JP2022190471A - Thermoplastic resin prepreg and method for manufacturing the same - Google Patents

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顕通 小田
Akimichi Oda
貴也 鈴木
Takaya Suzuki
大久朗 小林
Takuro Kobayashi
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Abstract

To provide a prepreg that has a high surface smoothness and hardly causes deformation or wrinkle during thermal processing, and a method for manufacturing the prepreg.SOLUTION: There is provided a thermoplastic resin prepreg comprising: a fiber-reinforced base material; and a thermoplastic resin composition partially or wholly impregnated in the fiber-reinforced base material, wherein the thermoplastic resin composition contains a crystalline thermoplastic resin, a crystallinity obtained by differential scanning calorimetry of the crystalline thermoplastic resin in the thermoplastic resin prepreg is 25 to 50%, and a crystallinity obtained by wide-angle X-ray diffraction measurement is 3% or more.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、熱可塑性樹脂プリプレグ、及びその製造方法に関する。より具体的には、表面の平滑性及び加熱成形時の熱加工性が高い熱可塑性樹脂プリプレグ、及びその製造方法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a thermoplastic resin prepreg and a method for producing the same. More specifically, the present invention relates to a thermoplastic resin prepreg with high surface smoothness and high thermal processability during thermoforming, and a method for producing the same.

強化繊維と樹脂とからなる繊維強化複合材料は、軽量、高強度、高弾性率等の特長を有し、航空機、スポーツ・レジャー、一般産業に広く応用されている。この繊維強化複合材料は、強化繊維と、マトリクス樹脂と呼ばれる樹脂と、が予め一体化されているプリプレグを経由して製造されることが多い。 Fiber-reinforced composite materials, which consist of reinforcing fibers and resins, have features such as light weight, high strength, and high elastic modulus, and are widely used in aircraft, sports/leisure, and general industries. This fiber-reinforced composite material is often manufactured via a prepreg in which reinforcing fibers and a resin called matrix resin are integrated in advance.

従来、高度の機械的特性や耐熱性等を要求される航空・宇宙分野や、産業分野などでは、マトリクス樹脂として、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂が主に使用されている。しかし、これらの熱硬化性樹脂は、脆く、耐衝撃性に劣るという欠点を有する。そのため、特に航空・宇宙分野では、得られる複合材料の耐衝撃性や、成形コストの観点から、熱可塑性樹脂をマトリクス樹脂として使用することが検討されている。 Conventionally, thermosetting resins such as unsaturated polyester resins, epoxy resins, and polyimide resins are mainly used as matrix resins in the aerospace and industrial fields, which require advanced mechanical properties and heat resistance. It is However, these thermosetting resins have the drawback of being brittle and having poor impact resistance. Therefore, especially in the field of aerospace, the use of thermoplastic resins as matrix resins has been studied from the viewpoint of the impact resistance of composite materials to be obtained and molding costs.

熱可塑性樹脂の中でも、航空・宇宙分野においては、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)やポリエーテルケトンケトン(PEKK)などのポリアリールエーテルケトン(PAEK)が、耐熱性、耐薬品性、機械強度に優れるため、期待されている。 Among thermoplastic resins, polyaryletherketones (PAEK) such as polyetheretherketone (PEEK) and polyetherketoneketone (PEKK) are excellent in heat resistance, chemical resistance, and mechanical strength in the aerospace field. Therefore, it is expected.

しかし、このような融点が高い熱可塑性樹脂を用いてプリプレグを作製すると、プリプレグ表面に凹凸が生じて表面平滑性が十分に高くならない場合がある。また、プリプレグを高温で熱加工する際に、変形やシワが生じる場合がある。 However, when a prepreg is produced using such a thermoplastic resin having a high melting point, irregularities may occur on the prepreg surface and the surface smoothness may not be sufficiently high. Moreover, deformation and wrinkles may occur when the prepreg is thermally processed at a high temperature.

特許文献1には、複合材料の表面の均一性および硬さが比較的不完全であることに起因する積層の困難性を改善するために、熱溶融接着剤の薄い層をプリプレグ表面に具備するプリプレグの製造方法であり、十分な熱と圧力を適用することによって共に接合できるプリプレグの製造技術を提供している。 US Pat. No. 5,300,005 discloses providing a thin layer of hot melt adhesive on the surface of a prepreg to improve lamination difficulties due to relatively imperfect uniformity and hardness of the composite surface. A method of manufacturing prepregs provides techniques for manufacturing prepregs that can be bonded together by applying sufficient heat and pressure.

特許文献2には、熱可塑性樹脂プリプレグ同士を積層する、または、熱可塑性プリプレグを用いてインサート(またはアウトサート)成形する際に、熱可塑性樹脂プリプレグのマトリックス樹脂そのものの種類による機械特性の低下を発生させることなくプリプレグ表面の接着性を効率よく向上し、それを用いた予備成形体および/または複合成形体の成形時の望ましい接着性を確保することを可能とした熱可塑性樹脂プリプレグ、それを用いた予備成形体および複合成形体、ならびにそれらの製造方法を提供することにある。 In Patent Document 2, when thermoplastic resin prepregs are laminated together or insert (or outsert) molding is performed using thermoplastic prepregs, deterioration in mechanical properties due to the type of matrix resin itself of thermoplastic resin prepregs is described. A thermoplastic resin prepreg capable of efficiently improving the adhesiveness of the prepreg surface without causing the prepreg surface and ensuring desirable adhesiveness during molding of a preform and/or a composite molded article using the same, An object of the present invention is to provide a preform and a composite formed article and methods for producing them.

この問題に対し、熱可塑性樹脂プリプレグに樹脂を塗布する方法は、プリプレグ同士の表面不均一性に起因するため、成形時のプリプレグの不均一性の解消にはつながらないため、成形時に残留応力の除去ができずに皺を抑制するには不十分である。
To solve this problem, the method of applying resin to the thermoplastic resin prepreg is due to the surface unevenness of the prepregs, so it does not lead to the elimination of the unevenness of the prepreg during molding. It is insufficient to suppress wrinkles without being able to

特開平2-1303号公報JP-A-2-1303 国際公開WO2013/008720号公報International publication WO2013/008720

本発明の課題は、プリプレグ自体の表面平滑性が高く、且つ熱加工時における変形やシワが生じ難いプリプレグを提供すること、及び当該プリプレグの製造方法を提供することである。
An object of the present invention is to provide a prepreg that has high surface smoothness and that is less likely to be deformed or wrinkled during thermal processing, and to provide a method for producing the prepreg.

本発明者は、熱加工時に生じるシワの原因は、プリプレグ中に残存する内部応力やマトリクス樹脂結晶の異方性にあると考え、そのような内部応力の緩和、及びマトリクス樹脂結晶の等方化について検討した。その結果、マトリクス樹脂の結晶化度を所定範囲とすることにより、上記課題を解決出来ることを見出した。そして、そのような結晶化度の調整は、プリプレグの製造時における面圧及び温度条件を制御することによって達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。 The present inventor believes that the cause of wrinkles that occur during heat processing is the internal stress remaining in the prepreg and the anisotropy of the matrix resin crystals, and the relaxation of such internal stress and the isotropic transformation of the matrix resin crystals was considered. As a result, the inventors have found that the above problems can be solved by setting the crystallinity of the matrix resin within a predetermined range. Further, the inventors have found that such adjustment of the crystallinity can be achieved by controlling the surface pressure and temperature conditions during the production of the prepreg, and have completed the present invention.

上記目的を達成する本発明は、以下に記載のものである。 The present invention for achieving the above object is as described below.

〔1〕 繊維強化基材と、前記繊維強化基材内に一部又は全部が含浸されている熱可塑性樹脂組成物と、を含んで成る熱可塑性樹脂プリプレグであって、
前記熱可塑性樹脂組成物が結晶性熱可塑性樹脂を含み、
前記熱可塑性樹脂プリプレグにおいて、前記結晶性熱可塑性樹脂の示差走査熱量測定により得られる結晶化度が25~50[%]であり、かつ広角X線回折測定により得られる結晶化度が3[%]以上であることを特徴とする熱可塑性樹脂プリプレグ。
[1] A thermoplastic resin prepreg comprising a fiber-reinforced base material and a thermoplastic resin composition partially or wholly impregnated in the fiber-reinforced base material,
The thermoplastic resin composition contains a crystalline thermoplastic resin,
In the thermoplastic resin prepreg, the crystallinity obtained by differential scanning calorimetry of the crystalline thermoplastic resin is 25 to 50 [%], and the crystallinity obtained by wide-angle X-ray diffraction measurement is 3 [%]. ] A thermoplastic resin prepreg characterized by the above.

〔2〕 前記熱可塑性樹脂組成物における前記結晶性熱可塑性樹脂の割合が60~100[質量%]である〔1〕に記載の熱可塑性樹脂プリプレグ。 [2] The thermoplastic resin prepreg according to [1], wherein the proportion of the crystalline thermoplastic resin in the thermoplastic resin composition is 60 to 100 [mass %].

〔3〕 前記結晶性熱可塑性樹脂のガラス転移温度が100[℃]以上である〔1〕に記載の熱可塑性樹脂プリプレグ。 [3] The thermoplastic resin prepreg according to [1], wherein the crystalline thermoplastic resin has a glass transition temperature of 100[° C.] or higher.

〔4〕 前記結晶性熱可塑性樹脂がポリエーテルケトンケトンである〔1〕に記載の熱可塑性樹脂プリプレグ。 [4] The thermoplastic resin prepreg according to [1], wherein the crystalline thermoplastic resin is polyetherketoneketone.

〔5〕 前記繊維強化基材が炭素繊維で構成されている〔1〕に記載の熱可塑性樹脂プリプレグ。 [5] The thermoplastic resin prepreg according to [1], wherein the fiber-reinforced base material is composed of carbon fibers.

〔6〕 繊維強化基材と、結晶性熱可塑性樹脂を含む熱可塑性樹脂組成物と、を含んで成り、前記繊維強化基材内に前記熱可塑性樹脂組成物の一部又は全部が含浸されている熱可塑性樹脂プリプレグの製造方法であって、
前記繊維強化基材内に前記熱可塑性樹脂組成物が含浸されている状態で、又は前記繊維強化基材内に前記熱可塑性樹脂組成物を含浸する際に、前記熱可塑性樹脂組成物の融点以上で加圧加熱し、
次いで、面圧0.5~7.5[MPa]で加圧しながら、前記結晶性熱可塑性樹脂のガラス転移温度以下まで加圧冷却することを特徴とする熱可塑性樹脂プリプレグの製造方法。
[6] A fiber-reinforced base material and a thermoplastic resin composition containing a crystalline thermoplastic resin, wherein part or all of the thermoplastic resin composition is impregnated into the fiber-reinforced base material. A method for producing a thermoplastic resin prepreg comprising:
In a state in which the thermoplastic resin composition is impregnated in the fiber-reinforced base material, or when the thermoplastic resin composition is impregnated in the fiber-reinforced base material, the melting point of the thermoplastic resin composition is Pressurize and heat with
Next, a method for producing a thermoplastic resin prepreg, characterized by pressurizing and cooling to a glass transition temperature or lower of the crystalline thermoplastic resin while applying a surface pressure of 0.5 to 7.5 [MPa].

〔7〕 前記加圧加熱時の面圧が0.5~7.5[MPa]である〔6〕に記載の熱可塑性樹脂プリプレグの製造方法。 [7] The method for producing a thermoplastic resin prepreg according to [6], wherein the surface pressure during pressurization and heating is 0.5 to 7.5 [MPa].

〔8〕 前記加圧加熱及び前記加圧冷却がダブルベルトプレス装置で行われる〔6〕に記載の熱可塑性樹脂プリプレグの製造方法。 [8] The method for producing a thermoplastic resin prepreg according to [6], wherein the pressurized heating and the pressurized cooling are performed by a double belt press device.

〔9〕 前記熱可塑性樹脂組成物における前記結晶性熱可塑性樹脂の割合が60~100[質量%]である〔6〕に記載の熱可塑性樹脂プリプレグの製造方法。 [9] The method for producing a thermoplastic resin prepreg according to [6], wherein the proportion of the crystalline thermoplastic resin in the thermoplastic resin composition is 60 to 100 [mass%].

〔10〕 前記結晶性熱可塑性樹脂のガラス転移温度が100[℃]以上である〔6〕に記載の熱可塑性樹脂プリプレグの製造方法。 [10] The method for producing a thermoplastic resin prepreg according to [6], wherein the crystalline thermoplastic resin has a glass transition temperature of 100[°C] or more.

〔11〕 前記結晶性熱可塑性樹脂がポリエーテルケトンケトンである〔6〕に記載の熱可塑性樹脂プリプレグの製造方法。 [11] The method for producing a thermoplastic resin prepreg according to [6], wherein the crystalline thermoplastic resin is polyetherketoneketone.

〔12〕 前記繊維強化基材が炭素繊維で構成されている〔6〕に記載の熱可塑性樹脂プリプレグの製造方法。
[12] The method for producing a thermoplastic resin prepreg according to [6], wherein the fiber-reinforced base material is made of carbon fiber.

本発明の熱可塑性樹脂プリプレグは、加熱成形前における表面平滑性が高く、且つ熱加工時において変形やシワが生じ難い。そのため、繊維強化複合材料の成形性を高くすることができる。
The thermoplastic resin prepreg of the present invention has high surface smoothness before thermoforming, and is less likely to be deformed or wrinkled during thermal processing. Therefore, the moldability of the fiber-reinforced composite material can be enhanced.

以下、本発明を詳細に説明する。
なお、本願明細書において、プリプレグとは、繊維強化複合材料の一種であるが、特に目的とする形状の繊維強化複合材料になる前の状態のものをいう。繊維強化複合材料とは、目的とする形状に成形された後のものをいう。
The present invention will be described in detail below.
In the specification of the present application, prepreg is a type of fiber-reinforced composite material, and refers to a state before becoming a fiber-reinforced composite material having a particularly desired shape. A fiber-reinforced composite material refers to a material after it has been molded into a desired shape.

1. 熱可塑性樹脂プリプレグ
本発明の熱可塑性樹脂プリプレグは、繊維強化基材と、前記繊維強化基材内に一部又は全部が含浸されている熱可塑性樹脂組成物と、を含んで成る熱可塑性樹脂プリプレグである。
本発明の熱可塑性樹脂プリプレグにおいては、結晶性熱可塑性樹脂が示差走査熱量測定により得られる結晶化度25~50[%]で存在しており、かつ広角X線回折測定により得られる結晶化度が3[%]以上で存在している。
1. Thermoplastic resin prepreg The thermoplastic resin prepreg of the present invention is a thermoplastic resin prepreg comprising a fiber-reinforced base material and a thermoplastic resin composition partially or wholly impregnated in the fiber-reinforced base material. is.
In the thermoplastic resin prepreg of the present invention, the crystalline thermoplastic resin exists at a crystallinity of 25 to 50 [%] obtained by differential scanning calorimetry, and a crystallinity obtained by wide-angle X-ray diffraction measurement. exists at 3 [%] or more.

(1) 繊維強化基材
本発明の強化繊維基材として用いる強化繊維は、特に制限はなく、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、炭化ケイ素繊維、ポリエステル繊維、セラミック繊維、アルミナ繊維、ボロン繊維、金属繊維、鉱物繊維、岩石繊維及びスラッグ繊維などが挙げられる。
(1) Fiber Reinforcing Substrate The reinforcing fiber used as the reinforcing fiber substrate of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include carbon fiber, glass fiber, aramid fiber, silicon carbide fiber, polyester fiber, ceramic fiber, alumina fiber, boron Fibers, metal fibers, mineral fibers, rock fibers, slag fibers and the like.

これらの強化繊維の中でも、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維が好ましい。比強度、比弾性率が良好で、軽量かつ高強度の繊維強化複合材料が得られる点で、炭素繊維がより好ましい。引張強度に優れる点でポリアクリロニトリル(PAN)系炭素繊維が特に好ましい。 Among these reinforcing fibers, carbon fibers, glass fibers, and aramid fibers are preferred. Carbon fiber is more preferable because it has good specific strength and specific modulus, and provides a lightweight and high-strength fiber-reinforced composite material. Polyacrylonitrile (PAN)-based carbon fibers are particularly preferred because of their excellent tensile strength.

強化繊維にPAN系炭素繊維を用いる場合、その引張弾性率は、100~600[GPa]であることが好ましく、200~500[GPa]であることがより好ましく、230~450[GPa]であることが特に好ましい。また、引張強度は、2000~10000[MPa]であることが好ましく、3000~8000[MPa]であることがより好ましい。炭素繊維の直径は、4~20[μm]が好ましく、5~10[μm]がより好ましい。このような炭素繊維を用いることにより、得られる繊維強化複合材料の機械的性質を向上できる。 When PAN-based carbon fiber is used as the reinforcing fiber, its tensile modulus is preferably 100 to 600 [GPa], more preferably 200 to 500 [GPa], and 230 to 450 [GPa]. is particularly preferred. Further, the tensile strength is preferably 2000 to 10000 [MPa], more preferably 3000 to 8000 [MPa]. The diameter of the carbon fiber is preferably 4-20 [μm], more preferably 5-10 [μm]. By using such carbon fibers, the mechanical properties of the resulting fiber-reinforced composite material can be improved.

本発明において強化繊維基材は、強化繊維束であってもよく、強化繊維をシート状に形成した強化繊維シートとして用いてもよい。強化繊維をシート状に形成した強化繊維シートを用いることがより好ましい。強化繊維シートとしては、例えば、多数本の強化繊維を一方向に引き揃えたシート(UDシート)や、UDシートを複数、繊維方向を揃えて、または、繊維方向を変えて積層した積層シート、平織や綾織などの二方向織物、多軸織物、不織布、マット、ニット、組紐、強化繊維を抄紙した紙を挙げることができる。これらの中でも、強化繊維を連続繊維としてシート状に形成した、UDシートや、積層シート、二方向織物、多軸織物基材を用いると、より機械物性に優れた繊維強化複合材料が得られるため好ましい。シート状の強化繊維基材の厚さは、0.01~3[mm]が好ましく、0.1~1.5[mm]がより好ましい。 In the present invention, the reinforcing fiber base material may be a reinforcing fiber bundle, or may be used as a reinforcing fiber sheet in which reinforcing fibers are formed into a sheet. It is more preferable to use a reinforcing fiber sheet in which reinforcing fibers are formed into a sheet. As the reinforcing fiber sheet, for example, a sheet (UD sheet) in which a large number of reinforcing fibers are aligned in one direction, a laminated sheet in which a plurality of UD sheets are laminated with the fiber direction aligned or the fiber direction changed, Bidirectional woven fabrics such as plain weaves and twill weaves, multiaxial woven fabrics, non-woven fabrics, mats, knits, braids, and paper made from reinforcing fibers can be mentioned. Among these, UD sheets, laminated sheets, bidirectional woven fabrics, and multiaxial woven fabric substrates formed by forming reinforcing fibers into a sheet form as continuous fibers can be used to obtain fiber-reinforced composite materials with more excellent mechanical properties. preferable. The thickness of the sheet-like reinforcing fiber base material is preferably 0.01 to 3 [mm], more preferably 0.1 to 1.5 [mm].

本発明の熱可塑性樹脂プリプレグ全体における繊維強化基材の含有率は、プリプレグの全質量を基準として、40~85[質量%]であることが好ましく、45~80[質量%]であることがより好ましい。樹脂含有率がこの範囲であると、機械物性により優れた繊維強化複合材料を得ることができる。繊維含有率が高過ぎる場合、得られる繊維強化複合材料に空隙などが発生し、機械物性を低下させる場合がある。繊維含有率が低過ぎる場合、繊維による補強効果が不十分となり、実質的に質量対比機械物性が低いものになる場合がある。
The content of the fiber-reinforced base material in the entire thermoplastic resin prepreg of the present invention is preferably 40 to 85 [mass%], more preferably 45 to 80 [mass%], based on the total mass of the prepreg. more preferred. When the resin content is within this range, a fiber-reinforced composite material with better mechanical properties can be obtained. If the fiber content is too high, voids and the like may occur in the resulting fiber-reinforced composite material, degrading mechanical properties. If the fiber content is too low, the reinforcing effect of the fibers may be insufficient, resulting in substantially low mechanical properties relative to mass.

(2) 熱可塑性樹脂組成物
本発明のプリプレグを構成する熱可塑性樹脂組成物は、結晶性熱可塑性樹脂を必須成分として含む他、必要に応じて非晶性の熱可塑性樹脂やフィラー、顔料等を含んでいても良い。通常、熱硬化性樹脂は含まない。
(2) Thermoplastic resin composition The thermoplastic resin composition constituting the prepreg of the present invention contains a crystalline thermoplastic resin as an essential component, and optionally an amorphous thermoplastic resin, filler, pigment, etc. may contain It usually does not contain thermosetting resin.

結晶性熱可塑性樹脂としては、結晶性の熱可塑性樹脂であれば特に制限されない。具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂;ポリスチレン、ABS、ASなどのポリスチレン系樹脂;ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)などのポリエステル系樹脂;ナイロン6(ポリカプロアミド)、ナイロン66(ポリヘキサメチレンアジパミド)、ナイロン12(ポリドデカンアミド)などのポリアミド樹脂;ポリカーボネート(PC)樹脂;ポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂;ポリエーテルスルホン(PES)樹脂;ポリケトン樹脂;ポリエーテルケトン(PEK)樹脂;ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂;ポリエーテルケトンケトン(PEKK)樹脂;ポリイミド(PI)樹脂;ポリアミドイミド(PAI)樹脂;フッ素樹脂が例示される。特に、ポリエーテルケトンケトン(PEKK)樹脂であることが好ましい。これらの結晶性熱可塑性樹脂は、単独で含有しても良いし、2種以上を含有していてもよい。 The crystalline thermoplastic resin is not particularly limited as long as it is a crystalline thermoplastic resin. Specifically, polyolefin resins such as polyethylene and polypropylene; polystyrene resins such as polystyrene, ABS, and AS; polyester resins such as polyethylene terephthalate (PET) and polybutylene terephthalate (PBT); nylon 6 (polycaproamide). , Polyamide resins such as nylon 66 (polyhexamethylene adipamide), nylon 12 (polydodecanamide); polycarbonate (PC) resin; polyphenylene sulfide (PPS) resin; polyethersulfone (PES) resin; polyketone resin; Ketone (PEK) resin; polyetheretherketone (PEEK) resin; polyetherketoneketone (PEKK) resin; polyimide (PI) resin; polyamideimide (PAI) resin; In particular, polyether ketone ketone (PEKK) resin is preferred. These crystalline thermoplastic resins may be contained singly or in combination of two or more.

結晶性熱可塑性樹脂のガラス転移温度は100[℃]以上であることが好ましく、120[℃]以上であることがより好ましく、130[℃]以上であることが特に好ましい。ガラス転移温度の上限は、280[℃]以下であることが好ましく、230[℃]以下であることがより好ましく、180[℃]以下であることが特に好ましい。ガラス転移温度が低過ぎる場合は、得られる繊維強化複合材料の耐熱性が低くなり好ましくない。ガラス転移温度が高過ぎる場合は、加工性が低くなり、プリプレグとすることが困難である。 The glass transition temperature of the crystalline thermoplastic resin is preferably 100 [° C.] or higher, more preferably 120 [° C.] or higher, and particularly preferably 130 [° C.] or higher. The upper limit of the glass transition temperature is preferably 280[°C] or less, more preferably 230[°C] or less, and particularly preferably 180[°C] or less. If the glass transition temperature is too low, the resulting fiber-reinforced composite material will have low heat resistance, which is undesirable. If the glass transition temperature is too high, workability will be low, making it difficult to form a prepreg.

熱可塑性樹脂組成物の融点は、200[℃]以上であることが好ましく、250[℃]以上であることがより好ましく、280[℃]以上であることがさらに好ましく、300[℃]以上であることが特に好ましい。融点の上限は、400[℃]以下であり、380[℃]以下であることが好ましく、360[℃]以下であることが特に好ましい。熱可塑性樹脂組成物の融点がこの範囲であると、成形性に優れたプリプレグとすることができる。熱可塑性樹脂組成物の融点が高過ぎると、プリプレグを構成する熱可塑性樹脂や含まれる添加剤等が熱分解を引き起こし、得られる繊維強化複合材料の物性が低下する場合がある。 The melting point of the thermoplastic resin composition is preferably 200 [° C.] or higher, more preferably 250 [° C.] or higher, further preferably 280 [° C.] or higher, and 300 [° C.] or higher. It is particularly preferred to have The upper limit of the melting point is 400[°C] or less, preferably 380[°C] or less, and particularly preferably 360[°C] or less. When the melting point of the thermoplastic resin composition is within this range, a prepreg having excellent moldability can be obtained. If the melting point of the thermoplastic resin composition is too high, the thermoplastic resin constituting the prepreg and the additives contained in the prepreg may be thermally decomposed, and the resulting fiber-reinforced composite material may have poor physical properties.

本発明のプリプレグにおける結晶性熱可塑性樹脂は、示差走査熱量測定により得られる結晶化度が25~50[%]で存在しており、35~50[%]で存在していることが好ましく、40~50[%]で存在していることが特に好ましい。結晶化度が低過ぎると、非晶部の再結晶化による体積変化の影響により、熱加工時にシワが生じ易い。 The crystalline thermoplastic resin in the prepreg of the present invention has a degree of crystallinity of 25 to 50 [%] obtained by differential scanning calorimetry, preferably 35 to 50 [%]. It is particularly preferred that it exists at 40 to 50 [%]. If the degree of crystallinity is too low, wrinkles are likely to occur during thermal processing due to the effect of volume change due to recrystallization of the amorphous portion.

本発明において結晶化度は、示差走査熱量計(DSC)を用いて、プリプレグの樹脂融解熱および再結晶化熱を測定することで、以下の式に基づいて算出できる。 In the present invention, the degree of crystallinity can be calculated based on the following formula by measuring the resin melting heat and recrystallization heat of the prepreg using a differential scanning calorimeter (DSC).

Figure 2022190471000001
Figure 2022190471000001

示差走査熱量測定により得られる結晶化度は上記式における試料の再結晶化エンタルピーが小さい場合に高くなるが、再結晶化エンタルピーが小さくなる要因としては、示差走査熱量測定における昇温中の再結晶化が起こりにくいことが挙げられる。この場合は試料中の非晶部の比率が高くなるため、熱加工時の非晶部の体積緩和等の影響によりシワが生じ易くなり好ましくない。再結晶化エンタルピーが小さくなる他の要因としては示差走査熱量測定に供した試料の結晶化度が高いことが挙げられるが、この結晶化度は以下の広角X線回折測定により得られる。 The degree of crystallinity obtained by differential scanning calorimetry increases when the recrystallization enthalpy of the sample in the above formula is small. One of the reasons for this is that it is difficult for scalding to occur. In this case, since the ratio of the amorphous portion in the sample increases, wrinkles are likely to occur due to the effect of volume relaxation of the amorphous portion during thermal processing, which is not preferable. Another factor that reduces the recrystallization enthalpy is the high degree of crystallinity of the sample subjected to differential scanning calorimetry, and this degree of crystallinity can be obtained by the following wide-angle X-ray diffraction measurement.

本発明のプリプレグにおける結晶性熱可塑性樹脂は、広角X線回折測定により得られる結晶化度が3.0[%]以上で存在しており、3.2[%]以上で存在していることが好ましく、3.4[%]以上で存在していることが特に好ましい。結晶化度が低過ぎると、非晶部の再結晶化による体積変化の影響により熱加工時にシワが生じ易くなり好ましくない。 The crystalline thermoplastic resin in the prepreg of the present invention has a degree of crystallinity of 3.0% or more and 3.2% or more as measured by wide-angle X-ray diffraction. is preferred, and it is particularly preferred that it exists at 3.4 [%] or more. If the degree of crystallinity is too low, wrinkles are likely to occur during thermal processing due to the effect of volume change due to recrystallization of the amorphous portion, which is undesirable.

本発明のプリプレグを構成する熱可塑性樹脂組成物における結晶性熱可塑性樹脂の割合は、60~100[質量%]であることが好ましく、80~100[質量%]であることがより好ましく、95~100[質量%]であることが特に好ましい。結晶性熱可塑性樹脂の割合が低過ぎる場合は、プリプレグの熱加工時におけるシワの問題が元来生じ難いが、得られる繊維強化複合材料の耐熱性は低い。
The proportion of the crystalline thermoplastic resin in the thermoplastic resin composition constituting the prepreg of the present invention is preferably 60 to 100 [mass%], more preferably 80 to 100 [mass%]. It is particularly preferable to be up to 100 [mass %]. If the proportion of the crystalline thermoplastic resin is too low, the problem of wrinkles during thermal processing of the prepreg is inherently difficult to occur, but the resulting fiber-reinforced composite material has low heat resistance.

2. 熱可塑性樹脂プリプレグの製造方法
本発明の熱可塑性樹脂プリプレグの製造方法は、繊維強化基材内に上記の熱可塑性樹脂組成物を含浸させた後に、あるいは繊維強化基材内に上記の熱可塑性樹脂組成物を含浸させる際に、所定の条件で加圧加熱し、次いで加圧冷却するプリプレグの製造方法である。以下に、熱可塑性樹脂プリプレグの製造方法を詳細に説明する。
本発明の熱可塑性樹脂プリプレグの製造方法は、特に制限がなく、従来公知のいかなる方法も採用できる。具体的には、熱可塑性樹脂組成物からなるフィルムに強化繊維基材を熱融着させる方法(ホットメルト法)、熱可塑性樹脂の溶液またはエマルジョンに強化繊維基材を浸漬、乾燥後に溶融させる方法、熱可塑性樹脂粉末の床中に強化繊維基材を通し付着させた後、加熱融着させる方法、熱可塑性樹脂粉末のサスペンジョン溶液(懸濁溶液)に強化繊維基材を浸漬して、熱可塑性樹脂粉末を基材に付着させた後、加熱溶融させる方法(パウダーサスペンジョン法)などが例示される。この中でも熱可塑性樹脂を強化繊維の内部まで且つ均一に含浸させることができることから、パウダーサスペンジョン法が好ましく用いられる。
2. Method for producing thermoplastic resin prepreg In the method for producing a thermoplastic resin prepreg of the present invention, the above thermoplastic resin composition is impregnated into the fiber reinforced base material, or the above thermoplastic resin is impregnated into the fiber reinforced base material. In impregnating the composition, the prepreg is produced by pressurizing and heating under predetermined conditions and then pressurizing and cooling. A method for manufacturing a thermoplastic resin prepreg will be described in detail below.
The method for producing the thermoplastic resin prepreg of the present invention is not particularly limited, and any conventionally known method can be employed. Specifically, a method of heat-sealing a reinforcing fiber base material to a film made of a thermoplastic resin composition (hot melt method), a method of immersing a reinforcing fiber base material in a solution or emulsion of a thermoplastic resin, drying it, and then melting it. , a method in which a reinforcing fiber base material is passed through a bed of thermoplastic resin powder and adhered thereto, and then heat-fused; A method (powder suspension method) of heating and melting the resin powder after adhering it to the substrate is exemplified. Among them, the powder suspension method is preferably used because the thermoplastic resin can be uniformly impregnated into the reinforcing fibers.

ホットメルト法を用いる場合、熱可塑性樹脂組成物を樹脂組成物フィルムにする方法としては、従来公知のいずれの方法を用いることもできる。具体的には、ダイ押し出し、アプリケーター、リバースロールコーター、コンマコーターなどを用いて、離型紙やフィルムなどの支持体上に樹脂組成物を流延、キャストをすることにより樹脂組成物フィルムを得ることができる。フィルムを製造する際の樹脂温度は、樹脂組成物の組成や粘度に応じて適宜決定する。樹脂組成物の強化繊維基材への熱融着、繊維層内への含浸は1回で行ってもよいし、複数回に分けて行ってもよい。 When the hot-melt method is used, any conventionally known method can be used as a method for forming a resin composition film from the thermoplastic resin composition. Specifically, using a die extrusion, an applicator, a reverse roll coater, a comma coater, etc., a resin composition film is obtained by casting the resin composition onto a support such as a release paper or a film. can be done. The resin temperature when producing the film is appropriately determined according to the composition and viscosity of the resin composition. The thermal fusion bonding of the resin composition to the reinforcing fiber base material and the impregnation into the fiber layer may be performed once or may be performed in multiple steps.

パウダーサスペンジョン法では、粉末状の熱可塑性樹脂組成物を用いる。繊維強化基材への良好な沈着(繊維間あるいは繊維表面に樹脂粉末が保持された状態)を考慮すると、熱可塑性樹脂粉末の粒子径は50[μm]以下で、取扱性の点からは1[μm]を下回らないのが良く、平均粒子径が5~50[μm]の範囲のものがより好ましい。上記粒度範囲の熱可塑性樹脂粉末は、下述の液体に分散させたとき、その分散性(サスペンジョン中の樹脂粉末の分散性)が安定しており、長時間生産においても、繊維強化基材に樹脂粉末を安定的に沈着できる。なお、上記の平均粒子径は、レーザー回折・散乱法を用いて測定される粒度分布の累積50体積%粒子径(D50)の値を言う。 The powder suspension method uses a powdery thermoplastic resin composition. Considering good deposition on the fiber-reinforced base material (a state in which the resin powder is held between the fibers or on the surface of the fiber), the particle size of the thermoplastic resin powder is 50 [μm] or less, and from the point of handleability, it is 1 [μm] is preferable, and the average particle diameter is preferably in the range of 5 to 50 [μm]. The thermoplastic resin powder in the above particle size range has stable dispersibility (dispersibility of the resin powder in the suspension) when dispersed in the liquid described below. Resin powder can be stably deposited. The average particle size mentioned above is the value of the cumulative 50 volume % particle size (D50) of the particle size distribution measured using a laser diffraction/scattering method.

パウダーサスペンジョン法において用いは、熱可塑性樹脂粉末を分散させるため液体を用いることが好ましい。用いられる液体としては、水、アルコール類、ケトン類、ハロゲン化炭素水素類から選ばれた1種若しくは2種以上の溶媒又は混合溶媒が好ましい。アルコール類としては、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、メチルセルソルブ等が、ケトン類としては、アセトン、メチルエチルケトン等が、ハロゲン化炭化水素類としては、塩化メチレン、ジクロロエタン等が挙げられる。中でも好ましいのは、エタノール、イソプロピルアルコール、アセトンあるいはそれらと水との混合溶媒、又は水である。また、上記溶媒を含有し、好適な溶媒組成を有する市販品を使用することもでき、そのような市販品としてソルミックス(製品名、日本アルコール販売(株)製)が例示される。かかる液体は、繊維強化基材を適度に開繊させるという作用もあるので、サスペンジョン中の樹脂粉末が繊維材料に均一に沈着するのに効果的である。 When used in the powder suspension method, it is preferable to use a liquid to disperse the thermoplastic resin powder. The liquid to be used is preferably one or more solvents or mixed solvents selected from water, alcohols, ketones, and halogenated hydrocarbons. Examples of alcohols include methanol, ethanol, isopropyl alcohol, methyl cellosolve, etc. Examples of ketones include acetone, methyl ethyl ketone, etc. Examples of halogenated hydrocarbons include methylene chloride, dichloroethane, and the like. Among them, ethanol, isopropyl alcohol, acetone, a mixed solvent of these and water, or water are preferable. Moreover, a commercial product containing the above solvent and having a suitable solvent composition can also be used, and Solmix (product name, manufactured by Nippon Alcohol Trading Co., Ltd.) is exemplified as such a commercial product. Such a liquid also has the effect of appropriately opening the fiber-reinforced base material, and is therefore effective in uniformly depositing the resin powder in the suspension on the fiber material.

熱可塑性樹脂粉末とそれを分散させるための液体(溶媒)との組み合わせは、溶媒が、熱可塑性樹脂に対して貧溶媒であることが好ましく、樹脂が溶解しないものであることが好ましい。 As for the combination of the thermoplastic resin powder and the liquid (solvent) for dispersing it, the solvent is preferably a poor solvent for the thermoplastic resin and preferably does not dissolve the resin.

サスペンジョン中の熱可塑性樹脂の濃度[熱可塑性樹脂質量/(液体質量+熱可塑性樹脂質量)×100]は、1~50[質量%]であることが好ましく、1~30[質量%]がより好ましく、1~15[質量%]がさらに好ましい。 The concentration of the thermoplastic resin in the suspension [thermoplastic resin mass / (liquid mass + thermoplastic resin mass) x 100] is preferably 1 to 50 [mass%], more preferably 1 to 30 [mass%]. Preferably, 1 to 15 [mass %] is more preferable.

強化繊維基材を浸漬させるときのサスペンジョンの温度は、樹脂の分散状態が良好に保たれる限り特に制限はなく、また、用いられる熱可塑性樹脂や液体の種類、濃度によって異なるが、通常は5~50[℃]、好ましくは5~30[℃]、さらに好ましくは15~30[℃]である。 The temperature of the suspension when the reinforcing fiber base material is immersed is not particularly limited as long as the resin is kept well dispersed. ~50 [°C], preferably 5 to 30 [°C], more preferably 15 to 30 [°C].

繊維強化基材に付着させる熱可塑性樹脂粉末の量は、繊維強化基材と熱可塑性樹脂粉末との合計量に対して10~70[質量%]であることが好ましく、プリプレグの製造上は20~50[質量%]がより好ましい。 The amount of the thermoplastic resin powder attached to the fiber-reinforced base material is preferably 10 to 70 [mass%] with respect to the total amount of the fiber-reinforced base material and the thermoplastic resin powder. ~50 [mass%] is more preferable.

このように熱可塑性樹脂粉末を付着させた繊維強化基材は、通常、熱可塑性樹脂が分解または反応しない温度で乾燥される。乾燥温度は、80~200[℃]であることが好ましく、乾燥時間は1~20[分間]であることが製造上好ましい。 The fiber-reinforced base material to which the thermoplastic resin powder is attached is usually dried at a temperature at which the thermoplastic resin does not decompose or react. The drying temperature is preferably 80 to 200 [° C.], and the drying time is preferably 1 to 20 [minutes] for production.

熱可塑性樹脂粉末の付着した強化繊維基材は、熱可塑性樹脂組成物の融点以上の温度で加圧加熱される。この処理により、熱可塑性樹脂粉末が、軟化又は溶融し、繊維強化基材と熱可塑性樹脂組成物とが一体化し、加熱状態の熱可塑性樹脂プリプレグが得られる。次いで、この加熱状態の熱可塑性樹脂プリプレグは、熱可塑性樹脂組成物に含まれる結晶性熱可塑性樹脂のガラス転移温度以下まで加圧冷却される。これにより、本発明の熱可塑性樹脂プリプレグが得られる。なお、この製造方法は、繊維強化基材内に熱可塑性樹脂組成物を含浸させるとともに、加圧加熱を行っているが、これに限らず、繊維強化基材内に熱可塑性樹脂組成物が予め含浸されている熱可塑性樹脂プリプレグを再度加圧加熱しても良い。 The reinforcing fiber base material to which the thermoplastic resin powder is adhered is pressurized and heated at a temperature equal to or higher than the melting point of the thermoplastic resin composition. By this treatment, the thermoplastic resin powder is softened or melted, the fiber-reinforced base material and the thermoplastic resin composition are integrated, and a heated thermoplastic resin prepreg is obtained. Next, the heated thermoplastic resin prepreg is pressurized and cooled to below the glass transition temperature of the crystalline thermoplastic resin contained in the thermoplastic resin composition. Thereby, the thermoplastic resin prepreg of the present invention is obtained. In this production method, the fiber-reinforced base material is impregnated with the thermoplastic resin composition, and the pressure and heat are applied. The impregnated thermoplastic resin prepreg may be pressurized and heated again.

加圧加熱時の温度は、熱可塑性樹脂組成物の融点以上であり、融点よりも20[℃]以上高いことが好ましく、30[℃]以上高いことがより好ましい。融点以上に加熱することにより、繊維強化基材に残存する内部応力やプリプレグ中に生じる内部応力を十分に緩和できる。加圧加熱時の温度が融点未満であると、得られる熱可塑性樹脂プリプレグに応力が残存し易く、熱加工時にシワが生じることがある。なお、一例として、熱可塑性樹脂としてポリエーテルケトンケトン(PEKK)樹脂を用いる場合、加熱温度は350~400[℃]が好ましく、370~400[℃]がより好ましい。 The temperature during pressure heating is equal to or higher than the melting point of the thermoplastic resin composition, preferably 20[°C] or higher than the melting point, more preferably 30[°C] or higher. By heating to the melting point or higher, the internal stress remaining in the fiber-reinforced base material and the internal stress generated in the prepreg can be sufficiently relaxed. If the temperature during pressurization and heating is lower than the melting point, stress tends to remain in the thermoplastic resin prepreg to be obtained, and wrinkles may occur during thermal processing. As an example, when polyetherketoneketone (PEKK) resin is used as the thermoplastic resin, the heating temperature is preferably 350 to 400 [°C], more preferably 370 to 400 [°C].

熱可塑性樹脂組成物の融点以上で保持する時間は、10~60[秒間]が好ましく、20~30[秒間]がより好ましい。 The holding time above the melting point of the thermoplastic resin composition is preferably 10 to 60 [seconds], more preferably 20 to 30 [seconds].

加圧加熱時の面圧は、0.5~7.5[MPa]であることが好ましく、1.5~3.5[MPa]であることがより好ましい。融点以上に加熱した状態で、0.5[MPa]以上で加圧することにより、熱可塑性樹脂プリプレグの表面平滑性が高くなる。面圧が高すぎると、加圧加熱直後の表面平滑性は高いが、熱加工時にシワが生じる場合がある。また、プリプレグ内の繊維や樹脂の移動が妨げられる結果、内部応力が十分に緩和されず、熱加工時にシワが生じ易くなる場合がある。面圧が上記の範囲であれば、繊維や樹脂が適度に移動でき、内部応力を緩和するとともに、熱可塑性樹脂結晶の異方性が生じ難い。 The surface pressure during pressurization and heating is preferably 0.5 to 7.5 [MPa], more preferably 1.5 to 3.5 [MPa]. The surface smoothness of the thermoplastic resin prepreg is enhanced by applying a pressure of 0.5 [MPa] or more while heating to the melting point or higher. If the surface pressure is too high, wrinkles may occur during thermal processing, although the surface smoothness immediately after pressurization and heating is high. In addition, as a result of hindering movement of fibers and resin in the prepreg, internal stress may not be sufficiently relieved, and wrinkles may easily occur during thermal processing. When the surface pressure is within the above range, the fibers and resin can move appropriately, the internal stress is relieved, and the anisotropy of the thermoplastic resin crystals is less likely to occur.

加圧冷却の終了温度は、熱可塑性樹脂組成物に含まれる結晶性熱可塑性樹脂のガラス転移温度以下である。ガラス転移温度以下まで加圧冷却することにより、熱可塑性樹脂プリプレグの表面平滑性を高めることができ、結晶性熱可塑性樹脂の結晶化度を制御でき、得られるプリプレグが等方的となり、熱加工時にシワが生じることを抑制できる。なお、一例として、熱可塑性樹脂としてポリエーテルケトンケトン(PEKK)樹脂を用いる場合、冷却終了温度は160[℃]以下が好ましく、155[℃]以下がより好ましく、150[℃]以下がさらに好ましい。 The finishing temperature of pressurized cooling is equal to or lower than the glass transition temperature of the crystalline thermoplastic resin contained in the thermoplastic resin composition. By cooling under pressure to a temperature below the glass transition temperature, the surface smoothness of the thermoplastic resin prepreg can be improved, the crystallinity of the crystalline thermoplastic resin can be controlled, the obtained prepreg becomes isotropic, and heat processing is performed. Occasionally wrinkles can be suppressed. As an example, when polyether ketone ketone (PEKK) resin is used as the thermoplastic resin, the cooling end temperature is preferably 160 [° C.] or less, more preferably 155 [° C.] or less, and further preferably 150 [° C.] or less. .

加圧冷却時の面圧は、0.5~7.5[MPa]であることが好ましく、1.5~3.5[MPa]であることがより好ましい。冷却時に0.5[MPa]以上で加圧することにより、熱可塑性樹脂プリプレグの表面平滑性を高めることができ、また、熱可塑性樹脂結晶の結晶化度が適切な範囲となるため、得られるプリプレグが異方的に成り難い。 The surface pressure during pressure cooling is preferably 0.5 to 7.5 [MPa], more preferably 1.5 to 3.5 [MPa]. By applying a pressure of 0.5 [MPa] or more during cooling, the surface smoothness of the thermoplastic resin prepreg can be improved, and the degree of crystallinity of the thermoplastic resin crystals is in an appropriate range, so the obtained prepreg is difficult to be anisotropic.

加圧冷却時の冷却速度は、(ガラス転移温度+150[℃])からガラス転移温度までの平均冷却速度が80[℃/sec.]以下であることが好ましい。平均冷却速度をこの範囲とすることにより、結晶化度の範囲を好ましい範囲に制御することができる。 The cooling rate during pressurized cooling was such that the average cooling rate from (glass transition temperature + 150 [°C]) to the glass transition temperature was 80 [°C/sec. ] is preferably below. By setting the average cooling rate within this range, the crystallinity can be controlled within a preferred range.

熱可塑性樹脂粉末の付着した強化繊維基材の加圧加熱及び加圧冷却に用いる装置は、特に制限はなく、加熱ローラー、熱プレス装置、ダブルベルトプレス装置などを用いることができる。特に、ダブルベルトプレス装置は、プリプレグを上下のエンドレスベルトで搬送しながら加圧できるため、連続生産に適しているため好ましい。
There are no particular restrictions on the device used for pressurizing, heating, and pressurizing and cooling the reinforcing fiber base material to which the thermoplastic resin powder is adhered, and a heating roller, a heat press device, a double belt press device, or the like can be used. In particular, the double belt press apparatus is suitable for continuous production because it can press the prepreg while being conveyed by the upper and lower endless belts.

以下、本発明を実施例及び比較例により具体的に説明する。また、各実施例及び比較例におけるシワの評価及び結晶化度の測定は以下の方法により実施した。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples and comparative examples. Moreover, the evaluation of wrinkles and the measurement of the degree of crystallinity in each example and comparative example were carried out by the following methods.

[シワの評価]
本発明の熱可塑性樹脂プリプレグの製造直後におけるシワの有無を目視で評価した。また、この熱可塑性樹脂プリプレグを385[℃]で5[分間]加熱した後に、さらに200[℃]で5[分間]加熱した後におけるシワの有無を目視で評価した。評価の基準は以下のとおりである。
〇: 外観極めて良好。表面の均一性、繊維の直線性が確保されており、熱収縮は発生しない。
△: 外観良好。表面の均一性、繊維の直線性が確保されており、熱収縮により微細なうねりが発生。
使用するには問題ない外観。
×: 外観不良。プリプレグにうねりが発生し、繊維の直線性が消失すると共に、シワが発生した。
[Evaluation of wrinkles]
The presence or absence of wrinkles immediately after production of the thermoplastic resin prepreg of the present invention was visually evaluated. In addition, the thermoplastic resin prepreg was heated at 385[°C] for 5[minutes] and then further heated at 200[°C] for 5[minutes] to visually evaluate the presence or absence of wrinkles. The evaluation criteria are as follows.
O: Appearance is extremely good. The uniformity of the surface and the straightness of the fibers are ensured, and heat shrinkage does not occur.
Δ: Good appearance. The uniformity of the surface and the straightness of the fibers are ensured, and fine undulations are generated by heat shrinkage.
The appearance that does not have any problem to use it.
x: Poor appearance. Waviness occurred in the prepreg, the straightness of the fiber disappeared, and wrinkles occurred.

[示差走査熱量測定により得られる結晶化度]
結晶化度の測定は、示差走査熱量測定装置 DSCを用いて測定を行った。結晶化度は、下記の式に基づいて算出した。
[Crystallinity obtained by differential scanning calorimetry]
The crystallinity was measured using a differential scanning calorimeter DSC. The degree of crystallinity was calculated based on the following formula.

Figure 2022190471000002
Figure 2022190471000002

測定装置:TAインスツルメント社製 示唆捜査熱量計 Q2000
測定条件:
雰囲気:窒素雰囲気
昇温条件
昇温速度:10[℃/分]
温度範囲:30[℃]から400[℃]
Measuring device: Suggestive investigation calorimeter Q2000 manufactured by TA Instruments
Measurement condition:
Atmosphere: Nitrogen atmosphere Heating conditions Heating rate: 10 [°C/min]
Temperature range: 30 [°C] to 400 [°C]

[広角X線回折測定により得られる結晶化度]
結晶化度は、得られた2次元データを2θプロファイルに変換、CF成分を差引しベースライン補正を行った後、2θ=7~36°の範囲をピークフィッティングし、各ピークの積分強度を結晶成分、非晶成分でそれぞれ総和をとった、Ic、Iaから次式に従って結晶化度Xcを求めた。
[Crystallinity obtained by wide-angle X-ray diffraction measurement]
The degree of crystallinity is obtained by converting the obtained two-dimensional data into a 2θ profile, subtracting the CF component and performing baseline correction, then peak fitting the range of 2θ = 7 to 36 °, and calculating the integrated intensity of each peak. Crystallinity Xc was determined according to the following formula from Ic and Ia obtained by summing up the components and the amorphous component, respectively.

Figure 2022190471000003
Figure 2022190471000003

プリプレグの原材料として、以下のものを用いた。
[熱可塑性樹脂粒子]
・“Kepstan PT7002”(商品名)(ポリエーテルケトンケトン、 アルケマ社、ガラス転移温度 162[℃]、平均粒子径(D50)20[μm])
[強化繊維束]
・“テナックス”(商品名) HTS 45 P 12 12K(炭素繊維ストランド、 帝人(株)社製、 フィラメント数12,000本)
The following materials were used as raw materials for the prepreg.
[Thermoplastic resin particles]
・"Kepstan PT7002" (trade name) (polyether ketone ketone, Arkema, glass transition temperature 162 [°C], average particle size (D50) 20 [μm])
[Reinforcing fiber bundle]
・“Tenax” (trade name) HTS 45 P 12 12K (carbon fiber strand, manufactured by Teijin Limited, 12,000 filaments)

(実施例1)
強化繊維束を一方向に引き揃え、繊維目付が194[g/mm]の繊維強化基材を得た。また、熱可塑性樹脂粒子をエタノールに分散させ、5.5[質量%]濃度のサスペンジョン溶液を調製した。
ついで、繊維強化基材をサスペンジョン溶液中に、15秒間浸漬し、繊維強化基材に熱可塑性樹脂粒子を付着させた。得られた樹脂付き繊維強化基材を、100[℃]の乾燥炉で1分間乾燥させた後、表面温度が400[℃]の加熱バーを複数通過させて、熱可塑性樹脂を溶融含浸させ、一方向の熱可塑性樹脂プリプレグを作製した。プリプレグ全体における炭素繊維の含有率は57[体積%]とした。
ダブルベルトプレス装置(液圧式ダブルベルトプレス装置 森田技研株式会社製)を用いて、この熱可塑性樹脂プリプレグを加圧加熱した後、加圧冷却して熱可塑性樹脂プリプレグを得た。
装置内にはプリプレグ仕込み口から順に予熱ローラー、2本の加熱ローラー、3本の冷却ローラー、及び余熱ローラーを設け、加熱ローラーと冷却ローラー部で圧力を印加した。加熱ローラー部の最高到達温度、および冷却ローラー部出口での温度をそれぞれ加熱温度、冷却温度とし、表1に記載するとおりとした。また、加熱ローラーと冷却ローラー部の設定圧力は、表1に記載するとおりとした。
(Example 1)
The reinforcing fiber bundles were aligned in one direction to obtain a fiber-reinforced base material having a fiber basis weight of 194 [g/mm 2 ]. Also, the thermoplastic resin particles were dispersed in ethanol to prepare a suspension solution with a concentration of 5.5 [% by mass].
The fiber-reinforced base material was then immersed in the suspension solution for 15 seconds to adhere the thermoplastic resin particles to the fiber-reinforced base material. After drying the obtained fiber-reinforced base material with resin in a drying oven at 100 [° C.] for 1 minute, it is passed through a plurality of heating bars with a surface temperature of 400 [° C.] to melt and impregnate the thermoplastic resin, A unidirectional thermoplastic resin prepreg was made. The content of carbon fibers in the entire prepreg was set to 57 [volume %].
Using a double belt press (hydraulic double belt press, manufactured by Morita Giken Co., Ltd.), the thermoplastic resin prepreg was pressurized and heated, and then pressurized and cooled to obtain a thermoplastic resin prepreg.
A preheating roller, two heating rollers, three cooling rollers, and a preheating roller were provided in the apparatus in order from the prepreg inlet, and pressure was applied between the heating roller and the cooling roller. The maximum temperature reached by the heating roller portion and the temperature at the exit of the cooling roller portion were defined as the heating temperature and the cooling temperature, respectively, as shown in Table 1. The set pressures of the heating roller and the cooling roller were set as shown in Table 1.

(比較例1~3)
装置内にはプリプレグ仕込み口から順に予熱ローラー、2本の加熱ローラー、3本の冷却ローラー、及び余熱ローラーを設け、加熱温度、冷却温度は、表1に記載するとおりとした他は、実施例1と同様に処理して、熱可塑性樹脂プリプレグを得た。
(Comparative Examples 1 to 3)
In the apparatus, a preheating roller, two heating rollers, three cooling rollers, and a preheating roller were provided in order from the prepreg inlet, and the heating temperature and cooling temperature were as described in Table 1. A thermoplastic resin prepreg was obtained in the same manner as in 1.

Figure 2022190471000004
Figure 2022190471000004

表1に示す通り、実施例1の熱可塑性樹脂プリプレグは、製造直後及び皺テスト時にシワがほぼ生じなかった。これに対して、比較例1の熱可塑性樹脂プリプレグは、加圧加熱及び加圧冷却を行わなかったため、製造直後及び皺テスト時にシワが生じた。比較例4の熱可塑性樹脂プリプレグは、加圧加熱時の面圧が高過ぎたため、プリプレグの表面は平滑になったが、皺テスト時にシワが生じた。比較例2、3の熱可塑性樹脂プリプレグは、加圧冷却の終了温度が高かったため、プリプレグの表面が平滑ではなかった。


As shown in Table 1, the thermoplastic resin prepreg of Example 1 had almost no wrinkles immediately after production and during the wrinkle test. On the other hand, the thermoplastic resin prepreg of Comparative Example 1 was wrinkled immediately after production and during the wrinkle test because it was not subjected to pressure heating and pressure cooling. In the thermoplastic resin prepreg of Comparative Example 4, since the surface pressure during pressurization and heating was too high, the surface of the prepreg became smooth, but wrinkles occurred during the wrinkle test. The thermoplastic resin prepregs of Comparative Examples 2 and 3 had a high end temperature of pressurized cooling, and thus the surfaces of the prepregs were not smooth.


Claims (12)

繊維強化基材と、前記繊維強化基材内に一部又は全部が含浸されている熱可塑性樹脂組成物と、を含んで成る熱可塑性樹脂プリプレグであって、
前記熱可塑性樹脂組成物が結晶性熱可塑性樹脂を含み、
前記熱可塑性樹脂プリプレグにおいて、前記結晶性熱可塑性樹脂の示差走査熱量測定により得られる結晶化度が25~50[%]であり、かつ、広角X線回折測定により得られる結晶化度が3[%]以上であることを特徴とする熱可塑性樹脂プリプレグ。
A thermoplastic resin prepreg comprising a fiber-reinforced base material and a thermoplastic resin composition partially or wholly impregnated in the fiber-reinforced base material,
The thermoplastic resin composition contains a crystalline thermoplastic resin,
In the thermoplastic resin prepreg, the crystallinity obtained by differential scanning calorimetry of the crystalline thermoplastic resin is 25 to 50 [%], and the crystallinity obtained by wide-angle X-ray diffraction measurement is 3 [ %] or more.
前記熱可塑性樹脂組成物における前記結晶性熱可塑性樹脂の割合が60~100[質量%]である請求項1に記載の熱可塑性樹脂プリプレグ。 2. The thermoplastic resin prepreg according to claim 1, wherein the proportion of said crystalline thermoplastic resin in said thermoplastic resin composition is 60 to 100 [mass %]. 前記結晶性熱可塑性樹脂のガラス転移温度が100[℃]以上である請求項1に記載の熱可塑性樹脂プリプレグ。 The thermoplastic resin prepreg according to claim 1, wherein the crystalline thermoplastic resin has a glass transition temperature of 100 [°C] or higher. 前記結晶性熱可塑性樹脂がポリエーテルケトンケトンである請求項1に記載の熱可塑性樹脂プリプレグ。 2. The thermoplastic resin prepreg according to claim 1, wherein said crystalline thermoplastic resin is polyetherketoneketone. 前記繊維強化基材が炭素繊維で構成されている請求項1に記載の熱可塑性樹脂プリプレグ。 2. The thermoplastic resin prepreg according to claim 1, wherein said fiber-reinforced base material is composed of carbon fibers. 繊維強化基材と、結晶性熱可塑性樹脂を含む熱可塑性樹脂組成物と、を含んで成り、前記繊維強化基材内に前記熱可塑性樹脂組成物の一部又は全部が含浸されている熱可塑性樹脂プリプレグの製造方法であって、
前記繊維強化基材内に前記熱可塑性樹脂組成物が含浸されている状態で、又は前記繊維強化基材内に前記熱可塑性樹脂組成物を含浸する際に、前記熱可塑性樹脂組成物の融点以上で加圧加熱し、
次いで、面圧0.5~7.5[MPa]で加圧しながら、前記結晶性熱可塑性樹脂のガラス転移温度以下まで加圧冷却することを特徴とする熱可塑性樹脂プリプレグの製造方法。
A thermoplastic resin composition comprising a fiber-reinforced base material and a thermoplastic resin composition containing a crystalline thermoplastic resin, wherein part or all of the thermoplastic resin composition is impregnated in the fiber-reinforced base material A method for manufacturing a resin prepreg,
In a state in which the thermoplastic resin composition is impregnated in the fiber-reinforced base material, or when the thermoplastic resin composition is impregnated in the fiber-reinforced base material, the melting point of the thermoplastic resin composition is Pressurize and heat with
Next, a method for producing a thermoplastic resin prepreg, characterized by pressurizing and cooling to a glass transition temperature or lower of the crystalline thermoplastic resin while applying a surface pressure of 0.5 to 7.5 [MPa].
前記加圧加熱時の面圧が0.5~7.5[MPa]である請求項6に記載の熱可塑性樹脂プリプレグの製造方法。 7. The method for producing a thermoplastic resin prepreg according to claim 6, wherein the surface pressure during pressurization and heating is 0.5 to 7.5 [MPa]. 前記加圧加熱及び前記加圧冷却がダブルベルトプレス装置で行われる請求項6に記載の熱可塑性樹脂プリプレグの製造方法。 7. The method for producing a thermoplastic resin prepreg according to claim 6, wherein said pressurized heating and said pressurized cooling are performed by a double belt press device. 前記熱可塑性樹脂組成物における前記結晶性熱可塑性樹脂の割合が60~100[質量%]である請求項6に記載の熱可塑性樹脂プリプレグの製造方法。 7. The method for producing a thermoplastic resin prepreg according to claim 6, wherein the proportion of the crystalline thermoplastic resin in the thermoplastic resin composition is 60 to 100 [mass %]. 前記結晶性熱可塑性樹脂のガラス転移温度が100[℃]以上である請求項6に記載の熱可塑性樹脂プリプレグの製造方法。 7. The method for producing a thermoplastic resin prepreg according to claim 6, wherein the crystalline thermoplastic resin has a glass transition temperature of 100 [° C.] or more. 前記結晶性熱可塑性樹脂がポリエーテルケトンケトンである請求項6に記載の熱可塑性樹脂プリプレグの製造方法。 7. The method for producing a thermoplastic resin prepreg according to claim 6, wherein the crystalline thermoplastic resin is polyetherketoneketone. 前記繊維強化基材が炭素繊維で構成されている請求項6に記載の熱可塑性樹脂プリプレグの製造方法。 7. The method for producing a thermoplastic resin prepreg according to claim 6, wherein the fiber-reinforced base material is made of carbon fiber.
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