JP2020045481A - Prepreg, prepreg with release sheet, and fiber-reinforced composite material - Google Patents

Prepreg, prepreg with release sheet, and fiber-reinforced composite material Download PDF

Info

Publication number
JP2020045481A
JP2020045481A JP2019155360A JP2019155360A JP2020045481A JP 2020045481 A JP2020045481 A JP 2020045481A JP 2019155360 A JP2019155360 A JP 2019155360A JP 2019155360 A JP2019155360 A JP 2019155360A JP 2020045481 A JP2020045481 A JP 2020045481A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
prepreg
fiber
epoxy resin
composite material
reinforced composite
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2019155360A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
拓也 山根
Takuya Yamane
拓也 山根
成道 佐藤
Shigemichi Sato
成道 佐藤
史織 川本
Shiori Kawamoto
史織 川本
未幸 田林
Miyuki Tabayashi
未幸 田林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toray Industries Inc
Original Assignee
Toray Industries Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toray Industries Inc filed Critical Toray Industries Inc
Publication of JP2020045481A publication Critical patent/JP2020045481A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Reinforced Plastic Materials (AREA)

Abstract

To provide a prepreg suitable for producing a fiber-reinforced composite material in a short time without using an autoclave, which can obtain a fiber-reinforced composite material that suppresses occurrence of voids and exhibits excellent impact resistance, and is excellent in handling property, and a fiber-reinforced composite material using the same.SOLUTION: A prepreg in which a reinforcement fiber [A] that is arranged in a layer form is partially impregnated with an epoxy resin composition containing an epoxy resin [B] and a curing agent [C] has an impregnation ratio φ of 30-95%, a thermoplastic resin [D] insoluble in the epoxy resin [B] is unevenly distributed on the surface on both sides of the prepreg, in the layer of the reinforcement fiber [A], a non-impregnation part of the epoxy resin composition is localized in the vicinity of the surface on both of the sides of the prepreg, and a localization parameter σ specifying a degree of localization is in a range of 0.10<σ<0.45.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、プリプレグ、離型シート付プリプレグおよび繊維強化複合材料に関する。   The present invention relates to a prepreg, a prepreg with a release sheet, and a fiber-reinforced composite material.

炭素繊維やガラス繊維などの強化繊維とマトリックス樹脂からなる繊維強化複合材料は、軽量でありながら強度や剛性などの力学特性、耐熱性、および耐食性に優れているため、従来から、航空・宇宙、自動車、鉄道車両、船舶、土木建築およびスポーツ用品などの数多くの分野に適用されてきた。中でも、一般旅客機、リージョナルジェットなどの航空機向け部材や、人工衛星、ロケット、スペースシャトル等の宇宙船向け部材は、特に優れた力学的特性および耐熱性が必要とされる。そのため、かかる用途においては、強化繊維としては軽量かつ高剛性な炭素繊維が用いられることが多く、マトリックス樹脂としては耐熱性、弾性率および耐薬品性に優れるエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂が用いられることが多い。   Fiber reinforced composite materials consisting of matrix fibers and reinforced fibers such as carbon fibers and glass fibers are lightweight, yet have excellent mechanical properties such as strength and rigidity, heat resistance, and corrosion resistance. It has been applied to many fields such as automobiles, railway vehicles, ships, civil engineering and sporting goods. Above all, members for aircraft such as general passenger aircraft and regional jets and members for spacecraft such as artificial satellites, rockets and space shuttles require particularly excellent mechanical properties and heat resistance. Therefore, in such applications, a lightweight and highly rigid carbon fiber is often used as the reinforcing fiber, and a thermosetting resin such as an epoxy resin having excellent heat resistance, elastic modulus and chemical resistance is used as the matrix resin. Is often done.

繊維強化複合材料の力学特性低下の主要因として、繊維強化複合材料内部に介在するボイドの存在が挙げられる。ボイドを含む繊維強化複合材料に力学的な負荷が加わると、クラックや剥離などの損傷が発生し易く、これが力学強度、および剛性を低下させる。そのため、古くからこのボイドを抑制する材料/成形技術について検討が多く行われてきた。   The main cause of the deterioration of the mechanical properties of the fiber-reinforced composite material is the existence of voids interposed inside the fiber-reinforced composite material. When a mechanical load is applied to the fiber-reinforced composite material containing voids, damages such as cracks and peeling are likely to occur, which lowers the mechanical strength and rigidity. For this reason, many studies have been made on materials / forming techniques for suppressing such voids since ancient times.

繊維強化複合材料の製造方法の中でもボイドの発生を特に抑制可能な成形法として、オートクレーブ成形法がある。この成形法では圧力を加えながら樹脂を加熱硬化することができるため、ボイドのサイズを小さくすることができる。また、マトリックス樹脂に含まれる揮発成分の気化を抑制することができるため、ボイドの発生量を大幅に抑制することが可能である。しかし、オートクレーブ成形法においては、高い圧力に耐え得る圧力容器(オートクレーブ)の導入に多額の初期投資が必要であり、製造数の少ない航空・宇宙用途向け部材の技術としては高コストとなる主要因であった。   Among the methods for producing fiber-reinforced composite materials, there is an autoclave molding method as a molding method capable of particularly suppressing generation of voids. In this molding method, the resin can be cured by heating while applying pressure, so that the size of the void can be reduced. In addition, since the evaporation of volatile components contained in the matrix resin can be suppressed, the amount of voids can be significantly suppressed. However, in the autoclave molding method, a large initial investment is required to introduce a pressure vessel (autoclave) that can withstand high pressure, and this is a major factor that makes the technology of aeronautical and aerospace parts with a small number of production expensive. Met.

そこで、オートクレーブ等の高価な加圧設備を使用しない、真空ポンプとオーブンのみを用いた脱オートクレーブ成形法が提案されている。しかし、従来の脱オートクレーブ成形法では、加熱時にエポキシ樹脂中の揮発成分が気化し易いため、この揮発分を除去するために予熱状態(例えば60〜120℃)で真空下に長時間置く必要があった。そのため、従来のオートクレーブ成形法に比べ、成形時間が長くなり、さらにはボイドが残りやすく、不良品率が高いという問題があった。   Therefore, a deautoclave molding method using only a vacuum pump and an oven without using expensive pressurizing equipment such as an autoclave has been proposed. However, in the conventional de-autoclave molding method, since volatile components in the epoxy resin are easily vaporized during heating, it is necessary to place in a preheated state (for example, 60 to 120 ° C.) for a long time under vacuum in order to remove the volatile components. there were. Therefore, compared with the conventional autoclave molding method, there is a problem that the molding time is longer, voids are apt to remain, and the defective product ratio is high.

このような課題を解決する手段として、特許文献1には、強化繊維層にマトリックス樹脂を含浸させる際、樹脂の含浸を抑制し未含浸部をプリプレグ内部に介在させることで、プリプレグの揮発分および噛み込み空気を排気するための空隙部を設けた部分含浸プリプレグが提案されている。本手法を用いれば、真空ポンプとオーブンのみを用いた、オートクレーブを用いない大気圧環境下での成形であっても、前記空隙部を介してボイドの発生原因である揮発分や噛みこみ空気を排除することが可能であり、ボイドの少ない繊維強化複合材料を短時間で製造可能である。   As means for solving such a problem, Patent Document 1 discloses that when impregnating a matrix resin into a reinforcing fiber layer, the impregnation of the resin is suppressed and an unimpregnated portion is interposed inside the prepreg, so that the volatile content of the prepreg and There has been proposed a partially impregnated prepreg provided with a void for exhausting trapped air. Using this method, using only a vacuum pump and an oven, even in the case of molding under an atmospheric pressure environment without using an autoclave, the volatile components and air entrapment that are the cause of voids are generated through the voids. The fiber reinforced composite material having few voids can be manufactured in a short time.

また、特許文献2には、航空機/宇宙船向け繊維強化複合材料として、繊維層の層間に高靭性な熱可塑性樹脂を局在化させることにより、耐衝撃性を飛躍的に高める層間高靭化の技術が提案されている。航空機や宇宙船の実運用において、鳥や雹などとの衝突などの衝撃損傷が問題となるが、前述の層間高靭化の技術を用いることにより、繊維強化複合材料の衝撃強度を飛躍的に高めることができる。   Further, Patent Document 2 discloses that as a fiber-reinforced composite material for an aircraft / spacecraft, a high-toughness thermoplastic resin is localized between fiber layers, thereby dramatically improving the impact resistance. Technology has been proposed. In actual operation of aircraft and spacecraft, impact damage such as collision with birds and hail is a problem, but by using the above-mentioned interlayer toughening technology, the impact strength of fiber reinforced composite material is dramatically increased. Can be enhanced.

米国特許第6139942号明細書U.S. Pat. No. 6,139,942 特開平10−231372号公報JP-A-10-231372

しかしながら、特許文献1に記載の部分含浸プリプレグを用いた場合であっても、揮発分を効率的に除去し、ボイドの発生頻度を低減するためには、前記未含浸部を大きくとり、空隙部の連続性を確保する必要があった。しかし、未含浸部を大きくとりすぎる場合、プリプレグを裁断加工する際に切断面から強化繊維の毛羽が発生したり、あるいはプリプレグが面外方向に引き割かれたりする不具合が発生し、プリプレグのハンドリング性の低下に繋がっていた。すなわち、ボイドの発生リスク低減とプリプレグのハンドリング性との間にトレードオフの関係があり、これらを同時に解決する手段は提案されていなかった。   However, even when the partially impregnated prepreg described in Patent Literature 1 is used, in order to efficiently remove volatile components and reduce the frequency of occurrence of voids, the unimpregnated portion is made large, and a void portion is formed. It was necessary to ensure continuity. However, if the unimpregnated portion is too large, the prepreg may be cut or fuzzed from the cut surface when the prepreg is cut, or the prepreg may be broken in an out-of-plane direction. Had led to a decline in gender. That is, there is a trade-off relationship between the reduction of the risk of generating voids and the handling property of the prepreg, and no means has been proposed to solve them at the same time.

また、特許文献2に記載の層間に配置する熱可塑性樹脂は一般に成形温度にて固形、あるいは高粘度の状態である。そのため、成形時にマトリックス樹脂の移動(以下、フローと称する)が生じにくくなり、プリプレグ積層体に含有される空隙部に樹脂が含浸しないまま樹脂が硬化し易く、ボイドが多発することが問題となっていた。   Further, the thermoplastic resin disposed between the layers described in Patent Document 2 is generally in a solid or high-viscosity state at a molding temperature. For this reason, movement of the matrix resin (hereinafter, referred to as a flow) during molding is less likely to occur, and the resin is easily cured without impregnating the voids contained in the prepreg laminate with the resin. I was

本発明の課題は、かかる背景技術に鑑み、オートクレーブを使用せず、かつ短時間で繊維強化複合材料を製造するのに好適なプリプレグであって、ボイドの発生が抑制され、かつ、優れた耐衝撃性を発現する繊維強化複合材料を得ることができ、ハンドリング性に優れたプリプレグを提供すること、および、それを用いた繊維強化複合材料を提供することにある。   In view of the background art, an object of the present invention is a prepreg suitable for producing a fiber-reinforced composite material without using an autoclave and in a short time, in which generation of voids is suppressed, and excellent immunity is obtained. An object of the present invention is to provide a prepreg which can obtain a fiber-reinforced composite material exhibiting impact properties and has excellent handling properties, and to provide a fiber-reinforced composite material using the same.

本発明の発明者らは、かかる課題を解決するために鋭意検討を行い、プリプレグの強化繊維の層の未含浸部をプリプレグの両側表面近傍に局在化することで、この未含浸部の連続性を飛躍的に高め、積層の際に閉じ込められる空気やマトリックス樹脂中に含まれる揮発成分をプリプレグ積層体の外に効率的に除去することが可能となることを見出した。そして、それにより、未含浸部の小さいプリプレグであっても、ボイドの発生量が少なく耐衝撃性に優れた繊維強化複合材料を短時間で成形可能となることを見出した。   The inventors of the present invention have conducted intensive studies in order to solve such a problem, and by localizing the non-impregnated portion of the prepreg reinforcing fiber layer near both sides of the prepreg, the continuation of this unimpregnated portion has been achieved. It has been found that it is possible to dramatically improve the properties and to efficiently remove air trapped during lamination and volatile components contained in the matrix resin to the outside of the prepreg laminate. Thus, it has been found that even with a prepreg having a small unimpregnated portion, a fiber-reinforced composite material having a small amount of voids and excellent in impact resistance can be formed in a short time.

かかる知見を踏まえて本発明は、次の手段を採用するものである。すなわち、本発明のプリプレグは、層状に配置された強化繊維[A]に、エポキシ樹脂[B]および硬化剤[C]を含むエポキシ樹脂組成物が部分的に含浸されてなるプリプレグであって、その含浸率φが30〜95%であって、該エポキシ樹脂[B]に不溶な熱可塑性樹脂[D]がプリプレグ両側表面に偏在しており、かつ該強化繊維[A]の層において、エポキシ樹脂組成物の未含浸部がプリプレグの両側表面近傍に局在化しており、かつ該局在化の度合いを規定する局在化パラメータσが、0.10<σ<0.45の範囲にあることを特徴とする。   Based on such knowledge, the present invention employs the following means. That is, the prepreg of the present invention is a prepreg obtained by partially impregnating an epoxy resin composition containing an epoxy resin [B] and a curing agent [C] into a reinforcing fiber [A] arranged in a layered manner, The impregnation ratio φ is 30 to 95%, the thermoplastic resin [D] insoluble in the epoxy resin [B] is unevenly distributed on both surfaces of the prepreg, and the epoxy resin in the layer of the reinforcing fiber [A] The unimpregnated portion of the resin composition is localized near both surfaces of the prepreg, and the localization parameter σ that defines the degree of localization is in the range of 0.10 <σ <0.45. It is characterized by the following.

また、本発明の離型シート付プリプレグは、上記プリプレグの両側表面に離型シートが付着されてなる。   Further, the prepreg with a release sheet of the present invention has a release sheet attached to both surfaces of the prepreg.

また、本発明の繊維強化複合材料は、上記プリプレグの積層体を硬化してなる。   Further, the fiber-reinforced composite material of the present invention is obtained by curing a laminate of the prepreg.

本発明のプリプレグは、オートクレーブを使用せず、かつ短時間で繊維強化複合材料を製造するのに好適なプリプレグであって、ボイドの発生が抑制され、かつ、優れた耐衝撃性を発現する繊維強化複合材料を得ることができ、ハンドリング性に優れたプリプレグである。   The prepreg of the present invention is a prepreg suitable for producing a fiber-reinforced composite material in a short time without using an autoclave, in which the generation of voids is suppressed, and a fiber exhibiting excellent impact resistance. It is a prepreg that can obtain a reinforced composite material and has excellent handling properties.

また、本発明の離型シート付プリプレグは、強化繊維層の樹脂未含浸部の連続性維持と、表面のタック性の維持に優れたプリプレグである。   Further, the prepreg with a release sheet of the present invention is a prepreg excellent in maintaining continuity of the resin-unimpregnated portion of the reinforcing fiber layer and maintaining tackiness of the surface.

また、本発明の繊維強化複合材料は、ボイドの発生が抑制され、かつ、優れた耐衝撃性を発現する繊維強化複合材料である。   Further, the fiber reinforced composite material of the present invention is a fiber reinforced composite material that suppresses generation of voids and exhibits excellent impact resistance.

従来の真空圧成形対応プリプレグを示す概略断面図である。It is an outline sectional view showing the conventional prepreg for vacuum pressure molding. 本発明の真空圧成形対応プリプレグを示す概略断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic sectional drawing which shows the prepreg for vacuum pressure molding of this invention. 局在化パラメータσの算出方法を示すプリプレグの概略断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a prepreg showing a method for calculating a localization parameter σ. プリプレグの面内方向の浸透係数Kを計測する構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure which measures the penetration coefficient K of the in-plane direction of a prepreg.

本発明のプリプレグは、層状に配置された強化繊維[A]に、エポキシ樹脂[B]および硬化剤[C]を含むエポキシ樹脂組成物が部分的に含浸されてなるプリプレグであって、その含浸率φが30〜95%であって、該エポキシ樹脂[B]に不溶な熱可塑性樹脂[D]がプリプレグの両側表面に偏在しており、かつ該強化繊維[A]の層において、エポキシ樹脂組成物の未含浸部がプリプレグの両側表面近傍に局在化しており、かつ該局在化の度合いを規定する局在化パラメータσが、0.1<σ<0.45の範囲にあるプリプレグである。   The prepreg of the present invention is a prepreg obtained by partially impregnating a layered reinforcing fiber [A] with an epoxy resin composition containing an epoxy resin [B] and a curing agent [C]. Rate is 30 to 95%, the thermoplastic resin [D] insoluble in the epoxy resin [B] is unevenly distributed on both surfaces of the prepreg, and the epoxy resin in the reinforcing fiber [A] layer A prepreg in which the unimpregnated portion of the composition is localized in the vicinity of both surfaces of the prepreg, and the localization parameter σ defining the degree of the localization is in the range of 0.1 <σ <0.45. It is.

本発明で用いる強化繊維[A]は、ガラス繊維、ケブラー繊維、炭素繊維、グラファイト繊維、ボロン繊維等のいずれの繊維であってもよい。この内、特に高い軽量化効果を得ようとすれば、比強度および比弾性率に優れる炭素繊維が好ましい。   The reinforcing fiber [A] used in the present invention may be any fiber such as glass fiber, Kevlar fiber, carbon fiber, graphite fiber, and boron fiber. Among them, carbon fibers having excellent specific strength and specific elastic modulus are preferable in order to obtain a particularly high weight saving effect.

本発明のプリプレグにおいて、強化繊維[A]が一方向に配列した連続繊維であることが好ましい態様の1つである。連続繊維を用いることにより、短く切断された繊維に比べ高い力学強度を発現することが可能となる。さらに繊維が一方向に配列していることにより、繊維含有率が高く、強度、剛性に優れた繊維強化複合材料を得ることができる。なお、本発明において“一方向に配列した”とは、プリプレグの表面を光学顕微鏡で観察し、各繊維の配向角度をθ、およびその平均値をΘとしたとき、Θ−10°<θ<Θ+10°を満たす繊維が全体の90%以上存在する状態のことを意味する。なお、平均値の算出においては、光学顕微鏡によって0.5mm視野を観察し、その範囲内に含まれる繊維のうち、任意の30本の繊維を選出し、その配向角度の平均値を用いることとする。さらに、本発明における“連続繊維“とは、高強度を発現可能な程度の長さを持つ強化繊維のことであり、具体的には10cm以上の強化繊維を意味する。   In one preferred embodiment of the prepreg of the present invention, the reinforcing fibers [A] are continuous fibers arranged in one direction. By using continuous fibers, it is possible to exhibit higher mechanical strength than fibers cut short. Further, by arranging the fibers in one direction, a fiber reinforced composite material having a high fiber content and excellent strength and rigidity can be obtained. In the present invention, “arranged in one direction” means that the surface of the prepreg is observed with an optical microscope, the orientation angle of each fiber is θ, and the average value is Θ−10 ° <θ < It means a state where fibers satisfying Θ + 10 ° exist in 90% or more of the whole. In calculating the average value, a 0.5 mm visual field was observed with an optical microscope, and out of the fibers included in the range, any 30 fibers were selected, and the average value of the orientation angles was used. I do. Further, the “continuous fiber” in the present invention is a reinforcing fiber having a length capable of exhibiting high strength, and specifically means a reinforcing fiber having a length of 10 cm or more.

また、本発明のプリプレグにおいて、強化繊維[A]が織物形態であることが別の好ましい態様である。織物基材とすることで、基材自体が面内方向に変形し易くなり、3次元的な凹凸を有する形状にも基材を賦形し易くなる。織物形態の例としては、二方向織物、多軸織物、編物、組紐等が挙げられる。なお、これらの織物基材では、配向方向の異なる炭素繊維の束同士の接触面が基材の厚さ方向中央に位置することが多い。この場合、従来の部分含浸プリプレグのように中央部に未含浸部を設ける構成に比べて、本発明のように未含浸部を厚さ方向中央からずらすことによって、基材の割れを防止することが可能となる。これにより、通気性のみではなく、ハンドリング性にも優れたプリプレグとすることが可能となる。   In another preferred embodiment, in the prepreg of the present invention, the reinforcing fiber [A] is in a woven form. By using a woven base material, the base material itself is easily deformed in the in-plane direction, and the base material is easily formed into a shape having three-dimensional irregularities. Examples of the woven form include a bidirectional woven fabric, a multiaxial woven fabric, a knit, and a braid. In these woven fabric substrates, the contact surface between the bundles of carbon fibers having different orientations is often located at the center in the thickness direction of the substrate. In this case, as compared with a configuration in which a non-impregnated portion is provided at the central portion as in the case of the conventional partially impregnated prepreg, the base material is prevented from cracking by shifting the non-impregnated portion from the center in the thickness direction as in the present invention. Becomes possible. This makes it possible to obtain a prepreg excellent not only in air permeability but also in handling properties.

本発明のプリプレグにおける、さらに別の好ましい態様として、強化繊維[A]がシート状の短繊維基材であることが挙げられる。短繊維基材は織物基材よりもさらに伸長し易く、3次元的にさらに複雑な形状にも基材を賦形し易くなる。短繊維基材の例として、不織布、マット、シートモールディングコンパウンド材などが挙げられる。本態様に含まれる強化繊維の繊維長は、力学強度を優先して考える場合は12mm以上、好ましくは25mm以上であるのが良い。12mm未満の強化繊維に比べ、高い力学強度を発現しやすいためである。また、基材の伸長性を優先して考える場合は、25mm以下、より好ましくは12mm以下とするのが良い。また、これらの好ましい態様は用途や使用環境によって適宜選択できる。   In still another preferred embodiment of the prepreg of the present invention, the reinforcing fiber [A] is a sheet-like short fiber base. The short fiber base material is more easily stretched than the woven base material, and the base material is easily formed into a more complicated three-dimensional shape. Examples of the short fiber base include a nonwoven fabric, a mat, and a sheet molding compound material. The fiber length of the reinforcing fibers included in this embodiment is preferably 12 mm or more, and more preferably 25 mm or more, when giving priority to mechanical strength. This is because a higher mechanical strength can be easily exhibited as compared with a reinforcing fiber of less than 12 mm. When giving priority to the extensibility of the base material, the thickness is preferably 25 mm or less, more preferably 12 mm or less. Further, these preferred embodiments can be appropriately selected depending on the application and the use environment.

本発明に含まれるエポキシ樹脂[B]は、1つ以上のグリシジル基を有するものであればいずれのエポキシ樹脂でも良いが、好ましくは1分子中に2個以上のグリシジル基を有するのがよい。1分子中にグリシジル基を2個以上有するエポキシ樹脂の場合、後述する硬化剤との混合物(以下、エポキシ樹脂組成物と称する)を加熱硬化して得られる硬化物のガラス転移温度が、グリシジル基を1個有するエポキシ樹脂の硬化物に比べて高くなる。   The epoxy resin [B] included in the present invention may be any epoxy resin as long as it has one or more glycidyl groups, but preferably has two or more glycidyl groups in one molecule. In the case of an epoxy resin having two or more glycidyl groups in one molecule, the glass transition temperature of a cured product obtained by heat-curing a mixture with a curing agent described below (hereinafter referred to as an epoxy resin composition) has a glycidyl group. Higher than a cured product of an epoxy resin having one.

本発明で用いることができるエポキシ樹脂としては、例えばビスフェノール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AD型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂などのビスフェノール型エポキシ樹脂、テトラブロモビスフェノールAジグリシジルエーテルなどの臭素化エポキシ樹脂、ビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂、ナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン骨格を有するエポキシ樹脂、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などのノボラック型エポキシ樹脂、ジアミノジフェニルメタン型エポキシ樹脂、ジアミノジフェニルスルホン型エポキシ樹脂、アミノフェノール型エポキシ樹脂、メタキシレンジアミン型エポキシ樹脂、1,3−ビスアミノメチルシクロヘキサン型エポキシ樹脂、イソシアヌレート型エポキシ樹脂などのグリシジルアミン型エポキシ樹脂などを挙げることができる。中でも、1分子中にグリシジル基を3個以上有するエポキシ樹脂は、さらに高いガラス転移温度や弾性率を発現することが可能であり好ましい。   Examples of the epoxy resin that can be used in the present invention include bisphenol A epoxy resins, bisphenol F epoxy resins, bisphenol AD epoxy resins, bisphenol S epoxy resins, and other bisphenol epoxy resins, and tetrabromobisphenol A diglycidyl ether. Novolak epoxy resins such as brominated epoxy resins, epoxy resins having a biphenyl skeleton, epoxy resins having a naphthalene skeleton, epoxy resins having a dicyclopentadiene skeleton, phenol novolak epoxy resins, cresol novolak epoxy resins, and diaminodiphenylmethane Epoxy resin, diaminodiphenyl sulfone epoxy resin, aminophenol epoxy resin, meta-xylene diamine epoxy resin, 1, - bisaminomethylcyclohexane type epoxy resins, glycidyl amine epoxy resins such as isocyanurate type epoxy resins. Among them, an epoxy resin having three or more glycidyl groups in one molecule is preferable because it can exhibit a higher glass transition temperature and a higher elastic modulus.

これらのエポキシ樹脂は、単独で用いてもよいし、複数のエポキシ樹脂を混合させて用いてもよい。複数のエポキシ樹脂を混合させて用いる場合、例えば、エポキシ樹脂組成物の硬化開始温度以下の任意の温度において、流動性を示すエポキシ樹脂と、流動性を示さないエポキシ樹脂とを混合することは、プリプレグ成形時のマトリックス樹脂の流動性制御に有効である。流動性が制御されていない場合、例えば、プリプレグ成形時に、マトリックス樹脂がゲル化するまでの間に示す流動性が大きいと、強化繊維の配向に乱れを生じたり、あるいはマトリックス樹脂が強化繊維層から流れ出すことにより繊維質量含有率が過度に高くなり、得られる繊維強化複合材料の力学物性が低下することがある。また、任意の温度において様々な粘弾性挙動を示すエポキシ樹脂を複数種組み合わせることは、得られるプリプレグのタック(粘着性)やドレープ性を適切なものとするためにも有効である。   These epoxy resins may be used alone or as a mixture of a plurality of epoxy resins. When using a mixture of a plurality of epoxy resins, for example, at an arbitrary temperature equal to or lower than the curing start temperature of the epoxy resin composition, mixing an epoxy resin having fluidity and an epoxy resin having no fluidity, It is effective for controlling the fluidity of the matrix resin during prepreg molding. If the fluidity is not controlled, for example, during prepreg molding, if the fluidity shown before the matrix resin gels is large, the orientation of the reinforcing fibers may be disturbed, or the matrix resin may be removed from the reinforcing fiber layer. By flowing out, the fiber mass content becomes excessively high, and the mechanical properties of the resulting fiber-reinforced composite material may be reduced. Combining a plurality of types of epoxy resins exhibiting various viscoelastic behaviors at an arbitrary temperature is also effective for making tack (adhesion) and drape properties of the obtained prepreg appropriate.

本発明において、エポキシ樹脂[B]には、前記エポキシ樹脂に相溶可能な熱可塑性樹脂を混合することも有効である。特に、エポキシ樹脂[B]に相溶可能な熱可塑性樹脂を混合することは、得られるプリプレグのタックの適正化、プリプレグ加熱硬化時のマトリックス樹脂の流動性制御、および得られる繊維強化複合材料の靭性向上に効果的である。かかる熱可塑性樹脂としては、ポリアリールエーテル骨格で構成される熱可塑性樹脂が好ましく、例えば、ポリスルホン、ポリフェニルスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルエーテルスルホンなどが候補として挙げられる。これらのポリアリールエーテル骨格で構成される熱可塑性樹脂もまた、単独で用いてもよいし、適宜併用して用いてもよい。中でも、ポリエーテルスルホンおよびポリエーテルイミドは得られる繊維強化複合材料の耐熱性や力学物性を低下することなく靭性を付与することができるため、好ましく用いることができる。   In the present invention, it is also effective to mix a thermoplastic resin compatible with the epoxy resin in the epoxy resin [B]. In particular, mixing a thermoplastic resin compatible with the epoxy resin [B] makes it possible to optimize the tack of the obtained prepreg, control the fluidity of the matrix resin at the time of prepreg heating and curing, and obtain the fiber-reinforced composite material. Effective for improving toughness. As such a thermoplastic resin, a thermoplastic resin composed of a polyarylether skeleton is preferable, and examples thereof include polysulfone, polyphenylsulfone, polyethersulfone, polyetherimide, polyphenylene ether, polyetheretherketone, and polyetherethersulfone. Is a candidate. The thermoplastic resins composed of these polyaryl ether skeletons may be used alone or in combination as appropriate. Among them, polyethersulfone and polyetherimide can be preferably used because they can impart toughness without lowering the heat resistance and mechanical properties of the obtained fiber-reinforced composite material.

また、ポリアリールエーテル骨格で構成される熱可塑性樹脂において、エポキシ樹脂との親和性や反応性の制御のために、末端官能基の種類を適宜選択することが有効である。例えば、選択可能な末端官能基としては、第1級アミン、第2級アミン、水酸基、カルボキシル基、チオール基、酸無水物やハロゲン基(塩素、臭素)などが候補として挙げられる。このうち、ハロゲン基を末端官能基とする場合は、エポキシ樹脂との反応性が低いために保存安定性に優れたプリプレグを得ることができる。一方、エポキシ樹脂との反応性を高め、エポキシ樹脂組成物の硬化時間の短縮を図りたい場合は、末端官能基として、第1級アミン、第2級アミン、水酸基、カルボキシル基、チオール基、酸無水物などの官能基を選択することが有効である。   Further, in the thermoplastic resin composed of a polyarylether skeleton, it is effective to appropriately select the type of the terminal functional group in order to control the affinity and the reactivity with the epoxy resin. For example, examples of the selectable terminal functional groups include primary amines, secondary amines, hydroxyl groups, carboxyl groups, thiol groups, acid anhydrides and halogen groups (chlorine and bromine). When a halogen group is used as a terminal functional group, a prepreg excellent in storage stability can be obtained because of low reactivity with an epoxy resin. On the other hand, when it is desired to increase the reactivity with the epoxy resin and shorten the curing time of the epoxy resin composition, a primary amine, a secondary amine, a hydroxyl group, a carboxyl group, a thiol group, an acid It is effective to select a functional group such as an anhydride.

本発明に含まれる硬化剤[C]は、グリシジル基と架橋反応し得る活性基を有するいずれの化合物であってもよい。例えばアミノ基、酸無水物基またはアジド基を有する化合物が硬化剤[C]として好適である。硬化剤[C]の具体的な例としては、ジシアンジアミド、ジアミノジフェニルメタン、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、他のカルボン酸無水物、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、三フッ化ホウ素エチルアミン錯体および他のルイス酸錯体等が挙げられる。これらの硬化剤もまた、単独または組み合わせて用いることができる。   The curing agent [C] included in the present invention may be any compound having an active group capable of cross-linking with a glycidyl group. For example, a compound having an amino group, an acid anhydride group or an azide group is suitable as the curing agent [C]. Specific examples of the curing agent [C] include dicyandiamide, diaminodiphenylmethane, various isomers of diaminodiphenylsulfone, aminobenzoic acid esters, various acid anhydrides, phenol novolak resins, cresol novolak resins, polyphenol compounds, and imidazole derivatives , Aliphatic amines, tetramethylguanidine, thiourea-added amines, methylhexahydrophthalic anhydride, other carboxylic anhydrides, carboxylic hydrazides, carboxylic amides, polymercaptans, boron trifluoride ethylamine complexes and other Lewis Acid complexes and the like. These curing agents can also be used alone or in combination.

中でも硬化剤[C]として芳香族ジアミンを用いることにより、耐熱性の良好な硬化樹脂を得ることができる。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が得られるため最も好適である。芳香族ジアミンの硬化剤の添加量はエポキシ樹脂組成物中のグリシジル基1個に対し、芳香族アミン化合物中の活性水素が0.7〜1.3個の範囲になる量であることが好ましく、より好ましくは0.8〜1.2個になるように配合することである。ここで、活性水素とは有機化合物においてアミノ基、水酸基、チオール基の窒素、酸素、硫黄と結合する水素原子をいう。エポキシ基と活性水素の比率が所定の前記の範囲内である場合、耐熱性や弾性率に優れた樹脂硬化物が得られる。   Above all, by using an aromatic diamine as the curing agent [C], a cured resin having good heat resistance can be obtained. In particular, various isomers of diaminodiphenyl sulfone are most preferable because a cured resin having good heat resistance can be obtained. The amount of the aromatic diamine curing agent to be added is preferably such that the active hydrogen in the aromatic amine compound is in the range of 0.7 to 1.3 per glycidyl group in the epoxy resin composition. And more preferably 0.8 to 1.2. Here, active hydrogen refers to a hydrogen atom bonded to nitrogen, oxygen, and sulfur of an amino group, a hydroxyl group, and a thiol group in an organic compound. When the ratio of the epoxy group to the active hydrogen is within the above-mentioned predetermined range, a cured resin excellent in heat resistance and elastic modulus can be obtained.

また、本発明のプリプレグにおいて、比較的低温で硬化しながらも高い耐熱性および耐水性を発現するために、硬化剤[C]の中に、硬化助剤を含んでいてもよい。ここで硬化助剤とは、エポキシ樹脂[B]のグリシジル基と直接的に反応し架橋構造を形成しないが、触媒としてエポキシ樹脂[B]と硬化剤[C]との架橋反応を促進するものである。硬化助剤の一例としては、3−フェノール−1,1−ジメチル尿素、3−(3−クロロフェニル)−1,1−ジメチル尿素、3−(3,4−ジクロロフェニル)−1,1−ジメチル尿素、2,4−トルエンビスジメチル尿素、2,6−トルエンビスジメチル尿素)などの尿素化合物が挙げられる。
また、これらのエポキシ樹脂と硬化剤からなるエポキシ樹脂組成物(硬化助剤を含んでいても良い)の粘度が低く、プリプレグのハンドリング性に問題が生じる場合は、エポキシ樹脂組成物を予備反応させ、粘度を増加させることも有効である。粘度の増加に伴い、プリプレグに適切な粘着性を付与することができ、ハンドリング性が向上したり、あるいはプリプレグの保存安定性を向上させることが可能となる。
Further, in the prepreg of the present invention, a curing aid may be included in the curing agent [C] in order to exhibit high heat resistance and water resistance while curing at a relatively low temperature. Here, the curing aid is one that directly reacts with the glycidyl group of the epoxy resin [B] and does not form a crosslinked structure, but promotes a crosslinking reaction between the epoxy resin [B] and the curing agent [C] as a catalyst. It is. Examples of the curing aid include 3-phenol-1,1-dimethylurea, 3- (3-chlorophenyl) -1,1-dimethylurea, 3- (3,4-dichlorophenyl) -1,1-dimethylurea Urea compounds such as 2,4-toluenebisdimethylurea and 2,6-toluenebisdimethylurea).
If the viscosity of the epoxy resin composition (which may contain a curing aid) composed of these epoxy resin and the curing agent is low and a problem occurs in the handling property of the prepreg, the epoxy resin composition is pre-reacted. It is also effective to increase the viscosity. With the increase in viscosity, it is possible to impart appropriate tackiness to the prepreg, thereby improving the handling property or the storage stability of the prepreg.

本発明に含まれる熱可塑性樹脂[D]は、エポキシ樹脂[B]に不溶であり、かつプリプレグの表面に配置される。このプリプレグを複数枚重ねて得られたプリプレグ積層体およびその硬化物においては、繊維層と繊維層の層間に前記熱可塑性樹脂[D]が偏在化することとなる。一般に繊維強化複合材料に面外方向から衝撃荷重が加わると層間を剥離が進展するが、層間に熱可塑性樹脂を含む繊維強化複合材料では、層間に高靭性な熱可塑性樹脂が局在化しているため、優れた耐衝撃性を実現できる。熱可塑性樹脂の形態としては層状に配置できるものであればいずれの形態でもよく、粒子、短繊維のマット、不織布、あるいはフィルムなどのいずれの形態でもよい。   The thermoplastic resin [D] included in the present invention is insoluble in the epoxy resin [B] and is disposed on the surface of the prepreg. In a prepreg laminate obtained by stacking a plurality of prepregs and a cured product thereof, the thermoplastic resin [D] is unevenly distributed between the fiber layers. In general, when an impact load is applied to the fiber reinforced composite material from an out-of-plane direction, delamination progresses, but in a fiber reinforced composite material containing a thermoplastic resin between layers, a highly tough thermoplastic resin is localized between the layers. Therefore, excellent impact resistance can be realized. The thermoplastic resin may be in any form as long as it can be arranged in layers, and may be in any form such as particles, short fiber mats, non-woven fabrics, or films.

本発明で用いる熱可塑性樹脂[D]は、結晶性を有していてもいなくてもよい。具体的な熱可塑性樹脂の例としては、ポリアミド、ポリカーボネート、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などが挙げられる。中でも、優れた靭性のため耐衝撃性を大きく向上させることから、ポリアミドが最も好ましい。ポリアミドの中でも、ポリアミド12、ポリアミド6、ポリアミド11、ポリアミド6/12共重合体や特開平1−104624号公報の実施例1記載のエポキシ化合物にてセミIPN(高分子相互侵入網目構造)化されたポリアミド微粒子(セミIPNポリアミド)は、エポキシ樹脂との接着強度が特に良好である。したがって、落錘衝撃時の繊維強化複合材料の層間剥離強度が高くなり、耐衝撃性が向上するため、好ましい。   The thermoplastic resin [D] used in the present invention may or may not have crystallinity. Examples of specific thermoplastic resins include polyamide, polycarbonate, polyacetal, polyphenylene oxide, polyphenylene sulfide, polyarylate, polyester, polyamideimide, polyimide, polyetherimide, polyimide having a phenyltrimethylindane structure, polysulfone, and polyethersulfone. , Polyetherketone, polyetheretherketone, polyaramid, polyethernitrile, polybenzimidazole and the like. Among them, polyamide is most preferable because it greatly improves impact resistance due to excellent toughness. Among the polyamides, a semi-IPN (polymer interpenetrating network structure) is formed with a polyamide 12, a polyamide 6, a polyamide 11, a polyamide 6/12 copolymer or an epoxy compound described in Example 1 of JP-A-1-104624. Polyamide fine particles (semi-IPN polyamide) have particularly good adhesive strength to an epoxy resin. Therefore, it is preferable because the delamination strength of the fiber-reinforced composite material at the time of falling weight impact increases and the impact resistance improves.

熱可塑性樹脂[D]として、粒子を用いる場合、その形状は、球状、非球状、多孔質、ウイスカー状、フレーク状のいずれでも良い。ただし、エポキシ樹脂の強化繊維への含浸性を確保し、かつ熱可塑性樹脂とマトリックス樹脂との剛性差により誘発される応力集中の影響を軽減するためには、球状の粒子を用いることが最も好ましい。なお、繊維強化複合材料としたときに層間にこれらの粒子を留めるためには、互いに隣接する強化繊維間の隙間に入り込まない程度に粒子のサイズを大きくとることが好ましい。一方で、粒子のサイズを小さくすることで、層間の樹脂層の厚さを薄く抑えることができ、繊維体積含有率を高めることが可能である。これらを両立するための粒子サイズとして、その平均粒子径を3μm〜40μmの範囲とすることが好ましく、さらに好ましくは、5μm〜30μmの範囲とするのがよい。   When particles are used as the thermoplastic resin [D], the particles may be spherical, non-spherical, porous, whisker-shaped, or flake-shaped. However, it is most preferable to use spherical particles in order to ensure impregnation of the reinforcing fibers of the epoxy resin and to reduce the effect of stress concentration induced by the difference in rigidity between the thermoplastic resin and the matrix resin. . In order to keep these particles between layers when a fiber-reinforced composite material is formed, it is preferable to increase the size of the particles so that they do not enter the gap between the reinforcing fibers adjacent to each other. On the other hand, by reducing the size of the particles, the thickness of the resin layer between layers can be reduced, and the fiber volume content can be increased. As a particle size for satisfying both, the average particle diameter is preferably in the range of 3 μm to 40 μm, and more preferably in the range of 5 μm to 30 μm.

一方、熱可塑性樹脂[D]として、繊維を用いる場合、その形状は、短繊維でも長繊維でもよい。短繊維の場合、特開平2−69566号公報に示されるように繊維を粒子と同じように用いる方法、またはマットに加工する方法が可能である。長繊維の場合、特開平4−292634号公報に示されるように長繊維をプリプレグの表面に平行に配列させる方法、または国際公開第94/016003号に示されるように繊維をランダムに配列させる方法を用いることができる。また、繊維を加工して、特開平2−32843号公報に示されるような織物、または国際公開第94/016003号に示されるような不織布材料もしくは編物等のシート型の基材として用いることもできる。また、短繊維チップ、チョップドストランド、ミルドファイバーおよび短繊維を糸に紡いだ後、平行またはランダムに配列させて織物や編物とする方法も用いることができる。   On the other hand, when a fiber is used as the thermoplastic resin [D], the shape may be a short fiber or a long fiber. In the case of short fibers, as described in JP-A-2-69566, a method of using fibers in the same manner as particles or a method of processing into a mat is possible. In the case of long fibers, a method of arranging long fibers in parallel to the surface of a prepreg as shown in JP-A-4-292634, or a method of randomly arranging fibers as shown in WO 94/016003 Can be used. Further, the fiber may be processed and used as a sheet-type base material such as a woven fabric as disclosed in JP-A-2-32843 or a nonwoven fabric material or a knitted fabric as disclosed in WO 94/016003. it can. Also, a method of spinning short fiber chips, chopped strands, milled fibers and short fibers into yarns and then arranging them in parallel or randomly to form a woven or knitted fabric can be used.

ここでエポキシ樹脂に不溶であるとは、かかる熱可塑性樹脂[D]を分散したエポキシ樹脂を加熱硬化した際に、熱可塑性樹脂[D]がエポキシ樹脂中に実質的に溶解しないことを意味する。より具体的には、例えば透過型電子顕微鏡を用い、エポキシ樹脂硬化物の中で、熱可塑性樹脂[D]が元のサイズから実質的に縮小することなく、熱可塑性樹脂[D]とマトリックス樹脂の間に明確な界面をもって観察できるものであることを指す。   Here, being insoluble in the epoxy resin means that the thermoplastic resin [D] is not substantially dissolved in the epoxy resin when the epoxy resin in which the thermoplastic resin [D] is dispersed is heated and cured. . More specifically, for example, using a transmission electron microscope, the thermoplastic resin [D] and the matrix resin can be used without substantially reducing the thermoplastic resin [D] from its original size in the cured epoxy resin. Point can be observed with a clear interface.

本発明のプリプレグは、該エポキシ樹脂[B]に不溶な熱可塑性樹脂[D]がプリプレグ両側表面に偏在していることを特徴とする。   The prepreg of the present invention is characterized in that the thermoplastic resin [D] insoluble in the epoxy resin [B] is unevenly distributed on both surfaces of the prepreg.

本発明のプリプレグにおける樹脂質量含有率は、25〜45%の範囲とすることが好ましい。ここで、樹脂質量含有率とは、強化繊維[A]を除く樹脂成分(エポキシ樹脂[B]、硬化剤[C]、および熱可塑性樹脂[D]と他添加物の和)がプリプレグ中に占める質量割合のことを指す。樹脂質量含有率を25%以上とすることにより、プリプレグ中におけるマトリックス樹脂が十分フローし、プリプレグを硬化させる際に強化繊維層の未含浸部にマトリックス樹脂を充填しやすくなり、得られる繊維強化複合材料中にボイドが発生しにくくなる。樹脂質量含有率を45%以下とすることにより、比強度および比弾性率に優れるという、繊維強化複合材料の利点が得られやすくなる。これらに鑑みると、さらに好ましい樹脂質量含有率の範囲は30〜36%である。   The resin mass content in the prepreg of the present invention is preferably in the range of 25 to 45%. Here, the resin mass content means that the resin components excluding the reinforcing fiber [A] (the sum of the epoxy resin [B], the curing agent [C], and the thermoplastic resin [D] and other additives) are included in the prepreg. It refers to the mass ratio occupied. By setting the resin mass content to 25% or more, the matrix resin in the prepreg flows sufficiently, and when the prepreg is cured, the unimpregnated portion of the reinforcing fiber layer can be easily filled with the matrix resin. Voids are less likely to occur in the material. By setting the resin mass content to 45% or less, the advantage of the fiber-reinforced composite material, that is, excellent in specific strength and specific elastic modulus, is easily obtained. In view of these, a more preferable range of the resin mass content is 30 to 36%.

本発明のプリプレグは、前記強化繊維に前記エポキシ樹脂組成物を部分的に含浸させたプリプレグである。ここで、部分的に含浸させたプリプレグとは、プリプレグの強化繊維の層において、樹脂が含浸されていない領域(未含浸部)を含む状態のことを意味する。   The prepreg of the present invention is a prepreg in which the reinforcing fibers are partially impregnated with the epoxy resin composition. Here, the prepreg partially impregnated means a state in which the layer of the reinforcing fiber of the prepreg includes a region not impregnated with the resin (unimpregnated portion).

本発明において、プリプレグ中におけるエポキシ樹脂組成物の含浸率φは、30〜95%であり、50〜95%が好ましく、60〜90%がより好ましい。プリプレグ中のエポキシ樹脂組成物の含浸率φが高ければ、例えばプリプレグの裁断作業や積層作業を行う際に、未含浸部を起点としたプリプレグの割れの発生頻度を低下させることができる。具体的には、含浸率を30%以上、好ましくは50%以上、より好ましくは60%以上とすることにより、ハンドリング性に優れたプリプレグを得ることができる。一方、プリプレグ中のエポキシ樹脂組成物の含浸率φを低くすることで、揮発分除去のための未含浸部の連続性が確保し易く、揮発分を効率的に除去することが可能である。その結果、繊維強化複合材料中にボイドが発生することを抑制できるが、特に含浸率を95%以下、好ましくは90%以下とすることにより、ボイドの発生し難いプリプレグを得ることができる。ここで、プリプレグ中におけるエポキシ樹脂組成物の含浸率φは、
(単位幅あたりに存在する、エポキシ樹脂組成物が付着していない強化繊維の本数)/(単位幅あたりに存在する強化繊維の総本数)
として算出する。強化繊維の本数を数える方法は、プリプレグをナイフにより切断し、その破面をSEMにより観察する。このとき、プリプレグの切断方向は、切断面に含まれる強化繊維の数が最も多くなる面とする。例えば、一方向に強化繊維が配列したプリプレグであれば、繊維直交方向を切断面とする。また、短繊維基材など、切断面に含まれる強化繊維の数が多くなる面の特定が困難な場合は、プリプレグを45度間隔で4断面(0度方向、45度方向、90度方向、135度方向)観察し、各断面に含まれる炭素繊維の数が最も多くなる断面を採用する。このとき、SEMの観察倍率は500倍とし、撮影領域が互いに重複しない画像を幅1mm分取得し、各画像に対してプリプレグの含浸率φを計測し、その平均値を算出する。
In the present invention, the impregnation ratio φ of the epoxy resin composition in the prepreg is 30 to 95%, preferably 50 to 95%, and more preferably 60 to 90%. If the impregnation rate φ of the epoxy resin composition in the prepreg is high, the frequency of occurrence of cracks in the prepreg starting from the non-impregnated portion can be reduced, for example, when cutting or laminating the prepreg. Specifically, by setting the impregnation rate to 30% or more, preferably 50% or more, more preferably 60% or more, a prepreg excellent in handling properties can be obtained. On the other hand, by lowering the impregnation ratio φ of the epoxy resin composition in the prepreg, continuity of the non-impregnated portion for removing volatile components can be easily secured, and volatile components can be removed efficiently. As a result, the generation of voids in the fiber-reinforced composite material can be suppressed. However, by setting the impregnation rate to 95% or less, preferably 90% or less, a prepreg in which voids are unlikely to be generated can be obtained. Here, the impregnation rate φ of the epoxy resin composition in the prepreg is
(Number of reinforcing fibers present per unit width to which the epoxy resin composition does not adhere) / (Total number of reinforcing fibers present per unit width)
Is calculated as As a method of counting the number of reinforcing fibers, a prepreg is cut with a knife, and the fracture surface is observed with a SEM. At this time, the cutting direction of the prepreg is a plane where the number of reinforcing fibers included in the cut plane is the largest. For example, in the case of a prepreg in which reinforcing fibers are arranged in one direction, the cross section is taken in the direction perpendicular to the fibers. When it is difficult to specify a surface where the number of reinforcing fibers included in the cut surface, such as a short fiber base material, is large, four sections of the prepreg at 45 ° intervals (0 ° direction, 45 ° direction, 90 ° direction, (135-degree direction) Observation is performed, and a cross section in which the number of carbon fibers included in each cross section is the largest is adopted. At this time, the observation magnification of the SEM is set to 500 times, an image whose photographing regions do not overlap each other is acquired for a width of 1 mm, the impregnation rate φ of the prepreg is measured for each image, and the average value is calculated.

本発明のプリプレグは、前記エポキシ樹脂[B]に不溶な熱可塑性樹脂[D]が該プリプレグ両側表面に偏在しており、かつ強化繊維[A]の層において、エポキシ樹脂組成物の未含浸部がプリプレグの両側表面近傍に局在化していることを特徴とする。   In the prepreg of the present invention, the thermoplastic resin [D] insoluble in the epoxy resin [B] is unevenly distributed on both surfaces of the prepreg, and the non-impregnated portion of the epoxy resin composition in the reinforcing fiber [A] layer. Are localized near both surfaces of the prepreg.

本発明をさらに具体的に説明するために、従来の真空圧成形対応プリプレグの断面の模式図を図1の(a)および(b)に、本発明のプリプレグの断面の模式図を図2にそれぞれ示す。以後はこれらの図を用いて説明する。   In order to explain the present invention more specifically, FIGS. 1 (a) and 1 (b) are cross-sectional schematic views of a conventional prepreg for vacuum pressure molding, and FIG. 2 is a cross-sectional schematic view of a prepreg of the present invention. Shown respectively. Hereinafter, description will be made with reference to these drawings.

従来の真空圧成形対応のプリプレグでは、図1の(a)に示すように、エポキシ樹脂組成物1と、エポキシ樹脂に不溶な熱可塑性樹脂2とを含有する層間形成層3がプリプレグ両表面に配置されており、強化繊維5が層状に配置された強化繊維層6の中央に、エポキシ樹脂組成物が付着していない強化繊維の集合体、すなわち未含浸層7が存在する。この未含浸層7が揮発分や噛み込み空気を除去するための流路として機能することにより、ボイドの少ない繊維強化複合材料を得ることができる。しかし、従来のプリプレグでは、含浸率φを向上させた場合、例えば強化繊維の粗密や強化繊維−樹脂間の濡れ性のムラなどにより、場所ごとに樹脂の含浸距離(強化繊維層の表面から樹脂含浸部先端までの距離)が異なる。ここで、プリプレグの両表面からエポキシ樹脂組成物が含浸される場合、含浸距離の大きい箇所が確率的に重なってしまえば、図1(b)のように両表面の層間形成層のエポキシ樹脂組成物が連結し、未含浸層7の連続性が失われる。そのため、未含浸層の揮発分除去のための流路としての機能が失われ、ボイドが発生する要因となっていた。   In a conventional prepreg for vacuum pressure molding, as shown in FIG. 1A, an interlayer forming layer 3 containing an epoxy resin composition 1 and a thermoplastic resin 2 insoluble in an epoxy resin is formed on both surfaces of the prepreg. In the center of the reinforcing fiber layer 6 in which the reinforcing fibers 5 are arranged in a layered manner, there is an aggregate of reinforcing fibers to which the epoxy resin composition does not adhere, that is, an unimpregnated layer 7. Since the non-impregnated layer 7 functions as a flow path for removing volatile components and trapped air, a fiber-reinforced composite material having few voids can be obtained. However, in the conventional prepreg, when the impregnation ratio φ is increased, the impregnation distance of the resin (from the surface of the reinforcing fiber layer to the Distance to the impregnation tip). Here, when the epoxy resin composition is impregnated from both surfaces of the prepreg, if the portions having large impregnation distances are stochastically overlapped, as shown in FIG. The objects are connected and the continuity of the unimpregnated layer 7 is lost. For this reason, the function as a flow path for removing the volatile component of the non-impregnated layer is lost, which is a factor of generating voids.

それに対して、本発明のプリプレグでは、図2に示すように、エポキシ樹脂組成物が付着していない強化繊維の集合体、すなわち未含浸層7が2層存在し、強化繊維層6のうち上下の層間形成層3の近傍に局在化している。本発明のプリプレグにおいては、層間形成層3にて、エポキシ樹脂組成物の強化繊維層への含浸を抑制し、樹脂含浸部先端を平滑とする。そのため、層間形成層3側の含浸部の樹脂表面は比較的平滑となり、中央の含浸層4の厚さに関して場所ごとにムラがあっても、揮発分を除去するための未含浸層の連続性を確保することが可能となる。   On the other hand, in the prepreg of the present invention, as shown in FIG. 2, there are two aggregates of reinforcing fibers to which the epoxy resin composition does not adhere, that is, two unimpregnated layers 7. In the vicinity of the interlayer forming layer 3. In the prepreg of the present invention, the interlayer forming layer 3 suppresses the impregnation of the epoxy resin composition into the reinforcing fiber layer and makes the tip of the resin impregnated portion smooth. Therefore, the resin surface of the impregnated portion on the side of the interlayer forming layer 3 becomes relatively smooth, and even if the thickness of the central impregnated layer 4 is uneven at every location, the continuity of the unimpregnated layer for removing volatile components is maintained. Can be secured.

上下の層間形成層3の近傍にて、エポキシ樹脂組成物の強化繊維層への含浸を抑制する手段としては複数の方法が考えられる。たとえば、層間形成層3側のエポキシ樹脂組成物の粘度を、中央の含浸層4のエポキシ樹脂組成物の粘度よりも高く設定することが有効である。あるいは、シート状の強化繊維にエポキシ樹脂組成物をほぼ完全に含浸させた後、樹脂を含まないシート状の炭素繊維を上下に配置し、さらにその外側に層間形成層3をエポキシ樹脂組成物の粘度が高い状態でプリプレグ両外側に配置することも有効である。   A plurality of methods can be considered as means for suppressing the impregnation of the epoxy resin composition into the reinforcing fiber layer in the vicinity of the upper and lower interlayer forming layers 3. For example, it is effective to set the viscosity of the epoxy resin composition on the interlayer forming layer 3 side higher than the viscosity of the epoxy resin composition of the central impregnation layer 4. Alternatively, the sheet-like reinforcing fibers are almost completely impregnated with the epoxy resin composition, and then sheet-like carbon fibers containing no resin are arranged on the upper and lower sides. It is also effective to arrange the prepreg on both outer sides with high viscosity.

ここで、2つの未含浸層7がプリプレグ両側表面の層間形成層の近傍に局在化することを定量的に表現するため、以下の手順により局在化パラメータσを定義する。ここでは、図3の(a)、(b)のプリプレグ断面の模式図を引用しながら、局在化パラメータσの算出方法を示す。   Here, in order to quantitatively express that the two unimpregnated layers 7 are localized near the interlayer forming layer on both surfaces of the prepreg, a localization parameter σ is defined by the following procedure. Here, a method of calculating the localization parameter σ will be described with reference to the schematic diagrams of the prepreg cross sections of FIGS. 3A and 3B.

まず、図3の(a)で示すように、プリプレグ断面像の幅1mmに相当する領域を抜き出し、強化繊維シートに対して垂直な線であって、領域を幅方向に11等分する線(等分線8)を10本引く。次に、その等分線上にて、図の下側の強化繊維層6の端部のy座標を算出し、これを強化繊維層の下側の端部y座標とする。同様の手順にて、10本の等分線8について図の下側の端部y座標を算出し、その平均値をy座標軸の−T/2とする。次に、同様の手順により、図3上側の端部y座標の平均値を求め、このy座標をT/2とする。このとき、Tは強化繊維層6の厚さに相当し、またy座標軸の原点は強化繊維層6の中心に一致する。また等分線8において、上側の未含浸層7にある強化繊維の上側端部のy座標h3U、および、下側端部のy座標h3Lを取得し、それらの平均値をそれぞれH3U、およびH3Lとする。同様に等分線8において、下側の未含浸層7にある強化繊維の上側端部のy座標h4U、下側端部のy座標h4L、を取得し、それらの平均値をそれぞれH4U、およびH4Lとする。ただし、H3U、H3L、H4U、H4Lの算出において、等分線8上に2層の未含浸層が含まれない場合はその等分線8を平均値算出の計算から除外する。すなわち、2層の未含浸繊維が確認出来ない等分線8が1本有る場合は、残りの9本の未含浸繊維の座標からH3U、H3L、H4U、H4Lを算出する。   First, as shown in FIG. 3A, a region corresponding to a width of 1 mm of the prepreg cross-sectional image is extracted, and a line perpendicular to the reinforcing fiber sheet and dividing the region into 11 equal parts in the width direction ( Draw 10 equal lines 8). Next, the y-coordinate of the end of the lower reinforcing fiber layer 6 in the figure is calculated on the dividing line, and this is set as the lower end y-coordinate of the reinforcing fiber layer. In the same procedure, the lower end y-coordinate of the figure is calculated for ten equal lines 8, and the average value is set to −T / 2 on the y-coordinate axis. Next, the average value of the y-coordinate at the upper end in FIG. 3 is obtained by the same procedure, and this y-coordinate is set to T / 2. At this time, T corresponds to the thickness of the reinforcing fiber layer 6, and the origin of the y coordinate axis coincides with the center of the reinforcing fiber layer 6. In addition, the y-coordinate h3U of the upper end of the reinforcing fiber and the y-coordinate h3L of the lower end of the reinforcing fiber in the upper non-impregnated layer 7 are acquired from the equidistant line 8, and their average values are H3U and H3L, respectively. And Similarly, in the equidistant line 8, the y coordinate h4U of the upper end of the reinforcing fiber in the lower unimpregnated layer 7 and the y coordinate h4L of the lower end are obtained, and their average values are H4U and H4U, respectively. H4L. However, in the calculation of H3U, H3L, H4U, and H4L, if two unimpregnated layers are not included on the dividing line 8, the dividing line 8 is excluded from the calculation of the average value calculation. That is, when there is one equal line 8 in which two layers of unimpregnated fibers cannot be confirmed, H3U, H3L, H4U, and H4L are calculated from the coordinates of the remaining nine unimpregnated fibers.

このとき、上側の未含浸層の中心座標をH3、下側の未含浸層の中心座標をH4とすると、
H3=(H3U+H3L)/2
H4=(H4U+H4L)/2
と表現することができる。
さらに、ここで、局在化パラメータσを
σ=(|H3|+|H4|)/2T
と定義する。
At this time, if the center coordinates of the upper unimpregnated layer are H3 and the center coordinates of the lower unimpregnated layer are H4,
H3 = (H3U + H3L) / 2
H4 = (H4U + H4L) / 2
Can be expressed as
Further, here, the localization parameter σ is given by σ = (| H3 | + | H4 |) / 2T
Is defined.

本パラメータにおいて、図3の(c)のように等分線8上の未含浸層にある強化繊維の内側端部のy座標の平均値であるH3と、等分線8上の未含浸層にある強化繊維の外側端部のy座標の平均値であるH4が一致し、かつ層間形成層3近傍で実質的にエポキシ樹脂組成物が強化繊維に完全含浸している場合、H3=T/2、H4=−T/2となり、局在化パラメータσは0.5となる。また、図3の(d)のように強化繊維層の中心座標と未含浸層の中心座標が実質的に一致する場合、H3=H4=0となり、局在化パラメータσは0となる。なお、本発明では、0.05<σ<0.50の範囲に収まることを、“層間形成層の近傍に局在化している”と定義する。本発明のプリプレグでは局在化パラメータσは0.10<σ<0.45であり、好ましくは0.20<σ<0.45の範囲とするのがよい。局在化パラメータをこの範囲とすることでプリプレグ積層体内部の未含浸部の面内方向の連続性を確保し易く、効率的に揮発分を除去することが可能となる。その結果、繊維強化複合材料中に発生するボイドを抑制することができる。   In this parameter, as shown in FIG. 3 (c), H3 which is the average value of the y-coordinate of the inner end of the reinforcing fiber in the non-impregnated layer on the contour line 8, and the unimpregnated layer on the contour line 8 In the case where H4, which is the average value of the y-coordinate of the outer end portion of the reinforcing fiber in the above, matches, and the epoxy resin composition substantially completely impregnates the reinforcing fiber near the interlayer forming layer 3, H3 = T / 2, H4 = −T / 2, and the localization parameter σ is 0.5. When the center coordinates of the reinforcing fiber layer substantially coincide with the center coordinates of the unimpregnated layer as shown in FIG. 3D, H3 = H4 = 0 and the localization parameter σ becomes zero. Note that, in the present invention, the condition of being within the range of 0.05 <σ <0.50 is defined as “localized near the interlayer forming layer”. In the prepreg of the present invention, the localization parameter σ is in the range of 0.10 <σ <0.45, preferably in the range of 0.20 <σ <0.45. By setting the localization parameter within this range, continuity in the in-plane direction of the unimpregnated portion inside the prepreg laminate is easily ensured, and volatile components can be efficiently removed. As a result, voids generated in the fiber-reinforced composite material can be suppressed.

本発明のプリプレグは、単位面積あたりの強化繊維量が30〜600g/mであることが好ましい。かかる強化繊維量が30g/m以上とすることにより、繊維強化複合材料を成形する際に所定の厚みを得るために積層枚数を多くする必要がなく、作業負荷が軽減されやすい。また、強化繊維量が600g/m以下とすることにより、プリプレグのドレープ性が向上しやすくなる。あるいはプリプレグを作製するとき、あるいはプリプレグを加熱し硬化させる際に、エポキシ樹脂組成物を強化繊維層の空隙部に含浸させやすくなり、ボイドが発生しにくくなる場合がある。さらに、高い含浸率φを発現しつつ連続的な通気パスとするためには、含浸距離を短くするために目付が少ないほうが良いが、薄い場合には繊維の粗密の影響を受けやすいため、100〜300g/mの範囲とすることがより好ましい。 The prepreg of the present invention preferably has a reinforcing fiber amount per unit area of 30 to 600 g / m 2 . When the amount of the reinforcing fibers is 30 g / m 2 or more, it is not necessary to increase the number of laminations to obtain a predetermined thickness when molding the fiber reinforced composite material, and the work load is easily reduced. Further, when the amount of the reinforcing fibers is 600 g / m 2 or less, the drapability of the prepreg is easily improved. Alternatively, when preparing the prepreg or when heating and curing the prepreg, the epoxy resin composition may be easily impregnated into the voids of the reinforcing fiber layer, and voids may be less likely to be generated. Furthermore, in order to achieve a continuous ventilation path while expressing a high impregnation ratio φ, it is better to have a small basis weight in order to shorten the impregnation distance. More preferably, it is in the range of 300 g / m 2 .

また、本発明のプリプレグは真空吸引部からプリプレグの未含浸部までの連続性を確保することでプリプレグ中の揮発分をさらに効率的に除去することができる。そのためには、プリプレグ内の未含浸部の連続性を確保し、プリプレグが通気性を有することが好ましい。ここで未含浸部の連続性を確保するもっとも簡便な方法は含浸度φを小さくし未含浸部を増やすことである。ただし、揮発分を除去した後に樹脂流動により空隙部をなくし繊維強化複合材料中のボイドを抑制するためには、あるいはプリプレグ積層時のプリプレグの面外方向の割れを抑制するためには、含浸度φを高く保つことが好ましい。これらを実現するためには、本発明のプリプレグにおいて、面内方向の浸透係数Kが1.1×(1−φ/100)×10−13[m]以上(φ=含浸率(%))であることが好ましく、1.5×(1−φ/100)×10−13[m]以上がより好ましい。 In addition, the prepreg of the present invention can more efficiently remove volatile components in the prepreg by ensuring continuity from the vacuum suction section to the unimpregnated section of the prepreg. For that purpose, it is preferable that continuity of the non-impregnated portion in the prepreg is ensured and the prepreg has air permeability. Here, the simplest method for securing the continuity of the non-impregnated portion is to decrease the impregnation degree φ and increase the non-impregnated portion. However, in order to eliminate voids in the fiber-reinforced composite material by eliminating voids by resin flow after removing volatile components, or to suppress out-of-plane cracking of the prepreg during prepreg lamination, It is preferable to keep φ high. In order to realize these, in the prepreg of the present invention, the in-plane permeability coefficient K is 1.1 × (1-φ / 100) × 10 −13 [m 2 ] or more (φ = impregnation rate (%) ), And more preferably 1.5 × (1-φ / 100) × 10 −13 [m 2 ] or more.

ここで、本発明における面内方向の浸透係数Kを算出するための測定は、図4に模式的に示す通気量測定方法を用いて測定される。その測定方法の詳細を以下に記す。まず、短冊状のプリプレグ(繊維配向方向100mm、繊維垂直方向50mm)を10層積層したプリプレグ積層体9にて、プリプレグの繊維配向方向の両端部のみを開放した状態でシーラント10によりプリプレグ厚さ方向、および側面の通気性を遮断する。プリプレグ積層体9とシーラント10を、カバーフィルム11と金属板12で密閉する。プリプレグ積層体9の端部にガラステープ13に沿わせ空気流路を確保する。通気口15を大気圧開放(通気口15側の圧力計16の圧力をPa(単位:Pa)とする)し、反対側を真空ポンプ17により、真空圧環境(真空ポンプ17側の圧力計16の圧力をPv(単位:Pa)とする)とする。このとき、プリプレグの両側に圧力差が発生するが、次の式(1)により、プリプレグの面内方向の浸透係数K(単位:m)を定義する。 Here, the measurement for calculating the in-plane permeation coefficient K in the present invention is performed by using a ventilation measurement method schematically shown in FIG. The details of the measurement method are described below. First, in a prepreg laminate 9 in which ten layers of strip-shaped prepregs (fiber orientation direction 100 mm, fiber vertical direction 50 mm) are laminated, a sealant 10 is used in a prepreg thickness direction in a state where only both ends in the fiber orientation direction of the prepreg are opened. , And block the ventilation of the sides. The prepreg laminate 9 and the sealant 10 are sealed with a cover film 11 and a metal plate 12. An air flow path is secured along the glass tape 13 at the end of the prepreg laminate 9. The vent 15 is opened to the atmospheric pressure (the pressure of the pressure gauge 16 on the side of the vent 15 is set to Pa (unit: Pa)), and the opposite side is operated by the vacuum pump 17 in a vacuum pressure environment (the pressure Is Pv (unit: Pa). At this time, a pressure difference occurs on both sides of the prepreg, and the in-plane permeability coefficient K (unit: m 2 ) of the prepreg is defined by the following equation (1).

Figure 2020045481
Figure 2020045481

ここで、μは空気粘度(単位:Pa・s)、Lはプリプレグ長さ(単位:m)、Apはプリプレグ断面積(単位:m)、Qaは空気流量計14で測定される空気流量(単位:m/s)を意味する。 Here, μ is the air viscosity (unit: Pa · s), L is the prepreg length (unit: m), Ap is the prepreg sectional area (unit: m 2 ), and Qa is the air flow rate measured by the air flow meter 14. (Unit: m 3 / s).

なお、本発明における配向方向とは、プリプレグの表面を光学顕微鏡で観察し、各繊維の配向角度をθとし、平均値をΘとしたとき、Θ方向の断面を意味する。なお、平均値Θの算出においては、光学顕微鏡によって観察される繊維のうち、任意の30本の繊維を選出し、その配向角度の平均値を用いることとする。 本発明のプリプレグにおいて、前記エポキシ樹脂[B]に不溶な熱可塑性樹脂[D]はプリプレグ両側表面に偏在していればよく、熱可塑性樹脂[D]の量はプリプレグ両面に同等量含有されていても異なった量が含有されていてもよい。ただし、熱可塑性樹脂[D]の量がプリプレグの両面で異なる場合には、プリプレグの表裏を区別せず積層した際に、熱可塑性樹脂[D]の量が層間によって変化する場合がある。この場合、得られる繊維強化複合材料の力学特性がばらついたり、積層体としての品位低下が生じたりするおそれがある。そのため、本発明においては、熱可塑性樹脂[D]の含有量がプリプレグ両面において同等であることが好ましい。これにより、プリプレグの表裏を区別せずに積層しても、プリプレグ積層体の任意の層間において同等量の熱可塑性樹脂[D]を確保できるという利点が生じる。ここで、「熱可塑性樹脂[D]の含有量がプリプレグ両面において同等である」とは、プリプレグ両面で熱可塑性樹脂[D]の含有量の差が、プリプレグに含有される熱可塑性樹脂[D]の総量の10質量%以内の範囲に収まる状態を指す。   In the present invention, the orientation direction means a cross section in the Θ direction when the surface of the prepreg is observed with an optical microscope, the orientation angle of each fiber is θ, and the average value is Θ. In calculating the average value Θ, an arbitrary 30 fibers are selected from the fibers observed by the optical microscope, and the average value of the orientation angles is used. In the prepreg of the present invention, the thermoplastic resin [D] insoluble in the epoxy resin [B] may be unevenly distributed on both surfaces of the prepreg, and the amount of the thermoplastic resin [D] is contained in the same amount on both sides of the prepreg. Or different amounts may be contained. However, when the amount of the thermoplastic resin [D] is different on both sides of the prepreg, the amount of the thermoplastic resin [D] may change between layers when the prepreg is laminated without distinguishing the front and back sides. In this case, the mechanical properties of the obtained fiber-reinforced composite material may vary, or the quality of the laminate may be degraded. Therefore, in the present invention, it is preferable that the content of the thermoplastic resin [D] is the same on both sides of the prepreg. Thereby, even if the prepreg is laminated without distinguishing between the front and back sides, there is an advantage that the same amount of the thermoplastic resin [D] can be secured between any layers of the prepreg laminate. Here, "the content of the thermoplastic resin [D] is the same on both sides of the prepreg" means that the difference in the content of the thermoplastic resin [D] on both sides of the prepreg is the same as the content of the thermoplastic resin [D] contained in the prepreg. ] In the range of 10% by mass or less of the total amount.

本発明のプリプレグの作製方法として複数の方法が考えられる。   A plurality of methods can be considered as a method for producing the prepreg of the present invention.

最も簡易な本発明のプリプレグの製造方法は、エポキシ樹脂のフィルムをシート状に配列した強化繊維の表面に重ね、加圧/加熱含浸するホットメルト法である。例えば、次の(a)、(b)の工程を経て得ることができる。
(a)シート状に配列した強化繊維シートの表面に、層間形成層3を形成するエポキシ樹脂フィルムを片方から、エポキシ樹脂フィルムをもう片方から挟み込み、加熱含浸ロールに通すことによって、層間形成層を片面に配置し、その層間形成層の近傍に未含浸層が局在化した1次プリプレグを作製する。
(b)上記1次プリプレグを2枚準備し、層間形成層が互いに外側に配置されるように積層する。
The simplest method for producing the prepreg of the present invention is a hot melt method in which an epoxy resin film is overlaid on the surface of a reinforcing fiber arranged in a sheet shape and impregnated with pressure / heat. For example, it can be obtained through the following steps (a) and (b).
(A) The epoxy resin film forming the interlayer forming layer 3 is sandwiched from one side and the epoxy resin film is sandwiched from the other side on the surface of the reinforcing fiber sheet arranged in a sheet shape, and the epoxy resin film is passed through a heating impregnation roll, thereby forming the interlayer forming layer. A primary prepreg in which the non-impregnated layer is localized near one of the interlayer forming layers is prepared.
(B) Two primary prepregs are prepared and laminated so that the interlayer forming layers are arranged outside each other.

また別のプリプレグの製造方法としては、例えば次の(c)、(d)の工程を経て得ることができる
(c)シート状に配列した強化繊維にエポキシ樹脂組成物をほぼ完全に含浸させた後、その両外側にシート状に配列した強化繊維を配置する。
(d)さらにその両外側に熱可塑樹脂を含むエポキシ樹脂組成物のフィルムを配置する。
As another prepreg manufacturing method, for example, (c) a reinforcing fiber arranged in a sheet shape, which can be obtained through the following steps (c) and (d), is almost completely impregnated with the epoxy resin composition. Thereafter, reinforcing fibers arranged in a sheet shape are arranged on both outer sides thereof.
(D) Further, a film of an epoxy resin composition containing a thermoplastic resin is disposed on both outer sides thereof.

本発明のプリプレグの未含浸部の連続性を維持するために、またプリプレグ表面のタック性を維持するために、プリプレグの表面に離型シートを貼り付けて保管することは有効である。プリプレグ表面に離型シートを貼り付けることで、表面樹脂の強化繊維シート内への含浸の進行を抑制することができ、未含浸部を介した揮発分や噛み込み空気の除去効率を維持することができる。このとき、プリプレグの片側表面だけでなく、両面表面に離型シートを貼り付けることは、プリプレグの含浸度φと面内方向の浸透係数Kを維持するのに特に効果的であり、本発明のプリプレグの効果を維持するのに有効である。   In order to maintain the continuity of the unimpregnated portion of the prepreg of the present invention and to maintain the tackiness of the prepreg surface, it is effective to stick and store a release sheet on the surface of the prepreg. By adhering the release sheet to the surface of the prepreg, it is possible to suppress the progress of impregnation of the surface resin into the reinforcing fiber sheet, and to maintain the efficiency of removing volatile components and trapped air through the non-impregnated portion. Can be. At this time, sticking the release sheet not only on one surface of the prepreg but also on both surfaces is particularly effective for maintaining the impregnation degree φ of the prepreg and the permeability coefficient K in the in-plane direction. It is effective to maintain the effect of prepreg.

ここでいう離型シートの例としては、離型紙や、ポリエチレン製フィルム、ポリプロピレン製フィルム、ポリテトラフルオロエチレン製フィルムなどのプラスチックフィルムが挙げられるが、この限りではない。   Examples of the release sheet here include release paper and plastic films such as a polyethylene film, a polypropylene film, and a polytetrafluoroethylene film, but are not limited thereto.

離型シートは空孔のないもの、または微小な空孔のみを有するものが望ましく、さらに表面は平滑である方が好ましい。例えば、空孔の大きな不織布や発泡シートのように多くの空孔を有する離型シートをプリプレグに貼り付けた場合、プリプレグの表面樹脂のうち不織布や発泡シートの空孔部分の樹脂は、時間経過とともにプリプレグ内部または不織布や発泡シート内へと含浸が進行してしまう。また、表面粗さの粗い離型シートをプリプレグに貼り付けた場合、離型シートの谷の部分ではプリプレグの表面樹脂が離型シートに接触できず、含浸抑制の効果が薄れてしまう。そのため、好ましい離型シートとしては、空気透過係数が10−6cm/cmHg未満であり、表面粗さとしては表面の凹凸がプリプレグの強化繊維径未満であるものである。 The release sheet desirably has no pores or has only minute pores, and more preferably has a smooth surface. For example, when a release sheet having many holes, such as a nonwoven fabric or a foam sheet having large pores, is attached to the prepreg, the resin in the pore portions of the nonwoven fabric or the foam sheet out of the surface resin of the prepreg may be changed over time. At the same time, the impregnation proceeds into the inside of the prepreg, the nonwoven fabric or the foam sheet. Further, when a release sheet having a rough surface is attached to the prepreg, the surface resin of the prepreg cannot contact the release sheet at the valleys of the release sheet, and the effect of suppressing impregnation is reduced. Therefore, a preferable release sheet has an air permeability coefficient of less than 10 −6 cm 2 / cmHg, and has a surface roughness whose surface irregularities are smaller than the reinforcing fiber diameter of the prepreg.

プリプレグの製造においては、強化繊維シートに転写するエポキシ樹脂フィルムを支持するために離型紙が用いられることがあるが、エポキシ樹脂フィルムを転写後に離型紙をそのままプリプレグに貼り付けたままにすることは有効である。特に、薄いプリプレグは、離型紙などの比較的剛性のあるシートで支持させることで、自重で折れ曲がりにくくなり、ハンドリング性が良くなる。たとえば、厚さが100μmの離型紙が好ましい。一方、プリプレグを積層する際にはこれら離型シートを剥がす必要があるが、このとき未含浸部を起点とした割れが発生しやすい。このような割れを抑制するためには、離型シートとして微小な力で剥がすことが可能な薄いプラスチックフィルムなどを貼り付けることが望ましい。たとえば、厚さが20μmのポリエチレン製フィルムが好ましい。このような背景から、プリプレグ厚さや未含浸部の割合に応じて、有効な離型シートを選択することが重要である。たとえば、プリプレグ厚さが厚く、自重で折れ曲がりにくいプリプレグの場合には、両面を薄いプラスチックフィルムで貼り付けることで、未含浸部を起点とした割れを防止することが可能である。一方、プリプレグ厚さが薄い場合には、片側表面には比較的剛性のある離型紙などの離型シートを貼り付けて支持し、反対側の表面は薄いプラスチックフィルムなどの離型シートを貼り付けることが好ましい。この場合、プリプレグを積層する際には薄いプラスチックフィルムのみを剥がして積層し、次に離型紙などの離型シートを剥がす必要があるが、積層体はプリプレグ一枚と比較して厚みが増しているため曲げ剛性が向上しており、離型紙を剥がす際にも未含浸部を起点とした割れが生じにくくなる。   In the production of prepreg, release paper may be used to support the epoxy resin film to be transferred to the reinforcing fiber sheet.However, it is not possible to leave the release paper as it is on the prepreg after transferring the epoxy resin film. It is valid. In particular, by supporting a thin prepreg with a relatively rigid sheet such as release paper, it becomes difficult to bend under its own weight, and handling properties are improved. For example, release paper having a thickness of 100 μm is preferable. On the other hand, when laminating the prepreg, it is necessary to peel off these release sheets, but at this time, cracks starting from the non-impregnated portion tend to occur. In order to suppress such cracking, it is desirable to attach a thin plastic film or the like that can be peeled off with a small force as a release sheet. For example, a polyethylene film having a thickness of 20 μm is preferable. From such a background, it is important to select an effective release sheet according to the thickness of the prepreg and the ratio of the unimpregnated portion. For example, in the case of a prepreg having a large prepreg thickness and being hard to bend under its own weight, it is possible to prevent cracks starting from an unimpregnated portion by attaching both sides with a thin plastic film. On the other hand, when the thickness of the prepreg is thin, a release sheet such as a relatively rigid release paper is attached and supported on one surface, and a release sheet such as a thin plastic film is attached on the opposite surface. Is preferred. In this case, when laminating the prepreg, it is necessary to peel off only the thin plastic film and laminate, and then peel off the release sheet such as release paper, but the thickness of the laminate is increased compared to one prepreg Therefore, the bending stiffness is improved, and cracks starting from the unimpregnated portion are less likely to occur even when the release paper is peeled off.

本発明の繊維強化複合材料は、上記の本発明のプリプレグを積層し、硬化してなる。すなわち、本発明の繊維強化複合材料は、本発明のプリプレグ、またはその積層体を加熱硬化させることにより作製できる。本発明のプリプレグは真空圧成形に好適なものであるが、オートクレーブ成形、およびプレス成形においても同様にボイドが発生し難いプリプレグとして用いることができる。   The fiber-reinforced composite material of the present invention is obtained by laminating and curing the above-described prepreg of the present invention. That is, the fiber-reinforced composite material of the present invention can be produced by heating and curing the prepreg of the present invention or a laminate thereof. The prepreg of the present invention is suitable for vacuum pressure molding, but can also be used as a prepreg in which voids are unlikely to occur in autoclave molding and press molding.

本発明のプリプレグをオーブンで加熱して硬化させる場合は、例えば、以下の成形法を用いることでボイドの少ない繊維強化複合材料を得ることが可能である。単層のプリプレグまたは複数枚のプリプレグを積層して得られるプリプレグ積層体を、内部の圧力が11kPa以下の袋に包んで20〜70℃の温度に保ち揮発分を除去し、圧力を11kPa以下に維持したまま硬化温度まで昇温する。ここで、揮発分の除去は、圧力が0.1kPa〜11kPaである条件で行うことが好ましく、0.1kPa〜7kPaである条件で行うことがより好ましい。真空度が高いほど、すなわち、内部の圧力が低いほど、揮発分の除去を短時間で実施することが可能となる。内部の圧力を11kPa以下とすることにより、プリプレグ中における揮発分の除去を十分にしやすくなり、得られる繊維強化複合材料中にボイドが発生しにくくなる。   When the prepreg of the present invention is cured by heating in an oven, for example, a fiber-reinforced composite material having few voids can be obtained by using the following molding method. A prepreg laminate obtained by laminating a single-layer prepreg or a plurality of prepregs is wrapped in a bag having an internal pressure of 11 kPa or less, and is kept at a temperature of 20 to 70 ° C. to remove volatile components, and the pressure is reduced to 11 kPa or less. While maintaining the temperature, the temperature is raised to the curing temperature. Here, the removal of volatile components is preferably performed under a condition of a pressure of 0.1 kPa to 11 kPa, and more preferably under a condition of a pressure of 0.1 kPa to 7 kPa. The higher the degree of vacuum, that is, the lower the internal pressure, the shorter the volatile component can be removed. By setting the internal pressure to 11 kPa or less, it becomes easy to sufficiently remove volatile components in the prepreg, and it is difficult to generate voids in the obtained fiber-reinforced composite material.

また、成形時には未含浸部に樹脂が充填される必要があるが、そのためには樹脂の粘度を低下させることが効果的である。例えば、加温状態でありながら樹脂の硬化開始温度よりも低い温度(40℃〜130℃)にて長時間保持し、未含浸部に樹脂を充填させた後、樹脂の硬化温度(130℃〜200℃)とし、樹脂を硬化させるのが良い。   Further, at the time of molding, it is necessary to fill the resin into the non-impregnated portion. For that purpose, it is effective to reduce the viscosity of the resin. For example, the resin is kept at a temperature (40 ° C. to 130 ° C.) lower than the curing start temperature of the resin for a long time while being in a heated state, and is filled with the resin in the unimpregnated portion. (200 ° C.), and the resin is preferably cured.

以下、本発明を実施例により詳細に説明する。ただし、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、組成比の単位「部」は、特に注釈のない限り質量部を意味する。また、各種特性の測定は、特に注釈のない限り温度23℃、相対湿度50%の環境下で行った。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. However, the scope of the present invention is not limited to these examples. The unit “parts” of the composition ratio means parts by mass unless otherwise specified. The measurement of various characteristics was performed in an environment at a temperature of 23 ° C. and a relative humidity of 50%, unless otherwise specified.

<本発明の実施例および比較例に用いた材料>
(1)構成要素[A]:強化繊維
[炭素繊維]
・炭素繊維(製品名:“トレカ(登録商標)”T800S−24K−10E、フィラメント数24,000、引張強度5.9GPa、引張弾性率290GPa、引張伸度2.0%、東レ株式会社製)。
<Materials used in Examples and Comparative Examples of the present invention>
(1) Component [A]: Reinforcing fiber [Carbon fiber]
-Carbon fiber (product name: "Treca (registered trademark)" T800S-24K-10E, number of filaments 24,000, tensile strength 5.9 GPa, tensile modulus 290 GPa, tensile elongation 2.0%, manufactured by Toray Industries, Inc.) .

(2)構成要素[B]:エポキシ樹脂
[エポキシ樹脂]
・ビスフェノールA型エポキシ樹脂(製品名:“jER(登録商標)”825、三菱ケミカル(株)製)
・テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン(製品名:“アラルダイト(登録商標)”MY721、ハンツマン・アドバンスト・マテリアルズ社製)
・ビスフェノールF型エポキシ(製品名:“エピクロン(登録商標)”830、DIC(株)製)。
(2) Component [B]: Epoxy resin [Epoxy resin]
-Bisphenol A type epoxy resin (product name: "jER (registered trademark)" 825, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation)
-Tetraglycidyldiaminodiphenylmethane (product name: "Araldite (registered trademark)" MY721, manufactured by Huntsman Advanced Materials)
-Bisphenol F type epoxy (product name: "Epiclon (registered trademark)" 830, manufactured by DIC Corporation).

(3)構成要素[C]:硬化剤
[芳香族アミン硬化剤]
・4,4’−ジアミノジフェニルスルホン(製品名:“セイカキュアS”、和歌山精化工業(株)製)。
(3) Component [C]: Curing agent [Aromatic amine curing agent]
-4,4'-diaminodiphenyl sulfone (product name: "Seika Cure S", manufactured by Wakayama Seika Kogyo Co., Ltd.).

(4)構成要素[D]:エポキシ樹脂[B]に不溶な熱可塑性樹脂
[熱可塑性樹脂]
・下記の製造方法で得られたポリアミド微粒子(平均粒子径:13μm)
透明ポリアミド(“グリルアミド(登録商標)”TR55、エムスケミー・ジャパン(株)製)90部、エポキシ樹脂(“jER(登録商標)”828、三菱ケミカル(株)社製)7.5部および硬化剤(“トーマイド(登録商標)”#296、(株)ティーアンドケイ東華製)2.5部を、クロロホルム300部とメタノール100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、撹拌している3000部のn−ヘキサンの液面に向かって霧状に吹き付けて溶質を析出させた。析出した固体を濾別し、n−ヘキサンでよく洗浄した後に、100℃の温度で24時間の真空乾燥を行い、球状のセミIPN構造を有するエポキシ改質ポリアミド粒子を得た。
(4) Constituent element [D]: thermoplastic resin insoluble in epoxy resin [B] [thermoplastic resin]
-Polyamide fine particles obtained by the following production method (average particle diameter: 13 µm)
90 parts of a transparent polyamide ("Grillamide (registered trademark)" TR55, manufactured by Ms. Chemie Japan KK), 7.5 parts of an epoxy resin ("jER (registered trademark)" 828, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) and a curing agent 2.5 parts of "Tomide (registered trademark) # 296, manufactured by T & K Toka Co., Ltd." were added to a mixed solvent of 300 parts of chloroform and 100 parts of methanol to obtain a homogeneous solution. Next, using a spray gun for coating, the obtained uniform solution was sprayed in the form of a mist toward the liquid surface of the stirring 3000 parts of n-hexane to precipitate a solute. The precipitated solid was separated by filtration, washed well with n-hexane, and vacuum-dried at 100 ° C. for 24 hours to obtain spherical epoxy-modified polyamide particles having a semi-IPN structure.

(5)その他の構成要素:エポキシ樹脂[B]に可溶な熱可塑性樹脂
・ポリエーテルスルホン(製品名:“スミカエクセル(登録商標)”PES5003P、住友化学(株)社製)。
(5) Other components: thermoplastic resin / polyether sulfone soluble in epoxy resin [B] (product name: "Sumika Excel (registered trademark)" PES5003P, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.).

<評価方法>
以下の測定方法を用いて各実施例のエポキシ樹脂組成物およびプリプレグを測定した。
<Evaluation method>
The epoxy resin composition and prepreg of each example were measured using the following measurement methods.

(1)プリプレグのエポキシ樹脂組成物の含浸率φの測定
プリプレグをナイフにより切断し、その破面をSEM(“VHX(商標登録)”D510、キーエンス社製)により観察し、前記手法に従い、含浸率φ=(エポキシ樹脂組成物が付着していない炭素繊維の本数)/(単位幅あたりに存在する炭素繊維の総本数)とした。
(1) Measurement of impregnation rate φ of epoxy resin composition of prepreg The prepreg was cut with a knife, and the fracture surface was observed by SEM (“VHX (registered trademark)” D510, manufactured by KEYENCE CORPORATION). The ratio φ = (the number of carbon fibers to which the epoxy resin composition does not adhere) / (the total number of carbon fibers existing per unit width).

(2)局在化パラメータσの測定
プリプレグをナイフにより切断し、その破面をSEM(“VHX(商標登録)”D510、キーエンス社製)により観察し、各炭素繊維の中心点の座標を取得し、前記手法に従い、局在化パラメータσを算出した。
(2) Measurement of localization parameter σ The prepreg is cut with a knife, and the fracture surface is observed with a SEM (“VHX (registered trademark)” D510, manufactured by Keyence Corporation) to obtain the coordinates of the center point of each carbon fiber. Then, the localization parameter σ was calculated according to the above method.

(3)面内方向の浸透係数K
前記手法に従い、繊維配向方向100mm、繊維垂直方向50mmの短冊状プリプレグを8層積層し、プリプレグ積層体の繊維方向に流れる空気量、プリプレグ両端の気圧Pa、Pvを測定した。また、式1に従い、面内方向の浸透係数Kを評価した。
(3) Permeability coefficient K in the in-plane direction
Eight layers of strip-shaped prepregs having a fiber orientation direction of 100 mm and a fiber vertical direction of 50 mm were laminated according to the above-mentioned method, and the amount of air flowing in the fiber direction of the prepreg laminate and the pressures Pa and Pv at both ends of the prepreg were measured. In addition, the in-plane permeation coefficient K was evaluated according to Equation 1.

(4)プリプレグのハンドリング性
23℃の環境下でプリプレグをナイフで切断した際に、その端部に発生する毛羽、積層時のプリプレグの面外方向の剥離、積層時の貼り合わせによる修正のしやすさを確認し、以下の基準によりその優劣を判断した。
A :良好
B :積層可能であるが、端部から一部の毛羽が発生
C :積層可能であるが、端部から毛羽が発生し、貼り合わせの修正も工夫を要する
D :不良。
(4) Handling property of prepreg When the prepreg is cut with a knife in an environment of 23 ° C, fluff generated at the end thereof, peeling of the prepreg in an out-of-plane direction at the time of lamination, and correction by lamination at the time of lamination. Ease was confirmed, and the superiority was judged based on the following criteria.
A: Good B: Lamination is possible, but some fluff is generated from the end C: Lamination is possible, but fuzz is generated from the end, and it is necessary to devise correction of bonding D: Poor.

(5)繊維強化複合材料のボイド率測定
縦300mm×横150mmのプリプレグを一方向に8枚積層し、プリプレグ積層体とした後、プリプレグ積層体の両表面に厚さ100μmのPTFEフィルムを配置し、厚さ10mmのアルミ板の上にのせ、ナイロンフィルムで覆った。さらに、25℃環境下で、プリプレグ積層体の周囲の真空度を3kPaとし、3時間放置し、揮発分を除去した。その後、真空度を3kPaに維持したまま1.5℃/分の速度で120℃の温度まで昇温して180分間保持し、さらに1.5℃/分の速度で180℃の温度まで昇温して120分間保持し、樹脂を硬化させることにより、繊維強化複合材料を得た。この繊維強化複合材料から縦10mm×横10mmのサンプル片を3個切り出し、その断面を研磨後、繊維強化複合材料の上下面が視野内に収まるように50倍のレンズを用いて光学顕微鏡で観察し、画像を取得した。取得画像から、ボイド領域と総断面積の割合を算出することにより各画像のボイド率を算出した。同様の作業を各サンプルにつき3箇所、合計9箇所実施し、その平均値を各評価水準のボイド率とした。
(5) Measurement of void ratio of fiber reinforced composite material Eight prepregs having a length of 300 mm and a width of 150 mm are laminated in one direction to form a prepreg laminate, and a PTFE film having a thickness of 100 μm is arranged on both surfaces of the prepreg laminate. And placed on a 10 mm thick aluminum plate and covered with a nylon film. Further, in a 25 ° C. environment, the degree of vacuum around the prepreg laminate was set to 3 kPa, and the mixture was left for 3 hours to remove volatile components. Thereafter, while maintaining the degree of vacuum at 3 kPa, the temperature is raised to a temperature of 120 ° C. at a rate of 1.5 ° C./min and maintained for 180 minutes. After holding for 120 minutes to cure the resin, a fiber-reinforced composite material was obtained. Three sample pieces of 10 mm length x 10 mm width were cut out from this fiber reinforced composite material, and after polishing the cross section, observed with an optical microscope using a 50x lens so that the upper and lower surfaces of the fiber reinforced composite material were within the field of view. And then I got the image. The void ratio of each image was calculated by calculating the ratio of the void area to the total cross-sectional area from the acquired image. The same operation was performed at three places for each sample, that is, nine places in total, and the average value was defined as the void ratio of each evaluation level.

<実施例1>
60質量部の“アラルダイト(登録商標)”MY721および40質量部の“jER(登録商標)”825を混練機中に加え、さらに12質量部の“スミカエクセル(登録商標)”PES5003Pを加えて加熱溶解させ、次いで硬化剤としてセイカキュアSを46質量部混練して、エポキシ樹脂に不溶な熱可塑樹脂を含まないエポキシ樹脂組成物(第1フィルム用)を作製した。同様に、60質量部の“アラルダイト(登録商標)”MY721および40質量部の“jER(登録商標)”825を混練機中に加え、さらに12質量部の“スミカエクセル(登録商標)”PES5003Pを加えて加熱溶解させ、熱可塑性樹脂粒子であるポリアミド微粒子を45質量部混練し、次いで硬化剤として“セイカキュアS”を46質量部混練して、エポキシ樹脂に不溶な熱可塑樹脂を含むエポキシ樹脂組成物(第2フィルム用)を作製した。
<Example 1>
60 parts by mass of "Araldite (registered trademark)" MY721 and 40 parts by mass of "jER (registered trademark)" 825 are added to a kneader, and further 12 parts by mass of "Sumika Excel (registered trademark)" PES5003P are added and heated. Then, 46 parts by mass of Seika Cure S as a curing agent was kneaded to prepare an epoxy resin composition (for the first film) containing no thermoplastic resin insoluble in the epoxy resin. Similarly, 60 parts by mass of "Araldite (registered trademark)" MY721 and 40 parts by mass of "jER (registered trademark)" 825 are added to a kneader, and further 12 parts by mass of "Sumika Excel (registered trademark)" PES5003P are added. In addition, the mixture is heated and melted, and 45 parts by mass of polyamide fine particles, which are thermoplastic resin particles, are kneaded. Then, 46 parts by mass of "Seika Cure S" is kneaded as a curing agent, and an epoxy resin composition containing a thermoplastic resin insoluble in an epoxy resin. A product (for the second film) was produced.

作製した2種のエポキシ樹脂組成物をそれぞれナイフコーターで52g/mとなるように離型紙に塗布し、熱可塑性樹脂粒子を含まない樹脂フィルムおよび、熱可塑性樹脂粒子を含む樹脂フィルムを得た。ここで熱可塑性樹脂粒子を含まない樹脂フィルムを第1フィルム、熱可塑性樹脂を含む樹脂フィルムを第2フィルムとする。次に、炭素繊維を一方向に190g/mとなるように配列し、炭素繊維シートとした後、片面に第1フィルムを貼り付け、表面温度100℃のローラーを押し当てながら樹脂を含浸させた。続いて、前記炭素繊維シートの裏面にポリアミド微粒子を含む第2フィルムを表面温度100℃のローラーを押し当てながら含浸した。このようにして、樹脂質量分率が35%の1次プリプレグを作製した。
さらにこの1次プリプレグを2つ作製し、互いに熱可塑性樹脂粒子を含む樹脂フィルムが外側となるように積層し、両表面に熱可塑粒子が配置された炭素繊維目付380g/mのプリプレグを作製した。
Each of the two prepared epoxy resin compositions was applied to release paper with a knife coater so as to be 52 g / m 2 to obtain a resin film containing no thermoplastic resin particles and a resin film containing thermoplastic resin particles. . Here, a resin film containing no thermoplastic resin particles is referred to as a first film, and a resin film containing a thermoplastic resin is referred to as a second film. Next, carbon fibers are arranged in one direction at 190 g / m 2 to form a carbon fiber sheet. Then, a first film is stuck on one side and impregnated with resin while pressing a roller having a surface temperature of 100 ° C. Was. Subsequently, the back surface of the carbon fiber sheet was impregnated with a second film containing polyamide fine particles while pressing a roller having a surface temperature of 100 ° C. Thus, a primary prepreg having a resin mass fraction of 35% was produced.
Furthermore, two primary prepregs were prepared and laminated so that the resin films containing the thermoplastic resin particles were on the outside of each other, and a prepreg with a carbon fiber weight of 380 g / m 2 having thermoplastic particles disposed on both surfaces was prepared. did.

<実施例2、3:通気量、ハンドリング性、ボイド率に対する含浸度の影響検証>
第1フィルムを転写する際のローラー表面温度を、実施例2は120℃、実施例3は140℃にした以外は実施例1と同様の方法でプリプレグを作製し、繊維強化複合材料を得た。
<Examples 2 and 3: Influence of impregnation degree on air permeability, handleability, and void ratio>
A prepreg was prepared in the same manner as in Example 1 except that the roller surface temperature when transferring the first film was 120 ° C. in Example 2 and 140 ° C. in Example 3 to obtain a fiber-reinforced composite material. .

<比較例1:未含浸部の位置が中央付近となる場合>
60質量部の“アラルダイト(登録商標)”MY721および40質量部の“jER(登録商標)”825を混練機中に加え、さらに12質量部の“スミカエクセル(登録商標)”PES5003Pを加えて加熱溶解させ、熱可塑性樹脂粒子であるポリアミド微粒子を23質量部混練し、次いで硬化剤として“セイカキュアS”を46質量部混練して、エポキシ樹脂に不溶な熱可塑樹脂を含むエポキシ樹脂組成物を作製した。
<Comparative Example 1: When the position of the unimpregnated portion is near the center>
60 parts by mass of "Araldite (registered trademark)" MY721 and 40 parts by mass of "jER (registered trademark)" 825 are added to a kneader, and further 12 parts by mass of "Sumika Excel (registered trademark)" PES5003P are added and heated. Dissolve and knead 23 parts by mass of polyamide fine particles which are thermoplastic resin particles, and then knead 46 parts by mass of "Seika Cure S" as a curing agent to prepare an epoxy resin composition containing a thermoplastic resin insoluble in epoxy resin. did.

次に、作製したエポキシ樹脂組成物をそれぞれナイフコーターで104g/mとなるように離型紙に塗布し、熱可塑性樹脂粒子を含む樹脂フィルムを得た。次に、炭素繊維を一方向に380g/mとなるように配列し、炭素繊維シートとした後、両面に前記樹脂フィルムを貼り付け、表面温度140℃のローラーを押し当てながら樹脂を含浸させた。このようにして、樹脂質量分率が35%のプリプレグを作製した。 Next, each of the prepared epoxy resin compositions was applied to release paper at 104 g / m 2 by a knife coater to obtain a resin film containing thermoplastic resin particles. Next, after arranging carbon fibers in one direction so as to be 380 g / m 2, and forming a carbon fiber sheet, the resin film is attached to both surfaces and impregnated with the resin while pressing a roller having a surface temperature of 140 ° C. Was. Thus, a prepreg having a resin mass fraction of 35% was produced.

比較例1は実施例2と同等の含浸度ではあるが、未含浸部がプリプレグ表面に局在化しておらず、局在化パラメータも小さいが、面内方向の浸透係数も小さく、ボイドも多発していた。   Comparative Example 1 has the same degree of impregnation as that of Example 2, but the unimpregnated portion is not localized on the prepreg surface, the localization parameter is small, the in-plane direction has a small permeability coefficient, and the number of voids is large. Was.

<比較例2、3:含浸度とハンドリング性およびボイド>
第1フィルム用エポキシ樹脂組成物および第2フィルム用のエポキシ樹脂組成物の“スミカエクセル(登録商標)”PES5003Pの含有量を比較例2ではそれぞれ12質量部、18質量部、比較例3ではそれぞれ8質量部、8質量部とし、第1フィルムを転写する際のローラー表面温度を比較例2では70℃、比較例3では130℃、第2フィルムを転写する際のローラー表面温度を比較例2では70℃、比較例3では120℃とする以外は、実施例1と同様の方法でプリプレグを作製し、繊維強化複合材料を得た。
<Comparative Examples 2, 3: Impregnation degree, handleability, and void>
The content of "SUMIKAEXCEL (registered trademark)" PES5003P of the epoxy resin composition for the first film and the epoxy resin composition for the second film was 12 parts by mass and 18 parts by mass in Comparative Example 2, respectively, and in Comparative Example 3, respectively. The roller surface temperature when transferring the first film was 70 ° C. in Comparative Example 2, 130 ° C. in Comparative Example 3, and the roller surface temperature when transferring the second film was Comparative Example 2. Then, a prepreg was prepared in the same manner as in Example 1 except that the temperature was set to 70 ° C. and the temperature was set to 120 ° C. in Comparative Example 3 to obtain a fiber-reinforced composite material.

実施例1〜3と比較して、含浸度φの低い比較例2ではプリプレグのハンドリングに難があり、また、含浸度φの高い比較例3ではボイドが多発していた。   As compared with Examples 1 to 3, Comparative Example 2 having a low impregnation degree φ had difficulty in handling the prepreg, and Comparative Example 3 having a high impregnation degree generated many voids.

Figure 2020045481
Figure 2020045481

1:エポキシ樹脂組成物
2:エポキシ樹脂に不溶な熱可塑性樹脂
3:層間形成層
4:中央の含浸層
5:強化繊維
6:強化繊維層
7:未含浸層
8:等分線
9:プリプレグ積層体
10:シーラント
11:カバーフィルム
12:金属板
13:ガラステープ
14:空気流量計
15:通気口
16:圧力計
17:真空ポンプ
1: epoxy resin composition 2: thermoplastic resin insoluble in epoxy resin 3: interlayer forming layer 4: central impregnated layer 5: reinforcing fiber 6: reinforcing fiber layer 7: unimpregnated layer 8: equidistant line 9: prepreg lamination Body 10: Sealant 11: Cover film 12: Metal plate 13: Glass tape 14: Air flow meter 15: Vent 16: Pressure gauge 17: Vacuum pump

Claims (8)

層状に配置された強化繊維[A]に、エポキシ樹脂[B]および硬化剤[C]を含むエポキシ樹脂組成物が部分的に含浸されてなるプリプレグであって、その含浸率φが30〜95%であって、該エポキシ樹脂[B]に不溶な熱可塑性樹脂[D]がプリプレグ両側表面に偏在しており、かつ該強化繊維[A]の層において、エポキシ樹脂組成物の未含浸部がプリプレグの両側表面近傍に局在化しており、かつ該局在化の度合いを規定する局在化パラメータσが、0.10<σ<0.45の範囲にあるプリプレグ。   A prepreg in which an epoxy resin composition containing an epoxy resin [B] and a curing agent [C] is partially impregnated in a reinforcing fiber [A] arranged in a layered manner, and the impregnation rate φ is 30 to 95. %, The thermoplastic resin [D] insoluble in the epoxy resin [B] is unevenly distributed on both surfaces of the prepreg, and the unimpregnated portion of the epoxy resin composition in the layer of the reinforcing fiber [A] A prepreg that is localized near both surfaces of the prepreg and has a localization parameter σ defining the degree of localization in the range of 0.10 <σ <0.45. 面内方向の浸透係数Kが1.1×(1−φ/100)×10−13[m]以上である、請求項1に記載のプリプレグ。 2. The prepreg according to claim 1, wherein the in-plane direction has a permeability coefficient K of 1.1 × (1−φ / 100) × 10 −13 [m 2 ] or more. 強化繊維[A]が一方向に配列した連続繊維である、請求項1または2に記載のプリプレグ。   The prepreg according to claim 1 or 2, wherein the reinforcing fibers [A] are continuous fibers arranged in one direction. 強化繊維[A]が織物形態である、請求項1または2に記載のプリプレグ。   The prepreg according to claim 1 or 2, wherein the reinforcing fiber [A] is in a woven form. 熱可塑性樹脂[D]の含有量がプリプレグ両面において同等である、請求項1〜4のいずれかに記載のプリプレグ。   The prepreg according to any one of claims 1 to 4, wherein the content of the thermoplastic resin [D] is the same on both sides of the prepreg. 請求項1〜5のいずれかに記載のプリプレグの両側表面に離型シートが付着されてなる離型シート付プリプレグ。   A prepreg with a release sheet comprising a release sheet attached to both surfaces of the prepreg according to any one of claims 1 to 5. プリプレグの両側表面の離型シートのうち、片側が離型紙であり、反対側がプラスチックフィルムである、請求項6に記載の離型シート付プリプレグ。   The prepreg with a release sheet according to claim 6, wherein, of the release sheets on both surfaces of the prepreg, one side is release paper and the other side is a plastic film. 請求項1〜5のいずれかに記載のプリプレグを硬化してなる繊維強化複合材料。   A fiber-reinforced composite material obtained by curing the prepreg according to claim 1.
JP2019155360A 2018-09-18 2019-08-28 Prepreg, prepreg with release sheet, and fiber-reinforced composite material Pending JP2020045481A (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018173280 2018-09-18
JP2018173280 2018-09-18

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2020045481A true JP2020045481A (en) 2020-03-26

Family

ID=69900830

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019155360A Pending JP2020045481A (en) 2018-09-18 2019-08-28 Prepreg, prepreg with release sheet, and fiber-reinforced composite material

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2020045481A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5971325B2 (en) Prepreg, fiber reinforced composite material, and method for producing fiber reinforced composite material
EP3196238B1 (en) Notched pre-preg and notched pre-preg sheet
JP7006594B2 (en) Prepreg and fiber reinforced composites
WO2004009314A1 (en) Prepreg, intermediate material for forming frp, and method for production thereof and method for production of fiber-reinforced composite material
EP2607411A1 (en) Improvements in or relating to fibre reinforced materials
CN109196026B (en) Prepreg and method for producing same
WO2011148237A1 (en) Structured thermoplastic in composite interleaves
JP5173358B2 (en) Prepreg with protective film
JP7354841B2 (en) Prepreg, prepreg with release sheet, prepreg laminate, fiber reinforced composite material, and prepreg manufacturing method
JP6956300B1 (en) Reinforced fiber stitch base material, preform material, and fiber reinforced composite material, and methods for manufacturing them.
JP2008050587A (en) Prepreg and composite material
JP5034176B2 (en) Preform binder composition, preform reinforcing fiber substrate, preform manufacturing method, and fiber reinforced composite material manufacturing method
JP2020045481A (en) Prepreg, prepreg with release sheet, and fiber-reinforced composite material
JP2023067347A (en) laminate