy resin that is liquid at room temperature (about 25 ° C.). The cured resin is lower in heat resistance but higher in toughness, and is preferably used in combination with a glycidylamine type epoxy resin, a liquid bisphenol A type epoxy resin or a bisphenol F type epoxy resin. It is done.

ナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂は、低吸水率かつ高耐熱性の硬化樹脂を与える。また、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およびジフェニルフルオレン型エポキシ樹脂も、低吸水率の硬化樹脂を与えるため好適に用いられる。   An epoxy resin having a naphthalene skeleton provides a cured resin having a low water absorption and high heat resistance. Biphenyl type epoxy resins, dicyclopentadiene type epoxy resins, phenol aralkyl type epoxy resins and diphenylfluorene type epoxy resins are also preferably used because they give a cured resin having a low water absorption rate.

ウレタン変性エポキシ樹脂およびイソシアネート変性エポキシ樹脂は、破壊靱性と伸度の高い硬化樹脂を与えるため好適に用いられる。   Urethane-modified epoxy resins and isocyanate-modified epoxy resins are preferably used because they give a cured resin having high fracture toughness and high elongation.

これらエポキシ樹脂は、単独で用いてもよいし適宜配合して用いてもよい。少なくとも2官能のエポキシ樹脂および3官能以上のエポキシ樹脂を配合して用いると、樹脂の流動性と硬化後の耐熱性を兼ね備えるものとすることができるので好ましい。特に、グリシジルアミン型エポキシとグリシジルエーテル型エポキシの組み合わせは、耐熱性および耐水性とプロセス性の両立を可能にする。また、少なくとも室温で液状のエポキシ樹脂と室温で固形状のエポキシ樹脂とを配合することは、プリプレグのタック性とドレープ性を適切なものとするために有効である。   These epoxy resins may be used alone or in combination as appropriate. It is preferable to mix and use at least a bifunctional epoxy resin and a trifunctional or higher functional epoxy resin since both the fluidity of the resin and the heat resistance after curing can be obtained. In particular, the combination of glycidylamine type epoxy and glycidyl ether type epoxy makes it possible to achieve both heat resistance and water resistance and processability. In addition, blending an epoxy resin that is liquid at least at room temperature and an epoxy resin that is solid at room temperature is effective for making the tackiness and draping property of the prepreg appropriate.

フェノールノボラック型エポキシ樹脂やクレゾールノボラック型エポキシ樹脂は、耐熱性が高く吸水率が小さいため、耐熱耐水性の高い硬化樹脂を与える。これらのフェノールノボラック型エポキシ樹脂やクレゾールノボラック型エポキシ樹脂を用いることによって、耐熱耐水性を高めつつプリプレグのタック性とドレープ性を調節することができる。   Phenol novolac type epoxy resins and cresol novolac type epoxy resins have high heat resistance and low water absorption, and thus give a cured resin having high heat resistance and water resistance. By using these phenol novolac-type epoxy resins and cresol novolac-type epoxy resins, the tackiness and draping properties of the prepreg can be adjusted while improving the heat and water resistance.

エポキシ樹脂の硬化剤としては、エポキシ基と反応し得る活性基を有する化合物であればこれを用いることができる。硬化剤としては、アミノ基、酸無水物基およびアジド基を有する化合物が適している。硬化剤としては、より具体的には、例えば、ジシアンジアミド、ジアミノジフェニルメタンやジアミノジフェニルスルホンの各種異性体、アミノ安息香酸エステル類、各種酸無水物、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ポリフェノール化合物、イミダゾール誘導体、脂肪族アミン、テトラメチルグアニジン、チオ尿素付加アミン、メチルヘキサヒドロフタル酸無水物のようなカルボン酸無水物、カルボン酸ヒドラジド、カルボン酸アミド、ポリメルカプタンおよび三フッ化ホウ素エチルアミン錯体のようなルイス酸錯体などが挙げられる。これらの硬化剤は、単独で使用しても併用してもよい。   As a curing agent for the epoxy resin, any compound having an active group capable of reacting with an epoxy group can be used. As the curing agent, a compound having an amino group, an acid anhydride group and an azide group is suitable. More specifically, examples of the curing agent include dicyandiamide, various isomers of diaminodiphenylmethane and diaminodiphenylsulfone, aminobenzoic acid esters, various acid anhydrides, phenol novolac resins, cresol novolac resins, polyphenol compounds, imidazole derivatives. Lewis such as aliphatic amine, tetramethylguanidine, thiourea addition amine, carboxylic acid anhydride such as methylhexahydrophthalic anhydride, carboxylic acid hydrazide, carboxylic acid amide, polymercaptan and boron trifluoride ethylamine complex Examples include acid complexes. These curing agents may be used alone or in combination.

芳香族ジアミンを硬化剤として用いることにより、耐熱性の良好な硬化樹脂が得られる。特に、ジアミノジフェニルスルホンの各種異性体は、耐熱性の良好な硬化樹脂を得るため最も適している。芳香族ジアミンを硬化剤の添加量は、化学量論的に当量となるように添加することが好ましいが、場合によって、例えば、当量比0.7〜0.8付近を用いることにより高弾性率の硬化樹脂が得られる。   By using aromatic diamine as a curing agent, a cured resin having good heat resistance can be obtained. In particular, various isomers of diaminodiphenylsulfone are most suitable for obtaining a cured resin having good heat resistance. It is preferable to add the aromatic diamine so that the amount of the curing agent is stoichiometrically equivalent. However, in some cases, for example, by using an equivalent ratio of about 0.7 to 0.8, a high elastic modulus is obtained. The cured resin is obtained.

また、ジシアンジアミドと、尿素化合物、例えば、3,4−ジクロロフェニル−1,1−ジメチルウレアとの組合せ、あるいはイミダゾール類を硬化剤として用いることにより、比較的低温で硬化しながら高い耐熱耐水性が得られる。酸無水物を用いて硬化することは、アミン化合物硬化に比べ吸水率の低い硬化樹脂を与える。その他、これらの硬化剤を潜在化したもの、例えば、マイクロカプセル化したものを用いることにより、プリプレグの保存安定性が良くなり、特にタック性やドレープ性が室温放置しても変化しにくい。   Further, by using a combination of dicyandiamide and a urea compound such as 3,4-dichlorophenyl-1,1-dimethylurea or imidazoles as a curing agent, high heat and water resistance can be obtained while curing at a relatively low temperature. It is done. Curing with an acid anhydride gives a cured resin having a lower water absorption than amine compound curing. In addition, the storage stability of the prepreg is improved by using a latent product of these hardeners, for example, a microencapsulated product. In particular, the tackiness and draping properties hardly change even when left at room temperature.

また、これらエポキシ樹脂と硬化剤、あるいはそれらの一部を予備反応させた物を組成物中に配合することもできる。この方法は、粘度調節や保存安定性向上に有効である場合がある。   Moreover, the thing which made these epoxy resin and hardening | curing agent, or some of them pre-react can be mix | blended in a composition. This method may be effective for viscosity adjustment and storage stability improvement.

上記熱硬化性樹脂に、熱可塑性樹脂を混合、溶解して用いることも好適である。このような熱可塑性樹脂としては、一般に、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、チオエーテル結合、スルホン結合およびカルボニル結合から選ばれた結合を有する熱可塑性樹脂であることが好ましいが、部分的に架橋構造を有していても差し支えない。また、結晶性を有していても非晶性であってもよい。特に、ポリアミド、ポリカーボナート、ポリアセタール、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、ポリエステル、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、フェニルトリメチルインダン構造を有するポリイミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアラミド、ポリエーテルニトリルおよびポリベンズイミダゾールからなる群から選ばれた少なくとも1種の樹脂が、熱硬化性樹脂に、混合、溶解していることが好適である。   It is also preferable to mix and dissolve a thermoplastic resin in the thermosetting resin. Such a thermoplastic resin is generally selected from a carbon-carbon bond, an amide bond, an imide bond, an ester bond, an ether bond, a carbonate bond, a urethane bond, a thioether bond, a sulfone bond, and a carbonyl bond in the main chain. Although it is preferably a thermoplastic resin having a bond, it may have a partially crosslinked structure. Further, it may be crystalline or amorphous. In particular, polyamide, polycarbonate, polyacetal, polyphenylene oxide, polyphenylene sulfide, polyarylate, polyester, polyamideimide, polyimide, polyetherimide, polyimide having phenyltrimethylindane structure, polysulfone, polyethersulfone, polyetherketone, polyetherether It is preferable that at least one resin selected from the group consisting of ketone, polyaramid, polyether nitrile, and polybenzimidazole is mixed and dissolved in the thermosetting resin.

本発明は、[C]熱可塑性樹脂の粒子が必須成分として用いられるため、得られる炭素繊維強化複合材料に優れた耐衝撃性を実現させることができる。本発明で用いられる[C]熱可塑性樹脂の粒子の素材としては、熱硬化性樹脂に混合、溶解して用いる熱可塑性樹脂として先に例示した各種の熱可塑性樹脂と同様のものを用いることができる。なかでも、優れた靭性のため耐衝撃性を大きく向上できるポリアミドは最も好ましい。ポリアミドの中でも、ナイロン12、ナイロン11やナイロン6/12共重合体は、[B]熱硬化性樹脂との接着強度が特に良好であることから、落錘衝撃時の炭素繊維強化複合材料の層間剥離強度が高く、耐衝撃性の向上効果が高いため好ましい。[C]熱可塑性樹脂の粒子として、さらにエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を混合し作製した粒子を用いた場合、マトリックス樹脂との接着性が向上し炭素繊維強化複合材料の耐衝撃性が向上することからさらに好ましい。   In the present invention, since the particles of [C] thermoplastic resin are used as an essential component, the resulting carbon fiber reinforced composite material can achieve excellent impact resistance. As the material for the [C] thermoplastic resin particles used in the present invention, those similar to the various thermoplastic resins exemplified above as the thermoplastic resin mixed and dissolved in the thermosetting resin may be used. it can. Of these, polyamides that can greatly improve impact resistance due to excellent toughness are most preferable. Among polyamides, nylon 12, nylon 11 and nylon 6/12 copolymer have particularly good adhesive strength with [B] thermosetting resin, so the interlayer of the carbon fiber reinforced composite material at the time of falling weight impact. The peel strength is high, and the impact resistance improvement effect is high, which is preferable. [C] When particles made by mixing a thermosetting resin such as epoxy resin are used as thermoplastic resin particles, the adhesion to the matrix resin is improved and the impact resistance of the carbon fiber reinforced composite material is improved. More preferably.

熱可塑性樹脂の粒子の形状としては、球状でも非球状でも多孔質でも針状でもウイスカー状でも、またはフレーク状でもよいが、球状の方が、熱硬化性樹脂の流動特性を低下させないため炭素繊維への含浸性が優れることや、炭素繊維強化複合材料への落錘衝撃(または局所的な衝撃)時、局所的な衝撃により生じる層間剥離がより低減されるため、かかる衝撃後の炭素繊維強化複合材料に応力がかかった場合において、応力集中による破壊の起点となる前記局所的な衝撃に起因して生じ層間剥離部分がより少なく、高い耐衝撃性を発現する炭素繊維強化複合材料が得られることから好ましい。   The shape of the thermoplastic resin particles may be spherical, non-spherical, porous, needle-shaped, whisker-shaped, or flake-shaped. However, since the spherical shape does not deteriorate the flow characteristics of the thermosetting resin, carbon fiber is used. Since the exfoliation property is excellent and the delamination caused by the local impact is reduced during the falling weight impact (or local impact) on the carbon fiber reinforced composite material, the carbon fiber reinforcement after the impact is reduced. When stress is applied to the composite material, a carbon fiber reinforced composite material exhibiting high impact resistance can be obtained with fewer delamination portions caused by the local impact that is the starting point of fracture due to stress concentration. Therefore, it is preferable.

本発明で用いられる[D]導電性の粒子は、電気的に良好な導体として振る舞う粒子であれば良く、導体のみからなるものに限定されない。好ましくは体積固有抵抗が10〜10−9Ωcmであり、より好ましくは1〜10−9Ωcmであり、さらに好ましくは10−1〜10−9Ωcmである粒子である。体積固有抵抗が高すぎると、炭素繊維強化複合材料において十分な導電性が得られない場合がある。導電性の粒子は、例えば、カーボン粒子、金属粒子、ポリアセチレン粒子、ポリアニリン粒子、ポリピロール粒子、ポリチオフェン粒子、ポリイソチアナフテン粒子、ポリエチレンジオキシチオフェン粒子等の導電性ポリマー粒子の他、無機材料の核または芯が導電性の物質で被覆されてなる粒子、有機材料の核または芯が導電性の物質で被覆されてなる粒子を使用することができる。これらの中でも、高い導電性および安定性を示すことから、カーボン粒子、無機材料の核または芯が導電性の物質で被覆されてなる粒子、有機材料の核または芯が導電性の物質で被覆されてなる粒子が特に好ましく用いられる。 [D] electroconductive particle used by this invention should just be a particle | grain which behaves as an electrically favorable conductor, and is not limited to what consists only of a conductor. Preferably, the particles have a volume resistivity of 10 to 10 −9 Ωcm, more preferably 1 to 10 −9 Ωcm, and still more preferably 10 −1 to 10 −9 Ωcm. If the volume resistivity is too high, sufficient conductivity may not be obtained in the carbon fiber reinforced composite material. The conductive particles include, for example, carbon particles, metal particles, polyacetylene particles, polyaniline particles, polypyrrole particles, polythiophene particles, polyisothianaphthene particles, polyethylene polymer particles such as polyethylene dioxythiophene particles, and inorganic material nuclei. Alternatively, particles in which the core is coated with a conductive substance, or particles in which the core or core of an organic material is coated with a conductive substance can be used. Among these, since it exhibits high conductivity and stability, carbon particles, particles in which the core or core of an inorganic material is coated with a conductive substance, and the core or core of an organic material are coated with a conductive substance. Are particularly preferably used.

ここでいう、体積固有抵抗とは、サンプルを、4探針電極を有する円筒型セルにセットし、試料に60MPaの圧力を加えた状態で試料の厚さと抵抗値を測定し、その値から算出した体積固有抵抗とする。   The volume resistivity mentioned here is calculated from the sample thickness and resistance value measured by setting the sample in a cylindrical cell having four probe electrodes and applying a pressure of 60 MPa to the sample. It is set as the volume specific resistance.

カーボン粒子は、例えば、熱硬化性樹脂の粒子、熱可塑性樹脂の粒子を焼成することで得ることができる。焼成温度は、好ましくは600℃から3000℃、より好ましくは800℃から3000℃、さらに好ましくは2000℃から3000℃である。2000℃以上の温度で焼成すると、導電性に優れたカーボン粒子が得られる。熱硬化性樹脂の粒子としては、例えば、フェノール樹脂の粒子、エポキシ樹脂の粒子、ベンゾオキサジンの粒子が用いられる。熱可塑性樹脂の粒子としては、例えば、ポリアクリロニトリルの粒子、ポリエーテルイミドの粒子、ポリアミドイミドの粒子、ポリフェニレンスルフィドの粒子、ポリアミドの粒子、ポリイミドの粒子、ポリエーテルケトンの粒子、ポリエーテルスルホンの粒子が用いられる。この中でも、得られるカーボン粒子が高い導電性を得ることからフェノール樹脂の粒子が特に好ましく用いられる。   The carbon particles can be obtained, for example, by firing thermosetting resin particles or thermoplastic resin particles. The firing temperature is preferably 600 ° C to 3000 ° C, more preferably 800 ° C to 3000 ° C, and still more preferably 2000 ° C to 3000 ° C. When fired at a temperature of 2000 ° C. or higher, carbon particles having excellent conductivity can be obtained. Examples of the thermosetting resin particles include phenol resin particles, epoxy resin particles, and benzoxazine particles. Examples of thermoplastic resin particles include polyacrylonitrile particles, polyetherimide particles, polyamideimide particles, polyphenylene sulfide particles, polyamide particles, polyimide particles, polyether ketone particles, and polyethersulfone particles. Is used. Of these, phenol resin particles are particularly preferably used because the carbon particles obtained have high conductivity.

カーボン粒子としては、例えば、“ベルパール(登録商標)”C−600、C−800、C−2000(エア・ウォーター(株)製)、“NICABEADS(登録商標)”ICB、PC、MC(日本カーボン(株)製)、グラッシーカーボン(東海カーボン(株)製)、高純度人造黒鉛SGシリーズ、SGBシリーズ、SNシリーズ(SECカーボン(株)製)、真球状カーボン(群栄化学工業(株)製)などが具体的に挙げられる。   Examples of the carbon particles include “Bellepearl (registered trademark)” C-600, C-800, C-2000 (manufactured by Air Water Co., Ltd.), “NICABEADS (registered trademark)” ICB, PC, MC (Nippon Carbon Co., Ltd.). Glassy carbon (manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd.), high purity artificial graphite SG series, SGB series, SN series (manufactured by SEC Carbon Co., Ltd.), true spherical carbon (manufactured by Gunei Chemical Industry Co., Ltd.) ) And the like.

無機材料の核または芯、または有機材料の核または芯に被覆して導電性の粒子とする際に用いられる導電性の物質は、電気的に良好な導体である物質が含有されていれば良く、例えば、白金、金、銀、銅、ニッケル、チタン、コバルト、パラジウム、錫、亜鉛、鉄、クロム、アルミニウム等の金属、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリイソチアナフテン、ポリエチレンジオキシチオフェン等の導電性ポリマー、チェネルブラック、サーマルブラック、ファーネスブラック、ケッチェンブラックなどのカーボンブラック、カーボンナノチューブ、フラーレン、グラフェン、中空カーボンファイバー等の炭素を使用することができる。これらの中でも、高い導電性を示すことから金属、炭素が特に好ましく用いられる。   The conductive substance used when the core or core of the inorganic material or the core or core of the organic material is coated to form conductive particles is sufficient if it contains a substance that is an electrically good conductor. For example, metals such as platinum, gold, silver, copper, nickel, titanium, cobalt, palladium, tin, zinc, iron, chromium, aluminum, polyacetylene, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyisothianaphthene, polyethylenedioxythiophene, etc. Conductive polymers, carbon black such as channel black, thermal black, furnace black, ketjen black, and carbon such as carbon nanotubes, fullerene, graphene, and hollow carbon fiber can be used. Among these, metal and carbon are particularly preferably used because of high conductivity.

導電性の物質として金属を用いる場合、何れの金属でも良いが、好ましくは標準電極電位が−2.0〜2.0Vであり、より好ましくは−1.8〜1.8Vである。標準電極電位が低すぎても、不安定であり安全上好ましくない場合があり、高すぎても加工性、生産性が低下する場合がある。ここで、標準電極電位とは、金属をその金属イオンを含む溶液中に浸した際の電極電位と、標準水素電極(1気圧で水素ガスと接触している1規定のHCl溶液に浸した白金よりなる電極)電位との差で表される。例えばTi:−1.74V、Ni:−0.26V、Cu:0.34V、Ag:0.80V、Au:1.52Vである。   When a metal is used as the conductive substance, any metal may be used, but the standard electrode potential is preferably −2.0 to 2.0 V, more preferably −1.8 to 1.8 V. If the standard electrode potential is too low, it may be unstable and unfavorable for safety, and if it is too high, workability and productivity may be reduced. Here, the standard electrode potential refers to the electrode potential when a metal is immersed in a solution containing the metal ions and the standard hydrogen electrode (platinum immersed in a 1N HCl solution in contact with hydrogen gas at 1 atm. Electrode) expressed as a difference from the potential. For example, Ti: -1.74V, Ni: -0.26V, Cu: 0.34V, Ag: 0.80V, Au: 1.52V.

上記金属を用いる場合、メッキして使用される金属であることが好ましい。好ましい金属としては、炭素繊維との電位差による金属の腐食を防止できることから、白金、金、銀、銅、錫、ニッケル、チタン、コバルト、亜鉛、鉄、クロム、アルミニウム等が用いられ、これらの中でも、体積固有抵抗が10〜10−9Ωcmという高い導電性および安定性を示すことから、白金、金、銀、銅、錫、ニッケル、またはチタンが特に好ましく用いられる。なお、これら金属は単独で用いられても良いし、これら金属を主成分とする合金として用いられても良い。   When using the said metal, it is preferable that it is the metal used by plating. As a preferable metal, platinum, gold, silver, copper, tin, nickel, titanium, cobalt, zinc, iron, chromium, aluminum, etc. are used because it can prevent corrosion of the metal due to a potential difference with the carbon fiber, and among these, Platinum, gold, silver, copper, tin, nickel, or titanium is particularly preferably used because the volume resistivity exhibits high conductivity and stability of 10 to 10 −9 Ωcm. In addition, these metals may be used independently and may be used as an alloy which has these metals as a main component.

上記の金属を用いて金属メッキを施す方法としては、湿式メッキと乾式メッキが好ましく用いられる。湿式メッキとしては、無電解メッキ、置換メッキおよび電気メッキ等の方法を採用することができるが、なかでも不導体にもメッキを施すことが可能であることから、無電解メッキによる方法が好ましく用いられる。乾式メッキとしては、真空蒸着、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)、光CVD、イオンプレーティング、スパッタリング等の方法を採用することができるが、低温においても優れた密着性が得られることからスパッタリングによる方法が好ましく用いられる。   As a method of performing metal plating using the above metal, wet plating and dry plating are preferably used. As the wet plating, methods such as electroless plating, displacement plating, and electroplating can be employed. Among them, the method using electroless plating is preferably used because plating can be applied to nonconductors. It is done. As the dry plating, methods such as vacuum deposition, plasma CVD (chemical vapor deposition), photo CVD, ion plating, and sputtering can be adopted. However, since excellent adhesion can be obtained even at a low temperature, the sputtering method is used. Is preferably used.

また、金属メッキは、単一の金属の被膜であっても複数の金属からなる複数層の被膜であってもよい。金属メッキをする場合は、最表面を金、ニッケル、銅、またはチタンからなる層とするメッキ被膜が形成されてなることが好ましい。最表面を上記の金属とすることにより、接続抵抗値の低減化や表面の安定化を図ることができる。例えば、金層を形成する際は、無電解ニッケルメッキによりニッケル層を形成し、その後、置換金メッキにより金層を形成する方法が好ましく用いられる。   The metal plating may be a single metal film or a multi-layer film made of a plurality of metals. When metal plating is performed, it is preferable that a plating film having an outermost layer made of gold, nickel, copper, or titanium is formed. By using the above-mentioned metal as the outermost surface, the connection resistance value can be reduced and the surface can be stabilized. For example, when forming a gold layer, a method of forming a nickel layer by electroless nickel plating and then forming a gold layer by displacement gold plating is preferably used.

また、導電性層を構成する導電性の物質として金属微粒子を用いることも好ましい。この場合、金属微粒子として使用される金属は、炭素繊維との電位差による腐食を防ぐことから、白金、金、銀、銅、錫、ニッケル、チタン、コバルト、亜鉛、鉄、クロム、アルミニウム、またはこれらを主成分とする合金、若しくは酸化錫、酸化インジウム、酸化インジウム・錫(ITO)等が好ましく用いられる。これらの中でも、高い導電性および安定性を示すことから、白金、金、銀、銅、錫、ニッケル、チタンまたはこれらを主成分とする合金が特に好ましく用いられる。なお、ここで、微粒子とは、[D]導電性の粒子の平均粒径よりも小さい(通常、0.1倍以下であることを言う)平均粒径を有する粒子のことをいう。   It is also preferable to use metal fine particles as the conductive substance constituting the conductive layer. In this case, the metal used as the metal fine particles is platinum, gold, silver, copper, tin, nickel, titanium, cobalt, zinc, iron, chromium, aluminum, or these because it prevents corrosion due to a potential difference with the carbon fiber. An alloy mainly containing tin, tin oxide, indium oxide, indium oxide / tin (ITO), or the like is preferably used. Among these, platinum, gold, silver, copper, tin, nickel, titanium, or an alloy containing these as a main component is particularly preferably used because of high conductivity and stability. Here, the fine particles refer to particles having an average particle size smaller than the average particle size of [D] conductive particles (usually, 0.1 times or less).

上記の金属微粒子で核または芯を被覆する方法として、メカノケミカルボンディング方法が好ましく用いられる。メカノケミカルボンディングとは、複数の異なる素材粒子を、機械的エネルギーを加えて、メカノケミカル的に分子レベルで結合させ、その界面で強固なナノ結合を創成し、複合微粒子を創出する方法であり、本発明では、無機材料や有機材料の核または芯に金属微粒子を結合させ、かかる核または芯を金属微粒子で被覆する。   A mechanochemical bonding method is preferably used as a method of coating the core or core with the metal fine particles. Mechanochemical bonding is a method of creating composite fine particles by adding mechanical energy to mechanically bond multiple different material particles at the molecular level, creating strong nanobonds at the interface, In the present invention, metal fine particles are bonded to the core or core of an inorganic material or organic material, and the core or core is covered with the metal microparticle.

無機材料や有機材料(熱可塑性樹脂を含む)の核に金属微粒子を被覆する場合、この金属微粒子の粒径は、好ましくは核の平均粒径の1/1000〜1/10倍であり、より好ましくは1/500〜1/100倍のものである。粒径があまりに小さい金属微粒子を製造することは困難な場合があり、逆に金属微粒子の粒径が大きすぎると被覆ムラが発生する場合がある。さらに、無機材料や有機材料の芯に金属微粒子を被覆する場合、この金属微粒子の粒径は、好ましくは芯の平均粒径の1/1000〜1/10倍であり、より好ましくは1/500〜1/100倍のものである。粒径があまりに小さい金属微粒子を製造することは困難な場合があり、逆に金属微粒子の粒径が大きすぎると被覆ムラが発生する場合がある。   When the metal fine particles are coated on the core of an inorganic material or an organic material (including a thermoplastic resin), the particle size of the metal fine particle is preferably 1/1000 to 1/10 times the average particle diameter of the core, and more Preferably it is 1/500 to 1/100 times. In some cases, it is difficult to produce fine metal particles having a particle size that is too small. Conversely, if the particle size of the fine metal particles is too large, uneven coating may occur. Furthermore, when the metal fine particles are coated on the core of the inorganic or organic material, the particle size of the metal fine particles is preferably 1/1000 to 1/10 times the average particle size of the core, more preferably 1/500. It is about 1/100 times. In some cases, it is difficult to produce fine metal particles having a particle size that is too small. Conversely, if the particle size of the fine metal particles is too large, uneven coating may occur.

また、導電性の物質として炭素を用いる場合、結晶質炭素、非晶質炭素が好ましく用いられ、チャネルブラック、サーマルブラック、ファーネスブラック、ケッチェンブラックなどのカーボンブラック、カーボンナノチューブ、フラーレン、グラフェン、中空カーボンファイバー等が好ましく用いられる。なかでも、中空カーボンファイバーが好ましく用いられ、その外形は、好ましくは0.1〜1000nmであり、より好ましくは1〜100nmのものである。中空カーボンファイバーの外径が小さすぎても、大きすぎても、そのような中空カーボンファイバーを製造することが困難であることが多い。   When carbon is used as the conductive material, crystalline carbon and amorphous carbon are preferably used, and carbon black such as channel black, thermal black, furnace black, ketjen black, carbon nanotube, fullerene, graphene, hollow Carbon fiber or the like is preferably used. Among these, hollow carbon fibers are preferably used, and the outer shape thereof is preferably 0.1 to 1000 nm, more preferably 1 to 100 nm. Even if the outer diameter of the hollow carbon fiber is too small or too large, it is often difficult to produce such a hollow carbon fiber.

上記の中空カーボンファイバーは、表面にグラファイト層を形成したものでもよい。その際、構成するグラファイト層の総数は、好ましくは1〜100層であり、より好ましくは1〜10層であり、さらに好ましくは、1〜4層であり、特に好ましいものは、1〜2層のものである。   The hollow carbon fiber may have a graphite layer formed on the surface. In that case, the total number of the graphite layers to be formed is preferably 1 to 100 layers, more preferably 1 to 10 layers, still more preferably 1 to 4 layers, and particularly preferably 1 to 2 layers. belongs to.

非晶質炭素としては、例えば、“ベルパール(登録商標)”C−600、C−800、C−2000(エア・ウォーター(株)製)、“NICABEADS(登録商標)”ICB、PC、MC(日本カーボン(株)製)、グラッシーカーボン(東海カーボン(株)製)、高純度人造黒鉛SGシリーズ、SGBシリーズ、SNシリーズ(SECカーボン(株)製)、真球状カーボン(群栄化学工業(株)製)などが具体的に挙げられる。   As the amorphous carbon, for example, “Bellpearl (registered trademark)” C-600, C-800, C-2000 (manufactured by Air Water Co., Ltd.), “NICABEADS (registered trademark)” ICB, PC, MC ( Nippon Carbon Co., Ltd.), Glassy Carbon (Tokai Carbon Co., Ltd.), High Purity Artificial Graphite SG Series, SGB Series, SN Series (SEC Carbon Co., Ltd.), True Spherical Carbon (Gunei Chemical Industry Co., Ltd.) ))) And the like.

特に、有機材料として熱可塑性樹脂を用い、熱可塑性樹脂の核または芯が前記導電性の物質で被覆されてなる粒子を採用すれば、得られる炭素繊維強化複合材料においてさらに優れた耐衝撃性を実現できるため好ましい。   In particular, if a thermoplastic resin is used as the organic material, and the particles in which the core or core of the thermoplastic resin is coated with the conductive substance are employed, the resulting carbon fiber reinforced composite material has even better impact resistance. This is preferable because it can be realized.

導電性物質で被覆されてなるタイプの[D]導電性の粒子において、導電性の粒子は、核または芯である無機材料や有機材料と導電性の物質からなる導電性層とから構成され、必要に応じてその核または芯と導電性層の間に後述するような接着層を設けてもよい。   In the [D] conductive particles of a type coated with a conductive substance, the conductive particles are composed of an inorganic or organic material that is a core or core and a conductive layer made of a conductive substance, If necessary, an adhesive layer as described below may be provided between the core or core and the conductive layer.

導電性の物質が被覆されてなるタイプの[D]導電性の粒子において、核または芯として用いる無機材料としては、無機酸化物、無機有機複合物、および炭素などを挙げることができる。   In the [D] conductive particles of a type coated with a conductive substance, examples of the inorganic material used as the core or core include inorganic oxides, inorganic-organic composites, and carbon.

無機酸化物としては、例えば、シリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニア、シリカ・アルミナ、シリカ・ジルコニア等、単一の無機酸化物、および2種以上の複合無機酸化物が挙げられる。   Examples of inorganic oxides include single inorganic oxides such as silica, alumina, zirconia, titania, silica / alumina, silica / zirconia, and two or more composite inorganic oxides.

無機有機複合物としては、例えば、金属アルコキシドおよび/または金属アルキルアルコキシドを加水分解して得られるポリオルガノシロキサン等が挙げられる。   Examples of the inorganic organic composite include polyorganosiloxane obtained by hydrolyzing metal alkoxide and / or metal alkyl alkoxide.

また炭素としては、結晶質炭素、非晶質炭素が好ましく用いられる。非晶質炭素としては、例えば、“ベルパール(登録商標)”C−600、C−800、C−2000(エア・ウォーター(株)製)、“NICABEADS(登録商標)”ICB、PC、MC(日本カーボン(株)製)、グラッシーカーボン(東海カーボン(株)製)、高純度人造黒鉛SGシリーズ、SGBシリーズ、SNシリーズ(SECカーボン(株)製)、真球状カーボン(群栄化学工業(株)製)などが具体的に挙げられる。   As carbon, crystalline carbon and amorphous carbon are preferably used. As the amorphous carbon, for example, “Bellpearl (registered trademark)” C-600, C-800, C-2000 (manufactured by Air Water Co., Ltd.), “NICABEADS (registered trademark)” ICB, PC, MC ( Nippon Carbon Co., Ltd.), Glassy Carbon (Tokai Carbon Co., Ltd.), High Purity Artificial Graphite SG Series, SGB Series, SN Series (SEC Carbon Co., Ltd.), True Spherical Carbon (Gunei Chemical Industry Co., Ltd.) ))) And the like.

導電性の物質で被覆されてなるタイプの[D]導電性の粒子において、核または芯として有機材料を用いる場合、核または芯として用いる有機材料としては、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、ベンゾオキサジン樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂およびポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂、アミノ樹脂、アクリル樹脂、エチレン−酢酸ビニル樹脂、ポリエステル樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、アルキド樹脂、ポリイミド樹脂、ウレタン樹脂、および、ジビニルベンゼン樹脂等の熱可塑性樹脂等が挙げられる。また、ここで挙げた材料を2種類以上複合して用いても良い。なかでも、優れた耐熱性を有するアクリル樹脂やジビニルベンゼン樹脂、および優れた耐衝撃性を有するポリアミド樹脂が好ましく用いられる。   In the [D] conductive particles of the type coated with a conductive substance, when an organic material is used as the core or core, the organic material used as the core or core includes unsaturated polyester resin, vinyl ester resin, epoxy Thermosetting resins such as resin, benzoxazine resin, phenol resin, urea resin, melamine resin and polyimide resin, polyamide resin, phenol resin, amino resin, acrylic resin, ethylene-vinyl acetate resin, polyester resin, urea resin, melamine resin , Alkyd resins, polyimide resins, urethane resins, and thermoplastic resins such as divinylbenzene resins. Further, two or more kinds of the materials mentioned here may be used in combination. Among these, acrylic resins and divinylbenzene resins having excellent heat resistance, and polyamide resins having excellent impact resistance are preferably used.

熱可塑性樹脂の核または芯が導電性の物質で被覆された[D]導電性の粒子の場合、[C]熱可塑性樹脂の粒子を加えずとも、炭素繊維強化複合材料に高い耐衝撃性と導電性とを発現することができるので、これと[C]熱可塑性樹脂の粒子を併用することで、さらに高い耐衝撃性と導電性とを発現することができる。   In the case of [D] conductive particles in which the core or core of the thermoplastic resin is coated with a conductive substance, [C] the carbon fiber reinforced composite material has high impact resistance without adding the thermoplastic resin particles. Since conductivity can be expressed, by using this together with [C] thermoplastic resin particles, higher impact resistance and conductivity can be expressed.

本発明で用いられる[D]導電性の粒子の核または芯の素材として用いる熱可塑性樹脂は、熱硬化性樹脂に混合、溶解して用いる熱可塑性樹脂として先に例示した各種の熱可塑性樹脂と同様のものを用いることができる。なかでも、歪みエネルギー開放率(G1c)が1500〜50000J/mの熱可塑性樹脂を核または芯の素材として用いることが好ましい。より好ましくは、3000〜40000J/m、さらに好ましくは、4000〜30000J/mである。歪みエネルギー開放率(G1c)が小さすぎると、炭素繊維強化複合材料の耐衝撃性が不十分な場合があり、大きすぎると、炭素繊維強化複合材料の剛性が低下する場合がある。かかる熱可塑性樹脂が、例えば、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド等が好ましく用いられ、ポリアミドが特に好ましい。ポリアミドの中でも、ナイロン12、ナイロン11やナイロン6/12共重合体が好ましく用いられる。G1cの評価は[D]導電性の粒子の核または芯の素材である熱可塑性樹脂を成形した樹脂板を用い、ASTM D 5045−96に定められたコンパクトテンション法またはダブルテンション法により行う。 [D] The thermoplastic resin used as the core or core material of the conductive particles used in the present invention includes various thermoplastic resins exemplified above as thermoplastic resins used by mixing and dissolving in the thermosetting resin. Similar ones can be used. Among them, it is preferable to use a thermoplastic resin having a strain energy release rate (G 1c ) of 1500 to 50000 J / m 2 as a core or core material. More preferably, 3000~40000J / m 2, more preferably 4000~30000J / m 2. If the strain energy release rate (G 1c ) is too small, the impact resistance of the carbon fiber reinforced composite material may be insufficient, and if it is too large, the rigidity of the carbon fiber reinforced composite material may decrease. As such a thermoplastic resin, for example, polyamide, polyamideimide, polyethersulfone, polyetherimide and the like are preferably used, and polyamide is particularly preferable. Among polyamides, nylon 12, nylon 11 and nylon 6/12 copolymer are preferably used. G 1c is evaluated by [D] a compact plate method or a double tension method defined in ASTM D 5045-96, using a resin plate formed by molding a thermoplastic resin that is a core or core material of conductive particles.

導電性の物質で被覆されてなるタイプの[D]導電性の粒子において、核または芯と導電性層の間に接着剤層は存在してもしなくとも良いが、核または芯と導電性層が剥離しやすい場合は存在させても良い。この場合の接着剤層の主成分としては、酢酸ビニル樹脂、アクリル樹脂、酢酸ビニル−アクリル樹脂、酢酸ビニル−塩化ビニル樹脂、エチレン−酢酸ビニル樹脂、エチレン-酢酸ビニル樹脂、エチレン−アクリル樹脂、ポリアミド、ポリビニルアセタール、ポリビニルアルコール、ポリエステル、ポリウレタン、ユリア樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、レゾルシノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド、天然ゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、ウレタンゴム、SBR、再生ゴム、ブチルゴム、水性ビニルウレタン、α−オレフィン、シアノアクリレート、変成アクリル樹脂、エポキシ樹脂、エポキシ−フェノール、ブチラール−フェノール、ニトリル−フェノールなどが好ましく、中でも酢酸ビニル樹脂、アクリル樹脂、酢酸ビニル−アクリル樹脂、酢酸ビニル−塩化ビニル樹脂、エチレン−酢酸ビニル樹脂、エチレン−酢酸ビニル樹脂、エチレン−アクリル樹脂およびエポキシ樹脂等が挙げられる。   In the [D] conductive particles of the type coated with a conductive substance, an adhesive layer may or may not exist between the core or core and the conductive layer, but the core or core and conductive layer may be present. If it is easy to peel off, it may be present. The main components of the adhesive layer in this case are vinyl acetate resin, acrylic resin, vinyl acetate-acrylic resin, vinyl acetate-vinyl chloride resin, ethylene-vinyl acetate resin, ethylene-vinyl acetate resin, ethylene-acrylic resin, polyamide. , Polyvinyl acetal, polyvinyl alcohol, polyester, polyurethane, urea resin, melamine resin, phenol resin, resorcinol resin, epoxy resin, polyimide, natural rubber, chloroprene rubber, nitrile rubber, urethane rubber, SBR, recycled rubber, butyl rubber, aqueous vinyl urethane , Α-olefin, cyanoacrylate, modified acrylic resin, epoxy resin, epoxy-phenol, butyral-phenol, nitrile-phenol, etc. are preferable, among which vinyl acetate resin, acrylic resin, vinyl acetate - acrylic resins, vinyl acetate - vinyl chloride resins, ethylene - vinyl acetate resins, ethylene - vinyl acetate resins, ethylene - include acrylic resins and epoxy resins.

導電性の物質で被覆されてなるタイプ[D]導電性の粒子において、導電性物質で被覆されてなる導電性の粒子は、[核または芯の体積]/[導電性層の体積]で表される体積比が、好ましくは0.1〜500、より好ましくは1〜300、さらに好ましくは5〜100であるものを用いるのが良い。かかる体積比が0.1に満たないと得られる炭素繊維強化複合材料の重量が増加するだけでなく、樹脂調合中に均一に分散できない場合があり、逆に500を超えると得られる炭素繊維強化複合材料において十分な導電性が得られない場合がある。   In the type [D] conductive particles coated with a conductive substance, the conductive particles coated with the conductive substance are represented by [volume of core or core] / [volume of conductive layer]. The volume ratio is preferably 0.1 to 500, more preferably 1 to 300, and still more preferably 5 to 100. If the volume ratio is less than 0.1, not only the weight of the obtained carbon fiber reinforced composite material is increased, but also it may not be able to uniformly disperse during resin preparation. In some cases, sufficient conductivity cannot be obtained in the composite material.

本発明で用いられる[D]導電性の粒子の核または芯が導電性の物質で被覆された導電性の粒子の比重は大きくとも3.2であることが好ましい。導電性の粒子の比重が3.2を超えると得られる炭素繊維強化複合材料の重量が増加するだけでなく、樹脂調合中に均一に分散できない場合がある。かかる観点から、導電性の粒子の比重は、好ましくは、0.8〜2.2である。導電性の粒子の比重が0.8に満たないと、樹脂調合中に均一に分散できない場合がある。   [D] The specific gravity of the conductive particles in which the core or core of the conductive particles used in the present invention is coated with a conductive substance is preferably at most 3.2. When the specific gravity of the conductive particles exceeds 3.2, not only does the weight of the obtained carbon fiber reinforced composite material increase, but there are cases where it cannot be uniformly dispersed during resin preparation. From this viewpoint, the specific gravity of the conductive particles is preferably 0.8 to 2.2. If the specific gravity of the conductive particles is less than 0.8, it may not be uniformly dispersed during resin preparation.

[D]導電性の粒子の形状は、球状でも非球状でも多孔質でも針状でもウイスカー状でも、またはフレーク状でもよいが、球状の方が、熱硬化性樹脂の流動特性を低下させないため炭素繊維への含浸性が優れる。また、炭素繊維強化複合材料への落錘衝撃(または局所的な衝撃)時、局所的な衝撃により生じる層間剥離がより低減されるため、かかる衝撃後の炭素繊維強化複合材料に応力がかかった場合において応力集中による破壊の起点となる前記局所的な衝撃に起因して生じた層間剥離部分がより少なくなることや、積層層内の炭素繊維との接触確率が高く、導電パスを形成し易いことから、高い耐衝撃性と導電性とを発現する炭素繊維強化複合材料が得られる点で好ましい。   [D] The shape of the conductive particles may be spherical, non-spherical, porous, needle-shaped, whisker-shaped, or flake-shaped. However, since the spherical shape does not deteriorate the flow characteristics of the thermosetting resin, carbon is used. Excellent impregnation into fibers. In addition, when falling weight impact (or local impact) on the carbon fiber reinforced composite material, delamination caused by the local impact is further reduced, so stress was applied to the carbon fiber reinforced composite material after such impact. In some cases, there are fewer delaminations caused by the local impact, which is the starting point of fracture due to stress concentration, and there is a high probability of contact with the carbon fibers in the laminated layer, making it easy to form a conductive path. Therefore, it is preferable in that a carbon fiber reinforced composite material that exhibits high impact resistance and conductivity is obtained.

本発明においては、[[C]熱可塑性樹脂の粒子の配合量(質量部)]/[[D]導電性の粒子の配合量(質量部)]で表される質量比を1〜1000、好ましくは10〜500、より好ましくは10〜100とする。かかる質量比が1よりも小さくなると、得られる炭素繊維強化複合材料において十分な耐衝撃性を得ることができず、かかる質量比が1000よりも大きくなると、得られる炭素繊維強化複合材料において十分な導電性が得られなくなるためである。   In the present invention, the mass ratio represented by [[C] the amount of thermoplastic resin particles (parts by mass)] / [[D] the amount of conductive particles (parts by mass)] is 1-1000, Preferably it is 10-500, More preferably, you may be 10-100. When the mass ratio is less than 1, sufficient impact resistance cannot be obtained in the obtained carbon fiber reinforced composite material, and when the mass ratio is greater than 1000, sufficient carbon fiber reinforced composite material is obtained. This is because conductivity cannot be obtained.

本発明においては、[D]導電性の粒子の平均粒径が[C]熱可塑性樹脂の粒子の平均粒径と同じかもしくは大きく、その平均径は大きくとも150μmが好ましい。[D]導電性の粒子の平均粒径が[C]熱可塑性樹脂の粒子の平均粒径よりも小さい場合、絶縁性である[C]熱可塑性樹脂の粒子に[D]導電性の粒子が層間に埋もれてしまい、層内の[A]炭素繊維と[D]導電性の粒子との導電パスが形成されにくく、十分な導電性向上効果をもたらさないことがある。   In the present invention, [D] the average particle diameter of the conductive particles is the same as or larger than the average particle diameter of the [C] thermoplastic resin particles, and the average diameter is preferably at most 150 μm. [D] When the average particle diameter of the conductive particles is smaller than the average particle diameter of the [C] thermoplastic resin particles, the [D] conductive particles are added to the insulating [C] thermoplastic resin particles. It may be buried between layers, and a conductive path between the [A] carbon fiber and the [D] conductive particles in the layer may be difficult to form, and may not provide a sufficient conductivity improving effect.

ここで、平均粒径の測定法を、対象が粒子の場合について説明する。   Here, the measurement method of an average particle diameter is demonstrated about the case where an object is a particle | grain.

粒子の平均粒径については、例えば、走査型電子顕微鏡などの顕微鏡にて粒子を1000倍以上に拡大し写真撮影し、無作為に粒子を選び、その粒子の外接する円の直径を粒径とし、その粒径の平均値(n=50)として求めることができる。また、導電性の物質で被覆されてなる導電性の粒子の[核の体積]/[導電性層の体積]で表される体積比を求める際は、まず導電性の粒子の核の平均粒径を前記手法にて測定する、あるいは導電性の粒子の平均粒径を前記手法にて測定する。その後、導電性の物質で被覆されてなる導電性の粒子の断面を走査型顕微鏡にて1万倍に拡大し写真撮影し、導電性層の厚さを測定(n=10)し、その平均値を計算する。かかる測定は、上記無作為に選んだ導電性粒子(n=50)について実施する。導電性の粒子の核の平均粒径と導電性層の厚さの平均値の2倍を足し合わせることで導電性の粒子の平均粒径とする、あるいは導電性の粒子の平均粒径と導電性層の厚さの平均値の2倍を引くことで導電性の粒子の核の平均粒径とする。そして、導電性の粒子の核の平均粒径と導電性の粒子の平均粒径を用いて、[核の体積]/[導電性層の体積]で表される体積比を計算することができる。   Regarding the average particle size of the particles, for example, the particles are magnified 1000 times or more with a microscope such as a scanning electron microscope, photographed, randomly selected particles, and the diameter of the circle circumscribing the particles as the particle size The average particle size (n = 50) can be obtained. When determining the volume ratio represented by [volume of core] / [volume of conductive layer] of conductive particles coated with a conductive substance, first, the average particle size of the core of conductive particles The diameter is measured by the above method, or the average particle diameter of the conductive particles is measured by the above method. Thereafter, the cross section of the conductive particles coated with the conductive substance was magnified 10,000 times with a scanning microscope, photographed, the thickness of the conductive layer was measured (n = 10), and the average Calculate the value. Such measurement is carried out on the above randomly selected conductive particles (n = 50). The average particle diameter of the conductive particles is obtained by adding the average particle diameter of the core of the conductive particles and twice the average value of the thickness of the conductive layer, or the average particle diameter of the conductive particles and the conductivity By subtracting twice the average value of the thickness of the conductive layer, the average particle diameter of the core of the conductive particles is obtained. Then, the volume ratio represented by [volume of nucleus] / [volume of conductive layer] can be calculated using the average particle diameter of the core of the conductive particles and the average particle diameter of the conductive particles. .

[D]導電性の粒子が[B]熱硬化性樹脂と[C]熱可塑性樹脂の粒子と[D]導電性の粒子の総和に対して、0.01〜50質量%であることが、得られる炭素繊維強化複合材料において優れた導電性を示すため好ましい。より好ましくは、0.05〜10質量%であり、さらに好ましくは0.1〜5質量%である。[D]導電性の粒子が[B]熱硬化性樹脂と[C]熱可塑性樹脂の粒子と[D]導電性の粒子の総和に対して、0.01質量%よりも少ない場合、得られる炭素繊維強化複合材料において導電パスが形成されにくく十分な導電性向上効果をもたらさないことがあり、50質量%を越える場合、得られる炭素繊維強化複合材料において十分な耐衝撃性を得られないことがある。   [D] It is 0.01-50 mass% with respect to the sum total of [D] electroconductive particle, [B] thermosetting resin, [C] thermoplastic resin particle, and [D] electroconductive particle, The obtained carbon fiber reinforced composite material is preferable because it exhibits excellent conductivity. More preferably, it is 0.05-10 mass%, More preferably, it is 0.1-5 mass%. [D] Obtained when the conductive particles are less than 0.01% by mass with respect to the sum of [B] thermosetting resin, [C] thermoplastic resin particles, and [D] conductive particles. In the carbon fiber reinforced composite material, it is difficult to form a conductive path and may not provide a sufficient conductivity improvement effect. When the amount exceeds 50% by mass, sufficient impact resistance cannot be obtained in the obtained carbon fiber reinforced composite material. There is.

本発明において、用いられるプリプレグないし炭素繊維強化複合材料に含まれる、[D]導電性の粒子の粒径の変動係数が5%以下であることが必要とされる。導電性の粒子の粒径の変動係数が5%を越える場合は、炭素繊維強化複合材料の炭素繊維の層間において導電性の粒子がそれぞれの炭素繊維と接触する確率が低下するため得られる炭素繊維強化複合材料の導電性が十分向上しない。   In the present invention, the coefficient of variation of the particle size of [D] conductive particles contained in the prepreg or carbon fiber reinforced composite material used is required to be 5% or less. When the coefficient of variation of the particle diameter of the conductive particles exceeds 5%, the probability that the conductive particles come into contact with each carbon fiber between the carbon fiber layers of the carbon fiber reinforced composite material is reduced, so that the carbon fiber obtained is obtained. The conductivity of the reinforced composite material is not sufficiently improved.

導電性の粒子の粒径の変動係数は、上記で挙げた平均粒径の測定から標準偏差を算出し、そこから変動係数を(標準偏差/平均粒径)×100(%)で算出することができる。標準偏差は、例えば「新版 品質管理のための統計的方法入門 日科技連出版社」の44ページ等を参考に算出することができる。なお、本発明に用いられるプリプレグから導電性の粒子の粒径の平均粒径を求める手段として、プリプレグから導電性の粒子を抽出した後、コールターカウンターを用いる手段を採用することができ、また、炭素繊維強化複合材料から導電性粒子の粒径の平均粒径を求める手段として、走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡やレーザー顕微鏡を採用することができる。   The coefficient of variation of the particle size of the conductive particles is calculated by calculating the standard deviation from the measurement of the average particle size mentioned above, and from that, the coefficient of variation is calculated as (standard deviation / average particle size) × 100 (%). Can do. The standard deviation can be calculated with reference to, for example, page 44 of “Introduction to Statistical Methods for Quality Control of New Editions”. In addition, as a means for obtaining the average particle diameter of the conductive particles from the prepreg used in the present invention, after extracting the conductive particles from the prepreg, a means using a Coulter counter can be employed, A scanning electron microscope, a transmission electron microscope, or a laser microscope can be employed as a means for obtaining the average particle diameter of the conductive particles from the carbon fiber reinforced composite material.

本発明の炭素繊維強化複合材料用樹脂組成物を得るに際し、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂の粒子、導電性の粒子からなるマスターバッチを使用することも好ましい。すなわち、混合方法によっては、導電性の粒子の凝集物が存在することにより本来の力学特性、導電性が発揮されない場合があるのに対し、マスターバッチとすることで樹脂組成物中への粗大な凝集物の混入を抑制し樹脂組成物中への分散性が向上する。分散性が向上することで、本発明の炭素繊維強化複合材料の導電性、力学特性が安定しばらつきが減少される。また、熱硬化性樹脂量の質量比が少なすぎると、導電性の粒子の分散性が悪くなる場合があり、逆に、この範囲よりも熱硬化性樹脂の質量比が大きくなるとマスターバッチ法を用いる有用性が低くなる場合がある。   In obtaining the resin composition for carbon fiber reinforced composite material of the present invention, it is also preferable to use a masterbatch composed of thermosetting resin, thermoplastic resin particles, and conductive particles. That is, depending on the mixing method, the original mechanical properties and conductivity may not be exhibited due to the presence of aggregates of conductive particles. Mixing of aggregates is suppressed, and dispersibility in the resin composition is improved. By improving the dispersibility, the conductivity and mechanical properties of the carbon fiber reinforced composite material of the present invention are stabilized and variations are reduced. In addition, if the mass ratio of the thermosetting resin amount is too small, the dispersibility of the conductive particles may be deteriorated. Conversely, if the mass ratio of the thermosetting resin is larger than this range, the master batch method is used. Usefulness may be reduced.

マスターバッチの適用法としては、例えば次のような手順が、例として挙げられる。まず、攪拌機により熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂の粒子、導電性の粒子を混練し、導電性の粒子を分散させてマスターバッチを作製し、設計したマトリックス樹脂組成物の質量比となるように、残りの熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂の粒子、硬化剤などの配合物に、作製したマスターバッチを添加することで、目的の炭素繊維複合材料用エポキシ樹脂組成物が得られる。   As an application method of the masterbatch, for example, the following procedure is given as an example. First, a thermosetting resin, thermoplastic resin particles, and conductive particles are kneaded with a stirrer, and conductive particles are dispersed to prepare a masterbatch so that the mass ratio of the designed matrix resin composition is obtained. The target epoxy resin composition for a carbon fiber composite material is obtained by adding the prepared master batch to a composition such as the remaining thermosetting resin, particles of thermoplastic resin, and a curing agent.

本発明の炭素繊維強化複合材料用マトリックス樹脂組成物を得るには、熱可塑性樹脂の粒子、導電性の粒子と硬化剤以外の構成要素を150℃程度で均一に加熱混練し、硬化反応が進みにくい温度まで冷却した後に熱可塑性樹脂の粒子、導電性の粒子および硬化剤を加えて混練することが好ましいが、各成分の配合方法は特にこの方法に限定されるものではない。   In order to obtain the matrix resin composition for carbon fiber reinforced composite material of the present invention, the thermoplastic resin particles, the conductive particles and the constituents other than the curing agent are uniformly heated and kneaded at about 150 ° C., and the curing reaction proceeds. It is preferable to add thermoplastic resin particles, conductive particles, and a curing agent and knead after cooling to a difficult temperature, but the blending method of each component is not particularly limited to this method.

本発明において、[D]導電性の粒子は、[B]熱硬化性樹脂との接着性が低いものもあるが、これらに表面処理を施したものを用いれば、熱硬化性樹脂との強い接着を実現することができ、耐衝撃性のさらなる向上が可能となる。かかる観点から、カップリング処理、酸化処理、オゾン処理、プラズマ処理、コロナ処理、およびブラスト処理からなる群から選ばれた少なくとも一種の処理を施したものを適用することが好ましい。なかでも熱硬化性樹脂と化学結合、水素結合を形成しうるカップリング処理、酸化処理、プラズマ処理による表面処理を施したものは、熱硬化性樹脂との強い接着が実現できることからより好ましく用いられる。   In the present invention, [D] conductive particles may have low adhesion to [B] thermosetting resin, but if these are subjected to surface treatment, they are strong against thermosetting resin. Adhesion can be realized, and the impact resistance can be further improved. From this point of view, it is preferable to apply a material that has been subjected to at least one treatment selected from the group consisting of coupling treatment, oxidation treatment, ozone treatment, plasma treatment, corona treatment, and blast treatment. Among them, those that have been subjected to a surface treatment by a coupling treatment, oxidation treatment, or plasma treatment that can form a chemical bond or hydrogen bond with a thermosetting resin are more preferably used because strong adhesion to the thermosetting resin can be realized. .

また、上記表面処理に当たっては、表面処理時間の短縮や[D]導電性の粒子の分散を助けるため、加熱および超音波を用いながら表面処理を行うことができる。加熱温度は、高くとも200℃、好ましくは30〜120℃がよい。すなわち温度が高すぎると臭気が強くなり環境が悪化したり、運転コストが高くなったりする場合がある。   In the surface treatment, the surface treatment can be performed using heating and ultrasonic waves in order to help shorten the surface treatment time and to disperse [D] conductive particles. The heating temperature is at most 200 ° C, preferably 30 to 120 ° C. That is, if the temperature is too high, the odor becomes strong and the environment may deteriorate, or the operating cost may increase.

本発明に用いられるプリプレグは、粒子に富む層、すなわち、その断面を観察したときに、前記した粒子(熱可塑性樹脂の粒子、導電性の粒子)が局在して存在している状態が明瞭に確認しうる層(以下、粒子層と略記することがある。)が、プリプレグの表面付近部分に形成されている構造であることが好ましい。   The prepreg used in the present invention clearly shows a state in which the above-described particles (thermoplastic resin particles, conductive particles) are present locally when the layer rich in particles, that is, the cross section thereof is observed. It is preferable that the layer (hereinafter sometimes abbreviated as “particle layer”) that can be confirmed in the above is formed in the vicinity of the surface of the prepreg.

このように、粒子が表面側に偏在している構造をとることにより、プリプレグを積層し、エポキシ樹脂を硬化させて炭素繊維強化複合材料とした場合、プリプレグ層、すなわち炭素繊維強化複合材料層の間で樹脂層が形成され易く、それにより、炭素繊維強化複合材料層相互の接着性や密着性が高められ、得られる炭素繊維強化複合材料に高度の耐衝撃性が発現されるようになる。   In this way, by taking a structure in which the particles are unevenly distributed on the surface side, when the prepreg is laminated and the epoxy resin is cured to form a carbon fiber reinforced composite material, the prepreg layer, that is, the carbon fiber reinforced composite material layer A resin layer is easily formed between them, whereby the adhesion and adhesion between the carbon fiber reinforced composite material layers are enhanced, and the resulting carbon fiber reinforced composite material exhibits high impact resistance.

このような観点から、前記の粒子層は、プリプレグの厚さ100%に対して、プリプレグの表面から、表面を起点として厚さ方向に好ましくは20%の深さ、より好ましくは10%の深さの範囲内に存在していることが好ましい。2枚以上のプリプレグを積層するに際し、プリプレグの粒子層を片面のみに存在させる場合には、粒子層が存在する面が同じ方向に向くようにプリプレグを積層すると良い。他方、粒子層をプリプレグの片面のみに存在させた場合、プリプレグに表裏ができるため、積層に際して注意が必要となる。すなわち、粒子のある層間とない層間が存在するようにプリプレグを配置すると、衝撃に対して弱い炭素繊維強化複合材料となる可能性があるため、表裏の区別をなくし、積層を容易にするため、粒子層はプリプレグの表裏両面に存在する方が良い。   From such a viewpoint, the particle layer is preferably 20% deep, more preferably 10% deep from the surface of the prepreg in the thickness direction starting from the surface with respect to 100% of the thickness of the prepreg. It is preferable that it exists in the range. When laminating two or more prepregs, when the particle layer of the prepreg is present only on one side, the prepreg is preferably laminated so that the surface on which the particle layer is present faces in the same direction. On the other hand, when the particle layer is present only on one side of the prepreg, the prepreg can be front and back, so care must be taken when laminating. That is, if the prepreg is placed so that there is an interlayer with and without particles, there is a possibility of becoming a carbon fiber reinforced composite material that is weak against impact. Therefore, in order to eliminate the distinction between the front and back and facilitate lamination, The particle layer should be present on both the front and back sides of the prepreg.

さらに、粒子層内に存在する熱可塑性樹脂の粒子と導電性の粒子の存在割合は、プリプレグ中、熱可塑性樹脂の粒子と導電性の粒子の全量100質量%に対して、好ましくは90〜100質量%であり、より好ましくは95〜100質量%である。   Further, the ratio of the thermoplastic resin particles and the conductive particles present in the particle layer is preferably 90 to 100 with respect to 100% by mass of the total amount of the thermoplastic resin particles and the conductive particles in the prepreg. It is mass%, More preferably, it is 95-100 mass%.

この粒子の存在率は、例えば、下記の方法で評価することができる。すなわち、プリプレグを2枚の表面の平滑なポリ四フッ化エチレン樹脂板の間に挟持して密着させ、7日間かけて徐々に硬化温度まで温度を上昇させてゲル化、硬化させて板状のプリプレグ硬化物を作製する。このプリプレグ硬化物の両面に、プリプレグ硬化物の表面から、厚さの20%深さ位置にプリプレグの表面と平行な線を2本引く。次に、プリプレグの表面と上記線との間に存在する粒子の合計面積と、プリプレグの厚みに渡って存在する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20%の深さの範囲に存在する粒子の存在率を計算する。ここで、粒子の合計面積は、断面写真から粒子部分を刳り抜き、その質量から換算して求める。樹脂中に分散する粒子の写真撮影後の判別が困難な場合は、粒子を染色する手段も採用できる。   The abundance of the particles can be evaluated by, for example, the following method. That is, the prepreg is sandwiched between two smooth polytetrafluoroethylene resin plates with a smooth surface, and the temperature is gradually raised to the curing temperature over 7 days to gel and cure to cure the plate-like prepreg. Make a thing. Two lines parallel to the surface of the prepreg are drawn on both surfaces of the prepreg cured product from the surface of the prepreg cured product at a depth of 20% of the thickness. Next, the total area of the particles existing between the surface of the prepreg and the above line and the total area of the particles existing over the thickness of the prepreg are obtained. Calculate the abundance of particles present in the 20% depth range. Here, the total area of the particles is obtained by cutting out the particle portion from the cross-sectional photograph and converting it from the mass. If it is difficult to discriminate the particles dispersed in the resin after photography, a means for dyeing the particles can also be employed.

また、本発明において導電性の粒子の量は、プリプレグに対して20質量%以下の範囲であることが好ましい。プリプレグに対して20質量%を超えると、粒子と樹脂との混合が困難になる上、プリプレグのタックとドレープ性が低下することがある。すなわち、ベース樹脂であるエポキシ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、導電性の粒子の量は、プリプレグに対して20質量%以下であることが好ましく、より好ましくは15質量%以下である。プリプレグのハンドリングを一層優れたものにするためには、導電性の粒子の量は、10質量%以下であることが好ましい。その粒子量は、高い耐衝撃と導電性を得るために、プリプレグに対し1質量%以上とすることが好ましく、より好ましくは2質量%以上である。   In the present invention, the amount of conductive particles is preferably in the range of 20% by mass or less based on the prepreg. When it exceeds 20 mass% with respect to a prepreg, mixing of particle | grains and resin will become difficult, and the tack | tuck and drape property of a prepreg may fall. That is, in order to provide impact resistance due to the particles while maintaining the properties of the epoxy resin as the base resin, the amount of the conductive particles is preferably 20% by mass or less based on the prepreg, and more preferably. Is 15% by mass or less. In order to further improve the handling of the prepreg, the amount of conductive particles is preferably 10% by mass or less. The amount of the particles is preferably 1% by mass or more, more preferably 2% by mass or more with respect to the prepreg in order to obtain high impact resistance and conductivity.

本発明のプリプレグは、特開平1−26651号公報、特開昭63−170427号公報または特開昭63−170428号公報に開示されているような方法を応用して製造することができる。具体的には、本発明のプリプレグは、炭素繊維とマトリックス樹脂であるエポキシ樹脂からなる一次プリプレグの表面に、熱可塑性樹脂の粒子と導電性の粒子をそのまま塗布する方法、マトリックス樹脂であるエポキシ樹脂中にこれらの熱可塑性樹脂の粒子と導電性の粒子を均一に混合した混合物を調整し、この混合物を炭素繊維に含浸させる過程において強化繊維で熱可塑性樹脂の粒子と導電性の粒子の侵入を遮断せしめてプリプレグの表面部分に粒子を局在化させる方法、または予めエポキシ樹脂を炭素繊維に含浸させて一次プリプレグを作製しておき、一次プリプレグ表面に、これらの粒子を高濃度で含有する熱硬化性樹脂のフィルムを貼付する方法等で製造することができる。熱可塑性樹脂の粒子と導電性の粒子が、プリプレグの厚み20%の深さの範囲に均一に存在することで、耐衝撃性と導電性とを兼ね備えた炭素繊維複合材料用のプリプレグが得られる。   The prepreg of the present invention can be produced by applying a method as disclosed in JP-A-1-26651, JP-A-63-170427 or JP-A-63-170428. Specifically, the prepreg of the present invention is a method in which thermoplastic resin particles and conductive particles are directly applied to the surface of a primary prepreg composed of an epoxy resin that is a carbon fiber and a matrix resin, and an epoxy resin that is a matrix resin. Prepare a mixture of these thermoplastic resin particles and conductive particles uniformly mixed, and in the process of impregnating this mixture into carbon fiber, the reinforcing fibers prevent the thermoplastic resin particles and conductive particles from entering. A method of localizing particles on the surface portion of the prepreg by blocking or heat that contains a high concentration of these particles on the surface of the primary prepreg by pre-impregnating carbon fiber with an epoxy resin in advance to produce a primary prepreg. It can be produced by a method of sticking a curable resin film. A prepreg for a carbon fiber composite material having both impact resistance and conductivity can be obtained by uniformly presenting the thermoplastic resin particles and the conductive particles within a depth range of 20% of the thickness of the prepreg. .

本発明の炭素繊維強化複合材料は、上述した本発明のプリプレグを所定の形態で積層し、加圧・加熱して樹脂を硬化させる方法を一例として、製造することができる。熱可塑性樹脂の粒子と導電性の粒子とを組み合わせて用いることにより、炭素繊維強化複合材料への落錘衝撃(または局所的な衝撃)時、局所的な衝撃により生じる層間剥離が低減されるため、かかる衝撃後の炭素繊維強化複合材料に応力がかかった場合において応力集中による破壊の起点となる前記局所的な衝撃に起因して生じた層間剥離部分が少ないことや、導電性の粒子の粒径の変動係数が5%以下であることから積層層内の炭素繊維との接触確率が高く、導電パスを形成し易いことから、高い耐衝撃性と導電性とを発現する炭素繊維強化複合材料が得られる。   The carbon fiber reinforced composite material of the present invention can be produced by taking, as an example, a method of laminating the above-described prepreg of the present invention in a predetermined form and curing the resin by pressurization and heating. By using a combination of thermoplastic resin particles and conductive particles, delamination caused by local impact is reduced during falling weight impact (or local impact) on carbon fiber reinforced composite material. In addition, when stress is applied to the carbon fiber reinforced composite material after the impact, there are few delamination portions caused by the local impact, which is a starting point of fracture due to stress concentration, or particles of conductive particles. Since the coefficient of variation in diameter is 5% or less, the contact probability with the carbon fiber in the laminated layer is high, and it is easy to form a conductive path. Therefore, a carbon fiber reinforced composite material that exhibits high impact resistance and conductivity. Is obtained.

本発明において炭素繊維強化複合材料の[A]炭素繊維の層間で30%以上の個数の[D]導電性の粒子がそれぞれの[A]炭素繊維と接触していることが必要とされる。炭素繊維強化複合材料の炭素繊維の層間で導電性の粒子がそれぞれの炭素繊維と接触していない場合、あるいは、炭素繊維強化複合材料の炭素繊維の層間で30%よりも低い個数の導電性の粒子がそれぞれの炭素繊維と接触している場合は、導電性のパスを形成するのが難しいため、炭素繊維強化複合材料の導電性が十分向上しない。すなわち、炭素繊維強化複合材料の炭素繊維の層間のサイズと導電性の粒子のサイズにおいて、[導電性の粒子のサイズ]/[炭素繊維強化複合材料の炭素繊維の層間のサイズ]の値が0.5〜2、好ましくは0.7〜1.6、より好ましくは0.8〜1.2である。また、[A]炭素繊維の層間で、それぞれの[A]炭素繊維と接触している[D]導電性の粒子の個数の割合は、導電性のパスを形成の点で30%以上、好ましくは50%以上、より好ましくは70%以上である。   In the present invention, it is necessary that 30% or more of the [D] conductive particles are in contact with the respective [A] carbon fibers between the [A] carbon fiber layers of the carbon fiber reinforced composite material. When the conductive particles are not in contact with the respective carbon fibers between the carbon fiber layers of the carbon fiber reinforced composite material, or the number of conductive particles is less than 30% between the carbon fiber layers of the carbon fiber reinforced composite material. When the particles are in contact with the respective carbon fibers, it is difficult to form a conductive path, so that the conductivity of the carbon fiber reinforced composite material is not sufficiently improved. That is, in the size between the carbon fiber layers of the carbon fiber reinforced composite material and the size of the conductive particles, the value of [conductive particle size] / [size between carbon fiber layers of the carbon fiber reinforced composite material] is 0. 0.5-2, preferably 0.7-1.6, more preferably 0.8-1.2. [A] The ratio of the number of [D] conductive particles in contact with each [A] carbon fiber between the layers of [A] carbon fibers is preferably 30% or more in terms of forming a conductive path. Is 50% or more, more preferably 70% or more.

さらに、プリプレグを用いずに、本発明のマトリックス樹脂組成物を直接強化繊維に含浸させた後、加熱硬化する方法、例えばハンド・レイアップ法、フィラメント・ワインディング法、プルトルージョン法、レジン・インジェクション・モールディング法、レジン・トランスファー・モールディング法などの成形法によっても炭素繊維強化複合材料を作製することができる。そして本発明では、これらの成形法を用いて成形された炭素繊維強化複合材料の層間とは、[A]炭素繊維の層と[A]炭素繊維の層の間に形成される層のことを意味するものとする。この場合も、[A]炭素繊維の層間に存在する[D]導電性の粒子は、粒径の変動係数が5%以下であり、かつ、30%以上の個数の[D]導電性の粒子が炭素繊維強化複合材料の[A]炭素繊維の層間でそれぞれの[A]炭素繊維と接触していることを必須とする。   Further, without impregnating the prepreg, the matrix resin composition of the present invention is directly impregnated into the reinforcing fiber, followed by heat curing, such as hand lay-up method, filament winding method, pultrusion method, resin injection, A carbon fiber reinforced composite material can also be produced by a molding method such as a molding method or a resin transfer molding method. In the present invention, the carbon fiber reinforced composite material layer formed by using these forming methods refers to a layer formed between the [A] carbon fiber layer and the [A] carbon fiber layer. Shall mean. Also in this case, [A] [D] conductive particles existing between carbon fiber layers have a coefficient of variation of particle size of 5% or less and the number of [D] conductive particles of 30% or more. Are in contact with the respective [A] carbon fibers between the [A] carbon fiber layers of the carbon fiber reinforced composite material.

このようにして得られた炭素繊維強化複合材料は、導電パスに優れることから、280MPa以上の衝撃後圧縮強度を維持しつつも、1.0×10Ωcm以下の体積固有抵抗が実現される。かかる炭素繊維強化複合材料は、[A]炭素繊維、[B]熱硬化性樹脂の配合割合、[C]熱可塑性樹脂の粒子、[D]導電性の粒子の平均粒径、[D]導電性の粒子の変動係数などを適宜調整することにより、[D]導電性の粒子と接触する[A]炭素繊維の層間における[D]導電性の粒子の構成、配置を制御することができ、衝撃後圧縮強度、体積固有抵抗を、それぞれ好ましくは、280MPa以上、1.0×10Ωcm以下、それぞれより好ましくは、285MPa以上、5.0×10Ωcm以下に設計することができる。なお、炭素繊維の層間に靱性の高い熱可塑性樹脂の粒子を使用した場合、層間の靱性、ならびに炭素繊維強化複合材料の耐衝撃性と導電性のバランスを考慮し、これらの特性の最適化(例えば、衝撃後圧縮強度、体積固有抵抗を、415MPa以下、1.7×10―3Ωcm以上とする設計をする等)を図っても良い。 Since the carbon fiber reinforced composite material obtained in this way is excellent in a conductive path, a volume resistivity of 1.0 × 10 3 Ωcm or less is realized while maintaining a compressive strength after impact of 280 MPa or more. . Such a carbon fiber reinforced composite material includes: [A] carbon fiber, [B] thermosetting resin blending ratio, [C] thermoplastic resin particles, [D] average particle diameter of conductive particles, [D] conductive By appropriately adjusting the coefficient of variation of the conductive particles, it is possible to control the configuration and arrangement of the [D] conductive particles between the layers of the [A] carbon fiber in contact with the [D] conductive particles, The compressive strength after impact and the volume resistivity can each be preferably designed to be 280 MPa or more and 1.0 × 10 3 Ωcm or less, more preferably 285 MPa or more and 5.0 × 10 2 Ωcm or less, respectively. When using thermoplastic resin particles with high toughness between carbon fiber layers, the balance between the toughness of the layers and the impact resistance and conductivity of the carbon fiber reinforced composite material is taken into account. For example, the compression strength after impact and the volume resistivity may be designed to be 415 MPa or less and 1.7 × 10 −3 Ωcm or more.

かかる本発明の炭素繊維強化複合材料は、上述の特徴を備えることから、航空機構造部材、風車の羽根、自動車外板およびICトレイやノートパソコンの筐体(ハウジング)などのコンピュータ用途に好ましく用いられる。   Since the carbon fiber reinforced composite material of the present invention has the above-described features, it is preferably used for computer applications such as aircraft structural members, windmill blades, automobile outer plates, and IC trays and notebook PC housings. .

以下、実施例によって、本発明に用いられるプリプレグと本発明の炭素繊維強化複合材料について、より具体的に説明する。実施例で用いた樹脂原料、プリプレグおよび炭素繊維強化複合材料の作製方法、衝撃後圧縮強度の評価方法を、次に示す。実施例のプリプレグの作製環境および評価は、特に断りのない限り、温度25℃±2℃、相対湿度50%の雰囲気で行ったものである。また、本発明は、これらの実施例によって限定されるものではない。   Hereinafter, the prepreg used in the present invention and the carbon fiber reinforced composite material of the present invention will be described more specifically with reference to examples. The resin raw materials, prepregs and carbon fiber reinforced composite materials used in the examples, and methods for evaluating post-impact compressive strength are shown below. The production environment and evaluation of the prepregs of the examples are performed in an atmosphere at a temperature of 25 ° C. ± 2 ° C. and a relative humidity of 50% unless otherwise specified. Further, the present invention is not limited to these examples.

<炭素繊維>
・“トレカ(登録商標)”T800S−24K−10E(繊維数24,000本、引張強度5.9GPa、引張弾性率290GPa、引張伸度2.0%の炭素繊維、総繊度1.03g/m、東レ(株)製)。
<Carbon fiber>
"Torayca (registered trademark)" T800S-24K-10E (24,000 fibers, tensile strength 5.9 GPa, tensile elastic modulus 290 GPa, tensile elongation 2.0% carbon fiber, total fineness 1.03 g / m , Manufactured by Toray Industries, Inc.).

<エポキシ樹脂>
・ビスフェノールA型エポキシ樹脂、“jER(登録商標)”825(ジャパンエポキシレジン(株)製)
・テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、ELM434(住友化学(株)製)。
<Epoxy resin>
・ Bisphenol A type epoxy resin, "jER (registered trademark)" 825 (manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.)
Tetraglycidyldiaminodiphenylmethane, ELM434 (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.).

<硬化剤>
・4,4’−ジアミノジフェニルスルホン(三井化学ファイン(株)製)。
<Curing agent>
-4,4'-diaminodiphenyl sulfone (made by Mitsui Chemicals Fine Co., Ltd.).

<熱可塑性樹脂>
・末端に水酸基を有するポリエーテルスルホン“スミカエクセル(登録商標)”PES5003P(住友化学(株)製)。
<Thermoplastic resin>
-Polyethersulfone having a hydroxyl group at the terminal "SUMICA EXCEL (registered trademark)" PES5003P (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.).

<熱可塑性樹脂の粒子>
・ナイロン12粒子SP−10(東レ(株)製、形状:真球)
・下記の製造方法で得られたエポキシ変性ナイロン粒子A
透明ポリアミド(商品名“グリルアミド(登録商標)”−TR55、エムザベルケ社製)90質量部、エポキシ樹脂(商品名“jER(登録商標)”828、ジャパンエポキシレジン(株)製)7.5質量部および硬化剤(商品名“トーマイド(登録商標)”#296、富士化成工業(株)社製)2.5質量部を、クロロホルム300質量部とメタノール100質量部の混合溶媒中に添加して、均一溶液を得た。次に、得られた均一溶液を塗装用のスプレーガンを用いて霧状にして、良く撹拌して3000質量部のn−ヘキサンの液面に向かって吹き付けて溶質を析出させた。析出した固体を濾別し、n−ヘキサンで良く洗浄した後に、100℃の温度で24時間の真空乾燥を行い、エポキシ変性ナイロン粒子Aを得た。(平均粒径:12.5μm)。
<Thermoplastic resin particles>
・ Nylon 12 particles SP-10 (manufactured by Toray Industries, Inc., shape: true sphere)
-Epoxy-modified nylon particles A obtained by the following production method
90 parts by mass of transparent polyamide (trade name “Grillamide (registered trademark)”-TR55, manufactured by Mzavelke), 7.5 parts by mass of epoxy resin (product name “jER (registered trademark)” 828, manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.) And 2.5 parts by mass of a curing agent (trade name “Tomide (registered trademark)” # 296, manufactured by Fuji Kasei Kogyo Co., Ltd.) in a mixed solvent of 300 parts by mass of chloroform and 100 parts by mass of methanol, A homogeneous solution was obtained. Next, the obtained uniform solution was atomized using a spray gun for coating, well stirred, and sprayed toward the liquid surface of 3000 parts by mass of n-hexane to precipitate a solute. The precipitated solid was separated by filtration and washed well with n-hexane, followed by vacuum drying at 100 ° C. for 24 hours to obtain epoxy-modified nylon particles A. (Average particle size: 12.5 μm).

<導電性の粒子>
・“NICABEADS(登録商標)”ICB−2020(日本カーボン(株)製)(平均粒径:26.69μm、変動係数:4.87%)
上記の粒子は分級を繰り返し、粒径の変動係数を5%以下にしてから使用した。
・“NICABEADS(登録商標)”MC−2020(日本カーボン(株)製)(平均粒径:24.35μm、変動係数:2.12%)
上記の粒子は分級を繰り返し、粒径の変動係数を5%以下にしてから使用した。
・“NICABEADS(登録商標)”PC−2020(日本カーボン(株)製)(平均粒径:25.05μm、変動係数:3.87%)
上記の粒子は分級を繰り返し、粒径の変動係数を5%以下にしてから使用した。
・SGL−50(SECカーボン(株)製)(平均粒径:26.73μm、変動係数:4.72%)
上記の粒子は分級を繰り返し、粒径の変動係数を5%以下にしてから使用した。
・SGL−25(SECカーボン(株)製)(平均粒径:24.91μm、変動係数:3.27%)
上記の粒子は分級を繰り返し、粒径の変動係数を5%以下にしてから使用した。
・グラッシーカーボン(東海カーボン(株)製)(平均粒径:25.57μm、変動係数:3.83%)
上記の粒子は分級を繰り返し、粒径の変動係数を5%以下にしてから使用した。
・真球状カーボン(群栄化学工業(株)製)(平均粒径:26.27μm、変動係数:4.18%)
上記の粒子は分級を繰り返し、粒径の変動係数を5%以下にしてから使用した。
・フェノール樹脂の粒子(マリリン HF−050、群栄化学工業(株)製)を2000℃で焼成し、分級を繰り返して得られたカーボン粒子A(平均粒径:25.02μm、変動係数:3.54%)
・フェノール樹脂の粒子(“ベルパール(登録商標)”R−800、エア・ウォーター(株)製)を2000℃で焼成し、分級を繰り返して得られたカーボン粒子B(平均粒径:24.37μm、変動係数:4.87%)
・フェノール樹脂の粒子(“ベルパール(登録商標)”S−870、エア・ウォーター(株)製)を2000℃で焼成し、分級を繰り返して得られたカーボン粒子C(平均粒径:26.12μm、変動係数:3.11%)
・“ベルパール(登録商標)”C−800(エア・ウォーター(株)製)(平均粒径:15.05μm、変動係数:4.05%)
上記の粒子は分級を繰り返し、粒径の変動係数を5%以下にしてから使用した。
・“ベルパール(登録商標)”C−2000(エア・ウォーター(株)製)(平均粒径:15.12μm、変動係数:4.38%)。
<Conductive particles>
“NICABEADS (registered trademark)” ICB-2020 (manufactured by Nippon Carbon Co., Ltd.) (average particle size: 26.69 μm, coefficient of variation: 4.87%)
The above particles were repeatedly classified and used after the coefficient of variation in particle size was reduced to 5% or less.
“NICABEADS (registered trademark)” MC-2020 (manufactured by Nippon Carbon Co., Ltd.) (average particle size: 24.35 μm, coefficient of variation: 2.12%)
The above particles were repeatedly classified and used after the coefficient of variation in particle size was reduced to 5% or less.
“NICABEADS (registered trademark)” PC-2020 (manufactured by Nippon Carbon Co., Ltd.) (average particle size: 25.05 μm, coefficient of variation: 3.87%)
The above particles were repeatedly classified and used after the coefficient of variation in particle size was reduced to 5% or less.
SGL-50 (manufactured by SEC Carbon Co., Ltd.) (average particle size: 26.73 μm, coefficient of variation: 4.72%)
The above particles were repeatedly classified and used after the coefficient of variation in particle size was reduced to 5% or less.
SGL-25 (manufactured by SEC Carbon Co., Ltd.) (average particle size: 24.91 μm, coefficient of variation: 3.27%)
The above particles were repeatedly classified and used after the coefficient of variation in particle size was reduced to 5% or less.
Glassy carbon (manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd.) (average particle size: 25.57 μm, coefficient of variation: 3.83%)
The above particles were repeatedly classified and used after the coefficient of variation in particle size was reduced to 5% or less.
・ Spherical carbon (manufactured by Gunei Chemical Industry Co., Ltd.) (average particle size: 26.27 μm, coefficient of variation: 4.18%)
The above particles were repeatedly classified and used after the coefficient of variation in particle size was reduced to 5% or less.
Carbon particles A (average particle size: 25.02 μm, coefficient of variation: 3) obtained by firing phenol resin particles (Marilyn HF-050, manufactured by Gunei Chemical Industry Co., Ltd.) at 2000 ° C. and repeating the classification. .54%)
Carbon particles B (average particle diameter: 24.37 μm) obtained by firing phenol resin particles (“Bellpearl (registered trademark)” R-800, manufactured by Air Water Co., Ltd.) at 2000 ° C. and repeating classification. , Coefficient of variation: 4.87%)
Carbon particles C (average particle size: 26.12 μm) obtained by firing phenol resin particles (“Bellpearl (registered trademark)” S-870, manufactured by Air Water Co., Ltd.) at 2000 ° C. and repeating classification. , Coefficient of variation: 3.11%)
"Bellepearl (registered trademark)" C-800 (manufactured by Air Water Co., Ltd.) (average particle size: 15.05 µm, coefficient of variation: 4.05%)
The above particles were repeatedly classified and used after the coefficient of variation in particle size was reduced to 5% or less.
"Bellepearl (registered trademark)" C-2000 (manufactured by Air Water Co., Ltd.) (average particle size: 15.12 µm, coefficient of variation: 4.38%).

上記の粒子は分級を繰り返し、粒径の変動係数を5%以下にしてから使用した。
・UF−G30(昭和電工(株)性)(平均粒径:10.12μm、変動係数:3.66%)
上記の粒子は分級を繰り返し、粒径の変動係数を5%以下にしてから使用した。
・“ミクロパール(登録商標)”AU215(積水化学工業(株)製)(平均粒径:15.5μm、変動係数:4.1%)(特許文献3(特開2008−232395号公報)の実施例1に記載の導電性粒子と同一の導電性粒子)
・“ミクロパール(登録商標)”CU215(積水化学工業(株)製)(平均粒径:15.5μm、変動係数:4.1%)(特許文献5(特開2009−074075号公報)の実施例13に記載の導電性粒子と同一の導電性粒子)。
The above particles were repeatedly classified and used after the coefficient of variation in particle size was reduced to 5% or less.
UF-G30 (Showa Denko Co., Ltd.) (average particle size: 10.12 μm, coefficient of variation: 3.66%)
The above particles were repeatedly classified and used after the coefficient of variation in particle size was reduced to 5% or less.
-"Micropearl (registered trademark)" AU215 (manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd.) (average particle size: 15.5 μm, coefficient of variation: 4.1%) (Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2008-232395)) The same conductive particles as those described in Example 1)
-"Micropearl (registered trademark)" CU215 (manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd.) (average particle size: 15.5 μm, coefficient of variation: 4.1%) (Patent Document 5 (Japanese Patent Laid-Open No. 2009-074075)) Conductive particles identical to the conductive particles described in Example 13).

<カップリング剤>
・Z−6011(東レ・ダウコーニング(株)製):3−アミノプロピルトリエトキシシラン。
<Coupling agent>
-Z-6011 (made by Toray Dow Corning Co., Ltd.): 3-aminopropyltriethoxysilane.

<導電性のフィルム>
・導電性フィルムB(厚さ:13.7μm、体積固有抵抗値:3.8×10−5Ωcm)(特許文献4(特開2009−062473号公報)の実施例10に記載の導電性フィルムと同一の導電性フィルム)。
<Conductive film>
Conductive film described in Example 10 of conductive film B (thickness: 13.7 μm, volume resistivity: 3.8 × 10 −5 Ωcm) (Patent Document 4 (Japanese Patent Laid-Open No. 2009-062473)) The same conductive film).

(1)プリプレグの厚み20%の深さの範囲に存在する粒子の存在率
プリプレグを、2枚の表面の平滑なポリ四フッ化エチレン樹脂板間に挟持して密着させ、7日間かけて徐々に150℃迄温度を上昇させてゲル化、硬化させて板状の樹脂硬化物を作製した。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した。同様な操作により、断面写真の横方向の5ヵ所でポリ四フッ化エチレン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した。
(1) Presence of particles existing in a 20% depth range of prepreg The prepreg is sandwiched between two smooth polytetrafluoroethylene resin plates on the surface and brought into close contact, and gradually over 7 days. The temperature was raised to 150 ° C. and gelled and cured to produce a plate-shaped resin cured product. After curing, the film was cut from the direction perpendicular to the contact surface, and the cross-section was polished, then magnified 200 times or more with an optical microscope, and photographed so that the upper and lower surfaces of the prepreg were within the visual field. By the same operation, the distance between the polytetrafluoroethylene resin plates was measured at five locations in the horizontal direction of the cross-sectional photograph, and the average value (n = 5) was taken as the thickness of the prepreg.

プリプレグの両面について、プリプレグの表面から、厚さの20%深さ位置にプリプレグの表面と平行な線を2本引いた。次に、プリプレグの表面と上記線との間に存在する粒子の合計面積と、プリプレグの厚みに渡って存在する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20%の深さの範囲に存在する粒子の存在率を計算した。微粒子の合計面積は、断面写真から粒子部分を刳り抜き、その質量から換算して求めた。マトリックス樹脂中に分散する粒子の写真撮影後の判別が困難な場合は、粒子を染色する手段を用いた。   On both sides of the prepreg, two lines parallel to the surface of the prepreg were drawn from the surface of the prepreg at a depth of 20% of the thickness. Next, the total area of the particles existing between the surface of the prepreg and the line and the total area of the particles existing over the thickness of the prepreg are obtained, and from the surface of the prepreg with respect to 100% of the thickness of the prepreg. The abundance of particles present in the 20% depth range was calculated. The total area of the fine particles was obtained by cutting out the particle portion from the cross-sectional photograph and converting from the mass. When it was difficult to discriminate the particles dispersed in the matrix resin after photography, a means for staining the particles was used.

(2)炭素繊維強化複合材料の衝撃後圧縮強度測定
一方向プリプレグを、[+45°/0°/−45°/90°]3S構成で、擬似等方的に24プライ積層し、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℃/分で成形して25個の積層体を作製した。これらの各積層体から、縦150mm×横100mm(厚み4.5mm)のサンプルを切り出し、SACMA SRM 2R−94に従い、サンプルの中心部に6.7J/mmの落錘衝撃を与え、衝撃後圧縮強度を求めた。
(2) Measurement of compressive strength after impact of carbon fiber reinforced composite material [+ 45 ° / 0 ° / −45 ° / 90 °] A unidirectional prepreg is laminated in a pseudo-isotropic manner with 24 plies in a 3S configuration, and is autoclaved. 25 laminates were formed by molding at a temperature of 180 ° C. for 2 hours under a pressure of 0.59 MPa and a heating rate of 1.5 ° C./min. A sample 150 mm long × 100 mm wide (thickness 4.5 mm) was cut out from each of these laminates, and a falling weight impact of 6.7 J / mm was applied to the center of the sample according to SACMA SRM 2R-94, and compression after impact was performed. The strength was determined.

(3)炭素繊維強化複合材料の導電性測定
一方向プリプレグを、それぞれ[+45°/0°/−45°/90°]2S構成で、擬似等方的に16プライ積層し、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℃/分で成形して25個の積層体を作製した。これらの各積層体から、縦50mm×横50mm(厚み3mm)のサンプルを切り出し、両面に導電性ペースト“ドータイト(登録商標)”D−550(藤倉化成(株)製)を塗布したサンプルを作製した。これらのサンプルを、アドバンテスト(株)製R6581デジタルマルチメーターを用いて、四端子法で積層方向の抵抗を測定し、体積固有抵抗を求めた。
(3) Conductivity measurement of carbon fiber reinforced composite material Each unidirectional prepreg is [+ 45 ° / 0 ° / −45 ° / 90 °] in a 2S configuration, and is quasi-isotropically laminated with 16 plies. 25 laminates were produced by molding at a temperature of 180 ° C. for 2 hours under a pressure of 0.59 MPa and at a heating rate of 1.5 ° C./min. From each of these laminates, a sample having a length of 50 mm × width 50 mm (thickness 3 mm) was cut out and a sample in which a conductive paste “Dotite (registered trademark)” D-550 (manufactured by Fujikura Kasei Co., Ltd.) was applied to both sides was prepared. did. These samples were measured for resistance in the stacking direction by a four-terminal method using an R6581 digital multimeter manufactured by Advantest Corp. to determine volume resistivity.

(4)炭素繊維の層間の導電性の粒子と、それぞれの炭素繊維との接触の判定
(3)で作製した炭素繊維強化複合材料を炭素繊維の層と炭素繊維の層が観察できるよう積層方向とは垂直に切断し、その断面を研磨後、レーザー顕微鏡(KEYENCE VK−9510)で200倍以上に拡大し炭素繊維の層と炭素繊維の層が2層以上視野内に納まるようにして写真撮影した。同様の操作から導電性の粒子が存在する100箇所を任意に選択した。導電性の粒子は、平均粒径よりも小さい粒径の断面で切断される確率が高いため、導電性の粒子を平均粒径のサイズとみなし、そのサイズの導電性の粒子がそれぞれの炭素繊維と接する、あるいは、交差するとき、それらは接触しているとして接触の有無を判定した。判定基準として、導電性の粒子100個の内、導電性の粒子が層間の上面の炭素繊維と下面の炭素繊維の両方で接している数が、70個以上(70%以上)の場合は○○○、69個〜50個(50%以上70%未満)の場合は○○、49個〜30個(30%以上50%未満)の場合は○、3個〜29個(3%以上30%未満)の場合は△、2個以下(3%未満)の場合は×とした。
(実施例1)
混練装置で、50質量部の“jER”825と50質量部のELM434に、10質量部のPES5003Pを配合して、熱可塑性樹脂をエポキシ樹脂中に溶解した。その後、20質量部のエポキシ変性ナイロン粒子Aと1.8質量部の分級した“NICABEADS”ICB−2020を混練し、さらに硬化剤である4,4’−ジアミノジフェニルスルホンを40質量部混練して、マトリックス樹脂組成物を作製した。
(4) Determination of contact between conductive particles between carbon fiber layers and each carbon fiber Lamination direction so that carbon fiber layer and carbon fiber layer can observe carbon fiber reinforced composite material produced in (3) After cutting the cross section vertically and polishing the cross section, it is magnified 200 times or more with a laser microscope (KEYENCE VK-9510) so that two or more carbon fiber layers and two or more carbon fiber layers fit within the field of view. did. From the same operation, 100 locations where conductive particles exist were arbitrarily selected. Since conductive particles have a high probability of being cut at a cross section having a particle size smaller than the average particle size, the conductive particles are regarded as the average particle size, and the conductive particles of that size are each of the carbon fibers. When touching or intersecting with each other, the presence or absence of contact was determined as being in contact. As a criterion, among 100 conductive particles, the number of conductive particles in contact with both the upper surface carbon fiber and the lower surface carbon fiber between layers is 70 or more (70% or more). ○○, 69 to 50 (50% or more and less than 70%) ○○, 49 to 30 (30% or more and less than 50%) ○, 3 to 29 (3% or more and 30 Less than%), Δ was less than 2 (less than 3%).
Example 1
In a kneading apparatus, 50 parts by mass of “jER” 825 and 50 parts by mass of ELM 434 were mixed with 10 parts by mass of PES5003P, and the thermoplastic resin was dissolved in the epoxy resin. Thereafter, 20 parts by mass of epoxy-modified nylon particles A and 1.8 parts by mass of classified “NICABEADS” ICB-2020 are kneaded, and 40 parts by mass of 4,4′-diaminodiphenylsulfone as a curing agent is further kneaded. A matrix resin composition was prepared.

調製した熱硬化性樹脂組成物を、ナイフコーターを用いて離型紙上に塗布して52g/mの樹脂フィルムを、2枚作製した。次に、シート状に一方向に配列させた炭素繊維(T800S−24K−10E)に、上記で作製した樹脂フィルム2枚を炭素繊維の両面から重ね、加熱加圧により樹脂を含浸させ、炭素繊維の目付が190g/mで、マトリックス樹脂の質量分率が35.4%の一方向プリプレグを作製した。 The prepared thermosetting resin composition was applied onto release paper using a knife coater to prepare two 52 g / m 2 resin films. Next, on the carbon fibers (T800S-24K-10E) arranged in one direction in a sheet shape, the two resin films prepared as described above are stacked from both sides of the carbon fibers, and the resin is impregnated by heating and pressurization. A unidirectional prepreg having a basis weight of 190 g / m 2 and a mass fraction of the matrix resin of 35.4% was produced.

得られたプリプレグを用い、上記の(1)プリプレグの厚み20%の深さの範囲に存在する粒子の存在率、(2)炭素繊維強化複合材料の衝撃後圧縮強度測定、(3)炭素繊維強化複合材料の導電性測定と(4)炭素繊維の層間の導電性の粒子と、それぞれの炭素繊維との接触の判定に記載のとおりに実施して炭素繊維強化複合材料を得て、衝撃後圧縮強度と体積固有抵抗を測定した。結果を表1に示す。   Using the obtained prepreg, (1) the abundance ratio of particles existing in the depth range of 20% of the thickness of the prepreg, (2) compression strength measurement after impact of the carbon fiber reinforced composite material, (3) carbon fiber Conducting as described in Conductivity Measurement of Reinforced Composite Material and (4) Judgment of Conductive Particles Between Carbon Fiber Layers and Contact with Respective Carbon Fibers to Obtain Carbon Fiber Reinforced Composite Material, After Impact Compressive strength and volume resistivity were measured. The results are shown in Table 1.

(実施例2〜18、比較例1〜13)
エポキシ樹脂、硬化剤、熱可塑性樹脂、熱可塑性樹脂の粒子、導電性の粒子、カップリング剤、また導電性のフィルムの種類や配合量を表1、2に示すように変更したこと以外は、実施例1と同様にしてプリプレグを作製した。作製した一方向プリプレグを用いて、プリプレグの厚み20%の深さの範囲に存在する粒子の存在率、炭素繊維強化複合材料の衝撃後圧縮強度および導電性、炭素繊維の層間の導電性の粒子を測定し、それぞれの炭素繊維との接触の判定を行った。得られた結果を表1、2にまとめて示す。
(Examples 2-18, Comparative Examples 1-13)
Except that the epoxy resin, curing agent, thermoplastic resin, thermoplastic resin particles, conductive particles, coupling agent, and the type and amount of the conductive film were changed as shown in Tables 1 and 2, A prepreg was produced in the same manner as in Example 1. Using the produced unidirectional prepreg, the abundance ratio of particles existing within a depth range of 20% of the thickness of the prepreg, the compressive strength and conductivity after impact of the carbon fiber reinforced composite material, and the conductive particles between the carbon fiber layers Was measured and contact with each carbon fiber was determined. The obtained results are summarized in Tables 1 and 2.

Figure 2011213991
Figure 2011213991

Figure 2011213991
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実施例1〜18と比較例1〜13との対比により、本発明の炭素繊維強化複合材料は、導電性の粒子の粒径の変動係数が5%以下であり、かつ、30%以上の個数の導電性の粒子が炭素繊維強化複合材料の炭素繊維の層間でそれぞれの炭素繊維と接触していることから導電パスに優れ、高い衝撃後圧縮強度と低い体積固有抵抗を実現し、高度な耐衝撃性と導電性を両立していることが分かる。   By comparing Examples 1 to 18 with Comparative Examples 1 to 13, the carbon fiber reinforced composite material of the present invention has a coefficient of variation of the particle size of conductive particles of 5% or less and a number of 30% or more. The conductive particles are in contact with the carbon fibers between the carbon fiber layers of the carbon fiber reinforced composite material, so they have excellent conductive paths, achieve high compressive strength after impact and low volume resistivity, and high resistance. It can be seen that both impact and conductivity are compatible.

本発明よれば、優れた力学特性と導電性を兼ね備えた炭素繊維強化複合材料が得られるため、航空機構造部材、風車の羽根、自動車外板およびICトレイやノートパソコンの筐体(ハウジング)などのコンピュータ用途等に広く展開でき、有用である。   According to the present invention, since a carbon fiber reinforced composite material having both excellent mechanical properties and conductivity can be obtained, such as an aircraft structural member, a windmill blade, an automobile outer plate, an IC tray, and a casing (housing) of a notebook computer. It can be widely used for computer applications and is useful.

Claims (7)

少なくとも[A]炭素繊維、[B]熱硬化性樹脂、[C]熱可塑性樹脂の粒子、[D]導電性の粒子を含み、[D]導電性の粒子の粒径の変動係数が5%以下であるプリプレグを2枚以上積層し、硬化してなる炭素繊維強化複合材料であって、該炭素繊維強化複合材料の[A]炭素繊維の層間で30%以上の個数の[D]導電性の粒子がそれぞれの[A]炭素繊維と接触していることを特徴とする炭素繊維強化複合材料。 At least [A] carbon fiber, [B] thermosetting resin, [C] thermoplastic resin particles, [D] conductive particles, and [D] coefficient of variation of the particle size of the conductive particles is 5%. A carbon fiber reinforced composite material obtained by laminating and curing two or more of the following prepregs, wherein [D] conductivity is 30% or more between layers of [A] carbon fibers of the carbon fiber reinforced composite material. The carbon fiber reinforced composite material is characterized in that the particles of [A] are in contact with the respective [A] carbon fibers. [D]導電性の粒子がプリプレグの表面側に偏在している、請求項1に記載の炭素繊維強化複合材料。 [D] The carbon fiber reinforced composite material according to claim 1, wherein the conductive particles are unevenly distributed on the surface side of the prepreg. [D]導電性の粒子が、[B]熱硬化性樹脂と[C]熱可塑性樹脂の粒子と[D]導電性の粒子の総和に対して0.01〜50質量%である、請求項1または2のいずれかに記載の炭素繊維強化複合材料。 [D] Conductive particles are 0.01-50 mass% with respect to the sum total of [B] thermosetting resin, [C] thermoplastic resin particles, and [D] conductive particles. The carbon fiber reinforced composite material according to either 1 or 2. [D]導電性の粒子が、カーボン粒子、無機材料の核または芯が導電性の物質で被覆されてなる粒子、および有機材料の核または芯が導電性の物質で被覆されてなる導電性の粒子からなる群から選ばれた少なくとも一種である、請求項1〜3のいずれかに記載の炭素繊維強化複合材料。 [D] Conductive particles are carbon particles, particles in which a core or core of an inorganic material is coated with a conductive material, and conductive particles in which a core or core of an organic material is coated with a conductive material. The carbon fiber reinforced composite material according to claim 1, which is at least one selected from the group consisting of particles. 導電性の物質が、白金、金、銀、銅、ニッケル、チタン、コバルト、パラジウム、錫、亜鉛、鉄、クロム、アルミニウムおよび炭素からなる群から選ばれた少なくとも一種を含んでなる、請求項4に記載の炭素繊維強化複合材料。 The conductive material comprises at least one selected from the group consisting of platinum, gold, silver, copper, nickel, titanium, cobalt, palladium, tin, zinc, iron, chromium, aluminum, and carbon. The carbon fiber reinforced composite material described in 1. 少なくとも[A]炭素繊維、[B]熱硬化性樹脂、[C]熱可塑性樹脂の粒子、[D]導電性の粒子を含む炭素繊維強化複合材料であって、[D]導電性の粒子の粒径の変動係数が5%以下であり、かつ、30%以上の個数の[D]導電性の粒子が炭素繊維強化複合材料の[A]炭素繊維の層間でそれぞれの[A]炭素繊維と接触していることを特徴とする炭素繊維強化複合材料。 A carbon fiber reinforced composite material including at least [A] carbon fiber, [B] thermosetting resin, [C] thermoplastic resin particles, and [D] conductive particles, wherein [D] conductive particles The coefficient of variation of the particle diameter is 5% or less, and 30% or more of the [D] conductive particles are bonded to each [A] carbon fiber between the [A] carbon fiber layers of the carbon fiber reinforced composite material. A carbon fiber reinforced composite material characterized by being in contact. 衝撃後圧縮強度が280MPa以上であり、かつ、体積固有抵抗が1.0×10Ωcm以下である、請求項1〜6のいずれかに記載の炭素繊維強化複合材料。 The carbon fiber reinforced composite material according to any one of claims 1 to 6, which has a compressive strength after impact of 280 MPa or more and a volume resistivity of 1.0 x 10 3 Ωcm or less.
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