JP2020032673A - Manufacturing method of fiber-reinforced thermoplastic resin prepreg, prepreg obtained by the manufacturing method, and manufacturing method of fiber-reinforced thermoplastic resin - Google Patents

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Abstract

To provide a manufacturing method of a fiber-reinforced thermoplastic resin (FRTP) prepreg capable of improving production speed and avoiding to have low viscosity with an organic solvent for impregnation toward reinforcement fibers (bundle), and a prepreg capable of avoiding adhesion of a matrix resin of an FRTP at a heating contact part of a manufacturing machine stage.SOLUTION: The manufacturing method of a fiber-reinforced thermoplastic resin prepreg includes steps of: (1) preparing a matrix resin composition for impregnation, comprising a polymerizable thermoplastic epoxy resin containing (a) a first bifunctional compound having 2 epoxy groups and (b) a second bifunctional compound having 2 functional groups such as phenolic hydroxyl groups, etc.; (2) controlling an impregnation tank temperature and squeeze molding by introducing a reinforcement fiber bundle by using a squeeze die while impregnating; (3) forming a resin coating layer by coating the squeeze-molded uncured linear object with a molten thermoplastic resin for a surface coating; (4) cooling and solidifying the resin coating layer; and (5) taking up the uncured or semi-cured linear object.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、強化用繊維束に熱可塑性樹脂を主体とするマトリックス樹脂組成物を含浸してなる未硬化状線状物を樹脂被覆してなる繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの製造方法、該プリプレグ及び該プリプレグから得られる繊維強化熱可塑性樹脂の製造方法に関する。   The present invention is a method for producing a fiber-reinforced thermoplastic resin prepreg obtained by resin-coating an uncured linear material obtained by impregnating a matrix resin composition mainly composed of a thermoplastic resin into a reinforcing fiber bundle, the prepreg, and The present invention relates to a method for producing a fiber-reinforced thermoplastic resin obtained from the prepreg.

強化用繊維を合成樹脂で結着した繊維強化熱硬化性樹脂(以下、「FRP」と称することがある。)製物品は強度が高くかつ軽量であるという点から、金属製物品に代わる材料として、自動車部材、電子部品、農林資材、建築材、家具等の多くの分野で利用されている。このFRP技術を使用した製品のひとつであるガラスロービング等の長繊維束を強化用繊維とし、熱硬化性樹脂をマトリックスとするパイプ、ロッド、線状物等も古くから各種産業分野で使用されている。
近年、この様な長繊維強化樹脂製の長尺材料を、製品内の個々の部材としても使用したいという要求が高まっている。この様な個々の部材として使用することを可能にするためには長尺材料が、その使用される製品を加工する時点で、その製品の形状に適合するべく、賦形できることが必要である。特に加熱による温度刺激によって目的の形状に賦形すると共にその形を安定化できることが求められている。
しかしながら、一般にFRPは、マトリックス樹脂としての熱硬化性樹脂が強化用繊維の内部まで完全に含浸し、硬化後においては、熱硬化性樹脂硬化物の特性から、加熱変形することによって所望の形状に塑性加工することが困難である。
An article made of a fiber-reinforced thermosetting resin (hereinafter, sometimes referred to as “FRP”) in which reinforcing fibers are bound with a synthetic resin is an alternative material to a metal article because of its high strength and light weight. It is used in many fields such as automobile parts, electronic parts, agricultural and forestry materials, building materials, furniture and the like. Pipes, rods, linear objects, etc., which use a long fiber bundle such as glass roving, which is one of products using this FRP technology, as a reinforcing fiber and a thermosetting resin as a matrix have been used in various industrial fields for a long time. I have.
In recent years, there has been an increasing demand for using such long materials made of long fiber reinforced resin as individual members in products. In order to be able to be used as such individual components, it is necessary that the long material can be shaped at the time of processing the product to be used so as to conform to the shape of the product. In particular, it is required that a desired shape can be formed and the shape can be stabilized by a temperature stimulus caused by heating.
However, in general, the FRP is completely impregnated with the thermosetting resin as a matrix resin to the inside of the reinforcing fiber, and after curing, due to the properties of the cured thermosetting resin, it is deformed by heating to a desired shape. It is difficult to perform plastic working.

一方、強化用繊維に熱可塑性樹脂を含浸させた繊維強化熱可塑性樹脂(以下、「FRTP」と称することがある。)製物品は、加熱による塑性変形がある程度可能である。しかしながら、長繊維状の強化用繊維にマトリックス樹脂として熱可塑性樹脂を含浸したFRTP線状物においては、加熱賦形による曲げ加工が必ずしも容易ではない。   On the other hand, an article made of a fiber-reinforced thermoplastic resin (hereinafter, sometimes referred to as “FRTP”) in which a reinforcing fiber is impregnated with a thermoplastic resin is capable of plastic deformation to some extent by heating. However, in the case of a FRTP linear material in which a long-fiber reinforcing fiber is impregnated with a thermoplastic resin as a matrix resin, bending by heat shaping is not always easy.

特許文献1には、連続した強化用繊維を引きながら溶融熱可塑性樹脂を含浸させる長繊維強化複合材料の製造方法において、繊維に溶融樹脂を含浸もしくは被覆させた後、スリットノズルで過剰量の樹脂を絞り込みながら連続的に引き抜き、次いで賦形ノズルを通して目的形状に整えることを特徴とする長繊維強化複合材料の製造方法が開示されている。そして、特許文献1の製造方法によれば、得られる複合材料中の繊維の分散および樹脂の含浸性も良好で、高品質の複合材料を効率よく安定して得ることができるという効果が挙げられている。   Patent Document 1 discloses a method for producing a long-fiber reinforced composite material in which a continuous thermoplastic fiber is impregnated with a molten thermoplastic resin while pulling a continuous reinforcing fiber. The method for producing a long fiber reinforced composite material is characterized in that the material is continuously drawn out while being narrowed down, and is then adjusted to a target shape through a shaping nozzle. According to the production method of Patent Document 1, the dispersion of fibers in the obtained composite material and the impregnating property of the resin are good, and an effect that a high-quality composite material can be efficiently and stably obtained can be obtained. ing.

また、特許文献2には、長繊維状の炭素繊維束に熱可塑性樹脂を含浸した直径1〜5mmの炭素繊維強化複合材料を複数本撚合せてなる炭素繊維強化複合材料からなるロープ及びその製造方法が開示されている。特許文献2には、一般に熱可塑性樹脂の溶融粘度は高いので、炭素繊維束内に均一に樹脂を含浸するのは難しいが、熱可塑性樹脂をエクストルーダーで一定量の割合で吐出し、樹脂含浸部で炭素繊維束を開繊しながら加圧下で樹脂を含浸し、エクストルーダーとは分離して設置されたダイスで繊維束を円形に整形し巻き取り装置で巻き取る技術が開示されている。   Further, Patent Document 2 discloses a rope made of a carbon fiber reinforced composite material obtained by twisting a plurality of carbon fiber reinforced composite materials having a diameter of 1 to 5 mm obtained by impregnating a long fiber carbon fiber bundle with a thermoplastic resin and manufacturing the same. A method is disclosed. According to Patent Document 2, it is difficult to uniformly impregnate the resin into the carbon fiber bundle because the melt viscosity of the thermoplastic resin is generally high, but the thermoplastic resin is discharged by an extruder at a constant rate to impregnate the resin. A technique has been disclosed in which a carbon fiber bundle is opened at a portion and impregnated with a resin under pressure, the fiber bundle is shaped into a circle by a die installed separately from an extruder, and wound by a winding device.

上記の特許文献1及び2に記載のFRTPの製造方法は、いずれも長繊維状の強化用繊維束に溶融した熱可塑性樹脂を均一に含浸させることを課題としており、未(不完全)硬化状のFRTPプリプレグを得て、これをさらに完全硬化したり、熱賦形することについての開示はない。   The methods of producing FRTP described in Patent Documents 1 and 2 above all aim to uniformly impregnate a molten thermoplastic resin into a long fiber reinforcing fiber bundle, and the uncured (incomplete) cured No disclosure is made of obtaining a FRTP prepreg of the formula (1) and further curing or heat shaping it.

一方、特許文献3には、エポキシ樹脂を使用した引抜成形でありながら、繊維強化熱硬化性樹脂では困難なリユース、リサイクル及び2次加工が可能となる繊維強化熱可塑性樹脂を製造する引抜成形方法を提供することを目的として、重付加反応により直鎖状に重合する2官能化合物を含浸させた強化用繊維を加熱金型で引き抜きつつ2官能化合物を重合させることにより繊維強化熱可塑性樹脂を成形する方法が開示されている。しかしながら、FRTPロッドの製造方法において、加熱したモノマーと硬化剤を直前に混合して金型に注入する方式として、未反応のマトリックス樹脂のポットライフを改善しているが、金型での硬化(重合)が律速となって、生産速度を向上することが難しい。   On the other hand, Patent Document 3 discloses a pultrusion method for producing a fiber-reinforced thermoplastic resin which can be reused, recycled and subjected to secondary processing, which is difficult with a fiber-reinforced thermosetting resin, even though it is a pultrusion molding using an epoxy resin. A fiber-reinforced thermoplastic resin is formed by polymerizing a bifunctional compound while pulling out a reinforcing fiber impregnated with a bifunctional compound that linearly polymerizes by a polyaddition reaction with a heating mold for the purpose of providing A method for doing so is disclosed. However, in the method of manufacturing the FRTP rod, the pot life of the unreacted matrix resin is improved by mixing the heated monomer and the curing agent immediately before and injecting the mixture into the mold. Polymerization) is rate-determining, and it is difficult to improve the production rate.

さらに、特許文献4には、曲げ応力が発生する用途で使用する場合においても、高強力繊維糸本来の引張強度を得ることが可能な高強力繊維複合材及びその応用品を提供することを目的として、高強力繊維束がその周囲に拘束材を巻き回して結束され、前記高強力繊維束に撚りがかかった状態で当該拘束材と共に固化剤によって一体化して前記芯線を構成してなる高強力繊維複合材が提案されている。そして、マトリックス樹脂となる固化剤として、重合型の熱可塑性エポキシ樹脂が提案されているが、繊維へのマトリックス樹脂の含浸性を高めるため、有機溶剤により高粘度のモノマーを希釈して、低粘度化して含浸させた後、乾燥工程を経て硬化工程へと移行させる。そのため、有機溶剤が気化するので、環境性が悪く、さらに、FRTP内の有機溶剤気化部にはボイドもでき易く、物性が低下する懸念があった。   Further, Patent Document 4 aims to provide a high-strength fiber composite material capable of obtaining the original tensile strength of a high-strength fiber yarn even when used in an application in which bending stress is generated, and to provide an applied product thereof. The high-strength fiber bundle is formed by winding a restraining material around the bundle and binding the bundle, and in a state where the high-strength fiber bundle is twisted together with the restraining material by a solidifying agent to form the core wire. Fiber composites have been proposed. As a solidifying agent to be a matrix resin, a polymerizable thermoplastic epoxy resin has been proposed, but in order to enhance the impregnation of the matrix resin into the fibers, a high-viscosity monomer is diluted with an organic solvent to reduce the viscosity. After being impregnated and impregnated, it is transferred to a curing step via a drying step. Therefore, since the organic solvent is vaporized, the environmental property is poor. Further, voids are easily formed in the vaporized portion of the organic solvent in the FRTP, and there is a concern that the physical properties may be deteriorated.

また、繊維強化熱可塑性樹脂(FRTP)ロッドは熱変形させることができるが、直に加熱体に接触させて熱賦形を行う加工方法によるときは、溶融したマトリックス樹脂が、加熱体に付着して、加工性が低下したり、FRTPが部分的に剥離するなどして、十分な機械的物性が得られない等の問題があった。   In addition, the fiber reinforced thermoplastic resin (FRTP) rod can be thermally deformed. However, in the case of a processing method in which the rod is directly brought into contact with a heating body to perform heat shaping, the molten matrix resin adheres to the heating body. As a result, there have been problems such as a decrease in workability and a partial peeling of the FRTP, resulting in insufficient mechanical properties.

特開平5−147116号公報JP-A-5-147116 特開平5−33278号公報JP-A-5-33278 特許第5074672号公報Japanese Patent No. 5074672 特許第6129963号公報Japanese Patent No. 6129963

本発明者らは、上記の従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、生産速度を向上できる繊維強化熱可塑性樹脂(FRTP)プリプレグの製造技術の提供、強化用繊維(束)への含浸用マトリックス樹脂組成物の含浸性向上のため、含浸用マトリックス樹脂組成物を有機溶剤で低粘度化することを回避できる、繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの製造方法の提供、製造ラインの機台における加熱接触部でのFRTPのマトリックス樹脂の付着を回避できるプリプレグの提供を目的として鋭意検討した。   DISCLOSURE OF THE INVENTION The present inventors have made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and provided a manufacturing technique of a fiber reinforced thermoplastic resin (FRTP) prepreg capable of improving the production speed, and developed a reinforcing fiber (bundle). To provide a method for producing a fiber-reinforced thermoplastic resin prepreg, which can prevent the viscosity of the impregnating matrix resin composition from being reduced with an organic solvent in order to improve the impregnation property of the impregnating matrix resin composition. In order to provide a prepreg capable of avoiding the adhesion of the matrix resin of FRTP at the heating contact portion in the above, the enthusiastic study was conducted.

その結果、繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの製造方法として、(1)下記(a)と(b)とを重付加反応により直鎖状に重合可能な重合型熱可塑性エポキシ樹脂による含浸用マトリックス樹脂組成物を調製し、含浸槽に供給する工程、
(a):エポキシ基を2つ有する第1の2官能化合物
(b):フェノール性水酸基、アミノ基、カルボキシル基、メルカプト基、イソシアネート基及びシアネートエステル基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を2つ有する第2の2官能化合物
(2)前記含浸用マトリックス樹脂組成物が20〜1,000mPa・sの粘度範囲となるよう含浸槽内温度を調整し、含浸槽出口側に備えた絞りダイスに強化用繊維束を導いて、該強化用繊維束へ含浸用マトリックス樹脂組成物を含浸しつつ、該絞りダイスにより余剰の樹脂組成物を絞り成形する含浸、絞り成形工程、
(3)該絞り成形された、強化用繊維束と含浸用マトリックス樹脂からなる未硬化状線状物を、溶融した表面被覆用の熱可塑性樹脂で被覆して樹脂被覆層を形成する工程、
(4)該樹脂被覆層を冷却固化する工程、
(5)冷却固化された樹脂被覆層を有する未硬化状ないし半硬化状線状物を引取る工程、
を順次有する製造方法とすることで、上記目的が達成できることを確認して、本発明を完成した。
As a result, as a method for producing a fiber-reinforced thermoplastic resin prepreg, (1) a matrix resin composition for impregnation with a polymerizable thermoplastic epoxy resin capable of linearly polymerizing the following (a) and (b) by a polyaddition reaction: Preparing the product and supplying it to the impregnation tank,
(A): a first bifunctional compound having two epoxy groups (b): at least one functional group selected from the group consisting of a phenolic hydroxyl group, an amino group, a carboxyl group, a mercapto group, an isocyanate group and a cyanate ester group (2) The temperature inside the impregnation tank is adjusted so that the matrix resin composition for impregnation has a viscosity range of 20 to 1,000 mPa · s, and a squeezer provided on the outlet side of the impregnation tank. Guiding the fiber bundle for reinforcement to the die, while impregnating the matrix resin composition for impregnation into the fiber bundle for reinforcement, impregnation of drawing excess resin composition by the drawing die, a drawing forming step,
(3) forming a resin coating layer by coating the drawn, uncured linear material comprising the reinforcing fiber bundle and the impregnating matrix resin with a molten thermoplastic resin for surface coating;
(4) a step of cooling and solidifying the resin coating layer;
(5) a step of withdrawing an uncured or semi-cured linear material having a cooled and solidified resin coating layer,
It has been confirmed that the above object can be achieved by a manufacturing method having the following in order, and the present invention has been completed.

すなわち、本発明は、以下の〔1〕〜〔7〕を提供する。
〔1〕強化用繊維束と、マトリックス樹脂を有する繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの製造方法であって、
(1)下記(a)と(b)とを重付加反応により直鎖状に重合可能な重合型熱可塑性エポキシ樹脂による含浸用マトリックス樹脂組成物を調製し、含浸槽に供給する工程、
(a):エポキシ基を2つ有する第1の2官能化合物
(b):フェノール性水酸基、アミノ基、カルボキシル基、メルカプト基、イソシアネート基及びシアネートエステル基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を2つ有する第2の2官能化合物
(2)前記含浸用マトリックス樹脂組成物が20〜1,000mPa・sの粘度範囲となるよう含浸槽内温度を調整し、含浸槽出口側に備えた絞りダイスに強化用繊維束を導いて、該強化用繊維束へ含浸用マトリックス樹脂組成物を含浸しつつ、該絞りダイスにより余剰の樹脂組成物を絞り成形する含浸、絞り成形工程、
(3)該絞り成形された、強化用繊維束と含浸用マトリックス樹脂からなる未硬化状線状物を、溶融した表面被覆用の熱可塑性樹脂で被覆して樹脂被覆層を形成する工程、
(4)該樹脂被覆層を冷却固化する工程、
(5)冷却固化された樹脂被覆層を有する未硬化状ないし半硬化状線状物を引取る工程、
を順次有することを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの製造方法。
[2]前記絞り成形において、未硬化状線状物を所定の線径および線形に整形する前記[1]に記載の繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの製造方法。
[3]前記(4)樹脂被覆層を冷却固化する工程に引き続いて、(6)プレ硬化又は熱硬化工程をさらに有する、前記[1]又は[2]に記載の繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの製造方法。
[4]前記樹脂被覆層を形成する表面被覆用の熱可塑性樹脂は、その融点が熱硬化後のマトリックス樹脂の融点以上で、かつ、該マトリックス樹脂と接着性を有する樹脂から選択されてなる、前記[1]〜[3]のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの製造方法。
[5]前記樹脂被覆層を形成する表面被覆用の熱可塑性樹脂は、その融点が熱硬化後のマトリックス樹脂の融点以上で、かつ、該マトリックス樹脂と非接着性の樹脂から選択されてなる、前記[1]〜[3]のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの製造方法。
[6]強化用繊維束と未反応のエポキシ基を有し、重量平均分子量が30,000未満であるマトリックス樹脂を有する、前記[1]〜[5]のいずれかに記載の製造方法により得られる繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグ。
[7]前記[1]〜[5]のいずれかに記載の製造方法により得られたプリプレグを加熱してマトリックス樹脂組成物を熱硬化又は重合反応を完結させ、重量平均分子量が30,000以上であるマトリックス樹脂を有することを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂の製造方法。
That is, the present invention provides the following [1] to [7].
[1] A method for producing a fiber bundle for reinforcement and a fiber-reinforced thermoplastic resin prepreg having a matrix resin,
(1) a step of preparing a matrix resin composition for impregnation with a polymerizable thermoplastic epoxy resin capable of linearly polymerizing the following (a) and (b) by a polyaddition reaction and supplying the matrix resin composition to an impregnation tank;
(A): a first bifunctional compound having two epoxy groups (b): at least one functional group selected from the group consisting of a phenolic hydroxyl group, an amino group, a carboxyl group, a mercapto group, an isocyanate group and a cyanate ester group (2) The temperature inside the impregnation tank is adjusted so that the matrix resin composition for impregnation has a viscosity range of 20 to 1,000 mPa · s, and a squeezer provided on the outlet side of the impregnation tank. Guiding the fiber bundle for reinforcement to the die, while impregnating the matrix resin composition for impregnation into the fiber bundle for reinforcement, impregnation of drawing excess resin composition by the drawing die, a drawing forming step,
(3) forming a resin coating layer by coating the drawn, uncured linear material comprising the reinforcing fiber bundle and the impregnating matrix resin with a molten thermoplastic resin for surface coating;
(4) a step of cooling and solidifying the resin coating layer;
(5) a step of withdrawing an uncured or semi-cured linear material having a cooled and solidified resin coating layer,
The method for producing a fiber-reinforced thermoplastic resin prepreg, characterized in that:
[2] The method for producing a fiber-reinforced thermoplastic resin prepreg according to the above [1], wherein in the drawing, the uncured linear material is shaped into a predetermined wire diameter and linear shape.
[3] The fiber-reinforced thermoplastic resin prepreg according to the above [1] or [2], further comprising (6) a pre-curing or thermosetting step following the step (4) of cooling and solidifying the resin coating layer. Production method.
[4] The thermoplastic resin for surface coating forming the resin coating layer has a melting point equal to or higher than the melting point of the matrix resin after thermosetting, and is selected from resins having adhesiveness to the matrix resin. The method for producing a fiber-reinforced thermoplastic resin prepreg according to any one of the above [1] to [3].
[5] The thermoplastic resin for surface coating forming the resin coating layer has a melting point equal to or higher than the melting point of the matrix resin after thermosetting, and is selected from non-adhesive resins with the matrix resin. The method for producing a fiber-reinforced thermoplastic resin prepreg according to any of [1] to [3].
[6] The method according to any one of [1] to [5], wherein the method has a matrix resin having an unreacted epoxy group with a reinforcing fiber bundle and a weight average molecular weight of less than 30,000. Fiber reinforced thermoplastic resin prepreg.
[7] The prepreg obtained by the production method according to any one of [1] to [5] is heated to complete the thermosetting or polymerization reaction of the matrix resin composition, and has a weight average molecular weight of 30,000 or more. A method for producing a fiber-reinforced thermoplastic resin, comprising:

本発明の樹脂被覆層を有する繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの製造方法によれば、強化用繊維束へ含浸用未硬化状マトリックス樹脂組成物を含浸し、次いで絞りダイスに挿通して絞り成形して、該成形された未硬化状線状物を、溶融した熱可塑性樹脂で被覆して樹脂被覆層を形成しているので、金型中で接触加熱して未硬化状マトリックス樹脂を半硬化や硬化させることなく、蒸気、熱媒等で固定物に非接触状態でプレ硬化処理や硬化処理を行うことができるので、金型硬化の場合において引抜き抵抗等に起因する生産速度の律速の問題が解決でき、大幅に生産性を向上させることができる。
また、樹脂被覆層を有しているので、プリプレグの製造工程や、直接硬化したFRTPを製造する工程、或はアフタキュア時や、加熱加工(賦形)工程等において、引取り時にある程度外力が掛かっても、形状の崩れのない状態にすることができ、各生産機台の加熱接触部でのFRTPのマトリックス樹脂の付着、転写等を回避できる。
さらに、強化用繊維束への含浸用マトリックス樹脂組成物の含浸において、有機溶剤による低粘度化を回避しているので、有機溶剤の揮散による環境の悪化を防止できる。
樹脂被覆層を有しているので、プリプレグとしての取り扱いがし易い。
また、樹脂被覆層の熱可塑性樹脂を、マトリックス樹脂と接着性を有するものを選択することで、樹脂被覆層にも、着色による意匠性、質感の付与、耐侯性、耐光性、帯電防止性等の機能を持たせたプリプレグの用途展開を可能とすることができる。
さらに、樹脂被覆層の熱可塑性樹脂を、マトリックス樹脂と非接着性の熱可塑性樹脂を使用すれば、最終形態において樹脂被覆層を必要としない場、これを容易に剥離して、FRTP自体として、軽量化と、単位断面積当たりの強度を確保できる。
According to the method for producing a fiber-reinforced thermoplastic resin prepreg having a resin coating layer of the present invention, the reinforcing fiber bundle is impregnated with the uncured matrix resin composition for impregnation, and then inserted through a drawing die and drawn. Since the molded uncured linear material is coated with a molten thermoplastic resin to form a resin coating layer, the uncured matrix resin is semi-cured or cured by contact heating in a mold. Pre-curing or curing can be performed without contacting the fixed object with steam, heat medium, etc., without the need to perform the process. Can greatly improve productivity.
In addition, since it has a resin coating layer, an external force is applied to some extent during take-off in a prepreg manufacturing process, a process of manufacturing a directly cured FRTP, an after-cure process, a heating process (shaping) process, and the like. However, it is possible to prevent the shape from being collapsed, and it is possible to avoid the adhesion, transfer, and the like of the matrix resin of FRTP at the heating contact portion of each production machine stand.
Furthermore, in impregnating the reinforcing fiber bundle with the matrix resin composition for impregnation, since the reduction in viscosity due to the organic solvent is avoided, deterioration of the environment due to volatilization of the organic solvent can be prevented.
Since it has a resin coating layer, it is easy to handle as a prepreg.
In addition, by selecting the thermoplastic resin of the resin coating layer having adhesiveness to the matrix resin, the resin coating layer can also be provided with design properties by coloring, texture, weather resistance, light resistance, antistatic property, etc. The application development of the prepreg having the function of (1) can be enabled.
Furthermore, if the thermoplastic resin of the resin coating layer uses a matrix resin and a non-adhesive thermoplastic resin, if the resin coating layer is not required in the final form, it is easily peeled off, and as FRTP itself, Light weight and strength per unit sectional area can be secured.

本発明の繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの製造方法に用いられる製造工程の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing process used for the manufacturing method of the fiber reinforced thermoplastic resin prepreg of this invention. 本発明の製造方法で得られる繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグ又は繊維強化熱可塑性樹脂を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the fiber reinforced thermoplastic resin prepreg or the fiber reinforced thermoplastic resin obtained by the manufacturing method of this invention. 本発明の繊維強化熱可塑性樹脂の製造方法で得られた繊維強化熱可塑性樹脂の断面のマイクロスコープ写真である。1 is a microscope photograph of a cross section of a fiber-reinforced thermoplastic resin obtained by the method for producing a fiber-reinforced thermoplastic resin of the present invention.

以下、本発明の樹脂被覆層を有する繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの製造方法について、図面を参照して説明する。なお、本発明において、図面は、本発明の技術思想を説明するためのものであり、各工程の装置及び部材間の寸法上のバランスや、構成要素等が図面に表わされたものに限定されることはない。   Hereinafter, a method for producing a fiber-reinforced thermoplastic resin prepreg having a resin coating layer of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present invention, the drawings are for explaining the technical idea of the present invention, and the dimensional balance between the devices and members in each process and the components are limited to those shown in the drawings. It will not be done.

本発明の樹脂被覆層を有する繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの製造方法について、図1を用いて説明する。
<(1)含浸用マトリックス樹脂組成物の調製及び供給工程>
先ず、(1)(a)エポキシ基を2つ有する第1の2官能化合物と、フェノール性水酸基等の官能基を2つ有する第2の2官能化合物とを含む重付加反応により直鎖状に重合可能な重合型熱可塑性エポキシ樹脂による含浸用マトリックス樹脂組成物を調製し、クリール1から強化用繊維束Fを含浸槽2に供給可能に準備する。
含浸用マトリックス樹脂組成物は、温調された主剤uMのタンク3及び温調された硬化剤Hのタンク4から各々所定量ずつ計量されて混合部5においてスタテックミキサー6により攪拌混合され、温調により概ね適正な粘度を有する含浸用マトリックス樹脂組成物uMCとして、温調された含浸槽2に供給される。
A method for producing a fiber-reinforced thermoplastic resin prepreg having a resin coating layer according to the present invention will be described with reference to FIG.
<(1) Preparation and supply process of matrix resin composition for impregnation>
First, (1) (a) linearized by a polyaddition reaction including a first bifunctional compound having two epoxy groups and a second bifunctional compound having two functional groups such as a phenolic hydroxyl group. A matrix resin composition for impregnation with a polymerizable thermoplastic epoxy resin is prepared, and the fiber bundle F for reinforcement from the creel 1 is prepared so as to be supplied to the impregnation tank 2.
The matrix resin composition for impregnation is weighed by a predetermined amount from each of the temperature-controlled main agent uM tank 3 and the temperature-controlled curing agent H tank 4, and is stirred and mixed by the static mixer 6 in the mixing unit 5. It is supplied to the temperature-controlled impregnation tank 2 as the impregnation matrix resin composition uMC having a generally appropriate viscosity depending on the temperature.

<(2)含浸、絞り成形工程>
クリール1より強化用繊維束Fを所要本数引き出し、集束して、上記の調製された液状の含浸用マトリックス樹脂組成物が充填され、20〜1,000mPa・sの粘度範囲となるよう含浸槽内温度が調整された含浸槽2に導入される。強化用繊維束Fが含浸槽2中を走行するのに伴い、マトリックス樹脂組成物が繊維間に含浸する。
本発明の繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの製造方法において、含浸用マトリックス樹脂組成物の粘度は40〜300mPa・sであることがより好ましい。粘度がmPa・s未満であると、含浸は良好であるが、強化用繊維束からの液だれなどのトラブルや、樹脂が偏在して、強化用繊維密度が不均一となり、線状物の場合は、完全硬化後に直線性が損なわれて偏りが生じるなどの問題が生じるおそれがある。1,000mPa・sを超えると高粘度であるため、強化用繊維束への含浸性が悪くなり、硬化後においてボイドが発生し物性低下につながったり、後述する絞りダイス7での通過抵抗が上昇して、繊維束が部分的に切断したり、引取り自体が不可能になることがある。
含浸用マトリックス樹脂組成物の粘度を調整するためには、含浸用マトリックス樹脂の温度を、好ましくは80〜150℃、より好ましくは90〜130℃に調整すればよい。
本発明において、含浸用マトリックス樹脂組成物の粘度は、任意の温度において、振動式粘度計(アズワン(株):VM−10A−M)で測定する。
<(2) Impregnation and drawing process>
A required number of reinforcing fiber bundles F are drawn from the creel 1 and bundled, filled with the prepared liquid impregnating matrix resin composition, and placed in an impregnation tank so as to have a viscosity range of 20 to 1,000 mPa · s. It is introduced into the impregnation tank 2 whose temperature has been adjusted. As the reinforcing fiber bundle F travels in the impregnation tank 2, the matrix resin composition is impregnated between the fibers.
In the method for producing a fiber-reinforced thermoplastic resin prepreg of the present invention, the viscosity of the matrix resin composition for impregnation is more preferably 40 to 300 mPa · s. When the viscosity is less than mPa · s, impregnation is good, but troubles such as dripping from the reinforcing fiber bundle and the resin are unevenly distributed, the reinforcing fiber density becomes non-uniform, and in the case of a linear object. May cause problems such as loss of linearity after complete curing, resulting in bias. When the viscosity exceeds 1,000 mPa · s, the viscosity is high, so that the impregnating property into the reinforcing fiber bundle is deteriorated, voids are generated after curing, leading to a decrease in physical properties, and the passage resistance in the drawing die 7 described later increases. As a result, the fiber bundle may be partially cut or may not be able to be taken off.
In order to adjust the viscosity of the matrix resin composition for impregnation, the temperature of the matrix resin for impregnation may be adjusted to preferably 80 to 150 ° C, more preferably 90 to 130 ° C.
In the present invention, the viscosity of the matrix resin composition for impregnation is measured at an arbitrary temperature with a vibrating viscometer (AS ONE Corporation: VM-10A-M).

含浸槽2中の含浸用マトリックス樹脂組成物は、粘度を下げるために加熱しているが、その温度が高ければ高いほど、重付加反応が進み、高粘度化して、連続生産性が阻害される(いわゆるポットライフが悪くなる)ので、含浸用マトリックス樹脂組成物の温度範囲の調整と、含浸槽内での含浸用マトリックス樹脂組成物の滞留をなるべく短くする必要がある。このため、含浸槽からの強化用繊維束に含浸して持ち出される消費量Ro(mL/min)と、(1)の工程で調製し供給する量Ri(mL/min)、及び含浸槽内に平衡状態で貯留する含浸用マトリックス樹脂組成物の量Rs(mL)との関係を考慮する必要がある。
含浸槽への供給量Riと、消費量Roを一致させ、液面を一定にする(平衡にさせる)こととして、貯留する含浸用マトリックス樹脂組成物の量Rs(mL)と含浸用マトリックス樹脂組成物の消費量Ro(mL/min)との関係を含浸用マトリックス樹脂使用率とすると式(1)で表わされる。
含浸用マトリックス樹脂使用率=(Ro/Rs)×100(%)/min (1)
好ましい含浸用マトリックス樹脂の使用率は5%/min以上、より好ましい含浸用マトリックス樹脂の使用率は50%/min以上とすることが、含浸槽中での硬化の防止等の観点から好ましい。
これを換言すれば、含浸槽内に貯められる含浸用マトリックス樹脂組成物量に対する、製造時の単位時間当たりの使用率(消費量の比率)はなるべく高い方が、よりフレッシュな混合液を使用できる。また、消費量と含浸槽への供給量を等しくすることによって、含浸槽の液面も均一に保たれ(平衡状態)、安定的な連続生産を確保できる。
The matrix resin composition for impregnation in the impregnation tank 2 is heated in order to lower the viscosity, but the higher the temperature, the more the polyaddition reaction proceeds, the higher the viscosity, and the continuous productivity is hindered. Therefore, it is necessary to adjust the temperature range of the matrix resin composition for impregnation and to shorten the residence time of the matrix resin composition for impregnation in the impregnation tank as much as possible. Therefore, the consumption Ro (mL / min) taken out by impregnating the reinforcing fiber bundle from the impregnation tank, the amount Ri (mL / min) prepared and supplied in the step (1), and the It is necessary to consider the relationship with the amount Rs (mL) of the matrix resin composition for impregnation stored in the equilibrium state.
The amount Ri of the impregnating matrix resin composition to be stored and the amount of the impregnating matrix resin composition are determined by making the supply amount Ri to the impregnation tank equal to the consumption amount Ro and keeping the liquid level constant (equilibrating). When the relationship with the consumption Ro of the substance (mL / min) is defined as the usage rate of the matrix resin for impregnation, it is expressed by the following equation (1).
Usage ratio of matrix resin for impregnation = (Ro / Rs) x 100 (%) / min (1)
It is preferable that the use rate of the preferred matrix resin for impregnation is 5% / min or more, and the more preferred use rate of the matrix resin for impregnation is 50% / min or more from the viewpoint of prevention of curing in the impregnation tank.
In other words, a fresher mixed liquid can be used when the usage rate (consumption ratio) per unit time during production with respect to the amount of the matrix resin composition for impregnation stored in the impregnation tank is as high as possible. Further, by making the consumption amount equal to the supply amount to the impregnation tank, the liquid level in the impregnation tank is also kept uniform (equilibrium state), and stable continuous production can be secured.

<絞り成形>
含浸槽2の出口側(引取側)には、得ようとするFRTPの形状に対応した孔が穿設された絞りダイス7が配設されており、強化用繊維束Fに含浸された含浸用マトリックス樹脂組成物のうち余剰のものが絞り成形され、未硬化状線状物20として引取側へ連続的に引取られる。絞りダイスは、含浸槽入口と出口の間に複数個配置することで、より含浸性を高めることができる。絞りダイス7に穿設される孔は、入口側に面取り加工を施したり、入口側から出口側に向かって緩やかなテーパー状となっていることが好ましい。
<Drawing>
On the outlet side (take-off side) of the impregnation tank 2, a drawing die 7 having a hole corresponding to the shape of the FRTP to be obtained is provided, and the impregnating die 7 impregnated in the reinforcing fiber bundle F is provided. An excess of the matrix resin composition is drawn and continuously taken as an uncured linear product 20 to the take-up side. By arranging a plurality of drawing dies between the inlet and the outlet of the impregnation tank, the impregnating property can be further improved. It is preferable that the hole formed in the drawing die 7 is chamfered on the inlet side or has a gentle taper shape from the inlet side to the outlet side.

<(3)樹脂被覆層の形成>
次いで、成形された未硬化状線状物20を溶融押出機に取着された被覆ダイス8により、溶融した熱可塑性樹脂で被覆し、樹脂被覆層を有する未硬化状線状物21として、これを直ちに冷却槽9に導いて樹脂被覆層を冷却固化する。この状態で引取装置11により引取、樹脂被覆層を有し内部がほぼ未硬化状の繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグ22としてもよいが、熱硬化槽10に高圧水蒸気を満たして、プレ硬化により樹脂被覆層を有し内部が半硬化状態の繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグ(23)とすることができる。
<(3) Formation of resin coating layer>
Next, the formed uncured linear material 20 is coated with a molten thermoplastic resin by a coating die 8 attached to a melt extruder, to form an uncured linear material 21 having a resin coating layer. Is immediately introduced into the cooling bath 9 to cool and solidify the resin coating layer. In this state, the fiber reinforced thermoplastic resin prepreg 22 having a resin coating layer and having a substantially uncured interior may be taken out by the takeoff device 11, but the thermosetting tank 10 may be filled with high-pressure steam, and the resin coating may be performed by pre-curing. A fiber-reinforced thermoplastic resin prepreg (23) having a layer and a semi-cured inside can be used.

絞り成形された未硬化状線状物を、溶融した熱可塑性樹脂で被覆して樹脂被覆層を形成する工程においては、例えば、溶融押出機のクロスヘッド内部は、絞りノズル孔形状に対応した案内孔を設けた案内ジャケット(図示省略)を取り付け可能として、案内ジャケットの先端側をなるべく溶融樹脂による被覆点に近づけることが、より均一な形状の樹脂被覆層を有する繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグを製造する観点から好ましい。
溶融した熱可塑性樹脂で被覆して樹脂被覆層を形成するには、被覆ダイスとして、未硬化状線状物の外径(形)より径大の吐出口より溶融樹脂を押出して、被覆ダイスの吐出面より引取機側で被覆する引落とし型の被覆ダイスを用いる方式と、被覆ダイス内で、未硬化状線状物と接触させる加圧ダイスの方式のいずれであってもよいが、樹脂被覆層を冷却固化する工程において、被覆樹脂と未硬化線状物の接触点を冷却水槽の先端とすることができ、被覆樹脂との接触による部分硬化を抑制できる観点から、引落とし型の被覆ダイスを用いる方式がより好ましい。
In the step of forming a resin coating layer by coating the drawn and uncured linear material with a molten thermoplastic resin, for example, the inside of a crosshead of a melt extruder is a guide corresponding to a drawn nozzle hole shape. A fiber-reinforced thermoplastic resin prepreg having a resin coating layer with a more uniform shape can be produced by attaching a guide jacket (not shown) provided with holes so that the tip side of the guide jacket can be as close as possible to the point covered by the molten resin. It is preferable from the viewpoint of doing.
To form a resin coating layer by coating with a molten thermoplastic resin, as a coating die, extrude the molten resin from a discharge port having a diameter larger than the outer diameter (shape) of the uncured linear material, and form a coating die. Either a method using a pull-down type coating die that coats on the take-up machine side from the discharge surface, or a method using a pressure die that makes contact with an uncured linear object in the coating die, but may be a resin coating. In the step of cooling and solidifying the layer, the point of contact between the coating resin and the uncured linear material can be used as the tip of the cooling water tank, and from the viewpoint of suppressing partial curing due to contact with the coating resin, a draw-down type coating die. Is more preferable.

<(4)樹脂被覆層の冷却固化工程、(5)引取工程>
(4)の樹脂被覆層を冷却固化する工程に引き続いて、直ちに(5)引取るか、或は(6)熱硬化(プレ硬化)工程をさらに有する場合は、得ようとするプリプレグの状態、すなわち、硬化性熱可塑性樹脂の重合度合いに応じて、熱硬化槽10の温度、硬化時間(滞在時間)を調整して、引取られる。引取は、ベルト式、キャタピラー式等の引取機やドラム巻取り機などで連続的に引取るか、或は定尺に切断して引取るか、用途に合わせて適宜対応すればよい。
<(4) Step of cooling and solidifying the resin coating layer, (5) Takeover step>
Immediately following the step (4) of cooling and solidifying the resin coating layer, (5) pulling out or (6) the state of the prepreg to be obtained when the method further comprises a thermosetting (pre-curing) step; That is, the temperature and the curing time (residence time) of the thermosetting tank 10 are adjusted according to the degree of polymerization of the curable thermoplastic resin, and the thermosetting resin is taken off. The take-off may be carried out continuously with a belt-type or caterpillar-type take-up machine or a drum winding machine, or may be cut into a fixed length and taken up, or may be appropriately performed according to the intended use.

また、含浸槽出口での絞りダイス7による絞り成形においては、長手方向断面においてプリプレグとして使用する際の所望の形状に近似した孔形状を有する絞りダイスを用いることによって、所定の線径および円状、楕円、矩形、樋状、平板状等の線形に整形することができる。   Further, in the drawing by the drawing die 7 at the outlet of the impregnation tank, a predetermined wire diameter and a circular shape are obtained by using a drawing die having a hole shape similar to a desired shape when used as a prepreg in a longitudinal section. , An ellipse, a rectangle, a gutter, a flat plate, or the like.

(強化用繊維束)
本発明において用いられる強化用繊維束は、連続長繊維束、繊維編組物(織物、編物、組物)の形態を有する基材であることが好ましい。上記のような基材を用いることにより、連続含浸性、樹脂被覆層の連続形成性が確保でき、生産性に優れた樹脂被覆層を有する繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの製造が可能になる。
(Reinforcing fiber bundle)
The reinforcing fiber bundle used in the present invention is preferably a substrate having the form of a continuous long fiber bundle or a fiber braid (woven fabric, knit, braid). By using the above-described base material, continuous impregnation and continuous formability of the resin coating layer can be ensured, and the production of a fiber-reinforced thermoplastic resin prepreg having a resin coating layer with excellent productivity becomes possible.

強化用繊維束を構成する繊維としては、例えば、アラミド繊維等の有機繊維や、ガラス繊維、炭素繊維等の無機繊維を用いることができるが、ガラス繊維や炭素繊維を用いることが好ましい。   As the fibers constituting the reinforcing fiber bundle, for example, organic fibers such as aramid fibers and inorganic fibers such as glass fibers and carbon fibers can be used, but glass fibers and carbon fibers are preferably used.

ガラス繊維としては、ガラス繊維モノフィラメント、ガラス繊維ストランド、ガラス繊維ロービング、ガラス繊維ヤーン等の長繊維を用いることができる。
また、ガラス繊維織物、ガラス繊維組物、ガラス繊維編物等のガラス繊維編組物をも適用可能である。なお、ガラス繊維はエポキシシランカップリング剤やアクリルシランカップリング剤等の表面処理剤で表面処理を行ったものでもよい。
As the glass fiber, a long fiber such as a glass fiber monofilament, a glass fiber strand, a glass fiber roving, and a glass fiber yarn can be used.
Further, a glass fiber braid such as a glass fiber woven fabric, a glass fiber braid, and a glass fiber knit can be applied. In addition, the glass fiber may have been subjected to a surface treatment with a surface treatment agent such as an epoxy silane coupling agent or an acrylic silane coupling agent.

ガラス繊維としては、ガラス繊維ロービング又はガラス繊維織物が好ましい。ガラス繊維ロービングは、直径3〜100μmのガラス繊維モノフィラメントが100〜2,000本束ねられたガラス繊維束を、10〜200本更に束ねたものが好ましい。
ガラス繊維織物とは、5〜500TEX(好ましくは22〜68TEX)のガラス繊維束を経糸及び緯糸として用い、織り密度が、経方向で16〜64本/25mm、緯方向で15〜60本/25mmになるように織られたものであることが好ましい。そして、ガラス繊維織物を構成するガラス繊維束は、ガラス繊維モノフィラメント(フィラメント径は3〜23μmが好ましい)が50〜1,200本集束されてなるものが好ましい。
また、ガラス繊維織物としては、所望の幅寸法に切断された5〜100mm幅程度の連続したテープ状のものであることが好ましい。
As the glass fiber, a glass fiber roving or a glass fiber fabric is preferable. The glass fiber roving is preferably obtained by further bundling 10 to 200 glass fiber bundles in which 100 to 2,000 glass fiber monofilaments having a diameter of 3 to 100 μm are bundled.
A glass fiber fabric is a glass fiber bundle of 5 to 500 TEX (preferably 22 to 68 TEX) used as a warp and a weft, and the weaving density is 16 to 64 yarns / 25 mm in the warp direction and 15 to 60 yarns / 25 mm in the weft direction. Preferably, it is woven so that The glass fiber bundle constituting the glass fiber fabric is preferably a bundle of 50 to 1,200 glass fiber monofilaments (having a filament diameter of preferably 3 to 23 μm).
The glass fiber fabric is preferably a continuous tape having a width of about 5 to 100 mm cut into a desired width.

上記ガラス繊維のガラス組成としては、例えば、Eガラス、Sガラス、Cガラス等が挙げられ、なかでもEガラスが好ましい。また、ガラス繊維モノフィラメントの断面は円形でも、楕円形等の扁平形状でもよい。   Examples of the glass composition of the above glass fiber include E glass, S glass, C glass and the like, and among them, E glass is preferable. Further, the cross section of the glass fiber monofilament may be circular or flat such as elliptical.

上記炭素繊維はコールタールピッチや石油ピッチを原料にした「ピッチ系」と、ポリアクリロニトリルを原料とする「PAN系」と、セルロース繊維を原料とする「レーヨン系」の3種類があり、どの炭素繊維でも本発明に用いることができる。   There are three types of carbon fiber: "pitch-based" made from coal tar pitch or petroleum pitch, "PAN-based" made from polyacrylonitrile, and "rayon-based" made from cellulose fiber. Fibers can also be used in the present invention.

これらの強化用繊維束は、必要に応じて、周知の方法により所望の尺長に織り上げるか組み上げるか又は編み上げる等の方法により調製しておくことができ、又は、長尺のものをロールに巻き取って使用してもよい。
また、強化用繊維への樹脂の含浸性を高めるためや、強化用繊維中の水分を除去させるために、強化用繊維束を加熱してもよい。
These reinforcing fiber bundles can be woven, braided, or knitted to a desired length by a well-known method, if necessary, or prepared in advance, or a long one is wound around a roll. You may take and use.
The reinforcing fiber bundle may be heated in order to increase the impregnation of the reinforcing fiber with the resin or to remove moisture in the reinforcing fiber.

本発明の繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグ又は硬化後の繊維強化熱可塑性樹脂における強化用繊維(束)の配合比率は、これらの体積に対して、強化用繊維40〜80体積%(以下、「Vf」と称する場合がある。)であることが好ましい。40体積%未満では、強化用繊維束による補強性が低くなったり、そりやうねりが大きくなる傾向にあり、80体積%を超えると、繊維に樹脂が未含浸となり、ボイドが発生したり、絞りダイスでの引取り抵抗が増加し、円滑な連続生産に支障を来たすなどの問題が生じる危惧がある。   The compounding ratio of the reinforcing fibers (bundles) in the fiber-reinforced thermoplastic resin prepreg of the present invention or the cured fiber-reinforced thermoplastic resin is 40 to 80% by volume of the reinforcing fibers (hereinafter referred to as “Vf Is sometimes referred to as "."). If it is less than 40% by volume, the reinforcing property of the reinforcing fiber bundle tends to be low or warpage or undulation tends to be large. If it is more than 80% by volume, the fiber is not impregnated with the resin, and voids are generated, There is a fear that problems such as an increase in the take-up resistance at the dies and a hindrance to smooth continuous production may occur.

(熱可塑性を有する硬化性樹脂)
本発明において、マトリックス樹脂を構成する熱可塑性を有する硬化性樹脂は、(a)エポキシ基を2つ有する第1の2官能化合物と、(b)フェノール性水酸基、アミノ基、カルボキシル基、メルカプト基、イソシアネート基及びシアネートエステル基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を2つ有する第2の2官能化合物と、を含む化合物を重付加反応により直鎖状に重合した重合型熱可塑性エポキシ樹脂である。
(Curable resin having thermoplasticity)
In the present invention, the thermoplastic curable resin constituting the matrix resin includes (a) a first bifunctional compound having two epoxy groups, and (b) a phenolic hydroxyl group, an amino group, a carboxyl group, and a mercapto group. And a second bifunctional compound having at least one functional group selected from the group consisting of an isocyanate group and a cyanate ester group; It is.

(a)エポキシ基を2つ有する第1の2官能化合物としては、例えば、カテコールジグリシジルエーテル、レゾルシンジグリシジルエーテル、t−ブチルヒドロキノンジグリシジルエーテル、フタル酸ジグリシジルエーテル等のベンゼン環を1個有する一核体芳香族ジエポキシ化合物類、ジメチロールシクロヘキサンジグリシジルエーテル、3,4−エポキシシクロヘキセニルメチル−3,4−エポキシシクロヘキセニルカルボキシレート、リモネンジオキシド等の脂環式エポキシ化合物類、ビス(4−ヒドロキシフェニル)メタンジグリシジルエーテル、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)エタンジグリシジルエーテル、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパンジグリシジルエーテル等のビスフェノール型エポキシ化合物及びこれらが部分縮合したオリゴマー混合物(ビスフェノール型エポキシ樹脂)、3,3’,5,5’−テトラメチルビス(4−ヒドロキシフェニル)メタンジグリシジルエーテル、3,3’,5,5’−テトラメチルビス(4−ヒドロキシフェニル)エーテルジグリシジルエーテル等が挙げられる。
ヒドロキノンジグリシジルエーテル、メチルヒドロキノンジグリシジルエーテル、2,5−ジ−t−ブチルヒドロキノンジグリシジルエーテル、ビフェニル型又はテトラメチルビフェニル型エポキシ樹脂類、ビスフェノールフルオレン型又はビスクレゾールフルオレン型エポキシ樹脂等の、単独では結晶性を示し、室温で固形であっても200℃以下の温度で融解し液状となるエポキシ樹脂は使用することができる。
(A) As the first bifunctional compound having two epoxy groups, for example, one benzene ring such as catechol diglycidyl ether, resorcin diglycidyl ether, t-butylhydroquinone diglycidyl ether, and phthalic acid diglycidyl ether is used. Alicyclic epoxy compounds such as mononuclear aromatic diepoxy compounds, dimethylolcyclohexanediglycidyl ether, 3,4-epoxycyclohexenylmethyl-3,4-epoxycyclohexenylcarboxylate, limonene dioxide, and bis ( Bisphenol type epoxy compounds such as 4-hydroxyphenyl) methane diglycidyl ether, 1,1-bis (4-hydroxyphenyl) ethane diglycidyl ether, and 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane diglycidyl ether Oligomer mixture (bisphenol-type epoxy resin), 3,3 ′, 5,5′-tetramethylbis (4-hydroxyphenyl) methane diglycidyl ether, 3,3 ′, 5,5′-tetramer Methyl bis (4-hydroxyphenyl) ether diglycidyl ether and the like can be mentioned.
Hydroquinone diglycidyl ether, methylhydroquinone diglycidyl ether, 2,5-di-t-butylhydroquinone diglycidyl ether, biphenyl type or tetramethyl biphenyl type epoxy resins, bisphenol fluorene type or biscresol fluorene type epoxy resin alone An epoxy resin that exhibits crystallinity and melts at a temperature of 200 ° C. or less even when solid at room temperature and becomes liquid can be used.

前記(b)フェノール性水酸基、アミノ基、カルボキシル基、メルカプト基、イソシアネート基及びシアネートエステル基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を2つ有する第2の2官能化合物としては、例えば、1分子中にフェノール性水酸基を2つ有する化合物が好ましい。
この種の化合物としては、例えば、カテコール、レゾルシン、ヒドロキノン、メチルヒドロキノン、t−ブチルヒドロキノン、2,5−ジ−t−ブチルヒドロキノン等のベンゼン環1個を有する一核体芳香族ジヒドロキシ化合物類、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン(ビスフェノールA)、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)エタン(ビスフェノールAD)、ビス(ヒドロキシフェニル)メタン(ビスフェノールF)、ビスフェノールフルオレン、ビスクレゾールフルオレン等のビスフェノール類、ジヒドロキシナフタレン等の縮合環を有する化合物、ジアリルレゾルシン、ジアリルビスフェノールA、トリアリルジヒドロキシビフェニル等のアリル基を導入した2官能フェノール化合物等が挙げられる。
これらの中でも、第1の2官能化合物として、上述のビスフェノール型エポキシ樹脂類を選択した場合には、軟化温度が低く取り扱い性が良いという理由から、例えばビスフェノールA、ビスフェノールFなどのビスフェノール類を使用するのが好ましい。
さらに、上記第1の2官能化合物の少なくとも一部及び/又は第2の2官能性化合物の少なくとも一部に、フルオレン骨格を有する化合物を使用することができ、この場合重合された樹脂の溶融温度を調節して高温溶融性の樹脂とすることができる。
Examples of (b) the second bifunctional compound having at least two functional groups selected from the group consisting of a phenolic hydroxyl group, an amino group, a carboxyl group, a mercapto group, an isocyanate group, and a cyanate ester group include, for example, 1 Compounds having two phenolic hydroxyl groups in the molecule are preferred.
Examples of such compounds include mononuclear aromatic dihydroxy compounds having one benzene ring such as catechol, resorcin, hydroquinone, methylhydroquinone, t-butylhydroquinone, and 2,5-di-t-butylhydroquinone; 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane (bisphenol A), 1,1-bis (4-hydroxyphenyl) ethane (bisphenol AD), bis (hydroxyphenyl) methane (bisphenol F), bisphenolfluorene, biscresol Examples include bisphenols such as fluorene, compounds having a condensed ring such as dihydroxynaphthalene, and bifunctional phenol compounds into which an allyl group is introduced such as diallyl resorcinol, diallyl bisphenol A, and triallyl dihydroxy biphenyl.
Among these, when the above-mentioned bisphenol-type epoxy resins are selected as the first bifunctional compound, bisphenols such as bisphenol A and bisphenol F are used because the softening temperature is low and the handleability is good. Is preferred.
Furthermore, a compound having a fluorene skeleton can be used for at least a part of the first bifunctional compound and / or at least a part of the second bifunctional compound. In this case, the melting temperature of the polymerized resin is used. Can be adjusted to obtain a high-melting resin.

上記化合物(a)と上記化合物(b)との配合量は、化合物(a)1モルに対して化合物(b)0.9〜1.1モルが好ましく、0.95〜1.05モルがより好ましい。   The compounding amount of the compound (a) and the compound (b) is preferably 0.9 to 1.1 mol, more preferably 0.95 to 1.05 mol, per 1 mol of the compound (a). More preferred.

上記化合物(a)と化合物(b)とは、次に例示するように重付加反応により直鎖状に重合することができる。直鎖状に重合したことは、溶剤への可溶性、熱溶融性等で確かめることができる。なお、本発明の目的を阻害しないかぎり、一部に架橋構造が存在することを排除するものではない。   The compound (a) and the compound (b) can be linearly polymerized by a polyaddition reaction as exemplified below. The fact that the polymer has been linearly polymerized can be confirmed by the solubility in a solvent, the thermal fusibility and the like. In addition, as long as the object of the present invention is not impaired, it does not exclude that a crosslinked structure is partially present.

(重合触媒)
この重合反応には重合触媒を使用することができる。上記重合触媒としては、リン系触媒の他、1,2−アルキレンベンズイミダゾール(TBZ)、及び2−アリール−4,5−ジフェニルイミダゾール(NPZ)が挙げられる。これらは、1種または2種以上を組み合わせて用いられる。リン系触媒は、再流動性を向上させるので好適である。
(Polymerization catalyst)
A polymerization catalyst can be used for this polymerization reaction. Examples of the polymerization catalyst include a 1,2-alkylenebenzimidazole (TBZ) and a 2-aryl-4,5-diphenylimidazole (NPZ) in addition to a phosphorus-based catalyst. These are used alone or in combination of two or more. Phosphorus-based catalysts are preferred because they improve reflowability.

上記リン系触媒としては、ジシクロヘキシルフェニルホスフィン、トリ−o−トリルホスフィン、トリ−m−トリルホスフィン、トリ−p−トリルホスフィン、シクロヘキシルジフェニルホスフィン、トリフェニルホスフィン、トリフェニルホスフィン−トリフェニルボラン錯体、トリ−m−トリルホスフィン−トリフェニルボラン錯体等が挙げられる。これらの中では、トリ−o−トリルホスフィン、トリ−m−トリルホスフィン−トリフェニルボラン錯体が好ましい。   Examples of the phosphorus-based catalyst include dicyclohexylphenylphosphine, tri-o-tolylphosphine, tri-m-tolylphosphine, tri-p-tolylphosphine, cyclohexyldiphenylphosphine, triphenylphosphine, triphenylphosphine-triphenylborane complex, and triphenylphosphine. -M-tolylphosphine-triphenylborane complex and the like. Among them, tri-o-tolylphosphine and tri-m-tolylphosphine-triphenylborane complex are preferable.

重合触媒の使用量は、通常は、上記化合物(a)100重量部に対して、0.1〜10重量部、更には0.4〜6重量部、特には1〜5重量部であるのが、短時間重合性と可使時間とのバランスが優れている点から好ましい。   The amount of the polymerization catalyst to be used is generally 0.1 to 10 parts by weight, further 0.4 to 6 parts by weight, particularly 1 to 5 parts by weight, based on 100 parts by weight of the compound (a). However, it is preferable because the balance between short-time polymerizability and pot life is excellent.

上記化合物(a)、化合物(b)及び重合触媒の混合物が室温で液状であると、強化用繊維への含浸工程において加温を必要としないか、あるいは混合物の重合開始に伴う増粘を著しく引き起こさない程度の加温により、十分粘度が低下して強化用繊維への含浸が容易になる点から好ましい。
また、上記化合物(a)及び化合物(b)がそれぞれ単独で固形であっても、上記化合物(a)、化合物(b)及び重合触媒の混合物が200℃以下の温度で加温した場合の粘度が1,000mPa・s以下となるような組み合わせにすれば、上記化合物(a)と化合物(b)配管を通して混合部5にスタティックミキサーを備えた2液混合装置を用いて、含浸槽2に注入することができる。
なお、上記化合物(a)及び化合物(b)は、上記含浸槽内において、すべてが溶融状態にあるのではなくてもよく、一部が溶融せずに、例えば、ペースト状になっていても構わない。
When the mixture of the compound (a), the compound (b) and the polymerization catalyst is in a liquid state at room temperature, no heating is required in the step of impregnating the reinforcing fibers, or the viscosity of the mixture is significantly increased with the start of polymerization. Heating to such an extent as not to cause the above is preferable because the viscosity is sufficiently reduced and the impregnation into the reinforcing fibers becomes easy.
Further, even when the compound (a) and the compound (b) are each solid alone, the viscosity when the mixture of the compound (a), the compound (b) and the polymerization catalyst is heated at a temperature of 200 ° C. or less. Is set to 1,000 mPa · s or less, and injected into the impregnation tank 2 using a two-liquid mixing apparatus having a static mixer in the mixing section 5 through the compound (a) and compound (b) pipes. can do.
In the impregnation tank, the compound (a) and the compound (b) may not all be in a molten state, but may be partially unmelted, for example, in a paste state. I do not care.

(反応遅延剤)
本発明にはまた、反応遅延剤を用いることができる。上記化合物(a)、化合物(b)及び硬化剤の混合、並びに強化用繊維束への含浸工程では、樹脂を均一液状化するとともに粘度をできるだけ低下させる必要性から、しばしば加温されるため、強化用繊維への樹脂の含浸が完了する前に重合反応が開始され、粘度が上昇し、含浸不良を引き起こす可能性がある。それを防止するために、粘度低下のための加温時には反応を遅らせ、含浸後の重合反応の際には反応を阻害しない反応遅延剤が好適に使用される。
そのような反応遅延剤としては、トリ−n−ブチルボレート、トリ−n−オクチルボレート、トリ−n−ドデシルボレート等のトリアルキルボレート類、トリフェニルボレート等のトアリールボレート類が使用できる。これらは、1種または2種以上を組み合わせて用いられる。これらの中では、室温で液状であるため混和性に優れ、且つ80℃以下での反応を著しく遅延する点から、トリ−n−オクチルボレートが好ましい。
(Reaction retarder)
In the present invention, a reaction retarder can also be used. In the step of mixing the compound (a), the compound (b) and the curing agent, and the step of impregnating the reinforcing fiber bundle, the resin is frequently heated because it is necessary to uniformly liquefy the resin and reduce the viscosity as much as possible. The polymerization reaction is started before the impregnation of the reinforcing fiber with the resin is completed, and the viscosity increases, which may cause impregnation failure. In order to prevent this, a reaction retarder that delays the reaction at the time of heating for decreasing the viscosity and does not inhibit the reaction at the time of the polymerization reaction after impregnation is preferably used.
As such a reaction retarder, trialkyl borates such as tri-n-butyl borate, tri-n-octyl borate and tri-n-dodecyl borate, and triaryl borates such as triphenyl borate can be used. These are used alone or in combination of two or more. Among these, tri-n-octyl borate is preferred because it is liquid at room temperature and has excellent miscibility and significantly delays the reaction at 80 ° C. or lower.

反応遅延剤の使用量は、リン系触媒のリン原子1モルに対しホウ酸エステルのホウ素原子が0.1〜2.0モルとなるように、更には0.5〜1.2モル、特には0.7〜1.0モルであるのが、強化用繊維への樹脂の含浸が完了する前に重合反応が開始され、粘度が上昇するのを防止でき、且つ重合を行うときには、短時間重合が可能である点から好ましい。   The amount of the reaction retarder to be used is preferably such that the boron atom of the borate ester is 0.1 to 2.0 mol per mol of the phosphorus atom of the phosphorus-based catalyst, more preferably 0.5 to 1.2 mol, particularly 0.5 to 1.2 mol. Is 0.7 to 1.0 mol, the polymerization reaction is started before the impregnation of the reinforcing fiber with the resin is completed, the viscosity can be prevented from increasing, and when the polymerization is performed, It is preferable because polymerization is possible.

(任意添加成分)
本発明においては、更に、任意の添加成分として、有機パウダーや水酸化アルミ等の無機パウダーによる充填材や公知の難燃剤等を添加してもよい。
上記重合触媒、反応遅延剤、添加剤等は、予め強化用繊維束に含浸させる以前に反応性化合物のいずれか、又は、両方に、添加しておくことができる。
(Optional components)
In the present invention, as an optional additive, a filler made of an inorganic powder such as an organic powder or aluminum hydroxide, or a known flame retardant may be added.
The above-mentioned polymerization catalyst, reaction retarder, additive and the like can be added to one or both of the reactive compounds before impregnating the reinforcing fiber bundle in advance.

本発明のプリプレグの製造方法においては、反応性化合物の含浸後、重合は熱硬化槽で進行させることができるが、得ようとするプリプレグの性状に合わせて、熱硬化槽で加温することなく引取るか、熱硬化槽を適宜加温して、半硬化状のプリプレグとすることができる。さらに、熱硬化槽の温度、滞在時間(重合時間)を調整することによって、重合反応を進行させ完全硬化の繊維強化熱可塑性樹脂とすることができる。熱硬化槽を加温する場合は、その設定温度近傍が重合条件となる。熱硬化槽の温度は、温水加熱などによる80℃程度から蒸気加熱、電気加熱ヒーター等による300℃程度までが一般的である。使用する反応性化合物、重合触媒、反応遅延剤の種類にしたがって、重合反応を生じさせる温度域が異なるが、通常、重合温度としては、120〜200℃、重合時間としては、1〜20分程度である。この重合時間は、反応性化合物の熱硬化槽の内部滞在時間程度であることが好ましい。   In the method for producing a prepreg of the present invention, after the impregnation of the reactive compound, the polymerization can proceed in a thermosetting tank, but according to the properties of the prepreg to be obtained, without heating in the thermosetting tank. The semi-cured prepreg can be obtained by taking off or appropriately heating the thermosetting tank. Furthermore, by adjusting the temperature of the thermosetting tank and the staying time (polymerization time), the polymerization reaction can proceed to obtain a completely cured fiber-reinforced thermoplastic resin. When heating the thermosetting bath, the polymerization temperature is around the set temperature. The temperature of the thermosetting bath is generally from about 80 ° C. by hot water heating to about 300 ° C. by steam heating, an electric heater or the like. Depending on the type of the reactive compound, the polymerization catalyst, and the reaction retarder used, the temperature range in which the polymerization reaction occurs is different, but usually, the polymerization temperature is 120 to 200 ° C., and the polymerization time is about 1 to 20 minutes. It is. The polymerization time is preferably about the time of the reactive compound staying inside the thermosetting tank.

加温した熱硬化槽に通して、部分的に重合反応を硬化させ半硬化物を得るプリプレグの製造工程、または完全に硬化させる重合反応工程において得られる繊維強化熱可塑性エポキシ樹脂成形体は、重合温度近傍のTgを有しているため、冷却工程を経て切断又は巻き取りされることが望ましい。冷却は冷却水槽を通過させればよい。また、引取速度は5〜100m/min程度とすることができる。   The fiber-reinforced thermoplastic epoxy resin molded product obtained in the process of producing a prepreg that partially cures a polymerization reaction to obtain a semi-cured product by passing through a heated thermosetting tank to obtain a semi-cured product, or in the polymerization reaction process of completely curing, is subjected to polymerization. Since it has a Tg near the temperature, it is desirable to cut or wind it through a cooling step. Cooling may be performed by passing through a cooling water tank. Further, the take-off speed can be about 5 to 100 m / min.

(樹脂被覆層形成用の熱可塑性樹脂)
本発明の繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの製造方法において、(3)「絞り成形された、強化用繊維束と含浸用マトリックス樹脂からなる未硬化状線状物を、表面被覆用の溶融した熱可塑性樹脂で被覆して樹脂被覆層を形成する工程」に用いられる熱可塑性樹脂(以下、単に「被覆樹脂」ということがある。)は、含浸用樹脂組成物に侵されることがなく、溶融押出機の被覆ダイスより押出して被覆できる樹脂であって、被覆樹脂の融点が、マトリックス樹脂の融点よりも高く、且つ、90〜300℃であることが好ましく、100〜300℃であることがさらに好ましい。
被覆樹脂は、融点が上記の範囲であって、マトリックス樹脂と接着性を有する樹脂から選択することができる。マトリックス樹脂と接着性を有する樹脂としては、ナイロン12などポリアミド系樹脂、ポリエステル樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ABS樹脂)、アクリル樹脂等を挙げることができる。
また、被覆樹脂は、その融点が熱硬化後のマトリックス樹脂の融点以上で、かつ、該マトリックス樹脂と非接着性の樹脂から選択することができる。マトリックス樹脂と非接着性の樹脂としては、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン系樹脂、フッ化エチレン−プロピレン共重合体(FEP)、パーフルオロアルコキシアルカン(PFA)などフッ素系の熱可塑性樹脂を挙げることができる。
(Thermoplastic resin for forming resin coating layer)
In the method for producing a fiber-reinforced thermoplastic resin prepreg according to the present invention, (3) the step of “drawing an uncured linear material comprising a reinforcing fiber bundle and an impregnating matrix resin into a molten thermoplastic resin for surface coating; The thermoplastic resin used in the step of forming a resin coating layer by coating with a resin (hereinafter, may be simply referred to as “coating resin”) is not affected by the resin composition for impregnation, and is not melt-extruded. A resin that can be extruded from the coating die and coated, wherein the melting point of the coating resin is higher than the melting point of the matrix resin and is preferably 90 to 300 ° C, more preferably 100 to 300 ° C.
The coating resin has a melting point within the above range, and can be selected from resins having adhesiveness to the matrix resin. Examples of the resin having adhesiveness to the matrix resin include polyamide resins such as nylon 12, polyester resins, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS resin), and acrylic resins.
In addition, the coating resin can be selected from resins having a melting point equal to or higher than the melting point of the matrix resin after thermosetting and being non-adhesive to the matrix resin. Examples of the resin that is non-adhesive to the matrix resin include polyolefin-based resins such as polypropylene and polyethylene, and fluorine-based thermoplastic resins such as fluoroethylene-propylene copolymer (FEP) and perfluoroalkoxyalkane (PFA). it can.

(繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグ)
本発明の繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグは、未反応のエポキシ基を有するか、重量平均分子量が30,000未満となるようなマトリックス樹脂を有している。本発明のプリプレグは、マトリックス樹脂の熱可塑性エポキシ樹脂が、完全硬化に至っていない、いわゆる半硬化状態で、その後プリプレグを賦形して使用する際等の加熱により、さらにはアフタキュアにより完全硬化することができる形態であり、その重量平均分子量が30,000未満である。重量平均分子量が30,000を超えると、プリプレグとしての使用時に柔軟性に欠け、ハンドリング性が損なわれる。
なお、本発明において、完全硬化状態及び半硬化状態の判定は、FT−IR(Nicolet NEXUS 470 FT−IR、Thermo Fisher Scientific(株)製)と、アクセサリー(AVATAR OMNIC−Sampler HATR Accessory、Thermo Fisher Scientific(株)製)を用い、一回反射ATR法によるFT−IR測定を行い、得られたスペクトルに対して解析することにより行った。すなわち、完全硬化状態とは、フェニル基(1,500cm−1付近)の基準ピークと、エポキシ基(930cm−1付近)の比較対象ピークとで反応の進行度を確認した場合に、140℃で1時間の再加熱によっても、比率が5%未満の変動しか見られない場合とし、半硬化状態とは、変動が5%以上起こる場合とした。
本発明において、重量平均分子量は、ジメチルフォルムアミド(DMF)でマトリックス樹脂を抽出(0.1wt%前後)し、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)〔HLC−8220GPC、東ソー(株)製〕にて、展開溶媒としてDMF、充填剤としてα-M(極性溶媒用、東ソー(株)製)を用いて測定し、ポリスチレン換算(検量線)で算出した。
(Fiber reinforced thermoplastic resin prepreg)
The fiber-reinforced thermoplastic resin prepreg of the present invention has an unreacted epoxy group or a matrix resin having a weight average molecular weight of less than 30,000. The prepreg of the present invention is that the thermoplastic epoxy resin of the matrix resin is not fully cured, in a so-called semi-cured state, and is then completely cured by heating such as when the prepreg is used after shaping, and further after-curing. Wherein the weight average molecular weight is less than 30,000. If the weight average molecular weight is more than 30,000, it lacks flexibility when used as a prepreg, and impairs handleability.
In the present invention, the fully cured state and the semi-cured state are determined by FT-IR (Nicolet NEXUS 470 FT-IR, manufactured by Thermo Fisher Scientific Co., Ltd.) and accessories (AVATAR OMNIC-Sampler HATR Accessory, ThermoSergic, ThermoScience, ThermoScience). FT-IR measurement by the single reflection ATR method, and analyzing the obtained spectrum. That is, when the degree of reaction progress is confirmed by a reference peak of a phenyl group (around 1,500 cm −1 ) and a comparative peak of an epoxy group (around 930 cm −1 ), the completely cured state is determined at 140 ° C. The case where the ratio was less than 5% even after the reheating for 1 hour was defined as the case where the variation was 5% or more.
In the present invention, the weight average molecular weight is determined by extracting the matrix resin with dimethylformamide (DMF) (about 0.1 wt%) and performing gel permeation chromatography (GPC) [HLC-8220GPC, manufactured by Tosoh Corporation]. It was measured using DMF as a developing solvent and α-M (for a polar solvent, manufactured by Tosoh Corporation) as a filler, and calculated in terms of polystyrene (calibration curve).

(繊維強化熱可塑性樹脂の製造方法)
本発明の繊維強化熱可塑性樹脂の製造方法は、上記のいずれかに記載のプリプレグの製造方法により得られたプリプレグを加熱して、マトリックス樹脂組成物を熱硬化又は重合反応させて、重量平均分子量が30,000以上であるマトリックス樹脂と強化用繊維とからなる繊維強化熱可塑性樹脂を形成する方法である。
本発明の繊維強化熱可塑性樹脂の製造方法において、プリプレグの加熱とは、対象物体の補強等のため、プリプレグを物体に巻回したり、物体の外周に編組したり、あるいは物体の構成部材として構造を形成した後、プリプレグをさらに加熱して、未硬化状含浸用マトリックス樹脂組成物を或は半硬化状のマトリックス樹脂組成物の熱硬化又は重合反応を完結させるための加熱をいう。なお、熱硬化又は重合反応の完結は、前述のように、フェニル基(1,500cm−1付近)の基準ピークと、エポキシ基(930cm−1付近)の比較対象ピークとで反応の進行度を確認し、140℃で1時間の再加熱によっても、比率が5%未満の変動しか見られない場合を完全硬化と判断するものとする。加熱硬化後の繊維強化熱可塑性樹脂の重量平均分子量は、マトリックス樹脂としての強度を発現させる観点から30,000以上であることを要する。
重量平均分子量が30,000未満では、マトリックス樹脂の強度が十分に発現されない。本発明に用いられるマトリックス樹脂としての直鎖状に重合可能な重合型熱可塑性エポキシ樹脂の重量平均分子量の上限は、通常150,000以下とされる。
(Method for producing fiber-reinforced thermoplastic resin)
The method for producing the fiber-reinforced thermoplastic resin of the present invention comprises heating the prepreg obtained by the method for producing a prepreg according to any of the above, and causing the matrix resin composition to undergo a thermosetting or polymerization reaction to obtain a weight average molecular weight. Is a method of forming a fiber-reinforced thermoplastic resin comprising a matrix resin having a molecular weight of 30,000 or more and reinforcing fibers.
In the method for producing a fiber-reinforced thermoplastic resin according to the present invention, the heating of the prepreg includes, for example, winding the prepreg around an object, braiding the outer periphery of the object, or forming a structural member of the object to reinforce the target object. Is formed by further heating the prepreg to complete the thermosetting or polymerization reaction of the uncured or semi-cured matrix resin composition for impregnation. Incidentally, the completion of thermal curing or polymerization reaction, as described above, the reference peak of the phenyl group (1,500Cm around -1), the progress of the reaction between the compared peaks of epoxy groups (930 cm around -1) Confirmation is made, and a case where the ratio shows less than 5% fluctuation even by reheating at 140 ° C. for 1 hour is judged as complete curing. The weight average molecular weight of the fiber-reinforced thermoplastic resin after heat curing needs to be 30,000 or more from the viewpoint of developing the strength as a matrix resin.
If the weight average molecular weight is less than 30,000, the strength of the matrix resin is not sufficiently exhibited. The upper limit of the weight average molecular weight of the linearly polymerizable polymerizable thermoplastic epoxy resin as the matrix resin used in the present invention is usually 150,000 or less.

以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例になんら限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

実施例、比較例による樹脂被覆層を有する繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグを製造し、以下に示す評価項目について評価した。
(1)生産性:連続して安定生産が可能なライン(引取)速度により、以下のように評価した。
◎:ライン速度が15m/min以上
○:ライン速度が10m/min以上、15m/min未満
△:ライン速度が3m/min以上、10m/min未満
×:ライン速度が3m/min未満
(2)成形性:樹脂被覆層を有する繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの長手方向断面を観察した。
◎:真円度90%以上、
○:真円度70%以上、90%未満
△:長手方向にうねりがある
×:真円度70%未満
(3)ボイド:1断面当たりの強化用繊維との界面等におけるボイド、空隙の有無を観察し含浸性を評価した。
◎:ミクロン(μm)サイズのボイド(以下、「マイクロボイド」という。)なし
○:空隙がなく、マイクロボイドが10個以下
△:空隙がなく、マイクロボイドが10個以上
×:空隙が存在する
(4)環境性:含浸用マトリックス樹脂組成物の調製に際して、希釈用有機溶剤の使用の有無で評価した。
◎:希釈用溶剤の使用なし
×:希釈剤使用
(5)ハンドリング性:プリプレグを145℃のオーブン内で1時間アフタキュア(後硬化)する際のハンドリング性、アフタキュア後のサンプルを120℃で熱プレスする際のハンドリング性を評価した。
◎:加熱時にベタツキなし
×:加熱時にベタツキあり
(6)総合評価:上記の各評価項目を勘案して総合的な評価を行った。
Fiber reinforced thermoplastic resin prepregs having a resin coating layer according to Examples and Comparative Examples were manufactured, and the following evaluation items were evaluated.
(1) Productivity: The following evaluation was made based on the line (drawing) speed at which stable production was possible continuously.
:: Line speed of 15 m / min or more :: Line speed of 10 m / min or more and less than 15 m / min Δ: Line speed of 3 m / min or more and less than 10 m / min ×: Line speed of less than 3 m / min (2) Molding Properties: A longitudinal section of a fiber-reinforced thermoplastic resin prepreg having a resin coating layer was observed.
◎: 90% or more of roundness
:: Roundness of 70% or more and less than 90% が あ る: Waviness in the longitudinal direction ×: Less than 70% of roundness (3) Void: existence of voids and voids at the interface with reinforcing fibers per cross section Was observed and the impregnating property was evaluated.
◎: No void of micron (μm) size (hereinafter referred to as “microvoid”) ○: No void, 10 or less microvoids Δ: No void, 10 or more microvoids ×: Voids exist (4) Environmental properties: In preparing the matrix resin composition for impregnation, evaluation was made based on whether or not an organic solvent for dilution was used.
:: No use of diluting solvent ×: Use of diluent (5) Handling property: Handling property when prepreg is after-cured (post-cured) in an oven at 145 ° C. for 1 hour, hot-pressed sample after after-curing at 120 ° C. The handling property when performing was evaluated.
◎: No stickiness at the time of heating ×: Sticky at the time of heating (6) Comprehensive evaluation: Comprehensive evaluation was performed in consideration of the above evaluation items.

実施例1
ガラス繊維強化熱可塑性樹脂組成物プリプレグを以下の工程に沿って製造した。
<(1)含浸用マトリックス樹脂組成物の調製>
(a)エポキシ基を2つ有する第1の2官能化合物と、(b)フェノール性水酸基を2つ有する第2の2官能化合物とを予め調合されてなる熱可塑性エポキシ樹脂(XNR6850A、ナガセケムテックス(株)製)を主剤タンク3に投入し、触媒及び反能遅延剤を含む硬化剤(XNH6850EY、ナガセケムテックス(株)製)を、硬化剤タンク4に投入し、タンク3及び4からそれぞれギヤポンプにて、100質量部及び2質量部となるように計量して、混合部5に連続的に供給し、スタテックミキサー6にて攪拌混合して、含浸用マトリックス樹脂組成物を調製した。なお、タンク3、4及び混合部5は、含浸用マトリックス樹脂組成物の液温が110℃になるように加温して温調した。調製された含浸用マトリックス樹脂組成物を、内径が40mmで長さが100mmの含浸槽2の80%の容積が充填されるよう、最終的に得ようとする繊維強化熱可塑性樹脂(FRTP)の外径1.12mm、及びガラス繊維の繊維体積含有率56%に基づいて、マトリックス樹脂断面積及びライン(引取)速度から決定される単位時間樹脂使用量を6.50(mL/min)と算出して、混合部からの供給量(mL/min)も同量として、110℃に温調された含浸槽2に供給することとした。
Example 1
A glass fiber reinforced thermoplastic resin composition prepreg was produced according to the following steps.
<(1) Preparation of matrix resin composition for impregnation>
Thermoplastic epoxy resin (XNR6850A, Nagase ChemteX) prepared beforehand from (a) a first bifunctional compound having two epoxy groups and (b) a second bifunctional compound having two phenolic hydroxyl groups. (Manufactured by Nagase Chemtex Co., Ltd.) into the hardener tank 4 containing a catalyst and a reaction retarder, and from the tanks 3 and 4, respectively. The mixture was weighed to 100 parts by mass and 2 parts by mass with a gear pump, continuously supplied to the mixing section 5, and stirred and mixed by the static mixer 6 to prepare an impregnation matrix resin composition. The tanks 3, 4 and the mixing section 5 were heated and controlled so that the liquid temperature of the matrix resin composition for impregnation became 110 ° C. The prepared matrix resin composition for impregnation is filled with a fiber-reinforced thermoplastic resin (FRTP) to be finally obtained so that 80% of the volume of the impregnation tank 2 having an inner diameter of 40 mm and a length of 100 mm is filled. Based on the outer diameter of 1.12 mm and the fiber volume content of glass fiber of 56%, the amount of resin used per unit time determined from the matrix resin cross-sectional area and the line (drawing) speed is calculated as 6.50 (mL / min). Then, the supply amount (mL / min) from the mixing section was set to the same amount and supplied to the impregnation tank 2 whose temperature was controlled at 110 ° C.

<(2)含浸、絞り工程>
強化用繊維束として、ガラス繊維(日東紡積(株)製、RS-28、2,800dtex)を5本、クリール1から引き出して、含浸用マトリックス樹脂組成物を充填していない含浸槽2、及び内径が1.12mmの絞りダイス7に通し、さらに、被覆ダイス8、冷却槽9、熱硬化槽10、を通して引取装置11まで延長して、引取可能に準備した。
ガラス繊維束Fを15m/minで引取りながら、110℃に加温され粘度が60mPa・sの含浸用マトリックス樹脂組成物が充填された含浸槽2中で、ガラス繊維束Fに含浸用マトリックス樹脂組成物を含浸しつつ、絞りダイス7により、絞り成形して外径1.12mmの円状の未硬化状線状物20とした。
<(2) Impregnation and drawing process>
Five glass fibers (RS-28, 2,800 dtex, manufactured by Nitto Boshoku Co., Ltd.) were pulled out from the creel 1 as the reinforcing fiber bundle, and the impregnating tank 2 not filled with the matrix resin composition for impregnation was used. And, it passed through a drawing die 7 having an inner diameter of 1.12 mm, and further extended through a coating die 8, a cooling bath 9 and a thermosetting bath 10 to a take-off device 11, and was prepared so as to be ready for take-out.
The glass fiber bundle F is heated at 110 ° C. while taking up the glass fiber bundle F at a rate of 15 m / min, and is impregnated into the glass fiber bundle F in the impregnation tank 2 filled with the matrix resin composition having a viscosity of 60 mPa · s. While being impregnated with the composition, drawing was performed with a drawing die 7 to obtain a circular uncured linear material 20 having an outer diameter of 1.12 mm.

<(3)樹脂被覆層を形成する工程>
溶融押出機の被覆ダイス8からポリプロピレン(プライムポリマー(株)製、プライムポリプロJ702LJ、融点159℃)を溶融押し出して、上記の未硬化状線状物20の外周を溶融樹脂で被覆してなる線状物21を得た。
<(3) Step of forming resin coating layer>
A line formed by melting and extruding polypropylene (Prime Polypro J702LJ, melting point: 159 ° C.) from the coating die 8 of the melt extruder and coating the outer periphery of the uncured linear material 20 with a molten resin. A substance 21 was obtained.

<(4)樹脂被覆層を冷却固化する工程、(6)プレ硬化工程、(5)引取工程>
上記線状物21を冷却水槽9に通して、表面の樹脂被覆層を冷却固化した。次いで、145℃に蒸気加熱された長さ30mの熱硬化槽10に挿通し、半硬化させた後、ゴムベルト式引取機11により、15m/minの速度で引取った。熱硬化槽10の滞在時間は2分であった。
<(4) Step of cooling and solidifying the resin coating layer, (6) Pre-curing step, (5) Take-off step>
The linear material 21 was passed through the cooling water tank 9 to cool and solidify the resin coating layer on the surface. Next, it was passed through a thermosetting tank 10 having a length of 30 m, which was steam-heated to 145 ° C., semi-cured, and then taken out by a rubber belt type take-up machine 11 at a speed of 15 m / min. The residence time in the thermosetting tank 10 was 2 minutes.

得られた半硬化処理されたプリプレグ(23)は、外周に厚み0.125mmの樹脂被覆層を有し、FRTPプリプレグ部の外径が1.12mm、ガラス繊維の体積含有率が56%で、未完全硬化のマトリックス樹脂の重量平均分子量が12,500であった。製造中で走行時の含浸槽2における含浸用マトリックス樹脂使用率は、6.47%であり、連続製造時間12時間において、含浸槽2内の局所的粘度上昇等のトラブルもなく、安定的に製造することができた。
製造条件、評価結果をまとめて表1に示す。
The obtained semi-cured prepreg (23) has a resin coating layer with a thickness of 0.125 mm on the outer periphery, an outer diameter of the FRTP prepreg portion of 1.12 mm, and a volume content of glass fiber of 56%. The weight average molecular weight of the incompletely cured matrix resin was 12,500. The rate of use of the matrix resin for impregnation in the impregnation tank 2 during running during production is 6.47%, and there is no trouble such as local increase in viscosity in the impregnation tank 2 for 12 hours of continuous production time, and it is stable. Could be manufactured.
Table 1 summarizes the manufacturing conditions and evaluation results.

実施例2及び実施例3
実施例1における引取速度15m/minに変えて、実施例2においては20m/minで、実施例3では80m/minの引取速度で樹脂被覆層を有するFRTPプリプレグを製造した。熱硬化槽10の滞在時間は1.5分及び0.375分であった。
なお、含浸用樹脂温度を10℃高い120℃とし、樹脂粘度を40mPa・sとした。また、含浸槽への含浸用樹脂の供給量と、強化用繊維束への含浸による消費量とバランスさせつつ、含浸用マトリックス樹脂使用率8.62%(実施例2)、61.33%(実施例3)とした。
これらの製造条件及び評価結果を表1に示す。
Example 2 and Example 3
An FRTP prepreg having a resin coating layer was manufactured at a take-up speed of 20 m / min in Example 2, and at a take-up speed of 80 m / min in Example 3, instead of the take-up speed of 15 m / min in Example 1. The residence time in the thermosetting tank 10 was 1.5 minutes and 0.375 minutes.
In addition, the temperature of the resin for impregnation was set to 120 ° C. which was higher by 10 ° C., and the resin viscosity was set to 40 mPa · s. In addition, while balancing the supply amount of the impregnating resin into the impregnation tank and the consumption amount by impregnation into the reinforcing fiber bundle, the use rate of the impregnating matrix resin is 8.62% (Example 2) and 61.33% (Example 2). Example 3).
Table 1 shows these manufacturing conditions and evaluation results.

実施例4〜6
実施例1において含浸用マトリックス樹脂組成物の樹脂温度を80℃として、粘度を400mPa・sとし、引取速度を10m/minとした実施例4、実施例1において絞りダイスの径を1.80mmとして強化用繊維の体積含有率Vfを45%とし、引取速度15m/minとした実施例5、及び実施例1において、絞りダイスの径を0.90mmとして強化用繊維の体積含有率Vfを72%とし、引取速度を10m/minとした実施例6により、PPによる樹脂被覆層を有するFRTPプリプレグを製造した。
これらの製造条件及び評価結果を表1に示す。
Examples 4 to 6
In Example 1, the resin temperature of the matrix resin composition for impregnation was 80 ° C., the viscosity was 400 mPa · s, and the take-up speed was 10 m / min. In Example 1, the diameter of the drawing die was 1.80 mm. In Example 5 and Example 1 in which the volume content Vf of the reinforcing fiber was 45% and the take-up speed was 15 m / min, the diameter D of the drawing die was 0.90 mm and the volume content Vf of the reinforcing fiber was 72%. According to Example 6 in which the take-up speed was 10 m / min, a FRTP prepreg having a resin coating layer of PP was produced.
Table 1 shows these manufacturing conditions and evaluation results.

比較例1及び2
実施例1において含浸用マトリックス樹脂組成物の温度を60℃として粘度を1,700mPa・sとした。また、比較例2では、含浸用マトリックス樹脂組成物の温度を40℃として粘度を16,000Pa・sとし、ライン速度を調整しながらプリプレグを製造した。
これらの製造条件及び評価結果を表2に示す。
Comparative Examples 1 and 2
In Example 1, the temperature of the matrix resin composition for impregnation was set to 60 ° C., and the viscosity was set to 1,700 mPa · s. In Comparative Example 2, the prepreg was produced while adjusting the line speed by setting the viscosity of the impregnating matrix resin composition to 40 ° C. and the viscosity to 16,000 Pa · s.
Table 2 shows the manufacturing conditions and evaluation results.

比較例3及び4
実施例1において、含浸用マトリックス樹脂組成物の粘度を低下させるため、同一組成の含浸用マトリックス樹脂組成物の主剤uMをメチルエチルケトン(MEK)により固形分80質量%に希釈して、25℃で100mPa・sの粘度とした比較例3、同一組成の含浸用マトリックス樹脂組成物の主剤uMをメチルエチルケトン(MEK)により固形分20質量%に希釈して、25℃で12mPa・sとし、かつ、絞りダイス径を1.8mmとして、Vfを45%とした比較例4によりプリプレグを得た。
これらの製造条件及び評価結果を表2に示す。
Comparative Examples 3 and 4
In Example 1, in order to reduce the viscosity of the matrix resin composition for impregnation, the base material uM of the matrix resin composition for impregnation having the same composition was diluted with methyl ethyl ketone (MEK) to a solid content of 80% by mass, and 100 mPa at 25 ° C. Comparative Example 3 having a viscosity of s, the main component uM of the matrix resin composition for impregnation having the same composition was diluted with methyl ethyl ketone (MEK) to a solid content of 20% by mass to obtain 12 mPa · s at 25 ° C., and a drawing die A prepreg was obtained from Comparative Example 4 in which the diameter was 1.8 mm and Vf was 45%.
Table 2 shows the manufacturing conditions and evaluation results.

比較例5
実施例1において、絞り成形ノズル7を含浸槽の出口から400mm離し、かつ、110℃に温調していない絞り成形ノズルにより成形を行ったところ、樹脂含浸した強化繊維束を引取る(引抜く)ことが困難であった。製造条件及び評価結果を表2に示す。
Comparative Example 5
In Example 1, when the drawing nozzle 7 was separated from the outlet of the impregnation tank by 400 mm and formed by a drawing nozzle not controlled at 110 ° C., the reinforcing fiber bundle impregnated with the resin was taken out (pulled out). ) It was difficult. Table 2 shows the manufacturing conditions and evaluation results.

比較例6
実施例1において、絞り成形の効果を確認するため、1.12mmの絞り成形ノズルを用いることなく、外径フリーの状態でPP樹脂による被覆を行った。得られたプリプレグは、成形性に劣るものであった。製造条件及び評価結果をまとめて表2に示す。
Comparative Example 6
In Example 1, in order to confirm the effect of the drawing, the coating with the PP resin was performed in a state where the outer diameter was free without using the drawing nozzle of 1.12 mm. The obtained prepreg was poor in moldability. Table 2 summarizes the manufacturing conditions and evaluation results.

比較例7及び比較例8
実施例1において、PP樹脂による被覆を行わず、従って樹脂被覆層の冷却固化も行うことなく引取り、プリプレグを製造した(比較例7)。引取ベルトへ未硬化状樹脂のベタツキがあり、ハンドリング性に著しく欠けていた。製造条件及び評価結果をまとめて表2に示す。
また、実施例1において被覆用樹脂をPPから直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)((株)プライムポリマー製、エボリュー1071C、融点100℃)に代えた他は、実施例1と同様にして、プリプレグを製造した(比較例8)。得られたプリプレグは、被覆用樹脂が低融点であるため、145℃のアフタキュア時及び120℃での熱プレス加工時の双方でベタツキが生じ、ハンドリング性に劣っていた。製造条件及び評価結果をまとめて表2に示す。
Comparative Examples 7 and 8
In Example 1, the prepreg was produced without coating with the PP resin, and therefore, without cooling and solidifying the resin coating layer, thereby producing a prepreg (Comparative Example 7). The take-up belt had stickiness of the uncured resin, and was extremely lacking in handleability. Table 2 summarizes the manufacturing conditions and evaluation results.
Further, in the same manner as in Example 1, except that the coating resin in Example 1 was changed from PP to linear low-density polyethylene (LLDPE) (manufactured by Prime Polymer Co., Ltd., Evolu 1071C, melting point 100 ° C), A prepreg was produced (Comparative Example 8). Since the coating resin had a low melting point, the obtained prepreg had stickiness during both after-curing at 145 ° C. and hot-pressing at 120 ° C., and was inferior in handleability. Table 2 summarizes the manufacturing conditions and evaluation results.

本発明の繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの製造方法は、強化用繊維束へ含浸用未硬化状マトリックス樹脂組成物を含浸し、次いで絞りダイスに挿通して絞り成形して、該成形された未硬化状線状物を、溶融した熱可塑性樹脂で被覆して樹脂被覆層を形成しているので、金型中で接触加熱して未硬化状マトリックス樹脂を半硬化や硬化させることなく、蒸気、熱媒等で固定物に非接触状態でプレ硬化処理や硬化処理を行うことができるので、金型硬化の場合における引抜き抵抗等に起因する生産速度の律速の問題が解決でき、大幅に生産性を向上させることができるプリプレグの製造方法として利用できる。
また、樹脂被覆層を有しているので、アフタキュア時や、加熱加工(賦形)工程等において、引取り時にある程度外力が掛かっても、形状の崩れのない状態にすることができ、かつ、各生産機台の加熱接触部でのFRTPのマトリックス樹脂の付着、転写等を回避できるプリプレグとして利用できる。
さらに、強化用繊維束への含浸用マトリックス樹脂組成物の含浸において、有機溶剤による低粘度化を回避しているので、有機溶剤の揮散による環境の悪化を防止できる製造方法及びプリプレグとして利用できる。
また、樹脂被覆層の熱可塑性樹脂を、マトリックス樹脂と接着性を有するものを選択することで、樹脂被覆層にも、着色による意匠性、質感の付与、耐侯性、耐光性、帯電防止性等の機能を持たせたプリプレグのとして各種の用途に利用できる。
さらに、樹脂被覆層の熱可塑性樹脂を、マトリックス樹脂と非接着性の熱可塑性樹脂を使用すれば、最終形態において樹脂被覆層を必要としない場合、これを容易に剥離して、FRTP自体として、軽量化と、単位断面積当たりの強度を確保した用途に利用できる。
The method for producing a fiber-reinforced thermoplastic resin prepreg of the present invention comprises impregnating a fiber bundle for reinforcement with an uncured matrix resin composition for impregnation, then inserting the same through a drawing die and drawing and forming the formed uncured resin. The linear material is coated with a molten thermoplastic resin to form a resin coating layer, so that the uncured matrix resin is not heated or cured by contact heating in a mold, Pre-curing treatment and curing treatment can be performed in a non-contact state with a fixed object with a medium or the like, so that the problem of rate-limiting of production speed due to pull-out resistance in the case of mold curing can be solved, greatly improving productivity. It can be used as a prepreg manufacturing method that can be improved.
In addition, since it has a resin coating layer, in the after-cure or heating (shaping) step, even if an external force is applied to some extent at the time of taking, it can be made into a state in which the shape does not collapse, and It can be used as a prepreg that can avoid the adhesion and transfer of the FRTP matrix resin at the heating contact portion of each production machine stand.
Further, in the impregnation of the reinforcing fiber bundle with the matrix resin composition for impregnation, since the viscosity reduction by the organic solvent is avoided, it can be used as a production method and a prepreg capable of preventing the deterioration of the environment due to the volatilization of the organic solvent.
In addition, by selecting the thermoplastic resin of the resin coating layer having adhesiveness to the matrix resin, the resin coating layer can also be provided with design properties by coloring, texture, weather resistance, light resistance, antistatic property, etc. It can be used for various purposes as a prepreg having the function of.
Furthermore, if the thermoplastic resin of the resin coating layer uses a matrix resin and a non-adhesive thermoplastic resin, if the resin coating layer is not required in the final form, it is easily peeled off, and as FRTP itself, It can be used for applications where weight reduction and strength per unit sectional area are ensured.

1 強化用繊維束Fのクリール
2 含浸槽
3 含浸用マトリックス樹脂の主剤タンク
4 含浸用マトリックス樹脂の硬化剤タンク
5 混合部
6 スタテックミキサー
7 絞りダイス
8 被覆ダイス
9 冷却槽
10 熱硬化槽
11 引取装置
20 未硬化状線状物
21 樹脂被覆層を有する未硬化状線状物
22 内部がほぼ未硬化状の繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグ
(23)プレ硬化による半硬化状態の繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグ
F 強化用繊維束
uM 主剤
H 硬化剤
uMC 含浸用樹脂組成物
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Creel of fiber bundle F for reinforcement 2 Impregnation tank 3 Main tank of matrix resin for impregnation 4 Curing agent tank of matrix resin for impregnation 5 Mixing part 6 Static mixer 7 Drawing die 8 Coating die 9 Cooling tank 10 Thermosetting tank 11 Take-off Apparatus 20 Uncured linear material 21 Uncured linear material having resin coating layer 22 Fiber-reinforced thermoplastic resin prepreg whose inside is almost uncured (23) Fiber-reinforced thermoplastic resin prepreg in semi-cured state by pre-curing F Fiber bundle for reinforcement uM Main agent H Hardener uMC Resin composition for impregnation

Claims (7)

強化用繊維束と、マトリックス樹脂を有する繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの製造方法であって、
(1)下記(a)と(b)とを重付加反応により直鎖状に重合可能な重合型熱可塑性エポキシ樹脂による含浸用マトリックス樹脂組成物を調製し、含浸槽に供給する工程、
(a):エポキシ基を2つ有する第1の2官能化合物
(b):フェノール性水酸基、アミノ基、カルボキシル基、メルカプト基、イソシアネート基及びシアネートエステル基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を2つ有する第2の2官能化合物
(2)前記含浸用マトリックス樹脂組成物が20〜1,000mPa・sの粘度範囲となるよう含浸槽内温度を調整し、含浸槽出口側に備えた絞りダイスに強化用繊維束を導いて、該強化用繊維束へ含浸用マトリックス樹脂組成物を含浸しつつ、該絞りダイスにより余剰の樹脂組成物を絞り成形する含浸、絞り成形工程、
(3)該絞り成形された、強化用繊維束と含浸用マトリックス樹脂組成物からなる未硬化状線状物を、溶融した表面被覆用の熱可塑性樹脂で被覆して樹脂被覆層を形成する工程、
(4)該樹脂被覆層を冷却固化する工程、
(5)冷却固化された樹脂被覆層を有する未硬化状ないし半硬化状線状物を引取る工程、
を順次有することを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの製造方法。
A method for producing a fiber bundle for reinforcement and a fiber reinforced thermoplastic resin prepreg having a matrix resin,
(1) a step of preparing a matrix resin composition for impregnation with a polymerizable thermoplastic epoxy resin capable of linearly polymerizing the following (a) and (b) by a polyaddition reaction and supplying the matrix resin composition to an impregnation tank;
(A): a first bifunctional compound having two epoxy groups (b): at least one functional group selected from the group consisting of a phenolic hydroxyl group, an amino group, a carboxyl group, a mercapto group, an isocyanate group and a cyanate ester group (2) adjusting the temperature in the impregnation tank so that the matrix resin composition for impregnation has a viscosity in the range of 20 to 1,000 mPa · s, and a restrictor provided on the exit side of the impregnation tank. Guiding the fiber bundle for reinforcement to the die, while impregnating the matrix resin composition for impregnation into the fiber bundle for reinforcement, impregnation of drawing excess resin composition by the drawing die, a drawing forming step,
(3) forming a resin coating layer by coating the drawn and uncured linear material comprising the reinforcing fiber bundle and the matrix resin composition for impregnation with a molten thermoplastic resin for surface coating; ,
(4) a step of cooling and solidifying the resin coating layer;
(5) a step of withdrawing an uncured or semi-cured linear material having a cooled and solidified resin coating layer,
The method for producing a fiber-reinforced thermoplastic resin prepreg, characterized in that:
前記絞り成形において、未硬化状線状物を所定の線径および線形に整形する請求項1に記載の繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの製造方法。   The method for producing a fiber-reinforced thermoplastic resin prepreg according to claim 1, wherein the uncured linear object is shaped into a predetermined wire diameter and linear shape in the drawing. 前記(4)樹脂被覆層を冷却固化する工程に引き続いて、(6)プレ硬化又は熱硬化工程をさらに有する、請求項1又は2に記載の繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの製造方法。   The method for producing a fiber-reinforced thermoplastic resin prepreg according to claim 1 or 2, further comprising (6) a pre-curing or thermosetting step following the step (4) of cooling and solidifying the resin coating layer. 前記樹脂被覆層を形成する表面被覆用の熱可塑性樹脂は、その融点が熱硬化後のマトリックス樹脂の融点以上で、かつ、該マトリックス樹脂と接着性を有する樹脂から選択されてなる、請求項1〜3のいずれか1項に記載の繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの製造方法。   2. The thermoplastic resin for surface coating forming the resin coating layer, the melting point of which is equal to or higher than the melting point of the matrix resin after thermosetting, and which is selected from resins having adhesive properties with the matrix resin. The method for producing a fiber-reinforced thermoplastic resin prepreg according to any one of claims 1 to 3. 前記樹脂被覆層を形成する表面被覆用の熱可塑性樹脂は、その融点が熱硬化後のマトリックス樹脂の融点以上で、かつ、該マトリックス樹脂と非接着性の樹脂から選択されてなる、請求項1〜3のいずれか1項に記載の繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの製造方法。   2. The thermoplastic resin for surface coating forming the resin coating layer, the melting point of which is equal to or higher than the melting point of the matrix resin after thermosetting, and selected from non-adhesive resins with the matrix resin. The method for producing a fiber-reinforced thermoplastic resin prepreg according to any one of claims 1 to 3. 強化用繊維束と未反応のエポキシ基を有し、重量平均分子量が30,000未満であるマトリックス樹脂を有する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の製造方法により得られる繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグ。   The fiber-reinforced heat obtained by the production method according to any one of claims 1 to 5, having a matrix resin having an unreacted epoxy group with a reinforcing fiber bundle and a weight average molecular weight of less than 30,000. Plastic resin prepreg. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の製造方法により得られたプリプレグを加熱してマトリックス樹脂組成物を熱硬化又は重合反応させて、重量平均分子量が30,000以上であるマトリックス樹脂とすることを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂の製造方法。   A prepreg obtained by the method according to any one of claims 1 to 5, which is heated to cause a thermosetting or polymerization reaction of the matrix resin composition, and a matrix resin having a weight average molecular weight of 30,000 or more. A method for producing a fiber-reinforced thermoplastic resin.
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